石墨烯增强基板助力 6G 太赫兹通信，传输损耗降低 40%

2025 年,全球 6G 研发进入关键窗口期,太赫兹频段(100GHz-1THz)成为核心战场。高频 PCB 作为 6G 设备的 “神经中枢”,需满足信号完整性(S 参数>-3dB)、超低损耗(Df<0.001)和高功率密度(>300W/cm²)的严苛要求。中国企业华为与中科院合作开发的石墨烯增强复合材料基板,导热率达 200W/m・K,介电常数稳定在 2.4±0.1,在 220GHz 频段传输损耗较传统 PTFE 降低 40%,已应用于华为 6G 太赫兹通信原型机。

一、材料创新与性能提升

· 石墨烯增强基板:通过纳米银浆与铜箔结合的混合导体层,表面粗糙度降至 0.1μm,趋肤效应损耗降低 30%。该技术突破传统材料极限,支持 6G 设备的超高速信号传输(>100Gbps)。

· 低温共烧陶瓷(LTCC):京瓷开发的 AlN/LTCC 复合基板,集成天线阵列与射频前端模块,体积缩小 50%,已应用于日本 NTT Docomo 的 6G 试验基站。

· 混合介电常数叠层:核心层采用罗杰斯 RO4350B(Dk=3.48),外层使用改性环氧树脂,在保证信号完整性的同时降低成本 40%,适配边缘计算设备需求。

二、制造工艺与供应链动态

· 微细线路加工:大族激光的 LDI 设备支持 3/3μm 线宽,配合 SAP 工艺,良率达 92%。深南电路的 3D 打印技术实现立体布线,空间利用率提升 30%。

· 区域产能布局:日本 JXTG 能源在马来西亚建设年产 50 万片高频基板工厂,利用东盟自贸区规避关税;中国厂商崇达技术泰国厂投资 18 亿元,绑定华为、爱立信等客户。

· 政策支持:中国《6G 推进白皮书》将高频 PCB 列为核心部件,研发补贴提升至 20%;欧盟将 AlN 基板纳入《关键原材料法案》,本土企业获 30% 研发资金。

三、市场需求与应用场景

· 太赫兹通信:华为 6G 原型机采用 28 层 HDI 板,集成 128 个太赫兹天线,传输速率达 1Tbps,时延<1ms。

· 空天地一体化:中国电科卫星电源系统采用氧化铍(BeO)基板,导热率 330W/m・K,支持低轨卫星的高功率运行。

· 工业物联网:西门子智能工厂的传感器网络采用高频 PCB,信号传输速率提升至 56Gbps,适配工业机器人的实时控制。

四、成本与可靠性挑战

· 成本对比:石墨烯增强基板成本是 FR-4 的 5 倍,但规模化生产后有望降至 2 倍。Prismark 预测,2030 年高频 PCB 市场规模将达 42 亿美元,渗透率超 50%。

· 可靠性测试:在 - 40℃至 85℃温度循环测试中,绝缘电阻下降率<5%,较传统 FR-4 改善 70%。

· 循环经济:格林美从废旧高频 PCB 中提取贵金属,3 万台设备可回收 120 公斤黄金,年处理量增长 20%。

总结:6G 通信 PCB 的技术突破是全球通信竞争的核心。企业需在材料研发、工艺适配及区域布局上抢占先机,方能在下一代通信市场中占据主导地位。