【康沃真空網(wǎng)】隨著我國5G商用大幕正式拉開，5G已成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，并逐漸向社會各領(lǐng)域擴(kuò)散與滲透。5G產(chǎn)業(yè)鏈非常廣泛，包含零部件、主設(shè)備、運營商和下游應(yīng)用等環(huán)節(jié)。前期投入主要包括無線設(shè)備、傳輸設(shè)備、基站設(shè)備、小基站、光通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實施等，從應(yīng)用方向上看，5G應(yīng)用包括產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智慧化生活、數(shù)字化治理三大方向。
真空技術(shù)作為一門與應(yīng)用科學(xué)緊密結(jié)合的現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)，在5G產(chǎn)業(yè)鏈中有著廣泛的應(yīng)用。從5G基站中材料和器件的制備過程、承接網(wǎng)中光通信器件的真空檢漏到5G手機(jī)、VR/AR設(shè)備、無人駕駛汽車中核心零部件的制備等，真空技術(shù)都參與其中并廣泛應(yīng)用。
從硬件角度出發(fā)，5G產(chǎn)業(yè)鏈主要分為5G網(wǎng)絡(luò)和5G終端兩個大類。
5G網(wǎng)絡(luò)：5G網(wǎng)絡(luò)一共可以分為三個領(lǐng)域，分別是接入網(wǎng)（包括5G基站及基站配套的電源、天線、射頻器件等）、承載網(wǎng)（包括光纖、光纜、光模塊、光通信設(shè)備等）和核心網(wǎng)（包括服務(wù)器、交換設(shè)備等）。
5G產(chǎn)業(yè)鏈
從硬件角度出發(fā)，5G產(chǎn)業(yè)鏈主要分為5G網(wǎng)絡(luò)和5G終端兩個大類。
5G網(wǎng)絡(luò)：5G網(wǎng)絡(luò)一共可以分為三個領(lǐng)域，分別是接入網(wǎng)（包括5G基站及基站配套的電源、天線、射頻器件等）、承載網(wǎng)（包括光纖、光纜、光模塊、光通信設(shè)備等）和核心網(wǎng)（包括服務(wù)器、交換設(shè)備等）。
5G終端：5G終端指5G技術(shù)的應(yīng)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(lián)網(wǎng)、自動駕駛汽車、工業(yè)自動化、電子醫(yī)療等一系列新的適用于移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景。
2真空技術(shù)在5G接入網(wǎng)的應(yīng)用
1）基片隔離器、環(huán)形器
我國5G系統(tǒng)頻率使用規(guī)劃明確了規(guī)定了3300-3400MHz（原則上限室內(nèi)使用）、3400-3600MHz和4800-5000MHz頻段作為5G系統(tǒng)的工作頻段；規(guī)定5G系統(tǒng)使用上述工作頻段，不得對同頻段或鄰頻段內(nèi)依法開展的射電天文業(yè)務(wù)及其他無線電業(yè)務(wù)產(chǎn)生有害干擾。因此原有4G基站中使用的基片隔離器、環(huán)形器需要技術(shù)升級，才能滿足5G使用需求。
5G基站中使用的基片隔離器/環(huán)形器目前有兩個方面用到真空鍍膜技術(shù)，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(shù)（如PLD激光脈沖沉積）。
2）陶瓷介質(zhì)濾波器
隨著5G基站向著小型化、輕量化和高集成化發(fā)展，基站天線技術(shù)不斷升級，對于濾波器的需求量將大量增加。陶瓷介質(zhì)濾波器憑借低插損、高介電、小尺寸、輕量化和低成本的優(yōu)勢，逐漸成為5G基站濾波器的主流，代替4G基站內(nèi)廣泛使用的金屬腔體濾波器。
目前，陶瓷介質(zhì)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(zhì)陶瓷基體置于無污染零排放的真空鍍膜設(shè)備中，利用高能離子PVD技術(shù)在陶瓷表面鍍制致密的金屬銀層，達(dá)到陶瓷濾波器金屬化目的。
陶瓷介質(zhì)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(guī)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(jī)房其他設(shè)備的能耗， 5G基站能耗將達(dá)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(jìn)行削峰填谷降低電費成本將成為5G基站的標(biāo)配功能。磷酸鐵鋰電池循環(huán)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(guī)模建設(shè)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(nèi)部的電解液因為外殼的不密封性而泄露出來，不僅影響設(shè)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(huán)節(jié)進(jìn)行泄漏測試是十分必要的。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，可以選擇氦質(zhì)譜檢漏儀或是氦氣檢漏系統(tǒng)。
3真空技術(shù)在5G承載網(wǎng)的應(yīng)用
1）光無源器件
光無源器件是不含光能源的光功能器件總稱，在光路中主要實現(xiàn)連接、能量衰減、反向隔離、分路或合路、信號調(diào)制、濾波等功能。
光無源器件對密封性要求極高，如果存在泄漏會影響其使用性能和精度，光通信行業(yè)的漏率標(biāo)準(zhǔn)是小于5×10-9 Pa*m3/s，因此需要進(jìn)行泄漏檢測。氦質(zhì)譜檢漏法利用氦氣作為示蹤氣體，可精確定位漏點，替代傳統(tǒng)泡沫檢漏法和壓差檢漏法，目前已廣泛應(yīng)用于光器件的生產(chǎn)過程中。
2）薄膜濾光片（TFF）
光纖通信的一個優(yōu)勢是可以在一根光纖中同時傳輸數(shù)十個波長，稱作波分復(fù)用（WDM）。WDM傳輸?shù)幕驹枪鈱W(xué)濾波器，可通過光纖熔融拉錐（FBT）、薄膜濾光片（TFF）、陣列波導(dǎo)光柵（AWG）和光學(xué)梳狀濾波等技術(shù)實現(xiàn)。TFF和AWG是最常用的兩種波分復(fù)用技術(shù)。
基于薄膜濾光片的器件被廣泛用于前傳和中傳的波分復(fù)用方案中。薄膜濾光片目前主要使用帶光控的等離子體輔助電子束蒸發(fā)鍍膜（IAD）或者離子束直接濺射鍍膜方式生產(chǎn)。
5G承接網(wǎng)中使用的薄膜濾光片，通過鍍膜工藝，將SiO2和Ti2O5交替沉積在濾光器表面上，沉積厚度為分子層量級，根據(jù)需要，沉積層從幾層到幾百層不等。層數(shù)越多，通過的響應(yīng)譜曲線越接近矩形，濾波器性能越優(yōu)越。
4真空技術(shù)在5G終端的應(yīng)用
1）5G手機(jī)
5G手機(jī)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(jī)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(tǒng)的陽極氧化鋁合金染色工藝，光學(xué)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。
某品牌手機(jī)極光色玻璃背板
5G手機(jī)電磁屏蔽膜
5G手機(jī)Massive MIMO天線數(shù)量多，高頻高速趨勢明顯，對電磁屏蔽需求進(jìn)一步提高。通常情況下，5G手機(jī)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(yīng)用于FPC及相關(guān)組件，在電磁屏蔽和吸波領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)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(qiáng)度高、接地電阻低等特點。5G手機(jī)中的電磁屏蔽膜主要以真空卷繞式磁控濺射的方式生產(chǎn)。
5G手機(jī)OLED顯示屏
按照手機(jī)面板的背板工藝來看，5G顯示屏主要分為柔性O(shè)LED、剛性O(shè)LED、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(yīng)速度快、省電等優(yōu)勢，已成為5G手機(jī)的核心配件。
OLED材料的制備和真空鍍膜技術(shù)密切相關(guān)，其中真空蒸鍍是OLED制造工藝的關(guān)鍵，直接影響著OLED屏幕顯示。蒸鍍機(jī)的工作就是把OLED有機(jī)發(fā)光材料精準(zhǔn)、均勻、可控地蒸鍍到基板上；同時，OLED有機(jī)發(fā)光材料的制備也需要在真空環(huán)境下進(jìn)行。
5G手機(jī)攝像頭和濾光片
從3G-4G-5G，每一代的通信網(wǎng)絡(luò)的升級都意味著更大信息量的吞吐。目前，主流5G手機(jī)無一例外增加了攝像頭數(shù)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(jī)攝像頭的鏡頭數(shù)和紅外截止濾光片數(shù)量明顯增加，大大增加了光學(xué)鍍膜的需求量。
2）VR/AR設(shè)備
4G時代，智能手機(jī)迅速發(fā)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(shè)備。
無論是VR還是AR設(shè)備，其核心特征都是新型顯示系統(tǒng)。除了圖像顯示器件外，更為關(guān)鍵的是近眼顯示（Near-eye Display）光學(xué)透鏡組。AR和VR設(shè)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(dǎo)幾種方案，以平面光波導(dǎo)為主流。目前基于平面光波導(dǎo)技術(shù)解決方案的光學(xué)器件主要通過光學(xué)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(shù)主要應(yīng)用于鏡片內(nèi)側(cè)的防霧氣膜與鏡片減反射膜的制備。
VR/AR設(shè)備（效果圖）
3）智能家居
5G技術(shù)將促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，為智能家居提供通訊基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)已出現(xiàn)一系列智能家居產(chǎn)品，例如：智能臺燈、智能安保系統(tǒng)、智能窗簾、智能溫控系統(tǒng)、智能音響系統(tǒng)等。無論是智能家居本身的生產(chǎn)過程還是實現(xiàn)“物物”互通的通訊系統(tǒng)，都與真空技術(shù)密不可分。
5發(fā)展真空技術(shù)，助力5G產(chǎn)業(yè)
5G作為新一代移動通信技術(shù)，服務(wù)對象從人與人通信拓展到人與物、物與物通信，應(yīng)用領(lǐng)域從移動互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到移動物聯(lián)網(wǎng)，開辟了萬物泛在互聯(lián)、人機(jī)深度交互、智能引領(lǐng)變革的新征程，代表了新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展方向和戰(zhàn)略制高點。
真空技術(shù)作為不斷發(fā)展的一門現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)，廣泛應(yīng)用于5G產(chǎn)業(yè)的方方面面。未來，中科科儀將持續(xù)強(qiáng)化真空技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，聚焦5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)，立足戰(zhàn)略新興行業(yè)，為5G技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)力量。
