如何選擇吸波材料？

關(guān)鍵詞：高端新材料，5G，TIM, EMI, EMC, TAM, 高導(dǎo)熱，吸波, 透波,絕緣

導(dǎo)語(yǔ)：隨著電子設(shè)備的性能和功能的提高，每個(gè)設(shè)備產(chǎn)生的熱量增加，有效地散發(fā)，消散和冷卻熱量很重要。對(duì)于5G智能手機(jī)和AR/VR設(shè)備等高性能移動(dòng)產(chǎn)品，由于采用高性能IC和追求減輕重量的高度集成設(shè)計(jì)，導(dǎo)致散熱部件的安裝空間受到限制。限制了殼體內(nèi)部的安裝空間，因此利用高導(dǎo)熱墊片等TIM技術(shù)方案來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)散熱。

5G時(shí)代巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時(shí)，引起了這些部位電子零部件發(fā)熱量的急劇增加，當(dāng)前5G射頻芯片、毫米波天線、無(wú)線充電、無(wú)線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的散熱材料、吸波屏蔽材料的需求也在增加。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大。在機(jī)場(chǎng)、機(jī)航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn)；在醫(yī)院、移動(dòng)電話常會(huì)干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。電磁輻射通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)、累積效應(yīng)對(duì)人體造成直接和間接的傷害。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第5代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長(zhǎng)的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。

公認(rèn)的5G優(yōu)勢(shì)是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G網(wǎng)絡(luò)利用在26GHz 至40GHz范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長(zhǎng)（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹(shù)木甚至雨等物體，在這些高頻下會(huì)遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會(huì)以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無(wú)縫的用戶體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動(dòng)寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無(wú)線通信對(duì)無(wú)線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長(zhǎng)距離、高移動(dòng)、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場(chǎng)景的需求，針對(duì)毫米波無(wú)線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開(kāi)展面向長(zhǎng)距離、高移動(dòng)毫米波無(wú)線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動(dòng)通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢(shì)：毫米波由于其頻率高、波長(zhǎng)短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽(tīng)難度，適合短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；波長(zhǎng)極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過(guò)建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收，對(duì)材料非常敏感。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)采用小基站的方式來(lái)加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是電磁波?

電磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的振蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性，其粒子形態(tài)稱為光子，電磁波與光子不是非黑即白的關(guān)系，而是根據(jù)實(shí)際研究的不同，其性質(zhì)所體現(xiàn)出的兩個(gè)側(cè)面。由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。見(jiàn)麥克斯韋方程組。

電磁波伴隨的電場(chǎng)方向，磁場(chǎng)方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。電磁波實(shí)際上分為電波和磁波，是二者的總稱，但由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失，并相互轉(zhuǎn)換，所以通常將二者合稱為電磁波，有時(shí)可直接簡(jiǎn)稱為電波。

在量子力學(xué)角度下，電磁波的能量以一份份的光子呈現(xiàn)，光子本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是波包，即以局域性能量呈現(xiàn)的波。電磁波的能量是量子化的，當(dāng)其能級(jí)階躍遷過(guò)輻射臨界點(diǎn)，便以光子的形式向外輻射，此階段波體為光子，光子屬于玻色子。

一定頻率范圍的電磁波可以被人眼所看見(jiàn)，稱之為可見(jiàn)光，或簡(jiǎn)稱為光，太陽(yáng)光是電磁波的一種可見(jiàn)的輻射形態(tài)。電磁波不依靠介質(zhì)傳播。

電磁輻射通常意義上指所有電磁輻射特性的電磁波，非電離輻射是指無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線。而X射線及γ射線通常被認(rèn)為是放射性的輻射。稱作電離輻射。

要特別注意，電磁波并非與傳統(tǒng)的機(jī)械波一樣發(fā)生了空間上的震動(dòng)，而是傳播路徑上不同點(diǎn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)屬性的改變。

從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，電磁波是能量的一種，屬于一種波，就像機(jī)械波，引力波和物質(zhì)波（概率波）一樣，凡是高于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)釋出電磁波，且溫度越高，放出的電磁波頻率就越高，波長(zhǎng)就越短，這種電磁波稱之為黑體輻射。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見(jiàn)空氣一樣，除光波外，人們也看不見(jiàn)無(wú)處不在的其他電磁波。

電磁場(chǎng)包含電場(chǎng)與磁場(chǎng)兩個(gè)方面，分別用電場(chǎng)強(qiáng)度E（或電位移D）及磁通密度B（或磁場(chǎng)強(qiáng)度H）表示其特性。按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，這兩部分是緊密相依的。時(shí)變的電場(chǎng)會(huì)引起磁場(chǎng)，時(shí)變的磁場(chǎng)也會(huì)引起電場(chǎng)。電磁場(chǎng)的場(chǎng)源隨時(shí)間變化時(shí)，其電場(chǎng)與磁場(chǎng)互相激勵(lì)導(dǎo)致電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)而形成電磁波。電磁波的傳播速度與光速相等，在自由空間中，為c=299792458m/s≈3×108m/s。電磁波的行進(jìn)還伴隨著功率的輸送。

電磁輻射量與溫度有關(guān)，通常高于絕對(duì)零度的物質(zhì)或粒子都有電磁輻射，溫度越高輻射量越大，頻率越高，波長(zhǎng)越短，但大多不能被肉眼觀察到

吸波材料

定義

所謂吸波材料，指能吸收或者大幅減弱其表面接收到的電磁波能量，從而減少電磁波的干擾的一類材料。在工程應(yīng)用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)對(duì)電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

介紹

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大。在機(jī)場(chǎng)、機(jī)航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn)；在醫(yī)院、移動(dòng)電話常會(huì)干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。電磁輻射通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)、累積效應(yīng)對(duì)人體造成直接和間接的傷害。研究證實(shí)，鐵氧體吸波材料性能最佳，它具有吸收頻段高、吸收率高、匹配厚度薄等特點(diǎn)。將這種材料應(yīng)用于電子設(shè)備中可吸收泄露的電磁輻射，能達(dá)到消除電磁干擾的目的。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中從低磁導(dǎo)向高磁導(dǎo)方向傳播的規(guī)律，利用高磁導(dǎo)率鐵氧體引導(dǎo)電磁波，通過(guò)共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過(guò)耦合把電磁波的能量轉(zhuǎn)變成熱能。吸波材料在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮兩個(gè)問(wèn)題，1）、電磁波遭遇吸波材料表面時(shí)，盡可能完全穿過(guò)表面，減少反射；2）、在電磁波進(jìn)入到吸波材料內(nèi)部時(shí)，要使電磁波的能量盡量損耗掉。

電子產(chǎn)品在工作時(shí)會(huì)向外輻射不同頻率和波長(zhǎng)的電磁波，易對(duì)臨近電路和設(shè)備造成干擾，造成信息傳輸失誤、控制失靈等事故，并對(duì)環(huán)境造成電磁污染。如導(dǎo)致飛機(jī)無(wú)法按時(shí)起飛、醫(yī)院的電子診療儀器無(wú)法正常工作等。目前，吸波材料是解決電磁污染的應(yīng)用材料之一。吸波材料不僅能吸收部分電磁波，還具有質(zhì)量輕、耐潮濕、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。

吸波材料實(shí)現(xiàn)良好吸收的兩個(gè)條件

1、入射的電磁波能夠充分地進(jìn)人材料內(nèi)部而不在表面發(fā)生反射。即材料的匹配特性；
2、進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波能迅速衰減掉。滿足條件1)的方法間自由阻抗。是利用特殊的邊界條件來(lái)達(dá)到材料的輸入阻抗與空部，間波阻抗相匹配，即反射系數(shù)R=0，目前的吸收劑能。難以滿足該條件；而滿足條件2)的方法則是使材料具有較大的電磁損耗。
在實(shí)際中，這2方面的要求通常是相互矛盾的，并且還要求吸波材料吸波頻帶寬，力學(xué)性能優(yōu)良以及易于施工等特點(diǎn)，因而在設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)吸波材料的厚度、電磁參數(shù)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。一般選用多層結(jié)構(gòu)，使各層材料的阻抗由表面至底層逐次降低，這樣既可以實(shí)現(xiàn)材料的輸入阻抗與空間波阻抗相匹配，引導(dǎo)電磁波進(jìn)人材料內(nèi)部，又可通過(guò)調(diào)節(jié)材料的電磁參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的吸收。

入射電磁波最大限度的進(jìn)入材料內(nèi)部，而不是在其表面就被反射，即要滿足材料的阻抗匹配；進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波能幾乎全部被衰減掉，即衰減匹配。衰減匹配可以是電阻性損耗，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能；也可以是電介質(zhì)損耗，通過(guò)介質(zhì)極化將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能；還可以是磁損耗，轉(zhuǎn)化為磁滯損耗、阻尼損耗等。因此，好的吸波材料幾乎不反射電磁波，而是將它們吸收到內(nèi)部并全部衰減掉。

吸波材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

一

特點(diǎn)

吸波材料是指能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料，通過(guò)材料各種不同的損耗機(jī)制，將入射電磁波轉(zhuǎn)化為熱能或其它能量形式，而達(dá)到吸收電磁波目的。在工程應(yīng)用上，除了要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)，對(duì)電磁波具有很高的吸收率外，還要求具有耐溫、耐濕、質(zhì)量輕、抗腐蝕等性能。吸波材料的吸波效果是由介質(zhì)內(nèi)部各種電磁機(jī)制來(lái)決定，如：電介質(zhì)的共振吸收、電子擴(kuò)散、微渦流等等。

?柔軟不易碎，輕薄，易于加工切割，使用方便，可安裝于狹小空間

?產(chǎn)品需要粘接或壓合在金屬底板上才能達(dá)到良好的吸波效果

?產(chǎn)品可以對(duì)應(yīng)多樣化的尺寸和形狀

?耐溫性高，柔韌性好

?無(wú)鹵，無(wú)鉛，滿足RoHs指令

產(chǎn)品應(yīng)用：

?可作為移動(dòng)設(shè)備用柔性電纜的噪音對(duì)策。（筆記本電腦，游戲機(jī)，手……等）

?降低各種電子設(shè)備的輻射噪音。（CPU產(chǎn)生的噪音等）

?降低手機(jī)對(duì)人體的電磁波輻射（SAR）。

?降低屏蔽框內(nèi)的內(nèi)部EMI（共振，串?dāng)_）。

?減少低頻間的耦合傳導(dǎo)輻射干擾、減少低頻回波干擾。

二

吸波材料的應(yīng)用

1、可用在筆記本電腦、手機(jī)、通訊機(jī)柜等的電子設(shè)備腔體內(nèi)部。

2、可用來(lái)降低各種電子設(shè)備的輻射和噪音。

3、可減少低頻間的偶合傳導(dǎo)輻射干擾、減少低頻回波干擾

4、可降低屏障框內(nèi)的內(nèi)部EMI（共振、串?dāng)_）。

5、應(yīng)用到芯片與散熱模塊之間。

6、應(yīng)用之EMI/RFI：EMI（Electro MagneTIc Interference）：翻譯為電磁波干擾。電磁波干擾三要素：干擾源、干擾傳播途徑以及敏感設(shè)備。擾源是指產(chǎn)生電磁干擾的電子設(shè)備或系統(tǒng)，干擾傳播途徑包括線纜，空間等，敏感設(shè)備是指易受電磁干擾影響的電子設(shè)備或系統(tǒng)。發(fā)射頻率干擾（RF Interference）：射頻是一種高頻交流電，也就是通常所說(shuō)的電磁波。射頻干擾就是電磁波所帶來(lái)的干擾。如兩個(gè)頻率相差不多的電磁波會(huì)同時(shí)被接收機(jī)接收造成干擾。在離發(fā)出臺(tái)近的地方會(huì)有諧波干擾。干擾其他的接收設(shè)備。在相同頻率的電磁波可干擾電臺(tái)。

吸波材料與屏蔽材料的區(qū)別

屏蔽材料是能對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離、磁場(chǎng)、電磁波、以控制電場(chǎng)，由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射的一類材料。具體來(lái)說(shuō)就是用來(lái)制造屏蔽體的材料。屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散，用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包起來(lái)，防止受到外界電磁場(chǎng)的影響。吸波材料電磁波進(jìn)去出不來(lái)，但是電磁屏蔽材料不一定是把電磁波反射掉，而是通過(guò)無(wú)論是吸收還是反射，使電磁波到達(dá)屏蔽材料另一面的量減少?？梢哉f(shuō)吸波材料是為使吸波材料和電磁波源的同側(cè)，盡可能少的接收反射回來(lái)的電磁波，而電磁屏蔽材料是為屏蔽材料與使電磁波源異側(cè)，盡可能少的接收到電磁波的影響。電子行業(yè)瞬息萬(wàn)變，這對(duì)材料方案商而言帶來(lái)不少挑戰(zhàn)。在5G、汽車電子、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)、AI、AR/VR等趨勢(shì)下，電子產(chǎn)品將不斷迭代更新，對(duì)芯片的算力要求更高，面臨功耗增大，輻射、散熱加劇等問(wèn)題，這對(duì)高端材料的開(kāi)發(fā)能力和技快速對(duì)應(yīng)的術(shù)支持提出了更高要求。

如何選擇吸波材料？

波段頻率：

材質(zhì)：橡膠基，樹(shù)脂基，泡沫基，聚氨酯基，塑料基，涂料類等基材；

厚度：

顏色：

密度：

硬度：

干濕度：

安裝位置：

使用環(huán)境：

性能測(cè)試要求：

其他因素等。