LTCC 材料及其器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展與思考

2023-06-05 來源：電子元件與材料

摘要: 在5G高頻通信時(shí)代, 電子產(chǎn)品向微小型化和多功能化方向發(fā)展, 對(duì)電子元器件的集成和封裝提出了更高的要求。低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)作為無源元器件集成的關(guān)鍵技術(shù), 在開發(fā)高頻、高性能、高集成度的電子元器件方面具有顯著優(yōu)勢(shì), 對(duì)我國(guó)高頻通信的發(fā)展有著舉足輕重的作用。本文首先介紹了 LTCC 技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì), 隨后綜述了 LTCC 材料及器件的國(guó)內(nèi)外總體發(fā)展情況, 之后針對(duì)我國(guó) LTCC 產(chǎn)業(yè)存在的主要問題、經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求及未來發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行了深入的分析, 最后對(duì)高性能 LTCC 材料及器件核心技術(shù)的發(fā)展、電子基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提高, 提出相應(yīng)的思考與建議。

關(guān)鍵詞: 低溫共燒陶瓷(LTCC); 無源器件; 產(chǎn)業(yè)發(fā)展; 5G 通信

隨著4G/5G移動(dòng)通信技術(shù)、毫米波技術(shù)等現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展, 信息化浪潮席卷全球, 通信設(shè)備和便攜式終端正向微小型化、多功能化、高頻化、高性能、高可靠性等方向發(fā)展。與微波相比, 5G 和毫米波元器件尺寸要小得多, 而且設(shè)備的多功能化使得產(chǎn)品中元器件數(shù)量成倍增加。為了滿足高可靠性和高穩(wěn)定性的要求, 元器件的模塊化和高度集成化成了必然的趨勢(shì)和選擇。在通常情況下, 電子產(chǎn)品中遵循摩爾定律的集成電路僅占系統(tǒng)總體積的 10%, 而不滿足摩爾定律的無源元器件則占據(jù)了剩余 90%體積, 這些無源元器件成為了電子產(chǎn)品小型化的瓶頸[1]。低溫共燒陶瓷( Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC) 技術(shù)是無源元器件集成的關(guān)鍵技術(shù), 將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉用流延法制成厚度精確而且致密的生瓷帶, 在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形, 并將多個(gè)無源器件嵌入其中,多層疊壓后在 900 ℃ 以下進(jìn)行燒結(jié), 制成三維空間互不干擾的高密度電路基板。通過 LTCC 可以實(shí)現(xiàn)三大無源器件(電阻、電容、電感) 及其他各種無源器件(如天線、濾波器等)封裝于多層布線基板中, 并與有源器件(如功率MOS、晶體管、IC 模塊等) 共同集成為完整的電路系統(tǒng)[2]。

與其他集成技術(shù)相比, LTCC技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于: ①LTCC 材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸和寬帶通的特性。其介電常數(shù)可通過改變材料配方來調(diào)控,增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性; ②以電導(dǎo)率高的金屬材料作為布線導(dǎo)體, 有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù); ③熱傳導(dǎo)性比普通 PCB 電路板好, 熱膨脹系數(shù)低, 有助于提高集成系統(tǒng)的可靠性及耐高溫和承受大電流的能
力; ④可通過多層互聯(lián)內(nèi)埋多個(gè)無源器件, 并結(jié)合表面貼裝技術(shù), 實(shí)現(xiàn)有源無源集成, 極大地提高電路的組裝密度; ⑤與其他多層布線技術(shù)兼容性好, 可進(jìn)行混合多芯片組件技術(shù)的開發(fā); ⑥非連續(xù)性生產(chǎn)工藝,便于進(jìn)行質(zhì)量檢查, 有利于提高成品率, 降低成本[3-4]。憑借上述優(yōu)勢(shì), LTCC 現(xiàn)已成為無源集成的主流技術(shù), 廣泛應(yīng)用于無線通信、消費(fèi)電子、汽車電子、航空航天以及國(guó)防軍工等領(lǐng)域。鑒于LTCC 技術(shù)對(duì)于我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性, 本文簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外LTCC 材料及器件的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì), 分析了我國(guó) LTCC 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn),并針對(duì) LTCC 產(chǎn)業(yè)存在的問題提出相應(yīng)的建議和思考。

1 LTCC 材料及器件的國(guó)外總體發(fā)展情況

LTCC材料到器件的研發(fā)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,需要從材料配方設(shè)計(jì)、粉體制備、生瓷帶流延到器件設(shè)計(jì)、加工及性能測(cè)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn), 研發(fā)周期長(zhǎng)、難度大。自1982 年美國(guó)休斯公司開發(fā)出 LTCC技術(shù)以來, 世界各國(guó)在LTCC 材料制備、LTCC生瓷帶、生瓷帶與金屬電極漿料的共燒匹配性等方面投入巨資進(jìn)行了研發(fā)。Ferro(福祿)、DuPont(杜邦)、NEC(日本電氣)、Hitachi Metal(日立金屬) 等公司都相繼開始研制 LTCC材料, 開發(fā)出各種自有配方的低介電、低損耗的 LTCC 材料體系, 并逐漸形成了陶瓷粉研發(fā)制備、生瓷帶流延開發(fā)、LTCC 器件制備及應(yīng)用的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。國(guó)外廠商由于投入已久, 在低溫共燒介質(zhì)材料、共燒工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和專利標(biāo)準(zhǔn)等方面均占領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展, 全球 LTCC 市場(chǎng)規(guī)模逐年上升, 僅9年時(shí)間 LTCC 總產(chǎn)值便翻了一倍, 從2010年的 6.2億美元上升到 2019 年的12.4億美元,年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 8%, 到 2022 年有望達(dá)到 15 億美元。隨著 LTCC 市場(chǎng)的穩(wěn)步增長(zhǎng), 海外企業(yè)形成寡頭壟斷格局。從全球 LTCC 市場(chǎng)的占有情況來看, 排名前 9 的廠商占據(jù)近 90%市場(chǎng)份額, 主要技術(shù)掌握在日本、美國(guó)和部分歐洲國(guó)家手中, 產(chǎn)業(yè)集中度較高。以LTCC 生產(chǎn)地區(qū)來看, 全球第一大產(chǎn)區(qū)為日本, 約占全球 LTCC 市場(chǎng)份額的 60%, 其次為歐洲與美國(guó)地區(qū),約占全球 LTCC 市場(chǎng)份額的 17%。從廠商市占率來觀察, 全球第一大生產(chǎn)廠商為日系廠商 Murata(村田),全球市占率為 30%, 第二大廠商為日系廠商Kyocera(京瓷), 全球市占率為 16%, 第三大廠商為德國(guó)的Bosch(博世), 全球市占率為 8%, 其他大廠還有日本TDK(東京電氣化學(xué)工業(yè))、Taiyo Yuden(太陽誘電)和美國(guó)的CTS(西迪斯)公司。日本廠商位于全球 LTCC產(chǎn)品市場(chǎng)與技術(shù)的主導(dǎo)地位。

日本村田是全球規(guī)模最大的 MLCC 廠商。自從LTCC 出現(xiàn)以來, 日本村田就一直保持世界第一的地位, 全球市場(chǎng)占有率一直高于26%, 在高端市場(chǎng)的占有率更高。村田公司采用低介電陶瓷材料和低阻抗銀導(dǎo)體開發(fā)出獨(dú)特的 “零收縮 LTCC”, 能夠?qū)⑻沾墒湛s局限于 Z 方向(厚度方向), 而且確保極佳的尺寸精度和表面光坦度, 可靠性高, 適用于汽車電子和射頻電
路。京瓷公司生產(chǎn)出高強(qiáng)度材料( LTCC Hard ):GL300, 該材料抗下落沖擊能力強(qiáng), 是非常適用于移動(dòng)電子設(shè)備用模塊基板的材料。TDK公司提供 LTCC技術(shù)的天線、濾波器、耦合器、雙工器、平衡器等高頻元件, 在WLAN、藍(lán)牙連接、導(dǎo)航以及汽車電子等應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該公司 LTCC 產(chǎn)品的最大優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)V波器的尺寸做到很小, 2017年研制的LTCC低通濾波器的尺寸僅為0.65mm×0.5mm。上述LTCC廠商在產(chǎn)品類別方面各有特點(diǎn), 日本村田主要研究低燒結(jié)收縮率的LTCC材料, 京瓷公司主要生產(chǎn)LTCC陶瓷材料和LTCC基板。TDK公司研究LTCC器件的小型化, 在智能手機(jī)和便攜式移動(dòng)終端等應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。

為了獲得更大的帶寬和更快的傳輸速率, 無線通信系統(tǒng)的工作頻率越來越高, 5G和毫米波技術(shù)是正在大力發(fā)展的通信技術(shù)。同時(shí), 手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品的功能越來越復(fù)雜, 體積也越來越小,這些因素均使得LTCC組件不斷向模塊化、小型化及高頻化等方向發(fā)展。因此, 開發(fā)具有更好溫度穩(wěn)定性、更低介電損耗、更低燒結(jié)溫度的可適用于高頻場(chǎng)景的低溫共燒介質(zhì)陶瓷材料, 提升LTCC工藝技術(shù)水平和內(nèi)部線路設(shè)計(jì)能力, 減小LTCC元器件尺寸并進(jìn)行更高密度集成是未來LTCC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 LTCC 材料及器件的國(guó)內(nèi)總體發(fā)展情況

2. 1 國(guó)內(nèi) LTCC 材料及器件發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)LTCC產(chǎn)業(yè)起步較晚, 深圳南玻電子(2008年被順絡(luò)電子收購(gòu))是國(guó)內(nèi)最早引入 LTCC 生產(chǎn)線的廠商, 在2003年率先引進(jìn)LTCC生產(chǎn)線之后, 目前國(guó)內(nèi)已建立數(shù)十條生產(chǎn)線, 產(chǎn)業(yè)規(guī)模初步形成[3]。目前我國(guó)的 LTCC 產(chǎn)業(yè)主要集中在珠三角和長(zhǎng)三角地區(qū), 這兩個(gè)區(qū)域的電子制造技術(shù)先進(jìn)而且上下游產(chǎn)業(yè)鏈配套齊全。近年來我國(guó)LTCC市場(chǎng)規(guī)模保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),2018年我國(guó)LTCC市場(chǎng)規(guī)模約為37.26 億元, 同比增長(zhǎng)11%。從市場(chǎng)份額的集中度來看, 我國(guó) LTCC行業(yè)集中度不高, 順絡(luò)電子占比最大但也僅為10.7%, 而其他幾家大企業(yè)如麥捷科技、振華富、風(fēng)華高科占比都不超過5%。

順絡(luò)電子是國(guó)內(nèi)電感龍頭企業(yè), 電感產(chǎn)品全球市場(chǎng)份額超過6%, 其中疊層電感產(chǎn)能位居全球第二、片式繞線電感位居全球第三。公司于 2011 年擴(kuò) 產(chǎn)LTCC 項(xiàng)目, 形成初具規(guī)模的片式LTCC產(chǎn)品生產(chǎn)線,疊層片式 LTCC濾波器、片式LTCC天線和LTCC射頻前端模塊等LTCC產(chǎn)品年產(chǎn)能達(dá)到1.62億只。2016年重點(diǎn)開發(fā)小尺寸射頻濾波器、雙工器、三工器、巴倫以及基板產(chǎn)品。2019年LTCC產(chǎn)品銷售額占比由2018年的1.5%提高至3.2%, 通過不斷拓展LTCC產(chǎn)品品類, 實(shí)現(xiàn)LTCC產(chǎn)品線的高增長(zhǎng)。近年來, 順絡(luò)電子在01005電感的產(chǎn)業(yè)化方面取得重要突破, 相關(guān)產(chǎn)品與國(guó)際上的領(lǐng)先廠商日本村田的產(chǎn)品綜合性能對(duì)比上處于同一水平。此外, 麥捷科技重點(diǎn)研發(fā)的基于LTCC基板的SAW濾波器目前也已開始量產(chǎn)。

2017 年清華大學(xué)聯(lián)合西安交通大學(xué)、電子科技大學(xué)、中科院上硅所、順絡(luò)電子、風(fēng)華高科、振華富電子等十五家單位共同承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目 “高性能電磁介質(zhì)及元器件開發(fā)”。該項(xiàng)目堅(jiān)持材料-器件-工藝一體化研究開發(fā)路線, 從材料層面、設(shè)計(jì)及工藝層面和元器件層面對(duì)高性能電磁介質(zhì)及高性能元器件的前沿科學(xué)技術(shù)問題開展了深入系統(tǒng)的研究, 并將研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中, 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料和關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用, 滿足新型信息功能陶瓷元器件的微小型化、集成化/模塊化、高頻化與頻率系列化、多功能化/新功能、高可靠性等發(fā)展要求。在材料方面,開發(fā)出了低介L(zhǎng)TCC材料, 其相對(duì)介電常數(shù)為5.676,介電損耗1.73×10-4, Q×f 值高達(dá)124200 GHz, 可滿足微波器件小型化、低損耗化的要求, 有潛力應(yīng)用于5G通信 LTCC 器件中[5]; 采用改進(jìn)的固相反應(yīng)工藝, 制備了復(fù)相溫度穩(wěn)定型微波介質(zhì)陶瓷 0.35Ag2MoO4-0.65Ag0.5Bi0.5MoO4, 可在520℃實(shí)現(xiàn)燒結(jié), 相對(duì)介電常數(shù)為 23.9, Q×f值為16200GHz, 諧振頻率溫度系數(shù)為-2.4×10-6/℃[6]。在器件方面, 設(shè)計(jì)制備了Ka波段LTCC基片集成波導(dǎo)濾波器, 其中心頻率27.7GHz, 插損為1.74dB, 3dB帶寬約為10%[7]。在工藝方面, 順絡(luò)電子建立了內(nèi)部導(dǎo)體線寬尺寸≤10 μm的多層低溫共燒元器件制造平臺(tái), 實(shí)現(xiàn)微波介質(zhì)濾波器件和多種微型無源元器件規(guī)?；a(chǎn), 建成年產(chǎn)100億只以上片式元件和組件的生產(chǎn)線, 成為國(guó)內(nèi)最大的無源集成器件及模塊研發(fā)基地, 促進(jìn)高端電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的形成。

總體來說, 我國(guó)LTCC 技術(shù)的研發(fā)落后國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家5~10 年。目前我國(guó)在疊層片式電感領(lǐng)域具備較強(qiáng)的批量生產(chǎn)能力, 在全球占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。但是生產(chǎn)所用的原材料和設(shè)備依然嚴(yán)重依賴進(jìn)口,LTCC 產(chǎn)品主要集中在利潤(rùn)率低的中低端產(chǎn)品, 高端產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)仍然落后于日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。

2. 2 國(guó)內(nèi) LTCC 產(chǎn)業(yè)存在的主要問題

(1)LTCC 原材料國(guó)產(chǎn)化問題。

我國(guó)雖然具有龐大的元器件制造生產(chǎn)能力, 但是在高頻低損耗低溫共燒陶瓷介質(zhì)材料生產(chǎn)方面依然落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家, 國(guó)內(nèi)民用市場(chǎng)僅有順絡(luò)電子、風(fēng)華高科、振華富和麥捷科技等企業(yè)進(jìn)行了 LTCC 產(chǎn)業(yè)布局, 產(chǎn)品主要以疊層片式電感為主, 但在高性能LTCC 陶瓷粉和生瓷帶上還依賴進(jìn)口, 尤其是面向 5G通信器件應(yīng)用的新型低介電常數(shù)、超低介電損耗、穩(wěn)定介溫特性和優(yōu)異耐壓強(qiáng)度的 LTCC 材料目前在國(guó)內(nèi)近乎空白[8]。國(guó)內(nèi)一些知名研究所和高校如清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、中科院上海硅酸鹽研究所、南京工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等, 在高性能LTCC瓷粉和生瓷帶制備上取得了若干研究成果, 但主要停留在基礎(chǔ)研究和實(shí)驗(yàn)室小批量制作階段, 實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的粉體材料較少。而國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)界很少能實(shí)現(xiàn)材料、生瓷帶、器件一條龍生產(chǎn), 缺乏研究院所與龍頭企業(yè)的技術(shù)對(duì)接,導(dǎo)致無法將材料大批量生產(chǎn)、制成器件并實(shí)現(xiàn)終端應(yīng)用。

目前我國(guó)在研制 LTCC 材料體系中具體存在的問題主要有: 1、LTCC 瓷粉批次穩(wěn)定性差, 沒有量產(chǎn)能力, 無法商業(yè)化; 2、LTCC 生瓷帶性能與國(guó)際領(lǐng)先水平存在差距; 3、LTCC 生瓷帶與銀電極漿料材料匹配性差; 4、由于存在批次穩(wěn)定性差等問題, 國(guó)產(chǎn)瓷粉的需求量不足, 不能形成規(guī)模生產(chǎn), 無法開展批產(chǎn)穩(wěn)定性等方面的技術(shù)攻關(guān), 抑制了國(guó)產(chǎn)瓷粉和生瓷帶的應(yīng)用。

(2)LTCC 工藝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化問題。

早期的LTCC生產(chǎn)線上多個(gè)工藝可由手工完成,但是近年來隨著LTCC功能模塊的集成度越來越高,為了保證產(chǎn)品的精度、可靠性以及提高生產(chǎn)效率,LTCC工藝開始向全自動(dòng)化操作轉(zhuǎn)移[9-10]。將LTCC生產(chǎn)工藝與信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融合, 建立 LTCC智能生產(chǎn)線, 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程和制造過程的智能化是未來的發(fā)展趨勢(shì)[11]。目前我國(guó)LTCC生產(chǎn)線上采用的高精度自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備主要依賴進(jìn)口。LTCC生產(chǎn)涉及到的主要設(shè)備有切片機(jī)、沖孔機(jī)、印刷機(jī)、疊片機(jī)等,這些設(shè)備由日系廠商占主導(dǎo), 國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商主要有中電二所、四十五所等[12]。未來將需要大量的LTCC生產(chǎn)線來滿足日益增長(zhǎng)的產(chǎn)能需求, 國(guó)內(nèi)廠商也需要開發(fā)出更先進(jìn)的工藝和更先進(jìn)的設(shè)備來滿足市場(chǎng)需求。

在美國(guó)發(fā)起的貿(mào)易戰(zhàn)中, 美國(guó)將技術(shù)優(yōu)勢(shì) “武器化”, 對(duì)我國(guó)信息科技產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重打擊。無源器件作為電子信息產(chǎn)業(yè)的基石, LTCC 材料和器件的國(guó)產(chǎn)化刻不容緩。在當(dāng)前緊張的國(guó)際形勢(shì)下, 這類技術(shù)的核心材料和設(shè)備禁運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)非常大, 存在 “卡脖子” 風(fēng)險(xiǎn), 威脅我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。因此, 必須加速相關(guān)核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程, 開發(fā)出具有完全自
主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能 LTCC 材料并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

3 我國(guó) LTCC 材料及器件的經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求分析

開發(fā)新頻譜資源是現(xiàn)代通信技術(shù)持續(xù)發(fā)展的方向,新頻譜資源的開發(fā)朝著更高頻段、更寬頻譜使用范圍方向發(fā)展。5G NR定義的頻譜范圍達(dá)到6GHz(FR1)以及蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)從未使用過的毫米波段(FR2), 基于傳統(tǒng)微波介質(zhì)陶瓷體系的元器件在性能上已經(jīng)無法滿足使用要求。適合更高頻率、更大帶寬的LTCC介質(zhì)濾波器、LTCC片式天線等LTCC射頻元件有著巨大的市場(chǎng)需求。開發(fā)新型的高性能LTCC材料及器件對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用:

(1)高性能 LTCC 材料及器件的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化將會(huì)帶動(dòng)移動(dòng)通信等產(chǎn)業(yè)中基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性技術(shù)的發(fā)展, 促進(jìn)電子信息產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的形成, 對(duì)于電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí), 提高我國(guó)基礎(chǔ)電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平, 增強(qiáng)民族電子信息產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(2)啟動(dòng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。以 5G 移動(dòng)通信為代表的一系列新興電子信息產(chǎn)業(yè)是重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn), 這些產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速, 市場(chǎng)廣闊。同時(shí), 這些新的通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品將形成一系列新的消費(fèi)熱點(diǎn), 對(duì)于拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著不可估量的作用。針對(duì)移動(dòng)通信、數(shù)字電視等新型電子產(chǎn)品所需要的關(guān)鍵元器件和材料開展研究, 對(duì)于新的經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)點(diǎn)的形成將起到促進(jìn)作用。

(3)加速高端電子元器件國(guó)產(chǎn)化的步伐。由于市場(chǎng)需求強(qiáng)勁, 國(guó)外公司在我國(guó)無源元器件市場(chǎng)上獲得了巨額利潤(rùn)。我國(guó)政府和企業(yè)在這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中所獲得的利益仍然微乎其微, 其中一個(gè)重要標(biāo)志是整機(jī)(包括手機(jī)、交換機(jī)和基站) 中高端元器件(如微型元件、微波介質(zhì)濾波器等) 絕大多數(shù)依賴進(jìn)口。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信所需電子元器件的國(guó)產(chǎn)化和本地化的關(guān)鍵是提高國(guó)產(chǎn)元器件產(chǎn)品的質(zhì)量, 增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)元器件產(chǎn)品與國(guó)外同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。為此, 面向新一代移動(dòng)通信技術(shù), 開展具有針對(duì)性的研發(fā)工作, 有助于推進(jìn)移動(dòng)通信產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化和本地化進(jìn)程。

4 我國(guó) LTCC 材料重大技術(shù)突破可能形成的產(chǎn)業(yè)及其發(fā)展重點(diǎn)

根據(jù)所包含的元件數(shù)量和在電路中的作用, 廣義上的LTCC元器件可分為以疊層片式電感、電容、電阻為代表的高精度片式LTCC元件和以LTCC射頻元器件為代表的LTCC無源集成功能器件。LTCC射頻元器件是指利用LTCC技術(shù)并通過三維電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將電感、電容和射頻電路集成在一起而形成的具有較好高頻特性的內(nèi)埋式無源電子元器件, 主要包括濾波器、天線、耦合器等[13-16]。LTCC射頻元器件是無源電子元器件的高端產(chǎn)品, 代表行業(yè)最前沿的技術(shù)水平,產(chǎn)品單價(jià)遠(yuǎn)高于電感、電容等片式元件。目前我國(guó)LTCC 產(chǎn)品主要以片式元件為主, 涉足高端電子元器件的企業(yè)數(shù)量較少。LTCC 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電子元器件片式化、多功能化、高頻化、集成化的關(guān)鍵技術(shù), 結(jié)合目前我國(guó)5G通信技術(shù)的不斷普及和毫米波技術(shù)的不斷推進(jìn), 催生了很多新興行業(yè)。新型的高性能LTCC材料及器件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用對(duì)我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、把握新行業(yè)的發(fā)展機(jī)遇、實(shí)現(xiàn)科技領(lǐng)域彎道超車有著重要的戰(zhàn)略意義：

(1)有助于LTCC射頻元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。LTCC射頻元器件主要應(yīng)用于移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葻o線通信領(lǐng)域, 應(yīng)用對(duì)象主要有智能手機(jī)、WLAN 模塊、WIFI 模塊、藍(lán)牙模塊和 GPS 模塊等。5G 時(shí)代基站數(shù)量和密度有了非常大的提升, 聯(lián)網(wǎng)電子終端設(shè)備數(shù)量成倍增長(zhǎng), 所需射頻元器件數(shù)量龐大。LTCC 射頻元器件由于具有良好的高頻性能、高集成度和高可靠性,在 5G 通信和未來高頻通信時(shí)代有著極其廣闊的市場(chǎng)前景。

(2)有助于毫米波技術(shù)等高頻通信技術(shù)的發(fā)展。在未來高度信息化社會(huì), 萬物互聯(lián)是未來社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì), 目前我國(guó) 5G 網(wǎng)絡(luò)主要采用sub - 6GHz 頻段,低頻資源有限, 高頻通信需求日益凸顯。但是毫米波繞射能力較弱、衰減較大, 將5G部署在毫米波頻段下必須克服其穿透力差、衰減大等缺點(diǎn), 這對(duì)射頻等高頻通信核心器件提出了更高的要求。目前國(guó)外主流
運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開展了高頻段 5G 網(wǎng)絡(luò)部署, 高頻元器件核心技術(shù)主要被國(guó)外公司掌握, 我國(guó)高頻通信的發(fā)展落后于中低頻通信?；贚TCC技術(shù)的射頻元器件在高頻通信應(yīng)用中有著顯著優(yōu)勢(shì), 發(fā)展?jié)M足毫米波頻段等高頻應(yīng)用的高性能 LTCC 介質(zhì)材料及器件是5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、智能交通、衛(wèi)星導(dǎo)航等新興產(chǎn)業(yè)的迫切需求, 對(duì)于我國(guó)高頻通信技術(shù)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)、建立高度信息化社會(huì)具有重要推動(dòng)作用。

(3)有助于LTCC傳感器領(lǐng)域的發(fā)展。無源無線傳感器無需引線和電源供電便可進(jìn)行信號(hào)的探測(cè)和傳輸, 使用壽命長(zhǎng), 維護(hù)簡(jiǎn)單, 是未來傳感器發(fā)展的重要方向[17-20]。LTCC材料有著高熔點(diǎn)、高耐磨性和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn), 是面向惡劣環(huán)境應(yīng)用的傳感器的理想載體。相比傳統(tǒng)傳感器, 基于LTCC技術(shù)的無源傳感器在復(fù)雜環(huán)境下仍可保持高精度和高可靠性, 在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域、航空領(lǐng)域以及國(guó)防軍工領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用潛力。

5 建議

電子信息產(chǎn)業(yè)是智能制造的基礎(chǔ)支撐和制造業(yè)的核心內(nèi)容, 對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的支撐作用。《中國(guó)制造 2025》國(guó)家戰(zhàn)略中, 明確將電子信息產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)突破的領(lǐng)域, 在 “十三五” 期間肩負(fù)著重大戰(zhàn)略使命。目前我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)處于加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵階段, 為了發(fā)展高性能 LTCC 材料及器件核心技術(shù), 提高電子基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力, 提出以下建議:

(1)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)開發(fā)新型 LTCC 材料和器件。

對(duì)于高校和科研機(jī)構(gòu)而言, 將被 “卡脖子” 的核心材料和核心技術(shù)作為科研任務(wù)進(jìn)行重點(diǎn)布局, 整合高校、科研院所和企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源, 開展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)。以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向, 開發(fā)新型的高性能 LTCC材料、技術(shù)工藝和器件, 在關(guān)鍵材料和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域擺脫對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的依賴, 形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料體系和核心技術(shù)。

(2)制定電子元器件各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)/ 團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于企業(yè)而言, 應(yīng)與高校科研院所合作培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的研發(fā)隊(duì)伍, 積極將高?？蒲性核某晒a(chǎn)業(yè)化。協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方企業(yè)制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 統(tǒng)一產(chǎn)品規(guī)格。LTCC射頻元器件包含天線、濾波器、開關(guān)、低噪聲放大器和振蕩器等多種組件, 不同組件的集成會(huì)形成不同功能的模塊。針對(duì)不同的模塊需要做不同的設(shè)計(jì), 產(chǎn)品規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化有助于減少下游客戶的設(shè)計(jì)成本, 增強(qiáng)產(chǎn)品與國(guó)外同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力, 極大地推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(3)政策上支撐中小電子元器件企業(yè)發(fā)展。

電子元器件產(chǎn)業(yè)屬于資金密集型產(chǎn)業(yè), 需要投入大量資金進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)。我國(guó)電子元器件企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小, 貸款困難, 一方面需要降低企業(yè)的銀行信貸成本, 另一方面需要深化資本市場(chǎng)改革, 發(fā)揮好資本市場(chǎng)融資功能, 為降低社會(huì)融資成本和增加企業(yè)中長(zhǎng)期融資提供有力支持。

(4)培養(yǎng)和引進(jìn)高端人才。

電子元器件產(chǎn)業(yè)屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè), 需要大量的高端人才作為支撐, 人才培養(yǎng)和人才引進(jìn)力度需要進(jìn)一步提高, 通過人才實(shí)現(xiàn)科技第一生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)電子元器件產(chǎn)業(yè)由低端產(chǎn)品向高端、高附加值產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。

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