打破國外技術(shù)壟斷 降低手機生產(chǎn)成本

　　磁基板給信號開個“VIP通道”

　　坐公交、地鐵，無需公交卡，刷一下手機便可乘坐；逛商場、吃飯，手機就是銀行卡，結(jié)賬時無需點開二維碼，在POS機上一刷便付款成功；不用再找數(shù)據(jù)線和插孔，手機放在桌上，便可以自動充電……這樣智能化的生活場景得益于近場通信(NFC)中一種叫高磁導(dǎo)率磁性基板的材料。

　　“這種磁性材料，能夠擺脫電子干擾，使信號很好地傳輸和連接。”成都電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院鄧龍江教授告訴科技日報記者，長期以來，這種材料一直被國外在關(guān)鍵技術(shù)和市場上壟斷。鄧龍江及其團隊經(jīng)過長達10年的研究，在該領(lǐng)域殺出重圍，技術(shù)不僅達到國際領(lǐng)先水平，并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，改變了國內(nèi)NFC天線基板材料長期依靠進口的局面。

　　如今，該技術(shù)已在魅族、華為、索尼等國內(nèi)外40余家知名企業(yè)，涵蓋智能手機、可穿戴設(shè)備等6大類上百種電子產(chǎn)品中批量應(yīng)用，目前，國內(nèi)超過三分之一的手機品牌都在使用該磁性材料，而材料一天的生產(chǎn)量可以滿足約60萬部手機的數(shù)量。未來，這種材料還有更廣泛的市場和應(yīng)用前景，在支付系統(tǒng)、公交系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、無線充電等領(lǐng)域?qū)鸬街匾闹巫饔谩?/p>

　　技術(shù)缺口讓制作手機花“冤枉錢”

　　“手機外殼內(nèi)含有很多金屬元器件，所以就會有一個‘電磁渦流對消’的問題，電磁波進去之后，遇到金屬就會被吸收和反射，變得‘亂七八糟’，信號受到干擾或消失，便無法與外界進行通暢地傳輸。”鄧龍江說。這種高磁導(dǎo)率磁性材料，起到的便是引導(dǎo)信號傳輸和連通的作用。

　　電子基板是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，主要起到元器件支撐、散熱、絕緣及與外電路互連等作用，是電子產(chǎn)品“集成化、輕便化、多功能、低成本”的重要技術(shù)保障。高磁導(dǎo)率磁性基板作為近年來國際上發(fā)展的一類新型電子基板材料，擁有磁導(dǎo)率高、厚度薄、阻抗匹配效果好、易于共形等特點，廣泛應(yīng)用于近場通信、無線充電、抗電磁干擾等軍民領(lǐng)域，為電子設(shè)備進一步“薄型化、小型化和集成化”以及可穿戴柔性電子技術(shù)的興起與迅速發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

　　2008年左右，手機支付逐漸成為人們支付習(xí)慣的新寵，這種高磁導(dǎo)率磁性材料就是支撐其的關(guān)鍵技術(shù)，并逐漸發(fā)展為智能手機的標(biāo)配。但掌握相關(guān)技術(shù)的，都是美國、韓國、日本的大型電子公司，與國外相比，我國在該材料領(lǐng)域存在缺乏系統(tǒng)集成能力、整體工藝水平落后、磁導(dǎo)率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)低等問題。“最開始，中國由于沒有掌握相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，都是高價花冤枉錢從國外購買這種磁性材料。”鄧龍江告訴記者，當(dāng)時1平方米的磁性材料就高達2000多元，極大地增加了制作一部手機的成本。

　　“這種磁性材料如果做厚，其實并不難。”鄧龍江說，“但手機就這么個小東西，這個材料只是手機里眾多元器件中小小的一個，而且現(xiàn)在手機越來越薄的趨勢，采取的制備工藝讓材料變薄成為必須，也是難點。”看到國內(nèi)在這一行業(yè)遇到的技術(shù)瓶頸，2008年，鄧龍江帶領(lǐng)團隊走進這個領(lǐng)域。

　　修改配方讓電磁波只走專屬通道

　　在訪談室里，鄧龍江拿出實驗樣機給記者展示，在手機背面攝像頭附近，有一些天線，將天線撥開，就是一塊拇指大小的磁性基板材料，周圍環(huán)繞著大量的金屬。“基板的厚度只有頭發(fā)絲那么薄，大概30微米—50微米，未來其重量還會越來越輕。”鄧龍江說，這樣一塊磁性基板，可以保障手機在復(fù)雜環(huán)境下傳輸天線信號，相當(dāng)于和外界互聯(lián)的傳感器。

　　“其實做磁性基板的這種材料之前是存在的，但參數(shù)不適合這個領(lǐng)域，所以得修改材料的配方。”鄧龍江說，團隊通過選取幾類不同的材料，在一套理論框架下對配方進行重新設(shè)計，反復(fù)對比實驗，最后發(fā)現(xiàn)這種材料在近場通信發(fā)揮作用的顯著性更好。

　　團隊通過發(fā)明的高磁導(dǎo)率磁性基板材料體系及配方，做出的這樣一個又輕又薄的黑色陶瓷片，讓電磁波在手機與外界之間能夠“暢通無阻”的傳輸。“電磁波在傳輸時，只會走磁性基板那個通道，不會被各種金屬元器件干擾得‘亂七八糟’，就是因為這種材料對電磁波的損耗最小、阻抗最小，電磁波愿意在這個地方進行互聯(lián)互通，不會在上面遭到反射。”鄧龍江說。

　　“根據(jù)不同的手機型號，可把磁性基板磨切成不同大小，然后在上面安裝電路和天線。”鄧龍江表示，有了這種材料，天線的尺寸可以做得很小，也能取得很好的效果。團隊通過建立磁性基板磁參數(shù)與天線性能之間的關(guān)聯(lián)，提出了高密度集成磁性基板集成應(yīng)用的設(shè)計方法。

　　“天線相當(dāng)于人的眼睛，當(dāng)感知到外界存在能量后，就去耦合這個能量，進行接收或發(fā)送，使之和電路疊合在一起。”鄧龍江說，如今，天線在這種磁性材料的支撐下，使得在滿是金屬的復(fù)雜環(huán)境下信號也能正常的互聯(lián)互通，而且傳輸速率還有明顯提升，讓手機、手腕帶等智能穿戴設(shè)備以及智能電視、智能冰箱的NFC功能進一步發(fā)揮作用。

　　創(chuàng)新工藝讓材料“一舉多得”

　　走進電子科技大學(xué)國家電磁輻射控制材料工程技術(shù)研究中心的燒結(jié)房內(nèi)，記者看到，上萬片名片大小的黑色磁性基板材料被整齊地疊放在工作臺上，等待著高溫下的成型。“燒結(jié)過程是非常講究的，燒多少層，每一層放多少材料，都對溫度的把控、荷載燒結(jié)負(fù)重有嚴(yán)格的要求，因為最后基板成型的結(jié)構(gòu)都是靠溫度去掌控。”鄧龍江說，團隊經(jīng)過反復(fù)的實驗和計算，掌握了磁性基板高溫蠕變與荷載燒結(jié)、燒結(jié)溫度場與磁參數(shù)關(guān)聯(lián)的變化規(guī)律。

　　“這只是其中的一個環(huán)節(jié)，走到這個程度，前面至少經(jīng)過了5個工藝。”鄧龍江說，盡管只是塊小小的陶瓷片，其制備工藝卻并不簡單，先后要經(jīng)過造板、造漿料、流延、剪裁、裝片、燒結(jié)等多個步驟。

　　在鄧龍江提供的實驗視頻中，記者看到，一片磁性基板被放在水里，很快便在水中溶解了。“這是國際上首次實現(xiàn)了磁性基板安全環(huán)保水性流延及二次回歸燒結(jié)的制備工藝。”鄧龍江告訴記者，以前國內(nèi)外在這個領(lǐng)域，用的都是像酒精這樣的有機溶劑，因為材料在有機溶劑里能達到很好的氣溶性，但有機溶劑既不環(huán)保、也不安全，其不僅帶有一定的毒性，而且在一定溫度下有燃爆點，對材料之后的生產(chǎn)和應(yīng)用造成較大的安全隱患。

　　“在選擇這個工藝的時候，起步的階段，我們就考慮到安全環(huán)保的問題。”鄧龍江表示，要從有機體系改成無機體系，難度就在于把精度做高，流延性做好，并且適合于批量生產(chǎn)。團隊在關(guān)鍵工藝參數(shù)的控制上做了大量工作，發(fā)明了PVA與PEG融合的漿料配方體系、水系流延專用流延盒及排氣設(shè)備。

　　鄧龍江說：“這種全相溶水性體系流延法工藝，其使用的水基漿料成本低，設(shè)備維護方便，邊料也容易回收，實現(xiàn)了這種磁性基板材料安全、環(huán)保、高效、低成本生產(chǎn)。”目前，團隊從材料的配方到工藝實現(xiàn)了自主創(chuàng)新，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，不僅在材料性能的參數(shù)上比國外提供的指標(biāo)有明顯進展，而且成本上實現(xiàn)的數(shù)量級下降，將1平方米材料2000多元的昂貴價格，降低到只需200多元，讓國外公司很快沒有了市場，逐漸退出這個領(lǐng)域。鄧龍江說：“現(xiàn)在這個領(lǐng)域基本都是中國人在做，以前我們是跟跑，今天我們已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。”

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責(zé)任編輯： 郝多