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5G吸波EMC/EMI/TIM類型種類及應用探討

向欣電子 ? 2022-01-06 15:27 ? 次閱讀

導語:隨著電子設備的性能和功能的提高,每個設備產生的熱量增加,有效地散發,消散和冷卻熱量很重要。對于5G智能手機和AR/VR設備等高性能移動產品,由于采用高性能IC和追求減輕重量的高度集成設計,導致散熱部件的安裝空間受到限制。限制了殼體內部的安裝空間,因此利用高導熱墊片等TIM技術方案來更好地實現散熱。 5G時代巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求,器件功耗大幅提升的同時,引起了這些部位電子零部件發熱量的急劇增加。BN氮化硼散熱膜是當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯網等領域最為有效的散熱材料,具有不可替代性。

本產品是國內首創自主研發的高質量二維氮化硼納米片,成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜,具有透電磁波、高導熱、高柔性、低介電系數、低介電損耗等多種優異特性,解決了當前我國電子封裝及熱管理領域面臨的“卡脖子”問題,擁有國際先進的熱管理TIM解決方案及相關材料生產技術,是國內低維材料技術領域頂尖的創新型高科技產品。

什么是5G?

定義

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“5G”一詞通常用于指代第5代移動網絡。5G是繼之前的標準(1G、2G、3G、4G 網絡)之后的最新全球無線標準,并為數據密集型應用提供更高的帶寬。除其他好處外,5G有助于建立一個新的、更強大的網絡,該網絡能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯網”的設備爆炸式增長的連接——該網絡不僅可以連接人們通常使用的端點,還可以連接一系列新設備,包括各種家用物品和機器。

公認的5G優勢是:

?具有更高可用性和容量的更可靠的網絡

?更高的峰值數據速度(多Gbps)

?超低延遲

與前幾代網絡不同,5G網絡利用在26GHz 至40GHz范圍內運行的高頻波長(通常稱為毫米波)。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體,在這些高頻下會遇到傳輸損耗,因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會以增強型移動寬帶應用為中心,滿足以人為中心的多媒體內容、服務和數據接入需求。增強型移動寬帶用例將包括全新的應用領域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗,超越現有移動寬帶應用所支持的水平。

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毫米波是關鍵技術

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毫米波通信是未來無線移動通信重要發展方向之一,目前已經在大規模天線技術、低比特量化ADC、低復雜度信道估計技術、功放非線性失真等關鍵技術上有了明顯研究進展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網絡提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應用場景的需求,針對毫米波無線通信的理論研究與系統設計面臨重大挑戰,開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統的基礎理論和關鍵技術研究,已經成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優勢:毫米波由于其頻率高、波長短,具有如下特點:

頻譜寬,配合各種多址復用技術的使用可以極大提升信道容量,適用于高速多媒體傳輸業務;可靠性高,較高的頻率使其受干擾很少,能較好抵抗雨水天氣的影響,提供穩定的傳輸信道;方向性好,毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大,使得傳輸波束較窄,增大了竊聽難度,適合短距離點對點通信;波長極短,所需的天線尺寸很小,易于在較小的空間內集成大規模天線陣。

毫米波的缺點:毫米波也有一個主要缺點,那就是不容易穿過建筑物或者障礙物,并且可以被葉子和雨水吸收,對材料非常敏感。這也是為什么5G網絡將會采用小基站的方式來加強傳統的蜂窩塔。

什么是電磁波?

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電磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的振蕩粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性,其粒子形態稱為光子,電磁波與光子不是非黑即白的關系,而是根據實際研究的不同,其性質所體現出的兩個側面。由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定,速度為光速。見麥克斯韋方程組。

電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。電磁波實際上分為電波和磁波,是二者的總稱,但由于電場和磁場總是同時出現,同時消失,并相互轉換,所以通常將二者合稱為電磁波,有時可直接簡稱為電波。

在量子力學角度下,電磁波的能量以一份份的光子呈現,光子本質上來說就是波包,即以局域性能量呈現的波。電磁波的能量是量子化的,當其能級階躍遷過輻射臨界點,便以光子的形式向外輻射,此階段波體為光子,光子屬于玻色子。

一定頻率范圍的電磁波可以被人眼所看見,稱之為可見光,或簡稱為光,太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態。電磁波不依靠介質傳播。

電磁輻射通常意義上指所有電磁輻射特性的電磁波,非電離輻射是指無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線。而X射線及γ射線通常被認為是放射性的輻射。稱作電離輻射。

要特別注意,電磁波并非與傳統的機械波一樣發生了空間上的震動,而是傳播路徑上不同點電場與磁場屬性的改變。

從科學的角度來說,電磁波是能量的一種,屬于一種波,就像機械波,引力波和物質波(概率波)一樣,凡是高于絕對零度的物體,都會釋出電磁波,且溫度越高,放出的電磁波頻率就越高,波長就越短,這種電磁波稱之為黑體輻射。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣,除光波外,人們也看不見無處不在的其他電磁波。

電磁場包含電場與磁場兩個方面,分別用電場強度E(或電位移D)及磁通密度B(或磁場強度H)表示其特性。按照麥克斯韋的電磁場理論,這兩部分是緊密相依的。時變的電場會引起磁場,時變的磁場也會引起電場。電磁場的場源隨時間變化時,其電場與磁場互相激勵導致電磁場的運動而形成電磁波。電磁波的傳播速度與光速相等,在自由空間中,為c=299792458m/s≈3×108m/s。電磁波的行進還伴隨著功率的輸送。

電磁輻射量與溫度有關,通常高于絕對零度的物質或粒子都有電磁輻射,溫度越高輻射量越大,頻率越高,波長越短,但大多不能被肉眼觀察到

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什么是吸波材料?

定義

所謂吸波材料,指能吸收或者大幅減弱其表面接收到的電磁波能量,從而減少電磁波的干擾的一類材料。在工程應用上,除要求吸波材料在較寬頻帶內對電磁波具有高的吸收率外,還要求它具有質量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

介紹

1.1 隨著現代科學技術的發展,電磁波輻射對環境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點;在醫院、移動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此,治理電磁污染,尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料,已成為材料科學的一大課題。

1.2 電磁輻射通過熱效應、非熱效應、累積效應對人體造成直接和間接的傷害。研究證實,鐵氧體吸波材料性能最佳,它具有吸收頻段高、吸收率高、匹配厚度薄等特點。將這種材料應用于電子設備中可吸收泄露的電磁輻射,能達到消除電磁干擾的目的。根據電磁波在介質中從低磁導向高磁導方向傳播的規律,利用高磁導率鐵氧體引導電磁波,通過共振,大量吸收電磁波的輻射能量,再通過耦合把電磁波的能量轉變成熱能。

1.3 吸波材料在設計時,要考慮兩個問題,1)、電磁波遭遇吸波材料表面時,盡可能完全穿過表面,減少反射;2)、在電磁波進入到吸波材料內部時,要使電磁波的能量盡量損耗掉。

吸波材料的特點及應用

特點

吸波材料是指能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料,通過材料各種不同的損耗機制,將入射電磁波轉化為熱能或其它能量形式,而達到吸收電磁波目的。在工程應用上,除了要求吸波材料在較寬頻帶內,對電磁波具有很高的吸收率外,還要求具有耐溫、耐濕、質量輕、抗腐蝕等性能。吸波材料的吸波效果是由介質內部各種電磁機制來決定,如:電介質的共振吸收、電子擴散、微渦流等等。

?柔軟不易碎,輕薄,易于加工切割,使用方便,可安裝于狹小空間

?產品需要粘接或壓合在金屬底板上才能達到良好的吸波效果

?產品可以對應多樣化的尺寸和形狀

?耐溫性高,柔韌性好

?無鹵,無鉛,滿足RoHs指令

產品應用:

?可作為移動設備用柔性電纜的噪音對策。(筆記本電腦,游戲機,手……等)

?降低各種電子設備的輻射噪音。(CPU產生的噪音等)

?降低手機對人體的電磁波輻射(SAR)。

?降低屏蔽框內的內部EMI(共振,串擾)。

?減少低頻間的耦合傳導輻射干擾、減少低頻回波干擾。

吸波材料的應用

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1、可用在筆記本電腦、手機、通訊機柜等的電子設備腔體內部。

2、可用來降低各種電子設備的輻射和噪音。

3、可減少低頻間的偶合傳導輻射干擾、減少低頻回波干擾

4、可降低屏障框內的內部EMI(共振、串擾)。

5、應用到芯片與散熱模塊之間。

6、應用之EMI/RFI:EMI(Electro MagneTIc Interference):翻譯為電磁波干擾。電磁波干擾三要素:干擾源、干擾傳播途徑以及敏感設備。擾源是指產生電磁干擾的電子設備或系統,干擾傳播途徑包括線纜,空間等,敏感設備是指易受電磁干擾影響的電子設備或系統。發射頻率干擾(RF Interference):射頻是一種高頻交流電,也就是通常所說的電磁波。射頻干擾就是電磁波所帶來的干擾。如兩個頻率相差不多的電磁波會同時被接收機接收造成干擾。在離發出臺近的地方會有諧波干擾。干擾其他的接收設備。在相同頻率的電磁波可干擾電臺。

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吸波材料與屏蔽材料的區別

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屏蔽材料是能對兩個空間區域之間進行金屬的隔離、磁場、電磁波、以控制電場,由一個區域對另一個區域的感應和輻射的一類材料。具體來說就是用來制造屏蔽體的材料。屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散,用屏蔽體將接收電路、設備或系統包起來,防止受到外界電磁場的影響。

吸波材料電磁波進去出不來,但是電磁屏蔽材料不一定是把電磁波反射掉,而是通過無論是吸收還是反射,使電磁波到達屏蔽材料另一面的量減少。可以說吸波材料是為使吸波材料和電磁波源的同側,盡可能少的接收反射回來的電磁波,而電磁屏蔽材料是為屏蔽材料與使電磁波源異側,盡可能少的接收到電磁波的影響。

吸波材料的產品類別

電磁波抑制類吸收類

1)電磁片抑制吸波類:

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2)抑制吸波導熱材料:

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隔磁、導磁類(高導磁低損耗隔磁片)

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微波(毫米波)、雷達波吸波類

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導電橡膠類(全方位導電橡膠)

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