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微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷作为一种新型电子材料,在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等,广泛应用于微波技术的许多领域,如移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接收器、卫星广播、雷达、无线电遥控等。随着低温共烧陶瓷技术的不断发展,微波介质陶瓷材料的应用前景会更好。
微波介质陶瓷优点:
(1)小型化众所周知,微波设备实现小型化、高稳定及廉价的方式是微波电路的集成化。在微波电路集成化的进程中,金属波导实现了平面微带集成化,微波管实现了小型化。但是,微波电路中各种金属谐振腔由于体积和重量太大,难以和微带电路相集成,解决这一困难的出路在于使用微波介质陶瓷材料制作谐振器。已经知道,谐振器的尺寸和电介质材料的介电常数的平方根成反比。所以电介质材料的介电常数越大,所需要的电介质陶瓷块体就越小,谐振器的尺寸也就越小。因此,微波介质陶瓷材料的高介电常数有利于微波介质滤波器的小型化,可使滤波器同微波管、微带线一道实现微波电路混合集成化,使器件尺寸达到毫米量级,其价格也比金属谐振腔低廉得多。
(2)高稳定性接近于零的频率温度系数。通信器件的工作环境温度不可能一成不变。如果微波介质材料的谐振频率随温度变化较大,滤波器的载波信号在不同的温度下就会漂移,从而影响设备的使用性能。这就要求材料的谐振频率不能随温度变化太大。温度的实际要求范围大致是-40℃~100℃,在这个范围内,材料的频率温度系数f不大于l0ppm/℃。
(3)低损耗滤波器的一个重要要求是插入损耗低,微波介质材料的介质损耗是影响介质滤波器插入损耗的一个主要因素。微波介质材料Q值与介质损耗成反比关系。Q值越大,滤波器的插入损耗就越低。电子工业为微波介质陶瓷下游应用最大市场,电子陶瓷需求日益增长。
微波介质陶瓷因其特定的精细结构和高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能,被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济各个领域。电子工业为微波介质陶瓷下游应用最大市场,电子陶瓷需求日益增长。陶瓷材料是无线技术中高频电容器及磁性元件的基础,陶瓷基片及其组合部件、微波滤器、大功率器件的热阱等均是无线技术的关键部件。近年受益于通信、计算机、电子仪表、家用电器和数字电路技术的普及发展,电子陶瓷元器件的市场需求日益增长。
产业现状:微波介质陶瓷的探索阶段是在上个世纪60年代开始,经过多年的研发,行业产业化成为现实。微波介质陶瓷上游为氮气、氢氧化钡、碳酸钙等其他原材料,下游主要应用于手机、汽车电话、蜂窝无绳电话等移动通信和卫星直播电视等领域。近二十多年来,行业发展较快,成为制作制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国微波介质陶瓷市场竞争力分析及投资战略预测研发报告》统计数据显示:2011年国内微波介质陶瓷行业产量1341吨,到2018年增长到2958吨,行业产量增长120.6%。
2011-2018年中国微波介质陶瓷行业产量现状分析
数据统计:中金企信国际咨询
2011年国内微波介质陶瓷行业规模约12.92亿元,到2018年增长到了22.9亿元,近几年我国微波介质陶瓷行业规模情况如下图所示:
2011-2018年中国微波介质陶瓷行业规模现状分析
数据统计:中金企信国际咨询
企业现状:由于看到微波介质陶瓷行业巨大的市场前景,越来越多企业想介入此领域,但能形成批量生产的企业较少,如灿勤、艾福、国华、大富、凡谷、佳利、江佳、世嘉等。在全球中,微波陶瓷材料以及器件的主要生产企业有村田公司、EPCOS、Trans-Tech、Morgan等,其产品应用范围较广,年产值较高,在微波介质陶瓷材料行业处于领先地位。而受限于微波介质陶瓷粉体的配方以及生产技术,目前国内主要生产企业有艾福电子、灿勤科技、国华新材、佳利电子、鸿博股份、通宇通讯、大富科技,其中灿勤科技在2018年成为全球首家量产5G介质波导滤波器的生产厂商,成为国内最大陶瓷介质滤波器企业,在2019年实现营收14亿元,其中介质波导滤波器即陶瓷介质滤波器收入为12.8亿元,占比为91%。
2018年中国微波介质陶瓷主要企业产品及合作伙伴分析
企业名称 |
相关产品 |
合作伙伴 |
世嘉科技-波发特 |
滤波器 |
中兴滤波器和天线核心供应商 |
东山精密-艾福电子 |
陶瓷介质滤波器、陶瓷谐振器、基站天线 |
华为滤波器核心供应商 |
风华高科-国华新材料 |
陶瓷介质滤波器 |
爱立信滤波器核心供应商 |
鸿博股份-弗兰德 |
基站天线、射频器件、陶瓷介质滤波器(尚未投产) |
华为天线供应商、与华为联合开发陶瓷介质滤波器 |
通宇通讯-江嘉科技 |
陶瓷介质滤波器 |
—— |
灿琴科技 |
滤波器、谐振器、双工器、天线系列等 |
—— |
大富科技 |
射频器件、射频结构件等 |
华为、爱立信等供应商 |
产业前景:微波陶瓷材料生产技术壁垒不高,且在5G发展带动下,市场需求较高,吸引投资者入内,目前较多企业处于研发生产阶段。现阶段,国内能够稳定生产微波陶瓷材料的企业数量较少,企业之间的竞争压力较小。未来,随着新进入企业数量不断攀升,我国微波陶瓷材料产能持续增长,市场竞争压力将不断增加。
未来,随着5G产业的快速发展,对于微波陶瓷材料需求持续攀升,未来微波陶瓷材料行业发展前景较好。在生产方面,目前微波陶瓷材料行业处于发展初期,市场竞争压力较小,由于能够量产的企业数量较少,且市场需求较大,因此供应商议价能力强,有利于新企业入内。