中国粉体网讯 2020年10月29日至30日，由中国粉体网主办的“2020第三届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”在江苏无锡成功召开！本届高峰论坛由来自中国电科十三所的周水杉研究员主持，周研究员渊博的专业知识和精妙的主持艺术，给所有现场的参会人员留下了深刻的印象。在论坛召开期间，中国粉体网“对话”栏目组对周研究员进行了一次专访，以下为采访实录。
周水杉研究员接受中国粉体网专访
中国粉体网记者：请您简单介绍一下中国电子科技集团公司第十三研究所的特色。
周水杉研究员：中国电子科技集团公司第十三研究所（以下简称“十三所”），1956年始建于北京，1963年迁至河北石家庄，经过50多年的发展壮大，十三所成为我国规模较大、技术力量雄厚、专业结构配套合理的综合性半导体研究所，其专业方向为半导体专业的微电子、光电子、微电子机械系统（MEMS）、半导体高端传感器、光机电集成微系统五大领域和电子封装、材料和计量检测等基础支撑领域。是工学硕士招生培养单位，联合培养博士单位。十三所现有员工6000余人，目前总资产89.4亿元。
十三所拥有国家级专用集成电路重点实验室、国家科技部863计划光电子器件产业化基地和MEMS工艺封装基地、博士后科研工作站以及十个专业部、研究室，生产线和8个控股的高新技术产业公司，其产品涵盖基础支撑类（半导体材料和电子封装等）、芯片类（各类半导体分立器件和集成电路）以及应用类（微波毫米波的模块组件和小整机）。
中国粉体网记者：请您介绍一下国内微波介质陶瓷的研究和应用发展历史。
周水杉研究员：我所从事的领域是电子陶瓷，比较熟悉的是微波陶瓷和介质滤波器。微波陶瓷是从1939年开始，国际上有专家学者提出这种理论。但是提出来以后，由于没有找到合适的材料，所以发展的速度并不快。在20世纪70年代发现了金红石（也就是二氧化钛陶瓷）以后，它才有了真正的使用。
金红石陶瓷虽然介电常数比较大，微波特性也比较大，但它实际使用中也有一些缺点。后来又发展出了四钛钡九钛钡的陶瓷。尤其是钛酸锆锡发现以后，微波陶瓷的使用就有一个质的飞跃，就有了一个质到量的发展。
中国大概是在上个世纪七十年代末八十年代初进行微波介质陶瓷材料以及相关的器件研究的。跟国际比，略微晚一点点。
中国粉体网记者：您在微波介质陶瓷相关的领域里做了哪些研究？
周水杉研究员：我是从1983年跟着我的师傅从事微波介质陶瓷研究、开发、应用和推广工作的。我们在那一年就完成了钛酸锆锡这种微波介质陶瓷的研发。当时它的性能在国内是最好的。过了几年，我们又开发成功了含稀土元素的介电常数为90左右的微波介质陶瓷。
周水杉研究员于20世纪80年代发表的一篇论文
后面又开发了介电常数在20左右的碳酸镁、碳酸钙系的微波介质陶瓷。经历了这几个过程，介电常数有90的、40的、20的，整个系列的微波介质陶瓷，我们基本上就都有了。那个时候中国这几种陶瓷基本上都跟国外齐驾并驱了。正是由于我当时对这些微波陶瓷的认识，大概是在一九八七年左右，我们发表了一篇文章。这是国内比较早的去全面系统介绍微波介质陶瓷的文章，我就把微波介质陶瓷分了三类，有高介电常数、中介电常数、低介电常数的。
我把含稀土元素的介电常数为90左右的，归类为高介电常数；然后把接近40的（38、37）归类为中介电常数；然后20左右的，归类为低介电常数。我当时的那种分类，现在业内基本上可能还在沿用。
后来，因为仅从介电常数来研发的话，可能有一些工程上的使用还是会受限制，我们又开发了Q值比较高的含铌、含钽的微波陶瓷，介电常数是在25到40左右的。整个系列的微波陶瓷到此就比较完善了。
同时，有了微波介质陶瓷，我们也可以去做一些器件，因此我们又做微波天线，微波滤波器，微波的电容等。这样，材料就有了很大的用武之地。
中国粉体网记者：对于目前中国微波介质陶瓷产业，您是如何看待的？
周水杉研究员：中国微波介质陶瓷及其器件的发展过程是起起伏伏的，最早的一个风口或者说是一个用处比较大的，是当时咱们国家在进行微波通讯的时候，第一代的微波通讯是微波中继站，那时还没有光纤。最早的这种通信方式，是靠一百公里或者五十公里建一个微波站，从北京每隔一段距离建一个微波站，从北京一站一站建到深圳。没有光纤，也没有卫星通信，都是用这种方式来传递的。
微波站建设的时候对微波介质陶瓷的需求量很大，但内置的这种大的需求量相当的少，我记得那时候一年的用量也就两千支。但是那时候就让微波介质材料做成的微波介质谐振器的应用，从很高冷的军品上的使用到了民用领域。两千支对当时的几百只来说就是个很大的量，那是一次推动。
还有一次推动（但是咱们中国没有赶上），就是咱们手机里用的这个滤波器、双工器也是用微波陶瓷来做的。但是，因为那时中国的手机生产非常的落后，我们虽然有人（就是当时邮电部的第四研究所）研发过手机，虽然量产成功，但是大规模推广没有成功，最后还是成了摩托罗拉和松下的天下。世界上曾有这么一个风口，有这么一个微波介质陶瓷使用的浪潮，但中国当时没有赶上。
中国是在卫星电视发展的时候，微波介质陶瓷的使用量非常的大。卫星电视要用微波介质陶瓷谐振器，但是后来因为网络的发展、有线电视的发展，微波介质陶瓷的使用经过卫星直播电视的这个高潮以后，又进入了一个低谷期。
然后，还有一个微波介质陶瓷应用比较大的领域是共享单车。共享单车的定位用到的那个GPS天线（或者叫北斗天线）是用陶瓷来做的，然后还有车载里面的定位。但是现在可能也是共享单车的一个低谷。所以说微波陶瓷的使用随之又进入一个低谷。这是前几年的情况。
但是，现在又是使用微波介质陶瓷的一个高潮。伟大的公司华为要在基站里采用微波介质陶瓷方案。最近一两年，是微波介质陶瓷一个非常大的、井喷式的发展。现在祖国各地到处都在红红火火地上，但我感觉有点过热了。但是，目前这个阶段是微波介质陶瓷发展的一个大好时机。
除此之外，在终端的手机设备里面，LTCC滤波器以后可能也会有它的用武之地，或者可能在个别的频段、个别的机型上面也能分到一杯羹，如果手机里要用到的话，这个量会非常大。LTCC微波介质陶瓷可能后面的用量也会是比较大的。
中国粉体网记者：请问微波介质陶瓷它的发展趋势以及未来的应用前景是怎样的？
周水杉研究员：微波介质陶瓷它还需要Q值更高的材料。因为微波介质陶瓷本身跟金属之间有个相互竞争的关系存在，金属腔也有它一定的优点。微波陶瓷要想在技术上的抗衡当中能够取胜，它的Q值需要更高，它的损耗要更小，这样就能把金属腔甩得远远的。这是第一点。
第二点，可能要发展介电常数稍微要小一些，因为以后的通讯、移动通讯，都会往高端方向发展。到毫米波时，可能高介电常数就不是一个追求的目标了，因为随着频率的增加，体积减少。原来微波陶瓷所追求的就是介电常数一定要大，但现在随着低频的频率资源越来越拥挤，一定要往高频发展。
往高频发展的时候，体积不是主要问题，损耗是主要问题。所以要发展介电常数比较小的、Q值比较大的微波陶瓷。还有一点，是因为民用的移动通讯都在往毫米波方向发展，到了这个波段，陶瓷的竞争优势和半导体相比就没有了。低频时，它是跟金属竞争；高频时，它又要和半导体的工艺进行竞争，前有狼后有虎。半导体的工艺是相当精准的，目前陶瓷的工艺距离半导体要差很多，这是我自己的看法。
以后陶瓷的使用、加工，看看是不是能跟半导体工艺结合起来，这样微波介质陶瓷大概就有了更大的利用空间了。还有今天报告中讲的LTCC陶瓷。它也有它的天花板，能不能把天花板往上突破，也能够到毫米波，像今天做报告的一位专家也是这样去前瞻了，我希望他的这种前瞻能够成为现实。通过材料科学家、工艺科学家共同不断的努力，LTCC滤波器、微波陶瓷，它们都能够用到毫米波，这样的话，微波介质陶瓷的应用领域将会非常的宽广。
（中国粉体网记者采访/黑金、编辑整理/平安）
