【大比特導(dǎo)讀】5G時(shí)代的來臨，對信號、電力傳輸提出了“高速、高效”等要求，這對連接器的材質(zhì)、性能、設(shè)計(jì)等都提出了挑戰(zhàn)，近日在慕尼黑會(huì)展舉辦的連接器創(chuàng)新論壇上，了解了中航光電、博威合金、KMD等連接器行業(yè)專家有關(guān)5G時(shí)代連接器的機(jī)遇以及挑戰(zhàn)的見解。

連接器作為電子鏈路中不可或缺的一個(gè)器件，是慕尼黑上海站的重點(diǎn)展示版塊之一，吸引了諸如中航光電、廣瀨電機(jī)、住友電工、羅森伯格等國內(nèi)外強(qiáng)勁的連接器龍頭企業(yè)。5G時(shí)代的來臨，對信號、電力傳輸提出了“高速、高效”等要求，這對連接器的材質(zhì)、性能、設(shè)計(jì)等都提出了挑戰(zhàn)，近日在慕尼黑會(huì)展舉辦的連接器創(chuàng)新論壇上，了解了中航光電、博威合金、KMD等連接器行業(yè)專家有關(guān)5G時(shí)代連接器的機(jī)遇以及挑戰(zhàn)的見解。

博威合金：智慧材料持續(xù)為客戶創(chuàng)造價(jià)值

博威合金是國內(nèi)領(lǐng)先的材料行業(yè)的先進(jìn)制造企業(yè)，是我國有色合金新材料國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要制定單位，目前擁有的專利有185+，制定的國家標(biāo)準(zhǔn)有17+。論壇上博威合金帶來的主題是：智慧材料·為客戶持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值，分享了有關(guān)連接器材料的選材問題。

連接器的功能就是在電路中充當(dāng)橋梁，實(shí)現(xiàn)電號、信號的低損耗連接，但連接器本身的接觸電阻顯著高于其連接的兩部分，是整個(gè)鏈路中相對比較薄弱的部分。這是目前連接器發(fā)展的一個(gè)“瓶頸”。

5G應(yīng)用具有“大電流、大電壓”的特點(diǎn)，目前的連接器，相當(dāng)于讓電力信號從“快車道”聚集在“過路口”，對傳輸速度形成了阻礙，為改變這種情況，需要在設(shè)計(jì)連接器時(shí)考慮非常多的因素，博威合金從選材的角度對此進(jìn)行了分析。

博威合金認(rèn)為選材優(yōu)先考慮導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。材料的導(dǎo)電性越高，連接器的接觸電阻會(huì)更小、溫升會(huì)更低，而材料的導(dǎo)熱率越高，連接器的傳輸熱量能力更好、溫升更低。

其次選材要考慮材料的力學(xué)性能，連接器需要考慮的力學(xué)性能包括屈服強(qiáng)度以及彈性模量，這些因素會(huì)影響連接器的保持力。保持力太大會(huì)影響連接器的可分離特征，此外插拔會(huì)導(dǎo)致連接器額外的磨損;保持力太小又會(huì)使得連接器的接觸電阻增大，降低其可靠性。

最后還要考慮選材的耐熱性能、耐腐蝕性能、焊接性能、材料成本、加工成型成本等，根據(jù)連接器的使用環(huán)境盡可能的增大其連接可靠性以及壽命，需要從材料的眾多性能中尋找平衡點(diǎn)。

博威合金提到目前大多數(shù)的連接器材料都是使用銅合金，因?yàn)殂~的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及可獲得性、成本等都非常好，但強(qiáng)度較差，所以使用銅合金。但實(shí)際上我們目前所采用的諸如青銅、白銅、黃銅的導(dǎo)電率和強(qiáng)度都不能兼得。

應(yīng)對5G應(yīng)用的發(fā)展，連接器材料必然要滿足高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性能，為此博威合金在不斷地研發(fā)覆蓋高導(dǎo)電、高強(qiáng)度以及兼顧導(dǎo)電和強(qiáng)度的平衡態(tài)合金。博威合金目前推出的解決方案有銅鉻鋯合金boway18150、boway18160、boway18400;銅鎳硅合金boway70250、boway70260、boway19010、boway19005;碲銅合金PW14500等，具有更優(yōu)良的強(qiáng)度、導(dǎo)電性能以及耐高溫性能，適用于于汽車、5G通信的高速背板連接器等行業(yè)。

KMD：確保5G時(shí)代的穩(wěn)定高效連接

KMD(凱美龍)是專注于提供連接器板帶材料的全球化公司，是通信連接器材料的國際供應(yīng)商，客戶包括華為、安費(fèi)諾、莫仕、SCI等大企業(yè)。KMD帶來的主題是如何確保5G時(shí)代的穩(wěn)定高效連接?分享了5G時(shí)代帶來連接器變化以及制造新要求。

5G時(shí)代是一個(gè)高速互連、萬物相連的時(shí)代，相比4G時(shí)代具有了新的特征：高頻高速和高穩(wěn)定性;大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸;傳輸方式上的多端輸入輸出等。其中大數(shù)據(jù)的高速穩(wěn)定存儲(chǔ)和傳輸成為5G時(shí)代越來越關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)，這要求連接器擁有更高的導(dǎo)電性和強(qiáng)度，以保證穩(wěn)定的連接。此外微型號的連接器正在成為時(shí)代趨勢。

5G時(shí)代個(gè)人智能消費(fèi)終端數(shù)量以及數(shù)據(jù)量正在雙增長。根據(jù)思科等咨詢機(jī)構(gòu)的預(yù)測，未來的5-10年，數(shù)據(jù)量將以每年20%的速度遞增，其中個(gè)人消費(fèi)終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正逐漸上升，預(yù)測其在2030年將達(dá)到總數(shù)據(jù)量的53%。這意味著在未來諸如智能手機(jī)、平板電腦、智能穿戴以及VR/AR設(shè)備等消費(fèi)終端產(chǎn)品將得到極大的發(fā)展，同時(shí)對數(shù)據(jù)的傳輸和儲(chǔ)存提出了更高的要求。據(jù)預(yù)測2017-2022年，個(gè)人智能終端設(shè)備的增長量達(dá)到10%，而數(shù)據(jù)增長量將達(dá)到30%。

同時(shí)全球大數(shù)據(jù)高速處理中心的蓬勃發(fā)展將成為必然趨勢，預(yù)測從2016-2024年大數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將以每年17.2%的復(fù)合增長率增長，而其中亞太新興市場2016-2022年將以24%的比例快速增長，成為全球增長較快的區(qū)域。

面對數(shù)據(jù)的快速增長，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)連接器穩(wěn)定、高速、可靠的傳輸?KMD從材料的角度進(jìn)行解答。KMD指出具有高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱的性能銅合金是最合適的連接器材料，而5G 時(shí)代對銅合金帶材提出了新要求：高強(qiáng)度/低延伸率/高韌性/較高的導(dǎo)電率;優(yōu)秀的沖壓性能及表面質(zhì)量;合適插入力。

KDM以新型的連接器端子魚眼端子為例，因其不需要焊接同時(shí)可以保持穩(wěn)定連接而廣泛應(yīng)用于通訊連接器領(lǐng)域，但是對原材料的設(shè)計(jì)、制造工藝提出了更高的要求：1. 由于要求長時(shí)間保持正壓力、接觸穩(wěn)定因此需要高于700MPa的屈服強(qiáng)度并同時(shí)具有極好的抗應(yīng)力松弛水平(≥80%，120°C/1000h);2.由于在制造過程中需要先將厚度0.23-0.25mm打薄到0.15-0.18mm后再成型，因此需要較高的折彎性能(韌性)(R/T=2,180°);3. 數(shù)據(jù)傳輸速度要求更高，因此導(dǎo)電率需要從之前40%IACS提高至45-60%IACS;4. 由于端子小型化，因此未來成型方向可能平行于銅帶軋制方向，因此對于材料各向同性要求越來越高。

綜合上述，新合金材料要具有更高的強(qiáng)度、韌性以及導(dǎo)電性能特點(diǎn)，同時(shí)對于表面要求提出了低粗糙系數(shù)/高硬度/低電阻/長久穩(wěn)定性等特殊要求。KMD帶來的解決方案包括高強(qiáng)高導(dǎo)高韌的C7025合金裸帶材料及有特殊性能的Sn13(熱錫)和Sn28M(SnAg)鍍層。

中航光電：高速互聯(lián)技術(shù)發(fā)展研討

中航光電是我國連接器的龍頭企業(yè)，“國家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心”，產(chǎn)品廣泛用于航空航天、軍用電子、新能源汽車、通信與數(shù)據(jù)中心、軌道交通等。中航光電帶來的主題是高速互聯(lián)技術(shù)發(fā)展研討，分享高速互聯(lián)的發(fā)展趨勢以及高速連接器的設(shè)計(jì)工藝。

根據(jù)IT信息咨詢公司IDC的預(yù)測，2020年全球的數(shù)據(jù)總量將達(dá)到35ZB(1ZB=109TB=1012GB=1015MB)，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到173ZB。而高速連接器的需求將以每年20%以上的速度增長。

高速連接器以往都是被國際連接器巨頭企業(yè)所壟斷，國內(nèi)2000年開始接觸，2010年才真正起步。隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展，高速連接器在我國重大工程中使用的比例逐漸提高，比如量子通信和量子計(jì)算機(jī)、云計(jì)算、國家網(wǎng)絡(luò)空間安全、5G/北斗導(dǎo)航。

5G相對3/4G來說，傳輸速率以及傳輸量提升10倍不止，在5G架構(gòu)的支持下，未來車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等成為可能。各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域跟隨5G的步伐均在往高速化方向發(fā)展，原來的高速互聯(lián)產(chǎn)品已經(jīng)承受不起如此大的數(shù)據(jù)量傳輸。

中航光電將“高速互聯(lián)”比作“高速公路”，高速公路為提升車流量做出的改變是增加車道數(shù)、提升單車行駛速度。類比到高速互聯(lián)產(chǎn)品，3G-5G的發(fā)展就是一個(gè)增加通道數(shù)的過程，5G基站的布站數(shù)是3G的1000倍，4G的10倍;其次5G的數(shù)據(jù)信號的傳輸速度更快，單個(gè)信號電平承載數(shù)據(jù)量更多。

高速連接器的突破是5G持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，中航光電指出目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單通道25Gpbs

鏈路，但也遇到了瓶頸：25Gpbs以上的背板面臨著鏈路損耗增大、散熱難以及成本高等問題。25Gpb往上發(fā)展需要使用更先進(jìn)高端的板材，材料成本以及加工成本均比較高，同時(shí)25Gpb背板散熱采用背板打孔的方法，而超過25Gpbs的背板散熱將更難。

論壇上中航光電帶來了三個(gè)解決方案：

一、傳統(tǒng)背板向正交背板發(fā)展

即減少中間的背板，兩主板間進(jìn)行互聯(lián)。優(yōu)點(diǎn)：正交架構(gòu)大大縮減了業(yè)務(wù)板卡與交換矩陣板卡之間的高速信號傳輸距離(減少了一塊背板的距離)，進(jìn)而鏈路傳輸?shù)乃p會(huì)減少，為高速信號穩(wěn)定傳輸提供了硬件架構(gòu)基礎(chǔ)。

二、傳統(tǒng)的背板向線纜背板轉(zhuǎn)變：

即用高速線纜替代背板。優(yōu)點(diǎn)：線纜本身的制造工藝非常成熟、高速線纜本身的損耗比PCB少很多、高速線纜可實(shí)現(xiàn)短距離的互聯(lián)通信，因此這將是一種極具成本效益的高效互聯(lián)解決方案。缺點(diǎn)：線纜的加工效率低，焊接的效率要遠(yuǎn)低于抗壓效率。

三、傳統(tǒng)的背板轉(zhuǎn)向正交線纜背板方案。

中航光電在上述三個(gè)方案都有布局開發(fā)56/112Gpbs，其認(rèn)為第三個(gè)方案將是未來的主流。中航光電目前擁有的56Gpbs的高速連接產(chǎn)品有GF5高速背板連接器、GF5Z高速夾層自對插連接器、BGA高速夾層自對插連接器等。正在預(yù)研的112Gpbs高速連接產(chǎn)品有GF6系列高速背板連接器、GF6系列高速正交(OD)連接器等。

總結(jié)

隨著新基建的加速落地，5G賦能各行各業(yè)，未來世界必定是智能化、數(shù)據(jù)化、科技化的，每天將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，需要通過連接器進(jìn)行穩(wěn)定又高速的傳輸，這對連接器的材質(zhì)、性能、整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程都提出了挑戰(zhàn)。因此連接器產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)要跟隨5G步伐，提前對連接器未來走向進(jìn)行預(yù)測和布局，同時(shí)還要意識(shí)到未來的產(chǎn)品是以個(gè)性化為主的，無論是材料產(chǎn)商或是連接器產(chǎn)商都需要進(jìn)行數(shù)字化的轉(zhuǎn)型，智能化地與客戶進(jìn)行協(xié)同合作，從連接器的生產(chǎn)商逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用方案的解決商，提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。