电磁屏蔽材料在5G通讯基站上的应用

通信基站是实现信息化的战略性基础设施，其工作时，发射天线会向空间发送电磁波信号。我国法律规定，移动通信基站建设必须符合《电磁辐射防护规定》与《环境电磁波卫生标准》的要求，电场强度只有符合小于12V/m或功率密度小于40mW/cm2的上限要求时，才算符合安全标准。2019年1月1日，生态环境部颁发的《移动通信基站电磁辐射防护监测方法》正式生效，这凸显了国家对基站电磁防护的高度重视。目前，全球正在加快推动部署5G移动通信商用，移动通信基站及应用终端的电磁屏蔽处理工作尤为迫切。

通讯基站外壳一般是铝合金压铸件，为了实现整体的电磁辐射防护，需要在压铸件接缝处用导电硅胶条连接(下图)。导电硅胶条使铝合金基站壳体形成一个连续的导电体，通过导电体的涡流效应和反射效应将电磁波限制在基站内部，从而防止电磁波泄漏造成辐射。对于5G高频通信而言，导电硅胶条的电磁屏蔽效能主要是通过涡流效应来实现，材料的导电性越强，涡流效应越明显，因而，要想提高电磁屏蔽效能，基站外壳材料需要具有更高的导电性。除了导电性以外，导电硅胶条只有满足特定的机械性能才能满足实际应用需要，例如，基站集成商对拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、压缩永久形变等都有严格的要求。室外基站的工作环境较为恶劣，如较长时间的高温、严寒、潮湿及腐蚀性环境，都可能造成导电材料性能的恶化，因此导电硅胶条必须能够经受严格的环境老化测试。

电磁屏蔽硅胶条及导热垫片在基站中的应用

除了采用导电胶条对基站壳体进行整体屏蔽以外，基站内部也需要对电子元器件进行局部的电磁屏蔽处理，以防止信号的相互干扰。现场成型工艺( Form in place，FIP )可以精准地将导电胶涂在所需部位，具有工艺简单、可以在复杂表面成型及材料利用率高等特点，非常适合基站设备的局部电磁防护。如下图所示，采用FIP工艺将导电胶涂在所需部位，导电胶固化后形成既导电又具有弹性的“围墙”，从而起到局部屏蔽的作用。

FIPI艺及其在基站上的应用

通信基站常用的电磁屏蔽材料包括电磁屏蔽密封条、电磁屏蔽导电胶、电磁屏蔽衬垫等，国际上相关企业包括莱尔德、诺兰特、固美丽等，国内企业包括中石科技、飞荣达。在产品性能上，国外企业长期垄断了中高端电磁屏蔽产品市场，国内企业的产品性能相对较差，一般用于中低端产品。另外，国内企业的研发实力和技术创新能力不足，无法满足终端厂商日益提高的性能需求。例如，5G高频电磁波的屏蔽对材料的导电性提出了更高的需求，同时用户对胶条的拉伸性等性能也有新的要求。总体上讲，国内材料厂商的技术开发水平亟待提高。

对于高频电磁波，材料的导电性越好，产生的反向涡流就会越大，从而削弱高频电磁场的干扰。因此，高频电磁屏蔽材料开发的一般思路是提高材料的导电性，技术人员可以通过增加导电体含量或提高导电粉体电导率的方式实现这一要求。然而，导电粉体的导电性提高有自身瓶颈，同时考虑到材料黏度及成本的限制，导电粉体的添加量也不能太高。根据电磁屏蔽吸收损耗公式，吸收损耗与电导率和磁导率呈正相关，因此采用高磁导率的原材料也是一种有效可行的方案。例如，金属镍的导电性比银等贵金属材料差一些，但该材料的磁导率相对比较高，采用镍系粉体开发的材料也具有与银基材料相当的屏蔽效能。

中科纳通公司制备的电磁屏蔽硅胶条的拉伸及电阻恢复曲线

北京中科纳通电子技术有限公司在导电浆料开发的基础上，提出了片粉与球粉复合共混的技术路线，主要机理是:片粉和球粉具有不同的比表面积和形状，这两种不同尺寸和形状的粒子在混合时，能够最大程度地增加导电通道和堆积密度。与此同时，通过树脂载体和添加剂的配合，进一步实现导电体之间更加紧密的结合，降低了界面接触电阻，从而最终实现其导电性的大幅提升。另外，片状粉体被高弹性树脂包裹后，在拉伸时会发生可逆的形变，从而在拉伸恢复后不会改变导电粉体的搭接状态，因而，中科纳通公司所制备的电磁屏蔽硅胶条具有较强的拉伸性，且形变恢复后其电阻值基本保持不变(上图)。

摘自徐文涛、刘旭、李义香、殷文钢等人的《5G通信基站电磁屏蔽材料及应用》。