關鍵詞：5G毫米波天線，低介電，高導熱，絕緣，透波，國產新材料

導語：5G時代巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時，引起了這些部位發熱量的急劇增加。BN氮化硼散熱膜是當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯網等領域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

材料氮化硼膜材

本產品是國內首創自主研發的高質量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導熱、高柔性、低介電系數、低介電損耗等多種優異特性,解決了當前我國電子封裝及熱管理領域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進的熱管理TIM解決方案及相關材料生產技術，是國內低維材料技術領域頂尖的創新型高科技產品。

5G新材料氮化硼膜材

什么是5G?

定義

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動網絡。5G 是繼之前的標準（1G、2G、3G、4G 網絡）之后的最新全球無線標準，并為數據密集型應用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G 有助于建立一個新的、更強大的網絡，該網絡能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯網”的設備爆炸式增長的連接——該網絡不僅可以連接人們通常使用的端點，還可以連接一系列新設備，包括各種家用物品和機器。公認的5G的優勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網絡

?更高的峰值數據速度（多 Gbps）

?超低延遲

與前幾代網絡不同，5G 網絡利用在 26 GHz 至 40 GHz 范圍內運行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。5G部署最初可能會以增強型移動寬帶應用為中心，滿足以人為中心的多媒體內容、服務和數據接入需求。增強型移動寬帶用例將包括全新的應用領域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗，超越現有移動寬帶應用所支持的水平。

5G應用

毫米波是關鍵技術

毫米波通信是未來無線移動通信重要發展方向之一，目前已經在大規模天線技術、低比特量化ADC、低復雜度信道估計技術、功放非線性失真等關鍵技術上有了明顯研究進展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網絡提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統設計面臨重大挑戰，開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統的基礎理論和關鍵技術研究，已經成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優勢： 毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點：

頻譜寬，配合各種多址復用技術的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業務；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內集成大規模天線陣。

毫米波的缺點：毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網絡將會采用小基站的方式來加強傳統的蜂窩塔。

什么是TIM熱管理?

熱管理？顧名思義，就是對“熱“進行管理，英文是：Thermal Management。熱管理系統廣泛應用于國民經濟以及國防等各個領域，控制著系統中熱的分散、存儲與轉換。先進的熱管理材料構成了熱管理系統的物質基礎，而熱傳導率則是所有熱管理材料的核心技術指標。

熱管理對比測試

導熱率，又稱導熱系數，反映物質的熱傳導能力，按傅立葉定律，其定義為單位溫度梯度（在1m長度內溫度降低1K）在單位時間內經單位導熱面所傳遞的熱量。熱導率大，表示物體是優良的熱導體；而熱導率小的是熱的不良導體或為熱絕緣體。

5G手機以及硬件終端產品的小型化、集成化和多功能化，毫米波穿透力差，電子設備和許多其他高功率系統的性能和可靠性受到散熱問題的嚴重威脅。要解決這個問題，散熱材料必須在導熱性、厚度、靈活性和堅固性方面獲得更好的性能，以匹配散熱系統的復雜性和高度集成性。

隨著智能時代的來臨，人們對手機的需求越來越高，手機的硬件配置也隨之提高，CPU從單核到雙核在逐漸提升至四核、八核，屏幕大小和分辨率也不斷提升。伴隨著手機硬件和性能提升所帶來的則是手機發熱越來越嚴重的問題，如果熱量未能及時散發出去面臨的將是手機發燙、卡頓、死機甚至爆炸等問題。

熱管理散熱系統

目前手機中使用的散熱技術主要包括石墨散熱、金屬背板、邊框散熱、導熱凝膠散熱、熱管散熱、均溫板等等。

毫米波5G手機天線

射頻天線

毫米波射頻天線 手機射頻天線設計 手機射頻天線設計布局

5G時代天線設計要求更高：首當其沖的，就是信號問題，想要信號好，就需要設計好手機的天線。而隨著5G時代的來臨，5G速度更快，為了做大量數據的吞吐，天線設計也采用了MIMO設計，也就是多進多出設計，5G甚至做到了4*4 MIMO。加上5G的加入，以及5G不同的頻段，還可能涉及毫米波，這些使得5G天線的增加不再是增加一根這么簡單，可能僅僅5G方面就要增加5至6根天線。再加上此前的2G、3G、4G的頻段需要1-2根天線，僅僅這方面就需要如此多的天線數量。

手機中布滿了天線，從GPS、藍牙、wifi、2G、3G、4G等頻段。頻率越低，尺寸越大。毫米波，顧名思義，其波長尺度在10mm內了，照波長四分之一計算，約2.5mm的點陣，就是組成有規則間距的陣列。4G的天線一般布置在手機上下端部和側面，采用了LDS（立體電路的一種制造工藝，激光在3D曲面塑膠上選擇性沉積金屬工藝）和FPC（柔性線路板）配合側面金屬邊框來實現終端天線功能：金屬機身手機中，外露的中框一段金屬與手機內FPC組成了天線.2017年玻璃機身手機開始流行，這類手機擬用到的工藝和材質依然是FPC和LDS工藝，也有把天線制造在玻璃殼體和玻璃支架上的,0.1-0.2mm厚度3D的玻璃支架上制造邊框觸摸和天線。

射頻天線設計的挑戰

5G的手機天線特點及其工藝：（1）5G終端天線，對周邊金屬很敏感，由于毫米波之波長很短，來自金屬的干擾是非常厲害的，印刷線路板（即PCB板），需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。（2）5G天線是垂直與水平天線交互的點陣，這種垂直和水平交互的天線，對應垂直和水平兩個極化方向的信號收發。（3）5G天線對安裝位置有特殊要求，由于5G終端天線是相控陣體系，其天線單元需要合成形成聚焦波束，因此需要規則的位置進行擺放,天線不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，規則的空間。5G終端，被人手和人體遮擋，其信號都會開始尋找最優誤碼率頻段，形象的說，手機像一個長了眼睛的小寵物，一旦遮擋他，他即刻眼球四處轉動尋找最優信道。我們把5G手機這一動作叫手機尋優，因此，設計終端時候，安裝天線位置一開始就要合適，使其好尋優。目前手機終端中，最適合5G天線位置是兩端，尤其是上端部（聽筒位置附近），其他4G內天線都要給其讓路，也就是說有優選位置權，其他天線移到他處。（4）5G天線是一個含芯片的模組，天線點陣，16個小的米粒大小的天線，不可能用16根屏蔽線引出信號到射頻芯片了，需要就地解決與芯片連接難題。引出天線與點陣天線做成一體，一般一個芯片管理四個點陣。天線模組輸出不是射頻信號，可以用接插件引出端子到手機主板上。

充滿變革性技術創新的時代，帶來了無數日常活動的變化。在這樣的背景下，隨著全新商業模式的涌現，提供商品與服務的舊方式被急劇改變或徹底拋棄，毫米波5G手機產品的設計也面臨全新的挑戰。

白石墨烯片在射頻天線的應用

六方氮化硼

六方氮化硼（h-BN）這種二維結構材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個原子厚度。但是兩者很大的區別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導體。與石墨烯不同的是，h-BN的導熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術層面上講，一個聲子即是一組原子中的一個準粒子）。

結構

有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個方向上沿著傳導平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網狀層面，互相重疊，構成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數兩者也頗為相近。

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