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5G吸波EMC/EMI/TIM类型种类及应用探讨

向欣电子 2022-01-06 15:27 次阅读

导语:随着电子设备的性能和功能的提高,每个设备产生的热量增加,有效地散发,消散和冷却热量很重要。对于5G智能手机和AR/VR设备等高性能移动产品,由于采用高性能IC和追求减轻重量的高度集成设计,导致散热部件的安装空间受到限制。限制了壳体内部的安装空间,因此利用高导热垫片等TIM技术方案来更好地实现散热。 5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片天线等部件提出了更高的要求,器件功耗大幅提升的同时,引起了这些部位电子零部件发热量的急剧增加。BN氮化硼散热膜是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI物联网等领域最为有效的散热材料,具有不可替代性。

本产品是国内首创自主研发的高质量二维氮化硼纳米片,成功制备了大面积、厚度可控的二维氮化硼散热膜,具有透电磁波、高导热、高柔性、低介电系数、低介电损耗等多种优异特性,解决了当前我国电子封装及热管理领域面临的“卡脖子”问题,拥有国际先进的热管理TIM解决方案及相关材料生产技术,是国内低维材料技术领域顶尖的创新型高科技产品。

什么是5G?

定义

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“5G”一词通常用于指代第5代移动网络。5G是继之前的标准(1G、2G、3G、4G 网络)之后的最新全球无线标准,并为数据密集型应用提供更高的带宽。除其他好处外,5G有助于建立一个新的、更强大的网络,该网络能够支持通常被称为 IoT 或“物联网”的设备爆炸式增长的连接——该网络不仅可以连接人们通常使用的端点,还可以连接一系列新设备,包括各种家用物品和机器。

公认的5G优势是:

•具有更高可用性和容量的更可靠的网络

•更高的峰值数据速度(多Gbps)

•超低延迟

与前几代网络不同,5G网络利用在26GHz 至40GHz范围内运行的高频波长(通常称为毫米波)。由于干扰建筑物、树木甚至雨等物体,在这些高频下会遇到传输损耗,因此需要更高功率和更高效的电源

5G部署最初可能会以增强型移动宽带应用为中心,满足以人为中心的多媒体内容、服务和数据接入需求。增强型移动宽带用例将包括全新的应用领域、性能提升的需求和日益无缝的用户体验,超越现有移动宽带应用所支持的水平。

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毫米波是关键技术

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毫米波通信是未来无线移动通信重要发展方向之一,目前已经在大规模天线技术、低比特量化ADC、低复杂度信道估计技术、功放非线性失真等关键技术上有了明显研究进展。但是随着新一代无线通信对无线宽带通信网络提出新的长距离、高移动、更大传输速率的军用、民用特殊应用场景的需求,针对毫米波无线通信的理论研究与系统设计面临重大挑战,开展面向长距离、高移动毫米波无线宽带系统的基础理论和关键技术研究,已经成为新一代宽带移动通信最具潜力的研究方向之一。

毫米波的优势:毫米波由于其频率高、波长短,具有如下特点:

频谱宽,配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量,适用于高速多媒体传输业务;可靠性高,较高的频率使其受干扰很少,能较好抵抗雨水天气的影响,提供稳定的传输信道;方向性好,毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大,使得传输波束较窄,增大了窃听难度,适合短距离点对点通信;波长极短,所需的天线尺寸很小,易于在较小的空间内集成大规模天线阵。

毫米波的缺点:毫米波也有一个主要缺点,那就是不容易穿过建筑物或者障碍物,并且可以被叶子和雨水吸收,对材料非常敏感。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔。

什么是电磁波?

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电磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性,其粒子形态称为光子,电磁波与光子不是非黑即白的关系,而是根据实际研究的不同,其性质所体现出的两个侧面。由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁波在真空中速率固定,速度为光速。见麦克斯韦方程组。

电磁波伴随的电场方向,磁场方向,传播方向三者互相垂直,因此电磁波是横波。电磁波实际上分为电波和磁波,是二者的总称,但由于电场和磁场总是同时出现,同时消失,并相互转换,所以通常将二者合称为电磁波,有时可直接简称为电波。

在量子力学角度下,电磁波的能量以一份份的光子呈现,光子本质上来说就是波包,即以局域性能量呈现的波。电磁波的能量是量子化的,当其能级阶跃迁过辐射临界点,便以光子的形式向外辐射,此阶段波体为光子,光子属于玻色子。

一定频率范围的电磁波可以被人眼所看见,称之为可见光,或简称为光,太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态。电磁波不依靠介质传播。

电磁辐射通常意义上指所有电磁辐射特性的电磁波,非电离辐射是指无线电波、微波红外线、可见光、紫外线。而X射线及γ射线通常被认为是放射性的辐射。称作电离辐射。

要特别注意,电磁波并非与传统的机械波一样发生了空间上的震动,而是传播路径上不同点电场与磁场属性的改变。

从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,属于一种波,就像机械波,引力波和物质波(概率波)一样,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波,且温度越高,放出的电磁波频率就越高,波长就越短,这种电磁波称之为黑体辐射。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,除光波外,人们也看不见无处不在的其他电磁波。

电磁场包含电场与磁场两个方面,分别用电场强度E(或电位移D)及磁通密度B(或磁场强度H)表示其特性。按照麦克斯韦的电磁场理论,这两部分是紧密相依的。时变的电场会引起磁场,时变的磁场也会引起电场。电磁场的场源随时间变化时,其电场与磁场互相激励导致电磁场的运动而形成电磁波。电磁波的传播速度与光速相等,在自由空间中,为c=299792458m/s≈3×108m/s。电磁波的行进还伴随着功率的输送。

电磁辐射量与温度有关,通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射,温度越高辐射量越大,频率越高,波长越短,但大多不能被肉眼观察到

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什么是吸波材料?

定义

所谓吸波材料,指能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量,从而减少电磁波的干扰的一类材料。在工程应用上,除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外,还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。

介绍

1.1 随着现代科学技术的发展,电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场、机航班因电磁波干扰无法起飞而误点;在医院、移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此,治理电磁污染,寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料,已成为材料科学的一大课题。

1.2 电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害。研究证实,铁氧体吸波材料性能最佳,它具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。将这种材料应用于电子设备中可吸收泄露的电磁辐射,能达到消除电磁干扰的目的。根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律,利用高磁导率铁氧体引导电磁波,通过共振,大量吸收电磁波的辐射能量,再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。

1.3 吸波材料在设计时,要考虑两个问题,1)、电磁波遭遇吸波材料表面时,尽可能完全穿过表面,减少反射;2)、在电磁波进入到吸波材料内部时,要使电磁波的能量尽量损耗掉。

吸波材料的特点及应用

特点

吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料,通过材料各种不同的损耗机制,将入射电磁波转化为热能或其它能量形式,而达到吸收电磁波目的。在工程应用上,除了要求吸波材料在较宽频带内,对电磁波具有很高的吸收率外,还要求具有耐温、耐湿、质量轻、抗腐蚀等性能。吸波材料的吸波效果是由介质内部各种电磁机制来决定,如:电介质的共振吸收、电子扩散、微涡流等等。

•柔软不易碎,轻薄,易于加工切割,使用方便,可安装于狭小空间

•产品需要粘接或压合在金属底板上才能达到良好的吸波效果

•产品可以对应多样化的尺寸和形状

•耐温性高,柔韧性好

•无卤,无铅,满足RoHs指令

产品应用:

•可作为移动设备用柔性电缆的噪音对策。(笔记本电脑,游戏机,手……等)

•降低各种电子设备的辐射噪音。(CPU产生的噪音等)

•降低手机对人体的电磁波辐射(SAR)。

•降低屏蔽框内的内部EMI(共振,串扰)。

•减少低频间的耦合传导辐射干扰、减少低频回波干扰。

吸波材料的应用

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1、可用在笔记本电脑、手机、通讯机柜等的电子设备腔体内部。

2、可用来降低各种电子设备的辐射和噪音。

3、可减少低频间的偶合传导辐射干扰、减少低频回波干扰

4、可降低屏障框内的内部EMI(共振、串扰)。

5、应用到芯片与散热模块之间。

6、应用之EMI/RFI:EMI(Electro MagneTIc Interference):翻译为电磁波干扰。电磁波干扰三要素:干扰源、干扰传播途径以及敏感设备。扰源是指产生电磁干扰的电子设备或系统,干扰传播途径包括线缆,空间等,敏感设备是指易受电磁干扰影响的电子设备或系统。发射频率干扰(RF Interference):射频是一种高频交流电,也就是通常所说的电磁波。射频干扰就是电磁波所带来的干扰。如两个频率相差不多的电磁波会同时被接收机接收造成干扰。在离发出台近的地方会有谐波干扰。干扰其他的接收设备。在相同频率的电磁波可干扰电台。

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吸波材料与屏蔽材料的区别

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屏蔽材料是能对两个空间区域之间进行金属的隔离、磁场、电磁波、以控制电场,由一个区域对另一个区域的感应和辐射的一类材料。具体来说就是用来制造屏蔽体的材料。屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散,用屏蔽体将接收电路、设备或系统包起来,防止受到外界电磁场的影响。

吸波材料电磁波进去出不来,但是电磁屏蔽材料不一定是把电磁波反射掉,而是通过无论是吸收还是反射,使电磁波到达屏蔽材料另一面的量减少。可以说吸波材料是为使吸波材料和电磁波源的同侧,尽可能少的接收反射回来的电磁波,而电磁屏蔽材料是为屏蔽材料与使电磁波源异侧,尽可能少的接收到电磁波的影响。

吸波材料的产品类别

电磁波抑制类吸收类

1)电磁片抑制吸波类:

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2)抑制吸波导热材料:

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隔磁、导磁类(高导磁低损耗隔磁片)

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微波(毫米波)、雷达波吸波类

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导电橡胶类(全方位导电橡胶)

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