5G通信技術(shù)關(guān)鍵材料發(fā)展研究

焦丹丹,張 松,姜 穎 ,盧大威

(1.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150001； 2.哈爾濱對俄高端技術(shù)轉(zhuǎn)移孵化中心，哈爾濱 150001；3.中國龍江森林工業(yè)集團(tuán)有限公司，哈爾濱 150001)

信息技術(shù)對于當(dāng)代人們的日常生活與工作產(chǎn)生的改變和影響是非常巨大的，多種電子設(shè)備的普及和智能手機(jī)的大范圍應(yīng)用進(jìn)一步豐富了人們的娛樂生活并為日常工作提供了很大便捷。在這種時代背景下，5G通信技術(shù)作為一種信息傳輸速度更快、信號傳遞與接收更為穩(wěn)定的先進(jìn)技術(shù)，其應(yīng)用能夠大幅度提高智能手機(jī)的性能與價值。很多新型材料的研究與應(yīng)用為5G通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，有關(guān)智能設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)及工作人員應(yīng)更好地掌握這些關(guān)鍵材料的性能要求和應(yīng)用優(yōu)勢。

1 5G通信技術(shù)對關(guān)鍵材料性能的要求

5G通信技術(shù)以高信息傳輸速率和穩(wěn)定的信號發(fā)射與接收功能作為主要優(yōu)勢，在未來網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)市場中占據(jù)了很高的發(fā)展地位，而5G通信技術(shù)高性能的實(shí)現(xiàn)必然是建立在關(guān)鍵材料各方面要求更高的基礎(chǔ)上，如全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸和超高寬帶傳輸?shù)裙δ芏紝﹃P(guān)鍵材料的性能要求非常嚴(yán)格，目前該技術(shù)對關(guān)鍵材料的性能要求主要集中在以下幾個方面：

1.1 大規(guī)模集成化要求

集成化要求是指在有限的空間內(nèi)可能提高電子元件的結(jié)構(gòu)精密度和功能多樣性，而大規(guī)模集成化則需要實(shí)現(xiàn)在單一芯片內(nèi)包含大量的晶體管組合，這就對用于制作芯片和相關(guān)結(jié)構(gòu)的原材料其加工精度與微度級別要求非常高。

1.2 高頻化要求

5G通信技術(shù)采用的是5GHz以上的高頻電磁波段乃至毫米波段，可以有效避開目前大部分通信線路所使用的3GHz以下的頻段，這樣便可以實(shí)現(xiàn)對大容量數(shù)據(jù)的快速傳輸。而高頻的傳輸則需要應(yīng)用金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)柵級材料，實(shí)現(xiàn)對電磁波信號功率的放大，使其能夠到達(dá)在更高的頻率波段要求范圍內(nèi)。

1.3 高頻譜效率的要求

智能手機(jī)的快速發(fā)展為5G通信網(wǎng)絡(luò)在移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場開拓了平臺，但也要求5G基站的頻率峰值要保證在20Gb/s以上，因此需要使用電子遷移率較高的材料。

2 5G通信技術(shù)關(guān)鍵材料的發(fā)展

2.1 器件材料

5G通信技術(shù)的器件材料主要包括芯片材料和信號傳輸線路的介質(zhì)材料等。目前大部分5G智能手機(jī)中采用的都是高頻射頻芯片，大量應(yīng)用了半導(dǎo)體材料作為核心材料，實(shí)現(xiàn)濾波、放大功率、降低噪聲和控制射頻開關(guān)等功能。常用的化合物半導(dǎo)體材料包括碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)和砷化鎵(GaAs)等，它們普遍具有電子遷移率高的特點(diǎn)，適用于高頻譜效應(yīng)和延時響應(yīng)等通信傳輸功能。另外，這些材料還可以在智能化設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和射頻技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用研究。而通信電路的介質(zhì)材料大多采用的是微波介質(zhì)陶瓷，其組成成分為氧化鋇(BaO)和二氧化鈦(TiO2)等，主要依靠的是其溫度系數(shù)小、信號傳輸過程中損耗率較低等特點(diǎn)。

2.2 天線材料

天線是5G通信基站實(shí)現(xiàn)信息能量轉(zhuǎn)換、電磁波信號接收與發(fā)射等基礎(chǔ)功能的重要結(jié)構(gòu)。依據(jù)5G通信技術(shù)對其較高的性能要求，目前普遍應(yīng)用的材料是3d選擇性電鍍塑料振子和樹脂材料、銅箔以及油墨等基礎(chǔ)材料。另外，無論是在5G通信基站還是智能手機(jī)端的應(yīng)用，天線的長度都是在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要重點(diǎn)考慮的問題。目前在基站方面采用的是“天線+芯片”的集成化技術(shù)，而在智能手機(jī)上則采用了LDS天線激光鐳射在手機(jī)外殼上的方式降低天線的占用體積。

2.3 光纖傳輸材料

光纖傳輸要求構(gòu)成通信傳輸線路的材料應(yīng)具備損耗率低、頻帶寬以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，同時導(dǎo)電性和散熱性等基本性能也要達(dá)到通信傳輸材料的標(biāo)準(zhǔn)要求。目前在制作光纖傳輸線路時主要采用的是石英砂和高純四氯化硅等材料，而在制備相應(yīng)光纖光纜的過程中還需要進(jìn)行表面涂覆和拉絲等工藝流程，確保光纖光纜的質(zhì)量以及信號傳輸效率達(dá)到更高的水平。

2.4 封裝材料

封裝材料主要應(yīng)用于對5G通信器材和相關(guān)設(shè)備的封裝與制作，因此對于關(guān)鍵材料的要求主要集中在應(yīng)具備較高的導(dǎo)熱性、耐熱性和絕緣性等特點(diǎn)。同時部分封裝材料被應(yīng)用于制作電子元器件的基板、設(shè)備的外殼以及電纜電線的絕緣層等，因此這些封裝材料本身應(yīng)具備較好的化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度的機(jī)械性能，這樣才能保證5G通信器材和相關(guān)設(shè)備的使用更加安全與穩(wěn)定。

3 結(jié)語

5G通信技術(shù)較高的研究與應(yīng)用價值的實(shí)現(xiàn)離不開高性能關(guān)鍵材料的支持。有關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)無線通信技術(shù)中的各部分工作要求科學(xué)選擇組成材料，既要保障通訊設(shè)備與線路的使用安全和運(yùn)行穩(wěn)定，同時還應(yīng)該充分參考材料的性價比，進(jìn)一步提高有關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。