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《5g手机发展白皮书》(二)

时间:2019-05-07
来源:信息产业网           作者:
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肆、5g手机的材料

散热和电磁屏蔽是手机设计的基础性环节,5g手机以其更高的运算动力和高频多模特性,导致散热和电磁屏蔽面临新的挑战。

1、散热技术、材料需升级

因为智能手机设计对轻薄的过度追求,内部空间其实非常狭小,本身散热难度已经较高。而5g手机使用时,高功耗芯片也必然会带来大的发热量,在不能从芯片层面解决问题的现状下,只能寄望于散热材料。

目前智能手机上采用的散热技术主要包括石墨稀热辐射贴片散热、金属背板散热、导热凝胶散热以及导热铜管散热。

石墨烯热辐射贴片是一种超薄散热材料,由于具有轻量化优势,在现行散热方案中也不会增加终端产品重量,石墨烯热辐射贴片质地柔软,有着极佳的加工性及使用性,本身亦不会产生额外的电磁波干扰,可有效地降低发热源的热密度,实现大面积快速传热、大面积散热,并可消除单点高温的现象,更符合5g手机的散热要求。

金属背板散热是在使用石墨散热膜的基础上,在金属外壳的内部也设计一层金属导热板,它可以将石墨导出的热量直接通过这层金属导热板传递至金属机身的各个角落,这样一来密闭空间中的热量便能迅速扩散并消失。若非在材料轻薄性方面取得突破性进展,面对5g手机散热需求优势较弱。

导热凝胶散热与电脑将散热硅脂涂抹在处理器上方式类似,可以使热量能够被迅速吸收并传递出去,加快散热进程。在手机层面,则对于相关材料有更高要求,应于于5g手机上,材料升级不可或缺。

热管散热则是将充满液体的导热铜管顶点覆盖在手机处理器上,处理器运算产生热量时,热管中的液体就吸收热量气化,这些气体会通过热管到达手机顶端的散热区域降温凝结后再次回到处理器部分,周而复始从而进行有效散热。不过,这种技术多用于不过分追求轻薄设计的游戏手机。

从以上四种散热技术特点以及智能手机整体设计趋势来看,适用于5g手机的散热方案将向着超薄、高效的方向发展。如此来看,石墨烯热辐射材料以及陶瓷等新品类导热材料更符合5g手机的散热需求(见表3:5g手机新型材料一览),不过仍须有进一步的技术升级。


另外,全新的高性能导热材料也是发展方向之一。以小米等手机厂商为例,开始将陶瓷材料进行部分实验性应用。

供应链层面,有laied、choemerics、bergquist、graf tech、碳元科技、中石科技、飞荣达等国内外企业。随着国内供应链厂商技术不断升级,5g手机时代有望长期绑定国内手机厂商。

2、电磁屏蔽,材料升级是重点

5g时代由于高频、高速的通信需求,对智能手机内部的电磁屏蔽也有了新的要求。

同时,由于5g增加多个新频段,并与3g、4g的频段相兼容,在电磁方面的串扰也会比较严重;毫米波级别的传播也对电磁屏蔽要求更高。因此,需要在电磁屏蔽材料方面进行大幅升级。

资料显示,电磁屏蔽器件是在电磁屏蔽材料的基础上进行二次开发,所需的材料必须具有良好的导电性,而按照材料的制备工艺划分,电磁屏蔽材料主要包括三大类。

一是金属类,如铍铜、不锈钢等;二是填充类,是在不导电的基材中添加一定比例的导电填料从而使得材料导电,基材可采用硅胶、塑料等材料,导电填料可以是金属片、金属粉末、金属纤维或金属化纤维等;三是表面敷层和导电涂料类,对基材进行电镀,如导电布等。

供应链层面,电磁屏蔽目前已经有着较为稳定的市场格局,材料主要由laied、3m、nolato等国外知名厂商垄断。不过,在巨大市场需求的推动下,我国长盈精、中石科技、飞荣达等不断自主研发,已经逐渐具备生产中高端电磁屏蔽材料和器件方面的能力。(见表4:电磁屏蔽材料、技术方向)。


分析指出,目前广泛应用的电磁屏蔽器件主要包括导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等,而屏蔽材料主要是金属类和填充类。随着5g手机的到来,电磁屏蔽材料将向屏蔽效能更高、屏蔽频率更宽、综合性能更优良的方向升级,新材料将在电磁屏蔽的创新应用中得到更多发展。诸如压合覆盖膜、电磁屏蔽膜,将成为解决电磁屏蔽问题的重要可选方案。

也有分析认为,可以将板级屏蔽罩与散热产品加以融合,或将结构金属屏蔽和各种吸波材料相结合,抑或组合不同种类的泡棉织物,利用一款集成世界杯正规买球app的解决方案,在设计和性能层面解决产业升级带来的电磁屏蔽难题。

伍、5g手机的摄影

影像视频是5g的“杀手”应用,5g手机也会深度融合部分虚拟现实、生物识别等高端影像技术,这将对手机相机提出更高级别的要求。

1、硬件升级是硬道理

硬件基础始终是手机相机的核心,对于5g手机来说,在镜头、cmos等上无疑有了更高要求。

例如,华为最新旗舰华为p30 pro,配备四摄像头,4000万像素超感光镜头 800万像素变焦镜头 2000万像素广角镜头及一颗tof 3d深感镜头,更拥有5倍光学变焦、10倍混合变焦及50倍数码变焦能力;mate x则是华为第一代真正意义上的5g手机,采用4000万像素 1600万像素 800万像素高清三摄,能够做到拍摄时双屏显示,极富科技感;oppo在mwc2019上推出的10被光学混合变焦技术,通过切换不同的镜头来实现多倍变焦。可以说,国内最新的智能手机上,已经让5g手机在相机水准上提前进行了大幅升级。

值得注意的是,除了cmos、像素、光圈,智能手机厂商的比拼已经逐渐过渡到拼摄像头个数的阶段,三摄、四摄不是尽头,五摄机甚至已经在5g前夜进入手机市场。

相机是未来人机交互的重要入口,而从镜头的发展趋势来看,多摄像头带来的拍摄体验升级,亦是对5g手机拍照的预演。不过需要注意的是,摄像头个数的增加,给光学防抖技术的应用带来了更加严峻的挑战。届时,双光学防抖是否扩大商用范围,三光学防抖能否崭露头角,都值得期待。

2、深度交互是趋势

交互可以说是5g手机最重要的能力之一,尤其是前置摄像头与系统、app等的结合体验。目前以结构光方案和tof方案为主(见表5:5g相机深度交互方案)。


采用结构光方案的产品,最具代表性机型就是苹果的face id,采用伪随机散斑,核心技术由苹果公司收购的primesense公司提供。不过,苹果的结构光软硬件方案技术壁垒非常高,处于垄断地位,除苹果外的第三方供应链目前精度还相差甚远。

而tof方案相对简单,产业链发展得比较成熟(见表6:tof产业链),如 lg innotek、sunny optics、o-film等一线模组厂都能够提供高质量模组。它既不需要发射器和接收器之间保持一定的基线,又可以通过发射功率控制使用范围,非常适用距离较近的前置三维人脸应用,也可以在距离较远的三维场景扫描、增强现实等领域使用,应用场景很丰富,很可能会成为5g手机深度相机发展的主流趋势。


同时,多功能摄像头技术和其他图像技术不断融合,结合多摄像头与深度相机,暗光拍摄、逆光拍照、美颜、人像打光、hdr(高动态范围)等功能将在5g手机上得到进一步进化。

陆、5g手机的电池

高功耗是目前5g手机设计中难以避免的困窘,如此一来,电池续航方面的问题就会更加凸显。

1、材料突破瓶颈难除

锂电池最早于1991年商用,之后成为电子设备的标配。从功能手机时代到智能手机时代,锂电池的地位一直稳固,而5g手机时代将近,锂电池或仍担重任。

不过,新材料、新技术仍然是手机电池产业的重要探索方向。

以石墨烯材料为例,有着高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性,在储能、光电器件、化学催化等诸多领域已经获得了广泛的应用,也是目前高性能电池突破的关键性材料。

有分析师认为,目前石墨烯在锂电池方面的研究方向主要有两个。一是在传统锂电池上进行应用,目的是改进、提升锂电池的性能,这类电池不会产生颠覆性的影响。二是依据石墨烯制造一个新体系的电池,它是一个崭新系列的,在性能上是颠覆性的,可以将其称为“超级电池”。

目前,中日韩美均有众多企业选择在石墨烯电池上进行技术攻关(见表7:石墨烯电池主要厂商一览),也印证了石墨烯电池将是未来电池产业上的制高点。无论是哪家成功将石墨烯材质电池投入量产并且封锁相关专利,这都会给产业链上下游造成相关的专利壁垒,同时会给企业营收和全球地位提升带来巨大的帮助。


但是,也有业内人士指出,石墨烯表面特性受化学状态影响巨大,批次稳定性、循环寿命等问题也比较突出。目前,因为量产和成本问题,石墨烯电池无法在短期内彻底取代锂电池,所以也只能从技术上对锂电池进行补充完善。

2、快充技术补材料短板

既然电池材料难以突破,只能从技术层面进行补充,从缩短充电时间上进行努力。这是目前手机厂商采用的方案,也将适用于5g手机。

国内手机厂商,如华为、荣耀、小米、vivo、oppo等都独家研发的快充技术,没有单独研发快充技术的厂商也都因使用高通芯片,采用了最新的quick charge 4.0快充技术。

oppo在国内算是研究快充技术比较早的厂商之一,oppo r17 pro上配备的supervooc超级闪充技术,最高充电功率能够接近50w,35分钟即可充满;vivo子品牌iqoo手机,44w超级闪充只需45分钟即可充满;华为和荣耀采用的则是同样的闪充技术,充电功率达到40w。最新的华为mate x 5g手机则支持55w新一代华为超级快充,充入85%的电量仅需30分钟。小米9的27w快充似乎优势并不明显,不过它还支持最高20w功率的无线闪充。另外,小米官方曝光的“小米super charge turbo”快充技术,充电功率高达100w(见表8:主流旗舰手机快充规格)。


有线快充、无线快充甚至反向充电技术的加入,可以说在一定程度上补足了电池续航引起的用户体验降低。但是,随着5g手机的真正到来,快速充电技术能否真正满足需求还不得而知,诸如石墨烯这样的新材料电池或许才是出路。(原文标题:重磅!《5g手机发展白皮书》出炉)

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