我國(guó)電子陶瓷基板產(chǎn)業(yè)發(fā)展和戰(zhàn)略建議

我國(guó)現(xiàn)在電子陶瓷基板產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展增速，電子陶瓷作為一類重要的戰(zhàn)略新材料，是無(wú)源電子元件的核心材料，也是電子信息技術(shù)領(lǐng)域重要的技術(shù)前沿。隨著電子信息技術(shù)日益走向集成化、智能化和微型化，無(wú)源電子元件日益成為電子元器件技術(shù)的發(fā)展瓶頸，電子陶瓷材料及其制備加工技術(shù)的戰(zhàn)略地位日益凸顯。我國(guó)電子陶瓷材料和元件領(lǐng)域已形成了很好的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，但在高端材料和元器件方面的競(jìng)爭(zhēng)力依然不足，一些關(guān)鍵材料技術(shù)、工藝技術(shù)及設(shè)備技術(shù)受制于人。研究認(rèn)為：面對(duì)新形勢(shì)，亟待加大研發(fā)投入，理順體制機(jī)制，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控和自主創(chuàng)新。

中國(guó)工程院周濟(jì)院士、李龍土院士等在中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2020年第5期撰文指出，面對(duì)新形勢(shì)，亟待加大研發(fā)投入，理順體制機(jī)制，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控和自主創(chuàng)新。文章分析了國(guó)際電子陶瓷產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，總結(jié)了我國(guó)電子陶瓷材料與元器件的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理了電子陶瓷材料重大技術(shù)的需求及產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，提出了我國(guó)電子陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體思路、戰(zhàn)略目標(biāo)和重點(diǎn)發(fā)展方向。文章指出，我國(guó)電子陶瓷材料和元件領(lǐng)域已形成了很好的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)高端電子陶瓷產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)發(fā)展，亟待強(qiáng)化頂層統(tǒng)籌規(guī)劃，為此建議，將無(wú)源元件和關(guān)鍵電子陶瓷材料及無(wú)源電子元件納入國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略布局中統(tǒng)籌考慮；增加研究人員和資金投入，強(qiáng)化研發(fā)力量；統(tǒng)籌規(guī)劃電子陶瓷材料與元器件產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，加強(qiáng)自主創(chuàng)新。

一、前言

電子陶瓷是無(wú)源電子元件的核心材料，是電子信息技術(shù)的重要材料基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)日益走向集成化、薄型化、智能化和微型化，以半導(dǎo)體技術(shù)為基礎(chǔ)的有源器件和集成電路迅速發(fā)展，而無(wú)源電子元件日益成為電子元器件技術(shù)的發(fā)展瓶頸，因此電子陶瓷材料及其制備加工技術(shù)越來(lái)越成為制約電子信息技術(shù)發(fā)展的重要核心技術(shù)之一 。

我國(guó)是無(wú)源電子元件大國(guó)，從產(chǎn)品產(chǎn)量上看，無(wú)源元件的產(chǎn)量占到了全球的40%以上；但不是強(qiáng)國(guó)，元件產(chǎn)值不足全球產(chǎn)值的四分之一，高端元件大量依賴進(jìn)口 。電子陶瓷材料及技術(shù)是制約高端元件發(fā)展的重要因素之一。從戰(zhàn)略高度研判國(guó)內(nèi)外電子陶瓷材料與元器件技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的問(wèn)題及對(duì)策，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)高端電子元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

二、國(guó)際電子陶瓷產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

從全球電子陶瓷產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平看，日本和美國(guó)處于世界的領(lǐng)先地位。其中，日本憑借其超大規(guī)模的生產(chǎn)和先進(jìn)制備技術(shù)，在世界電子陶瓷市場(chǎng)中具有主導(dǎo)地位，占有世界電子陶瓷市場(chǎng) 50% 以上的份額 。美國(guó)在基礎(chǔ)研究和新材料開發(fā)方面力量雄厚，其注重產(chǎn)品的前沿技術(shù)和在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，如在水聲、電光、光電子、紅外技術(shù)和半導(dǎo)體封裝等方面處于優(yōu)勢(shì)地位。此外，韓國(guó)在電子陶瓷領(lǐng)域發(fā)展迅速，引人矚目。

（一）多層陶瓷電容器（MLCC）產(chǎn)業(yè)

電子陶瓷的主要應(yīng)用領(lǐng)域是無(wú)源電子元件。MLCC 是目前用量最大的無(wú)源元件之一，主要用于各類電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波旁路電路中，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及自動(dòng)儀表、數(shù)字家電、汽車電器、通信、計(jì)算機(jī)等行業(yè)。MLCC 在國(guó)際電子制造業(yè)中占據(jù)越來(lái)越重要的位置，尤其是隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信、電腦、網(wǎng)絡(luò)、汽車、工業(yè)和國(guó)防終端客戶的需求日益增多，全球市場(chǎng)達(dá)到百億美元，并以每年 10%~15% 的速度增長(zhǎng)。

自 2017 年以來(lái)，由于供求關(guān)系所致，MLCC 產(chǎn)品發(fā)生了若干次漲價(jià)潮。日本是 MLCC 的生產(chǎn)大國(guó)，日本的村田（nuRata）、京瓷株式會(huì)社（KYOCERA）、太陽(yáng)誘電株式會(huì)社（TAIYO YUDEN）、TDK-EPC，韓國(guó)的三星電機(jī)有限公司（SEMCO）和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的華新科技股份有限公司、國(guó)巨股份有限公司等都是全球著名的 MLCC 生產(chǎn)企業(yè)。

MLCC 的主流發(fā)展趨勢(shì)是小型化、大容量、薄層化、賤金屬化、高可靠性，其中內(nèi)電極賤金屬化相關(guān)技術(shù)在近年來(lái)發(fā)展最為迅速，采用賤金屬內(nèi)電極是降低 MLCC 成本的最有效途徑，而實(shí)現(xiàn)賤金屬化的關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)展高性能抗還原鈦酸鋇瓷料。日本在 21 世紀(jì)初就已經(jīng)完成了此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)，并一直保持世界領(lǐng)先，目前其大容量 MLCC 全部實(shí)現(xiàn)了賤金屬化。尺寸的小型化一直是 MLCC 發(fā)展的主要趨勢(shì)，隨著電子設(shè)備日益向小型化和便攜式方向發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速，小型化產(chǎn)品需求強(qiáng)烈，如圖 1 所示。實(shí)現(xiàn)小型化元器件的基本材料技術(shù)是陶瓷介質(zhì)層的薄型化技術(shù)。當(dāng)前日本企業(yè)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)的 MLCC 單層厚度已達(dá) 1 μm，其中，處于頂級(jí)地位的日本村田和太陽(yáng)誘電株式會(huì)社的研發(fā)水平已達(dá)到 0.3 μm。介質(zhì)薄層化的基礎(chǔ)是介質(zhì)材料的微細(xì)化。在大容量薄層化 MLCC 元件單層厚度逐漸減小的同時(shí)，為保證元件的可靠性，鈦酸鋇作為 MLCC 陶瓷介質(zhì)的主晶相，其顆粒尺寸需要從 200~300 nm 進(jìn)一步細(xì)化到 80~150 nm。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是制備出顆粒尺寸 150 nm 的鈦酸鋇材料作為 MLCC 介質(zhì)層的主晶相材料。

                                                                                     圖 1 近年來(lái)各種尺寸 MLCC 的市場(chǎng)占比變化

（二）片式電感器產(chǎn)業(yè)

片式電感器是另一類用量較大的無(wú)源電子元件，是三大類無(wú)源片式元件中技術(shù)最復(fù)雜的一類，其核心材料是磁性陶瓷（鐵氧體）。目前世界片式電感器的總需求量在 10 000 億只左右，年增長(zhǎng)速度在 10% 以上。在研制生產(chǎn)片式電感器方面，日本的生產(chǎn)產(chǎn)量約占世界總量的 70%。其中 TDK-EPC、村田和太陽(yáng)誘電株式會(huì)社一直掌握該領(lǐng)域的前沿技術(shù)。據(jù)產(chǎn)業(yè)情報(bào)網(wǎng)（IEK）統(tǒng)計(jì)，在全球電感市場(chǎng)中， TDK-EPC、太陽(yáng)誘電株式會(huì)社及村田三家企業(yè)的產(chǎn)量合計(jì)約占全球市場(chǎng)的 60% 左右。片式電感器發(fā)展的主要趨勢(shì)包括小尺寸、高感量、大功率、高頻率以及高穩(wěn)定、高精度。其技術(shù)核心是具有低溫?zé)Y(jié)特性的軟磁鐵氧體和介質(zhì)材料。

（三）高性能壓電陶瓷產(chǎn)業(yè)

壓電陶瓷是一種重要的換能材料，其機(jī)電耦合性能優(yōu)良，在電子信息、機(jī)電換能、自動(dòng)控制、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)儀器中廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)新的應(yīng)用需求，壓電器件正向多層化、片式化和微型化方向發(fā)展。近年來(lái)，多層壓電變壓器、多層壓電驅(qū)動(dòng)器、片式化壓電頻率器件等一些新型壓電器件不斷被研制，并廣泛應(yīng)用于電氣、機(jī)電、電子等領(lǐng)域。同時(shí)，在新型材料方面，無(wú)鉛壓電陶瓷的研制已取得了較大的突破，有可能使得無(wú)鉛壓電陶瓷在許多領(lǐng)域替代鋯鈦酸鉛（PZT）基的壓電陶瓷，推動(dòng)綠色電子產(chǎn)品的升級(jí)換代。此外，壓電材料在下一代能源技術(shù)中的應(yīng)用開始嶄露頭角。過(guò)去十年中，隨著無(wú)線與低功耗電子器件的發(fā)展，利用壓電陶瓷的微型能量收集技術(shù)的研究與開發(fā)受到各國(guó)政府、機(jī)構(gòu)和企業(yè)的高度重視。

（四）微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)

微波介質(zhì)陶瓷是無(wú)線通信器件的基石，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、導(dǎo)航、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、雷達(dá)、遙測(cè)、藍(lán)牙技術(shù)以及無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）等領(lǐng)域。由微波介質(zhì)陶瓷構(gòu)成的濾波器、諧振器及振蕩器等元器件在 5G 網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用，其質(zhì)量在很大程度上決定了微波通信產(chǎn)品的最終性能、尺寸極限與成本。具有低損耗、高穩(wěn)定性、可調(diào)制的微波電磁介質(zhì)材料是目前國(guó)際上的核心技術(shù)。微波介質(zhì)陶瓷材料在發(fā)展初期曾形成美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家和地區(qū)激烈競(jìng)爭(zhēng)的局面，但隨后日本逐漸處于明顯的優(yōu)勢(shì)地位。隨著第三代移動(dòng)通信與數(shù)據(jù)微波通信的快速發(fā)展，美國(guó)、日本、歐洲均針對(duì)該高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行戰(zhàn)略上的調(diào)整。從最近的發(fā)展趨勢(shì)看，美國(guó)將非線性微波介質(zhì)陶瓷與高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料技術(shù)作為戰(zhàn)略重點(diǎn)，歐洲側(cè)重于固定頻率諧振器用材料，而日本則依靠其產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢(shì)大力推進(jìn)微波介質(zhì)陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)化與高品質(zhì)化。目前微波介質(zhì)材料和器件的生產(chǎn)水平以日本村田、京瓷株式會(huì)社、TDK-EPC 公司，美國(guó) Trans-Tech 公司等為最高。

（五）半導(dǎo)體陶瓷產(chǎn)業(yè)

半導(dǎo)體陶瓷是一類可以將濕、氣、力、熱、聲、光、電等物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的信息功能陶瓷材料，應(yīng)用十分廣泛，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要基礎(chǔ)材料，如正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和壓敏電阻，以及氣敏、濕敏傳感器等。熱敏陶瓷和壓敏陶瓷的產(chǎn)量和產(chǎn)值在半導(dǎo)體陶瓷材料中最高。在國(guó)際上，熱敏電阻陶瓷材料及器件以日本村田、芝浦電子株式會(huì)社、三菱集團(tuán)（Mitsubishi）、TDK-EPC、石冢電子株式會(huì)社（Ishizuka），美國(guó)威世（VISHAY），德國(guó)愛普科斯（EPCOS）等公司的技術(shù)最先進(jìn)，產(chǎn)量最大，他們的年產(chǎn)量總和約占世界總量的 60%~80%，其產(chǎn)品質(zhì)量好的同時(shí)價(jià)格也高。近年來(lái)，國(guó)外陶瓷半導(dǎo)體器件正向高性能、高可靠、高精度、多層片式化和規(guī)?；较虬l(fā)展。目前，國(guó)外一些大企業(yè)相繼推出了一些基于多層陶瓷技術(shù)的片式化半導(dǎo)體陶瓷器件，成為敏感器件領(lǐng)域的高端產(chǎn)品。

三、我國(guó)電子陶瓷材料與元器件的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)是電子元件大國(guó)，多種電子陶瓷產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界首位，已經(jīng)形成了一批在國(guó)際上擁有一定競(jìng)爭(zhēng)力的元器件產(chǎn)品生產(chǎn)基地，同時(shí)擁有全球最大的應(yīng)用市場(chǎng)。然而，目前高端電子陶瓷材料市場(chǎng)主要為日本企業(yè)所壟斷，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的材料少部分用于高端元器件產(chǎn)品，大部分用于中低端元器件產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)高水平科研成果在轉(zhuǎn)化過(guò)程中遭遇來(lái)自原材料、生產(chǎn)裝備、穩(wěn)定性等方面的瓶頸，所占市場(chǎng)份額相對(duì)較低。

在產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面，我國(guó)的電子陶瓷及其元器件產(chǎn)品生產(chǎn)基地已經(jīng)形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，并擁有國(guó)際先進(jìn)的生產(chǎn)水平。其中風(fēng)華高新科技股份有限公司是國(guó)際上為數(shù)不多的集電子元器件、電子材料、電子專用設(shè)備“三位一體”的產(chǎn)業(yè)體系的綜合性企業(yè)；順絡(luò)電子股份有限公司在片式電感器和低溫共燒陶瓷（LTCC）產(chǎn)品方面在國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯；潮州三環(huán)（集團(tuán)）股份有限公司、深圳宇陽(yáng)科技發(fā)展有限公司等陶瓷電子元器件行業(yè)中的龍頭骨干企業(yè)也都在國(guó)際上具有一定影響力，得到了國(guó)家一系列研發(fā)計(jì)劃的支持。由清華大學(xué)和風(fēng)華高新科技股份有限公司牽頭，聯(lián)合 20 家大中型企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校組建的電子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟對(duì)于推動(dòng)功能陶瓷片式元器件與無(wú)源集成產(chǎn)業(yè)陶瓷材料研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)的結(jié)合發(fā)揮了重要作用。

（一）MLCC 產(chǎn)業(yè)

我國(guó) MLCC 行業(yè)規(guī)模較大，已經(jīng)形成了一批以風(fēng)華高新科技股份有限公司、深圳宇陽(yáng)科技發(fā)展有限公司為代表的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大企業(yè)，并在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。然而，由于全球頂級(jí)的 MLCC 制造廠商如日本的太陽(yáng)誘電株式會(huì)社、村田、京瓷株式會(huì)社、TDK-EPC 和韓國(guó)的三星電機(jī)有限公司等大型企業(yè)陸續(xù)在中國(guó)內(nèi)地建立了制造基地，把產(chǎn)能向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移，目前國(guó)內(nèi)一半以上的 MLCC 產(chǎn)量被外資和合資企業(yè)占據(jù)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)高端 MLCC 產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。由于缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和先進(jìn)工藝設(shè)備，高性能陶瓷粉體、電極漿料、先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備都大量依賴于國(guó)外廠商。從市場(chǎng)情況看，MLCC 消費(fèi)主要集中在亞洲，占全球 MLCC 消費(fèi)量的 75%，而中國(guó)占到一半以上。隨著移動(dòng)通信產(chǎn)品等整機(jī)制造業(yè)的不斷擴(kuò)張，我國(guó)的 MLCC 產(chǎn)品需求仍在迅速增長(zhǎng)。

（二）片式電感器產(chǎn)業(yè)

我國(guó)從 20 世紀(jì) 90 年代初開始開發(fā)、生產(chǎn)片式電感器及相關(guān)材料。目前已基本建立起了一個(gè)傳統(tǒng)與新型產(chǎn)品兼顧、具有相當(dāng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模、在國(guó)際市場(chǎng)占據(jù)一定地位的電感器行業(yè)，產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的 20%。其中深圳順絡(luò)電子股份有限公司已經(jīng)憑借材料和工藝方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。然而，目前國(guó)內(nèi)片式電感生產(chǎn)廠商依然存在一些問(wèn)題，大部分產(chǎn)品面向消費(fèi)類電子產(chǎn)品，應(yīng)用于通信領(lǐng)域和汽車電子領(lǐng)域的這類基礎(chǔ)元件主要被日本、韓國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣的企業(yè)所壟斷。同時(shí)，低端市場(chǎng)的價(jià)格戰(zhàn)造成了國(guó)內(nèi)片式電感生產(chǎn)廠商利潤(rùn)空間的萎縮。目前，全球市場(chǎng)對(duì)片式電感器的需求在不斷增長(zhǎng)，市場(chǎng)結(jié)構(gòu)也在不斷變化，尤其是移動(dòng) / 無(wú)線通信領(lǐng)域的增長(zhǎng)速度驚人。以手機(jī)為代表的移動(dòng)通信產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家大部分在中國(guó)，而目前大部分用于移動(dòng)通信的片式電感器件由國(guó)外供貨。計(jì)算機(jī)和汽車電子也是國(guó)內(nèi)對(duì)高端片式電感器產(chǎn)品需求增長(zhǎng)較快的領(lǐng)域。未來(lái)一段時(shí)期，我國(guó)在高端片式電感器方面的市場(chǎng)缺口會(huì)相當(dāng)大。

（三）高性能壓電陶瓷產(chǎn)業(yè)

在高性能壓電陶瓷及元器件方面，我國(guó)內(nèi)地壓電陶瓷企業(yè)數(shù)量較多，但多數(shù)企業(yè)是中小企業(yè)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以低端產(chǎn)品為主。盡管在過(guò)去幾十年中我國(guó)壓電陶瓷的研究開發(fā)取得了一批有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果。但從目前行業(yè)的總體情況看，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平亟待提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有待升級(jí)。隨著信息技術(shù)、新能源技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)以及航空航天技術(shù)的迅速發(fā)展，一些新型的壓電陶瓷器件的應(yīng)用市場(chǎng)將迅速崛起，成為壓電陶瓷器件的市場(chǎng)主體。

（四）微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)

在微波介質(zhì)陶瓷材料方面，我國(guó)微波電磁介質(zhì)的研究起步較早，基本上與發(fā)達(dá)國(guó)家同步，早期主要圍繞國(guó)防軍工上的關(guān)鍵微波器件的需求開展研究開發(fā)和生產(chǎn)。近十幾年來(lái)，形成了若干個(gè)一定規(guī)模的企業(yè)，如武漢凡谷電子股份有限公司、佳利電子有限公司、大富科技股份有限公司、深圳順絡(luò)電子股份有限公司、江蘇燦勤科技股份有限公司等。但這些企業(yè)與國(guó)際知名大企業(yè)相比較，在技術(shù)水平、產(chǎn)品品種和生產(chǎn)規(guī)模上仍有較大差距。以第五代移動(dòng)通信（5G）、無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感網(wǎng)以及以衛(wèi)星通信與定位系統(tǒng)為代表的無(wú)線信息技術(shù)迅速崛起，對(duì)高性能微波器件提出了更高的要求，其發(fā)展空間很大。

（五）半導(dǎo)體陶瓷產(chǎn)業(yè)

目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)半導(dǎo)體陶瓷及相關(guān)敏感器件的生產(chǎn)企業(yè)在 20 世紀(jì) 90 年代成立，以外資企業(yè)與民營(yíng)企業(yè)為主體。外資企業(yè)以獨(dú)資或合資的方式在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迅速建立了生產(chǎn)基地，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，產(chǎn)品性能優(yōu)良，出口量較大，在國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)上占據(jù)著主導(dǎo)地位。從技術(shù)方面看，民營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，在原材料、生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、質(zhì)量控制等方面還存在較大不足，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)產(chǎn)品線單一，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以中低端為主，無(wú)法滿足高端市場(chǎng)的需求。從未來(lái)需求方面看，物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的迅猛發(fā)展將帶來(lái)我國(guó)半導(dǎo)體陶瓷傳感器需求的爆炸式增長(zhǎng)，未來(lái)還將面臨較大的發(fā)展空間。

四、電子陶瓷材料重大技術(shù)需求分析

隨著電子信息產(chǎn)品進(jìn)一步向?qū)拵Щ?、小型化、集成化、無(wú)線 / 移動(dòng)化、綠色化的方向發(fā)展，電子陶瓷元器件的多功能化、多層化、多層元件片式化和片式元件集成化成為發(fā)展的主流，這些新的趨勢(shì)向電子陶瓷材料提出了一系列新的要求，如材料顯微結(jié)構(gòu)細(xì)晶化、材料功能的多樣化、電磁特性的高頻化及低損耗化等。而相關(guān)材料技術(shù)日益成為制約信息技術(shù)發(fā)展的瓶頸技術(shù)。

未來(lái)若干年，電子陶瓷材料的發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題包括以下幾方面。

（1）滿足電子元件小型化 / 微型化的電子信息系統(tǒng)的新型電子陶瓷材料及其關(guān)鍵技術(shù)。如納米晶材料制備技術(shù)、超薄陶瓷膜成型工藝等；適用于低能耗無(wú)線／移動(dòng)信息系統(tǒng)中關(guān)鍵微波元器件的超低損耗介質(zhì)陶瓷材料等。

（2）適應(yīng)新一代移動(dòng)通信技術(shù)特征頻率的新型電子陶瓷材料。隨著 5G/6G 技術(shù)的發(fā)展，通信頻段逐漸從微波向毫米波推進(jìn)，而適應(yīng)更高頻段的新型電子陶瓷，特別是陶瓷介質(zhì)材料的需求將急劇增加，發(fā)展相關(guān)材料和器件迫在眉睫。

（3）用于無(wú)源元件集成和無(wú)源–有源集成與模塊化的新型電子陶瓷材料。以 LTCC 技術(shù)為平臺(tái)的無(wú)源集成技術(shù)將有更大的發(fā)展空間，而與該技術(shù)相兼容的各類功能陶瓷材料及其共燒技術(shù)是一個(gè)亟待攻克的技術(shù)瓶頸。

（4）面向電子信息系統(tǒng)多功能化的新功能電子陶瓷材料。具有電、磁、光、熱耦合行為和超常電磁特性的新型多功能陶瓷材料系統(tǒng)，以及在復(fù)雜外場(chǎng)或極端環(huán)境條件下工作具有穩(wěn)定性和優(yōu)異服役行為的新型信息功能陶瓷材料等。

（5）其他技術(shù)領(lǐng)域也對(duì)電子陶瓷材料提出了新的需求。在能源材料方面，固體燃料電池、太陽(yáng)能電池和半導(dǎo)體照明技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有賴于電子陶瓷材料及其制備技術(shù)的突破；隨著物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的興起，種類繁多、功能各異的傳感器要求有更多和更高性能的新型敏感陶瓷材料的出現(xiàn)。

五、我國(guó)電子陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題

當(dāng)前我國(guó)在電子陶瓷及其元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展中面臨的主要問(wèn)題包括以下幾點(diǎn)。

（一）社會(huì)重視程度嚴(yán)重不足

電子陶瓷材料在電子信息技術(shù)中的重要地位僅次于半導(dǎo)體。然而，與半導(dǎo)體技術(shù)相比，社會(huì)各界的重視程度嚴(yán)重不足。正如日本村田（中國(guó)）公司總裁丸山英毅所指出：中國(guó)在國(guó)策上對(duì)于芯片、半導(dǎo)體是有扶持的，但是對(duì)于元器件，沒有大的支持力度，所以中國(guó)的元器件企業(yè)更多的是自己發(fā)展。由于社會(huì)投入不足，企業(yè)缺乏吸引高水平人才的機(jī)制，研發(fā)力量薄弱，研發(fā)經(jīng)費(fèi)缺乏，難以適應(yīng)日新月異的研發(fā)需求。

（二）研究成果轉(zhuǎn)化機(jī)制有待完善

國(guó)內(nèi)電子陶瓷材料的研發(fā)工作分散于少數(shù)高校、研究院所和少部分大型企業(yè)，在高校和研究院所中，分屬于材料和元器件的不同領(lǐng)域，各自的側(cè)重點(diǎn)差別大，相互之間脫節(jié)，缺乏材料、工藝、元器件集成的系統(tǒng)性研究。研發(fā)成果向產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)化不及時(shí)、不充分。高校、研究院所與企業(yè)在體制上分離，交流協(xié)作不充分，缺乏一個(gè)能將成果及時(shí)、有效轉(zhuǎn)化和具體實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的有效機(jī)制。高校和研究院所的研究成果往往停留在實(shí)驗(yàn)室工作階段，沒有產(chǎn)品的小試、量產(chǎn)驗(yàn)證，而企業(yè)中的研發(fā)往往又因?qū)嶒?yàn)分析設(shè)備的缺乏而不夠深入。

（三）國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)自主創(chuàng)新的支撐不完善

電子陶瓷材料處于產(chǎn)業(yè)鏈中上游，其前端是原材料，后端是元器件。由于元器件工藝設(shè)備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等主要來(lái)自國(guó)外，同時(shí)國(guó)內(nèi)原材料產(chǎn)品在穩(wěn)定性、一致性方面與國(guó)外產(chǎn)品相比尚有差距，制約了國(guó)內(nèi)電子陶瓷材料在元器件產(chǎn)品中的規(guī)模化應(yīng)用。特別是一些具有原創(chuàng)性的材料，由于與已有元器件技術(shù)缺乏兼容性，難以獲得應(yīng)用，使得國(guó)內(nèi)電子陶瓷材料和元器件難以在行業(yè)中進(jìn)入領(lǐng)跑地位。

（四）規(guī)?；a(chǎn)工藝裝備水平有待提高

目前國(guó)內(nèi)高端電子陶瓷材料和元器件的工藝裝備仍以進(jìn)口為主。由于技術(shù)更新?lián)Q代較快，先進(jìn)的技術(shù)很難進(jìn)入國(guó)內(nèi)，導(dǎo)致規(guī)?；a(chǎn)水平難以在全球處于領(lǐng)導(dǎo)地位。以國(guó)內(nèi)陶瓷無(wú)源元件行業(yè)的龍頭企業(yè)為例，風(fēng)華高新科技股份有限公司、順絡(luò)電子股份有限公司和宇陽(yáng)科技發(fā)展有限公司均是主要從事片式元器件生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)骨干企業(yè)，但其高端產(chǎn)品技術(shù)水平與國(guó)際知名企業(yè) TDK-EPC、太陽(yáng)誘電株式會(huì)社等都存在很大的差距。

六、電子陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和路徑

（一）總體思路

進(jìn)一步加大電子陶瓷材料及相關(guān)元器件的研發(fā)投入，重點(diǎn)突破電子陶瓷高端材料、先進(jìn)加工工藝技術(shù)和裝備關(guān)鍵技術(shù)，加速電子陶瓷材料與元器件全產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)產(chǎn)化和自主創(chuàng)新，形成相關(guān)技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)；完善電子陶瓷材料成果產(chǎn)業(yè)化的機(jī)制，建立具有國(guó)際先進(jìn)水平的電子陶瓷材料研發(fā)系統(tǒng)和生產(chǎn)基地，以及國(guó)際一流的元器件工藝制造基地。使我國(guó)在超薄型賤金屬內(nèi)電極 MLCC 及其鐵電陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、低溫?zé)Y(jié)高性能片式電感器（MLCI）及其鐵氧體材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、高性能壓電陶瓷及其新型元器件產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、高儲(chǔ)能密度介電陶瓷材料及其工程化制備技術(shù)、微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)化技術(shù)以及半導(dǎo)體陶瓷及敏感元器件產(chǎn)業(yè)化技術(shù)等若干領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

（二）戰(zhàn)略目標(biāo)

面向信息技術(shù)等領(lǐng)域的迫切需求，進(jìn)一步加大電子陶瓷技術(shù)的研究開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)升級(jí)的扶植力度，突破困擾該產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)，使我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)水平走進(jìn)世界前列。力爭(zhēng)在 2025 年大部分水平與美國(guó)、日本接近，2035 年成為全球高端電子陶瓷材料和元器件的主要來(lái)源地（見圖 2）。

                                                                                            圖 2 電子陶瓷發(fā)展路線圖

（三）重點(diǎn)發(fā)展方向

1. 新一代電子陶瓷元件與材料

重點(diǎn)突破量大面廣的無(wú)源電子元件，如 MLCC、片式電感器、陶瓷濾波器的器件所需的高端電子陶瓷材料技術(shù)，發(fā)展出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料配方和規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，形成穩(wěn)定的生產(chǎn)規(guī)模。重點(diǎn)突破高端電子陶瓷元件中材料精密成型和加工的關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備，保證薄型化多層陶瓷技術(shù)所需的關(guān)鍵納米陶瓷材料的自主穩(wěn)定供應(yīng)，形成無(wú)源集成關(guān)鍵設(shè)備的自主研發(fā)和生產(chǎn)能力。

（1）高性能、低成本 MLCC 材料與元件。加強(qiáng)高性能抗還原陶瓷介質(zhì)粉體材料及規(guī)?；a(chǎn)；重點(diǎn)研發(fā)薄型化功能陶瓷成型技術(shù)與裝備，納米晶陶瓷燒結(jié)技術(shù)，超薄型多層陶瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)電極技術(shù)等。

（2）新型片式感性元件與關(guān)鍵材料。加強(qiáng)高性能低溫?zé)Y(jié)鐵氧體及低介低損耗陶瓷介質(zhì)粉體材料及規(guī)模化生產(chǎn)；研發(fā)多層陶瓷精密互聯(lián)技術(shù)及其裝備，小型化微波段片式電感器布線設(shè)計(jì)技術(shù)等。

（3）高性能多層片式敏感元件與材料。重點(diǎn)研究高性能片式熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、光敏陶瓷規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)，微納尺度多層片式敏感陶瓷傳感器制備工藝技術(shù)與表征技術(shù)等。

（4）高性能壓電陶瓷材料。重點(diǎn)研究壓電陶瓷材料凈尺寸成型與加工及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，壓電微型電源應(yīng)用的高性能多層壓電材料制備及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，高性能多層無(wú)鉛壓電陶瓷材料和新型元件可工程化和產(chǎn)業(yè)化的先進(jìn)制備技術(shù)。

（5）新一代電磁波介質(zhì)陶瓷材料。面向 5G/6G 通信技術(shù)的新型電磁波介質(zhì)材料，重點(diǎn)研究片式高頻低損耗微波介質(zhì)陶瓷及其規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，片式高性能低成本復(fù)合電磁波介質(zhì)陶瓷及其基礎(chǔ)材料的規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)及裝備，人工片式電磁波介質(zhì)的設(shè)計(jì)、制備與規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)。

2. 無(wú)源集成模塊及關(guān)鍵材料與技術(shù)

無(wú)源集成技術(shù)得以進(jìn)入實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化階段，很大程度上取決于 LTCC 技術(shù)的突破。目前，雖然開發(fā)出了一些各具優(yōu)勢(shì)的無(wú)源集成技術(shù)，但是主流技術(shù)仍以 LTCC 為主。一方面，優(yōu)化材料 LTCC 性能及制備方法，提高在國(guó)際高端應(yīng)用中的占比；另一方面，兼顧其他幾類無(wú)源集成技術(shù)，研究開發(fā)相應(yīng)的關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)和重要模塊。

（1）系列化 LTCC 用電磁介質(zhì)材料的研究。重點(diǎn)研究具有系列化介電常數(shù)和磁導(dǎo)率、滿足 LTCC 性能和工藝要求的陶瓷材料粉體和生產(chǎn)帶，形成我國(guó)在 LTCC 材料領(lǐng)域的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

（2）無(wú)源集成模塊的關(guān)鍵制備工藝研究。重點(diǎn)研究無(wú)源集成模塊制備的若干關(guān)鍵性工藝過(guò)程，如厚膜與薄膜制備工藝、微孔成孔與注漿工藝、精密導(dǎo)體漿料印刷工藝、陶瓷共燒工藝等。

（3）無(wú)源集成模塊設(shè)計(jì)與測(cè)試方法。研究?jī)?nèi)容包括無(wú)源集成模塊設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，新型無(wú)源集成結(jié)構(gòu)特性的模擬與仿真，高集成度無(wú)源集成模塊的設(shè)計(jì)，以及無(wú)源集成模塊的測(cè)試技術(shù)等。

七、政策建議

我國(guó)電子陶瓷材料和元件領(lǐng)域已形成了很好的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，但是電子陶瓷作為一類重要戰(zhàn)略新材料，其在高端電子陶瓷領(lǐng)域的強(qiáng)壯發(fā)展仍受到一些關(guān)鍵材料技術(shù)、工藝技術(shù)及設(shè)備技術(shù)的制約。為實(shí)現(xiàn)我國(guó)高端電子陶瓷產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)發(fā)展，亟待強(qiáng)化頂層統(tǒng)籌規(guī)劃。

（1）將無(wú)源元件及關(guān)鍵電子陶瓷材料及無(wú)源電子元件納入國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略布局中統(tǒng)籌考慮，在國(guó)家支持微電子產(chǎn)業(yè)的重大研發(fā)計(jì)劃中設(shè)立無(wú)源元件專項(xiàng)，將國(guó)家支持芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各種優(yōu)惠政策擴(kuò)展到電子陶瓷及無(wú)源電子元件行業(yè)。

（2）增加研究人員和資金投入，總體上強(qiáng)化研發(fā)力量，加強(qiáng)各研究單位直接的聯(lián)系和交流協(xié)作，開創(chuàng)一個(gè)以新材料研究為基礎(chǔ)，又有較強(qiáng)器件應(yīng)用研究背景與研究能力的綜合研究開發(fā)體；建立能將成果及時(shí)、有效轉(zhuǎn)化和具體實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的有效機(jī)制。

（3）統(tǒng)籌規(guī)劃電子陶瓷材料與元器件產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，強(qiáng)化原材料供應(yīng)鏈以保證高純、高穩(wěn)定性電子陶瓷前驅(qū)體的供應(yīng)，大力開展高端工藝裝備的研發(fā)，加強(qiáng)無(wú)源元件和整機(jī)產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)的自主創(chuàng)新，加強(qiáng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)。

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以上內(nèi)容來(lái)自“文章內(nèi)容轉(zhuǎn)載自中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2020年第5期

作者：周濟(jì)，李龍土，熊小雨

來(lái)源：我國(guó)電子陶瓷技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略思考[J].中國(guó)工程科學(xué),2020,22(5):20-27.