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5G,不只是手机上网速度变快这么简单……

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  科技日报记者 张佳星

  要不了多久,人人都将成为5G人。

  能买会选一部5G手机,只能算是“麻瓜”级别,要真正走入5G世界、成为5G人,甚至不断“打怪升级”,拥抱各种新奇特的应用,成为“高知5G人”,专家们热议的这些要点走过、路过、不要错过。

  

  日前,由方正科技旗下方正PCB主办、以5G为主题的2019 PCB产业生态发展大会召开,来自通信设备终端、电路板原材料、电路板制造等领域的产业专家以及国际知名行研机构和科研院校的专家学者多角度热议5G产业,5G远不止是让手机上网速度变快而已。

  超级计算机、雷达上的

  

  新材料来给5G基站“打底”

  普及5G,第一件事是建立能够传输5G信号的基站。

  采用 3.5G 及以上的频段传输信号的5G 时代,主要采用“宏基站为主,微基站为辅”的组网方式。这种组队模式类似航母编队,微基站是宏基站信号的有效延伸。

  “宏基站的电路板材料是比较特别的,也是5G实现的难点之一。”广东生益科技股份有限公司董事长刘述峰解释,5G传输的信号量是4G的10~100倍,对材料提出来的不只是信号传输速度提升这一个简单要求,还包括损耗更小、信号不丢包、信号传输的稳定性和高可靠性。

  这就是通信行业常说的5G通信具有的高速率、多连接、低时延、高可靠,这些要求是对5G整个产业链提出的,但作为最基础的电路板原材料必然首当其冲。“谈低时延时,其实是在谈电路板材料对信号传输的响应度要求。”刘述峰说。

  普通人看5G基站表面可能没什么变化,但里面发生了质的变化。“4G时代的环氧系材料,在5G时代会被聚苯醚替代,而聚苯醚现在是用在超级计算机上,因为它能够保障传输信号量大、速度快。”刘述峰说。

  

  另一个会在5G基站中广泛应用的材料是聚四氟乙烯,高品质的聚四氟乙烯此前应用在雷达相关的电路板产品上。采用聚四氟乙烯为基材的信号传输速度比传统基材快40%,且损耗更小。

  无论是来自超级计算机还是来自雷达,新材料“转身”5G都意味着新的课题,是否能够在5G行业上大规模应用,推进的过程少不了细致的实验和大胆的创新。

  “例如最简单的老化要求,要验证它就需要大量、长期的实验,比如汽车板上用的材料,最简单的实验Q1000,需要将一块板放到炉子里,零上45度烤半小时,然后用30秒把它降到零下45度再冻半小时,如此反复1000次。”刘述峰表示,新材料的研发和产业化着眼于更快的通信协议的需求,是先于5G成型前着手布局的。

  印制电路

  

  在微米世界打造“高速公路和高铁”

  现实里,高铁接待发送旅客的数量成倍增加,就需要建立规模更大的高铁站和并行轨道数更多的高铁线路。

  电子世界里,通讯信号涌入手机的流量一下子猛增,为什么5G手机却没有变大变厚呢?

  因为工程师们在微米的世界里,为电子信号的分发、传输建立行车道更多的高速公路,甚至还设计兼容高速公路与高铁的公铁复合通道。

  “信号在导体里传输,而信号传输的印制电路板上的导电层只有几十微米。要让传输速率猛增10倍到100倍的信号流量不拥挤、不撞车、传输稳定,必须小空间大利用。”方正PCB研究院院长孙睿说。

  

  初步统计,3G手机时代,占地面积约名片大小的手机主板电路板中的信号传输线数量约700多条,4G手机的电路板占地面积变化不大,信号传输线数量提高到1100多条,而5G手机的主板电路板占地面积减小到约半张名片大小,但是信号传输线数量提高到1800多条,同时5G手机的信号传输速率和稳定性可靠性要求大幅提升。

  这就好比,之前是只有双车道的县道、省道的路况,汽车时速在40~60公里,现在同样的道路宽度,增加到四通道甚至六通道、时速在100~120公里的高速公路行车道,部分路段甚至需要达到300公里时速以上的高铁般速度,这对路况的平整度和顺畅度提出更高要求。

  “电路板信号线的制作过程是高精密的,公差管控要求越来越高,原来允许几十微米的信号线偏差将压缩到十几微米甚至几微米。”孙睿解释,这将对具体的电路板制作工艺提出更多的挑战,例如信号线加工时,需要解析精度更高的电路图形曝光设备,需要均匀性一致性更好的电路图形蚀刻设备,实现精准工艺管控。

  “5G手机电路板的层数会增多,信号线密度会增加,信号线的线宽线距从40~60微米缩小到25~30微米;同时电路板从平面化向3D立体化结构转变,例如采用类似三明治结构,将三块电路板堆叠起来,可以减小电路板的占地面积40%以上。”孙睿说。

  孙睿还解释道,5G通信设备和5G手机电路板向多功能化、集成化、高密小型化发展,对电路板的制作精度、公差管控、信号损耗等提出更高的要求;如果制作精度不足,公差管控差,信号损耗高,将会造成严重的“交通堵塞”问题。

  印制电路板被称为电子产品之母。据介绍,走进5G时代,整合到印制电路板上的元器件数量将大幅增加,在5G的带动下,越来越多的电子产品企业开启“辞旧迎新”模式,追赶5G大潮的步伐。

【编辑:郭梦媛】
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