【大比特導讀】5G時代的來臨，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、性能、設計等都提出了挑戰，近日在慕尼黑會展舉辦的連接器創新論壇上，了解了中航光電、博威合金、KMD等連接器行業專家有關5G時代連接器的機遇以及挑戰的見解。
連接器作為電子鏈路中不可或缺的一個器件，是慕尼黑上海站的重點展示版塊之一，吸引了諸如中航光電、廣瀨電機、住友電工、羅森伯格等國內外強勁的連接器龍頭企業。5G時代的來臨，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、性能、設計等都提出了挑戰，近日在慕尼黑會展舉辦的連接器創新論壇上，了解了中航光電、博威合金、KMD等連接器行業專家有關5G時代連接器的機遇以及挑戰的見解。
博威合金：智慧材料持續為客戶創造價值
博威合金是國內領先的材料行業的先進制造企業，是我國有色合金新材料國家和行業標準主要制定單位，目前擁有的專利有185+，制定的國家標準有17+。論壇上博威合金帶來的主題是：智慧材料·為客戶持續創造價值，分享了有關連接器材料的選材問題。
連接器的功能就是在電路中充當橋梁，實現電號、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，是整個鏈路中相對比較薄弱的部分。這是目前連接器發展的一個“瓶頸”。
5G應用具有“大電流、大電壓”的特點，目前的連接器，相當于讓電力信號從“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，需要在設計連接器時考慮非常多的因素，博威合金從選材的角度對此進行了分析。
博威合金認為選材優先考慮導電性、導熱性。材料的導電性越高，連接器的接觸電阻會更小、溫升會更低，而材料的導熱率越高，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性能，連接器需要考慮的力學性能包括屈服強度以及彈性模量，這些因素會影響連接器的保持力。保持力太大會影響連接器的可分離特征，此外插拔會導致連接器額外的磨損;保持力太小又會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，根據連接器的使用環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。
博威合金提到目前大多數的連接器材料都是使用銅合金，因為銅的導電性和導熱性以及可獲得性、成本等都非常好，但強度較差，所以使用銅合金。但實際上我們目前所采用的諸如青銅、白銅、黃銅的導電率和強度都不能兼得。
應對5G應用的發展，連接器材料必然要滿足高強度和高導電性能，為此博威合金在不斷地研發覆蓋高導電、高強度以及兼顧導電和強度的平衡態合金。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，具有更優良的強度、導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。
KMD：確保5G時代的穩定高效連接
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商，客戶包括華為、安費諾、莫仕、SCI等大企業。KMD帶來的主題是如何確保5G時代的穩定高效連接?分享了5G時代帶來連接器變化以及制造新要求。
5G時代是一個高速互連、萬物相連的時代，相比4G時代具有了新的特征：高頻高速和高穩定性;大數據的存儲和傳輸;傳輸方式上的多端輸入輸出等。其中大數據的高速穩定存儲和傳輸成為5G時代越來越關鍵的技術挑戰，這要求連接器擁有更高的導電性和強度，以保證穩定的連接。此外微型號的連接器正在成為時代趨勢。
5G時代個人智能消費終端數量以及數據量正在雙增長。根據思科等咨詢機構的預測，未來的5-10年，數據量將以每年20%的速度遞增，其中個人消費終端產生的數據量正逐漸上升，預測其在2030年將達到總數據量的53%。這意味著在未來諸如智能手機、平板電腦、智能穿戴以及VR/AR設備等消費終端產品將得到極大的發展，同時對數據的傳輸和儲存提出了更高的要求。據預測2017-2022年，個人智能終端設備的增長量達到10%，而數據增長量將達到30%。
同時全球大數據高速處理中心的蓬勃發展將成為必然趨勢，預測從2016-2024年大數據中心市場規模將以每年17.2%的復合增長率增長，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域。
面對數據的快速增長，應該如何實現連接器穩定、高速、可靠的傳輸?KMD從材料的角度進行解答。KMD指出具有高導電、高導熱的性能銅合金是最合適的連接器材料，而5G 時代對銅合金帶材提出了新要求：高強度/低延伸率/高韌性/較高的導電率;優秀的沖壓性能及表面質量;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可以保持穩定連接而廣泛應用于通訊連接器領域，但是對原材料的設計、制造工藝提出了更高的要求：1. 由于要求長時間保持正壓力、接觸穩定因此需要高于700MPa的屈服強度并同時具有極好的抗應力松弛水平(≥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. 數據傳輸速度要求更高，因此導電率需要從之前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度、韌性以及導電性能特點，同時對于表面要求提出了低粗糙系數/高硬度/低電阻/長久穩定性等特殊要求。KMD帶來的解決方案包括高強高導高韌的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：高速互聯技術發展研討
中航光電是我國連接器的龍頭企業，“國家認定企業技術中心”，產品廣泛用于航空航天、軍用電子、新能源汽車、通信與數據中心、軌道交通等。中航光電帶來的主題是高速互聯技術發展研討，分享高速互聯的發展趨勢以及高速連接器的設計工藝。
根據IT信息咨詢公司IDC的預測，2020年全球的數據總量將達到35ZB(1ZB=109TB=1012GB=1015MB)，預計2025年將達到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所壟斷，國內2000年開始接觸，2010年才真正起步。隨著5G通信技術的發展，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算機、云計算、國家網絡空間安全、5G/北斗導航。
5G相對3/4G來說，傳輸速率以及傳輸量提升10倍不止，在5G架構的支持下，未來車聯網、物聯網、自動駕駛等成為可能。各個技術領域跟隨5G的步伐均在往高速化方向發展，原來的高速互聯產品已經承受不起如此大的數據量傳輸。
中航光電將“高速互聯”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、提升單車行駛速度。類比到高速互聯產品，3G-5G的發展就是一個增加通道數的過程，5G基站的布站數是3G的1000倍，4G的10倍;其次5G的數據信號的傳輸速度更快，單個信號電平承載數據量更多。
高速連接器的突破是5G持續發展的基礎，中航光電指出目前已經實現單通道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往上發展需要使用更先進高端的板材，材料成本以及加工成本均比較高，同時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解決方案：
一、傳統背板向正交背板發展
即減少中間的背板，兩主板間進行互聯。優點：正交架構大大縮減了業務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)，進而鏈路傳輸的衰減會減少，為高速信號穩定傳輸提供了硬件架構基礎。
二、傳統的背板向線纜背板轉變：
即用高速線纜替代背板。優點：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、高速線纜可實現短距離的互聯通信，因此這將是一種極具成本效益的高效互聯解決方案。缺點：線纜的加工效率低，焊接的效率要遠低于抗壓效率。
三、傳統的背板轉向正交線纜背板方案。
中航光電在上述三個方案都有布局開發56/112Gpbs，其認為第三個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。正在預研的112Gpbs高速連接產品有GF6系列高速背板連接器、GF6系列高速正交(OD)連接器等。
總結
隨著新基建的加速落地，5G賦能各行各業，未來世界必定是智能化、數據化、科技化的，每天將產生海量的數據，需要通過連接器進行穩定又高速的傳輸，這對連接器的材質、性能、整個設計制造過程都提出了挑戰。因此連接器產業鏈上的企業要跟隨5G步伐，提前對連接器未來走向進行預測和布局，同時還要意識到未來的產品是以個性化為主的，無論是材料產商或是連接器產商都需要進行數字化的轉型，智能化地與客戶進行協同合作，從連接器的生產商逐步轉變為應用方案的解決商，提供更優質的產品。
