5G手机市场预测以及相关受益产业链分析

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5G手机的芯片

5G手机设计具有一般手机设计的通用性,但由于5G是全新的通信技术,面临新的适配问题和技术特征,以下部分将从芯片、天线、材质、摄像头、电池和其他等多方面解析5G手机设计关键及背后的产业链。

标准未定,芯片先行,只有一颗5G的芯片,才能根本定性5G手机身份。因此5G芯片是5G手机设计最关键一环。

1、5G芯片的进程

芯片和终端产品都需要一年到几年不等的开发周期,如果等5G频段确定后再进行产品的研发显然难以在5G市场获得竞争优势。因此我们看到即便需要面对标准未定带来的诸多挑战,产业链各方早已积极投入5G研发(见表2:5G芯片进程一览)。

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在当前阶段,已经发布或已有消息即将发布的5G基带芯片共有7款,分属于高通、海思、联发科、紫光展锐、英特尔和三星这几大产业链上核心厂商。

2、破解“捆绑式”5G芯片势在必行

虽然各家基带芯片看似蓄势待发,但行至此刻,5G标准未定还是让整个产业面临亟需破局时刻,即如何破解“捆绑式”5G芯片(见图:5G芯片时间进展)。

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有分析认为,之所以目前的5G基带芯片并未完全整合,并非厂商能力不足,而是厂商考虑到5G最终的标准还未完全落地,频谱的分配方案和5G牌照的相关发放工作还在梳理,运营商的组网方式也在测试过程中,这时如果完全押宝一种方案,则存在的风险无法评估。

在这种情况下,手机厂商采用捆绑式5G芯片可以理解。采用捆绑式芯片,厂商能迅速实现5G网络通信,见效最快、一针见血。同时一两年内还是以4G为主,所以5G外挂4G是当下最合理的选择。此外,5G手机的特点是多天线,干扰情况复杂,折中方案就是选择外挂5G芯片,同时对于成本的降低也能做到最优。

 


5G手机的天线

5G天线是5G手机收发装置,因为5G天线特征,使得5G手机的天线收发设计成为5G手机的另一个主要环节。

1、5G低频天线:累加而不是替代

在5G时代,由于频段的客观现状,天线的适配正朝sub 6GHz和毫米波天线两个方向发展,天线从2G/3G/4G到5G,是纯粹的增量。5G手机中,此前4G/3G的功能都会同时存在,以前的天线也都会存在,因此对于天线而言,通信技术的升级,对于不同制式的天线是累加而不是替代。

为了提高传输速率,sub-6G将采用MIMO天线并且增大MIMO天线的数量,比如8x8MIMO、16x16MIMO等。

2、5G毫米波天线:摆放更复杂

而5G毫米波天线的分布则会复杂很多,业界将采用阵列天线,在天线制作原理以及加工工艺上与传统天线都有很大的不同。

5G毫米波由于频率高,传输距离短,只能通过阵列天线以及波束成型来增加天线的增益,以克服在空气中传输距离短的问题,因此5G天线由原来4G的全向天线变为了定向天线。

波束成形模块只提高了毫米波的传输能力,但没有解决信号受到阻碍物衰减过快的问题,目前主要有两种解决方案:一是利用数字相移器与衰减器的算法,来控制波束追踪手机用户,以维持讯号的稳定度;二是增加波束成形模块的数量,以达到通信无死角的设计方案。

毫米波天线需要新的加工工艺,可分为线阵、方阵。天线尺寸跟工作频率成反比,毫米波的频率变高,天线尺寸变小,简单的加工形式精度不够,还得借助于其他的加工形式,如高通毫米波天线模块采用的LTCC工艺。

3、产业链上下受益

天线模组厂商也受益于5G时代。

高通于2018年最新发布的5G毫米波天线模组(QTM525),同时支持6 GHz以下5G和LTE的全新单芯片14纳米射频收发器,以及6GHz以下射频前端模组,提供面向全部主要频谱频段的新一代从调制解调器到天线的完整解决方案。

经过多年的投入,天线隐形冠军厂商硕贝德也在5G射频前端模组方面实现产品突破,已实现了从24GHz到43GHz全频段覆盖的技术突破。此外,国内外厂商立讯精密和Murata等厂商不断加入战局抢占份额,也将引起市场的多重变化。此外,在天线设备对应的射频芯片方面,巨头Qorvo、Skyworks将继续领跑。(见图:手机天线产业链市场占有率)。

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不过需要注意的是,上述提及的天线供应商提供的并不是一体化的完整解决方案,手机厂商往往需要根据自身处理器类型等特点,进行手机构造设计和性能适配。而这项软硬件的设计研发工作比4G时代要复杂得多,对智能手机厂商的研设计和量产都提出了新挑战。

 

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。

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。

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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。

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)。

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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。

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《5G手机发展白皮书》了解一下(中)

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