手機(jī)輻射能量與毫米波5G手機(jī)散熱透波材料

本產(chǎn)品是國內(nèi)首創(chuàng)自主研發(fā)的高質(zhì)量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當(dāng)前我國電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進(jìn)的熱管理TIM解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型高科技產(chǎn)品。

什么是射頻能量？

射頻能量 - 或輻射 - 只是指無線電波的另一種名稱。根據(jù)美國食品和藥物管理局的說法，射頻輻射“是電磁能的一種形式，它由通過空間一起移動(dòng)（輻射）的電能和磁能波組成。”所有的能量波都是根據(jù)振幅 - 波的高度 - 和頻率 - 波之間的距離或波長分類的。如下圖所示，輻射也根據(jù)其與其他物質(zhì)相互作用時(shí)的影響分類為“電離”或“非電離”。

諸如X射線和伽馬射線之類的高頻輻射能夠從原子中去除電子，將它們分解成更小的部分以產(chǎn)生離子。這種“電離”可能會(huì)破壞包含受影響原子的分子，從而造成損害并干擾其正常功能。這就是為什么當(dāng)用x-射線照你的牙齒時(shí)，你的牙醫(yī)用鉛覆蓋物蓋住你的身體。電離輻射還可以分解導(dǎo)致癌癥的人類DNA鏈。

較低頻率的輻射是“非電離”的，因此當(dāng)與有機(jī)材料（例如人類）相互作用時(shí)，原子或分子結(jié)構(gòu)不會(huì)改變，結(jié)果就是熱量。如我們使用微波加熱食物和紅外加熱器來溫暖我們的家。然而，長期接觸仍然是有害的。您不希望長時(shí)間站在正在工作的微波爐旁邊，卻沒有任何EMI屏蔽保護(hù)措施。在評估對人類的危害影響時(shí)，輻射的總劑量不是唯一的因素，還有輻射隨時(shí)間的累積。

手機(jī)輻射水平因設(shè)備而異，并由SAR測量。如前所述，吸收率或SAR是當(dāng)暴露于射頻（RF）電磁場時(shí)身體吸收的能量的量度。移動(dòng)設(shè)備的SAR等級用于估計(jì)使用設(shè)備時(shí)用戶頭部和身體的RF能量最大吸收率。

據(jù)FCC，SAR測試使用人體頭部和身體的標(biāo)準(zhǔn)化模型（測試假人），其充滿了模擬不同人體組織的RF吸收特性的液體。SAR測試假人是基于一個(gè)叫做特定擬人模特（SAM）的大型成年男性（身高6英尺2英寸，體重220磅）。97％的人口比SAM模型小，這意味著97％的手機(jī)用戶在同等條件下有可能受到更高劑量的輻射。

為了確定合規(guī)性，每個(gè)手機(jī)在其操作的所有頻帶中以其最高功率水平操作時(shí)進(jìn)行測試，并且在針對假頭和身體的各種特定位置中進(jìn)行測試，以模擬不同用戶通常持有手機(jī)的方式，包括頭部的每一側(cè)。

為了測試手機(jī)是否符合SAR標(biāo)準(zhǔn)，手機(jī)被精確地放置在頭部和身體旁邊的各種常見位置，機(jī)器人探頭在特定的針尖位置以非常精確的網(wǎng)格狀圖案在假頭和軀干內(nèi)進(jìn)行一系列電場測量。每個(gè)測試手機(jī)的所有數(shù)據(jù)都作為最終測試報(bào)告的一部分提交以進(jìn)行最終審批。在美國，F(xiàn)CC要求手機(jī)制造商進(jìn)行SAR測試，針對所有的手機(jī)頻段，并包括最嚴(yán)重，最壞情況（和最高功率）操作條件。符合FCC測試規(guī)則所記錄下的SAR值和手機(jī)手冊中記錄的SAR值，僅表明對特定型號使用的每個(gè)頻率范圍進(jìn)行測試的最高單次測量值。FCC批準(zhǔn)意味著該設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)超過聯(lián)邦指南允許的最大消費(fèi)者射頻輻射水平，但它并不顯示消費(fèi)者在正常使用設(shè)備時(shí)所累計(jì)的射頻輻射量。

Bundesamtfür Strahlenschutz最近在德國進(jìn)行的一項(xiàng)研究顯示了按照品牌和型號，手機(jī)靠近耳朵時(shí)發(fā)出的射頻能量。雖然美國的FCC規(guī)定手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)為1.6 W / kg。相比之下，德國的藍(lán)色天使標(biāo)準(zhǔn)要求手機(jī)的SAR不超過0.60 W / kg。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G 是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G 有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。公認(rèn)的5G的優(yōu)勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多 Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G 網(wǎng)絡(luò)利用在 26 GHz 至 40 GHz 范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會(huì)遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。5G部署最初可能會(huì)以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動(dòng)寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來無線移動(dòng)通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長距離、高移動(dòng)、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開展面向長距離、高移動(dòng)毫米波無線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動(dòng)通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢： 毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點(diǎn)對點(diǎn)通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)采用小基站的方式來加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

毫米波5G手機(jī)使用的TIM膜材料

一

石墨片、石墨烯片（非絕緣材料）

隨著智能時(shí)代的來臨，人們對手機(jī)的需求越來越高，手機(jī)的硬件配置也隨之提高，CPU從單核到雙核在逐漸提升至四核、八核，屏幕大小和分辨率也不斷提升。伴隨著手機(jī)硬件和性能提升所帶來的則是手機(jī)發(fā)熱越來越嚴(yán)重的問題，如果熱量未能及時(shí)散發(fā)出去面臨的將是手機(jī)發(fā)燙、卡頓、死機(jī)甚至爆炸等問題。

目前手機(jī)中使用的散熱技術(shù)主要包括人工石墨、石墨烯、金屬背板、邊框散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱、熱管散熱、均溫板等等。

5G時(shí)代硬件產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)新趨勢：

1、散熱材料選擇多種多樣；

2、VC/銅管發(fā)揮核心作用；

3、散熱設(shè)計(jì)從“點(diǎn)面”到“整（系統(tǒng)）”；

4、攝像頭模組散熱問題日益受到重視。

充滿變革性技術(shù)創(chuàng)新的時(shí)代，帶來了無數(shù)日常活動(dòng)的變化。在這樣的背景下，隨著全新商業(yè)模式的涌現(xiàn)，提供商品與服務(wù)的舊方式被急劇改變或徹底拋棄，毫米波5G手機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也面臨全新的挑戰(zhàn)。

• 人工石墨散熱片

石墨散熱片也稱導(dǎo)熱石墨片，是一種全新的導(dǎo)熱散熱材料，具有獨(dú)特的晶粒取向，沿兩個(gè)方向均勻?qū)幔?/span>層狀結(jié)構(gòu)可很好地適應(yīng)任何表面，屏蔽熱源與組件的同時(shí)改進(jìn)消費(fèi)類電子產(chǎn)品的性能。

導(dǎo)熱石墨片是一種導(dǎo)熱散熱材料，沿兩個(gè)方向均勻?qū)幔帘螣嵩磁c組件的同時(shí)改進(jìn)消費(fèi)類電子產(chǎn)品的性能。石墨導(dǎo)熱片解決方案獨(dú)特的導(dǎo)熱性能組合讓導(dǎo)熱石墨成為熱量管理解決方案的杰出材料選擇。

• 石墨烯散熱片

石墨烯（Graphene）是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種革命性的材料，石墨烯具有非常好的熱傳導(dǎo)性能。

石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

二

白石墨烯片（BN氮化硼膜材特點(diǎn)：低介電、絕緣、透波、抗電壓、柔性、導(dǎo)熱）

六方氮化硼（h-BN）這種二維結(jié)構(gòu)材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個(gè)原子厚度。但是兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導(dǎo)體。與石墨烯不同的是，h-BN的導(dǎo)熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術(shù)層面上講，一個(gè)聲子即是一組原子中的一個(gè)準(zhǔn)粒子）。

有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點(diǎn)之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個(gè)方向上沿著傳導(dǎo)平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此?！?/span>與石墨中的六角碳網(wǎng)相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網(wǎng)狀層面，互相重疊，構(gòu)成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。