5G手機(jī)背后的關(guān)鍵技術(shù)有哪些詳細(xì)資料解析

全球調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner發(fā)布最新報(bào)告，指出2020年全球終端出貨量有望止跌反彈，在5G手機(jī)需求帶動下，今年全球智能手機(jī)市場有望成長3%，而5G手機(jī)銷量更有望在一年內(nèi)超越4G手機(jī)銷量。

很顯然，在可以預(yù)見的未來4G手機(jī)將漸漸步入尾聲，取而代之的5G手機(jī)，也將從高端市場漸漸向中端甚至是入門級別挺進(jìn)，成為主流。

5G手機(jī)牽涉到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)升級，它和4G手機(jī)的區(qū)別在什么地方，哪些技術(shù)又會在5G手機(jī)的普及當(dāng)中起到關(guān)鍵作用，下面我們來淺談一下，5G手機(jī)背后三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：主板、天線和散熱

5G手機(jī)的“基礎(chǔ)”：SLP技術(shù)

拆開一臺4G手機(jī)，你會發(fā)現(xiàn)PCB板上容納的元件幾乎已經(jīng)堆到了極限，5G手機(jī)如何在主板元件更多的基礎(chǔ)上，繼續(xù)維持機(jī)身的厚度和重量，SLP技術(shù)起到關(guān)鍵作用。

什么是SLP？

iPhone 11 Pro Max圖源：iFixit

SLP即類載板（Substrate-like PCB），通過先進(jìn)的焊接工藝，可以將多層PCB板電路連接相通，從而將主板從“2D變?yōu)?D”，充分利用機(jī)身的空間，iPhone X、XS系列和11 Pro系列采用的多層主板技術(shù)，就得益于SLP工藝。

為什么要用SLP？

根據(jù)射頻業(yè)界巨頭Skyworks的估計(jì)，5G手機(jī)的射頻前端零件將大幅增加，濾波器從40個(gè)增加到70個(gè)，天線、PA、射頻開關(guān)、LNA等其它射頻器件也幾乎成倍增加。這對5G手機(jī)內(nèi)部的元件密度提出更高的要求。

SLP工藝不僅機(jī)身內(nèi)部的立體空間得到更好的利用，也能讓PCB板的元件變得更“緊湊”，即進(jìn)一步縮小線寬、線距，從而放進(jìn)更多5G元件。

過去采用的Anylayer HDI最小線寬/ 線距約為40μm，而目前的SLP已經(jīng)小于 30/30 μm，據(jù)了解，今年新iPhone所采用的SLP工藝將進(jìn)一步縮小至 25 um/30 um。

SLP技術(shù)帶來的空間釋放是相當(dāng)明顯的，以iPhone為例，在iPhone X引入SLP技術(shù)后，相同元件數(shù)量的體積減少至原來的 70%，帶來更多電池空間。不過，目前安卓陣營尚未廣泛引入SLP技術(shù)，預(yù)計(jì)在2020年的旗艦5G手機(jī)中，SLP技術(shù)將逐漸成為主流。

5G手機(jī)的“公路”：LCP 基材

前面提到，5G手機(jī)與4G手機(jī)一個(gè)明顯的區(qū)別是射頻組件的大幅增加，作為信號傳輸?shù)摹肮贰?，手機(jī)天線也被視為5G手機(jī)升級的“先行”要素。

什么是LCP基材？

LCP即液晶聚合物（Liquid Crystal Polyester），目前廣泛運(yùn)用于5G手機(jī)天線基材中。

LCP具有優(yōu)異的電學(xué)特征：在高達(dá)110GHz的全部射頻范圍，幾乎能保持恒定的介電常數(shù)，一致性好；正切損耗非常小，僅為0.002，即使在110 GHz時(shí)也只增加到0.0045，非常適合毫米波應(yīng)用；熱膨脹特性非常小，可作為理想的高頻封裝材料。

為什么要用LCP基材？

?減少通訊損耗

前面提到，LCP天線優(yōu)異的電學(xué)特征主要原因，尤其是在5G高頻段通訊的條件下。舉個(gè)例子，傳統(tǒng)PI軟板天線對2.4G的射頻信號將產(chǎn)生約2%的電磁損耗，而且隨著頻率提高，損耗就越大。而采用LCP基材損耗僅為2‰—4‰，比前者小10倍，可以有效降低損耗。

LCP天線可以滿足5G頻段低損耗的需求

?天線小型化

由于5G手機(jī)內(nèi)部空間進(jìn)一步縮減，天線數(shù)量增加，天線小型化成為趨勢。LCP具備良好的物理性能，從而可以提升天線的小型化能力，在彎折性能方面，LCP天線可以貼合機(jī)身中框，相較于傳統(tǒng)FPC天線沒有明顯的回彈效應(yīng)。

4x4 MIMO示意圖

同時(shí)，采用LCP材料的軟板電路厚度僅有0.2毫米，用于集成天線與同軸電纜將減少總體厚度，為天線提供更多凈空區(qū)。

得益于全面屏手機(jī)的興起，LCP相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步較早，已經(jīng)有不少4G手機(jī)用上了LCP天線，這也是為什么我們看到手機(jī)屏占比越來越高的原因，隨著5G手機(jī)對天線要求更高，ID設(shè)計(jì)對相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也提出了更高的要求。

5G手機(jī)的散熱：均熱板（VC）

SLP技術(shù)、LCP 基材都有著相同的目標(biāo)，就是在5G手機(jī)有限的空間之內(nèi)，塞入盡可能多的元件，元件越多，產(chǎn)生的熱量自然就越高，而元件密度增加，令散熱有了更多的壓力。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的預(yù)測，2018 - 2023 年散熱產(chǎn)業(yè) CAGR（年復(fù)合成長率）將增長8%，而智能手機(jī)散熱 CAGR 則高達(dá) 26%。

應(yīng)對5G手機(jī)高性能、密集元件和IC控制帶來的散熱問題，傳統(tǒng)的石墨散熱片方案已經(jīng)逐漸不能負(fù)荷，均熱板（VC）將是未來5G手機(jī)的標(biāo)配。

什么是均熱板（VC）？

左：熱管工作原理；右：均熱板工作原理

均熱板（Vapor Chamber）功能及工作原理與熱導(dǎo)管一致，為以其封閉于板狀腔體中作動流體之蒸發(fā)凝結(jié)循環(huán)作動，使之具快速均溫的特性，從而具快速熱傳導(dǎo)及熱擴(kuò)散的功能。均熱板的組成與熱導(dǎo)管相似，由金屬殼體、毛細(xì)結(jié)構(gòu)和作動流體構(gòu)成。

打個(gè)比方，如果把熱管比做一條“線”，那么均熱板就是“面”，均熱板可以看做一個(gè)面積巨大的熱管。

均熱板優(yōu)勢是什么

?更高的散熱效率

手機(jī)中的導(dǎo)熱管

人工石墨片由于導(dǎo)熱性能好，水平導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)1500 W/m?k，而性能更好的熱管散熱導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5000–8000 W/m?k，約為前者四倍以上。前面提到均熱板可以等同于“放大版”的熱管，因此擁有比熱導(dǎo)管大的腔體空間，可容納更多的作動流體，均熱板等效導(dǎo)熱系數(shù)約為熱管的2–3倍，預(yù)計(jì)可以達(dá)到20000 W/m?k以上。

?更大的散熱面積

過去在運(yùn)用熱管散熱的手機(jī)上，我們可以看到熱管被用在最需要散熱的地方-SoC上，然而5G手機(jī)的5G支持、快充等特性使得需要散熱的元件不止SoC。還有外掛基帶、閃存芯片和IC電源芯片等元件都有較高的發(fā)熱表現(xiàn)，VC均熱板可以覆蓋更多散熱元件從而為5G手機(jī)進(jìn)行整體降溫。

均熱板的優(yōu)勢使其廣泛受到電競手機(jī)和5G手機(jī)的青睞，目前，華為Mate 20 X、三星Note 10等機(jī)型已經(jīng)搭載均熱板。

目前，均熱板平均單價(jià)為2–3美金，是熱管的5–10倍，而5G手機(jī)需要的超薄型均熱板單價(jià)更高。隨著超薄均熱板成本進(jìn)一步下降，投資機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)到 2020 年，熱管/VC 在手機(jī)終端的滲透率有望提升至 15%，按照 15 億臺的手機(jī)出貨量測算，假設(shè)熱管/VC 平均單價(jià)為 1.5 美金，則 2020 年市場空間為 3.38 億美元。

結(jié)語

5G手機(jī)的出現(xiàn)，或?yàn)榻衲曛悄苁謾C(jī)市場帶動一波新的換機(jī)潮，從而驅(qū)動產(chǎn)業(yè)鏈迎來新一輪成長期。這些前沿關(guān)鍵技術(shù)的能否助力5G手機(jī)，讓智能手機(jī)市場產(chǎn)生逆市上揚(yáng)的拐點(diǎn)，我們不妨期待一下。