5G時代高頻率的引入、硬件零部件的升級以及聯網設備及天線數量的成倍增長,這對產業鏈上相關的材料提出了新的要求和挑戰:設備與設備之間及設備本身內部的電磁干擾無處不在,電磁干擾和電磁輻射對電子設備的危害也日益嚴重;同時伴隨著電子產品的更新升級,設備的功耗不斷增大,發熱量也隨之快速上升。未來高頻率高功率電子產品的瓶頸是其產生的電磁輻射和熱,為了解決此問題,電子產品在設計時將會加入越來越多的電磁屏蔽及導熱器件。因此電磁屏蔽和散熱材料及器件的作用將愈發重要,未來需求也將持續大幅增長。
電磁屏蔽材料與導熱界面材料
1.電磁屏蔽材料
電子設備在通電啟動之后,其內部的電流產生電磁波,這種電磁波會對周邊其他電子設備的信號接收、發送進行干擾,在嚴重時甚至會中斷其他電子設備的工作。
電磁屏蔽產品是利用電子屏蔽材料對電磁波進行反射和吸收,通過阻斷電磁波的傳播路徑從而實現對電磁波的隔離屏蔽,由于空氣與屏蔽材料的交界面上阻抗的不連續,入射波會被反射回來,而進入屏蔽材料體的部分電磁波會被屏蔽材料進行衰減和吸收。
電磁屏蔽原理示意圖
針對電子設備的電磁屏蔽主要有2種方式:一種是電子設備的結構本體,通常是由鋼板、鋁板、銅板或金屬鍍層、導電涂層等制成;另一種是屏蔽襯墊,是一種具有導電性的電磁屏蔽產品,專門用于解決結構本體縫隙處的電磁屏蔽問題,通常是由金屬、塑料、硅膠和布料等材料通過沖壓、成型和熱處理等工藝方法加工而成。
導電橡膠屏蔽襯墊
2.導熱材料
導熱界面器件通常是用于填充發熱元件與散熱元件之間的空氣間隙,利用導熱界面器件的特性提供導熱效率。通過對粗糙不平的結合表面填充,用導熱系數遠高于空氣的熱界面材料替代不傳熱的空氣,使通過熱界面的熱阻變小,提高半導體組件的散熱效率,行業又稱“熱界面材料”。
導熱墊片
電磁屏蔽和導熱材料的產品類型
1.電磁屏蔽材料
電磁屏蔽元器件的技術水平和發展路線主要由電子屏蔽材料的發展所主導,電子屏蔽材料的電導率、磁導率及材料厚度是屏蔽效能的3個基本因素,電磁屏蔽材料的需求未來將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優良的方向發展。
(1)常用電磁屏蔽產品
目前應用比較廣泛的電磁屏蔽材料主要為導電塑料器件、導電硅膠器件、金屬屏蔽器件、導電布襯墊器件、吸波器件等。
常用電磁屏蔽產品
其他一些新機理的屏蔽材料也在探索之中,如發泡金屬屏蔽材料、納米屏蔽材料和本征導電高分子材料,依靠本身良好的導電性達到電磁屏蔽的目的電磁屏蔽產品主要用于通訊行業、消費電子,另外還有汽車電子、醫療、軍工和電力等領域。
發泡金屬屏蔽材料
(2)新屏蔽技術
近來,出現了一種新的屏蔽技術——共形屏蔽。
不同于傳統的采用金屬屏蔽罩的手機EMI屏蔽方式,共形屏蔽技術是將屏蔽層和封裝完全融合在一起,模組自身就帶有屏蔽功能,芯片貼裝在印制電路板(PCB)上后,不再需要外加屏蔽罩,不占用額外的設備空間,主要用于通信PA、WiFi/BT、等SiP模組封裝上,用來隔離封裝內部電路與外部系統之間的干擾。
共形屏蔽技術可以解決器件內部以及周圍環境之間的EMI干擾,對封裝尺寸和質量輕重幾乎沒有影響,具有優良的電磁屏蔽性能,可以取代大尺寸的金屬屏蔽罩,未來有望隨著SiP技術以及設備小型化需求而普及。
一體化共形屏蔽技術
(3)電磁屏蔽材料發展方向
未來電磁屏蔽材料發展方向為:金屬類的會超薄化;填充類的如導電塑料件、硅膠件會選擇更加高效、生產成本低的材料;導電襯墊將采用更薄的原料布和性能更好得泡棉;使用碳素系導電粉的導電涂料等。
同時,未來越來越多類型的電子設備將被納入到電磁兼容管理的標準中來,電磁兼容的標準也將愈發的嚴格,可以預見電磁器件工藝材料的持續升級趨勢將是確定性方向下游消費電子產品因為個性化的設計,電磁屏蔽產品多是針對下游電子產品的電子元件分布特點和電磁屏蔽需求,對電磁屏蔽材料進行的二次設計、開發。
2.導熱材料
目前導熱材料主要分為導熱膏、片狀導熱間隙填充材料、液態導熱間隙填充材料、相變化導熱界面材料、導熱凝膠和膜等。
常用導熱材料產品
其中,導熱石墨膜逐漸成為智能電子產品的優選方案,有著巨大的需求,但隨著技術的不斷發展,電子產品對熱管理方案有著更高的要求,因此對導熱石墨膜材料將提出更多新的要求,如厚度更薄、導熱性更好,以及可加工為 3D結構產品,或與其他材料結合而形成復合多功能材料等。
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