【经验】5G T-Box散热和EMI屏蔽耦合的改善方法

时间： 2021-03-20 来源：世强

技术问答

EMI问题和散热问题经常是共存于同一情况，甚至发生于同一零部件情形之下，即为耦合现象。在5G通讯应用行业尤为明显，比如5G-Tbox里面，5G芯片发热量较4G芯片高出不少，通讯要求EMI屏蔽也更为严格。

此时,导热吸波片这种材料可以折中解决部分情况。但是大部分时候，温升没那么高，客户是EMI屏蔽优先，散热其次。这个时候就需要优先考虑使用导热界面材料和屏蔽罩来解决。导热界面材料使用时，优于填充间隙和性能参数的不同，可以考虑使用导热垫片和导热凝胶。如下图所示为此场景的简易3D模型：

实际情况下，此处的屏蔽罩，材质一般为洋白铜，不锈钢，铸铝等，可以采用已有的型号，如LAIRD有提供标品可供选择，也可以是客户自己开模，实际选型要参考规格书或者实测获得，此处不做具体深入讨论。为避免压坏屏蔽罩内的元器件，需要留有一定间隙——D，其值可大可小，可小于0.3mm，较大值可为0.2~0.7mm，或者更大，但不建议。因为这个间隙里空气（标准大气压，20℃下，空气的导热系数为0.0267W/m-K）的存在，就是热传递的不良导体，间隙越大，发热元器件和屏蔽罩之间的热阻（热量在热流路径上遇到的阻力，反应介质或界之间传递热能力的大小，单位m²℃/W）就更大，通过傅里叶定律，可以表示导热系数K、热阻R_θ，热传递方向的厚度D和接触面积S：

由此可以看出，为了减小热阻，提高传热效率，改善散热，就要减小厚度D，提升导热系数K值，扩大面积S，但是一般芯片、屏蔽罩和其他元器件的结构大小都有限制，面积S很可能无法改变，那就需要减少厚度D，并且这个间隙里面，要填充比空气的导热系数高很多的材料，以增大K值。此时导热界面材料就应运而生——主要代表是导热硅脂、导热凝胶、导热垫片等。

在考虑使用电气性能，浸润性能、操作便利性等，填充后不会产生很大应力的情况下：

1）推荐小于0.3mm间隙时候使用导热凝胶，最优可以控制热阻在0.25以下，如使用高导热系数8W/m·K的导热凝胶HTG-800；

2）间隙大于0.3mm时就要考虑使用导热垫片，一般薄的为0.5mm，厚的可达5mm，甚至更大，但不推荐，选用0.5~2mm为佳，压缩率（=压缩后/压缩前）一般为60%~80%，有一定浸润性，压缩后能很好的填充间隙，获得很好的导热效果，比如H1000，导热系数为10W/mk。

工程师在设计时，经常没有注意到这一点，仅靠芯片底部的过孔散热，散热效率比较低。屏蔽罩与热源之间的没有使用导热界面材料，因而热量也没有通过屏蔽罩很好的散发出来。要知道洋白铜的屏蔽罩的导热系数都在30~280W/m·K左右，也不失为一种好的散热元器件，热量通过屏蔽罩散发出来后，还可以在屏蔽罩外顶面增加一个散热器，提升散热效率，屏蔽罩与散热器之间也要使用厚度约薄越好的导热界面材，填充因粗糙度带来的微小间隙。散热器爱美达有提供标品选用。

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