隨著5G腳步愈來愈近，截至2019年4月底，已經(jīng)有包括OPPO、華為、vivo、小米、中興、聯(lián)想、三星、一加等諸多終端廠商發(fā)布了5G原型機(jī)。中國(guó)聯(lián)通5G測(cè)試手機(jī)全部到位并已公布首批5G手機(jī)價(jià)格?？梢钥隙ǖ氖莾赡旰?，5G手機(jī)將成為市場(chǎng)的絕對(duì)主角。

5G手機(jī)，正一觸即發(fā)。本報(bào)告將圍繞5G手機(jī)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和設(shè)計(jì)獨(dú)特性，解構(gòu)5G手機(jī)的發(fā)展路徑和背后產(chǎn)業(yè)鏈。

5G手機(jī)的芯片

5G手機(jī)設(shè)計(jì)具有一般手機(jī)設(shè)計(jì)的通用性，但由于5G是全新的通信技術(shù)，面臨新的適配問題和技術(shù)特征，以下部分將從芯片、天線、材質(zhì)、攝像頭、電池和其他等多方面解析5G手機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵及背后的產(chǎn)業(yè)鏈。

標(biāo)準(zhǔn)未定，芯片先行，只有一顆5G的芯片，才能根本定性5G手機(jī)身份。因此5G芯片是5G手機(jī)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵一環(huán)。

1、5G芯片的進(jìn)程

芯片和終端產(chǎn)品都需要一年到幾年不等的開發(fā)周期，如果等5G頻段確定后再進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)顯然難以在5G市場(chǎng)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此我們看到即便需要面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)未定帶來的諸多挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈各方早已積極投入5G研發(fā)。

在當(dāng)前階段，已經(jīng)發(fā)布或已有消息即將發(fā)布的5G基帶芯片共有7款，分屬于高通、海思、聯(lián)發(fā)科、紫光展銳、英特爾和三星這幾大產(chǎn)業(yè)鏈上核心廠商。

2、破解“捆綁式”5G芯片勢(shì)在必行

雖然各家基帶芯片看似蓄勢(shì)待發(fā)，但行至此刻，5G標(biāo)準(zhǔn)未定還是讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)面臨亟需破局時(shí)刻，即如何破解“捆綁式”5G芯片。

有分析認(rèn)為，之所以目前的5G基帶芯片并未完全整合，并非廠商能力不足，而是廠商考慮到5G最終的標(biāo)準(zhǔn)還未完全落地，頻譜的分配方案和5G牌照的相關(guān)發(fā)放工作還在梳理，運(yùn)營(yíng)商的組網(wǎng)方式也在測(cè)試過程中，這時(shí)如果完全押寶一種方案，則存在的風(fēng)險(xiǎn)無法評(píng)估。

在這種情況下，手機(jī)廠商采用捆綁式5G芯片可以理解。采用捆綁式芯片，廠商能迅速實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)通信，見效最快、一針見血。同時(shí)一兩年內(nèi)還是以4G為主，所以5G外掛4G是當(dāng)下最合理的選擇。此外，5G手機(jī)的特點(diǎn)是多天線，干擾情況復(fù)雜，折中方案就是選擇外掛5G芯片，同時(shí)對(duì)于成本的降低也能做到最優(yōu)。

5G手機(jī)的天線

5G天線是5G手機(jī)收發(fā)裝置，因?yàn)?G天線特征，使得5G手機(jī)的天線收發(fā)設(shè)計(jì)成為5G手機(jī)的另一個(gè)主要環(huán)節(jié)。

1、5G低頻天線：累加而不是替代

在5G時(shí)代，由于頻段的客觀現(xiàn)狀，天線的適配正朝sub 6GHz和毫米波天線兩個(gè)方向發(fā)展，天線從2G/3G/4G到5G，是純粹的增量。5G手機(jī)中，此前4G/3G的功能都會(huì)同時(shí)存在，以前的天線也都會(huì)存在，因此對(duì)于天線而言，通信技術(shù)的升級(jí)，對(duì)于不同制式的天線是累加而不是替代。

為了提高傳輸速率，sub-6G將采用MIMO天線并且增大MIMO天線的數(shù)量，比如8x8MIMO、16x16MIMO等。

2、5G毫米波天線：擺放更復(fù)雜

而5G毫米波天線的分布則會(huì)復(fù)雜很多，業(yè)界將采用陣列天線，在天線制作原理以及加工工藝上與傳統(tǒng)天線都有很大的不同。

5G毫米波由于頻率高，傳輸距離短，只能通過陣列天線以及波束成型來增加天線的增益，以克服在空氣中傳輸距離短的問題，因此5G天線由原來4G的全向天線變?yōu)榱硕ㄏ蛱炀€。

波束成形模塊只提高了毫米波的傳輸能力，但沒有解決信號(hào)受到阻礙物衰減過快的問題，目前主要有兩種解決方案：一是利用數(shù)字相移器與衰減器的算法，來控制波束追蹤手機(jī)用戶，以維持訊號(hào)的穩(wěn)定度；二是增加波束成形模塊的數(shù)量，以達(dá)到通信無死角的設(shè)計(jì)方案。

毫米波天線需要新的加工工藝，可分為線陣、方陣。天線尺寸跟工作頻率成反比，毫米波的頻率變高，天線尺寸變小，簡(jiǎn)單的加工形式精度不夠，還得借助于其他的加工形式，如高通毫米波天線模塊采用的LTCC工藝。

3、產(chǎn)業(yè)鏈上下受益

天線模組廠商也受益于5G時(shí)代。

高通于2018年最新發(fā)布的5G毫米波天線模組(QTM525)，同時(shí)支持6 GHz以下5G和LTE的全新單芯片14納米射頻收發(fā)器，以及6GHz以下射頻前端模組，提供面向全部主要頻譜頻段的新一代從調(diào)制解調(diào)器到天線的完整解決方案。

經(jīng)過多年的投入，天線隱形冠軍廠商碩貝德也在5G射頻前端模組方面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品突破，已實(shí)現(xiàn)了從24GHz到43GHz全頻段覆蓋的技術(shù)突破。此外，國(guó)內(nèi)外廠商立訊精密和Murata等廠商不斷加入戰(zhàn)局搶占份額，也將引起市場(chǎng)的多重變化。此外，在天線設(shè)備對(duì)應(yīng)的射頻芯片方面，巨頭Qorvo、Skyworks將繼續(xù)領(lǐng)跑。。

不過需要注意的是，上述提及的天線供應(yīng)商提供的并不是一體化的完整解決方案，手機(jī)廠商往往需要根據(jù)自身處理器類型等特點(diǎn)，進(jìn)行手機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)和性能適配。而這項(xiàng)軟硬件的設(shè)計(jì)研發(fā)工作比4G時(shí)代要復(fù)雜得多，對(duì)智能手機(jī)廠商的研設(shè)計(jì)和量產(chǎn)都提出了新挑戰(zhàn)。

5G手機(jī)的材料

散熱和電磁屏蔽是手機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，5G手機(jī)以其更高的運(yùn)算動(dòng)力和高頻多模特性，導(dǎo)致散熱和電磁屏蔽面臨新的挑戰(zhàn)。

1、散熱技術(shù)、材料需升級(jí)

因?yàn)?a href="http://hljzzgx.com/v/" target="_blank">智能手機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)輕薄的過度追求，內(nèi)部空間其實(shí)非常狹小，本身散熱難度已經(jīng)較高。而5G手機(jī)使用時(shí)，高功耗芯片也必然會(huì)帶來大的發(fā)熱量，在不能從芯片層面解決問題的現(xiàn)狀下，只能寄望于散熱材料。

目前智能手機(jī)上采用的散熱技術(shù)主要包括石墨稀熱輻射貼片散熱、金屬背板散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱以及導(dǎo)熱銅管散熱。

從以上四種散熱技術(shù)特點(diǎn)以及智能手機(jī)整體設(shè)計(jì)趨勢(shì)來看，適用于5G手機(jī)的散熱方案將向著超薄、高效的方向發(fā)展。如此來看，石墨烯熱輻射材料以及陶瓷等新品類導(dǎo)熱材料更符合5G手機(jī)的散熱需求，不過仍須有進(jìn)一步的技術(shù)升級(jí)。

另外，全新的高性能導(dǎo)熱材料也是發(fā)展方向之一。以小米等手機(jī)廠商為例，開始將陶瓷材料進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用。

供應(yīng)鏈層面，有Laied、Choemerics、Bergquist、Graf Tech、碳元科技、中石科技、飛榮達(dá)等國(guó)內(nèi)外企業(yè)。隨著國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈廠商技術(shù)不斷升級(jí)，5G手機(jī)時(shí)代有望長(zhǎng)期綁定國(guó)內(nèi)手機(jī)廠商。

2、電磁屏蔽，材料升級(jí)是重點(diǎn)

5G時(shí)代由于高頻、高速的通信需求，對(duì)智能手機(jī)內(nèi)部的電磁屏蔽也有了新的要求。

同時(shí)，由于5G增加多個(gè)新頻段，并與3G、4G的頻段相兼容，在電磁方面的串?dāng)_也會(huì)比較嚴(yán)重；毫米波級(jí)別的傳播也對(duì)電磁屏蔽要求更高。因此，需要在電磁屏蔽材料方面進(jìn)行大幅升級(jí)。

供應(yīng)鏈層面，電磁屏蔽目前已經(jīng)有著較為穩(wěn)定的市場(chǎng)格局，材料主要由Laied、3M、Nolato等國(guó)外知名廠商壟斷。不過，在巨大市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，我國(guó)長(zhǎng)盈精、中石科技、飛榮達(dá)等不斷自主研發(fā)，已經(jīng)逐漸具備生產(chǎn)中高端電磁屏蔽材料和器件方面的能力。

分析指出，目前廣泛應(yīng)用的電磁屏蔽器件主要包括導(dǎo)電塑料器件、導(dǎo)電硅膠、金屬屏蔽器件、導(dǎo)電布襯墊、吸波器件等，而屏蔽材料主要是金屬類和填充類。隨著5G手機(jī)的到來，電磁屏蔽材料將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優(yōu)良的方向升級(jí)，新材料將在電磁屏蔽的創(chuàng)新應(yīng)用中得到更多發(fā)展。諸如壓合覆蓋膜、電磁屏蔽膜，將成為解決電磁屏蔽問題的重要可選方案。

也有分析認(rèn)為，可以將板級(jí)屏蔽罩與散熱產(chǎn)品加以融合，或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)金屬屏蔽和各種吸波材料相結(jié)合，抑或組合不同種類的泡棉織物，利用一款集成解決方案，在設(shè)計(jì)和性能層面解決產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來的電磁屏蔽難題。

5G手機(jī)的電池

高功耗是目前5G手機(jī)設(shè)計(jì)中難以避免的困窘，如此一來，電池續(xù)航方面的問題就會(huì)更加凸顯。

新材料突破瓶頸難除

鋰電池最早于1991年商用，之后成為電子設(shè)備的標(biāo)配。從功能手機(jī)時(shí)代到智能手機(jī)時(shí)代，鋰電池的地位一直穩(wěn)固，而5G手機(jī)時(shí)代將近，鋰電池或仍擔(dān)重任。

不過，新材料、新技術(shù)仍然是手機(jī)電池產(chǎn)業(yè)的重要探索方向。

以石墨烯材料為例，有著高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、高強(qiáng)度和剛度等諸多優(yōu)良特性，在儲(chǔ)能、光電器件、化學(xué)催化等諸多領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，也是目前高性能電池突破的關(guān)鍵性材料。

目前，中日韓美均有眾多企業(yè)選擇在石墨烯電池上進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，也印證了石墨烯電池將是未來電池產(chǎn)業(yè)上的制高點(diǎn)。無論是哪家成功將石墨烯材質(zhì)電池投入量產(chǎn)并且封鎖相關(guān)專利，這都會(huì)給產(chǎn)業(yè)鏈上下游造成相關(guān)的專利壁壘，同時(shí)會(huì)給企業(yè)營(yíng)收和全球地位提升帶來巨大的幫助。

但是，也有業(yè)內(nèi)人士指出，石墨烯表面特性受化學(xué)狀態(tài)影響巨大，批次穩(wěn)定性、循環(huán)壽命等問題也比較突出。目前，因?yàn)榱慨a(chǎn)和成本問題，石墨烯電池?zé)o法在短期內(nèi)徹底取代鋰電池，所以也只能從技術(shù)上對(duì)鋰電池進(jìn)行補(bǔ)充完善。

5G手機(jī)的發(fā)展

基于上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析，我們對(duì)于5G手機(jī)的變革創(chuàng)新、市場(chǎng)規(guī)模、價(jià)格走勢(shì)、渠道和格局做出基本的判斷。

1、5G手機(jī)設(shè)計(jì)在變革中創(chuàng)新

毫無疑問，5G手機(jī)正在帶來手機(jī)的全新變革，改變手機(jī)設(shè)計(jì)的諸多模式。

在芯片方面，捆綁式5G芯片僅是權(quán)宜之計(jì)，未來基帶芯片集成到SoC上還是大趨勢(shì)；配套的天線環(huán)節(jié)，5G手機(jī)天線個(gè)數(shù)面臨增加而不是替代，毫米波天線擺放則更復(fù)雜，需要考慮功耗和纖薄化問題；而5G手機(jī)主流散熱技術(shù)則需升級(jí)，電磁屏蔽新材料需開發(fā)；此外，5G時(shí)代更多考慮攝像，而且是超高清視頻；在5G手機(jī)電池這一環(huán)節(jié)，材料瓶頸難除，快充技術(shù)將補(bǔ)材料短板；最后需要指出的是，5G融合AI將成為今后重要的趨勢(shì)。

隨著5G手機(jī)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，也將催生新的產(chǎn)業(yè)鏈和配套格局。5G芯片、天線、攝像頭、AI、電池等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正準(zhǔn)備就緒，變局正來。

2、5G手機(jī)市場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，5G相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到15萬億美元。中國(guó)擁有5G基站數(shù)650萬，用戶數(shù)3億個(gè)，用戶覆蓋率達(dá)58%。

而5G換機(jī)高峰期將出現(xiàn)在2020-2023年，屆時(shí)手機(jī)出貨量將恢復(fù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)5G用戶滲透率將從10%提升到60%左右，5G換機(jī)潮將帶動(dòng)國(guó)內(nèi)智能手機(jī)出貨量恢復(fù)增長(zhǎng)。

Gartner指出，到了2020年，5G手機(jī)的年銷量將會(huì)達(dá)到6500萬部，屆時(shí)產(chǎn)業(yè)鏈滲透率將突破100%，5G將成為通信市場(chǎng)的主導(dǎo)技術(shù)環(huán)節(jié)。

據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，國(guó)產(chǎn)手機(jī)四大品牌華為、小米、OPPO以及vivo皆位居世界前六，其在國(guó)內(nèi)共占據(jù)約八成市場(chǎng)份額，而在世界范圍內(nèi)市占率為37%，目前國(guó)產(chǎn)手機(jī)成為國(guó)內(nèi)乃至全球的重要主導(dǎo)力量。因此多維度綜合看來，在4G到5G的升級(jí)迭代上，中國(guó)廠商將成5G手機(jī)主要玩家。

3、5G手機(jī)價(jià)格走勢(shì)預(yù)測(cè)

首批5G手機(jī)將于2019年6月發(fā)布，價(jià)格將超過10000元，首批發(fā)布5G手機(jī)的品牌將有9家，分別是華為、OPPO、vivo、小米、一加、中興、努比亞、聯(lián)想和三星。

隨著用戶補(bǔ)貼等措施的推進(jìn)，2020年初價(jià)格將回落至5000~6000元。到2020年9月，蘋果將發(fā)布5G手機(jī)加入戰(zhàn)局，國(guó)內(nèi)5G手機(jī)價(jià)格繼續(xù)回落至2000元上下。

千元5G手機(jī)將是5G普及的重要標(biāo)志，按照4G時(shí)代的手機(jī)價(jià)格節(jié)奏，預(yù)計(jì)2022年5G千元手機(jī)將在市場(chǎng)中出現(xiàn)，而2023-2024年，5G手機(jī)的紅利周期基本殆盡，市場(chǎng)中1000元以下的5G手機(jī)將普遍存在。