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5G通讯滤波器组件压铸材料的选择


2020 年开始,5G 应用支持的频段数量将实现翻番,新增50 个以上通信频段,全球2G/3G/4G/5G 网络合计支持的频段将达到91 个以上。理论上来讲,单个频段的射频信号处理需要2 个滤波器。由于多个滤波器会集成在滤波器组中,而滤波器器件与频段数量之间的关系并非简单线性比例关系。但频段增多之后,滤波器设计的难度及滤波器数量大幅增加是确定的趋势,相应的价值量和销售数量都将倍增。




5G基站和滤波器的高需求也带动其产业链上的压铸供应商,如滤波器腔体和基站散热壳体的发展。


图   通讯基站滤波器组件


毛胚产品壁厚2.8mm,填充长度340mm。腔内多独柱,无连接无支撑。大件壁薄易变型。产品结构复杂,空间小,公差要求高,对模具的精度,抛光,表面硬度要求非常高。



图   散热腔体


散热腔体高导热率,导热率180W/m.K以上(常规压铸130W/m.K),并已经大批量生产压铸件;满足产品气密性IP67。


2019支撑中国压铸行业的5G通讯领域雷声大雨点小。根据三大营运商(中国移动、中国电信、中国联通)的年报,2017年全国基站约为389万台,预计5G时代,基站数是4G的1.5倍,达约580万台。但是,在4G饱和5G开始规模化建设的2019年,呈现出雷声音大雨点小的特征。大规模批量化生产预计在2020-2022年达到高峰,预期2026年完成建设。5G基站的规模建设将驱动滤波器、光模块市场规模大幅增长。


我们假设每个基站有3面天线,每面天线有64只滤波器,预计5G时代我国共需要15.8亿只滤波器。



滤波器压铸铝合金材料选择

          

铝合金具有密度小、机械强度高、减震性能好、铸造性能优异、易电镀、喷涂,具有良好的导热,耐蚀性及抗氧化等优点,一直是通讯滤波器腔体压铸件材料的首选。随着产品对耐腐性能和导热性要求的进一步提高,滤波器材质由ADC12、ALSI12更换成欧标43400并广泛应用。


一、ADC12、ALSI12、43400材料主要成分对比



二、合金中各元素的主要作用



三、 分析材料各元素对产品机械性能、热传导率,防腐性能、切削性能、压铸工艺性的影响,制定出适用于滤波器腔体压铸的43400铝合金的企业内部标准。


①铝合金中硅的作用有两点:

第一是增加流动性,但这点主要是对重力铸造等很低压强下的充填而言。检测与实践都表明,不加硅的铝合金和加了硅的合金在超过1MPa的充型压强下,充型性能差异不大,而现在压铸生产中压射充型压强均达到30MPa以上,即使流动性最差的合金、如变形铝合金及变形镁合金,都不存在充型不足的困难。

第二点,也是铝合金中硅作用的最重要的一点,也是大家最容易忽略的一点。硅的作用是减少“液-固”相的相变体积收缩率。特别是高硅铝合金,当硅含量达到20%左右时如B390,ADC14铝合金,相变体积可以保持不变。由于铝合金压铸属于单方向的高压强充型铸造,不具备有反向补缩作用。正是这个原因压铸行业才特意配制相变收缩率比较低,含硅量高的铝合金牌号。


②硅含量的降低,压铸件毛坯在同样的压铸条件下,缩孔、疏松现象严重,合格率明显降低。主要原因是硅含量的降低导致铝合金体积收缩率较大。


③产品壁厚位置加工后出现大面积的气孔、缩孔的原因已分析出来。所以在硅的配比上踪合滤波器腔体热传导的要求及压铸工艺性,取上限10.5-11%配制。在后续模具浇排系统的改善、压铸工艺参数的设计上,保证合金在液相转化为固相时,能及时得到补缩的方向上进行改善,从而提高产品的致密度减少缩孔及疏松的形成。


④硅及铜含量的降低,产品的机械强度降低,热裂倾向增加。合金的延伸率增强,变得更软。顶出时易变形甚至开裂。一方面通过Mg和Mn 含量的配比提高机械强度,并在压铸工艺参数设定时,调整冷却时间、顶出速度及顶出力及脱模剂的喷涂,解决产品顶出时的变形及开裂的缺陷。


⑤元素Mn的作用,锰能阻止铝合金的再结晶过程,提高再结晶温度并能显著细化结晶晶粒。再结晶的细化,主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶粒长大起阻碍作用。过多的MnAl6能溶解杂质铁形成(Fe,Mn)Al6减少铁的有害影响。故锰的含量也不能太高,控制在0.30-0.40%范围内。


⑥Fe的含量低于0.7%则不易脱模,含铁量太高时,形成金属间的化合物FeAl3、Fe2Al7枝状结晶并形成硬点,当铁含量超过1.2%时会降低合金的流动性。故Fe的含量控制在0.75-0.85%。


⑦在铝合金中加入少量的镁,可提高强度和屈服极限并提高切削加工型及耐腐蚀性能,可细化晶粒。


根据各元素的影响,结合滤波器腔体的特点和要求及压铸的工艺性制定自己企业的合金标准。




四、国内滤波器生产商


5G通讯的核心就是基站,基站就是BSS中BTS,英文:Base Transceiver Station,顾名思义:基站收发台,里面包括很多模块,其中主要的就是射频器件,射频器件主要包括各种类型的滤波器、双工器、合路器、塔放、馈电单元、功分器、耦合器、天线控制单元等产品。



国内上市公司中做基站滤波器、双工器、合路器、塔防的等。主要就是四家公司分别为武汉凡谷,大富科技,春兴精工,东山精密。


武汉凡谷:2019年前三季度实现营业收入11.98亿元,同比增长41.48%;净利润1.18亿元,同比增长322.49%。公司第三季度实现营收4.05亿元,同比增长31.68%;实现归属于上市公司股东的净利润为4830万元,同比增长186.02%。从官网上看凡谷主要做塔顶放大器(俗称塔放)、合路器、滤波器、微波陶瓷介质、微波器件(雷达天线)。



大富科技:营业收入549,281,963.78元,同比增长28.00%;归属于上市公司股东的净利润6,881,220.95元,同比增长113.58%。2019年初至报告期末:营业收入为1,834,591,864.71元,比上年同期增长37.76%;归属于上市公司股东的净利润为48,131,257.19元,比上年同期增长169.17%。从官网上看大富科技主要做:滤波器、双工器(就是一个接收端滤波器和一个发射端滤波器组成)、塔防、陶瓷介质。



春兴精工:实现营业收入23.15亿元,同比增长79%;归属于上市公司股东的净利润1088.6万元,同比下降22.70%;归属于上市公司股东的扣除非经常性损益的净利润774.49万元,同比下降54.27%;前三季度实现营业收入56.74亿元,同比增长57.12%;归属于上市公司股东的净利润2672.96万元,同比下降39.47%;归属于上市公司股东的扣除非经常性损益的净利润1532.30万元,同比下降62.23%。从官网上看春兴精工主要做:滤波器、基站散热片、汽车零部件等压铸产品的。



东山精密:前三季度实现营收163.69亿元,同比增长22.09%;净利润8.88亿元,同比增长31.14%。其中第三季度净利润4.86亿元,同比增长16.45%。从官网上看东山精密主要做:滤波器双工器、合路器、塔防、天线、陶瓷介质、及软性电路板、封装。



总结一下,单纯从业绩上看,东山精密、凡谷、大富、春兴这个排序,并且从官网上看,东山精密的产品线很全面,射频器件端基本都涉及到。主要靠并购其他公司,丰富了产品线,从一家和春兴差不多的压铸公司跻身到了通信产品公司。也同时收到了各机构的青睐。



文章来源: 压铸铝合金阳极氧化产业研究,作者hjt


5G基站加速落地,工信部透露2020全年将新建50万个5G基站,为保证后续的各种5G设备的信号传输工作,除了5G非金属材料、精密金属结构件也将迎来新一波需求高峰,欢迎5G终端,基站等通讯设备制造商,半固态压铸、吹胀板、液态金属、粉末冶金等金属加工、设备、铝/镁合金、不锈钢等材料厂商加入一起交流。



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