5G时代预计2020年来临，其手机天线工艺有何不同？

摘要我国5G推进组6月1日在第一届全球5G大会上正式发布了《5G网络架构设计》白皮书，华为公司近期在5G系统中提交的短码方案正式成为标准之一，这体现了我国5G网络技术研究的最新成果，这意味着我国从5G概念的研究已经进入实质推进阶段——5G真的要来了。相比4G，5G时代的手机天线有什么不同?本文来谈谈。

一、5G是什么?在3G、4G和5G等名词中，G是英文单词“generation”（第x代）的缩写。因此，5G就是第五代移动通信技术。第一代是模拟技术;第二代实现了数字化语音通信;第三代是人们熟知的4G技术，以多媒体通信为特征;第四代是正运营的4G技术，其通信速率大大提高，标志着进入无线宽带时代。但是，4G还不是宽带无线在线相连接系统，仅仅解决了无线互联有和无的问题，以具体应用为例，还远远满足不了正迅猛发展的无线虚拟技术的大数据实施交互需求，也满足不了无人驾驶的在线数据服务。

为此，5G应运而生，5G的用户核心体验指标是：其峰值速率将增长数十倍，从4G的100Mb/s提高到几十Gb/s。也就是说，1秒钟可以下载10余部高清电影，可支持的用户连接数增长到100万用户/平方公里，可以更好地满足物联网这样的海量接入场景。同时，端到端延时将从4G的十几毫秒减少到5G的几毫秒。至于详细的技术规范，太复杂，本文不展开谈。二、5G什么时候商用?2017年，中国移动选取4-5个城市，每个城市大约建7个站点作系统验证，形成商用样机；2018年，在数个城市，每个城市建设20个站点进行规模试验，形成端对端商用产品和预商用网络；2019年，继续扩大试验网规模，城市试验数量增加，基站增加；2020年，形成万用户规模，商用规模开始部署。

三、5G重点和网络射频部分简介15G的手机天线特点及其工艺（1）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。

（2）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。

（3）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低误码率频段，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。

（4）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。 （5）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和覆盖膜上胶层，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，如下图：

这样做，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硬质板制造，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。4G的室内分布基站，目前都采用塑胶材质代替微波电路板，见下图：

4G室内分布基站，运营商已经在使用中，微航代工制造这种天线组件，5G时代，基站更多，采用先进材料和制造工艺降低成本非常重要。总之4G时代成长起来的LDS工艺还将大放异彩，只是换了材料而已。 （6）5G终端会有4G/3G天线吗?需要,至少5G终端开通初期,因此手机中天线林立，由于毫米波存在缺陷，如手握、屋内屋外遮蔽都会使信号衰减严重。因此，4G网络及5G的低频段通讯也是必须的。如同4G建网之初，用户4G搜不到信号了，自动转3G搜索一样。5G时代，用户手机在毫米段搜不到信号或信号不强，将自动切换低频段通讯。 2现阶段手机终端的天线技术手机中布满了天线，从GPS、蓝牙、wifi、2G、3G、4G等频段。频率越低，尺寸越大。毫米波，顾名思义，其波长尺度在10mm内了，照波长四分之一计算，约2.5mm的点阵，就是组成有规则间距的阵列。

4G的天线一般布置在手机上下端部和侧面，采用了LDS（立体电路的一种制造工艺，激光在3D曲面塑胶上选择性沉积金属工艺）和FPC（柔性线路板）配合侧面金属边框来实现终端天线功能：

金属机身手机中，外露的中框一段金属与手机内FPC组成了天线：

若2017年玻璃机身手机开始流行，这类手机拟用到的工艺和材质依然是FPC和LDS工艺，也有把天线制造在玻璃壳体和玻璃支架上的：

0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上制造边框触摸和天线（深圳微航提供制造）3基站和终端5G网络是一个密集分布基站网络，基站分布密度比前几代移动系统都高。其中，基站移动终端之间采用28Ghz的毫米波频段通讯。基站天线系统采用相控阵天线体制。波束在垂直和水平两个方向交叉极化，以实现更高的用户密度和增加系统用户容量。

5G终端具备自选基站能力，可以根据基站误码率挑选误码率低的基站和信道通讯。

实现以上这些功能，依赖阵列天线技术，基站和终端都用到了毫米波相控阵天线。终端中天线阵列为4X4点阵；

下面简单普及一下LDS技术：一什么是立体电路?立体电路是指相对传统的平面电路而言，将电子元器件直接焊接在3维曲面基材上的电路技术。根据工艺过程、电路形成方式，实现立体电路的制造工艺有多种，如LDS技术、PDS导电油墨印刷、LRP激光剥离、3D综合打印等。其中LDS技术制造的立体电路产品，可以满足PCB的行业标准。通过高温LDS材料改性，激光镭雕工艺改善和化学镀药水配方实验，目前已经可以实现0402的芯片，焊接在立体电路的线路，可以承受0.45Kg的拉力。达到了PCB行业的标准。

图：立体电路用于手机天线（左），立体电路附着力测试立体电路是近十多年发展起来的电路组装技术。它基于结构和性能的要求，可以把电子元器件直接焊接在塑胶曲面上，为产品创新，结构设计突破，寻求到了新的解决方案。相比传统的印制线路基材，其有特殊的优点，是对传统的电路制造技术的补充和发展。 二LDS实现立体电路的全制程！视频：立体电路全制程，来源于微航磁电立体电路是一类电子产品的结构形态，LDS则是打造这类产品结构形态最重要的工艺之一。了解更多LDS，请点击查看→LDS塑料如何让天线长到4G手机面盖上?如视频所示，立体电路全制程主要包括6个工序：材料改性、工程注塑、激光镭射、表面化学镀、3D喷锡、3D贴片等工序。如下图所示：

1、材料改性常规的塑胶原材料虽然也可以通过激光表面处理，进行紧密金属沉积来获得金属线路。但是其结构附着力，是不能够与专用LDS材料相比的。专用的LDS材料中添了微细的少量的金属化合物和相容剂等助剂，通过注塑后，这些金属化合物均匀的分布在塑胶壳体内，采用激光活化出的金属原子，是嵌入在塑胶粒子之间，所以化学镀铜后，生成的金属层与塑胶层的附着力非常好；手机天线的材料一般以PC等塑料为主要成分，目前也是使用量最大的立体电路材料。另外，形成立体电路，就要进行高温喷锡贴片，所以高性能立体电路的材料，必须是耐高温的。目前国内已经开发出的高温尼龙复合LDS材料，就可以耐温达到290度，可以替代进口的LCP材料。

图：智能3D打印LED灯，微航磁电用立体电路材料3D打印而成 2.工程注塑（注塑）此工序即是将专用原材料通过注塑成型得到规定形状的注塑件。这道工序除了常规的壳料注塑要求，还要求在开模的时候，尽量避免合模线在线路区域，尽可能避免线路区域存在批锋、毛刺、锐角等问题。此外，立体电路产品壳体的注塑是严格禁止采用水口料的。

图：JSW注塑机 3、激光镭雕产品壳体注塑好后，下一道工序就是激光镭雕，进行素材表面区域，线路图案内的素材表面进行激光活化。激光镭雕一般需要采用专用的激光设备和工装夹具。根据3D线路图案的形装，采用不同的激光镭雕机台和工装夹具。国内已经开发出的大型流水线型激光机，可以通过六轴联动，进行复杂3D曲面的图形镭雕加工，不需要二次装夹，取代进口的三激光头机器。

图：流水线型六轴激光镭雕机 4、表面化学镀塑胶壳体通过激光活化，在72小时之内，就必须进行表面化学镀。表面化学镀也称无电解镀或者自催化镀，是在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。在立体电路工艺中，因为要保证较强的附着力和金属层的致密性，所以需要在化学镀过程中，通过药水的活性，严格控制铜的生长速度。通过调节药水的PH值，控制药水对素材的侵蚀。以及通过一些特殊的前处理工艺，解决产品化镀开裂，金属层保护的问题。

图：NMT+LDS工艺中化镀铝基材的保护方案 5、立体喷锡传统的喷锡只能进行平面喷锡，不能进行立体电路的曲面喷锡，需要用到专用的设备方可以进行。

图：立体喷锡量产过程 6、立体焊接（贴片）传统SMT贴片称为表面贴装或表面安装技术。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件安装在印制电路板（PCB）的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。而立体贴片是相对于传统的SMT贴片，实现在3D曲面的塑胶壳体上，进行电子元器件的自动化贴装工艺。这种立体贴装的工艺主要是针对立体电路技术而发展起来的。

图：耳机线控组件贴片前（下）和贴片后对比作者简介：周红卫先生，深圳市微航磁电技术有限公司CTO，长期从事手机中新材料、新工艺创新应用和制造集成。致谢：本文由深圳市微航磁电技术有限公司的周红卫先生投稿，艾邦高分子编辑整理。感谢周红卫先生的技术分享，周红卫先生也在艾邦高分子手机外壳产业链群里，欲加群讨论，请长按二维码，备注“手机”添加群主微信：aibanggaofenzi004

推荐阅读：1.手机将步入5.Xmm厚度时代，哪些材料、工艺可实现手机超薄化?2.LDS材料2016年或将爆发，产业链深度分析！3.NMT+LDS技术：使金属外壳手机更薄、信号更好?4.一文看懂应用于手机、智能穿戴、无人飞机、汽车领域的立体电路阅读原文，免费参加纳米注塑供应链展↓↓↓