摘要：電子陶瓷作為一類重要的戰略新材料，是無源電子元件的核心材料，也是電子信息技術領域重要的技術前沿。隨著電子信息技術日益走向集成化、智能化和微型化，無源電子元件日益成為電子元器件技術的發展瓶頸，電子陶瓷材料及其制備加工技術的戰略地位日益凸顯。我國電子陶瓷材料和元件領域已形成了很好的產業技術基礎，但在高端材料和元器件方面的競爭力依然不足，一些關鍵材料技術、工藝技術及設備技術受制于人。研究認為：面對新形勢，亟待加大研發投入，理順體制機制，強化產業鏈的自主可控和自主創新。關鍵詞：電子陶瓷；無源電子元件；高端材料
一、前言
電子陶瓷是無源電子元件的核心材料，是電子信息技術的重要材料基礎。近年來，隨著電子信息技術日益走向集成化、薄型化、智能化和微型化，以半導體技術為基礎的有源器件和集成電路迅速發展，而無源電子元件日益成為電子元器件技術的發展瓶頸，因此電子陶瓷材料及其制備加工技術越來越成為制約電子信息技術發展的重要核心技術之一 。
我國是無源電子元件大國，從產品產量上看，無源元件的產量占到了全球的40%以上；但不是強國，元件產值不足全球產值的四分之一，高端元件大量依賴進口 。電子陶瓷材料及技術是制約高端元件發展的重要因素之一。從戰略高度研判國內外電子陶瓷材料與元器件技術的發展現狀，分析我國相關領域的問題及對策，對于推動我國高端電子元器件產業的發展具有重要意義。
二、國際電子陶瓷產業技術發展現狀與趨勢
從全球電子陶瓷產業技術水平看，日本和美國處于世界的領先地位。其中，日本憑借其超大規模的生產和先進制備技術，在世界電子陶瓷市場中具有主導地位，占有世界電子陶瓷市場 50% 以上的份額 。美國在基礎研究和新材料開發方面力量雄厚，其注重產品的前沿技術和在軍事領域的應用，如在水聲、電光、光電子、紅外技術和半導體封裝等方面處于優勢地位。此外，韓國在電子陶瓷領域發展迅速，引人矚目。
（一）多層陶瓷電容器（MLCC）產業
電子陶瓷的主要應用領域是無源電子元件。MLCC 是目前用量最大的無源元件之一，主要用于各類電子整機中的振蕩、耦合、濾波旁路電路中，其應用領域涉及自動儀表、數字家電、汽車電器、通信、計算機等行業。MLCC 在國際電子制造業中占據越來越重要的位置，尤其是隨著消費類電子產品、通信、電腦、網絡、汽車、工業和國防終端客戶的需求日益增多，全球市場達到百億美元，并以每年 10%～15% 的速度增長。自 2017 年以來，由于供求關系所致， MLCC 產品發生了若干次漲價潮。日本是 MLCC 的生產大國，日本的村田（nuRata）、京瓷株式會社（KYOCERA）、太陽誘電株式會社（TAIYO YUDEN）、 TDK-EPC，韓國的三星電機有限公司（SEMCO）和我國臺灣地區的華新科技股份有限公司、國巨股份有限公司等都是全球著名的MLCC 生產企業。MLCC 的主流發展趨勢是小型化、大容量、薄層化、賤金屬化、高可靠性，其中內電極賤金屬化相關技術在近年來發展最為迅速，采用賤金屬內電極是降低 MLCC 成本的最有效途徑，而實現賤金屬化的關鍵技術是發展高性能抗還原鈦酸鋇瓷料。日本在21世紀初就已經完成了此項技術的開發，并一直保持世界領先，目前其大容量MLCC 全部實現了賤金屬化。尺寸的小型化一直是MLCC 發展的主要趨勢，隨著電子設備日益向小型化和便攜式方向發展，產品更新換代迅速，小型化產品需求強烈，如圖1所示。實現小型化元器件的基本材料技術是陶瓷介質層的薄型化技術。當前日本企業處于國際領先地位，其生產的 MLCC單層厚度已達 1μm，其中，處于頂級地位的日本村田和太陽誘電株式會社的研發水平已達到 0.3μm。介質薄層化的基礎是介質材料的微細化。在大容量薄層化 MLCC 元件單層厚度逐漸減小的同時，為保證元件的可靠性，鈦酸鋇作為 MLCC 陶瓷介質的主晶相，其顆粒尺寸需要從 200～300 nm進一步細化到 80～150nm。未來的發展趨勢是制備出顆粒尺寸≤ 150nm的鈦酸鋇材料作為 MLCC介質層的主晶相材料。
（二）片式電感器產業
片式電感器是另一類用量較大的無源電子元件，是三大類無源片式元件中技術最復雜的一類，其核心材料是磁性陶瓷（鐵氧體）。目前世界片式電感器的總需求量在 10000 億只左右，年增長速度在10% 以上。在研制生產片式電感器方面，日本的生產產量約占世界總量的70%。其中 TDK-EPC、村田和太陽誘電株式會社一直掌握該領域的前沿技術。據產業情報網（IEK）統計，在全球電感市場中，TDK-EPC、太陽誘電株式會社及村田三家企業的產量合計約占全球市場的 60% 左右。片式電感器發展的主要趨勢包括小尺寸、高感量、大功率、高頻率以及高穩定、高精度。其技術核心是具有低溫燒結特性的軟磁鐵氧體和介質材料。
壓電陶瓷是一種重要的換能材料，其機電耦合性能優良，在電子信息、機電換能、自動控制、微機電系統、生物醫學儀器中廣泛應用。為適應新的應用需求，壓電器件正向多層化、片式化和微型化方向發展。近年來，多層壓電變壓器、多層壓電驅動器、片式化壓電頻率器件等一些新型壓電器件不斷被研制，并廣泛應用于電氣、機電、電子等領域。
（四）微波介質陶瓷產業
微波介質陶瓷是無線通信器件的基石。廣泛應用于移動通信、導航、全球衛星定位系統、衛星通信、雷達、遙測、藍牙技術以及無線局域網（WLAN）等領域 。由微波介質陶瓷構成的濾波器、諧振器及振蕩器等元器件在 5G 網絡中被廣泛使用，其質量在很大程度上決定了微波通信產品的最終性能、尺寸極限與成本。具有低損耗、高穩定性、可調制的微波電磁介質材料是目前國際上的核心技術。微波介質陶瓷材料在發展初期曾形成美國、日本、歐洲等國家和地區激烈競爭的局面，但隨后日本逐漸處于明顯的優勢地位。隨著第三代移動通信與數據微波通信的快速發展，美國、日本、歐洲均針對該高技術領域的發展進行戰略上的調整。從最近的發展趨勢看，美國將非線性微波介質陶瓷與高介電常數微波介質陶瓷材料技術作為戰略重點，歐洲側重于固定頻率諧振器用材料，而日本則依靠其產業化的優勢大力推進微波介質陶瓷的標準化與高品質化 。目前微波介質材料和器件的生產水平以日本村田、京瓷株式會社、TDK-EPC公司，美國Trans-Tech 公司等為最高。
（五）半導體陶瓷產業
半導體陶瓷是一類可以將濕、氣、力、熱、聲、光、電等物理量轉化為電信號的信息功能陶瓷材料，應用十分廣泛，是物聯網技術的主要基礎材料，如正溫度系數熱敏電阻（PTC）、負溫度系數熱敏電阻（NTC）和壓敏電阻，以及氣敏、濕敏傳感器等。熱敏陶瓷和壓敏陶瓷的產量和產值在半導體陶瓷材料中最高。在國際上，熱敏電阻陶瓷材料及器件以日本村田、芝浦電子株式會社、三菱集團（Mitsubishi）、TDK-EPC、石冢電子株式會社（Ishizuka），美國威世（VISHAY），德國愛普科斯（EPCOS）等公司的技術最先進，產量最大，他們的年產量總和約占世界總量的 60%～80%，其產品質量好的同時價格也高。近年來，國外陶瓷半導體器件正向高性能、高可靠、高精度、多層片式化和規模化方向發展。目前，國外一些大企業相繼推出了一些基于多層陶瓷技術的片式化半導體陶瓷器件，成為敏感器件領域的高端產品。
在產業技術方面，我國的電子陶瓷及其元器件產品生產基地已經形成了相當的規模，并擁有國際先進的生產水平。其中風華高新科技股份有限公司是國際上為數不多的集電子元器件、電子材料、電子專用設備“三位一體 ” 的產業體系的綜合性企業；順絡電子股份有限公司在片式電感器和低溫共燒陶瓷（LTCC）產品方面在國際上競爭優勢明顯；潮州三環（集團）股份有限公司、深圳宇陽科技發展有限公司等陶瓷電子元器件行業中的龍頭骨干企業也都在國際上具有一定影響力，得到了國家一系列研發計劃的支持。由清華大學和風華高新科技股份有限公司牽頭，聯合 20 家大中型企業、研究機構和高校組建的電子技術創新戰略聯盟對于推動功能陶瓷片式元器件與無源集成產業陶瓷材料研究開發和產業的結合發揮了重要作用。
（一）MLCC 產業
我國 MLCC 行業規模較大，已經形成了一批以風華高新科技股份有限公司、深圳宇陽科技發展有限公司為代表的具有國際競爭力的大企業，并在國際競爭中占有一席之地。然而，由于全球頂級的MLCC 制造廠商如日本的太陽誘電株式會社、村田、京瓷株式會社、 TDK-EPC 和韓國的三星電機有限公司等大型企業陸續在中國內地建立了制造基地，把產能向中國大陸轉移，目前國內一半以上的MLCC 產量被外資和合資企業占據。同時，國內市場高端 MLCC 產品主要依賴進口。由于缺少自主知識產權和先進工藝設備，高性能陶瓷粉體、電極漿料、先進生產設備都大量依賴于國外廠商。從市場情況看， MLCC 消費主要集中在亞洲，占全球MLCC 消費量的 75%，而中國占到一半以上。隨著移動通信產品等整機制造業的不斷擴張，我國的MLCC 產品需求仍在迅速增長。
（二）片式電感器產業
我國從 20 世紀 90 年代初開始開發、生產片式電感器及相關材料。目前已基本建立起了一個傳統與新型產品兼顧、具有相當經濟規模、在國際市場占據一定地位的電感器行業，產量約占世界總產量的 20%。其中深圳順絡電子股份有限公司已經憑借材料和工藝方面的技術優勢在國際競爭中占有一席之地。然而，目前國內片式電感生產廠商依然存在一些問題，大部分產品面向消費類電子產品，應用于通信領域和汽車電子領域的這類基礎元件主要被日本、韓國和我國臺灣的企業所壟斷。同時，低端市場的價格戰造成了國內片式電感生產廠商利潤空間的萎縮。目前，全球市場對片式電感器的需求在不斷增長，市場結構也在不斷變化，尤其是移動 /無線通信領域的增長速度驚人。以手機為代表的移動通信產品的生產廠家大部分在中國，而目前大部分用于移動通信的片式電感器件由國外供貨。計算機和汽車電子也是國內對高端片式電感器產品需求增長較快的領域。未來一段時期，我國在高端片式電感器方面的市場缺口會相當大。
（三）高性能壓電陶瓷產業
在高性能壓電陶瓷及元器件方面，我國內地壓電陶瓷企業數量較多，但多數企業是中小企業，產品結構以低端產品為主。盡管在過去幾十年中我國壓電陶瓷的研究開發取得了一批有自主知識產權的技術成果。但從目前行業的總體情況看，其市場競爭力、產業技術水平亟待提高，產品結構有待升級。隨著信息技術、新能源技術、生物醫學以及航空航天技術的迅速發展，一些新型的壓電陶瓷器件的應用市場將迅速崛起，成為壓電陶瓷器件的市場主體。
（四）微波介質陶瓷產業
在微波介質陶瓷材料方面，我國微波電磁介質的研究起步較早，基本上與發達國家同步，早期主要圍繞國防軍工上的關鍵微波器件的需求開展研究開發和生產。近十幾年來，形成了若干個一定規模的企業，如武漢凡谷電子股份有限公司、佳利電子有限公司、大富科技股份有限公司、深圳順絡電子股份有限公司、江蘇燦勤科技股份有限公司等。但這些企業與國際知名大企業相比較，在技術水平、產品品種和生產規模上仍有較大差距。以第五代移動通信（5G）、無線互聯網、無線傳感網以及以衛星通信與定位系統為代表的無線信息技術迅速崛起，對高性能微波器件提出了更高的要求，其發展空間很大。
（五）半導體陶瓷產業
目前，國內多數半導體陶瓷及相關敏感器件的生產企業在 20 世紀 90 年代成立，以外資企業與民營企業為主體。外資企業以獨資或合資的方式在國內市場迅速建立了生產基地，其技術優勢顯著，產品性能優良，出口量較大，在國內高端市場上占據著主導地位。從技術方面看，民營企業生產工藝落后，在原材料、生產設備、檢測設備、質量控制等我國電子陶瓷技術發展的戰略思考方面還存在較大不足，導致國內產品線單一，產品結構以中低端為主，無法滿足高端市場的需求。從未來需求方面看，物聯網和傳感網的迅猛發展將帶來我國半導體陶瓷傳感器需求的爆炸式增長，未來還將面臨較大的發展空間。
（1）滿足電子元件小型化 / 微型化的電子信息系統的新型電子陶瓷材料及其關鍵技術。如納米晶材料制備技術、超薄陶瓷膜成型工藝等；適用于低能耗無線／移動信息系統中關鍵微波元器件的超低損耗介質陶瓷材料等。
（2）適應新一代移動通信技術特征頻率的新型電子陶瓷材料。隨著 5G/6G 技術的發展，通信頻段逐漸從微波向毫米波推進，而適應更高頻段的新型電子陶瓷，特別是陶瓷介質材料的需求將急劇增加，發展相關材料和器件迫在眉睫。
（3）用于無源元件集成和無源-有源集成與模塊化的新型電子陶瓷材料。以 LTCC 技術為平臺的無源集成技術將有更大的發展空間，而與該技術相兼容的各類功能陶瓷材料及其共燒技術是一個亟待攻克的技術瓶頸。
（4）面向電子信息系統多功能化的新功能電子陶瓷材料。具有電、磁、光、熱耦合行為和超常電磁特性的新型多功能陶瓷材料系統，以及在復雜外場或極端環境條件下工作具有穩定性和優異服役行為的新型信息功能陶瓷材料等。
（5）其他技術領域也對電子陶瓷材料提出了新的需求。在能源材料方面，固體燃料電池、太陽能電池和半導體照明技術的進一步發展有賴于電子陶瓷材料及其制備技術的突破；隨著物聯網和傳感網的興起，種類繁多、功能各異的傳感器要求有更多和更高性能的新型敏感陶瓷材料的出現。
（一）社會重視程度嚴重不足
電子陶瓷材料在電子信息技術中的重要地位僅次于半導體。然而，與半導體技術相比，社會各界的重視程度嚴重不足。正如日本村田（中國）公司總裁丸山英毅所指出：中國在國策上對于芯片、半導體是有扶持的，但是對于元器件，沒有大的支持力度，所以中國的元器件企業更多的是自己發展。由于社會投入不足，企業缺乏吸引高水平人才的機制，研發力量薄弱，研發經費缺乏，難以適應日新月異的研發需求。
（二）研究成果轉化機制有待完善
國內電子陶瓷材料的研發工作分散于少數高校、研究院所和少部分大型企業，在高校和研究院所中，分屬于材料和元器件的不同領域，各自的側重點差別大，相互之間脫節，缺乏材料、工藝、元器件集成的系統性研究。研發成果向產業化的轉化不及時、不充分。高校、研究院所與企業在體制上分離，交流協作不充分，缺乏一個能將成果及時、有效轉化和具體實現“產學研”相結合的有效機制。高校和研究院所的研究成果往往停留在實驗室工作階段，沒有產品的小試、量產驗證，而企業中的研發往往又因實驗分析設備的缺乏而不夠深入。
（三）國內產業鏈對自主創新的支撐不完善
電子陶瓷材料處于產業鏈中上游，其前端是原材料，后端是元器件。由于元器件工藝設備、技術標準等主要來自國外，同時國內原材料產品在穩定性、一致性方面與國外產品相比尚有差距，制約了國內電子陶瓷材料在元器件產品中的規模化應用。特別是一些具有原創性的材料，由于與已有元器件技術缺乏兼容性，難以獲得應用，使得國內電子陶瓷材料和元器件難以在行業中進入領跑地位。
（二）戰略目標
面向信息技術等領域的迫切需求，進一步加大電子陶瓷技術的研究開發及其產業升級的扶植力度，突破困擾該產業技術進步的關鍵技術，使我國在該領域的技術水平走進世界前列。力爭在2025 年大部分水平與美國、日本接近，2035年成為全球高端電子陶瓷材料和元器件的主要來源地（見圖2）。
（三）重點發展方向
1.新一代電子陶瓷元件與材料
（1）高性能、低成本 MLCC 材料與元件。加強高性能抗還原陶瓷介質粉體材料及規模化生產；重點研發薄型化功能陶瓷成型技術與裝備，納米晶陶瓷燒結技術，超薄型多層陶瓷結構內電極技術等。
（2）新型片式感性元件與關鍵材料。加強高性能低溫燒結鐵氧體及低介低損耗陶瓷介質粉體材料及規模化生產；研發多層陶瓷精密互聯技術及其裝備，小型化微波段片式電感器布線設計技術等。
（3）高性能多層片式敏感元件與材料。重點研究高性能片式熱敏、氣敏、濕敏、壓敏、光敏陶瓷規模化生產技術，微納尺度多層片式敏感陶瓷傳感器制備工藝技術與表征技術等。
（4）高性能壓電陶瓷材料。重點研究壓電陶瓷材料凈尺寸成型與加工及其產業化技術，壓電微型電源應用的高性能多層壓電材料制備及產業化技術，高性能多層無鉛壓電陶瓷材料和新型元件可工程化和產業化的先進制備技術。
（5）新一代電磁波介質陶瓷材料。面向 5G/6G通信技術的新型電磁波介質材料，重點研究片式高頻低損耗微波介質陶瓷及其規模化生產技術，片式高性能低成本復合電磁波介質陶瓷及其基礎材料的規模化生產技術及裝備，人工片式電磁波介質的設計、制備與規模化生產技術。
2. 無源集成模塊及關鍵材料與技術
無源集成技術得以進入實用化和產業化階段，很大程度上取決于 LTCC 技術的突破。目前，雖然開發出了一些各具優勢的無源集成技術，但是主流技術仍以 LTCC 為主。一方面，優化材料 LTCC 性能及制備方法，提高在國際高端應用中的占比；另一方面，兼顧其他幾類無源集成技術，研究開發相應的關鍵材料、關鍵技術和重要模塊。
（1）系列化 LTCC 用電磁介質材料的研究。重點研究具有系列化介電常數和磁導率、滿足 LTCC性能和工藝要求的陶瓷材料粉體和生產帶，形成我國在 LTCC 材料領域的自主知識產權。
七、政策建議
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