英冠高技术陶瓷

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2022

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陶瓷产品在5G领域中的应用


  随着5G商业化在中国的正式开放,5G已经成为数字经济转型的关键基础设施,并逐渐普及和渗透到社会的各个领域。5G产业链非常广泛,包括零部件、主要设备、运营商和下游应用。初期投资主要包括无线设备、传输设备、基站设备、小型基站、光通信设备、网络规划与实施等。从应用方向来看,5G应用包括工业数字化、智能生活、数字治理三大方向。
  真空技术作为一门与应用科学紧密结合的现代基础科学,已经广泛应用于5G产业链。从5G基站的材料和器件的制备过程,到网络中光通信器件的真空检漏,再到5G手机、VR/AR设备、无人驾驶汽车中核心部件的制备,真空技术都有所涉及,应用广泛。以下小系列将带你进入5G产业链,探索真空技术在5G产业链中的应用。
  1、5G产业链
  从硬件上看,5G产业链主要分为5G网络和5G终端。 5G网络:5G网络可分为三个区域,即接入网(包括5G基站及其配套电源、天线、射频设备等。),承载网(包括光纤、光缆、光模块、光通信设备等。)和核心网(包括服务器、交换设备等。).
  5G终端:5G终端是指5G技术的应用端,包括3D通信、超清晰视频、在线AR/VR、云办公、云游戏,以及物联网、自主车、工业自动化、电子医疗等一系列适用于移动互联网和物联网的新应用场景。
  2、真空技术在5G接入网的应用
  1)基片隔离器、环形器
  我国5G系统频率使用计划明确规定:3300-3400MHz(原则上室内使用上限),3400-3600MHz,4800-5000MHz频段为5G系统的工作频段;规定5G系统应当使用上述工作频段,不得对同频段或者相邻频段的射电天文业务和依法开展的其他无线电业务造成有害干扰。因此,原有4G基站中使用的基片隔离器和环行器需要升级,以满足5G的要求。
  目前5G基站使用的基片隔离器/环行器在两个方面采用真空镀膜技术,一是在陶瓷表面制作金属底电极,二是利用真空镀膜技术自行制备YIG薄膜。(如PLD激光脉冲沉积)
  2)陶瓷介质滤波器
  随着5G基站朝着小型化、轻量化、高集成度的方向发展,基站的天线技术不断升级,对滤波器的需求将大大增加。陶瓷介质滤波器以其低插入损耗、高介电、体积小、重量轻、成本低等优点,逐渐成为5G基站滤波器的主流,取代了4G基站中广泛使用的金属腔体滤波器。 目前陶瓷介质滤波器的金属化方案主要是银浆工艺和真空镀膜工艺。在真空镀膜过程中,将洁净的多腔微波介质陶瓷基片置于无污染、零排放的真空镀膜设备中,利用高能离子PVD技术在陶瓷表面镀上致密的金属银层,从而达到陶瓷滤波器金属化的目的。
  3)磷酸铁锂电池
  5G基站使用更大的阵列天线和更高的带宽,单站满负荷功率接近3800W,是4G基站功耗的3.5倍。考虑到机舱内其他设备的能耗,5G基站的能耗将达到5300W,单个基站的备用电量需要21.2KWh。
  随着5G基站的功耗大幅增加,用待机功率削峰填谷来降低用电成本将成为5G基站的标准功能。磷酸铁锂电池的循环寿命是铅酸电池的4倍,倍率性能好,支持快速充电,温度范围宽,更适合搭配5G基站备用电源。所以5G基站的大规模建设会带来对磷酸铁锂电池需求的增加。
  锂电池制备过程中,需要对外壳的焊接部分进行查漏。如果锂电池内部的电解液因为外壳的密封性而泄漏出来,不仅会影响设备的使用寿命,还会对操作人员造成伤害。因此,在锂电池的组装和密封过程中有必要进行泄漏试验(圆柱形和棱柱形单元是焊接的)。根据生产工艺的不同,可以选择氦质谱检漏仪或氦检漏系统。
  3、真空技术在5G承载网的应用
  1)光无源器件
  光无源器件是不含光能源的光功能器件总称,在光路中主要实现连接、能量衰减、反向隔离、分路或合路、信号调制、滤波等功能。光无源器件对密封性要求极高,如果存在泄漏会影响其使用性能和精度,光通信行业的漏率标准是小于5×10-9 Pa*m3/s,因此需要进行泄漏检测。氦质谱检漏法利用氦气作为示踪气体,可精确定位漏点,替代传统泡沫检漏法和压差检漏法,目前已广泛应用于光器件的生产过程中。
  2)薄膜滤光片(TFF)
  光纤通信的一个优点是几十个波长可以同时在一根光纤中传输,这被称为波分复用(WDM)。WDM传输的基本组成部分是光学滤波器,可以通过光纤熔锥(FBT)、薄膜滤波器(TFF)、阵列波导光栅(AWG)和光学梳状滤波来实现。TFF和AWG是两种最常用的波分复用技术。 基于薄膜滤波器的器件广泛用于前向传输和传输的波分复用方案中。目前,薄膜滤光片主要采用光学控制的等离子体辅助电子束蒸发镀膜(IAD)或离子束直接溅射镀膜生产。
  5G载体网所用的薄膜过滤器,二氧化硅和二氧化钛通过镀膜工艺交替沉积在过滤器表面,沉积厚度为分子层的数量级,沉积层根据需要从几层到几百层不等。层数越多,响应谱曲线越接近矩形,滤波器性能越好。
  4、真空技术在5G终端的应用
  1)5G手机
  5G手机背板镀膜
  5G通信使用高频信号,对高频信号有明显屏蔽的金属手机背板将逐渐退出市场舞台,取而代之的是玻璃背板和陶瓷背板。
  由于传统的阳极氧化铝合金染色工艺无法使用,光学装饰涂层成为玻璃染色的首选工艺。在陶瓷背板的制造过程中,磁控溅射镀膜逐渐成为印刷logo和装饰条纹的首选。
  5G手机电磁屏蔽膜
  5G手机有很多Massive MIMO天线,高频高速化趋势明显,进一步增加了电磁屏蔽需求。通常5G手机厂商会在FPC(柔性印刷电路板)上压盖膜和电磁屏蔽膜来解决电磁屏蔽问题。
  电磁屏蔽膜是一种电磁屏蔽材料,目前主要用于FPC及相关部件,在电磁屏蔽和吸波领域具有广阔的应用空间。电磁屏蔽膜需要具有屏蔽效率高、厚度薄、重量轻、抗弯曲、剥离强度高、接地电阻低的特点。5G手机中的电磁屏蔽膜主要采用真空卷绕磁控溅射的方法制作。
  5G手机OLED显示屏
  根据手机面板的背板技术,5G显示屏主要分为四类:柔性OLED、刚性OLED、低温多晶硅LTPS-LCD和非晶硅α-Si-LCD。而OLED屏幕以其响应速度快、功耗低的优势成为5G手机的核心配件。
  OLED材料的制备与真空镀膜技术密切相关,其中真空蒸发是OLED制造工艺的关键,直接影响OLED屏幕显示。蒸发机的工作是准确、均匀、可控地蒸发衬底上的OLED有机发光材料;同时,OLED有机发光材料的制备也需要在真空环境下进行。
  5G手机摄像头和滤光片
  从3G-4G-5G,每一代的通信网络的升级都意味着更大信息量的吞吐。目前,主流5G手机无一例外增加了摄像头数量,单个摄像头的像素提升也成为显著趋势。在这一趋势下,手机摄像头的镜头数和红外截止滤光片数量明显增加,大大增加了光学镀膜的需求量。
  2)VR/AR设备
  4G时代,智能手机发展迅速。随着5G时代的到来,人们不禁要猜测下一代消费电子终端会是什么样子。其中,VR/AR设备最为流行。
  无论是VR还是AR设备,其核心特点都是新的显示系统。除了图像显示设备,近眼显示光学透镜组更为关键。AR和VR设备的镜头方案不同,下面分别介绍。
  目前AR透镜方案主要有棱镜、自由曲面和光波导,以平面光波导为主流。目前,基于平面光波导技术的光学器件主要通过光学镀膜来制造。 目前VR镜头方案主要采用菲涅尔透镜,真空镀膜技术主要应用于镜头内侧防雾膜和防反射膜的制备。
  3)智能家居
  5G技术将促进物联网快速发展,为智能家居提供通讯基础。目前,国内已出现一系列智能家居产品,例如:智能台灯、智能安保系统、智能窗帘、智能温控系统、智能音响系统等。无论是智能家居本身的生产过程还是实现“物物”互通的通讯系统,都与真空技术密不可分。
  5发展真空技术,助力5G产业
  5G作为新一代移动通信技术,服务对象从人际传播扩展到人际传播,应用领域从移动互联网扩展到移动物联网。开辟了万物无处不在互联互通、人机深度互动、智能引领变革的新征程,代表了新一代信息通信技术的发展方向和战略制高点。
  真空技术作为一门正在发展的现代基础科学,广泛应用于5G行业的各个方面。未来,中科易科将继续加强在真空技术领域的领先地位,专注于5G、人工智能、物联网等前沿技术,立足战略性新兴产业,为5G技术发展和产业化做出持续贡献。
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