手机材料展:5G时代下,塑料、玻璃、金属、陶瓷等后盖对手机天线设计造成怎样的挑战?


塑料、金属、玻璃、陶瓷等材料对手机天线设计的影响,手机材料展带大家来看一看。

2012年苹果首推铝镁合金后盖手机之后,金属机壳成为手机行业追赶的潮流,甚至连一向坚持使用塑料手机壳的三星也在2014年发售了第一款金属外壳手机,此后金属机壳基本成为中高端手机标配。


金属手机壳外观靓丽、手感和散热好、抗摔,但容易出现信号屏蔽的问题,随着5G、无线充电等新型无线传输方式的临近,金属机壳屏蔽将成为重大瓶颈,2017年玻璃&陶瓷代替金属后盖的趋势已起,但它跟摄像头位置在哪里没有任何关系。

对于无线充电技术来说,金属材料对其十分的不友好。

目前大多数无线充电技术的原理都相差无几,均采用电磁波原理,但是金属对于电磁波会造成干扰,使得充电的效率大大降低,可以说,目前还没有一个好的无线充电方案能够突破金属后盖的限制,换成非金属后盖是最简单的解决方案。因此,无线充电要求智能终端产品背板材料采用非金属材质如玻璃或者陶瓷。

以三星S7为例,其采用了玻璃后壳,以便实现无线充电;而Apple Watch后盖采用了陶瓷材质,不仅仅具备亲肤、美观性,也很好地实现无线充电。手机材料展了解到,今年苹果的三款新品iphone都将采用无线充电,可以说,无线充电的时代即将到来。

5G通信需要非金属后盖

5G通信将采用3Ghz以上的频谱,其毫米波的波长很短,来自金属的干扰非常厉害,PCB线路板与金属物体之间需要保持1.5mm的净空。此外,5G终端被人手和人体遮挡,其信号都会开始寻找最低误码率频段,因此,在设计5G终端时候,天线安装的位置一开始就要合适,使其易于寻找合适的频段。

在手机终端中,最适合5G天线的位置是两端,尤其是上端部,这就意味着其它天线需要移位至其它地方,而在现有手机终端的天线布局已满,5G还要和目前的4GLTE天线共存,为实现无线通信的功能,变换现有的金属后盖是主流趋势,陶瓷和玻璃都将成为可选的后盖方案,跟摄像头放在哪里没有什么逻辑关系。

玻璃后盖能和天线整合在一起吗?

在讨论如何在玻璃后盖上制作天线之前,我们先来看,玻璃后盖需要做那些处理?

因为玻璃是透明的,一般研磨硬化好后不能直接拿来作手机后壳,为了达到装饰效果,其需要对颜色纹理进行处理。除了采用传统印刷油墨或昂贵的PVD工艺外,更主流的做法是,通过贴膜来实现手机后盖不同的颜色和纹理,贴膜可以使得玻璃看上去有金属的质感、更多彩多样。


目前比较成熟的所谓在玻璃上打印天线的实现方式是在上述后盖的内层薄膜上制作天线,然后再把印有天线的薄膜贴在手机玻璃后壳的内侧。简单来说就是,在玻璃装饰膜上加工好天线然后再和玻璃后盖做贴合。而陶瓷表面很难进行打印,更不存在谁整合谁的问题。

玻璃后盖整合天线的这种方案路线可行吗?

现行的LDSFPC天线是把天线的馈电点或接地点的焊盘放置在一个和PCB板平行的小的台阶上,以便使用弹片对天线和PCB板进行有效并且稳定的连接;而玻璃后盖,只能在玻璃后盖的平面处上布置天线的馈电点,具有一定弧度的玻璃边缘或3D玻璃后盖是无法布馈电点的,原因在于,用于加工天线的玻璃装饰膜必须对玻璃后盖进行整体的覆盖,很难实现后盖内侧带有小台阶的3D结构,因此,2D2.5D还有可能这么做,3D玻璃后盖根本无法整合天线。

iphone6上半部分的天线馈电点

5G时代下对手机天线设计的要求

5G终端天线,对周边金属很敏感,由于毫米波之波长很短,来自金属的干扰是非常厉害的,印刷线路板(即PCB板),需要其与有金属的物体之间需要保持1.5mm的净空。

5G天线是垂直与水平天线交互的点阵,这种垂直和水平交互的天线,对应垂直和水平两个极化方向的信号收发。

5G天线对安装位置有特殊要求,由于5G终端天线是相控阵体系,其天线单元需要合成形成聚焦波束,因此需要规则的位置进行摆放,天线不能被金属遮挡,适合3D空间扫描,规则的空间。

5G终端,被人手和人体遮挡,其信号都会开始寻找最优误码率频段,形象的说,手机像一个长了眼睛的小宠物,一旦遮挡他,他即刻眼球四处转动寻找最优信道。我们把5G手机这一动作叫手机寻优,因此,设计终端时候,安装天线位置一开始就要合适,使其好寻优。目前手机终端中,最适合5G天线位置是两端,尤其是上端部(听筒位置附近),其他4G内天线都要给其让路,也就是说有优选位置权,其他天线移到他处。

5G天线是一个含芯片的模组,天线点阵,16个小的米粒大小的天线,不可能用16根屏蔽线引出信号到射频芯片了,需要就地解决与芯片连接难题。引出天线与点阵天线做成一体,一般一个芯片管理四个点阵。

天线模组输出不是射频信号,可以用接插件引出端子到手机主板上。

5G天线用什么材料制造?

柔性基材

前文中提到的4G天线制造材料中FPC工艺,涉及到PI膜(聚酰亚胺)是不能用于10G频率以上系统,因为,材料有一个叫损耗的指标,聚酰亚胺基材,在10Ghz以上损耗很厉害了。

微航推出一种基材厚度在6微米,增材制造技术沉积金属的工艺,去掉了基材与铜箔之间胶层,可用于毫米波段天线制造。

刚性基材

塑胶、和线路板材质

既要3D封装,又要焊接电子元件,又要毫米波段电磁损耗低,这样材料不多,

刚性线路板都没有用于4G天线,也不会用于5G。若采用适合毫米波段的印制电路板材料,把天线和电路全制造的这种印制板上,价格是很贵的,且天线是平面构型,性能会大打折扣,若把天线部分拆出来用高频印制板制造,则失去了3D性能(手机四个角落弧形,天线需要共形设计)。

毫米波段,对手机天线位置很敏感,差之毫厘,失之千里(指手机入网指标)。

塑胶中毫米波段低损耗的材质是液晶聚合物(LCP)和PPS材质,但都需要再进一步改性成LDS基材。微航磁电公司未雨绸缪,推出这种天线模组制造全套制造流程。也可以采用改性PP材质支架+激光点焊芯片工艺,这是一种低成本材料体系,利益PP材质低损耗,用激光点焊回避了其不耐高温焊接缺陷。激光点焊(配合特殊焊接锡膏),是一种在低温基材上焊接电子元件技术。其实5G基站天线都可以采用此种工艺大幅度降低材料成本。

以上就是手机材料展为大家打来的精彩资讯,想要了解更多欢迎来到我们的展会现场学习!


来源: 中国铁合金在线


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