噪音抑制片"Flexield"IFL系列

什么是噪音抑制片"Flexield"?

隨著智能手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備的小型、薄型、多功能化的發(fā)展，電路基板中也將封裝為數(shù)眾多的電子元件，使其不斷高密度化，因此抑制從IC或電纜中輻射出的噪音變得愈發(fā)重要。這類輻射噪音很難在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此很多情況下在制造階段采取對(duì)策。
TDK的噪音抑制片"Flexield"（以下稱為Flexield）是將軟磁性金屬材料的細(xì)微粉末(扁平狀粉末)與樹脂進(jìn)行混合，并加工成為柔性片材的電磁屏蔽材料。將其貼在輻射噪音發(fā)生源，或容易受到輻射噪音影響的部位后，可發(fā)揮極為有效的噪音抑制效果。其便于沖壓、剪切，可加工成各類形狀，同時(shí)也可用于柔性曲面及柔性電纜(FPC/FFC)等場(chǎng)合中（圖1）。

圖1Flexield的沖壓加工示例與使用示例

Flexield的結(jié)構(gòu)

如圖2所示，TDK的Flexield由表面薄膜、軟磁性金屬粉末與樹脂混合的磁性片材、雙面膠以及防粘襯里構(gòu)成。產(chǎn)品形態(tài)分為卷狀與片狀，提供有厚度在0.025mm～0.2mm的各類IFL系列產(chǎn)品。還可根據(jù)用途選擇是否需要雙面膠。同時(shí)，還提供帶金屬層新產(chǎn)品混合類型（后述），大幅提高了噪音抑制效果。

圖2Flexield的結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品形態(tài)

Flexield的主要特點(diǎn)與用途

Flexield的主要特點(diǎn)與用途如下所述。

《主要特點(diǎn)》

●通過(guò)采用高導(dǎo)磁率軟磁性金屬材料，發(fā)揮優(yōu)異的輻射噪音抑制效果。

●產(chǎn)品纖薄，即使是狹小的縫隙部位也能安裝。

●材質(zhì)為柔性片材，因此受到?jīng)_擊也不會(huì)開裂。

●形狀加工性優(yōu)異，可應(yīng)對(duì)多種尺寸及形狀。

●可提供卷狀產(chǎn)品，以幫助進(jìn)行量產(chǎn)及削減成本。

《主要用途》

●通過(guò)貼于IC元件上后可抑制IC產(chǎn)生的輻射噪音。

●通過(guò)電纜連接基板與基板，或連接基板與元件時(shí)，只需貼于電纜表面即可抑制輻射噪音。

●通過(guò)配置在基板間，可降低一塊基板產(chǎn)生的輻射噪音給另外一塊基板所造成的影響。

●通過(guò)貼在機(jī)殼上后，可防止筐體內(nèi)的內(nèi)部干擾，并抑制從機(jī)殼向外發(fā)出的輻射噪音。

Flexield的原理

Flexield通過(guò)吸收輻射噪音能量，將其轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)抑制輻射噪音所產(chǎn)生的影響。以下就其原理進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
與樹脂進(jìn)行混合的軟磁性金屬材料的導(dǎo)磁率(μ)與Flexield的噪音抑制特性息息相關(guān)。導(dǎo)磁率是指，向磁性體施加磁場(chǎng)(H)時(shí)磁通密度(B)的增加率。也就是說(shuō)，導(dǎo)磁率是磁性體磁通通過(guò)容易性(磁化容易性)的指標(biāo)，可通過(guò)以下公式表示。

μ＝B/H

導(dǎo)磁率高，矯磁力較小的磁性體稱為軟磁性體。通過(guò)施加交流磁場(chǎng)后便可輕易反轉(zhuǎn)磁化方向，因此多用于變壓器磁芯等產(chǎn)品中。然而，交流磁場(chǎng)頻率越高，磁通密度（B）的變化將無(wú)法趕上磁場(chǎng)（H）的變化，從而會(huì)發(fā)生相位延遲。若相位延遲表示為δ，則交流中磁性體的導(dǎo)磁率可通過(guò)以下復(fù)數(shù)記法的公式表示。

μ＝μ'-jμ''=|μ|cosδ-j|μ|sinδ

μ'稱為復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部，μ''稱為虛部。δ=0時(shí)表示直流的導(dǎo)磁率，但在交流的情況下，頻率越高，δ也會(huì)越大，因此導(dǎo)磁率會(huì)下降。復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ'、虛部μ''及相位延遲δ之間存在以下關(guān)系。

μ''/μ'=tanδ

其中的tanδ稱為損耗系數(shù)。在變壓器磁芯等產(chǎn)品中，tanδ的數(shù)值越小，損耗越少，是一款十分優(yōu)異的磁芯材料，而Flexield則積極使用該損耗達(dá)到抑制噪音的效果。圖3所示為在施加交流磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)磁率、頻率特性的一般傾向示意圖表。在頻率較低的領(lǐng)域中，復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ'占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。但隨著頻率升高，磁通密度的變化無(wú)法趕上磁場(chǎng)的變化，最終引起磁共振（磁壁共振或旋轉(zhuǎn)磁化共振等），使復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率實(shí)部μ'發(fā)生驟減，而虛部μ''開始升高。

圖3施加交流磁場(chǎng)時(shí)的導(dǎo)磁率變化示意圖

IFL系列的導(dǎo)磁率-頻率特性

復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部μ'是表示磁通聚集容易度的數(shù)值，貼在天線上后有延長(zhǎng)通信距離等的效果。另一方面，虛部μ''為磁損耗項(xiàng)，即表示噪音吸收效果大小的數(shù)值，包含在Flexield中的軟磁性金屬材料通過(guò)虛部導(dǎo)磁率吸收噪音成分后轉(zhuǎn)換為熱能，從而起到抑制效果。為此，F(xiàn)lexield作為噪音抑制片，在低頻率至高頻率的大頻率范圍內(nèi)需要確保較大的復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ''。RFID用磁性片材（用于改善RFID系統(tǒng)的讀寫器接收靈敏度）是TDK的另外一種Flexield產(chǎn)品，與用于抑制噪音的產(chǎn)品不同，其在13.56MHz的使用頻率下，需要較大的實(shí)部μ'以及較小的虛部μ''。為此，根據(jù)用途的不同，所要求的特性也各有差異。圖5所示為噪音抑制用Flexield IFL系列的導(dǎo)磁率-頻率特性。

圖4 噪音抑制用Flexield IFL系列的導(dǎo)磁率-頻率特性

IFL系列的各類產(chǎn)品以及磁性片材厚度

噪音抑制片的性能取決于復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ'與厚度之積。一般來(lái)說(shuō)，材料導(dǎo)磁率越高，復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部μ''則會(huì)越大。因此，為了應(yīng)對(duì)噪音抑制片的薄型化趨勢(shì)，需要更高導(dǎo)磁率的材料。
TDK的Flexield擁有薄型及高導(dǎo)磁率特點(diǎn)，而在2015年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的IFL16產(chǎn)品則實(shí)現(xiàn)了行業(yè)最高水平的高導(dǎo)磁率(μ=220、at 1MHz)。同時(shí)，與傳統(tǒng)產(chǎn)品IFL12比較，在性能相同的情況下，其厚度也實(shí)現(xiàn)了約20%薄型化。IFL系列中，磁性片材厚度為0.025mm(25μm)~0.2mm(200μm)，產(chǎn)品品種豐富(圖5)。

圖5Flexield IFL系列的各類產(chǎn)品以及磁性片材厚度

Flexield的制造方法

噪音抑制片的制造方法分為，使用壓延輥進(jìn)行沖壓，將軟磁性金屬粉末（扁平狀粉末）與樹脂混合的原料加工成為片狀的干法，以及將軟磁性金屬粉末與樹脂、溶劑的混合液涂抹（鍍膜）在薄膜上的濕法兩類。TDK的Flexield IFL系列產(chǎn)品采用了源自磁帶、光碟及電子元件等涂抹技術(shù)的濕法工藝。
涂抹濕法工藝可滿足磁性片的薄型化需求，但要使軟磁性金屬材料的細(xì)微粉末均勻地分散在樹脂中，使其統(tǒng)一朝向片材面方向則需要極為先進(jìn)的技術(shù)要求。圖6所示為磁性片材的截面結(jié)構(gòu)示意圖。軟磁性金屬粉末分別被樹脂包裹，保持絕緣狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)磁場(chǎng)取向按片材面方向以層狀排列。
軟磁性金屬的粉末厚度也會(huì)影響磁性片材特性。在流過(guò)交流電流的導(dǎo)體中，頻率越高，電流則越會(huì)集中于導(dǎo)體表面。這稱為集膚效應(yīng)，而電流流過(guò)的深度則稱為集膚深度。如前所述，復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率虛部μ''表示的是磁性片材的噪音吸收效果。磁性片材中所使用的軟磁性金屬層片厚度若低于集膚深度，那么虛部μ''的數(shù)值則會(huì)變大。因此，通過(guò)控制軟磁性金屬層片的厚度及取向等，便可得到符合目的的導(dǎo)磁率-頻率特性的磁性片材。TDK的Flexield IFL系列是一款對(duì)復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率實(shí)部μ'與虛部μ''達(dá)到最佳控制的獨(dú)特軟磁性金屬材料，同時(shí)，通過(guò)絕佳的分散狀態(tài)與取向狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)薄型且高導(dǎo)磁率的噪音抑制片。

圖6磁性片材的截面結(jié)構(gòu)(示意圖)

新產(chǎn)品"帶金屬層IFL系列 混合類型"

以下就TDK于2016年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的帶金屬層新產(chǎn)品"混合類型（磁性層＋導(dǎo)電層）"進(jìn)行介紹。
混合類型是將傳統(tǒng)產(chǎn)品的表面薄膜部位替換為金屬層的新型噪音抑制片。
在傳統(tǒng)類型噪音抑制片中，輻射噪音通過(guò)磁性片材時(shí)，磁性片材會(huì)吸收噪音，但未能完全吸收的噪音將會(huì)通過(guò)磁性片材泄漏到外部。
而全新開發(fā)的IFL系列混合類型能夠很好地解決這一問(wèn)題。如圖7所示，磁性片材未完全吸收的噪音會(huì)被金屬層屏蔽，同時(shí)被金屬層反射的噪音會(huì)再次被磁性片材所吸收。也就是說(shuō)，入射的噪音會(huì)在磁性片材厚度方向往返時(shí)被吸收，因此可大幅降低噪音的能量。由于在高度集成有眾多電子元件的智能手機(jī)中也可起到降低機(jī)殼內(nèi)輻射噪音的效果，因此也是"自體中毒"問(wèn)題的有效解決方案。

圖7IFL系列混合類型的金屬層功能

圖8所示為將DDR存儲(chǔ)器作為被測(cè)設(shè)備（EUT）的近磁場(chǎng)分析示例，以確認(rèn)IFL系列混合類型的效果。
紅色表示噪音等級(jí)較高的區(qū)域，藍(lán)色則表示較低的區(qū)域。在傳統(tǒng)產(chǎn)品中會(huì)有噪音泄漏，但在IFM系列產(chǎn)品中則幾乎得到了完全抑制。能夠明確確認(rèn)金屬層的噪音屏蔽效果。

圖8IFL系列混合類型的噪音抑制效果

審核編輯：彭菁