5G正在迅速席卷整个电子行业。这些速度更快、带宽更高的网络为消费者和企业带来了广泛的好处，但它们对硬件的需求也发生着重大转变。在这些必要的改变中，5G电磁干扰(EMI)屏蔽是电子工程师面临的最具挑战性的问题之一。
对可靠的EMI屏蔽的需求并不是什么新鲜事。然而，5G带来了新的障碍，激发了开发人员解决这些障碍的创新浪潮。
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5G网络和EMI屏蔽面临的最大挑战之一是5G的高频率。更高的频段，尤其是毫米波，其波长在1至10mm之间，让容量和吞吐量更高，但覆盖范围更短。因此，它们依赖于分布式的小型蜂窝网络，而不是大型集中式的信号塔，这就需要更小的EMI屏蔽。
在较小的外形尺寸中提供足够的屏蔽很具有挑战性。较小的空间内处理超高频信号使得过热问题变得更加突出，而散热器能用的空间也更小。
这一挑战导致了紧凑型屏蔽和热管理设计的激增。随着法拉第笼和散热器变得不再可行，人们开始重新思考屏蔽材料。导热凝胶和铝等轻质合金可有效替代较大的传统材料。
同样，5G EMI屏蔽必须考虑设备上的所有开孔。波长越短，射频信号通过非导电区域或开放区域泄漏的风险就越大。虽然这些开孔通常是可以避免的，但充电端口或冷却通风口却仍旧会带来问题。
更好的内部热管理可以减少对冷却开孔的需求。使用电池或能量收集系统取代有线电源连接也具有类似的效果，因为这样就不再需要电缆端口。
这种解决方案非常适合工业4.0应用，而工业4.0恰好正是当今5G最大的用例之一。设计放弃充电线而采用封闭式系统的设备既能满足这一需求，同时又能降低开放式充电端口带来的的EMI风险。
随着5G的发展，它将推动更广泛的物联网应用。因此，5G设备必须应对具有挑战性的环境条件，除了EMI之外，还需要防热、防潮、防水和防尘。
传统的屏蔽技术和材料可以有效防止EMI，但并不能有效防止环境危害。设备设计人员可以采用单独的EMI屏蔽和环境保护措施，但这会使产品变得笨重和复杂。
更好的选择是在一个外壳中提供两种防御功能。嵌入金属的硅胶是一种非常适合这种应用的材料，因为它既能防水和耐极端温度，同时又能阻挡EMI。如果屏蔽层需要更高的导电性，银等耐腐蚀金属比传统的铜能提供更高的可靠性，因为银抗氧化能力更强并且导电性更高。镀银铜在高弹性和成本效益之间提供了一个有效的中间点。
5G EMI屏蔽的另一项创新是柔性屏蔽的日益突出。随着5G对体积更小、更环保的保护需求的增加，刚性金属笼很快就会过时。柔性织物、泡沫和环氧树脂所构成的替代产品正在取代它们。使用环氧树脂或泡沫可以使屏蔽在受保护的组件周围形成完全的密封。
灵活的屏蔽对于使用系统级封装(SiP)设计而不是更流行的片上系统(SoC)设计的设备尤为有利。虽然SoC可以提供更好的性能，但SiP可以提供更大的设计灵活性，并且更适合使用5G网络的移动设备。不过，它们还需要对各个组件进行更多分区，因此也更需要灵活的屏蔽。
5G还在EMI屏蔽方面引入了更多热管理难题。5G基础设施和设备在更小的封装中同时处理更多的数据，从而导致温度更高。这一障碍催生了多项重要的热管理创新。
相变材料(PCM)可提供被动冷却，比主动冷却系统或传统散热器相比，占用的空间和能源更少。然而，PCM以前的导电性并不足以用于电子冷却应用。最近的研究表明，通过在PCM中添加更多导电材料，它们的功效会显著提高，从而使它们能够用于5G应用，如手机或物联网设备。
改变5G设备的运行方式也会有所帮助。与4G不同，5G不需要持续传输，因此功耗更低。将5G基站和物联网设备设计为在不发送数据时默认进入睡眠模式，可降低其能耗，从而减少由此产生的热量。
5G设备需要完整的EMI屏蔽，以确保其能够始终正常运行。虽然这可能是一项具有挑战性的任务，但它为广泛的技术改进铺平了道路。因此，开发更具弹性、更灵活和更有效的EMI屏蔽将使整个电子行业受益，而不仅仅是5G设备。
(原文刊登于EDN姊妹网站Electronic Products，参考链接：Five ways 5G is changing EMI shielding techniques，由Ricardo Xie编译。)
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