直驅技術助力5G通訊時代智能制造升級

5G商用牌照的發(fā)放，為新一輪電子設備升級注入了新動力，由此激發(fā)了上游裝備制造產業(yè)的新需求，催生了智能裝備產業(yè)的革新。5G時代帶來的黎明前的曙光，有望為“2019寒冬之年”帶來新的發(fā)展機遇。本文根據廣州市昊志機電股份有限公司產品經理鐘添明先生在7月份由中國傳動網、中國直驅產業(yè)聯(lián)盟主辦的“5G時代下，智能裝備產業(yè)的挑戰(zhàn)與機遇”年中論壇上的發(fā)言所整理成文。

5G通訊的基本特點

5G作為新一代的移動通信技術，對移動通信提出了更高的要求，它不僅在速度而且還在功耗、時延等多個方面有了全新的提升，由此將帶來應用業(yè)務的巨大變化，互聯(lián)網的發(fā)展也將從移動互聯(lián)網進入到智能互聯(lián)網時代。5G技術以其高速度、低延時、泛在網、低功耗等特點，被稱為通向產業(yè)互聯(lián)網的“高速公路”，推動著各個產業(yè)鏈進行智慧變革。5G通訊所具備的重要特性，可大大推動遠程醫(yī)療、工業(yè)控制、遠程駕駛、智慧城市、智慧家居等應用的普及，其基本特性主要包括以下幾個方面。

1、高速度

相對于4G技術，5G通訊要解決的第一個問題就是高速度。網絡速度提升，用戶體驗與感受才會有較大提高。目前5G正常的速度已經達到4.6Gbps，峰值到達6.5Gbps，是4G的十倍。這樣的高速度給對速度有很高要求的業(yè)務提供了機會和可能，隨著新技術的普及應用，未來還將會有更多的開發(fā)空間。

2、低時延

5G通訊的新應用場景包括無人駕駛、工業(yè)自動化的高可靠連接等。4G最快時延是98ms，而5G對于時延的最低要求是1毫秒，甚至更低。這就對網絡提出了嚴苛的要求。而5G是物聯(lián)網、智能制造、自動駕駛和遠程醫(yī)療等這些新應用領域的必然要求。

要滿足低時延的要求，需要大量的技術進行配合，減少時延。邊緣計算等技術和傳統(tǒng)網絡結合起來，這樣的技術也會被采用到5G的網絡架構中，對特的領域提供的更高品質的服務和保障。

3、泛在網

泛在網是指網絡廣泛覆蓋，并且是縱深覆蓋，使每一個角落都有網絡。隨著業(yè)務的發(fā)展，網絡業(yè)務需要無所不包，廣泛存在。只有這樣才能支持更加豐富的業(yè)務，才能在復雜的場景中使用。一定程度上，泛在網比高速度還重要，只是建一個少數地方覆蓋、速度很高的網絡，并不能保證5G的服務與體驗，因此，泛在網才是5G應用體驗的一個根本保證。

4、低功耗

5G要支持大規(guī)模物聯(lián)網應用，就必須要對功耗有要求。如果把功耗降下來，就可以大大改善用戶體驗，促進物聯(lián)網產品的快速普及，滿足5G應用對于低功耗物聯(lián)網的建設需要。例如，目前最新上市的手機終端都開始采用7nm生產工藝，使得產品的通訊速度和功耗上都有了很大的提升，相比之前的10nm工藝，速度至少提升20%，功耗降低40%，這些對于手機終端廠家來說，在生產制造工藝上也將帶來很大的影響。

5、PCB板加工難點上升

5G通訊基站覆蓋范圍小，使得未來小基站數量大幅上升，根據Yole的調查數據顯示，到2025年，5G網絡總的建設基站數將達到1442萬個。同時，隨著頻段增多，頻率升高，5G基站對高頻高速材料（覆銅板）需求增加，這也對PCB板的加工制造工藝提出了更高的要求，更高精度的生產設備成為了必須。

5G直驅技術解決方案應運而生

2019年，廣州市昊志機電股份有限公司入選“廣東省工業(yè)和信息化廳第一批5G+工業(yè)互聯(lián)網應用示范園區(qū)”名單，昊志機電是一家專業(yè)從事高精密機電一體化的核心功能部件研發(fā)設計、生產制造、銷售與維修服務的環(huán)保型高新技術企業(yè)。圍繞5G時代的特定需求，昊志機電推出了一系列針對5G通訊基站、PCB鉆孔設備等直驅技術解決方案。

首先在基站方面，5G通訊傳輸速度加快，功耗也會越來越大，隨之帶來了成本升高和環(huán)境污染等問題，為此，作為導熱結構件之一的散熱器在5G基站設備中的應用也將發(fā)揮越來越重要的作用。但目前在散熱器的加工過程中仍然存在著鋁材尺寸大、槽和螺紋掛耳多、切削量大、硬度高、基材粘黏現(xiàn)象嚴重、異型孔加工需求多等難點。

傳統(tǒng)的基站散熱器的加工方案一般是采用伺服絲杠傳動+外驅主軸的方式，產品的表面質量差、生產效率低、主軸啟停慢。這是因為這類方案使用的多是外驅主軸，極限轉速低，靜態(tài)動態(tài)偏擺大，組合精度低，所以表面質量比較差；另外外置電機體積大，無法進行多頭加工導致效率低；攻牙轉速低，故會使主軸啟停慢（攻牙轉速低1000rpm-3000rpm）。

為了解決上述難題，昊志機電開發(fā)出以永磁同步高速電主軸+直線電機的解決方案，有效地解決了以上應用問題。與傳統(tǒng)方案相比，電主軸比外驅主軸效率高、啟?？臁⑥D速高、表面質量好；直線伺服比旋轉伺服速度高、精度保持性好、效率高、維護成本低。這使得新方案的主軸切削效率可提升1倍；機臺綜合效率至少提升30%；表面質量大幅度提升，且不變形、不崩邊、形位精度高。

無論是基站還是通訊終端，設備的基礎都是PCB板材，5G技術的發(fā)展不僅對PCB板的應用有所提升，同時對材料的變化也有影響。隨著5G時代的到來，推動PCB板材量價齊升，與4G應用相比，在價格上，PCB板的單位價格至少為4G的2.5倍；在用量上則是4G通訊的3倍。特別是在高頻高速板材的應用上，5G高頻基材主要用在基站天線、衛(wèi)星天線、微波天線；高速基材主要用在背板、RRU、BBU環(huán)節(jié)。PCB板的材質變化由FR-4過渡到高頻高速覆銅板CEM-3，面積更大，層數和孔數多（2層-12層），且孔越來越?。?.3mm以下占80%以上）。

傳統(tǒng)的PCB鉆孔解決方案一般是采用20萬轉氣浮電主軸+旋轉伺服絲杠的方式，但該方案速度效率低、精度保持較差、噪音大、維護成本較高。而昊志機電研發(fā)出以25萬轉高速氣浮主軸+直線電機的新方案，有效解決了上述缺陷。與傳統(tǒng)方案相比，該方案由大推力、低推力波動、溫升低的直線電機；高穩(wěn)定氣缸；超長壽命拉刀機構等部件組成，PCB電主軸轉速可達250000RPM，加工效率提升了22%，定位精度提升到37.5%，整體效率提升了25%。

5G通訊是一套復雜的體系，未來5G網絡中的終端也不僅僅只是手機通訊，而是有更多汽車、無人駕駛、家電、公共服務等多種設備的應用場景，因此可以說，4G改變了人們的生活，5G則改變著整個社會，它將會是社會進步、產業(yè)推動、經濟發(fā)展的重要推進器。在5G技術的加持之下，世界正進入一個高度協(xié)同、萬物互聯(lián)的新時代。順應這一發(fā)展趨勢，昊志機電將繼續(xù)圍繞“立足自主技術創(chuàng)新，服務全球先進制造”的發(fā)展戰(zhàn)略目標，著眼于高端裝備制造業(yè)，繼續(xù)以“為助力全球先進裝備制造，提升人類良好體驗而奮斗不止”的企業(yè)使命，不斷提升研發(fā)實力和研發(fā)效率、不斷完善產品種類及體系、持續(xù)拓展海內外市場和應用領域、加快募投項目建設，推動公司向“成為世界頂級裝備核心功能部件設計制造公司”的長遠目標穩(wěn)步邁進。

昊志機電5G通訊高頻高速PCB鉆孔解決方案