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?！背啥茧娮涌萍即髮W微電子與固體電子學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,。這種高磁導率磁性材料,，起到的便是引導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，擁有磁導率高,、厚度薄,、阻抗匹配效果好、易于共形等特點,，廣泛應用于近場通信,、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慣的新寵,，這種高磁導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、磁導率等關(guān)鍵技術(shù)指標低等問題,?！白铋_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,?！编圐埥嬖V記者，當時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,?！编圐埥f，“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,?！盎宓暮穸戎挥蓄^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,，可以保障手機在復雜環(huán)境下傳輸天線信號，相當于和外界互聯(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,?！编圐埥f，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?！半姶挪ㄔ趥鬏敃r,，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,?！编圐埥硎荆辛诉@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用的設(shè)計方法,。

　　“天線相當于人的眼睛，當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,?！编圐埥f，如今,，天線在這種磁性材料的支撐下，使得在滿是金屬的復雜環(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)負重有嚴格的要求,，因為最后基板成型的結(jié)構(gòu)都是靠溫度去掌控?！编圐埥f,，團隊經(jīng)過反復的實驗和計算，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,?！斑@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?！编圐埥嬖V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?！编圐埥硎?，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?！?/p>

【糾錯】

責任編輯： 郝多