【原创】5G时代,华为为何果断选择了陶瓷滤波器


来源:中国粉体网   山川

[导读]  在5G产业链中,滤波器作为射频器件重要组成部分,承担了帮助基站选频的重任。

何为5G?


5G是第五代移动通信技术的简称,但与4G、3G、2G不同的是,5G不是独立的、全新的无线接入技术,而是现有无线接入技术——包括2G、3G、4G和WiFi——的演进,以及对一些新增的补充性无线接入技术进行集成后,形成的解决方案的总称。



来源:pixabay


简单来说,5G就是通过对现有无线技术的改进,使得网速更快,延时更低,1秒钟下一部电影轻轻松松!有了5G传输,使得物联网、车联网,甚至将来实现万物互联成为可能。


5G市场有多大?


据中国信通院《5G经济社会影响白皮书》预测:


2030年,5G带动的直接产出和间接产出将分别达到6.3万亿10.6万亿元


2020-2030年中国5G直接和间接经济产出(亿元)


在直接产出方面,按照2020年5G正式商用算起,预计在2025年、2030年将分别增长到3.3万亿、6.3万亿元,十年间的年均复合增长率为29%。


在间接产出方面,2020年、2025年、2030年,5G将分别带动1.2万亿、6.3万亿和10.6万亿元,年均复合增长率为24%。


你就说这个市场大不大吧!


滤波器是5G产业链重要一环


5G产业链,来源:万联证券研究所


在5G产业链中,滤波器作为射频器件重要组成部分,承担了帮助基站选频的重任。进入 5G 时代,基站天线通道数大幅增长,从 4G 的4、8 通道逐步升级为 16、32、64 和 128 通道。每一通道都需要一整套射频元件来处理收发上行和下行信号,且需要对应的滤波器来选择和处理信号频率,滤波器的需求量激增。中美贸易摩擦加速了芯片国产化替代进程,射频器件是下一代移动通信升级重点,滤波器作为射频前端必要的电子元器件,技术门槛较高,市场前景可观。



华为为何果断选择了陶瓷滤波器


目前,5G基站滤波器有三种方案,即小型金属腔体滤波器、塑料滤波器和陶瓷介质滤波器。传统的滤波器一般由金属同轴腔体实现,通过不同频率的电磁波在同轴腔体滤波器中振荡,保留达到滤波器谐振频率的电磁波,并耗散掉其余频率的电磁波。


陶瓷介质滤波器中的电磁波谐振发生在介质材料内部,没有金属腔体,因此体积较上述两种滤波器都会更小。5G时代MassiveMIMO(大规模天线技术)对天线集成化的要求较高,滤波器需要更加的小型化和集成化,为了满足5G基站对滤波器的相关需求,更易小型化的陶瓷介质滤波器成为主流解决方案。



鉴于陶瓷介质滤波器的优势,作为 5G 基站的先头部队,华为最早果断的选择了陶瓷介质滤波器。除华为外,爱立信也倾向于使用陶瓷介质滤波器。中兴、诺基亚等其他设备商也在逐步开始采用陶瓷介质滤波器,预计2021年全球主流设备商会逐步采取全陶瓷方案。


陶瓷滤波器生产工艺及关键环节


1、生产工艺


典型的陶瓷介质滤波器的生产工艺包含陶瓷粉体造粒、压制成型、保温烧结、印制银层、开设耦合窗口陶瓷谐振器、表面贴装、涂覆银层、再烧结、调制、测试、包装等。



陶瓷滤波器采用高温烧结工艺,射频结构设计后,微波介质陶瓷粉末喷雾造粒,干压成型后进行高温烧结,经过 CNC 打磨处理、金属化、制电极、调试等工艺制造而成。陶瓷替代金属,陶瓷介质滤波器量化生产技术难度更高,其难点主要在于粉体配方、干压成型及烧结、金属化和大规模自动化调试技术。


2、关键环节


首先是微波陶瓷粉体配方与制备批量生产一致性的问题,介质滤波器生产过程中需尽力控制工艺以制出杂质少、缺陷少、晶粒均匀分布的陶瓷。



我国陶瓷滤波器产业面临的挑战



1、5G陶瓷滤波器的生产加工难度大


首先,我国的先进陶瓷制备技术还是落后于国外的,其中最主要的生产环节-粉体制备技术可以说还远远落后于日本及西方国家,这将直接影响陶瓷滤波器产品的品质。


2、行业标准化建设


行业测试和要求都没有标准,比如可靠性要求,材料瓷体与银浆的配合,对于插损指标的影响。本身5G也还在测试中,还需一段时间的验证和运营商提速,所以相关通讯设备也在成熟完善中。未来标准化,有助于降低资源浪费。


3、缺乏理论指导,摸索浪费多


目前企业普遍缺乏理论指导,导致实验结果很多,持续性改善过程长。要做好陶瓷滤波器,做好基础研发工作非常重要,需要产学研配合。


4、合格率低,价格有下降空间


该行业的产业化才刚刚开始,生产工艺不成熟导致产业自动化推进缓慢,合格率低,生产成本高居不下。


5、行业刚刚起步、需要约束市场


陶瓷滤波器行业刚刚起步,国内大大小小的先进陶瓷企业不少,谁都想来分一杯羹,未来的市场需要约束,避免恶性竞争。


6、研发周期长


5G网络的研发花费的时间较长,科技研发的投入,是一笔长期的投资。


7、承受住西方国家的打压


华为、中兴等在5G领域的强势崛起,令美国等西方国家坐立不安,无赖强盗的面目昭然若揭,美国就以“华为、中兴对美国及美国通讯系统安全造成威胁”为由,打压两家公司在美国的商业活动。


参考来源:

[1]5G陶瓷介质滤波器逐步成为行业主流.滤波器

[2]陶瓷介质滤波器将成5G时代新主流,东山精密已供货华为.中富聚焦

[3]浅析:5G基站滤波器.中微聚智

[4]刘艳红.陶瓷滤波器自动化生产关键技术研究

[5]中国粉体网、万联证券研究所


(中国粉体网编辑整理/山川)

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除

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作者:山川

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