INFOCUS:

A topic from NCAB Group about integrated PCB Production

No 1 2020

5G-nätverken är här

– hur kommer det förändra samhället, företag och mönsterkortsbranschen

MORE ARTICLES ON THIS TOPIC:

Övergången till den nya generationens mobila kommunikation, 5G, har redan inletts i Asien och USA. Samsungs expert Chris Shu rekommenderar alla företag att titta närmare på vad denna revolution kan innebära för nya möjligheter – och att tänka nytt och fritt.

Chris Shu jobbade med affärs- och produktutveckling inom mobila kommunikationer redan runt millennieskiftet då han som konsult hjälpte företag strategiskt när 3G rullades ut i Europa. Det ledde vidare till arbete för Sony Ericsson i Kina, mer konsultjobb och sedan 2010 arbetar Chris Shu på Samsung. I dag är han Vice President, Head of Product Strategy, med ansvar för bolagets mobiltelefoner i låg- och mellanskiktet globalt och för samtliga mobiltelefonprodukter i Kina. Nu är det den femte generationens mobila kommunikation, 5G, som rullas ut i världen och nya länder som går i bräschen för utvecklingen.

”Officiella beräkningar från Kinas regering förutsäger att 5G fram till år 2035 kommer att bidra till en global tillväxt motsvarande 2 000 miljarder dollar om året.”

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

– Inför utrullningen av 3G, och även när 4G kom, rådde stor upphetsning i Europa. I dag märker jag inte av detta. Än så länge ses 5G av många i Europa mer som teknisk terminologi, säger Chris Shu.

Istället är det i Asien och USA som saker händer. I Sydkorea, Kina och USA började kommersiella 5G-tjänster att implementeras under 2019. Även i Japan planeras de att komma igång under 2020. Gemensamt för länderna i framkant är att deras regeringar prioriterar skiftet högt. I Europa har många länder satt upp frågetecken kring nationell säkerhet kopplat till vissa leverantörer, samtidigt som operatörerna har ryggat tillbaka inför höga kostnader. Slutligen är många slutanvändare nöjda med vad de redan har.

– Men företag och alla som vill vara med och driva utvecklingen måste sätta sig in i vad tekniken öppnar för nya möjligheter och inse vad 5G kan ge dem affärsmässigt. Officiella beräkningar från Kinas regering förutsäger att 5G fram till år 2035 kommer att bidra till en global tillväxt motsvarande 2 000 miljarder dollar om året.  Det är hög tid att utveckla olika scenarier för sin nuvarande verksamhet eller för nya typer av verksamheter som man kan ge sig in i tack vare teknikskiftet, fortsätter han.

Till 2025 beräknas användarbasen för 5G-mobiltelefoni till 500 miljoner bara i Kina, vilket motsvarar en tredjedel av alla användare. I Europa räknar man till samma år med 200 miljoner användare och i USA 189 miljoner. Den pågående coronaviruskrisen kan givetvis påverka inledningen av denna utveckling, men 5G kommer tveklöst att ta över alltmer under kommande år. Leverantörer av nätverksutrustning och företag som bygger upp nätverken kommer att gynnas när all den nya tekniken ska rullas ut. Dessutom krävs fler basstationer med 5G än med 4G och många ställen som gallerior och järnvägsstationer kommer att ha egna inhouse-nät.

5G innebär ett paradigmskifte

Än viktigare är att förändringen med 5G blir större än vad vi sett vid de tidigare generationsskiftena. Vi ser ett paradigmskifte redan från start. För första gången handlar mobil kommunikation inte längre primärt om kommunikation personer emellan, utan lika mycket – eller mer – om kommunikation mellan personer och saker, samt kommunikation mellan uppkopplade saker. Övergången är ännu i sin linda, vilket innebär att det finns enorma nya affärsmöjligheter.

”Om 4G kan sägas ha förändrat ditt liv, så kan 5G förändra hela samhället. Företag måste nu därför tänka utanför boxen, utan att begränsa sig till nuvarande verksamhetsområden, affärsmodeller eller arbetssätt.

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

– Om 4G kan sägas ha förändrat ditt liv, så kan 5G förändra hela samhället. Företag måste nu därför tänka utanför boxen, utan att begränsa sig till nuvarande verksamhetsområden, affärsmodeller eller arbetssätt, säger Chris Shu.

Förenklat är det tre saker med 5G som kommer att bidra till denna omvandling: en mycket snabbare överföringshastighet, nya möjligheter till kontroll i realtid samt uppkoppling av mer eller mindre allt till internet.  

– 5G ger tillgång till hastigheter på många gigabit per sekund utan fiber. Det förändrar helt vad vi uppfattar som snabbt mobilt internet och skapar förutsättningar för nya tillämpningar inom exempelvis underhållning, AR (Augmented Reality), VR (Virtual Reality), distansutbildning och inte minst sjukvård, förklarar Chris Shu.

Ett exempel på hur tittarupplevelsen kan revolutioneras kommer från Sydkorea. Operatören SK Telecom har lanserat en tjänst där tittarna själv väljer kameravinkel när de ser en baseballmatch som filmas av en massa 5G-uppkopplade kameror installerade på stadion. Andra saker som kommer är virtuella möten med hjälp av AR och virtuella besök på till exempel museer med VR.

– Inom sjukvården går det att föreställa sig mängder av tillämpningar. Jag är till exempel själv involverad i ett projekt för att ta fram en uppkopplad, handhållen ultraljudsskanner att använda för att ställa diagnos på distans. Till och med distansoperationer kan bli verklighet.

Möjligheterna till realtidskontroll öppnar i sin tur för en mycket mer automatiserad tillverkningsindustri med smarta fabriker. Även för kollektivtrafik kan detta medföra stora förbättringar, möjligen genom självkörande bussar men också genom att trafikledningen kan se verkliga behov i realtid och anpassa trafiken därefter. Ytterligare ett område är jordbruket, där grödor kan ge bättre skördar tack vare datainsamling och realtidsstyrning av exempelvis bevattning.

– När allting blir uppkopplat innebär det förändringar även på samhällsnivå. Detta kan vara ett tveeggat svärd. Potentialen finns att bygga ett säkrare samhälle där resurser tillvaratas effektivare till exempel vid nödutryckningar. När en trafikolycka inträffar skulle alla nödvändiga resurser direkt kunna kallas till platsen automatiskt. Samtidigt riskerar den personliga integriteten att påverkas när mängder av kameror och sensorer installeras på offentliga platser, säger Chris Shu.

Övergången till 5G kan också leda till branschglidning. Som SK Telecoms baseballtjänst visar kan teleoperatörer bli medieleverantörer eller till exempel skapa sociala nätverk. Chanserna till nya intäktsströmmar kan hjälpa till att motivera de stora investeringar som krävs av operatörerna.

”När allting blir uppkopplat innebär det förändringar även på samhällsnivå. Detta kan vara ett tveeggat svärd. Potentialen finns att bygga ett säkrare samhälle där resurser tillvaratas effektivare till exempel vid nödutryckningar. Samtidigt riskerar den personliga integriteten att påverkas när mängder av kameror och sensorer installeras på offentliga platser.”

Chris Shu
Vice President, Head of Product Strategy, Samsung

– Självfallet kommer leverantörer av terminaler, som Samsung och våra kinesiska konkurrenter, att vinna mycket på övergången. Flaggskeppstelefoner för 5G levereras redan, men den stora vågen kommer när start- och mellansegmentstelefoner når ut på marknaden, vilket har försenats på grund av coronaviruskrisen. Mycket kringutrustning som adaptorer, gateways och så vidare kommer också att behöva bytas ut. Dessutom kommer wifi i hemmet att bli helt onödigt.

Mycket är ännu osäkert, för betalmodeller och generellt kring hur olika tillämpningar ska se ut finns utrymme att använda sin kreativitet. Hela företag kan byggas upp kring nya lösningar.

– På den grundläggande nivån innebär 5G att det finns en massa uppkopplade sensorer som skickar stora mängder data med en väldigt hög hastighet, en plattform som kan hantera detta och applikationer på plattformen som kan reagera på alla data. Underhållning, smarta hem, molnlösningar och gaming, inom alla de här områdena kommer vi att se plattformsförändringar och stora investeringar i plattformar som strävar efter en dominerande roll i framtiden, tror Chris Shu.

Nya lösningar och tillämpningar kommer på många områden. Oavsett bransch har företag mycket att vinna på att ge sig in i 5G-omställningen i tid.

– Allt kommer inte att hända på en gång. Vissa scenarier är lättare att förverkliga. Underhållningssegmentet kommer att förändras fort. Jordbruket kan också komma att utvecklas snabbt och övergången till smarta fabriker har redan påbörjats. Annat kommer att ta tid. Till exempel måste mycket infrastruktur i samhället uppdateras och förändras. Människors mentalitet behöver också förändras ifall vi till exempel ska kunna använda självgående fordon. Ska jag sia om framtiden skulle jag tro att den vidare samhällsförändringen kommer att ta kanske tio år, avslutar han.

Avgörande funktionalitet i 5G-näten

EMBB – Enhanced Mobile Broadband
Innebär att överföringshastigheten bli upp till 20 gånger högre än i 4G. Upplevelsen blir helt annorlunda när till exempel en långfilm kan laddas ned sekundsnabbt.

EMTC – Enhanced Machine Type Communication
Innebär att antalet uppkopplingar som stöds inom en viss area tiodubblas jämfört med 4G, vilket öppnar för massiv IoT-kapacitet och möjliggör många nya tillämpningar.

URLLC – Ultra-Reliable Low-Latency Communication
Innebär en mer eller mindre garanterad responstid på 1 ms, en tiondel av fördröjningen i 4G. Grundläggande för till exempel medicinska operationer på distans eller självkörande fordon.

Millimetervågor
Till skillnad från tidigare generationers mobil kommunikation använder 5G ett högre frekvensspektrum där det finns gott om kapacitet. Det medför också att höga överföringshastigheter kan bibehållas även när man själv färdas i hög hastighet.

Nätverksslicing
Innebär att det går att dela upp samma fysiska nätverk i flera separata logiska nätverk. Till exempel kan polisens nätverk vara helt åtskilt och säkert, fast det nyttjar samma resurser som det öppna 5G-nätet, med samma hastighet, kapacitet och låga fördröjning.

Edge computing
Istället för centraliserad molnteknik blir molnet distribuerat. Databehandlingen kan då ske så nära den uppkopplade enheten som möjligt, vilket snabbar på processer för olika tillämpningar.

AI
Artificiell intelligens är ytterligare en stor pågående revolution som kommer att kombineras med 5G på många plan. Ett enkelt exempel är hur röstassistenter kan ge en sömlös användarupplevelse när man byter mellan olika uppkopplade enheter i sitt hem.

Högre krav på material och längre ledtider

Vad får övergången till 5G för effekter på tillverkningen av mönsterkort? Vi bad Andy Liu, Managing Director för NCAB i Asien, att ge sin bild.

Andy Liu förklarar till att börja med att nya krav ställs på de material som används i mönsterkorten. Signalfrekvensen blir mycket högre med 5G. I och med att signalerna går genom kortet på sin väg mellan olika komponenter måste därför materialen klara detta.

”Eftersom elektroniken ständigt kommer att vara uppkopplad och igång blir det avgörande att korten kan hantera värmeutveckling. Kylteknik kommer att bli mycket vanligare med 5G.”

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

– I ett normalt kort klarar material signaler på 3 eller 5 Ghz, men med full 5G-funktionalitet handlar det om 25 GHz. Eftersom sådana högfrekvensmaterial är svåra att tillverka finns det få materialleverantörer att välja mellan, vilket förlänger ledtiderna, förklarar han.

Vidare innebär 5G att det finns många antenner på samma mönsterkort, vilket ställer krav på signalintegritet och därmed att ledningar läggs in med hög precision. Risken finns att olika signaler stör varandra, vilket många mönsterkortskonstruktörer löser genom så kallad ”back-drilling”.

– Då måste borrandet ske med mycket stor precision. Kraven på processen höjs och ofta blir marginalen så liten, vi pratar 0,1 mm, att det inte går att borra manuellt. Därför kommer det att bli vanligare med laserteknik. Mönsterkortstillverkningen blir mer automatiserad, säger Andy Liu.

Han förklararar att korten generellt sett inte blir större, men däremot tätare bestyckade med mycket små komponenter. De stora datamängder som överförs med 5G innebär också att processorerna blir kraftfullare och därmed blir det vanligare med högdensitetskort som har 10 till 20 lager. Det innebär i sin tur att pressningsprocessen blir mycket viktig. Tekniken med LDI (Laser Direct Imaging) kommer att användas på många håll, liksom automatiska optiska inspektioner (AOI) då saker blir så små att man inte kan se dem med blotta ögat.

– Och eftersom elektroniken ständigt kommer att vara uppkopplad och igång blir det avgörande att korten kan hantera värmeutveckling. Kylteknik kommer att bli mycket vanligare med 5G, förutspår Andy Liu.

Även när det gäller konstruktionen av mönsterkort innebär 5G-tekniken nya utmaningar. Det krävs kunskap för att optimera kortets stack-up och göra rätt val av material och layout för att signalerna inte ska störas.

– Man behöver konstruera korten med hänsyn till att olika material och/eller materialtjocklekar ingår i samma kort och ha koll på vad som fungerar bäst för volymtillverkning. Sedan gäller det att anlita en fabrik som är van vid och förberedd på de material som ska användas. Mer prototypframtagning och grundliga tester kan bli nödvändigt för att utvärdera sina koncept. Allt för att korta time-to-market och säkra kvaliteten, säger Andy Liu.

Det pågår också en konsolidering i branschen, där större fabriker slår ut mindre, vilken har accelererat i och med produktionsstoppet i samband med coronaviruset”

Andy Liu
Managing Director, NCAB Group Asia

Ett problem som följer av den stora satsning på 5G som pågår i Kina är kapacitetsbrist när det gäller tillverkning av mer avancerade mönsterkort. Det leder till längre ledtider i produktionen.

5G-teknikens effekter på mönsterkortstillverkning

  • Material av högre kvalitet som klarar högfrekventa signaler krävs
  • Signalintegritet blir ännu viktigare med många antenner på korten
  • Högre precisionskrav gör tillverkningen mer automatiserad
  • Mönsterkort med många lager och hög densitet blir vanligare
  • Det blir vanligare med LDI- och AOI-teknik
  • Kylteknik blir viktigare på grund av ständig uppkoppling
  • Konstruktion kräver ny kunskap om stack-up-optimering mm
  • Prototypframtagning och grundlig testning blir viktigt
  • Övergången skapar kapacitetsbrist i tillverkningen och längre ledtider

– Situationen har försvårats ytterligare när Kinas regering nu försöker stimulera ekonomin att återhämta sig efter coronaviruskrisen bland annat genom att skynda på 5G-övergången. En handfull stora företag kopplade till denna process tar upp en mycket stor del av tillverkningskapaciteten. Det förlänger redan långa ledtider, berättar Andy Liu.

– Det pågår också en konsolidering i branschen, där större fabriker slår ut mindre, vilken har accelererat i och med produktionsstoppet i samband med coronaviruset, fyller han i.

NCAB Group har en samlad köpkraft och etablerade relationer med ledande mönsterkortsfabriker. Det förenklar jämfört med den som försöker lägga mindre order på egen hand. I själva verket ser vi en pågående trend att många av de större och mer avancerade fabrikerna rensat ut många av sina mindre kunder.

– Det ger oss en viss fördel, men vi ser inte att ledtiderna blir bättre framöver, utan längre. Därför rekommenderar vi våra kunder att vara proaktiva och lägga beställningar så tidigt som bara går, avslutar Andy Liu.



Read also

Reliable PCBs – Key factor that determines the quality of the end product

The electronics industry in Europe – Yesterday, today and tomorrow