打破國外技術(shù)壟斷 降低手機(jī)生產(chǎn)成本

磁基板給信號(hào)開個(gè)“VIP通道”

坐公交、地鐵，無需公交卡，刷一下手機(jī)便可乘坐；逛商場、吃飯，手機(jī)就是銀行卡，結(jié)賬時(shí)無需點(diǎn)開二維碼，在POS機(jī)上一刷便付款成功；不用再找數(shù)據(jù)線和插孔，手機(jī)放在桌上，便可以自動(dòng)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(hào)很好地傳輸和連接?！背啥茧娮涌萍即髮W(xué)微電子與固體電子學(xué)院鄧龍江教授告訴科技日報(bào)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(tuán)隊(duì)經(jīng)過長達(dá)10年的研究，在該領(lǐng)域殺出重圍，技術(shù)不僅達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并成功實(shí)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(jìn)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(jī)、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(jī)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(jī)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)?huì)起到重要的支撐作用。

技術(shù)缺口讓制作手機(jī)花“冤枉錢”

“手機(jī)外殼內(nèi)含有很多金屬元器件，所以就會(huì)有一個(gè)‘電磁渦流對消’的問題，電磁波進(jìn)去之后，遇到金屬就會(huì)被吸收和反射，變得‘亂七八糟’，信號(hào)受到干擾或消失，便無法與外界進(jìn)行通暢地傳輸?！编圐埥f。這種高磁導(dǎo)率磁性材料，起到的便是引導(dǎo)信號(hào)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(diǎn)，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(jìn)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(jī)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(jī)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?！白铋_始，中國由于沒有掌握相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，都是高價(jià)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(shí)1平方米的磁性材料就高達(dá)2000多元，極大地增加了制作一部手機(jī)的成本。

“這種磁性材料如果做厚，其實(shí)并不難?！编圐埥f，“但手機(jī)就這么個(gè)小東西，這個(gè)材料只是手機(jī)里眾多元器件中小小的一個(gè)，而且現(xiàn)在手機(jī)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(diǎn)?！笨吹絿鴥?nèi)在這一行業(yè)遇到的技術(shù)瓶頸，2008年，鄧龍江帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走進(jìn)這個(gè)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)給記者展示，在手機(jī)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(huì)越來越輕?！编圐埥f，這樣一塊磁性基板，可以保障手機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下傳輸天線信號(hào)，相當(dāng)于和外界互聯(lián)的傳感器。

“其實(shí)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(gè)領(lǐng)域，所以得修改材料的配方?！编圐埥f，團(tuán)隊(duì)通過選取幾類不同的材料，在一套理論框架下對配方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，反復(fù)對比實(shí)驗(yàn)，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(tuán)隊(duì)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(gè)又輕又薄的黑色陶瓷片，讓電磁波在手機(jī)與外界之間能夠“暢通無阻”的傳輸?！半姶挪ㄔ趥鬏敃r(shí)，只會(huì)走磁性基板那個(gè)通道，不會(huì)被各種金屬元器件干擾得‘亂七八糟’，就是因?yàn)檫@種材料對電磁波的損耗最小、阻抗最小，電磁波愿意在這個(gè)地方進(jìn)行互聯(lián)互通，不會(huì)在上面遭到反射?！编圐埥f。

“根據(jù)不同的手機(jī)型號(hào)，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(tuán)隊(duì)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(jì)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(gè)能量，進(jìn)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(fù)雜環(huán)境下信號(hào)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(jī)、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(jìn)一步發(fā)揮作用。

創(chuàng)新工藝讓材料“一舉多得”

走進(jìn)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(tái)上，等待著高溫下的成型?！盁Y(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?yàn)樽詈蠡宄尚偷慕Y(jié)構(gòu)都是靠溫度去掌控?！编圐埥f，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)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(gè)環(huán)節(jié)，走到這個(gè)程度，前面至少經(jīng)過了5個(gè)工藝?！编圐埥f，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(gè)步驟。

在鄧龍江提供的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(gè)領(lǐng)域，用的都是像酒精這樣的有機(jī)溶劑，因?yàn)椴牧显谟袡C(jī)溶劑里能達(dá)到很好的氣溶性，但有機(jī)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(diǎn)，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(gè)工藝的時(shí)候，起步的階段，我們就考慮到安全環(huán)保的問題?！编圐埥硎荆獜挠袡C(jī)體系改成無機(jī)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(tuán)隊(duì)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(hù)方便，邊料也容易回收，實(shí)現(xiàn)了這種磁性基板材料安全、環(huán)保、高效、低成本生產(chǎn)?！蹦壳?，團(tuán)隊(duì)從材料的配方到工藝實(shí)現(xiàn)了自主創(chuàng)新，形成自主知識(shí)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(jìn)展，而且成本上實(shí)現(xiàn)的數(shù)量級(jí)下降，將1平方米材料2000多元的昂貴價(jià)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(gè)領(lǐng)域。鄧龍江說：“現(xiàn)在這個(gè)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>