根据全球调研机构Gartner发布的报告，2020年全球终端出货量有望止跌反弹，5G手机的需求带动全球智能手机市场有望成长3%，而5G手机销量更有望在一年内超越4G手机销量。未来4G手机很可能慢慢淡出，取而代之的5G手机，也将从高端市场渐渐向中端甚至是入门级别挺进，成为主流。



5G手机牵涉到整个产业链的技术升级，它和4G手机的区别在什么地方？哪些技术又会在5G手机的普及当中起到关键作用？下面我们来浅谈一下，5G手机背后三个关键技术：主板、天线和散热。


5G手机的“基础”：SLP技术


拆开一台4G手机，你会发现PCB板上容纳的元件几乎已经堆到了极限，5G手机如何在元件更多的基础上，还要维持机身的厚度和重量，SLP技术起到关键作用。


什么是SLP？SLP即类载板（Substrate-like PCB），通过先进的焊接工艺，可以将多层PCB板电路连接相通，从而将主板从“2D变为3D”，充分利用机身的空间，iPhone X、XS系列和11 Pro系列采用的多层主板技术，就得益于SLP工艺。



iPhone 11 Pro Max图源：iFixit


为什么要用SLP？根据射频业界巨头Skyworks的估计，5G手机的射频前端零件将大幅增加，滤波器从40个增加到70个，天线、PA、射频开关、LNA等其它射频器件也几乎成倍增加。



SLP工艺不仅机身内部的立体空间得到更好的利用，也能让PCB板的元件变得更“紧凑”，即进一步缩小线宽、线距，从而放进更多5G元件。过去采用的Anylayer HDI最小线宽/ 线距约为40μm，而目前的SLP已经小于 30/30 μm，据了解，今年新iPhone所采用的SLP工艺将进一步缩小至 25 um/30 um。



SLP技术带来的空间释放是相当明显的，以iPhone为例，在iPhone X引入SLP技术后，相同元件数量的体积减少至原来的 70%，带来更多电池空间。不过，目前安卓阵营尚未广泛引入SLP技术，预计在2020年的旗舰5G手机中，SLP技术将逐渐成为主流。


5G手机的“公路”：LCP基材


前面提到，5G手机与4G手机一个明显的区别是射频组件的大幅增加，作为信号传输的“公路”，手机天线也被视为5G手机升级的“先行”要素。什么是LCP基材？LCP即使用液晶聚合物（Liquid Crystal Polyester），广泛运用于5G手机天线基材中。


LCP具有优异的电学特征：在高达110GHz的全部射频范围，几乎能保持恒定的介电常数，一致性好；正切损耗非常小，仅为0.002，即使在110 GHz时也只增加到0.0045，非常适合毫米波应用；热膨胀特性非常小，可作为理想的高频封装材料。



为什么要用LCP基材？一是可以 减少通讯损耗，二是 提升天线的小型化能力。


减少通讯损耗



前面提到，LCP天线优异的电学特征主要原因，尤其是在5G高频段通讯的条件下。举个例子，传统PI软板天线对2.4G的射频信号将产生约2%的电磁损耗，而且随着频率提高，损耗就越大。而采用LCP基材损耗仅为2‰—4‰，比前者小10倍，可以有效降低损耗。




LCP天线可以满足5G频段低损耗的需求


天线小型化


由于5G手机内部空间进一步缩减，天线数量增加，天线小型化成为趋势。LCP具备良好的物理性能，从而可以提升天线的小型化能力，在弯折性能方面，LCP天线可以贴合机身中框，相较于传统FPC天线没有明显的回弹效应。



4x4 MIMO示意图


同时，采用LCP材料的软板电路厚度仅有0.2毫米，用于集成天线与同轴电缆将减少总体厚度，为天线提供更多净空区。


随着全面屏手机的兴起，LCP相关产业起步较早，已经有不少4G手机用上了LCP天线，这也是为什么我们看到手机屏占比越来越高的原因，随着5G手机对天线要求更高，ID设计对相关产业链也提出了更高的要求。


5G手机的散热：均热板（VC）


SLP技术、LCP 基材都有着相同的目标，就是在5G手机有限的空间之内，塞入尽可能多的元件，元件越多，产生的热量自然就越高，而元件密度增加，令散热有了更多的压力。


根据前瞻产业研究院的预测，2018 - 2023 年散热产业 CAGR（年复合成长率）将增长8%，而智能手机散热 CAGR 则高达 26%。应对5G手机高性能、密集元件和IC控制带来的散热问题，传统的石墨散热片方案已经逐渐不能负荷，均热板（VC）将是未来5G手机的标配。


什么是均热板（VC）？均热板（Vapor Chamber）功能及工作原理与热导管一致，为以其封闭于板状腔体中作动流体之蒸发凝结循环作动，使之具快速均温的特性，从而具快速热传导及热扩散的功能。均热板的组成与热导管相似，由金属壳体、毛细结构和作动流体构成。



左：热管工作原理；右：均热板工作原理


打个比方，如果把热管比做一条“线”，那么均热板就是“面”，均热板可以看做一个面积巨大的热管。


均热板优势是什么？


更高的散热效率： 人工石墨片由于导热性能好，水平导热系数可达1500 W/m?k，而性能更好的热管散热导热系数高达5000–8000 W/m?k，约为前者四倍以上。 前面提到均热板可以等同于“放大版”的热管，因此拥有比热导管大的腔体空间，可容纳更多的作动流体，均热板等效导热系数约为热管的2–3倍，预计可以达到20000 W/m?k以上。


更大的散热面积： 过去在运用热管散热的手机上，我们可以看到热管被用在最需要散热的地方-SoC上，然而5G手机的5G支持、快充等特性使得需要散热的元件不止SoC。 还有外挂基带、闪存芯片和IC电源芯片等元件都有较高的发热表现，VC均热板可以覆盖更多散热元件从而为5G手机进行整体降温。

均热板的优势使其广泛受到电竞手机和5G手机的青睐，目前，华为Mate 20 X、三星Note 10等机型已经搭载均热板。


目前，均热板平均单价为2–3美金，是热管的5–10倍，而5G手机需要的超薄型均热板单价更高。随着超薄均热板成本进一步下降，投资机构预计到 2020 年，热管/VC 在手机终端的渗透率有望提升至 15%，按照 15 亿台的手机出货量测算，假设热管/VC 平均单价为 1.5 美金，则 2020 年市场空间为 3.38 亿美元。


结语


从目前的智能手机市场发展趋势来看，5G手机慢慢成为智能手机市场主流只是时间问题，今年5G手机或许还能带动一波“换机潮”，驱动产业链迎来新一轮成长期。这些前沿关键技术的能否助力5G手机，让智能手机市场产生逆市上扬的拐点，让时间给我们答案！


来源：太平洋电脑网