2G到5G，LCP行业如何实现量价齐升

 

随着5G手机渗透率的提升，以及5G频段增加带来的天线数量的增加，以及频率升高，空间减小带来的天线工艺的升级，天线行业有望迎来高增长。

 

2G到3G到4G

天线行业实现量价齐升

 

通讯技术快速发展，终端天线量价齐升。随着通讯技术的不断发展，智能手机的无线功能不断增加，频段增多，带动了单机天线数量的增多。同时，传输升级，频率升高，天线的设计要求提升，为了实现无线信号快速且高效的传输，天线的制备工艺和材料不断改进，提升了单一天线的价值量。

 

 

量增：无线功能增加、应用频率增多，终端天线单机使用量提升。

 

无线功能增加：初代iPhone的无线功能仅包含移动网络、WiFi和蓝牙，具备通话和无线上网功能。为了实现无线定位功能，iPhone 3GS增加了GPS天线；为了实现无线支付功能，iPhone 6则新增了NFC天线，新出的iPhone X更是增加了无线充电功能。

 

 

应用频段增加：蜂窝网络由单模到多模多频，到全网通和全球通；WiFi天线也从单频发展到双频模式，以及载波聚合的推广，至2018年6月，3GPP定义的4G LTE频段已达66个，加上载波聚合的频段组合数量超过1500个，应用频率的增加带动了对应天线数量的增加。5G频段数将迎来更大的增长。

 

 

 

接收分集和MIMO技术提升智能手机天线数量。MIMO技术的升级直接增加天线数量，从最早的单天线收发（一根蜂窝天线）一根天线，到接收分集的1TR2（两根蜂窝天线），到2*2MIMO（两根蜂窝天线），到4*4 MIMO（四根主天线）。

 

 

价升：天线设计和制备复杂度提升，带动价值量提高

 

手机内部空间压缩，天线数量增多，高度集成+轻薄，设计难度增加，带动天线价值量提升。智能手机功能的增加，一方面使得手机内部功能模块数量增多，另一方面增加了手机的耗电量，电池体积提升，严重压缩了手机内部的空间，iPhone X的结构跟iPhone初代相比已经非常拥挤。全面屏设计更是进一步压缩了为天线预留的净空区域，天线的集成度需求不断提高，使得设计难度增加，带动天线价值量提升。

 

 

5G时代：

sub6G和毫米波天线朝两个方向发展

 

天线从2G/3G/4G到5G，是纯粹的增量。例如加载5G手机中，之前4G/3G的功能都会同时存在，以前的天线都会存在，因此对于天线而言，通信技术的升级，对于不同制式的天线是累加而不是替代。

 

5G分两方面：sub6G和毫米波段：

 

sub 6：3~5G之间；

 

毫米波段：严格来讲是30GHz以上，实际应用的时候是24~86G左右。

 

 

Sub-6GHz采用MIMO天线， 传统的天线加工方式仍适用：

 

更高数量的MIMO：为了提高传输速率，sub-6G将采用MIMO天线并且增大MIMO天线的数量，比如8X8MIMO、16X16MIMO等；sub-6G跟传统4G天线一样，馈电口都是独立的；目前4G手机已经做到了4X4 MIMO。

 

传统的天线加工方式仍适用，insert-molding、LDS、FPC和金属件等传统天线加工工艺都没有问题。5G天线+无线充电，金属去背板是必然趋势。

 

 

毫米波段采用阵列天线，天线发生巨大变化：

 

5G毫米波将采用阵列天线，在天线制作原理以及加工工艺上与传统天线都有很大的不同。

 

通过波束成型提升信号传输距离：5G毫米波由于频率高，传输距离短，只能通过阵列天线以及波束成型来增加天线的增益，以克服在空气中传输距离短的问题；因此5G天线由原来4G的全向天线变为了定向天线。

 

通过“移相器+衰减算法”减少信号受阻衰减：波束成形模块只提高了毫米波的传输能力，但没有解决信号受到阻碍物衰减过快的问题，目前主要有两种解决方案：一是利用数字相移器与衰减器的算法，来控制波束追踪手机用户，以维持讯号的稳定度；二是增加波束成形模块的数量，以达到通信无死角的设计方案。

 

毫米波天线需要新的加工工艺：可分为线阵、方阵。天线尺寸跟工作频率成反比，毫米波的频率变高，天线尺寸变小，简单的加工形式精度不够，还得借助于其他的加工形式，如高通毫米波天线模块采用的LTCC工艺。

 

 

MIMO天线和毫米波阵列天线对比：

 

 

以高通5G天线模组为例，看5G天线变化：

 

7月23日，高通宣布推出全球首款面向智能手机和其他移动终端的全集成5G新空口毫米波及6GHz以下射频模组：Qualcomm QTM052毫米波天线模组系列、Qualcomm QPM56xx 6GHz以下射频模组系列。高通表示，QTM052天线模块等上述最新零组件目前正在送样客户，预计将内建在2019年初第一批问世的5G手机当中。

 

 

支持波束成形、波束导向和波束追踪技术应对毫米波三大难题。毫米波通信有三大难点：①全向发射时，能量发散比较快，传输距离有限；②米波频谱容易被楼宇、人体等阻挡、反射和折射；③毫米波受限于很多空间因素，比如水分子等。高通推出的QTM052毫米波天线模组，可与骁龙X50 5G调制解调器协同工作并形成完整系统，可支持波束成形 、波束导向和波束追踪技术，从而显著改善毫米波信号的覆盖范围及可靠性。

 

 

模组化，整合天线和射频前端，提升性能。高通QTM052天线模组把天线以及射频前端包括收发器和放大器等都整合在一个模组里面，在这个模组内把天线预先整合好，提前做好天线的调整工作，让所有器件都能更智能地协同工作，从而很容易形成波束，保障信息传输质量。

 

 

5G手机放量将打开天线行业增长新空间：

 

预期5G商用初期，智能型手机仍将以支持Sub-6GHz频段为主，5G毫米波手机则可能由电信营运商客制新的款式，并仅在特定市场销售，2021年以后放量增长。在营运商网络部署初期，28GHz的毫米波手机难有实质使用效益，加上成本与体积问题依旧存在， 5G智能型手机前期将以支持Sub-6GHz频段为主。

 

根据yole预测，预计在2025年销售的所有手机中有34％将连接到5G-Sub 6GHz网络，20％将连接到5G mmWave网络。2025年将有5.64亿的手机将能连接5G mmwave波段的网络。

 

 

据预测，天线市场空间将由2018年的22.3 亿美元增加到2022年的30.8 亿美元，复合增速8.4%。随着后面毫米波手机的放量，天线行业将迎来更大的增长。

 

 

 

不止是天线

LCP 和m-PI在5G时代将共存

 

LCP优势明显，应用不只是天线

 

LCP（Liquid-crystal polymers）是一种液晶体聚合物，LCP软板是以LCP为基板做成的，而普通的软板用PI做的基板；除此之外，普通的FCCL需要黏胶将基板和铜箔粘合起来，而LCP则是直接和铜箔热压粘合，因此可以做得更薄。

 

 

LCP天线优点很多：

 

（1）低介电常数和损耗正切角小适合高频通信；

（2）介电常数和损耗正切角在各种环境下保持稳定；

（3）热可塑性可无需额外黏合层而实现叠层。

 

 

不止天线，LCP有三大应用：

 

（1）射频传输性能，替代传统的射频同轴线缆。比如从iPhone5s开始，苹果就用LCP传输线替代了射频同轴线。LCP连接线 vs 同轴连接线：a）LCP能够做多层，更薄，更节省空间；b）LCP可弯折，走线更方便，LCP天线具有更高的可绕性，可整合多条传输线并与机身贴合；

（2）射频传输线和天线的集成方案。iPhone X开始采用的LCP天线就是此方案。

（3）替代部分PFC/PCB的功能，SMT一些元器件；LCP-FPC vs PI-FPC：LCP高频性能好；低吸水性；可做更多层。

 

 

LCP天线的四大难点：

 

（1）LCP薄膜：加工制成技术门槛高，膜的厚度控制，均匀性很难；

（2）FCCL 压铜：LCP膜是热熔型的，是用无胶工艺压上去的，对于温度以及工艺控制难度高；

（3）激光打孔：LCP软板层数很多，钻孔很难，目前村田用的埋容埋感技术，嘉联益用的激光打孔（设备提供：ESIO；激光打孔设备也是增量，传统FPC用的机械打孔）；

（4）BTB能力：LCP线是通过BTB连接器连接到主板的，BTB以前都是传数字信号多，对于一些高频特性，信号连续性等考虑不多，而LCP的BTB连接器要用专门的LCP粒子注塑来做，现在基本只有村田在做。

 

 

以LCP天线作为例子，LCP产业链包括：LCP树脂、LCP薄膜、FCCL、LCP-based FPC、LCP天线模组，其中：

 

LCP（液晶体聚合物）粒子：日本（宝理，住友，松下，东丽）、美国（杜邦，泰科纳）；

 

LCP薄膜：加工制成技术门槛高。Superex（美国）、Kuraray（日本）、Primatec/村田（日本）等；

 

FCCL：村田/primatec、杜邦（美国）、松下（日本）、 azotek（台湾）；

 

FPC：村田、嘉联益、台郡；

 

LCP模组：包括弯折、测试、SMT（BTB）等环节。村田、安费诺等。

 

 

5G时代m-PI和LCP会共存

 

2017年iPhone X中使用的4块LCP材料，分别是：上下天线模块、3Dsensing摄像头部分、两层主板直接的链接部分。

 

 

5G时代m-PI和LCP会共存，中低频采用m-PI，高频采用LCP。由于LCP短期由于价格较贵，而m-PI在中低频段具有性价比优势，因此国金电子认为5G时代，中低频将采用m-PI，高频将采用LCP，二者将会共存。

 

LCP短期存在的问题：价格贵

 

① LCP材料短缺：目前LCP薄膜材料主要掌握在日系厂商手中，主要有Primatec和日商Kuraray，Primatec已经被村田收购因此材料仅供内部使用，唯一剩下Kuraray可以供货其他厂商，且在供货稳定度上仍有可能不佳；

 

②资本开支较大：LCP软板层数更高，有些甚至到10层以上，必须使用激光打孔技术，机械设备投资远高于传统的软板；因此综合成本高。

 

③ 制造难度大，良率仍需提升：由于LCP较脆，制造模组环节中做弯折测试时，容易折断，良率较低，由于本身LCP材料价格贵，这会进一步太高成本。

 

m-PI的优势：中低频段性价比优势

 

m-PI软板的介电常数，吸湿性和传输损耗都介于PI软板和LCP软板之间，特别是随着工艺的改进，在中低频段，性能与LCP几乎比肩，而价格相对LCP要便宜。