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5G,不只是手機上網速度變快這么簡單……

2019-11-18 17:44:57作者/來源:科技日報

要不了多久,人人都將成為5G人。


能買會選一部5G手機,只能算是“麻瓜”級別,要真正走入5G世界、成為5G人,甚至不斷“打怪升級”,擁抱各種新奇特的應用,成為“高知5G人”,專家們熱議的這些要點走過、路過、不要錯過。


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日前,由方正科技旗下方正PCB主辦、以5G為主題的2019 PCB產業生態發展大會召開,來自通信設備終端、電路板原材料、電路板制造等領域的產業專家以及國際知名行研機構和科研院校的專家學者多角度熱議5G產業,5G遠不止是讓手機上網速度變快而已。


超級計算機、雷達上的

新材料來給5G基站“打底”


普及5G,第一件事是建立能夠傳輸5G信號的基站。


采用 3.5G 及以上的頻段傳輸信號的5G 時代,主要采用“宏基站為主,微基站為輔”的組網方式。這種組隊模式類似航母編隊,微基站是宏基站信號的有效延伸。


“宏基站的電路板材料是比較特別的,也是5G實現的難點之一。”廣東生益科技股份有限公司董事長劉述峰解釋,5G傳輸的信號量是4G的10~100倍,對材料提出來的不只是信號傳輸速度提升這一個簡單要求,還包括損耗更小、信號不丟包、信號傳輸的穩定性和高可靠性。


這就是通信行業常說的5G通信具有的高速率、多連接、低時延、高可靠,這些要求是對5G整個產業鏈提出的,但作為最基礎的電路板原材料必然首當其沖。“談低時延時,其實是在談電路板材料對信號傳輸的響應度要求。”劉述峰說。


普通人看5G基站表面可能沒什么變化,但里面發生了質的變化。“4G時代的環氧系材料,在5G時代會被聚苯醚替代,而聚苯醚現在是用在超級計算機上,因為它能夠保障傳輸信號量大、速度快。劉述峰說。


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另一個會在5G基站中廣泛應用的材料是聚四氟乙烯,高品質的聚四氟乙烯此前應用在雷達相關的電路板產品上。采用聚四氟乙烯為基材的信號傳輸速度比傳統基材快40%,且損耗更小。


無論是來自超級計算機還是來自雷達,新材料“轉身”5G都意味著新的課題,是否能夠在5G行業上大規模應用,推進的過程少不了細致的實驗和大膽的創新。


“例如最簡單的老化要求,要驗證它就需要大量、長期的實驗,比如汽車板上用的材料,最簡單的實驗Q1000,需要將一塊板放到爐子里,零上45度烤半小時,然后用30秒把它降到零下45度再凍半小時,如此反復1000次。”劉述峰表示,新材料的研發和產業化著眼于更快的通信協議的需求,是先于5G成型前著手布局的。


印制電路

在微米世界打造“高速公路和高鐵”


現實里,高鐵接待發送旅客的數量成倍增加,就需要建立規模更大的高鐵站和并行軌道數更多的高鐵線路。


電子世界里,通訊信號涌入手機的流量一下子猛增,為什么5G手機卻沒有變大變厚呢?


因為工程師們在微米的世界里,為電子信號的分發、傳輸建立行車道更多的高速公路,甚至還設計兼容高速公路與高鐵的公鐵復合通道。


“信號在導體里傳輸,而信號傳輸的印制電路板上的導電層只有幾十微米。要讓傳輸速率猛增10倍到100倍的信號流量不擁擠、不撞車、傳輸穩定,必須小空間大利用。”方正PCB研究院院長孫睿說。


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初步統計,3G手機時代,占地面積約名片大小的手機主板電路板中的信號傳輸線數量約700多條,4G手機的電路板占地面積變化不大,信號傳輸線數量提高到1100多條,而5G手機的主板電路板占地面積減小到約半張名片大小,但是信號傳輸線數量提高到1800多條,同時5G手機的信號傳輸速率和穩定性可靠性要求大幅提升。


這就好比,之前是只有雙車道的縣道、省道的路況,汽車時速在40~60公里,現在同樣的道路寬度,增加到四通道甚至六通道、時速在100~120公里的高速公路行車道,部分路段甚至需要達到300公里時速以上的高鐵般速度,這對路況的平整度和順暢度提出更高要求。


“電路板信號線的制作過程是高精密的,公差管控要求越來越高,原來允許幾十微米的信號線偏差將壓縮到十幾微米甚至幾微米。孫睿解釋,這將對具體的電路板制作工藝提出更多的挑戰,例如信號線加工時,需要解析精度更高的電路圖形曝光設備,需要均勻性一致性更好的電路圖形蝕刻設備,實現精準工藝管控。


“5G手機電路板的層數會增多,信號線密度會增加,信號線的線寬線距從40~60微米縮小到25~30微米;同時電路板從平面化向3D立體化結構轉變,例如采用類似三明治結構,將三塊電路板堆疊起來,可以減小電路板的占地面積40%以上。”孫睿說。


孫睿還解釋道,5G通信設備和5G手機電路板向多功能化、集成化、高密小型化發展,對電路板的制作精度、公差管控、信號損耗等提出更高的要求;如果制作精度不足,公差管控差,信號損耗高,將會造成嚴重的“交通堵塞”問題。


印制電路板被稱為電子產品之母。據介紹,走進5G時代,整合到印制電路板上的元器件數量將大幅增加,在5G的帶動下,越來越多的電子產品企業開啟“辭舊迎新”模式,追趕5G大潮的步伐。


[編輯:馬志宏]
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