5G 改變 EMI 屏蔽技術(shù)的五種方式

5G 正在迅速席卷整個(gè)電子行業(yè)。這些速度更快、帶寬更高的網(wǎng)絡(luò)為消費(fèi)者和企業(yè)帶來(lái)了廣泛的好處，但它們需要硬件方面做出重大改變。在這些必要的改變中，5G 電磁干擾 (EMI) 屏蔽是電子工程師面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

對(duì)可靠 EMI 屏蔽的需求并不新鮮。然而，5G 帶來(lái)了新的障礙，引發(fā)了一波創(chuàng)新浪潮，開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始著手解決這些障礙。

緊湊型 EMI 屏蔽

5G 網(wǎng)絡(luò)和 EMI 屏蔽面臨的最大挑戰(zhàn)之一是 5G 的高頻率。較高頻段(尤其是毫米波)的波長(zhǎng)在 1 到 10 毫米之間，因此容量和吞吐量更高，但范圍更短。因此，它們依賴于小型基站的分布式網(wǎng)絡(luò)，而不是大型集中式塔，需要較小的 EMI 屏蔽。

在更小的外形尺寸內(nèi)提供足夠的屏蔽是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。在更小的空間內(nèi)處理超高頻信號(hào)也使過(guò)熱問(wèn)題變得更加突出，但用于散熱器的空間卻更少。

這一挑戰(zhàn)導(dǎo)致緊湊型屏蔽和熱管理設(shè)計(jì)激增。隨著法拉第籠和散熱器變得不可行，人們開(kāi)始重新考慮屏蔽材料。導(dǎo)熱凝膠和鋁等輕質(zhì)合金為大型傳統(tǒng)材料提供了有效的替代品。

更小的開(kāi)口

同樣，5G EMI 屏蔽必須考慮設(shè)備上的任何開(kāi)放孔徑。波長(zhǎng)越短，射頻信號(hào)通過(guò)非導(dǎo)電或開(kāi)放區(qū)域泄漏的風(fēng)險(xiǎn)就越大。雖然這些孔徑通?？梢员苊猓潆姸丝诨蚶鋮s通風(fēng)口卻是一個(gè)問(wèn)題。

更好的內(nèi)部熱管理有助于減少對(duì)冷卻開(kāi)口的需求。使用電池或能量收集系統(tǒng)代替有線電源連接也可以達(dá)到類(lèi)似的效果，因?yàn)檫@樣就無(wú)需使用電纜端口。

此解決方案非常適合工業(yè) 4.0 應(yīng)用，而工業(yè) 4.0 應(yīng)用恰好是當(dāng)今5G 最大的用例之一。設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)放棄使用充電線，采用封閉系統(tǒng)，可滿足這一需求，同時(shí)降低開(kāi)放式充電端口的 EMI 風(fēng)險(xiǎn)。

環(huán)境屏蔽

隨著 5G 的發(fā)展，它將推動(dòng)更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。因此，5G 設(shè)備必須應(yīng)對(duì)具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件，除了 EMI 之外，還需要防熱、防濕、防水和防塵。

傳統(tǒng)的屏蔽技術(shù)和材料可以有效抵御 EMI，但無(wú)法抵御環(huán)境危害。設(shè)備設(shè)計(jì)人員可以實(shí)施單獨(dú)的 EMI 屏蔽和環(huán)境保護(hù)，但這會(huì)使產(chǎn)品變得笨重而復(fù)雜。

更好的選擇是在一個(gè)外殼中提供兩種防護(hù)。金屬嵌入硅膠是這種應(yīng)用的理想材料，因?yàn)樗梢苑浪湍蜆O端溫度，同時(shí)阻擋 EMI。如果屏蔽需要更高的導(dǎo)電性，那么銀等耐腐蝕金屬比更傳統(tǒng)的銅更可靠，因?yàn)殂y更耐氧化，導(dǎo)電性也更好。鍍銀銅在高彈性和成本效益之間提供了有效的中間地帶。

柔性屏蔽

5G EMI 屏蔽的另一項(xiàng)創(chuàng)新是柔性屏蔽的日益突出。隨著 5G 提出了對(duì)更小、更環(huán)保的保護(hù)的需求，剛性金屬籠很快就會(huì)過(guò)時(shí)。柔性織物、泡沫和環(huán)氧樹(shù)脂替代品正在取代它們。使用環(huán)氧樹(shù)脂或泡沫可以使屏蔽在受保護(hù)的組件周?chē)纬赏暾拿芊狻?

對(duì)于采用系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP) 設(shè)計(jì)而非更流行的片上系統(tǒng) (SoC) 的設(shè)備而言，柔性屏蔽尤其有利。雖然 SoC 性能更佳，但 SiP 的設(shè)計(jì)靈活性更高，適合使用 5G 網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備。然而，它們也需要對(duì)單個(gè)組件進(jìn)行更多劃分，因此柔性屏蔽更受歡迎。

熱管理創(chuàng)新

5G 還帶來(lái)了更多的 EMI 屏蔽熱管理問(wèn)題。5G 基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備在更小的封裝中同時(shí)處理更多數(shù)據(jù)，導(dǎo)致溫度更高。這一障礙促成了幾項(xiàng)重要的熱管理創(chuàng)新。

相變材料 (PCM) 提供被動(dòng)冷卻，比主動(dòng)系統(tǒng)或傳統(tǒng)散熱器占用更少的空間和能源。然而，它們之前的導(dǎo)電性不足以在電子冷卻應(yīng)用中發(fā)揮作用。最近的研究表明，通過(guò)在 PCM 中添加更多導(dǎo)電材料，其功效顯著提高，使其適用于手機(jī)或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等 5G 應(yīng)用。

改變 5G 設(shè)備的運(yùn)行方式也能有所幫助。與 4G 不同，5G不需要持續(xù)傳輸，從而降低功耗。將 5G 基站和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)為在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)默認(rèn)進(jìn)入睡眠模式將降低其能耗，從而減少產(chǎn)生的熱量。

5G 設(shè)備需要完整的 EMI 屏蔽，以確保它們始終正常運(yùn)行。雖然這可能是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，但它為廣泛的技術(shù)改進(jìn)鋪平了道路。因此，開(kāi)發(fā)更具彈性、更靈活、更有效的 EMI 屏蔽可以使整個(gè)電子行業(yè)受益，而不僅僅是 5G 設(shè)備。