很显然,在可以预见的未来4G手机将逐渐步入尾声,取而代之的5G手机,也将从高端市场逐渐向中端乃至是入门级别挺进,成为主流。
5G手机牵扯到全体家当链的技能升级,它和4G手机的差异在什么地方,哪些技能又会在5G手机的遍及当中起到关键浸染,下面我们来浅谈一下,5G手机背后三个关键技能:主板、天线和散热
5G手机的“根本”:SLP技能
拆开一台4G手机,你会创造PCB板上容纳的元件险些已经堆到了极限,5G手机如何在主板元件更多的根本上,连续坚持机身的厚度和重量,SLP技能起到关键浸染。
什么是SLP?
iPhone 11 Pro Max图源:iFixit
SLP即类载板(Substrate-like PCB),通过前辈的焊接工艺,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系列采取的多层主板技能,就得益于SLP工艺。
为什么要用SLP?
根据射频业界巨子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等其它射频器件也险些成倍增加。这对5G手机内部的元件密度提出更高的哀求。
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。
过去采取的Anylayer HDI最小线宽/ 线距约为40μm,而目前的SLP已经小于 30/30 µm,据理解,今年新iPhone所采取的SLP工艺将进一步缩小至 25 um/30 um。
SLP技能带来的空间开释是相称明显的,以iPhone为例,在iPhone X引入SLP技能后,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技能,估量在2020年的旗舰5G手机中,SLP技能将逐渐成为主流。
5G手机的“公路”:LCP 基材
前面提到,5G手机与4G手机一个明显的差异是射频组件的大幅增加,作为旗子暗记传输的“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即液晶聚合物(Liquid Crystal Polyester),目前广泛利用于5G手机天线基材中。
LCP具有精良的电学特色:在高达110GHz的全部射频范围,险些能保持恒定的介电常数,同等性好;正切损耗非常小,仅为0.002,纵然在110 GHz时也只增加到0.0045,非常适宜毫米波运用;热膨胀特性非常小,可作为空想的高频封装材料。
为什么要用LCP基材?
‧减少通讯损耗
前面提到,LCP天线精良的电学特色紧张缘故原由,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的射频旗子暗记将产生约2%的电磁损耗,而且随着频率提高,损耗就越大。而采取LCP基材损耗仅为2‰—4‰,比前者小10倍,可以有效降落损耗。
LCP天线可以知足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,采取LCP材料的软板电路厚度仅有0.2毫米,用于集整天线与同轴电缆将减少总体厚度,为天线供应更多净空区。
得益于全面屏手机的兴起,LCP干系家当起步较早,已经有不少4G手机用上了LCP天线,这也是为什么我们看得手机屏占比越来越高的缘故原由,随着5G手机对天线哀求更高,ID设计对干系家当链也提出了更高的哀求。
5G手机的散热:均热板(VC)
SLP技能、LCP 基材都有着相同的目标,便是在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。
根据前瞻家当研究院的预测,2018 - 2023 年散热家当 CAGR(年复合发展率)将增长8%,而智好手机散热 CAGR 则高达 26%。
应对5G手机高性能、密集元件和IC掌握带来的散热问题,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)?
左:热监工作事理;右:均热板事情事理
均热板(Vapor Chamber)功能及事情事理与热导管同等,为以其封闭于板状腔体中作动流体之蒸发凝集循环作动,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、毛细构造和作动流体构成。
打个比方,如果把热管比做一条“线”,那么均热板便是“面”,均热板可以看做一个面积巨大的热管。
均热板上风是什么
‧更高的散热效率
手机中的导热管
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,估量可以达到20000 W/m‧k以上。
‧更大的散热面积
过去在利用热管散热的手机上,我们可以看到热管被用在最须要散热的地方-SoC上,然而5G手机的5G支持、快充等特性使得须要散热的元件不止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。
均热板的上风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,均热板均匀单价为2–3美金,是热管的5–10倍,而5G手机须要的超薄型均热板单价更高。随着超薄均热板本钱进一步低落,投资机构估量到 2020 年,热管/VC 在手机终真个渗透率有望提升至 15%,按照 15 亿台的手机出货量测算,假设热管/VC 均匀单价为 1.5 美金,则 2020 年市场空间为 3.38 亿美元。
结语
5G手机的涌现,或为今年智好手机市场带动一波新的换机潮,从而驱动家当链迎来新一轮成长期。这些前沿关键技能的能否助力5G手机,让智好手机市场产生逆市上扬的拐点,我们不妨期待一下。