表紙:5Gインフラ用マテリアル:技術と知的財産の分析
市場調査レポート
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1022241

5Gインフラ用マテリアル:技術と知的財産の分析

Materials for 5G Infrastructure: Technology and IP Analysis

出版日: | 発行: Frost & Sullivan | ページ情報: 英文 72 Pages | 納期: 即日から翌営業日

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5Gインフラ用マテリアル:技術と知的財産の分析
出版日: 2021年07月22日
発行: Frost & Sullivan
ページ情報: 英文 72 Pages
納期: 即日から翌営業日
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概要

この3年間で、5Gネットワークの展開に関連する活動が増加しています。5G業界のステークホルダーは、途切れることのない接続性を確保するために、5Gインフラの構築に積極的に取り組んでいます。しかし、5Gアンテナ、フィルター、サーキュレーター、ケーブル、配線などの5G電子部品の伝送損失に関する課題に直面しています。そのため、低損失特性を持つ高性能な材料が必要とされています。誘電率、誘電正接、吸湿性の低い材料は、伝送損失の課題を解決できる可能性があるため、検討されています。また、回路基板の製造条件に耐える熱安定性や、高周波での動作時に発生する熱を分散させる熱伝導性を備えた材料も求められています。

5Gコンポーネントの中でも、5Gアンテナは、家電製品の増加や5Gインフラの分散化に伴い、大量のアンテナを搭載した基地局の建設が必要なことから、重要なコンポーネントのひとつと考えられています。現在、5Gアンテナには、液晶ポリマー、ポリイミド、フッ素ポリマー、低温同時焼成セラミックなどの材料が使用されています。しかし、誘電率の高さや価格の高さなどの制約があるため、高性能でコスト効率の高い新素材の研究開発が進められています。ガラスや、ポリフェニレンエーテルやポリフェニレンサルファイドなどの高分子樹脂は、誘電特性や熱特性に優れているため、5Gネットワークへの採用が検討されています。

当レポートでは、5Gインフラ用マテリアルについて調査し、5Gインフラの概要、5Gインフラ用マテリアルの技術概要、利点と限界、材料と性能の特徴、技術の適用性の評価、近年の研究・商業開発動向、成長機会の分析などについてまとめています。

目次

第1章 戦略的義務

  • 成長の困難性
  • Strategic Imperative 8(TM)
  • 市場における3つの主なStrategic Imperativeの影響
  • 成長機会が推進するGrowth Pipeline Engine(TM)
  • 調査手法

第2章 調査の背景

  • 調査範囲
  • 調査範囲と調査内容
  • 主な調査結果

第3章 5Gインフラのイントロダクション

  • 5Gは無線ネットワーク業界に新たな機能と体験を提供することを目指している
  • 安定した信頼性の高いWiFi接続を必要とするアプリケーションにより、5Gの高速エンロールが必要になる rいネットワークを本格的に展開するには、5Gインフラの大規模な導入が必要
  • 5Gインフラは4Gインフラとは異なり、新しいネットワークアーキテクチャ、次世代バックホールを採用
  • ミリ波の高い減衰率が5Gインフラのアーキテクチャに大きな影響を与える
  • 5G規格へのインフラ部品の採用には、特殊な低損失材料の利用が不可欠
  • 5Gネットワークでは、RF機器を接続するために光ファイバーインフラが必要になる
  • 5Gアンテナは新材料の研究開発と採用を促進すると期待される

第4章 5Gマテリアル:テクノロジースナップショット

  • 信号損失、熱管理、生産効率が5Gアンテナ材料の重要な課題に
  • アンテナの構造や基板に使用できる材料が重要になると予想される
  • LCPなどの材料は、すでに5Gアンテナに採用されている
  • 液晶ポリマーは5Gの基板材料として採用が進んでいる
  • ポリイミドは、価格競争力と優れた熱特性で注目を集めている
  • 誘電性と機械的特性に優れたフッ素樹脂
  • 低温同時焼成セラミックスは、優れた機械的・熱的特性と無毒性であることから、採用が進んでいる
  • コストパフォーマンスに優れた5Gアンテナの開発に向けて研究が進んでいるガラス
  • アンテナ基板の代替材料としてポリフェニレンエーテルが研究されている
  • 誘電特性と耐薬品性に優れたPPS樹脂が注目されている
  • さまざまな5Gアンテナ材料は、それぞれ異なる特性と資産を持っている
  • 事業性に優れた低損失材料は、採用の可能性が広がる
  • コストパフォーマンスに優れた低損失材料の採用が進む

第5章 イノベーション指標

  • 多くの低損失材料が化学企業から5G産業に直接提供されている
  • エンド・ツー・エンドの5Gソリューション開発と5G基板材料の生産能力拡大に向けた官民の資金援助プロジェクト
  • 研究機関のイノベーション・エコシステムへの貢献度は上昇中
  • 製品ポートフォリオの拡大にはパートナーシップが不可欠
  • IP分析によると、2016年から2020年にかけて特許出願件数が増加
  • IPの材料別内訳を見ると、5G基板の材料はガラス、LTCC、PIが上位を占める

第6章 注目企業

  • DuPont:ミリ波帯運用に適した5G用素材を豊富にラインナップ
  • Hitachi Chemicals:5G部品の小型化を可能にするプリント配線板材料を開発
  • Resonant:5G業界向けRFフィルタ設計用ソフトウェアを提供
  • Kaneka:アンテナ基板用途の変性ポリイミド耐熱材料を開発
  • AGC:スモールセル用透明ガラスアンテナを開発
  • Solvay:圧倒的な熱特性を持つ高周波用途向けフッ素樹脂を発売
  • Toray:PPSフィルムの分子鎖の配向を制御する技術を開発
  • Jiaxing Glead Electronics:セラミックフィラーを使用した新しい樹脂マトリックスを開発
  • KOA:ミリ波アンテナ用LTCC基板を開発
  • The Chemours :5Gケーブル・アンテナ用フッ素樹脂を商品化

第7章 成長機会

  • 成長機会 1:既存の5G材料の低損失特性の改善
  • 成長機会 2:効率的な新素材を開発するためのAI
  • 成長機会 3:エンドツーエンドの5Gソリューションを開発するためのコラボレーション

第8章 付録

  • 基準評価 - 背景データ
  • 技術準備レベル(TRL):説明

第9章 次のステップ

目次
Product Code: D9F4

Growth Opportunities Driven by the Need for Low-loss, Cost-effective Materials in 5G Infrastructure

In the last three years, activities related to the rollout of 5G networks have increased. Stakeholders in the 5G industry are actively trying to build 5G infrastructures to ensure uninterrupted connectivity. However, stakeholders face challenges related to transmission losses in 5G electronic components, such as 5G antennas, filters, circulators, cables, and wirings. This has resulted in the need for high-performance materials with low-loss properties. Materials with low dielectric constant, dissipation factor, and moisture absorption are being investigated as they can potentially address the challenges related to transmission losses. In addition, materials with thermal stability needed to resist the circuit boards production conditions and thermal conductivity to distribute the heat generated during operations at high frequencies are also in demand.

Among 5G components, 5G antennas are considered as one of critical components driven by rise of consumer electronics and the changes in 5G infrastructure toward decentralization, which requires massive construction of base stations that contain large number of antennas.

Materials such as liquid crystal polymers, polyimides, fluoropolymers, or low temperature co-fired ceramics are currently used for 5G antennas. However, their limitations, such as high dielectric constant and high prices, are driving R&D efforts to develop new high-performing and cost-effective materials. Emerging material alternatives such as glass or polymeric resins, including polyphenylene ether and polyphenylene sulfide resins are being investigated for use in 5G networks due to their promising dielectric and thermal performance.

This research titled "Materials for 5G Infrastructure - Technology and IP Analysis" focuses on various emerging materials and assesses the advantages and limitations of each and its applicability in 5G infrastructure and components, specifically 5G antenna and substrate materials. The research also provides an analysis of materials and performance characteristics, properties, and technology-readiness levels.

The analysis contains a comprehensive overview of key stakeholders active in developing 5G antennas substrate materials and recent research and commercial developments.

Briefly, this research provides:

  • 5G infrastructure overview
  • Types of 5G components
  • Types of materials used in 5G antennas
  • R&D initiatives
  • Patenting trends and insights
  • Companies to action
  • Growth opportunities for 5G material developers

Table of Contents

1. Strategic Imperatives

  • 1.1. Why Is It Increasingly Difficult to Grow?
  • 1.2. The Strategic Imperative 8™
  • 1.3. The Impact of the Top Three Strategic Imperatives on the Materials for 5G Infrastructure Technology
  • 1.4. About The Growth Pipeline Engine™
  • 1.5. Growth Opportunities Fuel the Growth Pipeline Engine™
  • 1.6. Research Methodology

2.0 Research Context

  • 2.1. Research Scope
  • 2.2. Research Coverage and Key Questions the Study Will Answer
  • 2.3. Key Findings

3.0 Introduction to 5G Infrastructure

  • 3.1. 5G Aims to Deliver New Capabilities and Experiences Across the Wireless Network Industry
  • 3.2. Applications that Rely on Stable and Reliable WiFi Connections Drive the Need for Fast 5G Enrollment
  • 3.3. Full Rollout of 5G Network Requires Massive Implementation of 5G Infrastructure
  • 3.4. 5G Infrastructure Differs from 4G Infrastructure in New Network Architecture, New Chemistry, and Next-generation Backhaul
  • 3.5. High Attenuation of mmWaves Significantly Impacts the Architecture of 5G Infrastructure
  • 3.6. Adoption of Infrastructure Components to 5G Standards Relies on Utilization of Special Low-loss Materials
  • 3.7. 5G Networks will Require Fiber Optic Infrastructure to Connect RF Equipment
  • 3.8. 5G Antennas Expected to Drive R&D and Adoption of New Materials

4.0 5G Materials: Technology Snapshot

  • 4.1. Signal Loss, Thermal Management, and Production Efficacy are Key Challenges for 5G Antennas Materials
  • 4.2. Materials that can be used for an Antenna's Structure and Substrate are Expected to Become Highly Important
  • 4.3. Materials, Such as LCPs, are Already in Use in 5G Antennas
  • 4.4. Liquid Crystal Polymers Are Leading in Adoption as 5G Substrate Materials
  • 4.5. Polyimides are Gaining Interest Due to Competitive Pricing and Good Thermal Performance
  • 4.6. Fluoropolymers Exhibit Exceptional Dielectric and Mechanical Properties
  • 4.7. Low-temperature Co-fired Ceramics Possess Excellent Mechanical and Thermal Properties and Non-toxicity that Can Facilitate Adoption
  • 4.8. Glass is Being Increasingly Researched for Use in Developing Cost-effective 5G Antennas
  • 4.9. Polyphenylene Ether Is Being Researched as an Alternative Material for Antenna Substrates
  • 4.10. PPS Resins Have Attracted Market Attention Due to Their Excellent Dielectric Performance and Chemical Resistance
  • 4.11. Various 5G Antenna Materials Offer Different Properties and Assets
  • 4.12. Low-loss Materials with Excellent Business Viability Can Find Increasing Adoption Potential
  • 4.13. Cost-effective Materials with Low-loss Properties Will Witness Increasing Adoption

5.0 Innovation Indicators

  • 5.1. Many Low-loss Materials are Provided Directly to the 5G Industry by Chemical Companies
  • 5.2. Public and Private Funding Projects to Develop End-to-end 5G Solutions and Expand Production Capacity for 5G Substrate Materials
  • 5.3. Research Institutes' Contributions to the Innovation Ecosystem on the Rise
  • 5.4. Partnerships are Prevalent for Product Portfolio Expansion
  • 5.5. IP Analysis Showcases Increase in Patent Filing Activity During 2016 to 2020
  • 5.6. IP Breakdown for Materials Type Shows that Glass, LTCC, and PI are Top Materials for 5G Substrates

6.0 Companies to Action

  • 6.1. DuPont Offers a Broad Portfolio of 5G-Suitable Materials for mmWave Bands Operations
  • 6.2. Hitachi Chemicals has Developed a Printing Wiring Board Material Enabling Miniaturization of 5G Components
  • 6.3. Resonant Offers Software for Designing RF Filters for the 5G Industry
  • 6.4. Kaneka Corporation Develops a Modified Polyimide Heat-resistant Material for Antenna Substrate Applications
  • 6.5. AGC Develops Transparent Glass Antennas for Small Cells
  • 6.6. Solvay Delivers Fluoropolymers for High-frequency Applications that Offer Unparalleled Thermal Performance
  • 6.7. Toray's Technology can Control the Orientation of Molecular Chains in PPS Films
  • 6.8. Jiaxing Glead Electronics Develops a New Resin Matrix with a Ceramic Filler
  • 6.9. KOA Corporation Develops LTCC Substrate for mmWave Antennas
  • 6.10. The Chemours  Company Commercializes its Fluoropolymer Resin for 5G Cables and Antennas

7.0 Growth Opportunities

  • 7.1. Growth Opportunity 1: Improvement of Low-loss Properties in Existing 5G Materials
  • 7.1. Growth Opportunity 1: Improvement of Low-loss Properties in Existing 5G Materials (Continued)
  • 7.2. Growth Opportunity 2: AI for Developing Efficient, New Materials
  • 7.2. Growth Opportunity 2: AI for Developing Efficient, New Materials (Continued)
  • 7.3. Growth Opportunity 3: Collaborations to Develop End-to-End 5G Solutions
  • 7.3. Growth Opportunity 3: Collaborations to Develop End-to-End 5G Solutions (Continued)

8.0 Appendix

  • 8.1. Criteria Evaluation-Background Data
  • 8.2. Technology Readiness Levels (TRL): Explanation

9.0 Next Steps

  • 9.1. Your Next Steps
  • 9.2. Why Frost, Why Now?
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