中國粉體網(wǎng)訊 2020年10月29日至30日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2020第三屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”在江蘇無錫成功召開！本屆高峰論壇由來自中國電科十三所的周水杉研究員主持，周研究員淵博的專業(yè)知識和精妙的主持藝術(shù)，給所有現(xiàn)場的參會人員留下了深刻的印象。在論壇召開期間，中國粉體網(wǎng)“對話”欄目組對周研究員進行了一次專訪，以下為采訪實錄。
周水杉研究員接受中國粉體網(wǎng)專訪
中國粉體網(wǎng)記者：請您簡單介紹一下中國電子科技集團公司第十三研究所的特色。
周水杉研究員：中國電子科技集團公司第十三研究所（以下簡稱“十三所”），1956年始建于北京，1963年遷至河北石家莊，經(jīng)過50多年的發(fā)展壯大，十三所成為我國規(guī)模較大、技術(shù)力量雄厚、專業(yè)結(jié)構(gòu)配套合理的綜合性半導(dǎo)體研究所，其專業(yè)方向為半導(dǎo)體專業(yè)的微電子、光電子、微電子機械系統(tǒng)（MEMS）、半導(dǎo)體高端傳感器、光機電集成微系統(tǒng)五大領(lǐng)域和電子封裝、材料和計量檢測等基礎(chǔ)支撐領(lǐng)域。是工學(xué)碩士招生培養(yǎng)單位，聯(lián)合培養(yǎng)博士單位。十三所現(xiàn)有員工6000余人，目前總資產(chǎn)89.4億元。
十三所擁有國家級專用集成電路重點實驗室、國家科技部863計劃光電子器件產(chǎn)業(yè)化基地和MEMS工藝封裝基地、博士后科研工作站以及十個專業(yè)部、研究室，生產(chǎn)線和8個控股的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)公司，其產(chǎn)品涵蓋基礎(chǔ)支撐類（半導(dǎo)體材料和電子封裝等）、芯片類（各類半導(dǎo)體分立器件和集成電路）以及應(yīng)用類（微波毫米波的模塊組件和小整機）。
中國粉體網(wǎng)記者：請您介紹一下國內(nèi)微波介質(zhì)陶瓷的研究和應(yīng)用發(fā)展歷史。
周水杉研究員：我所從事的領(lǐng)域是電子陶瓷，比較熟悉的是微波陶瓷和介質(zhì)濾波器。微波陶瓷是從1939年開始，國際上有專家學(xué)者提出這種理論。但是提出來以后，由于沒有找到合適的材料，所以發(fā)展的速度并不快。在20世紀70年代發(fā)現(xiàn)了金紅石（也就是二氧化鈦陶瓷）以后，它才有了真正的使用。
金紅石陶瓷雖然介電常數(shù)比較大，微波特性也比較大，但它實際使用中也有一些缺點。后來又發(fā)展出了四鈦鋇九鈦鋇的陶瓷。尤其是鈦酸鋯錫發(fā)現(xiàn)以后，微波陶瓷的使用就有一個質(zhì)的飛躍，就有了一個質(zhì)到量的發(fā)展。
中國大概是在上個世紀七十年代末八十年代初進行微波介質(zhì)陶瓷材料以及相關(guān)的器件研究的。跟國際比，略微晚一點點。
中國粉體網(wǎng)記者：您在微波介質(zhì)陶瓷相關(guān)的領(lǐng)域里做了哪些研究？
周水杉研究員：我是從1983年跟著我的師傅從事微波介質(zhì)陶瓷研究、開發(fā)、應(yīng)用和推廣工作的。我們在那一年就完成了鈦酸鋯錫這種微波介質(zhì)陶瓷的研發(fā)。當(dāng)時它的性能在國內(nèi)是最好的。過了幾年，我們又開發(fā)成功了含稀土元素的介電常數(shù)為90左右的微波介質(zhì)陶瓷。
周水杉研究員于20世紀80年代發(fā)表的一篇論文
后面又開發(fā)了介電常數(shù)在20左右的碳酸鎂、碳酸鈣系的微波介質(zhì)陶瓷。經(jīng)歷了這幾個過程，介電常數(shù)有90的、40的、20的，整個系列的微波介質(zhì)陶瓷，我們基本上就都有了。那個時候中國這幾種陶瓷基本上都跟國外齊駕并驅(qū)了。正是由于我當(dāng)時對這些微波陶瓷的認識，大概是在一九八七年左右，我們發(fā)表了一篇文章。這是國內(nèi)比較早的去全面系統(tǒng)介紹微波介質(zhì)陶瓷的文章，我就把微波介質(zhì)陶瓷分了三類，有高介電常數(shù)、中介電常數(shù)、低介電常數(shù)的。
我把含稀土元素的介電常數(shù)為90左右的，歸類為高介電常數(shù)；然后把接近40的（38、37）歸類為中介電常數(shù)；然后20左右的，歸類為低介電常數(shù)。我當(dāng)時的那種分類，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)基本上可能還在沿用。
后來，因為僅從介電常數(shù)來研發(fā)的話，可能有一些工程上的使用還是會受限制，我們又開發(fā)了Q值比較高的含鈮、含鉭的微波陶瓷，介電常數(shù)是在25到40左右的。整個系列的微波陶瓷到此就比較完善了。
同時，有了微波介質(zhì)陶瓷，我們也可以去做一些器件，因此我們又做微波天線，微波濾波器，微波的電容等。這樣，材料就有了很大的用武之地。
中國粉體網(wǎng)記者：對于目前中國微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)，您是如何看待的？
周水杉研究員：中國微波介質(zhì)陶瓷及其器件的發(fā)展過程是起起伏伏的，最早的一個風(fēng)口或者說是一個用處比較大的，是當(dāng)時咱們國家在進行微波通訊的時候，第一代的微波通訊是微波中繼站，那時還沒有光纖。最早的這種通信方式，是靠一百公里或者五十公里建一個微波站，從北京每隔一段距離建一個微波站，從北京一站一站建到深圳。沒有光纖，也沒有衛(wèi)星通信，都是用這種方式來傳遞的。
微波站建設(shè)的時候?qū)ξ⒉ń橘|(zhì)陶瓷的需求量很大，但內(nèi)置的這種大的需求量相當(dāng)?shù)纳伲矣浀媚菚r候一年的用量也就兩千支。但是那時候就讓微波介質(zhì)材料做成的微波介質(zhì)諧振器的應(yīng)用，從很高冷的軍品上的使用到了民用領(lǐng)域。兩千支對當(dāng)時的幾百只來說就是個很大的量，那是一次推動。
還有一次推動（但是咱們中國沒有趕上），就是咱們手機里用的這個濾波器、雙工器也是用微波陶瓷來做的。但是，因為那時中國的手機生產(chǎn)非常的落后，我們雖然有人（就是當(dāng)時郵電部的第四研究所）研發(fā)過手機，雖然量產(chǎn)成功，但是大規(guī)模推廣沒有成功，最后還是成了摩托羅拉和松下的天下。世界上曾有這么一個風(fēng)口，有這么一個微波介質(zhì)陶瓷使用的浪潮，但中國當(dāng)時沒有趕上。
中國是在衛(wèi)星電視發(fā)展的時候，微波介質(zhì)陶瓷的使用量非常的大。衛(wèi)星電視要用微波介質(zhì)陶瓷諧振器，但是后來因為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、有線電視的發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷的使用經(jīng)過衛(wèi)星直播電視的這個高潮以后，又進入了一個低谷期。
然后，還有一個微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用比較大的領(lǐng)域是共享單車。共享單車的定位用到的那個GPS天線（或者叫北斗天線）是用陶瓷來做的，然后還有車載里面的定位。但是現(xiàn)在可能也是共享單車的一個低谷。所以說微波陶瓷的使用隨之又進入一個低谷。這是前幾年的情況。
但是，現(xiàn)在又是使用微波介質(zhì)陶瓷的一個高潮。偉大的公司華為要在基站里采用微波介質(zhì)陶瓷方案。最近一兩年，是微波介質(zhì)陶瓷一個非常大的、井噴式的發(fā)展。現(xiàn)在祖國各地到處都在紅紅火火地上，但我感覺有點過熱了。但是，目前這個階段是微波介質(zhì)陶瓷發(fā)展的一個大好時機。
除此之外，在終端的手機設(shè)備里面，LTCC濾波器以后可能也會有它的用武之地，或者可能在個別的頻段、個別的機型上面也能分到一杯羹，如果手機里要用到的話，這個量會非常大。LTCC微波介質(zhì)陶瓷可能后面的用量也會是比較大的。
中國粉體網(wǎng)記者：請問微波介質(zhì)陶瓷它的發(fā)展趨勢以及未來的應(yīng)用前景是怎樣的？
周水杉研究員：微波介質(zhì)陶瓷它還需要Q值更高的材料。因為微波介質(zhì)陶瓷本身跟金屬之間有個相互競爭的關(guān)系存在，金屬腔也有它一定的優(yōu)點。微波陶瓷要想在技術(shù)上的抗衡當(dāng)中能夠取勝，它的Q值需要更高，它的損耗要更小，這樣就能把金屬腔甩得遠遠的。這是第一點。
第二點，可能要發(fā)展介電常數(shù)稍微要小一些，因為以后的通訊、移動通訊，都會往高端方向發(fā)展。到毫米波時，可能高介電常數(shù)就不是一個追求的目標了，因為隨著頻率的增加，體積減少。原來微波陶瓷所追求的就是介電常數(shù)一定要大，但現(xiàn)在隨著低頻的頻率資源越來越擁擠，一定要往高頻發(fā)展。
往高頻發(fā)展的時候，體積不是主要問題，損耗是主要問題。所以要發(fā)展介電常數(shù)比較小的、Q值比較大的微波陶瓷。還有一點，是因為民用的移動通訊都在往毫米波方向發(fā)展，到了這個波段，陶瓷的競爭優(yōu)勢和半導(dǎo)體相比就沒有了。低頻時，它是跟金屬競爭；高頻時，它又要和半導(dǎo)體的工藝進行競爭，前有狼后有虎。半導(dǎo)體的工藝是相當(dāng)精準的，目前陶瓷的工藝距離半導(dǎo)體要差很多，這是我自己的看法。
以后陶瓷的使用、加工，看看是不是能跟半導(dǎo)體工藝結(jié)合起來，這樣微波介質(zhì)陶瓷大概就有了更大的利用空間了。還有今天報告中講的LTCC陶瓷。它也有它的天花板，能不能把天花板往上突破，也能夠到毫米波，像今天做報告的一位專家也是這樣去前瞻了，我希望他的這種前瞻能夠成為現(xiàn)實。通過材料科學(xué)家、工藝科學(xué)家共同不斷的努力，LTCC濾波器、微波陶瓷，它們都能夠用到毫米波，這樣的話，微波介質(zhì)陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)浅５膶拸V。
（中國粉體網(wǎng)記者采訪/黑金、編輯整理/平安）
