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光通信如何不被“卡脖子”?这些先进陶瓷功不可没

来源: 聚展网 2023-12-03 16:37:10 99 分类: 粉体工业资讯

相约!第六届新型陶瓷高峰论坛

【重磅会议】陶瓷会议


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随着数字化时代的到来,光通信技术作为信息通信领域的重要分支发展迅速。在智能手机、5G网络、云计算、物联网等新兴技术的推动下,光通信行业正迎来新的发展机遇。当前,我国光通信产业正处于快速发展期,国内各大企业及研究学者不断加大科技研发和产业化投入,积极开拓市场并加速走向国际化。而先进陶瓷材料凭借优异的性能,早已打进光通信产业链中,有着举足轻重的作用。

光通信产业的崛起是科技发展的必然


光通信是一种以光波作为传输媒介的通信方式。其具有通信容量大、传输距离远、信号串扰小、抗电磁干扰等优点,是目前世界最主流的信息传输方式。随着云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的快速发展及加速应用,传统产业及大众生活形式的数字化转变加速,移动支付、移动出行、远程控制、高清视频直播、移动餐饮外卖、虚拟现实等的普及,大规模的数据处理需求为我国光通信行业带来了新一轮发展机遇。


与此同时,在ChatGPT掀起的人工智能浪潮下,指数级增长的复杂应用场景应运而生,正不断提高对数据中心中数据传输速率的要求。据Light Counting统计,2022年,200G、400G和800G的高速以太网光模块发货量同比增长170%以上,800G的产品将逐步开始放量。

同时,近年来新基建加速向高速率、全覆盖、智能化方向发展,光纤宽带、5G等网络基础设施建设进程加速,覆盖面持续扩大。同时,以数据中心、云计算设施、智能计算中心等为代表的算力基础设施成为数字时代推动经济创新发展的重要驱动力。在《“十四五”信息通信行业发展规划》等规划目标落地的过程中,对上游光电子器件需求量也将不断增长。

随着光芯片、光器件的技术进步、成本下降,光通信行业将能够更好地应对未来海量数据以及高速运算要求带来的巨大压力,光通信行业有望保持持续增长,2021年我国光通信市场规模达1266亿元,同比增长5.5%。2022年市场规模约为1326亿元,预计2023年将达1390亿元。


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来源:中商情报网

光通信千亿市场

打开先进陶瓷材料发展窗口


光通信产业链由光芯片、光器件、光模块、光设备构成。其中,光芯片和光组件是制造光器件的基础元件,现阶段中国是光组件产业全球最大的生产地,市场竞争激烈。先进陶瓷凭借优异的性能使其在光通信产业链中有着一席之地。


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01.光信使者:光纤陶瓷插芯


早在1972年,我国就把光纤通信系统及其相关光电子器件列为国家重点项目,光纤陶瓷插芯的出现,满足了高速信息传输领域对大容量、低损耗、低成本技术的需求,现已成为应用于光通信器件连接的关键部件。光纤陶瓷插芯以氧化锆粉体为主要原料,经原料混炼造粒、注射成型、高温烧结和精密研磨加工等工序制作而成。基于纳米氧化锆原料制成的陶瓷插芯具备以下优异性能:

  • 良好的同轴度和尺寸精度,光纤对接误差小;


  • 强度高、耐磨损、抗老化性能、寿命长;


  • 材料热胀冷缩系数小,环境适应性强;


  • 插入损耗及回波损耗低、插拔次数高;


  • 端头易加工。

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光纤陶瓷插芯、陶瓷套筒,来源:三环集团


光纤陶瓷插芯通常和光纤陶瓷套筒配套使用,陶瓷插芯所制成的光纤连接器是可拆卸、分类的光纤活动连接器,使光通道的连接、转换调度更加灵活。应用于光纤连接器上的陶瓷插芯占整个陶瓷插芯市场的72%,大约25%的陶瓷插芯应用于光分路器、收发器等光无源器件,少部分约3%应用于其他的光有源器件,如半导体激光器等。

目前全球中光纤陶瓷插芯的主要生产商集中在中国、日本、中国台湾等国家以及地区,其中中国光纤陶瓷插芯产量最高,占据全球光纤陶瓷插芯产量的96%左右,潮州三环集团占其中63%左右。可预期的是,在5G的带动下光纤陶瓷插芯需求还会继续上升。

02.陶瓷外壳发展空间广阔


光通信长距离传输需要气密性封装,电子陶瓷外壳是气密性封装的首选材料,其是用多层陶瓷绝缘子封装外壳,采用多层共烧陶瓷绝缘结构,为器件提供电信号传输通道和光耦合接口,提供机械支撑和气密保护,解决芯片与外部电路互连。

光器件的封装通常有两种方式:气密性封装和非气密性封装。气密性封装,顾名思义,就是气体也无法穿透的一种封装,它的目的是为了防止外部的水汽和其他有害气体进入密封光器件内部,影响光芯片和相关零组件的性能。相比于金属材料,电子陶瓷外壳具有耐高温、耐腐蚀、耐湿性好,以及良好的热学性能如热膨胀率及热导率、机械强度高、化学性能稳定等优势,综合性能优秀。

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陶瓷外壳,来源:中瓷电子


光模块市场规模的增长也推动着作为关键部件之一的光模块外壳需求的增长。据Yole数据统计,2022年全球光模块的市场规模约110亿美元,同比增长9.09%。Light counting预计,未来5年全球光模块市场规模将的复合年增长率为11%,预测2027年全球光模块市场将突破200亿。Yole预计2022年-2028年的复合年增长率为12%,预测2028年将达到223亿美元。


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在光模块市场,主要应用到的电子陶瓷产品包括陶瓷外壳和盖板、基座和载体等,约占光模块价值量的15%左右,整体市场规模较大。目前,高端电子陶瓷外壳市场主要被欧美、日本等国外企业占有,我国高端电子陶瓷外壳多依赖进口。国内企业主要有中瓷电子、合肥圣达、三环集团等等。

03.铌酸锂地位很重要


随着5G网络、云服务、虚拟现实等业务的飞速发展,网络流量正以惊人的速度增长。作为光通信网络的核心器件,电光调制器也面临着更高容量、更低功耗的需求。其中,铌酸锂(LiNbO3)因其拥有良好的物理化学稳定性、较宽的光学透明窗口(0.4μm ~ 5μm)、较大的电光系数等天然优势,已成为当前高速电光调制器市场的主流产品。

铌酸锂“地位重要”,类比于硅在微电子中的地位,铌酸锂也被称为光电子时代的“光学硅”。铌酸锂是一种集光折变效应、非线性效应、电光效应、声光效应、压电效应与热电效应等于一体的材料,是一种非常重要的光学功能材料,因其电光效应而闻名。铌酸锂电光调制器能够将电子数据转换为光子信息,被广泛地应用于当今的光通信系统,是实现电光转换的核心元件。


铌酸锂电光调制器


铌酸锂调制器是长距离通信的关键器件,有无可比拟的优势。其具有很小的啁啾chirp效应、高调制带宽、良好消光比和优越的器件稳定性,是高速器件中佼佼者。因此广泛应用于高速高带宽的长距离通信中。

铌酸锂调制器几十年来虽然在高速骨干网的传输调制中起到关键作用,但在传输速率进一步提升的关键参数上遭遇瓶颈,而且体积较大,不利于集成。新一代薄膜铌酸锂调制器芯片技术通过最新的微纳工艺,制备出的薄膜铌酸锂调制器具有高性能、低成本、小尺寸、可批量化生产、且与CMOS工艺兼容等优点,是未来高速光互连极具竞争力的解决方案。

根据中国电子元件行业协会《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022 年)》指出,目前国内核心的光通信芯片及器件仍然严重依赖进口,高端光通信芯片与器件的国产化率不超过10%,要求力争在2020年实现铌酸锂调制器芯片及器件市场占有率超过5%-10%,并不断替代进口,扩大市场占有率,并于2022年实现市场占有率超过30%。


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中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)


参考来源:
慧博资讯:光通信行业深度:驱动因素、发展趋势、相关产业及公司深度梳理
36氪:光通信如何不被卡脖子?这个核心器件“窗口机会”已打开
未来智库:AI光网络之基石,国产厂商争夺光器件全球话语权
招商证券:AI大数据通路——光器件国产化竞争力
中商情报网:聚焦风口行业]光通信产业高速发展 行业发展趋势分析
新材料在线:2021年光纤陶瓷插芯行业研究报告


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2023第六届新型陶瓷技术与产业高峰论坛



据统计,先进陶瓷产业每年以8%左右的增长速度高速发展,全球先进陶瓷产业已达到数万亿级的市场规模,我国已成为全球最大的先进陶瓷消费市场,而我国陶瓷企业市场份额却仅占全球10%~15%。无论是中国市场还是国际市场对先进陶瓷粉体与产品需求将持续强劲,中国先进陶瓷企业仍然具有很多发展机会和潜力,国产替代已将成为产业链的必然发展趋势。

随着技术进步,陶瓷滤波器、高温结构陶瓷、生物陶瓷、陶瓷膜等一系列先进陶瓷的研究成果和新产品不断涌现,并呈现出良好的产业化应用前景;5G、新能源汽车、半导体等新兴市场的崛起又带来了崭新的应用方向。可以看见,先进陶瓷材料在新兴产业和传统产业改造中发挥越来越大的作用,各种功能的不断发掘与应用领域的多元化将使得先进陶瓷作为现代工业基础支撑材料的地位日益显著。

在此背景下,中国粉体网将于
2023年12月湖北宜昌举办“第六届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”,旨在与国内外新型陶瓷产业链人士共同交流前沿技术,沟通行业信息,助力科研单位成果转化,帮助企业寻找新的市场方向。

大会热诚欢迎国内外相关领域的专家、学者、科研人员、企业界代表积极参会,同时欢迎公司、企事业单位展示技术成果,洽谈产、学、研合作。


会务组


:卢铭旗

电   话:(同微信)



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