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磁基板給信號(hào)開個(gè)“VIP通道” 使信號(hào)很好地傳輸和連接

2019-02-15 11:21:14來源：科技日?qǐng)?bào)

“其實(shí)做磁性基板的這種材料之前是存在的，但參數(shù)不適合這個(gè)領(lǐng)域

，所以得修改材料的配方

。”鄧龍江說

，團(tuán)隊(duì)通過選取幾類不同的材料

，在一套理論框架下對(duì)配方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，反復(fù)對(duì)比實(shí)

坐公交

、地鐵，無需公交卡

，刷一下手機(jī)便可乘坐;逛商場

、吃飯，手機(jī)就是銀行卡

，結(jié)賬時(shí)無需點(diǎn)開二維碼

，在POS機(jī)上一刷便付款成功;不用再找數(shù)據(jù)線和插孔，手機(jī)放在桌上

，便可以自動(dòng)充電……這樣智能化的生活場景得益于近場通信(NFC)中一種叫高磁導(dǎo)率磁性基板的材料。

“這種磁性材料

，能夠擺脫電子干擾

，使信號(hào)很好地傳輸和連接。”成都電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院鄧龍江教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者

，長期以來

，這種材料一直被國外在關(guān)鍵技術(shù)和市場上壟斷。鄧龍江及其團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長達(dá)10年的研究

，在該領(lǐng)域殺出重圍

，技術(shù)不僅達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

，改變了國內(nèi)NFC天線基板材料長期依靠進(jìn)口的局面

。

如今，該技術(shù)已在魅族

、華為

、索尼等國內(nèi)外40余家知名企業(yè)，涵蓋智能手機(jī)

、可穿戴設(shè)備等6大類上百種電子產(chǎn)品中批量應(yīng)用

，目前，國內(nèi)超過三分之一的手機(jī)品牌都在使用該磁性材料

，而材料一天的生產(chǎn)量可以滿足約60萬部手機(jī)的數(shù)量。未來

，這種材料還有更廣泛的市場和應(yīng)用前景

，在支付系統(tǒng)、公交系統(tǒng)

、門禁系統(tǒng)

、無線充電等領(lǐng)域?qū)?huì)起到重要的支撐作用。

技術(shù)缺口讓制作手機(jī)花“冤枉錢”

“手機(jī)外殼內(nèi)含有很多金屬元器件

，所以就會(huì)有一個(gè)‘電磁渦流對(duì)消’的問題

，電磁波進(jìn)去之后

，遇到金屬就會(huì)被吸收和反射

，變得‘亂七八糟’，信號(hào)受到干擾或消失

，便無法與外界進(jìn)行通暢地傳輸。”鄧龍江說

。這種高磁導(dǎo)率磁性材料

，起到的便是引導(dǎo)信號(hào)傳輸和連通的作用。

電子基板是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)

，主要起到元器件支撐、散熱

、絕緣及與外電路互連等作用

，是電子產(chǎn)品“集成化、輕便化

、多功能

、低成本”的重要技術(shù)保障

。高磁導(dǎo)率磁性基板作為近年來國際上發(fā)展的一類新型電子基板材料

，擁有磁導(dǎo)率高、厚度薄

、阻抗匹配效果好

、易于共形等特點(diǎn)

，廣泛應(yīng)用于近場通信

、無線充電、抗電磁干擾等軍民領(lǐng)域

，為電子設(shè)備進(jìn)一步“薄型化

、小型化和集成化”以及可穿戴柔性電子技術(shù)的興起與迅速發(fā)展提供了技術(shù)支撐

。

2008年左右

，手機(jī)支付逐漸成為人們支付習(xí)慣的新寵，這種高磁導(dǎo)率磁性材料就是支撐其的關(guān)鍵技術(shù)，并逐漸發(fā)展為智能手機(jī)的標(biāo)配

。但掌握相關(guān)技術(shù)的，都是美國

、韓國

、日本的大型電子公司，與國外相比

，我國在該材料領(lǐng)域存在缺乏系統(tǒng)集成能力

、整體工藝水平落后、磁導(dǎo)率等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)低等問題

。“最開始，中國由于沒有掌握相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

，都是高價(jià)花冤枉錢從國外購買這種磁性材料

。”鄧龍江告訴記者，當(dāng)時(shí)1平方米的磁性材料就高達(dá)2000多元

，極大地增加了制作一部手機(jī)的成本。

“這種磁性材料如果做厚

，其實(shí)并不難

。”鄧龍江說

，“但手機(jī)就這么個(gè)小東西，這個(gè)材料只是手機(jī)里眾多元器件中小小的一個(gè)

，而且現(xiàn)在手機(jī)越來越薄的趨勢

，采取的制備工藝讓材料變薄成為必須，也是難點(diǎn)

。”看到國內(nèi)在這一行業(yè)遇到的技術(shù)瓶頸

，2008年

，鄧龍江帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域

。

修改配方讓電磁波只走專屬通道

在訪談室里，鄧龍江拿出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)給記者展示

，在手機(jī)背面攝像頭附近

，有一些天線

，將天線撥開

，就是一塊拇指大小的磁性基板材料，周圍環(huán)繞著大量的金屬。“基板的厚度只有頭發(fā)絲那么薄

，大概30微米—50微米，未來其重量還會(huì)越來越輕

。”鄧龍江說

，這樣一塊磁性基板，可以保障手機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下傳輸天線信號(hào)

，相當(dāng)于和外界互聯(lián)的傳感器

。

“其實(shí)做磁性基板的這種材料之前是存在的

，但參數(shù)不適合這個(gè)領(lǐng)域

，所以得修改材料的配方。”鄧龍江說

，團(tuán)隊(duì)通過選取幾類不同的材料

，在一套理論框架下對(duì)配方進(jìn)行重新設(shè)計(jì)

，反復(fù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

，最后發(fā)現(xiàn)這種材料在近場通信發(fā)揮作用的顯著性更好。

團(tuán)隊(duì)通過發(fā)明的高磁導(dǎo)率磁性基板材料體系及配方

，做出的這樣一個(gè)又輕又薄的黑色陶瓷片

，讓電磁波在手機(jī)與外界之間能夠“暢通無阻”的傳輸

。“電磁波在傳輸時(shí)

，只會(huì)走磁性基板那個(gè)通道，不會(huì)被各種金屬元器件干擾得‘亂七八糟’

，就是因?yàn)檫@種材料對(duì)電磁波的損耗最小

、阻抗最小

，電磁波愿意在這個(gè)地方進(jìn)行互聯(lián)互通

，不會(huì)在上面遭到反射。”鄧龍江說

。

“根據(jù)不同的手機(jī)型號(hào)

，可把磁性基板磨切成不同大小，然后在上面安裝電路和天線

。”鄧龍江表示，有了這種材料

，天線的尺寸可以做得很小

，也能取得很好的效果

。團(tuán)隊(duì)通過建立磁性基板磁參數(shù)與天線性能之間的關(guān)聯(lián)，提出了高密度集成磁性基板集成應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法

。

“天線相當(dāng)于人的眼睛，當(dāng)感知到外界存在能量后

，就去耦合這個(gè)能量

，進(jìn)行接收或發(fā)送，使之和電路疊合在一起

。”鄧龍江說，如今

，天線在這種磁性材料的支撐下

，使得在滿是金屬的復(fù)雜環(huán)境下信號(hào)也能正常的互聯(lián)互通，而且傳輸速率還有明顯提升

，讓手機(jī)

、手腕帶等智能穿戴設(shè)備以及智能電視、智能冰箱的NFC功能進(jìn)一步發(fā)揮作用

。

創(chuàng)新工藝讓材料“一舉多得”

走進(jìn)電子科技大學(xué)國家電磁輻射控制材料工程技術(shù)研究中心的燒結(jié)房內(nèi)

，記者看到，上萬片名片大小的黑色磁性基板材料被整齊地疊放在工作臺(tái)上

，等待著高溫下的成型

。“燒結(jié)過程是非常講究的，燒多少層

，每一層放多少材料

，都對(duì)溫度的把控、荷載燒結(jié)負(fù)重有嚴(yán)格的要求

，因?yàn)樽詈蠡宄尚偷慕Y(jié)構(gòu)都是靠溫度去掌控

。”鄧龍江說

，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算

，掌握了磁性基板高溫蠕變與荷載燒結(jié)、燒結(jié)溫度場與磁參數(shù)關(guān)聯(lián)的變化規(guī)律

。

“這只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)

，走到這個(gè)程度，前面至少經(jīng)過了5個(gè)工藝

。”鄧龍江說

，盡管只是塊小小的陶瓷片，其制備工藝卻并不簡單

，先后要經(jīng)過造板

、造漿料

、流延、剪裁

、裝片、燒結(jié)等多個(gè)步驟

。

在鄧龍江提供的實(shí)驗(yàn)視頻中

，記者看到，一片磁性基板被放在水里

，很快便在水中溶解了

。“這是國際上首次實(shí)現(xiàn)了磁性基板安全環(huán)保水性流延及二次回歸燒結(jié)的制備工藝

。”鄧龍江告訴記者

，以前國內(nèi)外在這個(gè)領(lǐng)域，用的都是像酒精這樣的有機(jī)溶劑

，因?yàn)椴牧显谟袡C(jī)溶劑里能達(dá)到很好的氣溶性

，但有機(jī)溶劑既不環(huán)保、也不安全

，其不僅帶有一定的毒性，而且在一定溫度下有燃爆點(diǎn)

，對(duì)材料之后的生產(chǎn)和應(yīng)用造成較大的安全隱患

。

“在選擇這個(gè)工藝的時(shí)候，起步的階段

，我們就考慮到安全環(huán)保的問題

。”鄧龍江表示

，要從有機(jī)體系改成無機(jī)體系

，難度就在于把精度做高，流延性做好

，并且適合于批量生產(chǎn)

。團(tuán)隊(duì)在關(guān)鍵工藝參數(shù)的控制上做了大量工作，發(fā)明了PVA與PEG融合的漿料配方體系

、水系流延專用流延盒及排氣設(shè)備。

鄧龍江說：“這種全相溶水性體系流延法工藝

，其使用的水基漿料成本低

，設(shè)備維護(hù)方便，邊料也容易回收

，實(shí)現(xiàn)了這種磁性基板材料安全

、環(huán)保、高效

、低成本生產(chǎn)

。”目前，團(tuán)隊(duì)從材料的配方到工藝實(shí)現(xiàn)了自主創(chuàng)新

，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)

，不僅在材料性能的參數(shù)上比國外提供的指標(biāo)有明顯進(jìn)展，而且成本上實(shí)現(xiàn)的數(shù)量級(jí)下降

，將1平方米材料2000多元的昂貴價(jià)格，降低到只需200多元

，讓國外公司很快沒有了市場

，逐漸退出這個(gè)領(lǐng)域。鄧龍江說：“現(xiàn)在這個(gè)領(lǐng)域基本都是中國人在做

，以前我們是跟跑

，今天我們已經(jīng)處于領(lǐng)先地位

。”

責(zé)任編輯：孫知兵

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