Materiales de blindaje electromagnético de la Estación base de comunicación 5G (pegamento conductor 5g, pegamento conductor de plata y cobre, pegamento conductor de níquel - carbono, pegamento conductor de plata y níquel) y aplicaciones

I. antecedentes del desarrollo de las comunicaciones móviles
Las comunicaciones móviles son una revolución en la industria de las telecomunicaciones, que extiende los terminales de red de lugares fijos a individuos, y las personas pueden procesar y transmitir información en cualquier momento y lugar a través de dispositivos móviles. La aparición de las comunicaciones móviles ha hecho que la comunicación y transmisión de información entre las personas sea más oportuna, estrecha y frecuente, y la producción y el estilo de vida de las personas han cambiado revolucionariamente. En la era de Internet de las cosas, las comunicaciones tradicionales entre las personas ya no pueden satisfacer las necesidades de producción y vida, y las comunicaciones entre las personas y las cosas, las cosas y las cosas se volverán cada vez más importantes y frecuentes.
Las comunicaciones móviles tienen 46 años desde que Martin cooper, un ex Ejecutivo de Motorola en Estados unidos, abrió su primer teléfono móvil en la historia en 1973. La primera generación de comunicaciones móviles comerciales comenzó a finales de la década de 1970 a principios de la década de 1980, cuando solo se podía lograr una simple comunicación de voz analógica, que era conocida en China como el "hermano mayor". Luego, las comunicaciones móviles se actualizan aproximadamente cada 10 años. Después de más de 40 años de desarrollo, la forma y la función del teléfono móvil han cambiado drásticamente. En cierto sentido, la historia del desarrollo de los teléfonos móviles es una magnífica historia de las comunicaciones móviles. En la actualidad, los principales países del mundo están acelerando el ritmo de comercialización de 5g. el 31 de octubre de 2019, China también anunció oficialmente el lanzamiento de la comercialización de 5g.
¿¿ qué experiencias sin precedentes traerá la comunicación 5G a los seres humanos? La Unión Internacional de telecomunicaciones (uit) representa tres escenarios de aplicación principales para las comunicaciones 5g: Banda Ancha Móvil mejorada, comunicaciones de máquinas a gran escala y comunicaciones de baja latencia y alta confiabilidad. En comparación con la tecnología de comunicación móvil 4g, el mayor cambio en el lado de la aplicación de comunicación 5G es de la comunicación entre personas a la comunicación entre personas, cosas y cosas. En la era 5g, las personas pueden disfrutar de una velocidad de red súper alta, Internet de las cosas, comunidades inteligentes pueden realizarse realmente, Internet industrial y conducción autónoma también entrarán en la realidad.
La comunicación 5G no solo enfatiza la velocidad máxima de transmisión, sino que tiene en cuenta ocho indicadores de rendimiento: velocidad máxima, velocidad de experiencia del usuario, eficiencia espectral, movilidad, retraso de tiempo, densidad de número de conexiones, eficiencia energética y densidad de energía, como se muestra en la figura 2. En los indicadores clave de rendimiento anteriores, las comunicaciones 5G superan completamente las comunicaciones 4g.
Según la definición de 3gpp del rango de frecuencia 5g, la comunicación 5G incluye dos bandas de frecuencia fr1 y fr2: el rango de frecuencia fr1 (es decir, Sub - 6ghz) es de 450 MHz a 6 ghz, y el rango de frecuencia FR2 (es decir, above - 6ghz) es de 24,25 a 52,6 ghz. De acuerdo con las regulaciones anteriores, el rango de longitud de las ondas electromagnéticas en la banda FR2 es de 5,7 a 12,4 mm, que pertenece a la categoría de ondas milimétricas. El gran ancho de banda espectral de las ondas milimétricas de alta frecuencia es una de las razones por las que el 5G puede lograr una transmisión de alta velocidad. Sin embargo, la longitud de onda de las ondas milimétricas es corta y la capacidad de difracción es pobre, y la atenuación espacial de la señal es muy grave. Para lograr la aplicación comercial de las comunicaciones 5g, por un lado, es necesario desplegar más estaciones base para resolver el problema de la atenuación de la señal, por otro lado, es necesario utilizar redes conjuntas de alta frecuencia y media y baja frecuencia para satisfacer las diferentes necesidades de los usuarios. En la era 5g, para satisfacer mayores necesidades de datos móviles, la cobertura perfecta y la cobertura profunda de las redes 5G dependerán más del despliegue de estaciones base miniaturizadas. El radio de radiación de las pequeñas y microestaciones base oscila entre decenas y miles de metros, y en el futuro se desplegarán grandes cantidades de pequeñas y microestaciones base en áreas densamente pobladas como centros comerciales, estaciones, aeropuertos, empresas y otras áreas. La Tabla 1 muestra una visión general de varias estaciones base y escenarios de aplicación.
La Estación base de comunicación, también conocida como estación base inalámbrica, es una infraestructura estratégica para lograr la informatización. Según los datos publicados por el Ministerio de Industria y tecnología de la información, en septiembre de 2018, el número de estaciones base de comunicaciones móviles en China era de 6,39 millones, y más estaciones base se desplegarán en redes ultra densas 5G en el futuro. En el proceso de construcción y operación de la Estación base de comunicaciones móviles, la radiación electromagnética se ha convertido en el foco de atención. Cuando la Estación base funciona, la señal de onda electromagnética se envía al espacio desde la antena de transmisión, que es la fuente de radiación electromagnética de la estación base. La radiación electromagnética está preocupada por la salud de las personas, y todos los países del mundo tienen regulaciones estrictas sobre la protección electromagnética de las estaciones base. Debido a que la gente no conoce los detalles de la protección electromagnética de la estación base, a menudo "habla del cambio de color de la estación base", en los últimos años se han producido casos extremos de obstrucción y destrucción de la Estación base en muchos lugares (véase la figura 3).
La Ley de nuestro país estipula que la construcción de estaciones base de comunicaciones móviles debe cumplir con los requisitos del reglamento de protección contra la radiación electromagnética y las normas de higiene de ondas electromagnéticas ambientales. la intensidad del campo eléctrico solo puede cumplir con las normas de Seguridad si cumple con los requisitos del límite superior de menos de 12v por metro o densidad de potencia inferior a 40 MW / cm2. El 1 de enero de 2019, entró en vigor oficialmente el "método de monitoreo de protección contra radiación electromagnética de estaciones base de comunicaciones móviles" emitido por el Ministerio de Ecología y medio ambiente, destacando la gran importancia que el Estado concede a la protección electromagnética de estaciones base. En la actualidad, el mundo está acelerando el despliegue comercial de las comunicaciones móviles 5g, y el procesamiento de blindaje electromagnético de las estaciones base de comunicaciones móviles y los terminales de aplicación es particularmente urgente.
        2. mecanismo de blindaje electromagnético y principios básicos del diseño del producto
Cuando los equipos electrónicos funcionan, no quieren ser perturbados por ondas electromagnéticas externas, ni quieren que sus propias ondas electromagnéticas irradiadas interfieran con los equipos externos y pongan en peligro la salud humana, por lo que es necesario bloquear la ruta de transmisión de las ondas electromagnéticas, que es el blindaje electromagnético. La atenuación de las ondas electromagnéticas cuando se propagan en el espacio se basa principalmente en la reflexión y absorción de las ondas electromagnéticas:
(1) cuando las ondas electromagnéticas se propagan a la superficie del cuerpo blindado, debido a la mutación de la resistencia de las ondas en la interfaz entre el aire y el cuerpo blindado, las ondas electromagnéticas producen reflexión;
(2) después de que las ondas electromagnéticas pasan por la superficie del material metálico, el material metálico formará un vórtice debido a la fuerza electromotriz inducida, y el campo magnético del vórtice se compensará mutuamente en la dirección opuesta al campo magnético original, logrando así el efecto de blindaje, es decir, la pérdida de absorción;
(3) cuando las ondas electromagnéticas que no se han atenuado en el cuerpo del blindaje se propagan a la otra superficie del cuerpo del blindaje, la interfaz Metal - aire que se encuentra con una mutación de resistencia vuelve a reflejarse y vuelve al cuerpo del blindaje para producir múltiples reflejos.
Con el aumento de la frecuencia de las ondas electromagnéticas, la proporción de pérdidas de absorción aumenta, mientras que la proporción de pérdidas de reflexión disminuye. Por lo tanto, para el blindaje electromagnético de alta frecuencia, se utilizan principalmente materiales metálicos de alta conductividad eléctrica para generar vórtices para compensar las ondas electromagnéticas externas. Para las ondas electromagnéticas de baja frecuencia, generalmente se pueden utilizar materiales con alta conductividad magnética para limitar las líneas magnéticas dentro del cuerpo blindado y evitar la propagación de las ondas electromagnéticas.
Los factores que afectan la eficiencia del blindaje electromagnético del material incluyen la conductividad eléctrica, la conductividad magnética y el espesor del material. De acuerdo con el mecanismo de blindaje electromagnético, el diseño del producto de blindaje electromagnético puede combinar la banda de ondas electromagnéticas blindadas, adoptar materiales de alta conductividad eléctrica o alta conductividad magnética para el desarrollo, y hacer diferentes formas de materiales de blindaje electromagnético de acuerdo con diferentes ocasiones y procesos de aplicación, Véase la tabla 2. En la actualidad, los materiales de blindaje electromagnético ampliamente utilizados en la industria de la información electrónica incluyenPulpa conductora, pegamento conductor, pintura conductora, pintura conductora, caucho conductor, tela conductora, espuma conductora, malla metálica, película conductora transparenteEspera.
        3. aplicación de materiales de blindaje electromagnético en estaciones base
La carcasa de la Estación base es generalmente una fundición a presión de aleación de aluminio. para lograr la protección general contra la radiación electromagnética, es necesario conectarse con tiras de silicona conductoras en las costuras de la fundición a presión. Las tiras de silicona conductoras forman un conductor continuo en la carcasa de la Estación base de aleación de aluminio, que limita las ondas electromagnéticas al interior de la Estación base a través del efecto de vórtice y el efecto de reflexión del conductor, evitando así la radiación causada por la fuga de ondas electromagnéticas. Para la comunicación de alta frecuencia 5g, la eficiencia del blindaje electromagnético de las tiras de silicona conductoras se realiza principalmente a través del efecto de vórtice. cuanto más fuerte sea la conductividad eléctrica del material, más obvio será el efecto de vórtice. por lo tanto, para mejorar la eficiencia del blindaje electromagnético, el material necesita tener una mayor conductividad eléctrica. Además de la conductividad eléctrica, las tiras de silicona conductoras deben cumplir con propiedades mecánicas específicas para satisfacer las necesidades reales de la aplicación, como los estrictos requisitos de los integradores de estaciones base para la resistencia a la tracción, la resistencia al desgarro, la tasa de extensión de rotura, la deformación permanente de compresión, etc. El entorno de trabajo de la Estación base al aire libre es relativamente malo, como altas temperaturas, frío severo, humedad y ambiente corrosivo durante mucho tiempo, lo que puede causar un deterioro de las propiedades de los materiales conductores, por lo que las tiras de silicona conductoras deben ser capaces de resistir estrictas pruebas de envejecimiento ambiental.
Además del blindaje integral de la carcasa de la Estación base con tiras adhesivas conductoras, el interior de la Estación base también necesita realizar un blindaje electromagnético local de los componentes electrónicos para evitar la interferencia mutua de las señales. El proceso de moldeo in situ (fip) puede aplicar con precisión el pegamento conductor en la parte necesaria, el proceso es simple, se puede formar en superficies complejas, la tasa de utilización de materiales es alta, muy adecuado para la protección electromagnética local de los equipos de la estación base. El pegamento conductor se aplica en la parte necesaria mediante el proceso fip, y después de solidificarse, se forma una "pared" que es conductora y elástica, desempeñando así el papel de blindaje local.
Los materiales de blindaje electromagnético comúnmente utilizados en las estaciones base de comunicación incluyenTiras de sellado de blindaje electromagnético, pegamento conductor de blindaje electromagnético, almohadilla de blindaje electromagnéticoEtc., las empresas internacionales relacionadas incluyen laird, nolante, Gu meili, etc., y las empresas nacionales como ZhongShi Technology y feirongda. En términos de rendimiento del producto, las empresas extranjeras han monopolizado durante mucho tiempo el mercado de productos de blindaje electromagnético de gama media y alta, y el rendimiento del producto de las empresas nacionales es relativamente pobre, generalmente para productos de gama media y baja. Además, la fuerza de I + D y la capacidad de innovación tecnológica de las empresas nacionales son insuficientes para satisfacer las crecientes necesidades de rendimiento de los fabricantes de terminales. Por ejemplo, el blindaje de ondas electromagnéticas de alta frecuencia 5G plantea una mayor demanda de conductividad eléctrica de los materiales, mientras que los usuarios también tienen nuevos requisitos para la resistencia a la tracción de las tiras adhesivas. En general, el nivel de desarrollo tecnológico de los fabricantes nacionales de materiales debe mejorarse urgentemente.
Para las ondas electromagnéticas de alta frecuencia, cuanto mejor sea la conductividad eléctrica del material, mayor será el vórtice inverso producido, debilitando así la interferencia de los campos magnéticos de alta frecuencia. Por lo tanto, la idea general del desarrollo de materiales de blindaje electromagnético de alta frecuencia es mejorar la conductividad eléctrica de los materiales, que pueden mejorar la conductividad eléctrica de los materiales aumentando el contenido de conductores o aumentando la conductividad eléctrica de los polvos conductores. Sin embargo, la mejora de la conductividad eléctrica del polvo conductor tiene su propio cuello de botella, teniendo en cuenta las limitaciones de la viscosidad y el costo del material, la cantidad añadida del polvo conductor no puede ser demasiado alta. Según la fórmula de pérdida de absorción del blindaje electromagnético, la pérdida de absorción está positivamente relacionada con la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética, por lo que el uso de materias primas de alta permeabilidad magnética también es una solución efectiva y factible. Por ejemplo, la conductividad eléctrica del níquel metálico es un poco peor que la de los materiales metálicos preciosos como la plata, pero la conductividad magnética del material es relativamente alta, y los materiales desarrollados con polvo de níquel también tienen una eficiencia de blindaje comparable a la de los materiales a base de plata.
Advanced Academy Technology (shenzhen) co., Ltd. (en adelante, "advanced Academy company") es una empresa de materiales electrónicos con cooperación de fondo en colegios y universidades. en 2017, comenzó a diseñar y desarrollar productos como pulpa de blindaje electromagnético y pegamento conductor, que se utilizan principalmente en estaciones base de comunicación y terminales móviles. En el campo de la electrónica de consumo, sobre la base del desarrollo de pastas conductoras, se propone la ruta técnica de mezcla compuesta de polvo de chip y polvo de bola. el mecanismo principal es que el polvo de chip y el polvo de bola tienen diferentes superficies y formas específicas. estas dos partículas de diferentes tamaños y formas pueden aumentar el canal conductor y la densidad de apilamiento en gran medida cuando se mezclan. Al mismo tiempo, a través de la combinación de portadores de resina y aditivos, se logra aún más una unión más estrecha entre los conductores eléctricos, lo que reduce la resistencia de contacto de la interfaz y, por lo tanto, mejora considerablemente su conductividad eléctrica. Además, después de que el polvo en forma de escamas está envuelto en resina de alta elasticidad, se producirá una deformación reversible durante el estiramiento, de modo que el Estado de superposición del polvo conductor no cambiará después de la recuperación del estiramiento, por lo que la tira de silicona de blindaje electromagnético preparada por zhongkonatong tiene una alta resistencia al estiramiento y la resistencia se mantiene básicamente sin cambios después de la recuperación del estiramiento.
        4. perspectivas de desarrollo de adhesivos conductores 5g, adhesivos conductores de plata y cobre, adhesivos conductores de níquel y carbono y adhesivos conductores de plata y níquel
Una generación de materiales logra una generación de industrias. Con la posición de liderazgo establecida por China en el campo de las comunicaciones móviles en los últimos años, las empresas representadas por Huawei han establecido su voz en tecnología, estándares y otros aspectos, y los fabricantes nacionales de materiales y dispositivos han comenzado a aprovechar la oportunidad para personalizar el desarrollo de materiales para Huawei y otras empresas, proporcionando buenas oportunidades para el Desarrollo de nuevos materiales electrónicos en china.
En los últimos años, en el proceso de intercambio tecnológico con clientes de la industria, hay una comprensión superficial de la dirección de desarrollo futuro de los materiales de blindaje electromagnético en el campo 5g, que se resume de la siguiente manera:
(1) la amplia aplicación de ondas centímetro y milimétricas requiere que los materiales de blindaje electromagnético se desarrollen hacia la banda ancha, lo que requiere que puedan cubrir el blindaje de ondas electromagnéticas de media y baja frecuencia y alta frecuencia;
(2) en el futuro, el tamaño de las estaciones base de comunicación y los componentes electrónicos se reducirá, lo que requiere que los materiales de blindaje electromagnético tengan características ligeras y ultrafinas;
(3) debido a la importancia que se concede a la vida y la salud, cada vez más equipos electrónicos necesitan protección electromagnética, los estándares de blindaje electromagnético son más estrictos y los requisitos de eficiencia de blindaje son más altos;