根據GSMA Intelligence預測，5G移動用戶和企業采用將出現顯著增長。截至2022年底，消費者連接數量已超過10億，2023年將增加至15億左右，到2025年底將達到20億。由此可見，與3G和4G相比，5G是發展最快的一代技術。 ? 我國已建成全球規模最大、技術最先進的5G網絡，截至今年3月底累計建成5G基站超過264萬個，5G網絡已經覆蓋全國所有地級市、縣城城區，5G移動電話用戶已達到6.2億部，5G共建共享基站超過150萬個，對建設集約、高效綠色低碳網絡發揮了重要作用。在應用層面，5G典型場景融入國民經濟97大類中的40余類，規模化應用覆蓋礦山、港口等場景。 ?

雖然目前6G已處于研發階段，但正式推出恐怕要到2030年以后。所以，5G還在持續創新和演進，同時也為6G愿景和技術方向夯實基礎。 ?

5G移動服務收入（單位：百萬美元）

在功耗方面，5G比4G提升了一到兩個量級，因此迫切需要低損耗材料的加持。 ? ? ?

從5G智能手機說起

大多數人一定認為，低損耗材料在5G設備中的應用首先是智能手機。畢竟，低損耗材料是實現智能手機先進5G封裝天線（AiP）不可或缺的一部分，蘋果等知名智能手機制造商一直討論在他們在旗艦手機中為5G天線選擇哪種低損耗材料。 ? 與4G通信相比，5G接入需滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸、超高寬帶傳輸三大基礎性能要求，其制備材料需要具有實現大規模集成化、高頻化和高頻譜效率等特點。蘋果從iPhoneX開始使用兩組液晶聚合物（LCP）天線取代改性聚酰亞胺（MPI），引發了安卓系的踴躍跟進。 ? 隨著5G固定無線接入（FWA）部署不斷增加，無需鋪設光纖或電纜就可以為家庭和企業提供無線互聯網接入。在光纖或電纜安裝過于昂貴或困難的地方，FWA能夠以與有線寬帶連接相當的速度接入高速互聯網。 ?

5G生態

雖然有基于4G/LTE的固定無線技術，但它無法與有線寬帶的速度匹配，且在經濟上也不可行。5G技術的興起使這種情況發生了變化。預計下一代5G FWA產品將提供與光纖寬帶連接媲美的數據傳輸速率，而沒有光纖安裝的復雜性。 ? 5G FWA性能的提高部分源于毫米波5G頻段（大于24GHz）的預期使用，以及大規模MIMO和波束成形等先進天線技術。 ? ? ?

為什么要降低信號損耗？

5G網絡最具革命性的優勢是依賴高頻5G技術，即利用26GHz到40GHz頻譜的毫米波5G。在如此高頻率下，許多技術和設備都面臨著挑戰。高頻信號會導致顯著的傳輸損耗，需要更高的功率和更高效的電源，而且會產生更多的熱量。 ? 因此，傳輸損耗是5G應用中天線設計和射頻（RF）集成電路（IC）的痛點。對于低頻5G，即sub-6GHz 5G，由于高數據傳輸速度，也必須降低信號損耗。 ?

毫米波5G的挑戰、趨勢和創新

隨著毫米波5G的未來崛起，低損耗材料將迅速增長，并發揮越來越重要的作用。從低損耗材料的前景看，有五個衡量其性能的關鍵因素：介電常數（Dk）、耗散因子（Df）、吸濕性、成本和可制造性。 ? 低損耗材料不僅可用作基板或PCB板，還可以用于先進封裝。其中一個強勁趨勢是AiP，隨著毫米波頻率的提高，天線元件的尺寸將縮小，陣列將安裝到封裝中。這種集成還有助于縮短RF路徑，從而最大限度地減少傳輸損耗。AiP需要針對基板（及重布線層）、電磁干擾（EMI）屏蔽、塑封底部填充（MUF）等的低損耗材料。 ?

低損耗材料的范圍 ? ?

? 5G設備看好的低損耗材料有哪些？

? 低損耗熱固性材料：熱固性材料主導了3G/4G網絡設備市場。然而，高介電常數和耗散因子限制了它們在毫米波5G中的使用。關鍵材料供應商的戰略和研發工作旨在減少這些材料的介電常數和耗散因子。 ?

聚四氟乙烯（PTFE）：是用于高頻應用的最常見材料之一，如汽車雷達系統、高速/高頻（HS/HF）板和連接器。 ?

液晶聚合物（LCP）：是一種高性能特種工程塑料，已用于制造智能手機天線的柔性板。該市場將繼續增長，并擴展到其他應用領域。主要生產商包括Du Pont、Ticona、住友、寶理塑料、東麗等。 ?

低溫共燒陶瓷（LTCC）：LTCC的低耗散因子和寬范圍介電常數將加速基于LTCC的組件的使用，如緊湊型高頻濾波器。 ?

其他：為了優化5G系統的性能，將使用一種非常多樣化的材料，例如碳氫化合物、聚苯醚（PPE或PPO）和玻璃。這些替代材料將占據5G材料市場的很大份額。

針對5G相關設備的低損耗材料的十年預測涵蓋頻率為sub-6GHz 5G和毫米波5G。細分市場包括用于基礎設施、智能手機和CPE的低損耗材料。天線板材、波束成形IC重布線層以及先進封裝用途的低損耗材料預測面積如下圖所示。 ?

按頻率、細分市場和材料類型劃分的低損耗材料 ? ?

? 降低傳輸損耗需要材料、設計和部署創新

? sub-6GHz（3.5-7GHz）和毫米波（＞24GHz）波段是5G覆蓋頻譜的兩個新波段。 ? sub-6GHz頻段是一個受歡迎的選擇，因為它在提供出色的數據吞吐量和合理的價格之間找到了平衡。另外，由于短信號傳輸的性質和非視距（NLOS）問題（需要更多的基站），毫米波過于昂貴，無法大規模實施。 ?

按頻率劃分的5G商用/預商用服務（2022）

業界正在開發一種將RF組件與天線緊密集成的新封裝策略。 ?

RF組件與天線緊密集成的新封裝

不過，隨著設備越來越緊湊，電源和熱管理變得越發重要。除了設備設計，網絡部署策略也是應對功耗挑戰的關鍵研究領域。例如，利用各種技術，如可重新配置的智能表面或中繼器，研究建立異構智能電磁（EM）環境。 ? 5G開放式無線接入網絡（Open RAN）是一種供應商中立的方法，采用標準化設計，為電信運營商提供了一種基于具有標準化互操作性的分類RAN組件構建網絡的替代方式，包括使用非專有的白盒硬件、來自不同供應商的開源軟件和開放接口。Open RAN也被視為減少對愛立信、華為和諾基亞“三巨頭”依賴的策略，但在采用低損耗材料方面不會受到影響。

? 2022年9月，NTT DOCOMO建立了第一個5G Open RAN，更多電信運營商也制定了路線圖，在不久的將來使用Open RAN部署5G網絡。憑借其高吞吐量和超低延遲，5G可以進入各種高價值領域，如3D機器人控制、數字孿生、遠程醫療等。5G功能可以與AR/VR結合，在游戲、教育和制造業中推出各種應用。此外，5G C-V2X（萬物互聯）也在快速發展。 ?

5G毫米波商用/預商用服務（2022年9月） ? ? ?

5G FWA和CPE挑戰和低損耗材料的機會

重要的是，5G FWA的實施需要CPE，包括住宅和企業設備，以連接5G接入單元，并在建筑內創建高速Wi-Fi網絡。CPE與基站的可比性較低，而更類似于Wi-Fi中繼器。CPE從5G基站接收5G蜂窩信號，然后將其轉換為Wi-Fi信號，以使建筑內的筆記本電腦等設備連接到5G網絡。很明顯，對于5G和FWA網絡未來向家庭和企業擴展CPE不可或缺。 ? 雖然5G FWA聽起來前景可觀，但現實應用中仍面臨挑戰。最大的挑戰是毫米波5G無線傳輸面臨的高傳輸損耗降低了其覆蓋面積。此外，毫米波5G信號容易受雨水和樹葉等環境因素的干擾。雖然先進天線技術可以緩解這些問題，但實施成本往往很高，這對于5G FWA等商業部署有限的技術來說并不可取。顯然，毫米波5G固有的高傳輸損耗阻礙了5G FWA的全球安裝和傳播。 ?

2028年5G CPE低損耗材料需求

? 為了降低5G CPE的傳輸損耗，需要在CPE的PCB和RF組件中廣泛使用低損耗材料。雖然一些sub-6GHz 5G CPE已使用了現有介電材料（如環氧樹脂層壓板），但其性能不足以滿足毫米波5G CPE的要求，而要廣泛實現5G FWA也需要更高的數據速度。 ? 現有材料也不太適合RF組件的小型化，而小型化是CPE的必需。這為新興的熱塑性塑料和陶瓷提供了絕佳的機會。 ? 不過，新興的低損耗材料也面臨挑戰，雖然供應商希望使用超低損耗材料來提高CPE性能，但這些材料也相當昂貴。這可能會使供應商在家庭或企業安裝5G CPE時遇到麻煩。 ? ? ?

從5G到6G都需要低損耗材料

? 推動5G和6G低損耗材料市場增長的主要應用領域是5G CPE。隨著5G頻率的上升，以LCP為代表的低損耗材料及其產品的滲透率將逐漸提升。 ? 6G將可能使用太赫茲（THz）頻段，其傳輸能力可能比5G提升100倍，網絡延遲也可能從毫秒降到微秒級。6G通信用的材料品種將異常豐富，包括天線材料、導熱散熱材料、高頻覆銅板基材、電磁屏蔽材料等，低損耗材料也將在相關領域發揮更重要的作用。 ?

編輯：黃飛

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