手机辐射能量与毫米波5G手机散热透波材料

 

导语：5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起了这些部位发热量的急剧增加。BN氮化硼散热膜是当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI、物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。

    本产品是国内首创自主研发的高质量二维氮化硼纳米片，成功制备了大面积、厚度可控的二维氮化硼散热膜，具有透电磁波、高导热、高柔性、低介电系数、低介电损耗等多种优异特性,解决了当前我国电子封装及热管理领域面临的“卡脖子”问题，拥有国际先进的热管理TIM解决方案及相关材料生产技术，是国内低维材料技术领域顶尖的创新型高科技产品。    

 

什么是射频能量？

射频能量 - 或辐射 - 只是指无线电波的另一种名称。根据美国食品和药物管理局的说法，射频辐射“是电磁能的一种形式，它由通过空间一起移动（辐射）的电能和磁能波组成。”所有的能量波都是根据振幅 - 波的高度 - 和频率 - 波之间的距离或波长分类的。如下图所示，辐射也根据其与其他物质相互作用时的影响分类为“电离”或“非电离”。 

诸如X射线和伽马射线之类的高频辐射能够从原子中去除电子，将它们分解成更小的部分以产生离子。这种“电离”可能会破坏包含受影响原子的分子，从而造成损害并干扰其正常功能。这就是为什么当用x-射线照你的牙齿时，你的牙医用铅覆盖物盖住你的身体。电离辐射还可以分解导致癌症的人类DNA链。 

较低频率的辐射是“非电离”的，因此当与有机材料（例如人类）相互作用时，原子或分子结构不会改变，结果就是热量。如我们使用微波加热食物和红外加热器来温暖我们的家。然而，长期接触仍然是有害的。您不希望长时间站在正在工作的微波炉旁边，却没有任何EMI屏蔽保护措施。在评估对人类的危害影响时，辐射的总剂量不是唯一的因素，还有辐射随时间的累积。 

手机辐射水平因设备而异，并由SAR测量。如前所述，吸收率或SAR是当暴露于射频（RF）电磁场时身体吸收的能量的量度。移动设备的SAR等级用于估计使用设备时用户头部和身体的RF能量最大吸收率。

 

 

据FCC，SAR测试使用人体头部和身体的标准化模型（测试假人），其充满了模拟不同人体组织的RF吸收特性的液体。SAR测试假人是基于一个叫做特定拟人模特（SAM）的大型成年男性（身高6英尺2英寸，体重220磅）。97％的人口比SAM模型小，这意味着97％的手机用户在同等条件下有可能受到更高剂量的辐射。 

为了确定合规性，每个手机在其操作的所有频带中以其最高功率水平操作时进行测试，并且在针对假头和身体的各种特定位置中进行测试，以模拟不同用户通常持有手机的方式，包括头部的每一侧。 

为了测试手机是否符合SAR标准，手机被精确地放置在头部和身体旁边的各种常见位置，机器人探头在特定的针尖位置以非常精确的网格状图案在假头和躯干内进行一系列电场测量。每个测试手机的所有数据都作为最终测试报告的一部分提交以进行最终审批。在美国，FCC要求手机制造商进行SAR测试，针对所有的手机频段，并包括最严重，最坏情况（和最高功率）操作条件。符合FCC测试规则所记录下的SAR值和手机手册中记录的SAR值，仅表明对特定型号使用的每个频率范围进行测试的最高单次测量值。FCC批准意味着该设备永远不会超过联邦指南允许的最大消费者射频辐射水平，但它并不显示消费者在正常使用设备时所累计的射频辐射量。

 

Bundesamtfür Strahlenschutz最近在德国进行的一项研究显示了按照品牌和型号，手机靠近耳朵时发出的射频能量。虽然美国的FCC规定手机的标准为1.6 W / kg。相比之下，德国的蓝色天使标准要求手机的SAR不超过0.60 W / kg。

什么是5G?

一

定义

“5G”一词通常用于指代第 5 代移动网络。5G 是继之前的标准（1G、2G、3G、4G 网络）之后的最新全球无线标准，并为数据密集型应用提供更高的带宽。除其他好处外，5G 有助于建立一个新的、更强大的网络，该网络能够支持通常被称为 IoT 或“物联网”的设备爆炸式增长的连接——该网络不仅可以连接人们通常使用的端点，还可以连接一系列新设备，包括各种家用物品和机器。公认的5G的优势是：

•具有更高可用性和容量的更可靠的网络

•更高的峰值数据速度（多 Gbps）

•超低延迟

与前几代网络不同，5G 网络利用在 26 GHz 至 40 GHz 范围内运行的高频波长（通常称为毫米波）。由于干扰建筑物、树木甚至雨等物体，在这些高频下会遇到传输损耗，因此需要更高功率和更高效的电源。5G部署最初可能会以增强型移动宽带应用为中心，满足以人为中心的多媒体内容、服务和数据接入需求。增强型移动宽带用例将包括全新的应用领域、性能提升的需求和日益无缝的用户体验，超越现有移动宽带应用所支持的水平。

 

二

毫米波是关键技术

     毫米波通信是未来无线移动通信重要发展方向之一，目前已经在大规模天线技术、低比特量化ADC、低复杂度信道估计技术、功放非线性失真等关键技术上有了明显研究进展。但是随着新一代无线通信对无线宽带通信网络提出新的长距离、高移动、更大传输速率的军用、民用特殊应用场景的需求，针对毫米波无线通信的理论研究与系统设计面临重大挑战，开展面向长距离、高移动毫米波无线宽带系统的基础理论和关键技术研究，已经成为新一代宽带移动通信最具潜力的研究方向之一。

毫米波的优势：   毫米波由于其频率高、波长短，具有如下特点：

频谱宽，配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量，适用于高速多媒体传输业务；可靠性高，较高的频率使其受干扰很少，能较好抵抗雨水天气的影响，提供稳定的传输信道；方向性好，毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大，使得传输波束较窄，增大了窃听难度，适合短距离点对点通信；波长极短，所需的天线尺寸很小，易于在较小的空间内集成大规模天线阵。

毫米波的缺点：毫米波也有一个主要缺点，那就是不容易穿过建筑物或者障碍物，并且可以被叶子和雨水吸收。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔。

毫米波5G手机使用的TIM膜材料

一

石墨片、石墨烯片（非绝缘材料）

     随着智能时代的来临，人们对手机的需求越来越高，手机的硬件配置也随之提高，CPU从单核到双核在逐渐提升至四核、八核，屏幕大小和分辨率也不断提升。伴随着手机硬件和性能提升所带来的则是手机发热越来越严重的问题，如果热量未能及时散发出去面临的将是手机发烫、卡顿、死机甚至爆炸等问题。

      目前手机中使用的散热技术主要包括人工石墨、石墨烯、金属背板、边框散热、导热凝胶散热、热管散热、均温板等等。

5G时代硬件产品散热设计新趋势：

1、散热材料选择多种多样；

2、VC/铜管发挥核心作用；

3、散热设计从“点面”到“整（系统）”；

4、摄像头模组散热问题日益受到重视。

      充满变革性技术创新的时代，带来了无数日常活动的变化。在这样的背景下，随着全新商业模式的涌现，提供商品与服务的旧方式被急剧改变或彻底抛弃，毫米波5G手机产品的设计也面临全新的挑战。

• 人工石墨散热片

石墨散热片也称导热石墨片，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。

导热石墨片是一种导热散热材料，沿两个方向均匀导热，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。石墨导热片解决方案独特的导热性能组合让导热石墨成为热量管理解决方案的杰出材料选择。

• 石墨烯散热片

石墨烯（Graphene）是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种革命性的材料，石墨烯具有非常好的热传导性能。

石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

二

白石墨烯片（BN氮化硼膜材特点：低介电、绝缘、透波、抗电压、柔性、导热）

   

      六方氮化硼（h-BN）这种二维结构材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一样，仅有一个原子厚度。但是两者很大的区别是六方氮化硼是一种天然绝缘体而石墨烯是一种完美的导体。与石墨烯不同的是，h-BN的导热性能很好，可以量化为声子形式（从技术层面上讲，一个声子即是一组原子中的一个准粒子）。

有材料专家说道：“使用氮化硼去控制热流看上去很值得深入研究。我们希望所有的电子器件都可以尽可能快速有效地散射。而其中的缺点之一，尤其是在对于组装在基底上的层状材料来说，热量在其中某个方向上沿着传导平面散失很快，而层之间散热效果不好，多层堆积的石墨烯即是如此。”与石墨中的六角碳网相似，六方氮化硼中氮和硼也组成六角网状层面，互相重叠，构成晶体。晶体与石墨相似，具有反磁性及很高的异向性，晶体参数两者也颇为相近。