5G 改变 EMI 屏蔽技术的五种方式

5G 正在迅速席卷整个电子行业。这些速度更快、带宽更高的网络为消费者和企业带来了广泛的好处，但它们需要硬件方面做出重大改变。在这些必要的改变中，5G 电磁干扰 (EMI) 屏蔽是电子工程师面临的最大挑战之一。

对可靠 EMI 屏蔽的需求并不新鲜。然而，5G 带来了新的障碍，引发了一波创新浪潮，开发人员开始着手解决这些障碍。

紧凑型 EMI 屏蔽

5G 网络和 EMI 屏蔽面临的最大挑战之一是 5G 的高频率。较高频段(尤其是毫米波)的波长在 1 到 10 毫米之间，因此容量和吞吐量更高，但范围更短。因此，它们依赖于小型基站的分布式网络，而不是大型集中式塔，需要较小的 EMI 屏蔽。

在更小的外形尺寸内提供足够的屏蔽是一项挑战。在更小的空间内处理超高频信号也使过热问题变得更加突出，但用于散热器的空间却更少。

这一挑战导致紧凑型屏蔽和热管理设计激增。随着法拉第笼和散热器变得不可行，人们开始重新考虑屏蔽材料。导热凝胶和铝等轻质合金为大型传统材料提供了有效的替代品。

更小的开口

同样，5G EMI 屏蔽必须考虑设备上的任何开放孔径。波长越短，射频信号通过非导电或开放区域泄漏的风险就越大。虽然这些孔径通常可以避免，但充电端口或冷却通风口却是一个问题。

更好的内部热管理有助于减少对冷却开口的需求。使用电池或能量收集系统代替有线电源连接也可以达到类似的效果，因为这样就无需使用电缆端口。

此解决方案非常适合工业 4.0 应用，而工业 4.0 应用恰好是当今5G 最大的用例之一。设计设备时放弃使用充电线，采用封闭系统，可满足这一需求，同时降低开放式充电端口的 EMI 风险。

环境屏蔽

随着 5G 的发展，它将推动更广泛的物联网应用。因此，5G 设备必须应对具有挑战性的环境条件，除了 EMI 之外，还需要防热、防湿、防水和防尘。

传统的屏蔽技术和材料可以有效抵御 EMI，但无法抵御环境危害。设备设计人员可以实施单独的 EMI 屏蔽和环境保护，但这会使产品变得笨重而复杂。

更好的选择是在一个外壳中提供两种防护。金属嵌入硅胶是这种应用的理想材料，因为它可以防水和耐极端温度，同时阻挡 EMI。如果屏蔽需要更高的导电性，那么银等耐腐蚀金属比更传统的铜更可靠，因为银更耐氧化，导电性也更好。镀银铜在高弹性和成本效益之间提供了有效的中间地带。

柔性屏蔽

5G EMI 屏蔽的另一项创新是柔性屏蔽的日益突出。随着 5G 提出了对更小、更环保的保护的需求，刚性金属笼很快就会过时。柔性织物、泡沫和环氧树脂替代品正在取代它们。使用环氧树脂或泡沫可以使屏蔽在受保护的组件周围形成完整的密封。

对于采用系统级封装 (SiP) 设计而非更流行的片上系统 (SoC) 的设备而言，柔性屏蔽尤其有利。虽然 SoC 性能更佳，但 SiP 的设计灵活性更高，适合使用 5G 网络的移动设备。然而，它们也需要对单个组件进行更多划分，因此柔性屏蔽更受欢迎。

热管理创新

5G 还带来了更多的 EMI 屏蔽热管理问题。5G 基础设施和设备在更小的封装中同时处理更多数据，导致温度更高。这一障碍促成了几项重要的热管理创新。

相变材料 (PCM) 提供被动冷却，比主动系统或传统散热器占用更少的空间和能源。然而，它们之前的导电性不足以在电子冷却应用中发挥作用。最近的研究表明，通过在 PCM 中添加更多导电材料，其功效显著提高，使其适用于手机或物联网设备等 5G 应用。

改变 5G 设备的运行方式也能有所帮助。与 4G 不同，5G不需要持续传输，从而降低功耗。将 5G 基站和物联网设备设计为在不发送数据时默认进入睡眠模式将降低其能耗，从而减少产生的热量。

5G 设备需要完整的 EMI 屏蔽，以确保它们始终正常运行。虽然这可能是一项具有挑战性的任务，但它为广泛的技术改进铺平了道路。因此，开发更具弹性、更灵活、更有效的 EMI 屏蔽可以使整个电子行业受益，而不仅仅是 5G 设备。