BOSTON, Oct. 31, 2023 — 確保敏感的電子元件不會受到輻射性電磁干擾(EMI)的不利影響,是電路設計的重要一環。在需要緊湊結構和元件密集布局的地方,例如智慧型手機和智慧手錶,傳統的板層級屏蔽使用金屬外殼已經逐漸被替代為套裝級別的符合性屏蔽。這種方法利用直接塗裝在半導體套裝上的導電塗層,並結合新興的噴塗和印刷成形方法,為功能材料創造了新的機會。
在選擇符合性包裝EMI屏蔽材料時,需要考慮多種因素。最重要的是吸收入射電磁輻射的程度,這取決於電導率和磁導率。通常用屏蔽效率(SE)來表徵,SE越高,塗層厚度可以更薄,減輕重量和材料消耗。其他材料考量包括與底層乙烯模壓複合材的黏著力、熱導率、密度、化學穩定性以及如果採用溶液加工,與加工方法的兼容性。
Concept to commercialization for EMI shielding. Source: IDTechEx
磁控金層
磁控金層是一種成熟的主流技術用於符合性屏蔽,它利用帶電離子束將純金屬塊中的金屬材料蝕刻下來並進行沉積。許多符合性屏蔽塗層都使用多層金屬,通過切換磁控靶很容易實現。通常鈦、鉻或不銹鋼用於導電層或粘合層,而主要的屏蔽層通常使用成本較低的銅、鋁或鎳。
雖然磁控金層技術已經成熟,但仍有改進空間。一種提出的策略受到光學反射防護塗層的啟發,利用固定材料間距下的多層堆疊產生的破壞性干涉來提高屏蔽效率。但是,這種效率提升很大程度依賴頻率,因為材料間距是固定的。
導電墨水
從溶液加工導電材料提供了一種替代磁控金層的方法,大大降低了設備成本,因為過程在室溫條件下進行,而不是真空。噴塗和噴墨印刷等多種溶液加工方法已經開發出來用於EMI屏蔽,它們都需要導電墨水。儘管金屬價格高,銀墨水目前仍然主導,因為它具有高導電性和化學穩定性。
雖然基礎金屬相同,但導電墨水供應商在粒子形狀和大小等方面有著廣泛的差異性。通常納米粒子導電性高,但需要更高的固化溫度,相比於片狀墨水。無粒子墨水,也稱為分子墨水,是一種引人注目的新興替代品。不同於粒子懸浮液,這種墨水實際上是有機金屬化合物的溶液,在狀態下將其還原成金屬層。無粒子導電墨水的主要優勢之一是消除噴墨等數字印刷方法中喷嘴堵塞的風險,這對選擇性沉積如噴塗和噴墨印刷至關重要。另一個好處是它可以產生非常光滑的塗層,這可以在高頻率下改善屏蔽效率。
MXenes
理想的EMI屏蔽材料應該具有高導電性、低密度、可彈性以適應熱膨脹、可調整表面化學性質以實現粘合,以及可溶液加工。新興的MXenes材料類別符合這些描述,MXenes是過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物組成的幾層二維無機材料。因此,學術界和商業界都在研究MXenes在電子領域的應用,包括EMI屏蔽,目前正致力於擴大其生產規模。
全面涵蓋
IDTechEx的報告「EMI Shielding for Electronics 2024-2034: Forecasts, Technologies, Applications」全面概述了「電子產品EMI屏蔽」市場,並對上述材料類別以及碳奈米複合材料、元件和熱界面/EMI屏蔽結合材料進行了更詳細的評估。報告評估了支持不斷增加的異質集成和先進半導體封裝的創新,以及主要參與者的活動。報告提供了10年的導電塗層和導電墨水消耗預測,根據消費類電子設備分析來評估需要符合性屏蔽的半導體封裝面積。預測根據多個應用類別進行劃分,包括智慧型手機、筆記本電腦、平板電腦、智慧手錶、增強實境/虛擬實境設備、車輛和電信基礎設施。
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