手机主板制造技术(解析5G手机背后的几个关键技术：主板、天线和散热)

[PConline杂谈]2月3日，全球调研机构Gartner发布最新报告，指出2020年全球终端出货量有望止跌反弹，在5G手机需求带动下，今年全球智能手机市场有望成长3%，而5G手机销量更有望在一年内超越4G手机销量。

很显然，在可以预见的未来4G手机将渐渐步入尾声，取而代之的5G手机，也将从高端市场渐渐向中端甚至是入门级别挺进，成为主流。

5G手机牵涉到整个产业链的技术升级，它和4G手机的区别在什么地方，哪些技术又会在5G手机的普及当中起到关键作用，下面我们来浅谈一下，5G手机背后三个关键技术：主板、天线和散热

5G手机的“基础”：SLP技术

拆开一台4G手机，你会发现PCB板上容纳的元件几乎已经堆到了极限，5G手机如何在主板元件更多的基础上，继续维持机身的厚度和重量，SLP技术起到关键作用。

什么是SLP？

iPhone11ProMax图源：iFixit

SLP即类载板（Substrate-likePCB），通过先进的焊接工艺，可以将多层PCB板电路连接相通，从而将主板从“2D变为3D”，充分利用机身的空间，iPhoneX、XS系列和11Pro系列采用的多层主板技术，就得益于SLP工艺。

为什么要用SLP？

根据射频业界巨头Skyworks的估计，5G手机的射频前端零件将大幅增加，滤波器从40个增加到70个，天线、PA、射频开关、LNA等其它射频器件也几乎成倍增加。这对5G手机内部的元件密度提出更高的要求。

SLP工艺不仅机身内部的立体空间得到更好的利用，也能让PCB板的元件变得更“紧凑”，即进一步缩小线宽、线距，从而放进更多5G元件。

过去采用的AnylayerHDI最小线宽/线距约为40μm，而目前的SLP已经小于30/30μm，据了解，今年新iPhone所采用的SLP工艺将进一步缩小至25um/30um。

SLP技术带来的空间释放是相当明显的，以iPhone为例，在iPhoneX引入SLP技术后，相同元件数量的体积减少至原来的70%，带来更多电池空间。不过，目前安卓阵营尚未广泛引入SLP技术，预计在2020年的旗舰5G手机中，SLP技术将逐渐成为主流。

5G手机的“公路”：LCP基材

前面提到，5G手机与4G手机一个明显的区别是射频组件的大幅增加，作为信号传输的“公路”，手机天线也被视为5G手机升级的“先行”要素。

什么是LCP基材？

LCP即液晶聚合物（LiquidCrystalPolyester），目前广泛运用于5G手机天线基材中。

LCP具有优异的电学特征：在高达110GHz的全部射频范围，几乎能保持恒定的介电常数，一致性好；正切损耗非常小，仅为0.002，即使在110GHz时也只增加到0.0045，非常适合毫米波应用；热膨胀特性非常小，可作为理想的高频封装材料。

为什么要用LCP基材？

?减少通讯损耗

前面提到，LCP天线优异的电学特征主要原因，尤其是在5G高频段通讯的条件下。举个例子，传统PI软板天线对2.4G的射频信号将产生约2%的电磁损耗，而且随着频率提高，损耗就越大。而采用LCP基材损耗仅为2‰—4‰，比前者小10倍，可以有效降低损耗。

LCP天线可以满足5G频段低损耗的需求

?天线小型化

由于5G手机内部空间进一步缩减，天线数量增加，天线小型化成为趋势。LCP具备良好的物理性能，从而可以提升天线的小型化能力，在弯折性能方面，LCP天线可以贴合机身中框，相较于传统FPC天线没有明显的回弹效应。

4x4MIMO示意图

同时，采用LCP材料的软板电路厚度仅有0.2毫米，用于集成天线与同轴电缆将减少总体厚度，为天线提供更多净空区。

得益于全面屏手机的兴起，LCP相关产业起步较早，已经有不少4G手机用上了LCP天线，这也是为什么我们看到手机屏占比越来越高的原因，随着5G手机对天线要求更高，ID设计对相关产业链也提出了更高的要求。

5G手机的散热：均热板（VC）

SLP技术、LCP基材都有着相同的目标，就是在5G手机有限的空间之内，塞入尽可能多的元件，元件越多，产生的热量自然就越高，而元件密度增加，令散热有了更多的压力。

根据前瞻产业研究院的预测，2018-2023年散热产业CAGR（年复合成长率）将增长8%，而智能手机散热CAGR则高达26%。

应对5G手机高性能、密集元件和IC控制带来的散热问题，传统的石墨散热片方案已经逐渐不能负荷，均热板（VC）将是未来5G手机的标配。

什么是均热板（VC）？

左：热管工作原理；右：均热板工作原理

均热板（VaporChamber）功能及工作原理与热导管一致，为以其封闭于板状腔体中作动流体之蒸发凝结循环作动，使之具快速均温的特性，从而具快速热传导及热扩散的功能。均热板的组成与热导管相似，由金属壳体、毛细结构和作动流体构成。

打个比方，如果把热管比做一条“线”，那么均热板就是“面”，均热板可以看做一个面积巨大的热管。

均热板优势是什么

?更高的散热效率

手机中的导热管

人工石墨片由于导热性能好，水平导热系数可达1500W/m?k，而性能更好的热管散热导热系数高达5000–8000W/m?k，约为前者四倍以上。前面提到均热板可以等同于“放大版”的热管，因此拥有比热导管大的腔体空间，可容纳更多的作动流体，均热板等效导热系数约为热管的2–3倍，预计可以达到20000W/m?k以上。

?更大的散热面积

过去在运用热管散热的手机上，我们可以看到热管被用在最需要散热的地方-SoC上，然而5G手机的5G支持、快充等特性使得需要散热的元件不止SoC。还有外挂基带、闪存芯片和IC电源芯片等元件都有较高的发热表现，VC均热板可以覆盖更多散热元件从而为5G手机进行整体降温。

均热板的优势使其广泛受到电竞手机和5G手机的青睐，目前，华为Mate20X、三星Note10等机型已经搭载均热板。

目前，均热板平均单价为2–3美金，是热管的5–10倍，而5G手机需要的超薄型均热板单价更高。随着超薄均热板成本进一步下降，投资机构预计到2020年，热管/VC在手机终端的渗透率有望提升至15%，按照15亿台的手机出货量测算，假设热管/VC平均单价为1.5美金，则2020年市场空间为3.38亿美元。

结语

5G手机的出现，或为今年智能手机市场带动一波新的换机潮，从而驱动产业链迎来新一轮成长期。这些前沿关键技术的能否助力5G手机，让智能手机市场产生逆市上扬的拐点，我们不妨期待一下。