5G毫米波手機(jī)射頻芯片の散熱透波絕緣材料

射頻前端為手機(jī)無線通信模塊重要部分

導(dǎo)語：射頻是半導(dǎo)體集成電路中模擬 IC 的重要組成。半導(dǎo)體分為分立器件與集成電路。按處理信號的特點(diǎn)，集成電路分為模擬 IC 與數(shù)字 IC，數(shù)字 IC 用于處理數(shù)字信號（例如 CPU、邏輯電路），模擬 IC 用于收集現(xiàn)實(shí)世界中的信號（包括光、聲音、溫度、濕度、壓力、電流、濃度等），并進(jìn)行包括放大、過濾等處理，可按照處理信號的類型繼續(xù)劃分為電源IC、信號鏈、射頻等。而射頻器件主要包括功率放大器、射頻開關(guān)、低噪聲放大器。此外，射頻前端中的濾波器是無源器件（被動(dòng)元器件），半導(dǎo)體屬于有源器件。

射頻前端為手機(jī)無線通信模塊重要部分。手機(jī)的無線通信模塊包含四部分，即天線、射頻前端、射頻收發(fā)、及基帶，共同組成接收通路/下行鏈路和發(fā)射通路/上行鏈路。

簡單來說，基帶信號是指需要的處理信號，如麥克風(fēng)接收到的音頻，但其頻率較低，不適合距離傳輸（一是天線長度與波長成正比、二是低頻段頻譜資源有限），因此需要把低頻的基帶信號加載到更高頻的電磁波上，即用射頻電流作為載波。以上過程被稱作基帶的調(diào)制（反向過程為解調(diào)），而射頻前端則是對射頻信號進(jìn)行過濾和放大。

射頻前端通過PA、濾波器進(jìn)行信號的過濾與放大。射頻前端主要器件包括：功率放大器、濾波器、開關(guān)、低噪音放大器、調(diào)諧器、雙/多工器。

（1）PA：一般位于上行鏈路，用于增大信號功率，為有源器件。由于無線傳輸過程存在鏈路衰減，因此發(fā)射端信號的功率要足夠大才能保證遠(yuǎn)距離傳輸，而PA正是通過向電源獲取能量、來放大信號的輸出功率。其主要工藝技術(shù)包括低頻段的Si-CMOS和高頻段的GaAs/GaN。

（2）濾波器：對特定頻率的以外的頻率進(jìn)行濾除，為無源器件。濾波器由電阻、電感和電容的組合，其中電感阻止高頻信號、允許低頻信號通過，電容恰恰相反。濾波器有四種模式，低通濾波器（濾除高頻信號）、高通濾波器（濾除低頻信號），或者兩者結(jié)合形成的帶通濾波器、帶阻濾波器。其主要工藝技術(shù)包括SAW,TC-SAW,BAW-FBAR,BAW-SMR。

（3）其他：開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)射頻收發(fā)通道的切換；LNA位于接受通路上，抑制噪音并放大天線接收到的微弱信號；雙工器由接收端濾波器和發(fā)射端濾波器組成，用于實(shí)現(xiàn)射頻收發(fā)通道的隔離。

PA、濾波器價(jià)值量占比達(dá)34%、54%。手機(jī)主要成本包括顯示器（約20%）、相機(jī)（約10%）、及主板，其中主板主要包括三大芯片，即主芯片（約15%）、儲存芯片（約10%）、射頻前端（約8%）。射頻前端中，PA和濾波器為價(jià)值量最高的兩大器件，價(jià)值量占比分別為34%、54%。

通信際代更迭帶來的新頻段解鎖，是射頻前端增長的核心驅(qū)動(dòng)力

5G通過拓寬帶寬、增加通路數(shù)量提高數(shù)據(jù)傳輸速度，而新增頻段需要配套的射頻前端器件。從2G到5G的通信際代更迭最顯著的變化在于數(shù)據(jù)傳輸速度的提升。而根據(jù)香農(nóng)定律，提高數(shù)據(jù)傳輸速度的主要手段包括：

• 提高帶寬BW（注：帶寬指調(diào)制載波占據(jù)的頻率范圍，即頻率上限與下限的差，以Hz為單位）；

• 增加接收/發(fā)射通道的數(shù)目m；

• 提高信噪比SNR（即S/(N+1)，其中S為信號功率（W)，N為噪音功率（W)）。

具體到5G時(shí)代則是：

• 方法一：通過解鎖廣闊的高頻段資源（即新增的5G頻段），使得最大帶寬由4G的20MHz增加到5G的100MHz；→對射頻前端的影響：5G手機(jī)除需向下兼容2/3/4G/頻段外，還需要增加相應(yīng)的射頻器件與5G新增頻段匹配。

• 方法二：通過增加通道數(shù)量，以更高效地利用頻譜資源→對射頻前端的影響：相較于4G頻段的1T2R（少量1T4R），5G頻段將實(shí)行（NSA標(biāo)準(zhǔn)下）1T4R/（SA標(biāo)準(zhǔn)下）2T4R。

5G提速的兩大方法：解鎖高頻資源以拓寬帶寬、增加通路數(shù)量以提高傳輸效率。對更快傳輸速度的追求推動(dòng)通訊時(shí)代更迭，2020年正式解鎖5G。

• 1G誕生于90年代，以摩托羅拉推出的大哥大為標(biāo)志。2G始于20世紀(jì)初，以摩托羅拉和諾基亞為代表的功能機(jī)開始出現(xiàn)。

• 3G時(shí)代以2008年iPhone3G的推出為開端，隨后支持移動(dòng)多媒體技術(shù)的智能手機(jī)席卷全球。

• 4G時(shí)代開始于2013年，更快的傳輸速度使得數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為可能，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開始從消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域滲透（如視頻直播、移動(dòng)購物等）。

• 5G于2020年開啟，更高速度使得通信場景由移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)。

5G時(shí)代三大應(yīng)用場景：eMBB、mMTC、uRLLC。3GPP對5G三大應(yīng)用場景的定義為eMBB（應(yīng)用于3D/超高清視頻等的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶，即移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)場景）、mMTC（應(yīng)用于智能家居、智慧城市的海量機(jī)器類通信，即物聯(lián)網(wǎng)場景）和uRLLC（應(yīng)用于無人駕駛、移動(dòng)醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等的超高可靠低延時(shí)通信，即物聯(lián)網(wǎng)場景）。

5G時(shí)代提高傳輸速度的方法一：通過解鎖廣闊的高頻段資源，獲得更大帶寬。2G-4G主要使用600MHz-3GHz頻段，5G拓展至Sub-6GHz和毫米波段。電磁波是由電場與磁場在空間中以波的形式移動(dòng)的電磁場，在真空中以光速傳播，按頻率高低分為光波和無線電波（頻率范圍在300KHz～300GHz）。

其中，無線電波被廣泛用于廣播、移動(dòng)通訊、氣象、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航定位等無線通訊領(lǐng)域。為保證不同領(lǐng)域使用的頻譜資源不相互干擾，國際電信聯(lián)盟(ITU)頒布了國際無線電規(guī)則，對無線頻段進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃。目前，低頻段資源（600MHz-3GHz）大部分已被1G-4G占用。而5G通過技術(shù)進(jìn)步，將頻譜資源拓寬至Sub6GHz頻段(即FR1段)和毫米波段（即FR2段）。

高頻段解鎖后，最大帶寬由4G的20MHz增加到5G的100MHz。5G解鎖的兩個(gè)頻段中，F(xiàn)R1頻段共6GHz帶寬可用（注：600MHz-3GHz大部分已被1G-4G占用）,FR2頻段共249GHz寬帶可用（注：毫米波段頻率范圍3-300GHz,剔除兩個(gè)無法用于通訊領(lǐng)域的特殊頻段，氧氣吸收段57-64GHz、水蒸氣吸收段164-200GHz）。而更廣闊的頻譜資源，意味著更大帶寬，與4G單載波最大20MHz的帶寬相比（通過載波聚合（CA，CarrierAggregation）可達(dá)到40/60MHz），5G最大帶寬提升至100MHz。

5G時(shí)代提高傳輸速度的方法二：通過增加通道數(shù)量，提高利用效率。終端設(shè)備在5G頻段采用1T4R（NSA下）/2T4R（SA下），而4G頻段僅為1T2R。MIMO技術(shù),即發(fā)射端和接收端都有多個(gè)天線，各自獨(dú)立發(fā)送/接收信號，其提高傳輸速率的方法有三種：

• （1）空間復(fù)用，不同天線發(fā)射不同信息，可以簡單的理解為鋪設(shè)高架橋，能夠再不增加帶寬的條件下，成倍地提升傳輸速率；

• （2）空間多樣，不同天線發(fā)送同樣的信息，因此即使一個(gè)通路的電磁波受到干擾，其他通路仍能夠接收信息，從而減少了信號同時(shí)衰減的可能性、也就提高了信號質(zhì)量，理論上1T2R最多可實(shí)現(xiàn)3dB增益；

• （3）波束賦形，借由多根天線產(chǎn)生一個(gè)具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸?shù)姆较?，以增加信號質(zhì)量。對于終端設(shè)備而言，5G頻段將不再采用4G頻段默認(rèn)的1T2R（少量1T4R），而是實(shí)行1T4R（NSA標(biāo)準(zhǔn)下）、2T4R（SA標(biāo)準(zhǔn)下）。（注：1T4R指終端設(shè)別包含1路上行鏈路+4路下行鏈路）。

5G新增頻段，需要增加相應(yīng)的射頻前端器件與之配套：因需要向下兼容舊頻段，通信際代更迭意味著覆蓋頻段數(shù)提升。簡單來說，一臺5G手機(jī)如要保證在全球范圍內(nèi)、各運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)下皆可使用，需要通過多模多頻實(shí)現(xiàn)無線通訊頻段的全面覆蓋，包括（1）縱向維度：向下兼容2/3/4G頻段，（2）橫向維度：兼容全球各國運(yùn)營商不同頻段。

我們以iPhone為例，可以看到當(dāng)通訊時(shí)代由3G向4G演進(jìn)時(shí)，手機(jī)支持頻段數(shù)由3G時(shí)代約10個(gè)頻段，大幅提升至4G時(shí)代約40個(gè)頻段。4G時(shí)代高端機(jī)型覆蓋頻段數(shù)近40個(gè)，入門級手機(jī)覆蓋頻段數(shù)超過10個(gè)。一般中低端手機(jī)為區(qū)域性版本，支持頻段數(shù)較少。我們以2016下半年發(fā)售不同型號手機(jī)為例，小米紅米4A支持頻段數(shù)不到20個(gè)，遠(yuǎn)小于同期iPhone7的近40個(gè)。此外我們統(tǒng)計(jì)了4G時(shí)代常用的頻段數(shù)，其中4G頻段25個(gè)、3G頻段10個(gè)、2G頻段4個(gè)。

5G時(shí)代開拓FR1/FR2資源，目前n77/n78頻段采用最為廣泛。5G的FR1\FR2段頻譜資源分別在WRC-15\WRC-19（世界無線電通信大會15年/19年）上進(jìn)行了劃分。

（1）FR1段資源：從2016年開始，全球主要國家/區(qū)域紛紛開始劃分5G頻譜，其中600/700MHz頻段在歐美部分國家使用，而n77（3.3-4.2GHz）/n78（3.3-3.8GHz）是目前5GNR應(yīng)用最廣泛的頻譜，n79（4.4-5-GHz）主要由中日俄推行。

（2）FR2段資源：WRC-19就IMT-2020（5G）的毫米波頻譜劃分達(dá)成一致，將在24.25-27.5GHz、37-43.5GHz、45.5-47GHz、47.2-48.2和66-71GHz頻段進(jìn)行劃分。

中國移動(dòng)獲得n41/n79頻段，中國電信、中國聯(lián)通使用n78頻段。我國三大運(yùn)營商頻譜劃分方案于2018年底正式落地，根據(jù)方案，中國移動(dòng)獲得2.6GHz（n41）與4.9GHz（n79）頻段、共260MHz帶寬，中國電信/中國電新獲得3.5GHz頻段（n78）、分別100MHz帶寬。中國其中n78/n79為新增頻段，2575-2635MHz（屬于n41）頻段為中國移動(dòng)對TD-LTE（4G）頻段的重耕頻段。

5G手機(jī)普遍支持5個(gè)以上5G頻段，最多可支持17個(gè)5G頻段。我們統(tǒng)計(jì)了目前主流的初代5G手機(jī)，發(fā)現(xiàn)除都支持n41/n78/n79三個(gè)頻段外，n1/n3/n77也覆蓋較多，OPPO高端機(jī)FindX2pro甚至支持10個(gè)5G頻段。此外，根據(jù)移動(dòng)相關(guān)建議，5G手機(jī)至少需要新增n78/n79兩個(gè)頻段，推薦增加n1/n3/n41三個(gè)頻段。而根據(jù)最新的3GPP第17版，在5GNR標(biāo)準(zhǔn)下FR1頻段共計(jì)56個(gè)頻段，目前全球范圍內(nèi)n78/n79使用最為廣泛。

5G新增頻段，需要增加射頻前端器件與之配套。目前主流的4G射頻前端架構(gòu)，多采用TRX（接收通路+發(fā)射通路）+DRX（分集接收）實(shí)現(xiàn)1T2R模式，且TRX和DRX通路都由集成模塊實(shí)現(xiàn)。簡單說就是按照頻率高低，將各頻段集成入六到八個(gè)模組中，即GSM/LB/MB/HBPAMID模組和GSM/LB/MB/HBDiversityFEM模組。而5G時(shí)代，則至少需要新增n78/n79兩個(gè)頻段對應(yīng)的通路，在NSA標(biāo)準(zhǔn)下是1T4R，在SA標(biāo)準(zhǔn)下是2T4R。

預(yù)計(jì)2024年射頻前端273億美元空間，20-24年CAGR16%

根據(jù)我們預(yù)測2024年射頻前端市場空間達(dá)273億美元，20-24年CAGR達(dá)到16%。上一輪射頻前端市場起步起始于4G時(shí)代，全網(wǎng)通需求使得覆蓋頻段數(shù)大幅增加，常用頻段數(shù)由3G時(shí)代約10個(gè)頻段提升至4G時(shí)代約40個(gè)頻段，大幅拉動(dòng)射頻前端增長，市場價(jià)值2012-2019年CAGR高達(dá)15%。2020年5G時(shí)代正式開啟，我們預(yù)計(jì)2024年射頻前端市場空間將達(dá)到273億美元，2020-2024年CAGR達(dá)16%，其中增量主要來自5G新增頻段，為113億美元。

具體測算方法及核心假設(shè)如下：

核心方法：采取“RFFE市場空間=單機(jī)RFFE價(jià)值×手機(jī)出貨量”的方式進(jìn)行預(yù)測。同時(shí)我們將手機(jī)按售價(jià)分為三檔進(jìn)行預(yù)測，高端機(jī)（>400美元，對應(yīng)人民幣3000元以上）、中端機(jī)（200-399美元，對應(yīng)人民幣1500-3000元）、低端機(jī)（>200美元，對應(yīng)人民幣1500元以上）。

我們將RFFE市場價(jià)值分為4G手機(jī)和5G手機(jī)部分分別預(yù)測。其中，5G手機(jī)RFFE市場價(jià)值拆解為兩部分，既向下兼容的2-4G頻段價(jià)值和新增5G頻段RFFE價(jià)值。對于每部分的市場空間，我們采用“RFFE市場空間=手機(jī)出貨量×單機(jī)頻段數(shù)×單位頻段價(jià)值”進(jìn)行計(jì)算。

單機(jī)RFFE價(jià)值假設(shè)：

核心假設(shè)1：假設(shè)2021年2-4G單頻段價(jià)值為0.54美元/個(gè)，且逐年遞減。根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，目前高端機(jī)型單機(jī)RFFE在20美元/臺以上，除三星GalaxyS9機(jī)型單頻段價(jià)值較高外，其他幾個(gè)機(jī)型單位頻段RFFE價(jià)值均在0.59-0.61美元/個(gè)之間。（注：單位頻段價(jià)值=單機(jī)RFFE價(jià)值/頻段數(shù)目）。

核心假設(shè)2：假設(shè)2021年高端/中端/入門機(jī)型2/3/4G頻段合計(jì)數(shù)目分別為31/18/12個(gè)。我們選取了29款2020年前后較為暢銷的4G手機(jī)，其中高端/中端機(jī)型分別為14款、9款。根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，高端機(jī)頻段數(shù)目在19-38個(gè)之間（其中僅3款手機(jī)頻段數(shù)低于30個(gè)），平均頻段數(shù)為31個(gè)；中端機(jī)頻段數(shù)目在10-21個(gè)之間，平均頻段數(shù)為16個(gè)。此外我們假設(shè)入門級手機(jī)頻段數(shù)為12個(gè)。

核心假設(shè)3：假設(shè)2021年5G單頻段價(jià)值為1.3美元/個(gè)，且逐年遞減。我們這里以iPhone12為例，其RFFE價(jià)值為45美元，其中2-4G頻段對應(yīng)價(jià)值23美元，5G頻段對應(yīng)價(jià)值21美元，頻段數(shù)17個(gè)，單位頻段價(jià)值1.33美元/個(gè)。

核心假設(shè)4：假設(shè)2021年高端/中端/入門機(jī)型5G頻段數(shù)分別為9/7/5，且逐年遞增。我們選取了19款近年較為暢銷的5G手機(jī)，其中高端/中端機(jī)型分別為11款、8款。根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，高端機(jī)頻段數(shù)目在5-17個(gè)之間（其中僅3款手機(jī)頻段數(shù)高于10個(gè)），平均頻段數(shù)為9個(gè)；中端機(jī)頻段數(shù)目在4-12個(gè)之間，平均頻段數(shù)為7個(gè)；此外我們假設(shè)入門級手機(jī)頻段數(shù)為5個(gè)。另外，我們預(yù)計(jì)未來頻段數(shù)按照2-3個(gè)/年遞增。

智能手機(jī)出貨量及其檔位分布假設(shè)：根據(jù)yole數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2021年全球智能機(jī)出貨量12.1臺，其中5G3.5億臺，3/4G8.7億臺，到2024年5G手機(jī)出貨量增長至6.8億部，2020-2024年CAGR為34%。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2020年Q1-Q3的5G手機(jī)出貨量中，高檔/中檔/低檔出貨量占比分別為55%/45%/5%，4G手機(jī)中高檔/中檔/低檔出貨量占比分別為19%/24%/57%。在假設(shè)手機(jī)個(gè)檔位占比變化是，我們假設(shè)未來5G、3/4G手機(jī)消費(fèi)逐漸下沉，且智能機(jī)總的檔位分布基本維持不變。

5G時(shí)代

集成度提升疊加技術(shù)升級，持續(xù)推動(dòng)射頻前端創(chuàng)新

而回溯2G到4G的通信技術(shù)迭代史，我們可以清晰地看到射頻前端廠商兩條并行不悖的發(fā)展路徑：

1、覆蓋頻段數(shù)帶來的集成化需求，推動(dòng)了射頻廠商或通過外延并購、或通過自行研發(fā)獲得全產(chǎn)品線布局；2、通過技術(shù)革新、保證在新際代仍能提供高性能產(chǎn)品。

趨勢一：集成化需求推動(dòng)全產(chǎn)品線布局

從3G時(shí)代開始，出于節(jié)省PCB面積、降低手機(jī)廠商研發(fā)難度的考慮，射頻前端逐漸由分立器件走向模組。該時(shí)期以日本廠商主導(dǎo)的無源器件集成化產(chǎn)品FEMiD為主流（主要集成濾波器、開關(guān)），而歐美廠商繼續(xù)鉆研有源器件PA產(chǎn)品，兩者涇渭分明。但4G時(shí)代的到來，OEMs廠商產(chǎn)生了對PA和FEMiD進(jìn)一步集成的需要，即PAMiD模組，推動(dòng)了有源廠商與無源廠商的并購融合，擁有PA、濾波器及開關(guān)全產(chǎn)品線的四大射頻前端巨頭Qorvo、Skyworks、Broadcom(Avago)、Murata也由此誕生。

趨勢二：高頻趨勢勢不可擋，新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生

高頻資源的不斷解鎖，需要RFFE不斷推出新技術(shù)以保證性能。其中，我們重點(diǎn)關(guān)注射頻前端的兩大“兵家必爭之地”，有源器件PA和無源器件濾波器：

技術(shù)一：PA的性能提升主要通過新材料于新工藝的結(jié)合，而非縮短制程。存儲芯片、處理器等數(shù)字芯片的發(fā)展規(guī)律大致遵從摩爾定律，即每18個(gè)月芯片的性能提高一倍（即更多的晶體管使其更快），但射頻前端作為模擬芯片，其特征尺寸的縮小并不能帶來性能的提升和成本的下降：

• 擊穿電壓隨尺寸縮小降低，而對于PA而言，需要高工作電壓才能提供高輸出功率。

• 模擬電路的整體尺寸并不隨著特征尺寸縮小而等比例縮?。ㄈ珉姼校?，因此先進(jìn)制程下，單位芯片成本不降反升。

觀察過去幾代通技術(shù)更迭，我們可以看到PA的主流發(fā)展路徑為：

• 終端：從SiCMOS到GaAsHBT/GaAsHEMT；

• 基站：從SiLDMOS到GaNHEMT。

技術(shù)二：高頻段下，濾波器由SAW技術(shù)遷移至BAW技術(shù)。與PA面臨的挑戰(zhàn)類似，濾波器也同樣需要在高更頻段、更大帶寬下保持高性能。在2G時(shí)代，SAW濾波器為主流技術(shù)，以Murata為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)；而從3G時(shí)代開始，日本廠商的不斷鉆研工藝的匠人精神，并未能在高頻段取得良好的性能（包括低插入損耗、高Q值等），而以Qorvo和Broadcom為代表的歐美廠商則通過高頻段仍能保持高性能的BAW濾波器一舉登上舞臺。

5G時(shí)代

國產(chǎn)替代：道阻且長，行則將至

國內(nèi)廠商涌現(xiàn)，從單一產(chǎn)品向模組化演進(jìn)

國內(nèi)廠商從單一產(chǎn)品向模組化產(chǎn)品演進(jìn)，在布局、性能上仍存在提升空間。從海外廠商的發(fā)展路徑看，主流廠商一般是先在單一器件（PA或?yàn)V波器）做到行業(yè)龍頭水平，然后通過并購順勢完成從分立器件向模組化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。而從發(fā)展路徑看，國內(nèi)廠商也是從單一產(chǎn)品逐步向模組化產(chǎn)品演進(jìn)，主要包括三類廠商。

（1）PA廠商：從2/3G頻段切入，逐步向5G滲透，包括昂瑞微、唯捷創(chuàng)芯（聯(lián)發(fā)科收購）、飛驤科技、迪瑞科（展訊收購）等，其中昂瑞微在2G/3G上全球市占率分別達(dá)75%/65%。此外，我們看到PA廠商已在模組化上走在前列，推出FEM\PAMiD\PAMiF等模組，但射頻模組產(chǎn)品仍較為初級，以昂瑞微為例，公司推出的5GPAMid使用的頻段為4G重耕頻段，并沒有涉及高頻段的5GPAMid技術(shù)。

（2）濾波器廠商：包括與麥捷科技（出貨國內(nèi)手機(jī)一線廠商，與中電26所深度合作）、信維通信（與中電55所在SAW上深度合作）、無錫好達(dá)、諾思等。

（3）其他器件：如射頻龍頭卓勝微，平臺型公司韋爾股份、艾為電子，從LNA\射頻開關(guān)切入，并向其他器件、模組拓展。

本產(chǎn)品是國內(nèi)首創(chuàng)自主研發(fā)的高質(zhì)量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當(dāng)前我國電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進(jìn)的熱管理TIM解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型高科技產(chǎn)品。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G 是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G 有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。公認(rèn)的5G的優(yōu)勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多 Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G 網(wǎng)絡(luò)利用在 26 GHz 至 40 GHz 范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。5G部署最初可能會以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動(dòng)寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來無線移動(dòng)通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長距離、高移動(dòng)、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開展面向長距離、高移動(dòng)毫米波無線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動(dòng)通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢： 毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點(diǎn)對點(diǎn)通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會采用小基站的方式來加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是TIM熱管理?

定義

熱管理？顧名思義，就是對“熱“進(jìn)行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)以及國防等各個(gè)領(lǐng)域，控制著系統(tǒng)中熱的分散、存儲與轉(zhuǎn)換。先進(jìn)的熱管理材料構(gòu)成了熱管理系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而熱傳導(dǎo)率則是所有熱管理材料的核心技術(shù)指標(biāo)。

導(dǎo)熱率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)，反映物質(zhì)的熱傳導(dǎo)能力，按傅立葉定律，其定義為單位溫度梯度（在1m長度內(nèi)溫度降低1K）在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。熱導(dǎo)率大，表示物體是優(yōu)良的熱導(dǎo)體；而熱導(dǎo)率小的是熱的不良導(dǎo)體或?yàn)闊峤^緣體。

5G手機(jī)以及硬件終端產(chǎn)品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設(shè)備和許多其他高功率系統(tǒng)的性能和可靠性受到散熱問題的嚴(yán)重威脅。要解決這個(gè)問題，散熱材料必須在導(dǎo)熱性、厚度、靈活性和堅(jiān)固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統(tǒng)的復(fù)雜性和高度集成性。

隨著智能時(shí)代的來臨，人們對手機(jī)的需求越來越高，手機(jī)的硬件配置也隨之提高，CPU從單核到雙核在逐漸提升至四核、八核，屏幕大小和分辨率也不斷提升。伴隨著手機(jī)硬件和性能提升所帶來的則是手機(jī)發(fā)熱越來越嚴(yán)重的問題，如果熱量未能及時(shí)散發(fā)出去面臨的將是手機(jī)發(fā)燙、卡頓、死機(jī)甚至爆炸等問題。

目前手機(jī)中使用的散熱技術(shù)主要包括石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱、熱管散熱、均溫板等等。

5G時(shí)代硬件產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)新趨勢：

1、散熱材料選擇多種多樣；

2、VC/銅管發(fā)揮核心作用；

3、散熱設(shè)計(jì)從“點(diǎn)面”到“整（系統(tǒng)）”；

4、攝像頭模組散熱問題日益受到重視。

毫米波5G手機(jī)天線

一

射頻天線

5G時(shí)代天線設(shè)計(jì)要求更高：首當(dāng)其沖的，就是信號問題，想要信號好，就需要設(shè)計(jì)好手機(jī)的天線。而隨著5G時(shí)代的來臨，5G速度更快，為了做大量數(shù)據(jù)的吞吐，天線設(shè)計(jì)也采用了MIMO設(shè)計(jì)，也就是多進(jìn)多出設(shè)計(jì)，5G甚至做到了4*4 MIMO。加上5G的加入，以及5G不同的頻段，還可能涉及毫米波，這些使得5G天線的增加不再是增加一根這么簡單，可能僅僅5G方面就要增加5至6根天線。再加上此前的2G、3G、4G的頻段需要1-2根天線，僅僅這方面就需要如此多的天線數(shù)量。

手機(jī)中布滿了天線，從GPS、藍(lán)牙、wifi、2G、3G、4G等頻段。頻率越低，尺寸越大。毫米波，顧名思義，其波長尺度在10mm內(nèi)了，照波長四分之一計(jì)算，約2.5mm的點(diǎn)陣，就是組成有規(guī)則間距的陣列。4G的天線一般布置在手機(jī)上下端部和側(cè)面，采用了LDS（立體電路的一種制造工藝，激光在3D曲面塑膠上選擇性沉積金屬工藝）和FPC（柔性線路板）配合側(cè)面金屬邊框來實(shí)現(xiàn)終端天線功能：金屬機(jī)身手機(jī)中，外露的中框一段金屬與手機(jī)內(nèi)FPC組成了天線.2017年玻璃機(jī)身手機(jī)開始流行，這類手機(jī)擬用到的工藝和材質(zhì)依然是FPC和LDS工藝，也有把天線制造在玻璃殼體和玻璃支架上的,0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上制造邊框觸摸和天線。

5G的手機(jī)天線特點(diǎn)及其工藝：（1）5G終端天線，對周邊金屬很敏感，由于毫米波之波長很短，來自金屬的干擾是非常厲害的，印刷線路板（即PCB板），需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。（2）5G天線是垂直與水平天線交互的點(diǎn)陣，這種垂直和水平交互的天線，對應(yīng)垂直和水平兩個(gè)極化方向的信號收發(fā)。（3）5G天線對安裝位置有特殊要求，由于5G終端天線是相控陣體系，其天線單元需要合成形成聚焦波束，因此需要規(guī)則的位置進(jìn)行擺放,天線不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，規(guī)則的空間。5G終端，被人手和人體遮擋，其信號都會開始尋找最優(yōu)誤碼率頻段，形象的說，手機(jī)像一個(gè)長了眼睛的小寵物，一旦遮擋他，他即刻眼球四處轉(zhuǎn)動(dòng)尋找最優(yōu)信道。我們把5G手機(jī)這一動(dòng)作叫手機(jī)尋優(yōu)，因此，設(shè)計(jì)終端時(shí)候，安裝天線位置一開始就要合適，使其好尋優(yōu)。目前手機(jī)終端中，最適合5G天線位置是兩端，尤其是上端部（聽筒位置附近），其他4G內(nèi)天線都要給其讓路，也就是說有優(yōu)選位置權(quán)，其他天線移到他處。（4）5G天線是一個(gè)含芯片的模組，天線點(diǎn)陣，16個(gè)小的米粒大小的天線，不可能用16根屏蔽線引出信號到射頻芯片了，需要就地解決與芯片連接難題。引出天線與點(diǎn)陣天線做成一體，一般一個(gè)芯片管理四個(gè)點(diǎn)陣。天線模組輸出不是射頻信號，可以用接插件引出端子到手機(jī)主板上。

充滿變革性技術(shù)創(chuàng)新的時(shí)代，帶來了無數(shù)日?；顒?dòng)的變化。在這樣的背景下，隨著全新商業(yè)模式的涌現(xiàn)，提供商品與服務(wù)的舊方式被急劇改變或徹底拋棄，毫米波5G手機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也面臨全新的挑戰(zhàn)。

二

白石墨烯片在射頻天線的應(yīng)用

六方氮化硼（h-BN）這種二維結(jié)構(gòu)材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個(gè)原子厚度。但是兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導(dǎo)體。與石墨烯不同的是，h-BN的導(dǎo)熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術(shù)層面上講，一個(gè)聲子即是一組原子中的一個(gè)準(zhǔn)粒子）。

有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點(diǎn)之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個(gè)方向上沿著傳導(dǎo)平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網(wǎng)相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網(wǎng)狀層面，互相重疊，構(gòu)成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。

三

射頻天線的市場規(guī)模及發(fā)展

5G手機(jī)市場規(guī)模：根據(jù)預(yù)測，到2025年，5G相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)的市場規(guī)模將達(dá)到15萬億美元。中國擁有5G基站數(shù)650萬，用戶數(shù)3億個(gè)，用戶覆蓋率達(dá)58%。

而5G換機(jī)高峰期將出現(xiàn)在2020-2023年，屆時(shí)手機(jī)出貨量將恢復(fù)增長。預(yù)計(jì)國內(nèi)5G用戶滲透率將從10%提升到60%左右，5G換機(jī)潮將帶動(dòng)國內(nèi)智能手機(jī)出貨量恢復(fù)增長（見圖：中國5G手機(jī)出貨量預(yù)測）。

BN氮化硼膜材的模切加工生產(chǎn)工藝與人工石墨片類似

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