關(guān)鍵詞：5G毫米波天線，低介電，高導(dǎo)熱，絕緣，透波，國產(chǎn)新材料

導(dǎo)語：5G時代巨大數(shù)據(jù)流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時，引起了這些部位發(fā)熱量的急劇增加。BN氮化硼散熱膜是當(dāng)前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

材料氮化硼膜材

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。

5G新材料氮化硼膜材

什么是5G?

定義

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動網(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，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，超越現(xiàn)有移動寬帶應(yīng)用所支持的水平。

5G應(yīng)用

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來無線移動通信重要發(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、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)計面臨重大挑戰(zhàn)，開展面向長距離、高移動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：

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，適合短距離點對點通信；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：毫米波也有一個主要缺點，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?

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)。

熱管理對比測試

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)體或為熱絕緣體。

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。要解決這個問題，散熱材料必須在導(dǎo)熱性、厚度、靈活性和堅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。

熱管理散熱系統(tǒng)

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。

毫米波5G手機(jī)天線

射頻天線

毫米波射頻天線 手機(jī)射頻天線設(shè)計 手機(jī)射頻天線設(shè)計布局

5G時代天線設(shè)計要求更高：首當(dāng)其沖的，就是信號問題，想要信號好，就需要設(shè)計好手機(jī)的天線。而隨著5G時代的來臨，5G速度更快，為了做大量數(shù)據(jù)的吞吐，天線設(shè)計也采用了MIMO設(shè)計，也就是多進(jìn)多出設(shè)計，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，照波長四分之一計算，約2.5mm的點陣，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。

射頻天線設(shè)計的挑戰(zhàn)

5G的手機(jī)天線特點及其工藝：（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陣，這種垂直和水平交互的天線，對應(yīng)垂直和水平兩個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)像一個長了眼睛的小寵物，一旦遮擋他，他即刻眼球四處轉(zhuǎn)動尋找最優(yōu)信道。我們把5G手機(jī)這一動作叫手機(jī)尋優(yōu)，因此，設(shè)計終端時候，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天線是一個含芯片的模組，天線點陣，16個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。引出天線與點陣天線做成一體，一般一個芯片管理四個點陣。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)新的時代，帶來了無數(shù)日常活動的變化。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)計也面臨全新的挑戰(zhàn)。

白石墨烯片在射頻天線的應(yīng)用

六方氮化硼

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，一個聲子即是一組原子中的一個準(zhǔn)粒子）。

結(jié)構(gòu)

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。

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