來源:中科科儀
【康沃真空網】隨著我國5G商用大幕正式拉開，5G已成為數字經濟轉型的關鍵基礎設施，并逐漸向社會各領域擴散與滲透。5G產業鏈非常廣泛，包含零部件、主設備、運營商和下游應用等環節。前期投入主要包括無線設備、傳輸設備、基站設備、小基站、光通信設備、網絡規劃實施等，從應用方向上看，5G應用包括產業數字化、智慧化生活、數字化治理三大方向。
真空技術作為一門與應用科學緊密結合的現代基礎科學，在5G產業鏈中有著廣泛的應用。從5G基站中材料和器件的制備過程、承接網中光通信器件的真空檢漏到5G手機、VR/AR設備、無人駕駛汽車中核心零部件的制備等，真空技術都參與其中并廣泛應用。
5G產業鏈
從硬件角度出發，5G產業鏈主要分為5G網絡和5G終端兩個大類。5G網絡：5G網絡一共可以分為三個領域，分別是接入網（包括5G基站及基站配套的電源、天線、射頻器件等）、承載網（包括光纖、光纜、光模塊、光通信設備等）和核心網（包括服務器、交換設備等）。
圖：5G網絡產業鏈的三個領域
5G終端：5G終端指5G技術的應用端，包括3D通信、超清視頻、在線AR/VR、云辦公、云游戲等，以及物聯網、自動駕駛汽車、工業自動化、電子醫療等一系列新的適用于移動互聯網和物聯網的應用場景。
真空技術在5G接入網的應用
1）基片隔離器、環形器
我國5G系統頻率使用規劃明確了規定了3300-3400MHz（原則上限室內使用）、3400-3600MHz和4800-5000MHz頻段作為5G系統的工作頻段；規定5G系統使用上述工作頻段，不得對同頻段或鄰頻段內依法開展的射電天文業務及其他無線電業務產生有害干擾。因此原有4G基站中使用的基片隔離器、環形器需要技術升級，才能滿足5G使用需求。
5G基站中使用的基片隔離器/環形器目前有兩個方面用到真空鍍膜技術，一是在陶瓷表面制作金屬底電極，二是YIG薄膜本身的制備使用真空鍍膜技術（如PLD激光脈沖沉積）。
圖2：5G基片隔離器
2）陶瓷介質濾波器
隨著5G基站向著小型化、輕量化和高集成化發展，基站天線技術不斷升級，對于濾波器的需求量將大量增加。陶瓷介質濾波器憑借低插損、高介電、小尺寸、輕量化和低成本的優勢，逐漸成為5G基站濾波器的主流，代替4G基站內廣泛使用的金屬腔體濾波器。目前，陶瓷介質濾波器的金屬化方案主要是銀漿工藝和真空鍍膜工藝。其中真空鍍膜工藝為將潔凈的多腔微波介質陶瓷基體置于無污染零排放的真空鍍膜設備中，利用高能離子PVD技術在陶瓷表面鍍制致密的金屬銀層，達到陶瓷濾波器金屬化目的。
圖3：陶瓷介質濾波器真空鍍銀工藝前后對比
3）磷酸鐵鋰電池
由于5G基站使用了更大規模的陣列天線、更高的帶寬，單站滿載功率接近3800W，是4G基站功耗的3.5倍，考慮機房其他設備的能耗， 5G基站能耗將達到5300W，以4小時備用時間計算，單個基站后備電源容量需要21.2KWh。由于5G基站功耗大幅提升，利用備用電源進行削峰填谷降低電費成本將成為5G基站的標配功能。磷酸鐵鋰電池循環壽命是鉛酸電池的4倍，倍率性能好，支持快充，溫度范圍廣，更適合搭配5G基站備用電源。
因此5G基站的大規模建設將會帶來磷酸鐵鋰電池的需求增長。鋰電池制備過程中需要對外殼焊接處檢漏，如果鋰電池內部的電解液因為外殼的不密封性而泄露出來，不僅影響設備使用壽命，同時可能對操作人員造成危害。因此在鋰電池組裝和密封(圓柱形及棱柱形單元通過焊接)環節進行泄漏測試是十分必要的。根據生產工藝的不同，可以選擇氦質譜檢漏儀或是氦氣檢漏系統。
圖：一種磷酸鐵鋰電池殼體的氦質譜檢漏方案
真空技術在5G終端的應用
01、5G手機
5G手機背板鍍膜
5G通訊采用了高頻信號，對高頻信號屏蔽明顯的金屬手機背板將逐漸退出市場舞臺，取而代之的是玻璃背板和陶瓷背板。
由于無法使用傳統的陽極氧化鋁合金染色工藝，光學裝飾鍍膜成為玻璃染色的首選工藝。而在陶瓷背板制造過程中，磁控濺射鍍膜也逐漸成為印制logo、裝飾條紋的首選方案。
圖：某品牌手機極光色玻璃背板
5G手機電磁屏蔽膜
5G手機Massive MIMO天線數量多，高頻高速趨勢明顯，對電磁屏蔽需求進一步提高。通常情況下，5G手機制造商會在FPC（柔性印制線路板）上壓合覆蓋膜和電磁屏蔽膜，從而解決電磁屏蔽問題。
電磁屏蔽膜是一種電磁屏蔽材料，目前主要應用于FPC及相關組件，在電磁屏蔽和吸波領域具有廣闊的應用空間。電磁屏蔽膜需要具備屏蔽效能高、厚度薄、重量輕、耐彎折、剝離強度高、接地電阻低等特點。5G手機中的電磁屏蔽膜主要以真空卷繞式磁控濺射的方式生產。
圖8：FPC上的電磁屏蔽膜
5G手機OLED顯示屏
按照手機面板的背板工藝來看，5G顯示屏主要分為柔性OLED、剛性OLED、低溫多晶硅LTPS-LCD和非晶硅α-Si-LCD四個大類。而OLED屏憑借著其反應速度快、省電等優勢，已成為5G手機的核心配件。
OLED材料的制備和真空鍍膜技術密切相關，其中真空蒸鍍是OLED制造工藝的關鍵，直接影響著OLED屏幕顯示。蒸鍍機的工作就是把OLED有機發光材料精準、均勻、可控地蒸鍍到基板上；同時，OLED有機發光材料的制備也需要在真空環境下進行。
圖：OLED真空蒸鍍示意圖
5G手機攝像頭和濾光片
從3G-4G-5G，每一代的通信網絡的升級都意味著更大信息量的吞吐。目前，主流5G手機無一例外增加了攝像頭數量，單個攝像頭的像素提升也成為顯著趨勢。在這一趨勢下，手機攝像頭的鏡頭數和紅外截止濾光片數量明顯增加，大大增加了光學鍍膜的需求量。
圖：手機攝像頭結構
02、VR/AR設備
4G時代，智能手機迅速發展。隨著5G時代到來，人們不禁會猜測下一代消費電子終端會是什么。而這其中呼聲最高的莫過于VR/AR設備。無論是VR還是AR設備，其核心特征都是新型顯示系統。除了圖像顯示器件外，更為關鍵的是近眼顯示（Near-eye Display）光學透鏡組。AR和VR設備的透鏡方案不同，下面將分別介紹。AR透鏡方案目前主要有棱鏡、自由曲面、光波導幾種方案，以平面光波導為主流。目前基于平面光波導技術解決方案的光學器件主要通過光學鍍膜制造。VR透鏡方案目前主要采用菲涅爾透鏡，其中真空鍍膜技術主要應用于鏡片內側的防霧氣膜與鏡片減反射膜的制備。
圖：VR/AR設備（效果圖）
03、智能家居
5G技術將促進物聯網快速發展，為智能家居提供通訊基礎。目前，國內已出現一系列智能家居產品，例如：智能臺燈、智能安保系統、智能窗簾、智能溫控系統、智能音響系統等。無論是智能家居本身的生產過程還是實現“物物”互通的通訊系統，都與真空技術密不可分。
發展真空技術，助力5G產業
5G作為新一代移動通信技術，服務對象從人與人通信拓展到人與物、物與物通信，應用領域從移動互聯網擴展到移動物聯網，開辟了萬物泛在互聯、人機深度交互、智能引領變革的新征程，代表了新一代信息通信技術的發展方向和戰略制高點。真空技術作為不斷發展的一門現代基礎科學，廣泛應用于5G產業的方方面面。未來，中科科儀將持續強化真空技術領先優勢，聚焦5G、人工智能、物聯網等前沿技術，立足戰略新興行業，為5G技術及產業化發展持續貢獻力量。
