波士顿, 2023年10月31日 — 确保敏感的电子元器件不会受到辐射电磁干扰(EMI)的不良影响是电路设计的一个重要组成部分。在需要紧凑结构和紧密元器件布局的地方,比如智能手机和智能手表,传统的板级屏蔽使用金属外壳已经越来越被替换为套装级别的表面屏蔽。这种方法利用直接涂敷在半导体封装上的导电涂层,结合喷涂和打印等新型沉积方法,为功能材料创造了新的机会。
在选择套装级EMI屏蔽材料时,需要考虑许多因素。最重要的是吸收入射电磁辐射的能力,这取决于电导率和磁导率。通常用屏蔽效率(SE)来衡量,效率越高可以使用更薄的涂层,从而减轻重量和材料消耗。其他材料考虑因素包括与封装环氧树脂胶粘合力、热导率、密度、化学稳定性以及如果采用溶液加工,与沉积方法的兼容性。
EMI屏蔽的概念与商业化。来源:IDTechEx
溅射金属
使用溅射金属为表面屏蔽是一种成熟技术,它利用高纯度的固体金属块,用电离粒子束进行溅射并沉积。许多表面屏蔽涂层使用多层金属,通过切换溅射靶很容易实现。粘合层和接触层通常使用钛、铬或不锈钢,主要屏蔽层通常使用成本较低的铜、铝或镍。
虽然溅射技术已经成熟,但仍有创新空间。一种提出的策略受到光学反射涂层的启发,利用多层堆叠产生的破坏性干涉来提高屏蔽效率。但是,由于固定材料间距,这种改进在频率上很依赖。
导电墨水
使用溶液加工导电材料提供了一种替代溅射的方法,因为过程在室温条件下进行,所以设备成本大大降低。开发了多种溶液加工方法,包括喷涂和喷墨打印用于EMI屏蔽,都需要导电墨水。尽管银价格高,但银墨水目前还是主导地位,因为其高导电性和化学稳定性。
尽管基础金属相同,但导电墨水供应商在粒子形状、大小等方面都有广泛差异。通常纳米粒子导电性高,但需要更高的烘干温度;片状粒子墨水烘干温度较低。无粒子墨水(也称分子墨水)是一种有潜力的新型墨水。它不是金属粒子悬浮液,而是有机金属化合物溶液,在 situ 还原产生光滑的金属层。无粒子导电墨水的关键优点是消除喷墨和喷雾等数字打印方法可能出现的喷嘴堵塞问题,这对选择性沉积很重要。另一个优点是产生的涂层非常光滑,这可以在高频下提高屏蔽效率。
MXenes
理想的EMI屏蔽材料应该具有高电导率、低密度、可适应热膨胀的柔性以及可调节表面化学性能的粘合能力和溶液加工性。新型材料类MXenes家族符合这些描述,它由几层过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成的二维无机材料。MXenes目前正成为学术和商业研究EMI屏蔽等电子领域应用的重点,人们正致力于扩大其生产规模。
全面覆盖
IDTechEx的报告“EMI屏蔽用于电子产品2024-2034:预测、技术和应用”对“EMI屏蔽用于电子产品”市场进行了详细概述,对上述材料类别以及碳纳米复合材料、超材料和集成EMI屏蔽与热接口功能于一体的材料给予更详细评估。报告评估了支持异质集成和先进半导体封装应用的创新,以及主要参与者的活动。报告提供了10年沉积方法和导电墨水消费的预测,参考消费类电子设备分析来评估需要表面屏蔽的半导体封装面积。预测结果根据多个应用领域进行细分,包括智能手机、笔记本电脑、平板电脑、智能手表、AR/VR设备、车辆和电信基础设施。
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