5G通信技術關鍵材料發展研究

焦丹丹,張 松,姜 穎 ,盧大威

(1.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150001； 2.哈爾濱對俄高端技術轉移孵化中心，哈爾濱 150001；3.中國龍江森林工業集團有限公司，哈爾濱 150001)

信息技術對于當代人們的日常生活與工作產生的改變和影響是非常巨大的，多種電子設備的普及和智能手機的大范圍應用進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通信技術作為一種信息傳輸速度更快、信號傳遞與接收更為穩定的先進技術，其應用能夠大幅度提高智能手機的性能與價值。很多新型材料的研究與應用為5G通信技術的實現奠定了堅實的基礎，有關智能設備生產企業及工作人員應更好地掌握這些關鍵材料的性能要求和應用優勢。

1 5G通信技術對關鍵材料性能的要求

5G通信技術以高信息傳輸速率和穩定的信號發射與接收功能作為主要優勢，在未來網絡通信行業市場中占據了很高的發展地位，而5G通信技術高性能的實現必然是建立在關鍵材料各方面要求更高的基礎上，如全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸和超高寬帶傳輸等功能都對關鍵材料的性能要求非常嚴格，目前該技術對關鍵材料的性能要求主要集中在以下幾個方面：

1.1 大規模集成化要求

集成化要求是指在有限的空間內可能提高電子元件的結構精密度和功能多樣性，而大規模集成化則需要實現在單一芯片內包含大量的晶體管組合，這就對用于制作芯片和相關結構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，這樣便可以實現對大容量數據的快速傳輸。而高頻的傳輸則需要應用金屬-氧化物-半導體(MOS)柵級材料，實現對電磁波信號功率的放大，使其能夠到達在更高的頻率波段要求范圍內。

1.3 高頻譜效率的要求

智能手機的快速發展為5G通信網絡在移動互聯網應用市場開拓了平臺，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通信技術關鍵材料的發展

2.1 器件材料

5G通信技術的器件材料主要包括芯片材料和信號傳輸線路的介質材料等。目前大部分5G智能手機中采用的都是高頻射頻芯片，大量應用了半導體材料作為核心材料，實現濾波、放大功率、降低噪聲和控制射頻開關等功能。常用的化合物半導體材料包括碳化硅(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，適用于高頻譜效應和延時響應等通信傳輸功能。另外，這些材料還可以在智能化設備、物聯網技術和射頻技術的相關領域進行應用研究。而通信電路的介質材料大多采用的是微波介質陶瓷，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小、信號傳輸過程中損耗率較低等特點。

2.2 天線材料

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

2.3 光纖傳輸材料

光纖傳輸要求構成通信傳輸線路的材料應具備損耗率低、頻帶寬以及抗干擾能力強等優勢，同時導電性和散熱性等基本性能也要達到通信傳輸材料的標準要求。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，而在制備相應光纖光纜的過程中還需要進行表面涂覆和拉絲等工藝流程，確保光纖光纜的質量以及信號傳輸效率達到更高的水平。

2.4 封裝材料

封裝材料主要應用于對5G通信器材和相關設備的封裝與制作，因此對于關鍵材料的要求主要集中在應具備較高的導熱性、耐熱性和絕緣性等特點。同時部分封裝材料被應用于制作電子元器件的基板、設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具備較好的化學穩定性和高強度的機械性能，這樣才能保證5G通信器材和相關設備的使用更加安全與穩定。

3 結語

5G通信技術較高的研究與應用價值的實現離不開高性能關鍵材料的支持。有關工作人員應根據無線通信技術中的各部分工作要求科學選擇組成材料，既要保障通訊設備與線路的使用安全和運行穩定，同時還應該充分參考材料的性價比，進一步提高有關生產企業的經濟效益。