5G手机由于天线频段多、手机侧边曲面构型等因素,天线设计有别于4G手机。产业界开始发布各种工艺路线,本文以问答方式综述天线布局及其制造工艺。

一、 天线布局在外露的侧面,用什么工艺路线?

"天线外露"是沿用4G时代金属边框分段做天线思路,天线指标最佳的结构就是外露,因此4G金属机身时代是“清一色”的外露做法。但5G手机天线众多,会导致金属中框分段太多而有损美观,不如在塑胶上“雕刻”金属图案做天线。这种雕刻有两种模式:

其一,是真雕刻金属做天线(LMA),其二是雕刻塑胶(LSA),再把雕刻塑胶图案金属化。雕刻塑胶再金属化是主流,因为激光镭射图案精细、金属化后附着力强、产能高、良率高。

图1 在手机外壳金属边框的塑胶材质上做LDS工艺天线 

二、5G手机中框上布局天线是主流吗?

5G终端从主流结构来说,机身内部是钛铝合金包塑胶边注塑的结构件,这个结构件之外边的一部分是一级外观面,一级外观面上部分区域可以做LDS天线。因此中框布局做5G天线是主流。

图2 钛铝合金包塑胶注塑(低成本、刚性强,适合做内部结构件)天线制造在塑胶上

三、 钛铝合金被LDS塑胶包边注塑后再做LDS天线,工艺上是否冲突?如钛铝合金被LDS制程中药水腐蚀?

钛铝合金不耐酸碱,因此需要在制造过程中,对工件进行保护,其保护途径是成熟的化学品,参考阳极氧化时,对金属保护流程,很多保护性涂料选择性喷涂后,再激光镭射时留出LDS加工区即可。近年,LDS药水也有提升,化学镍药水也有非酸性的中性药水。

下图是2017年前后量产的一款钛铝合金包LDS塑料上制造LDS天线的产品;

图3 量产过的钛铝合金包塑胶边框结构,在白色LDS塑胶上做天线

 图4 钛铝合金包塑胶边框上做LDS天线的化学镀现场(微航)

因此无论哪家一级供能解决了以上的保护难题,就有了立足于5G天线的制造,毕竟这是天线制造的主战场。

四、 玻璃后盖上做天线有成功案例吗?

华为P30玻璃后盖上有两条天线,机身内FPC上焊接了LDS天线,与后盖天线无线耦合。这种无线耦合好处是:机身内LDS天线不要考虑全向辐射指标,只要把信号耦合到后盖,由后盖上的天线去全向辐射。对于手机内紧张的空间来说,天线指标可延伸到后盖解决。机身内LDS天线可以采用高介电系数材料,如陶瓷或者高介电LDS塑料来设计的更体积小巧,定向的与后盖天线互耦。

五、 中框上外露一级外观面,其上天线如何与机身内部贯通?

上文提到的无线耦合是一种方式,而另一种方式就是“细孔”:直径在0.1mm内导通的细孔被喷涂油漆后覆盖了,实现了“隐形”。

六、 LDS制程中,激光能一次性镭射天线图案时打出直径0.1mm细孔吗?深度多少?能在后续化学镀时实现金属化吗?

激光能在做LDS镭射时一次打孔,无需再取出素材换用专门的激光打孔机。这取决于激光装备种类,并非任何LDS镭射机都可以做到。下面我们将详细介绍

激光机:

激光打的孔直径在0.1mm,化学镀时可实现金属化,确保双面导通,下图示实验报告摘要,素材是PC,厚度是0.7mm,孔径0.1mm,化学镀长金属后,孔变成0.05mm:

图5 微航在PC-LDS材质的壳体上做激光穿孔实验

在直径0.1mm的细孔内实现导通,化学镀填小了孔径。毫米波外露天线与内部的接触需要此工艺支撑。

七、如何看待5G手机中的LCP路线?

LCP材质表面金属化在低频段是成熟的,但在28Ghz毫米波频段,LCP材质金属化最佳模式是附着一层非金属化低损耗膜,然后在上面激光沉积金属,即LDS工艺,而非走传统蚀刻路线。微航已用实验证明过这项工艺的可行性,但目前日系和台系还在走敷铜蚀刻路线。敷铜路线的最大难题是粘接铜箔的胶在毫米波的损耗非常大,且难以解决。而微航采用的是无胶体系,因此损耗低。在此我们欢迎各位提供LCP膜,由微航加工好传输线来共同进行测试!

八、 LCP和LDS两条路线,在5G手机中哪条路线为主?

两条线路都会用上,即硬质LDS和软质的LCP会组合使用。LCP表面金属化也可以用LDS来实现。

九、 您觉得5G手机天线产业下步状况?或者趋势?与4G时代有何区别?

4G时代分前后两段时期:2009年-2014年的LDS发展黄金时期,一批上市企业都上了德国装备,德系装备为主支撑了产业出货;2014年至今,苹果手机把天线做在外壳金属中框上,这对LDS产业几乎是毁灭性的打击。因为天线与机身一体化后,即使设计时考虑天线但制造时却没有这个部件,余下的传输线采用FPC来实现。这导致业界缺乏订单,无力更新装备,也没赶上设备自动化、无人化的浪潮。

以2017年谷底的LDS激光代工单子为例,3D镭射加工费降到了一元内,靠一台机器一个人,双班2人的人海战术,企业基本没有利润。虽然LDS业界目前依旧采取人海战术,但以先进装备来开辟工业4.0的道路是大势所趋。5G手机的更多天线能提升产值不假,但扩大产能的同时节省人力资本开支才是当务之急。总之,5G时代LDS制造的无人化是与4G时代的最大区别。

十、 关于无人产线?

(1)来自于代工经验数据库:微航从制造代工做起,积累了耳机、手表、手机、传感器等各种天线制造代工经验。也同步开发出几种激光机;

(2)微航设计的无人线确保了柔性:适合不同大小尺寸的产品自动上线;

(3)重要指标——精度:微航为一家业内巨头代工过±50微米精度的天线,每天加工7万只。而微航无人产线利用毫米波加工产品,其精度只会更高!

图6 微航LDS激光产线部分场景(目前单人单机的人海战术是行业现状)

图7 微航的“无人化”产线(仅需一人),是5G时代LDS产线工业4.0的需求

十一、5G手机中最难设计的天线是哪个频段,工艺如何实现?

低频段如700Mhz频段,采用MIMO,手机需要四个角落上布设天线,可以采用氧化铝陶瓷做基材,其介电系数为7左右,损耗也低,天线3D布局在陶瓷上;也可以采用介电系数在7的LCP-LDS塑料缩小体积。

十二、如何看各种LDS升级新闻?

LDS涉及药水、装备、材料、工艺等细分领域,期待不断看到产业升级的消息!5G天线最终的最佳模式还没有定,前期一些成熟的工艺也会被互相融合,例如:钛铝合金包塑胶做天线工艺,NDA路线还可以再优化,NDA是把一段钛铝合金注塑时候内埋,成型后用CNC去除部分金属工艺,是目前天线的主要路线。但5G天线复杂,细微的线段很多,一种优化思路是内埋高温陶瓷天线,即注塑时将钛铝合金和陶瓷天线一并成型。这种路线,减少了复杂度,提升了良率,而陶瓷天线可以预先做好。高温陶瓷相比低温LTCC的损耗更低,成本也更低,但难点是精细3D电路化,若用上陶瓷涂料后就可以再做成3D天线,这是一种陶瓷LDS工艺,陶瓷天线也可以与FPC焊接一体进行组装。但无论哪种工艺都离不开材料和装备的支撑!

本文来源深圳市微航磁电技术有限公司,欢迎大家加入LDS、3D-MID交流群,包括LDS塑料,助剂,天线,手机,智能穿戴,医疗,激光设备,电镀等企业。

活动推荐:

2020年第三届5G加工产业链暨精密陶瓷展览会

2020年8月27-29日   

东莞.厚街.广东现代国际展览中心

部分参展名单如下:

公司名 展位号 主营
常州金纬挤出机械制造有限公司 P25&P27 天线罩挤出设备
南京聚隆科技股份有限公司 C41 PP.PA等5G相关塑料
SABIC C25 LNP,Ultem,Noryl 等5G相关塑料
中国石化上海石油化工研究院 F45 LDS产品及5G应用
中材科技(苏州)有限公司 P26 PPS
中广核俊尔新材料有限公司 A15 PPS,PC,PA,PP,EPP,LFT, 热塑性复合材料
中广核高新核材科技(苏州)有限公司 A16 PC、PP、PA、LDS材料
郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司 D31 空心玻璃微珠
深圳市豪鹏达科技有限公司 D39 导热硅胶片,导热凝胶,导热硅脂,热介质材料
中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司 E41 玻璃微珠
广东信隆新材料股份有限公司 A10 PC,PP,PC/ABS,PA加纤
湖南巨发科技有限公司 A11 LDS添加剂
厦门奈福电子有限公司 C01 石墨烯等散热材料
深圳市中塑新材料有限公司 A06 工程塑料、手机外壳材料,LDS材料
苏州纳磐新材料科技有限公司  A13 改性PPS
广东伟的新材料股份有限公司 J09 导热PA、低介损耐候阻燃PC合金、PPO合金、低吸水低翘曲无卤阻燃PA-GF
中山市沃尔鑫塑料材料有限公司 H41 PEEK板/棒,PPS板/棒
深圳市恩欣龙特种材料股份有限公司 J37-38 POM板棒、PEEK板棒、PEI板棒、尼龙板棒、PC板棒、MC板棒、UPE板棒、OPF板棒
……

同期高峰论坛活动:

论坛区一:5G新材料论坛(2020年8月27日,上午)
NO. 议题
1 特种工程塑料 PEI 在 5G 领域的应用
2 氟材料在5G领域的应用
3 空心玻璃微珠在5G领域的应用
4 塑料添加剂5G基站方面的应用
5 5G通信的屏蔽方案
6 中广核5G材料解决方案
7 5G通信散热方案
8 稳定低损耗,PPO助力5G新基建
9 PI材料在5G领域的应用
10 5G 手机LDS解决方案
11 低损耐候阻燃PC-Si材料,助力5G设备器件的发展

此外,还有5G金属论坛、5G天线论坛、5G陶瓷滤波器论坛、手机塑胶外壳论坛;同期论坛详情可点击此处查看:2020年第三届5G加工产业链暨精密陶瓷展览会(8月27-29日 东莞)

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18824631797

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