3月21日，中国移动与沃达丰公司、美国蜂窝电信公司联合牵头的《6G需求与设计考虑》白皮书正式发布。据悉，本项目由全球17家运营商牵头，23家设备厂商、13家研究机构等53个国际单位共同参与。

白皮书聚焦于6G需求与设计考虑，旨在为国际标准组织提供指导与参考。白皮书从运营商立场定义了6G需求，包括实现数字包容、能源效率、环境可持续性和灵活部署的演进路径等，并提出6G系统架构与设计考虑。

根据华为发布的《6G：无线通信新征程》白皮书，6G将具备以下几个关键能力：

1.超高速率：6G将提供每秒1Tbps（太比特）以上的峰值速率和每平方公里1000Tbps（太比特）以上的面积容量。这意味着你可以在几秒钟内下载一部高清电影或者一款大型游戏。

2.超低时延：6G将实现微秒级甚至亚微秒级（百万分之一秒）的端到端时延。这意味着你可以享受更流畅、更实时、更沉浸式的在线体验。

3.超高可靠性：6G将保证99.9999999%（九个九）以上的端到端可靠性。这意味着你可以放心地使用无人驾驶、远程医疗等关键服务。

4.超广覆盖：6G将实现全球无缝覆盖，包括地面、空中、海洋和太空等各种环境。这意味着你可以随时随地接入网络，不受地理限制。

5.超高密度：6G将支持每平方公里1000亿（万亿）以上设备连接。这意味着你可以实现万物智联，把智能带给每个人、每个家庭、每个企业，引领新一波创新浪潮。

对比5G，6G频段在100GHz-10THz，峰值传输速度高达100Gbps~1Tbps，通信延迟小于0.1毫秒。而与之对应的是，该技术对于天线、半导体等相关材料的性能提出了严苛的要求。相关新材料的发展将成为制约通信频率往毫米波、太赫兹普及的关键因素。

实现太赫兹频段的通信是6G的核心关键之一。而目前现有通讯机制主要是终端器件连接中枢天线进行信号的传递。这其中将涉及各类功率芯片、电路板、天线、电容器、探测器等等部件。

6G通信将会因为高频和高度集成而出现散热、电磁干扰等问题，对此相关部件原材料和结构均需要进行针对性的设计和选用，涉及芯片材料、天线材料、导热材料、覆铜板基材、电磁屏蔽材料等等。

芯片部件

生产太赫兹以上频率的芯片是6G高频段目前的瓶颈之一。其中功率芯片是高频通信的核心器件，在这一领域如砷化镓、氮化镓、磷化铟异质结等化合物半导体由于拥有比硅基半导体更适合高频组件的高电子迁移率等优势受到了广泛关注，这一类材料作为高电子迁移率晶体管具备很大的潜力，对此未来lll-V族化合物的应用将变得更广泛。

此外芯片电路板主要由介质层与金属导电层组成。而在太赫兹频段下，介质层材料结构容易吸收能量从而造成信号损失，对此需要低介电常数与低介电损耗的高分子材料。其中碳氢树脂、聚四氟乙烯材料(PTFE)、聚苯醚PPE（也称PPO）、和液晶高分子(LCP)等特种树脂材料受到了广泛关注，其中LCP还可应用于天线部件。

同时6G对于目前交流信号传递的金属铜箔也有特殊要求。讯号深度(趋肤深度)与频率有关，而在高频下的趋肤深度将达到1微米以下，需要表面粗糙度极低的无轮廓光滑铜箔才可以实现信号的低损耗传递，这对于目前的加工来说也是一个难题。

天线材料

天线是通信收发的重要组件。而天线尺寸与频率成反比，毫米波天线可以整合到模块中形成与芯片一体化的封装组合(System on package, SoP)，无需独立天线或是5G的封装、贴片天线。对此目前5G时代的MPI（改性聚酰亚胺）性能将受限制，LCP天线材料替代进程或将加速。

此外天线接受的电磁波一般会通过探测器转化为电讯号，而目前在太赫兹范围内的探测器仍未商业化。近几年除了量子阱探测器(QWP)外，石墨烯、纳米碳管等纳米材料也将在这一领域具有商品化的潜力。

零部件材料

附属PCB板

除了上述提到的PTFE，LCP等为代表的热塑性树脂体系，具备低介电损失的含乙烯基热固性树脂也受到了关注。其中包括双马来酰亚胺树脂（BMI）、环烯烃树脂(Cyclo Olefin Polymers)、聚二乙烯基苯(Polydivinylben-zene,PDVB)等。

电磁屏蔽材料

太赫兹波段的电磁波比穿透力差，衰减大，对信号的抗干扰能力要求很高，对比5g需要更多的电磁屏蔽器件。目前，商业化应用的电磁屏蔽材料主要包括金属屏蔽罩、改性导电毡、导电高分子掺杂橡胶、泡棉、导电涂料、屏蔽胶带等等。未来6g应用将对电磁屏蔽材料提出更高的要求，例如需要柔性轻质、耐恶劣环境、宽频率波段、高屏蔽效能等。科研方面目前在二维金属碳氮化合物MXene，碳基化合物，液态金属，气凝胶复合材料等方面是研究热点。

导热散热材料

对6G电子设备而言，由于其高度集成性，热管理将变得尤为重要且决定了未来设备的可靠性和使用寿命。随着其功率密度快速增加，散热问题已经成为电子设备亟需解决的问题。

对此，未来石墨烯将在这一领域有所发挥，由于石墨烯是已知的导热系数最高的物质（5300W/（m*K）），其快速导热、散热的特性可有效代替现有导热材料在6G领域广泛应用。

超级电容器

此外由于6G设备需要的能量较少，超级电容器具备更高的能量密度，寿命和充放电速度，在这一方面可在未来取代锂电池部件构建6g储能部件。在这一领域，诸如石墨烯、MXene等材料构建的赝电容、或双层新型超级电容器也正处于研究之中。

超材料

超材料，指的是一类具有特殊性质的人造材料，拥有一些特别的性质，尤其是在电磁波领域，6G对于可重构智能表面的电磁波控制需求将为超材料提供广阔的发展空间。

通过超材料可以实现电磁波的动态编程控制，这一领域被称为“信息超材料”，成为了当前6G研究的热点之一。在未来6g商业化进程中，超材料可以应用于天线、天线盖板智能反射调控、信息调制超表面基站、波束赋型超表面基站等方面，具有灵活节能、扩大覆盖面积、抑制干扰等功能。

针对6g领域的材料研发，众多通讯企业及PCB企业如华为、中兴通讯、三星、LG电子、诺基亚，爱立信、SK电讯、苹果等等已开始抢先布局相关技术。此外，例如之江实验室、华讯方舟、四创电子、亨通光电、大恒科技等等也在积极布局相关产业链产品。但正如上文所分析的，6G无论是在理论基础还是在材料应用方面需要做出进一步的突破，离商业化仍存在较大的差距。

文章来源： DT新材料，北京日报，桃李春风益点财