新基建带动5G产业链关键材料大发展

耿怡

新型基础设施建设是围绕信息数字化的基础设施建设，与传统基础设施建设不同，新基建更着重于产业的转型升级，是推进产业高端化发展的重要举措。5G作为新型基础设施建设（以下简称“新基建”）的代表，聚焦于网络建设，包括芯片、器件、系统设备、终端、运营以及标准体系等关键领域和环节，因其具有产业链条长，经济带动作用强，投入产出规模可观等特点，受到了前所未有的关注。随着5G的应用场景不断普及，在与工业互联网、人工智能、车联网、VR/AR等垂直行业融合过程中，不仅带动产业发展，还将有望衍生出新的业态和模式，带来新的增长点。在这样的背景下，切实推进5G建设，尤其是营造“网络—系统—终端—应用”的产业生态就显得尤为重要。5G产业链关键材料作为5G发展的核心支撑环节，在技术和应用领域日新月异，然而在我国产业链环节中，依然处于弱势地位，影响了我国5G产业的健康发展。随着新基建战略的推进，我国5G产业链关键材料有望迎来新的发展机遇。

1 5G产业征途初启

1.1 全球5G产业发展现状

1.1.1 5G网络渗透率不断提高，商用进程加速落地

随着各国运营商在5G方面投资的增加，5G商用网络随之增加。根据全球移动通信系统协会的数据显示，目前5G在全球人口中的渗透率已经达到7%，预计到2025年，全球20%的设备将接入5G网络。随着国际标准组织3GPP在2020年7月宣布第一个演进版本标准5G R16全面冻结，标志着5G进入了第2阶段，该协议版本完结后，各企业可以依据该版本进行具体产品的生产，进而推动5G应用场景进一步加速落地。

1.1.2 政策驱动效果显著，发达国家抢先布局

作为通信产业的发展强国，美国、韩国、日本等国家积极布局。美国早在2014年初就推动成立可以支持5G通信技术的下一代功率电子技术国家制造业创新中心，此后相继推出《5G加速发展计划》《美国5G安全国家战略》等政策，频谱供给、网络监管和基础设施等方面提出建议，同时在维护美国自身利益的大框架下，加快政府审查节奏，鼓励5G网络投资，更新5G相关法规，确保美国自身通信供应链完整和安全，目前美国的各大运营商Verizon、AT&T、T—Mobile和Sprint等相继推出5G商用服务。韩国3大电信运营商SK电讯（SK Telecom）、韩国电信（KT）和LG U+（LG Uplus）于2019年正式推出5G商用服务，政府通过“5G+”战略，打造国家层面的5G生态圈。日本运营商NTT DoCoMo、KDDI和软银相继在2020年3月推出5G服务，并且积极推动以增强移动宽带（eMBB）为主的应用研究，重点开展车联网、远程医疗、智能工厂、应急救灾等应用的新型商业模式。拒不完全统计，目前全球已有46个国家和地区开始提供5G业务，超过385家运营商投资5G产业。

1.1.3 产业链受益匪浅，关键材料迎来快速增长期

5G的发展为产业链带来变革和行业机遇，随着各国5G建设周期开启，产业链上下游的射频、天线、印制电路板（ Printed Circuit Board，PCB）、基站、光通信设备、系统集成与服务行业企业均有望从中受益。根据IHS Markit统计，预计到2035年，5G在全球创在的潜在市场规模高达12.3万亿美元。作为产业链的上游环节，材料的发展对实现下游的应用起到重要的支撐作用，在5G通讯中，要求材料具有低介电常数和介电损耗以实现高的传输速度，同时要求材料具有电磁屏蔽能力，此外，还要求材料具有优异的热传导性能，从而满足5G元器件对厚度和密封性的要求。由此可见，5G的发展对材料行业提出了新的要求，也迎来了新的发展机遇。

1.2 我国5G产业发展现状

1.2.1 5G产业发展得到国家高度重视

我国政府高度重视5G的发展，早在2013年，工业和信息化部（以下简称“工信部”）、国家发展和改革委员会、科技部3部委联合成立IMT—2020（5G）推进组，先后出台中国5G中频频率规划方案、5G技术研发试验和产品研发试验，并于2018年年底完成了5G技术研发试验的关键技术、技术方案以及系统组网等测试验证工作。5G应用方面，北京、重庆等地先后建设并开放5G自动驾驶、5G无人机、虚拟现实等多项应用。2019年6月，工信部举行了5G商用拍照发牌仪式，向正式向国内4大运营商（中国移动、中国联通、中国电信和中国广电电信）发放5G商用牌照，标志着我国5G的正式商用。2020年3月，工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》，从应用场景、网络建设、安全保障体系和技术研发等多个维度对5G发展进行了部署。

1.2.2 5G网络规模不断扩大

随着5G建设的快速推进，运营商大力开展5G网络建设，我国5G网络规模不断扩大。截至2019年底，我国共建成5G基站13万个，35款手机终端获得入网许可，国内市场5G手机出货量超过1377万部。2020年，在5G R16标准正式确定之后，我国独立组网的5G网络建设速度将进一步加快。运营商不断加快5G网络建设力度，中国移动、中国电信和中国联通在2020年5G相关投资将达到1800亿元，基站总数有望超过50万个，覆盖全国所有地市。

1.2.3 应用市场潜力巨大

我国5G应用发展十分迅速，在应用的广度、深度和技术创新性上取得快速提升。首先在个人消费市场取得重大突破，工信部数据显示，截至2020年5月底，国内5G手机累积出货达到5985万部，130余款手机获得5G入网销售许可。除了通信领域外，5G与垂直行业融合应用根据发展前景，2020年突如其来的疫情加速了5G与社会各行业的融合发展，5G远程医疗、5G直播、5G远程教学等在疫情防控过程中起到了积极作用，让使用者切实感受到5G的实时性、可靠性和稳定性。

2 新基建背景下，5G将带动产业链关键材料大发展

2.1 天线材料

5G手机的发展对天线提出了新的要求，传统的聚酰亚胺（PI）薄膜天线已无法满足5G手机的需求，液晶聚合物（LCP）和改性聚酰亚胺（MPI）凭借损耗因子小的特性使其在5G应用中具有较大优势。其中，LCP材料属于新型热塑性有机材料，具有传输损耗小、可弯折性能强、尺寸稳定性好和吸湿性能优越等优点，同时存在工艺复杂、产能不足、良率较低，成本居高不下的缺点；MPI是传统的PI软板的改性材料，吸湿性、介电常数和传输损耗介于PI软板和LCP之间，随着工艺改进，在15GHz以下的频率范围内性能可以与LCP材料接近，同时具有成本低，良率高等优势。从性价比的角度来看，2种材料各具优势，因此有望在较长时间内共存，中低频采用MPI、高频采用LCP将成为行业的常态。预计到2021年，在5G智能手机市场，LCP渗透率有望达到25%，市场规模有望超过43亿美元，年均增长率超过40%。

2.2 半导体材料

为满足更高频段、更大带宽和更多的路径损耗，5G对基站和通信设备射频前端器件的材料性能提出了新的要求。GaAs/GaN成为最重要的5G时代衬底材料。GaAs是目前技术最成熟的化合物半导体材料，也是5G中频段射频器件中应用最多的材料，GaN在理论上多项性能优于GaAs，具有饱和电子速率高，运行频带高和工作温度高等特点，在更高频率上将有更多的应用。市场布局来看，目前GaAs市场集中度极高，德国的Freiberger、美國的AXT、日本的住友化学等3家公司的市场份额达到94%，外延片外包则被住友化学、VPEC、IQE和IntelliEPI等公司垄断。GaN方面，目前制备GaN衬底存在氢化物气相外延、氨热法、钠融法和高压生长法等多种技术路线，但也存在生产工艺难度大、良率低等问题，限制了GaN的商业化应用。

2.3 导热散热材料

通过在发热源和散热器的接触界面之间填充高导热系数的热界面材料，可以有效改善热量的传递和扩散。目前主要使用的导热材料有合成石墨材料、导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂和变相材料。导热材料处于产业链中游，上游原材料包括石墨、PI膜、硅橡胶、改性塑料等，下游应用则集中在消费电子、通信基站、动力电池等领域。5G手机芯片功率消耗也大大高于4G手机，内部的结构设计更紧密，机身多采用非金属材料，因此5G手机中导热散热材料就显得尤为重要，对导热、散热材料也提出更新更高的要求。从现有的导热散热材料来看，石墨材料的导热性能最为优异，其次相变导热也具有一定的应用，此外均热板是用来解决手机散热的新型方式，将在5G手机得到广泛应用。

2.4 电磁屏蔽材料

电磁波引起的电磁干扰、电磁泄露和电磁兼容对于器件本身的正常工作、使用者的身体健康、传输的信息安全都有非常严重的影响，因此必须通过电磁屏蔽材料来有效阻隔或者衰减电磁能量传播。5G手机在传输速率、天线数量、频段增加和信号强度上都比4G手机有了较大提升，因此对于电磁屏蔽材料屏蔽效率、散热性能、屏蔽频率和便捷轻薄化有了新的要求。按照材料的制备工艺划分，电磁屏蔽材料可以分为金属类电磁屏蔽材料、填充类复合屏蔽材料、表面敷层屏蔽材料和导电涂料类屏蔽材料。除此之外，还有一些新的屏蔽材料正在探索之中，例如发泡金属屏蔽材料、纳米屏蔽材料和本征导电高分子材料等。

2.5 基站天线材料

天线是一种变换器，把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线是基站的重要组成部分，基站天线性能直接影响到移动通信的质量，天线由辐射单元（振子）、反射板（底板）、功率分配网络（馈电网络）、封装防护（天线罩）构成。5G拥有高传输速率，同时使用毫米波以及波束成型技术，因此需要根据5G自身特点来设计不同的天线。目前5G通信基站的天线主要有2个解决方案，一是衬底集成天线（SIA），另一种则是把天线设计在封装上（PIA），无论采用哪种解决方案，都需要与5G系统协同设计，才能更加有效的实现信号传输和发送。

2.6 PCB材料

PCB是承载并连接其他电子元器件的桥梁，是现代电子信息产业中不可缺少的产品。5G时代基站用PCB会倾向于更多层的高集成设计，除了结构变化之外，5G的数据量更大、发射频率更大、工作的频段也更高，这需要基站用PCB板有更好的传输性能和散热性能，因此5G基站用PCB板要使用更高频率、更高传输速度、耐热性更好的电子基材。PCB产业链由上游的铜箔、玻纤、覆铜板，中游的PCB制造以及下游的行业应用构成。覆铜板对PCB直接影响PCB导电、绝缘、支撑等功能，是PCB制造的重要基材，在PCB原材料成本中占比最高。

2.7 滤波器相关材料

5G时代，主基站滤波器企业向设备商直接供货的经营模式发生了变化，主设备商整合天线&滤波器企业的趋势愈发明显。基站滤波器是射频系统的关键组成部分，主要工作原理是使发送和接收信号中特定的频率成分通过，并极大地衰减其它频率成分。在3G/4G时代，金属同轴腔体凭借着较低的成本和较成熟的工艺成为了市场的主流选择。5G时代受限于Massive MIMO对大规模天线集成化的要求，陶瓷介质滤波器在小型化、轻量化、低损耗、温度稳定性、性价比上存在优势，陶瓷滤波器逐渐成为市场主流。前期采用工艺成熟的小型化金属滤波器，后期采用陶瓷介质滤波器将成为大部分主设备商的选择。陶瓷滤波器核心制造工艺主要包括粉体配方、压制成型及烧结、金属化和调试4大环节。生产技术难点在于一致性，陶瓷粉体材料的配方、生产的自动化以及调试的良率和效率都是滤波器生产的难点所在。

3 新基建背景下推动5G产业链关键材料发展的相关建议

3.1 以自主创新为主导，突破关键核心技术

发挥政府引导和推动作用，以新基建为契机，引导创新要素向5G关键材料集聚，引导企业开展关键材料技术攻关。集中优势资源，积极推动5G基站、5G终端等重点技术产品的加速发展，跟踪培育具有核心技术的5G关键材料中小企业，在细分领域培育具有市场特色和竞争力的“小巨人”。组建国家级5G关键材料创新中心，构建5G核心创新网络，打造“产、研、学、用”相结合的自主创新体系，打通基础研究成果到产业化应用的堵点。

3.2 以5G网络、终端和应用为龙头，打造合作共赢开放的产业协同体系

加快5G网络、终端和应用等领域的本土化替代过程，选取一批关键材料生产企业，进行重点扶持，推动上下游系统合作，打破关键材料国外垄断的格局。对龙头企业进行政策引导，鼓励产业协同体系中企业间市场化合作，以参股合资、战略合作等手段带动企业间横向和纵向一体化合作。鼓励地方政府建立地区产业协同体系，在税收减免等方面给予优惠，提高龙头企业使用国产材料的积极性，建立“应用主导，产业链协同”的良好生态。

3.3 以开拓应用市场为目标，营造良好的外部发展环境

针对新基建建设特点，积极培育5G应用市场，进一步提升5G应用水平和应用层级。加快5G与新基建热点领域的渗透，拓展5G与其它行业的交叉融合，鼓励5G在数字产业化和产业数字化等方面的新业态探索，形成5G建设和5G应用双促进的良好格局。继续深化合作，扩大对外开放，与世界各国开展5G技术、标准、应用和安全等方面的合作，在物联网、车联网、人工智能、工业互联网等林谷与其它国家开展业务创新合作。