什么是噪音抑制片“Flexield”？

噪音抑制片"Flexield"IFL系列

什么是噪音抑制片"Flexield"?

隨著智能手機、平板電腦等電子設備的小型、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計階段進行預測，因此很多情況下在制造階段采取對策。
TDK的噪音抑制片"Flexield"（以下稱為Flexield）是將軟磁性金屬材料的細微粉末(扁平狀粉末)與樹脂進行混合，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，同時也可用于柔性曲面及柔性電纜(FPC/FFC)等場合中（圖1）。

圖1Flexield的沖壓加工示例與使用示例

Flexield的結構

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，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的結構以及產(chǎn)品形態(tài)

Flexield的主要特點與用途

Flexield的主要特點與用途如下所述。

《主要特點》

●通過采用高導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。

●材質為柔性片材，因此受到?jīng)_擊也不會開裂。

●形狀加工性優(yōu)異，可應對多種尺寸及形狀。

●可提供卷狀產(chǎn)品，以幫助進行量產(chǎn)及削減成本。

《主要用途》

●通過貼于IC元件上后可抑制IC產(chǎn)生的輻射噪音。

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

●通過配置在基板間，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。

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

Flexield的原理

Flexield通過吸收輻射噪音能量，將其轉化為熱能來抑制輻射噪音所產(chǎn)生的影響。以下就其原理進行簡單說明。
與樹脂進行混合的軟磁性金屬材料的導磁率(μ)與Flexield的噪音抑制特性息息相關。導磁率是指，向磁性體施加磁場(H)時磁通密度(B)的增加率。也就是說，導磁率是磁性體磁通通過容易性(磁化容易性)的指標，可通過以下公式表示。

μ＝B/H

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

μ＝μ'-jμ''=|μ|cosδ-j|μ|sinδ

μ'稱為復數(shù)導磁率的實部，μ''稱為虛部。δ=0時表示直流的導磁率，但在交流的情況下，頻率越高，δ也會越大，因此導磁率會下降。復數(shù)導磁率的實部μ'、虛部μ''及相位延遲δ之間存在以下關系。

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到抑制噪音的效果。圖3所示為在施加交流磁場時，導磁率、頻率特性的一般傾向示意圖表。在頻率較低的領域中，復數(shù)導磁率的實部μ'占絕對優(yōu)勢。但隨著頻率升高，磁通密度的變化無法趕上磁場的變化，最終引起磁共振（磁壁共振或旋轉磁化共振等），使復數(shù)導磁率實部μ'發(fā)生驟減，而虛部μ''開始升高。

圖3施加交流磁場時的導磁率變化示意圖

IFL系列的導磁率-頻率特性

復數(shù)導磁率的實部μ'是表示磁通聚集容易度的數(shù)值，貼在天線上后有延長通信距離等的效果。另一方面，虛部μ''為磁損耗項，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虛部導磁率吸收噪音成分后轉換為熱能，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需要確保較大的復數(shù)導磁率的虛部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系列的導磁率-頻率特性。

圖4 噪音抑制用Flexield IFL系列的導磁率-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數(shù)導磁率的虛部μ'與厚度之積。一般來說，材料導磁率越高，復數(shù)導磁率的虛部μ''則會越大。因此，為了應對噪音抑制片的薄型化趨勢，需要更高導磁率的材料。
TDK的Flexield擁有薄型及高導磁率特點，而在2015年實現(xiàn)量產(chǎn)的IFL16產(chǎn)品則實現(xiàn)了行業(yè)最高水平的高導磁率(μ=220、at 1MHz)。同時，與傳統(tǒng)產(chǎn)品IFL12比較，在性能相同的情況下，其厚度也實現(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的技術要求。圖6所示為磁性片材的截面結構示意圖。軟磁性金屬粉末分別被樹脂包裹，保持絕緣狀態(tài)，同時根據(jù)磁場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影響磁性片材特性。在流過交流電流的導體中，頻率越高，電流則越會集中于導體表面。這稱為集膚效應，而電流流過的深度則稱為集膚深度。如前所述，復數(shù)導磁率虛部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)值則會變大。因此，通過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磁率-頻率特性的磁性片材。TDK的Flexield IFL系列是一款對復數(shù)導磁率實部μ'與虛部μ''達到最佳控制的獨特軟磁性金屬材料，同時，通過絕佳的分散狀態(tài)與取向狀態(tài)，實現(xiàn)薄型且高導磁率的噪音抑制片。

圖6磁性片材的截面結構(示意圖)

新產(chǎn)品"帶金屬層IFL系列 混合類型"

以下就TDK于2016年實現(xiàn)量產(chǎn)的帶金屬層新產(chǎn)品"混合類型（磁性層＋導電層）"進行介紹。
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，輻射噪音通過磁性片材時，磁性片材會吸收噪音，但未能完全吸收的噪音將會通過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題。如圖7所示，磁性片材未完全吸收的噪音會被金屬層屏蔽，同時被金屬層反射的噪音會再次被磁性片材所吸收。也就是說，入射的噪音會在磁性片材厚度方向往返時被吸收，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中也可起到降低機殼內輻射噪音的效果，因此也是"自體中毒"問題的有效解決方案。

圖7IFL系列混合類型的金屬層功能

圖8所示為將DDR存儲器作為被測設備（EUT）的近磁場分析示例，以確認IFL系列混合類型的效果。
紅色表示噪音等級較高的區(qū)域，藍色則表示較低的區(qū)域。在傳統(tǒng)產(chǎn)品中會有噪音泄漏，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