BOSTON, Oct. 31, 2023 — Bảo đảm rằng các thành phần điện tử nhạy cảm không bị ảnh hưởng xấu bởi nhiễu từ từ trường điện từ phát ra (EMI) là một phần thiết yếu trong thiết kế mạch. Ở những nơi yêu cầu gọn nhẹ và khoảng cách gần giữa các thành phần, chẳng hạn như điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh, việc bảo vệ truyền thống ở cấp độ bo mạch bằng vỏ kim loại đang dần được thay thế bằng cách bảo vệ trực tiếp ở cấp độ gói bộ vi xử lý. Cách tiếp cận này sử dụng các lớp phủ dẫn điện được áp dụng trực tiếp lên gói bộ vi xử lý, cùng với các phương pháp đắp dần mới như phun sương và in ấn, tạo ra cơ hội mới cho các vật liệu chức năng.
Khi chọn vật liệu cho bảo vệ nhiễu từ gói bộ vi xử lý, nhiều yếu tố cần được xem xét. Quan trọng nhất là khả năng hấp thụ bức xạ điện từ, phụ thuộc vào độ dẫn điện và từ thẩm của vật liệu. Thông thường được biểu diễn dưới dạng hiệu quả che chắn (SE), giá trị cao hơn cho phép sử dụng lớp phủ mỏng hơn, giảm trọng lượng và tiêu thụ vật liệu. Các yếu tố vật liệu quan trọng khác bao gồm khả năng dính vào chất keo đúc lõi của gói bộ vi xử lý, độ dẫn nhiệt, mật độ, ổn định hóa học và tương thích với phương pháp đắp dần nếu sử dụng dung dịch.
Concept to commercialization for EMI shielding. Source: IDTechEx
Kim loại bằng phương pháp bắn khí
Bắn khí kim loại là công nghệ hiện hành được sử dụng rộng rãi cho bảo vệ nhiễu từ, trong đó các khối kim loại nguyên chất được bắn ra dưới tác dụng của chùm ion điện tích. Nhiều lớp phủ bảo vệ nhiễu từ sử dụng nhiều lớp kim loại khác nhau, dễ dàng thực hiện bằng cách thay đổi mục tiêu bắn khí. Các lớp dính và bám dính thường được làm từ titan, crôm hoặc thép không gỉ, trong khi lớp chính bảo vệ nhiễu thường là kim loại rẻ tiền như đồng, nhôm hoặc niken.
Mặc dù bắn khí kim loại đã là công nghệ thành thạo, nhưng vẫn còn không gian để đổi mới. Một chiến lược đề xuất, lấy cảm hứng từ lớp chống phản xạ quang học, sử dụng hiệu ứng giao thoa hủy diệt từ một mảng lớp kim loại để tăng hiệu quả che chắn. Tuy nhiên, cải tiến này phụ thuộc rất lớn vào tần số do khoảng cách cố định giữa các lớp vật liệu.
Mực dẫn điện
Đắp dần vật liệu dẫn điện từ dung dịch cung cấp một lựa chọn thay thế cho bắn khí kim loại, với chi phí thiết bị thấp hơn nhiều do quá trình diễn ra trong điều kiện môi trường thay vì chân không. Một loạt phương pháp đắp dần từ dung dịch như phun sương và in ấn phun mực đã được phát triển cho bảo vệ nhiễu từ, đều yêu cầu sử dụng mực dẫn điện. Mặc dù giá kim loại cao, mực bạc hiện vẫn chiếm ưu thế nhờ độ dẫn điện cao và ổn định hóa học.
Mặc dù sử dụng kim loại cơ bản giống nhau, nhưng vẫn có nhiều khả năng phân biệt giữa các nhà cung cấp mực dẫn điện. Hình dạng và kích thước hạt là những yếu tố then chốt, với hạt nano thường cho độ dẫn điện cao hơn nhưng yêu cầu nhiệt độ cao hơn khi khử trùng so với mực sử dụng hạt vảy. Mực không chứa hạt, còn gọi là mực phân tử, là một lựa chọn đang nổi lên hấp dẫn. Thay vì là dung dịch hạt kim loại, mực là dung dịch của các hợp chất kim loại hữu cơ sẽ được khử trực tiếp tại chỗ, tạo thành lớp kim loại mịn. Một lợi thế của mực dẫn điện không chứa hạt là loại bỏ rủi ro tắc ống phun, yếu tố quan trọng đối với các phương pháp in kỹ thuật số như phun sương và in ấn phun mực cho phép đắp dần chọn lọc.
MXenes
Vật liệu lý tưởng cho bảo vệ nhiễu từ sẽ có độ dẫn điện cao, mật độ thấp, độ đàn hồi để chịu đựng sự giãn nở nhiệt, bề mặt có thể điều chỉnh để dính, và có thể đắp dần từ dung dịch. Lớp vật liệu hai chiều mới nổi MXenes gồm một vài lớp chất kim loại cacbua, nitrua hoặc cacbonitrua đáp ứng được các yêu cầu này. Do đó, MXenes đang là chủ đề nghiên cứu của cả khoa học cơ bản và công nghiệp nhằm ứng dụng trong điện tử, bao gồm bảo vệ nhiễu từ, với nỗ lực hiện tại nhằm mở rộng quy mô sản xuất.
Bao quát toàn diện
Báo cáo của IDTechEx “Bảo vệ nhiễu từ cho điện tử 2024-2034: Dự báo, công nghệ và ứng dụng” cung cấp tổng quan chi tiết về thị trường “Bảo vệ nhiễu từ cho điện tử”, với đánh giá chi tiết hơn về các lớp vật liệu nêu trên cùng với hợp chất chứa nano carbon, siêu vật liệu và vật liệu kết hợp đệm nhiệt/bảo vệ nhiễu từ. Các đổi mới hỗ trợ việc áp dụng rộng rãi hệ thống tích hợp lai và gói bộ vi xử lý tiên tiến, cùng hoạt động của các đơn vị then chốt, được đánh giá. Báo cáo cung cấp dự báo 10 năm về tiêu thụ phương pháp đắp dần và mực dẫn điện, dựa trên phân tích thiết bị điện tử tiêu dùng để đánh giá diện tích gói bộ vi xử lý cần bảo vệ nhiễu trực tiếp. Dự báo được phân theo nhiều lĩnh vực ứng dụng bao gồm điện thoại thông minh, laptop, máy tính bảng, đồng hồ thông minh, thiết bị AR/VR, phương tiện và cơ sở hạ tầng viễn thông.