CN108909113A - 一种导热电磁噪声抑制片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁噪声吸收技术领域，公开了一种导热电磁噪声抑制片及其制备方法，包括有机硅树脂基吸波介质顶层、有机硅树脂基吸波介质底层，以及嵌于有机硅树脂基吸波介质顶层与底层间的电磁带隙结构层；其中，有机硅树脂基吸波介质层为有机硅树脂与电磁波吸收剂复合体；电磁带隙结构层包括若干金属箔网格和吸波介质层，金属箔网格均匀分布在吸波介质层并固定；本发明提供的这种导热电磁噪声抑制片，利用电磁带隙结构在有机硅树脂基吸波介质内构建导热网络、并利用其电磁波调控特性实现吸波能力增强，显著改善吸波贴片的导热性能和电磁噪声抑制能力，与现有的导热吸波贴片相比，吸波带宽和中心频率损耗强度均得到显著提升。
Description
技术领域
本发明属于电磁噪声吸收技术领域，具体涉及一种具有电磁带隙结构的高导热强吸波的电磁噪声抑制片及其制备方法。
背景技术
导热电磁噪声抑制片是一种对电磁噪声信号具有强衰减吸收、并具有良好散热特性的复合材料，具有柔性可贴装、应用频率范围宽等特点，可有效解决电子设备在高频工作条件下的散射和电磁干扰问题，为电子设备的集成化和高频化设计与发展提供技术支持。
传统导热电磁噪声抑制片譬如导热吸波贴片主要采用有机硅树脂作为基材，填充具有高导热系数的导热剂(如Al2O3、AlN等)和具有电磁波耗散作用的吸收剂(如羰基铁粉、导电炭黑等)，从而同时实现散热和电磁噪声衰减吸收。这类传统材料尽管通过调整导热剂与吸收剂的种类和填充比等工艺参数，可在一定程度上改善复合体系的导热系数和吸波性能；然而，受限于吸波贴片的组成与结构调节范围，导热剂和吸收剂的填充比相互制约，难以满足材料散热效能和宽频范围内电磁噪声抑制的兼容设计需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种导热电磁噪声抑制片及其制备方法，其目的在于利用电磁带隙结构在有机硅树脂基吸波介质内构建导热网络，利用电磁带隙结构的电磁波调控特性增强吸波能力，改善吸波贴片的导热性能和电磁噪声抑制能力。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种导热电磁噪声抑制片，包括有机硅树脂基吸波介质顶层、有机硅树脂基吸波介质底层，以及嵌于有机硅树脂基吸波介质顶层与底层间的电磁带隙结构层；
其中，有机硅树脂基吸波介质顶层、底层为有机硅树脂与电磁波吸收剂复合体；电磁带隙结构层为一体式结构，包括若干金属箔和吸波介质层，金属箔呈网格状周期性分布在吸波介质层上，在导热电磁噪声抑制片中形成导热网络实现高效散热。
优选的，上述导热电磁噪声抑制片，吸波介质顶层与吸波介质底层的总厚度为0.5～3.0mm。
优选地，上述导热电磁噪声抑制片，其电磁带隙结构中金属箔的形状、尺寸以及排布方式可调；通过调整金属箔的形状、尺寸以及排布方式可调控其谐振频率和电磁带隙范围，产生强谐振吸收峰，拓展导热电磁噪声抑制片的吸收带宽，改善特定频点或频段内电磁噪声抑制效果；金属箔形状优选采用方形、圆形或三角形。
优选地，上述导热电磁噪声抑制片，电磁带隙结构设有1～5层；电磁带隙结构中的金属箔厚度为5～50μm。
为实现本发明目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种导热电磁噪声抑制片的制备方法，将设计质量分数的吸收剂与有机硅树脂、助剂混炼，利用平板硫化机模压后获得预设厚度的贴片作为有机硅树脂基吸波介质层；
按设计的结构参数将吸波介质单元层和金属箔网格进行叠层热压获得电磁带隙结构；
将一层或多层电磁带隙结构嵌在两层有机硅树脂基吸波介质层之间，制得导热电磁噪声抑制片。
本发明提供的导热电磁噪声抑制片由有机硅树脂基吸波介质和电磁带隙结构协同实现高效导热与吸波特性，相对于现有材料的导热剂和电磁吸收剂复合设计思路，利用上述两种功能层进行复合结构设计具有更大的调控自由度和性能提升空间。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的导热电磁噪声抑制片，其硅树脂基吸波介质层作为吸波功能层，以吸波性能为主要设计目标，可在基材中最大限度地填充吸收剂，与现有的导热吸波贴片相比，无需引入导热剂；吸收剂填充比越高，吸波介质的磁导率磁损耗越大；且可通过调整吸收剂填充比实现大范围调控、梯度化电磁参数，有利于进行多层吸波介质的阻抗匹配及优化设计，实现宽频强吸收的效果。
(2)本发明提供的导热电磁噪声抑制片，其电磁带隙结构在导热电磁噪声抑制片中可形成导热网络实现高效散热；另一方面，利用电磁带隙结构对电磁波传输/反射的频率选择特性来提高某一频点或频段吸波性能；通过调整金属箔网格单元的形状、尺寸以及排布方式可灵活调控其谐振频率和电磁带隙范围，能够产生强谐振吸收峰(谐振频率处)、并有助于复合结构的吸收带宽拓展，从而达到改善特定频点或频段内电磁噪声抑制效果；相较于现有技术的金属网格导热单一功能设计，本发明提供的导热电磁噪声抑制片的周期性金属箔网格在复合结构中实现了其高导热性和电磁波调控特性；
(3)本发明提供的导热电磁噪声抑制片，由硅树脂基吸波介质层与具有周期性金属箔网格层的电磁带隙结构构成，与现有技术的导热吸波贴片相比，利用多层吸波介质提高了阻抗匹配性，且吸波介质层与电磁带隙结构有协同吸波作用，从而使薄层噪声抑制片的吸波带宽和中心频率损耗强度均得到显著提升；此外，导热性能可通过优化金属箔网格层单元尺寸和层数适当增加得到进一步提升；本发明材料的制备工艺较为成熟，成本较低，适合规模生产和推广应用。
附图说明
图1是本发明提供的导热电磁噪声抑制片的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例1的效果图；
图3是本发明实施例2的效果图；
图4是本发明实施例3的效果图；
图5是本发明实施例4的效果图；
图6是本发明实施例5的效果图；
图7是本发明实施例6的效果图；
图8是本发明实施例7的效果图；
图9是本发明实施例8的效果图；
图10是本发明实施例9的效果图；
图11是本发明实施例10的效果图；
图12是本发明实施例11的效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的导热电磁噪声抑制片，利用电磁带隙结构在有机硅树脂基吸波介质间构建导热网络、并利用其电磁波调控特性增强吸波能力，显著改善吸波贴片的导热性能和电磁噪声抑制能力。
参照图1，是实施例提供的导热电磁噪声抑制片的结构示意图。含单层电磁带隙结构的导热电磁噪声抑制片为三层结构，从上至下依次为有机硅树脂基吸波介质顶层、电磁带隙结构、有机硅树脂基吸波介质底层。含两层及两层以上电磁带隙结构的导热电磁噪声抑制片的结构从上至下依次为：有机硅树脂基吸波介质顶层、电磁带隙结构层、1～4个中间层、有机硅树脂基吸波介质底层；其中间层是由有机硅树脂基吸波介质、电磁带隙结构组合而成；电磁带隙结构包括若干金属箔和吸波介质层，金属箔呈网格状周期性分布在吸波介质层上。
其中，有机硅树脂基吸波介质顶层、有机硅树脂基吸波介质底层为有机硅树脂和电磁波吸收剂复合体系，电磁波吸收剂的化学组份、形貌、填充比根据满足吸波性能指标的电磁参数大小来确定；有机硅树脂基吸波介质的材料及厚度、电磁带隙结构的周期性单元形状和几何尺寸参数根据电磁阻抗匹配原理确定。
以下结合具体实例进一步阐述；参照图2～12，是实施例1～11提供的导热电磁噪声抑制片的效果曲线示意图；在图2～12中，纵坐标RL(dB)为反射损耗，该值越负反映材料对电磁波的吸收能力越强，横坐标f(GHz)为频率，考察范围为0.1～40GHz。
实施例1：
实施例1提供的导热电磁噪声抑制片为三层结构，包括吸波介质顶层、电磁带隙结构和吸波介质底层。吸波介质层顶层与吸波介质底层均由羰基铁粉吸收剂与硅树脂基材组成。吸波介质顶层厚度h1＝1.9mm；其中羰基铁粉吸收剂所占质量分数70％，有机硅树脂占质量分数30％；吸波介质底层厚度h2＝0.1mm，其中羰基铁粉吸收剂所占质量分数90％，有机硅树脂占质量分数10％。吸波介质顶层与吸波介质底层总厚度h(h＝h1+h2)为2.0mm。吸波介质顶层、底层中吸收剂的质量分数由小到大可实现两个吸波介质层电磁参数相应由小到大的梯度化组合，从而有利于改善阻抗匹配性；实施例1中，电磁带隙结构所用金属箔为铜箔，厚度为25μm，金属箔采用方形，多个金属箔铺设在吸波介质层上形成周期性网格结构，单元周期为p＝5.0mm，网格线宽a＝1.0mm。
图2所示为实例1提供的导热电磁噪声抑制片的吸波性能效果曲线图，在10.56GHz处呈现最小反射损耗，峰值达到-32.2dB，体现出了强谐振吸收特点；在7.8GHz～14.04GHz的较宽频范围实现反射损耗小于-10dB，带宽达到6.24GHz，表现出宽频强吸收特性。
实施例2～9所提供的含单层电磁带隙结构的导热电磁噪声抑制片。与实施例1的区别在于：电磁带隙结构的参数，铜箔厚度，吸波介质顶层、底层厚度及总厚度，具体参数如表1所示。
实施例10～11所提供的含两层电磁带隙结构的导热电磁噪声抑制片为五层复合结构，从上至下依次为吸波介质顶层、电磁带隙结构、吸波介质中间层、电磁带隙结构中间层和吸波介质底层。具体地，吸波介质顶层、底层由羰基铁粉吸收剂与硅树脂基材组成，吸波介质顶层、底层总厚度为2.0mm，其中吸波介质顶层和吸波介质中间层的吸收剂质量分数均为70wt％，吸波介质底层吸收剂质量分数为90wt％；电磁带隙结构所用金属箔为铜箔，厚度为25μm；吸波介质层厚度及电磁带隙结构参数如表2所示。
表1实施例2～9的导热电磁噪声抑制片参数列表
表2实施例10～11的导热电磁噪声抑制片参数列表
实施例2～11提供的导热电磁噪声抑制片吸波性能如图3～12所示，主要指标比较如表3所列。
表3实施例2～11导热电磁噪声抑制片的吸波性能列表
通过实施例1～11提供的导热电磁噪声抑制片的吸波性能可以看出：
(1)对于含单层电磁带隙结构(EBG)的导热电磁噪声抑制片，在吸波介质层总厚度、EBG层内周期性金属箔网格的单元周期p不变条件下，线宽a增大时，谐振吸收峰移向高频，吸波频带也相应展宽；相应地，金属箔面积增加有利于导热性能提升。
(2)在设计范围，吸波介质层总厚度逐渐降低时，吸收峰移向高频，吸波频带呈增大趋势，这一变化趋势反映电磁带隙结构对噪声抑制片的吸波性能有明显改善作用；金属箔厚度对吸波性能影响较小，其厚度适当增加有利于导热性能提升。
(3)对于含两层EBG的导热电磁噪声抑制片，在吸波介质层总厚度、EBG层单元周期不变条件下，上层EBG的线宽a1减小、下层EBG的线宽a2增大时，谐振吸收峰移向高频，吸波频带也相应展宽；EBG层数增加也有利于导热性能提升。
(4)吸波介质层的电磁参数梯度组合设计可获得良好的宽频吸波特性；实施例中，从吸波介质顶层到吸波介质底层，有机硅树脂基吸波介质层的吸收剂质量分数由小到大呈梯度增加，即对应了电磁参数的梯度增大，实现了两个吸波介质层电磁参数相应由小到大的梯度化组合，有利于改善阻抗匹配性。在吸波介质层总厚度不变条件下，增大周期性金属箔网格的几何尺寸，谐振吸收峰会移向低频；反之，谐振吸收峰移向高频；电磁带隙结构层数越多，导热性能相应越高；由此，通过调节电磁带隙结构即周期性金属箔网格的几何尺寸、层数能有效调控谐振吸收峰，可在特定频点获得强吸收特性，并有利于复合结构的导热性能提升；
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种导热电磁噪声抑制片，其特征在于，包括有机硅树脂基吸波介质顶层、有机硅树脂基吸波介质底层，以及嵌于有机硅树脂基吸波介质顶层与底层间的电磁带隙结构层；
有机硅树脂基吸波介质顶层、底层为有机硅树脂与电磁波吸收剂复合体；电磁带隙结构层包括若干金属箔和吸波介质层，金属箔呈网格状周期性分布在吸波介质层上，在导热电磁噪声抑制片中形成导热网络实现高效散热。
2.如权利要求1所述的导热电磁噪声抑制片，其特征在于，含两层或两层以上电磁带隙结构；从顶层至底层依次为：有机硅树脂基吸波介质顶层、电磁带隙结构层、若干中间层、有机硅树脂基吸波介质底层；所述中间层包括有机硅树脂基吸波介质层、电磁带隙结构。
3.如权利要求1或2所述的导热电磁噪声抑制片，其特征在于，吸波介质顶层与吸波介质底层的总厚度为0.5～3.0mm。
4.如权利要求1或2所述的导热电磁噪声抑制片，其特征在于，所述电磁带隙结构中的金属箔的形状、尺寸以及排布方式可调；通过调整金属箔的形状、尺寸以及排布方式可调控其谐振频率和电磁带隙范围，产生强谐振吸收峰，拓展导热电磁噪声抑制片的吸收带宽，改善特定频点或频段内电磁噪声抑制效果。
5.如权利要求1或2所述的导热电磁噪声抑制片，其特征在于，电磁带隙结构的金属箔厚度为5～50μm。
6.一种导热电磁噪声抑制片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将设计质量分数的吸收剂与有机硅树脂、助剂混炼，模压后获得预设厚度的贴片作为有机硅树脂基吸波介质层；
(2)按设计的结构参数将吸波介质层和金属箔网格进行叠层热压获得电磁带隙结构；
(3)将一层或多层电磁带隙结构嵌在两层有机硅树脂基吸波介质层之间，制得导热电磁噪声抑制片。
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