如何选择吸波材料？

关键词：高端新材料，5G，TIM, EMI, EMC, TAM, 高导热，吸波, 透波,绝缘

导语：随着电子设备的性能和功能的提高，每个设备产生的热量增加，有效地散发，消散和冷却热量很重要。对于5G智能手机和AR/VR设备等高性能移动产品，由于采用高性能IC和追求减轻重量的高度集成设计，导致散热部件的安装空间受到限制。限制了壳体内部的安装空间，因此利用高导热垫片等TIM技术方案来更好地实现散热。

5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起了这些部位电子零部件发热量的急剧增加，当前5G射频芯片、毫米波天线、无线充电、无线传输、IGBT、印刷线路板、AI、物联网等领域的散热材料、吸波屏蔽材料的需求也在增加。

随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场、机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院、移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害。

什么是5G?

一

定义

“5G”一词通常用于指代第5代移动网络。5G是继之前的标准（1G、2G、3G、4G 网络）之后的最新全球无线标准，并为数据密集型应用提供更高的带宽。除其他好处外，5G有助于建立一个新的、更强大的网络，该网络能够支持通常被称为 IoT 或“物联网”的设备爆炸式增长的连接——该网络不仅可以连接人们通常使用的端点，还可以连接一系列新设备，包括各种家用物品和机器。

公认的5G优势是：

•具有更高可用性和容量的更可靠的网络

•更高的峰值数据速度（多Gbps）

•超低延迟

与前几代网络不同，5G网络利用在26GHz 至40GHz范围内运行的高频波长（通常称为毫米波）。由于干扰建筑物、树木甚至雨等物体，在这些高频下会遇到传输损耗，因此需要更高功率和更高效的电源。

5G部署最初可能会以增强型移动宽带应用为中心，满足以人为中心的多媒体内容、服务和数据接入需求。增强型移动宽带用例将包括全新的应用领域、性能提升的需求和日益无缝的用户体验，超越现有移动宽带应用所支持的水平。

二

毫米波是关键技术

毫米波通信是未来无线移动通信重要发展方向之一，目前已经在大规模天线技术、低比特量化ADC、低复杂度信道估计技术、功放非线性失真等关键技术上有了明显研究进展。但是随着新一代无线通信对无线宽带通信网络提出新的长距离、高移动、更大传输速率的军用、民用特殊应用场景的需求，针对毫米波无线通信的理论研究与系统设计面临重大挑战，开展面向长距离、高移动毫米波无线宽带系统的基础理论和关键技术研究，已经成为新一代宽带移动通信最具潜力的研究方向之一。

毫米波的优势：毫米波由于其频率高、波长短，具有如下特点：

频谱宽，配合各种多址复用技术的使用可以极大提升信道容量，适用于高速多媒体传输业务；可靠性高，较高的频率使其受干扰很少，能较好抵抗雨水天气的影响，提供稳定的传输信道；方向性好，毫米波受空气中各种悬浮颗粒物的吸收较大，使得传输波束较窄，增大了窃听难度，适合短距离点对点通信；波长极短，所需的天线尺寸很小，易于在较小的空间内集成大规模天线阵。

毫米波的缺点：毫米波也有一个主要缺点，那就是不容易穿过建筑物或者障碍物，并且可以被叶子和雨水吸收，对材料非常敏感。这也是为什么5G网络将会采用小基站的方式来加强传统的蜂窝塔。

什么是电磁波?

电磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性，其粒子形态称为光子，电磁波与光子不是非黑即白的关系，而是根据实际研究的不同，其性质所体现出的两个侧面。由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁波在真空中速率固定，速度为光速。见麦克斯韦方程组。

电磁波伴随的电场方向，磁场方向，传播方向三者互相垂直，因此电磁波是横波。电磁波实际上分为电波和磁波，是二者的总称，但由于电场和磁场总是同时出现，同时消失，并相互转换，所以通常将二者合称为电磁波，有时可直接简称为电波。

在量子力学角度下，电磁波的能量以一份份的光子呈现，光子本质上来说就是波包，即以局域性能量呈现的波。电磁波的能量是量子化的，当其能级阶跃迁过辐射临界点，便以光子的形式向外辐射，此阶段波体为光子，光子属于玻色子。

一定频率范围的电磁波可以被人眼所看见，称之为可见光，或简称为光，太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态。电磁波不依靠介质传播。

电磁辐射通常意义上指所有电磁辐射特性的电磁波，非电离辐射是指无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线。而X射线及γ射线通常被认为是放射性的辐射。称作电离辐射。

要特别注意，电磁波并非与传统的机械波一样发生了空间上的震动，而是传播路径上不同点电场与磁场属性的改变。

从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，属于一种波，就像机械波，引力波和物质波（概率波）一样，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波，且温度越高，放出的电磁波频率就越高，波长就越短，这种电磁波称之为黑体辐射。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的其他电磁波。

电磁场包含电场与磁场两个方面，分别用电场强度E（或电位移D）及磁通密度B（或磁场强度H）表示其特性。按照麦克斯韦的电磁场理论，这两部分是紧密相依的。时变的电场会引起磁场，时变的磁场也会引起电场。电磁场的场源随时间变化时，其电场与磁场互相激励导致电磁场的运动而形成电磁波。电磁波的传播速度与光速相等，在自由空间中，为c=299792458m/s≈3×108m/s。电磁波的行进还伴随着功率的输送。

电磁辐射量与温度有关，通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射，温度越高辐射量越大，频率越高，波长越短，但大多不能被肉眼观察到

吸波材料

定义

所谓吸波材料，指能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波的干扰的一类材料。在工程应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求它具有质量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。

介绍

随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场、机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院、移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。电磁辐射通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害。研究证实，铁氧体吸波材料性能最佳，它具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。将这种材料应用于电子设备中可吸收泄露的电磁辐射，能达到消除电磁干扰的目的。根据电磁波在介质中从低磁导向高磁导方向传播的规律，利用高磁导率铁氧体引导电磁波，通过共振，大量吸收电磁波的辐射能量，再通过耦合把电磁波的能量转变成热能。吸波材料在设计时，要考虑两个问题，1）、电磁波遭遇吸波材料表面时，尽可能完全穿过表面，减少反射；2）、在电磁波进入到吸波材料内部时，要使电磁波的能量尽量损耗掉。

电子产品在工作时会向外辐射不同频率和波长的电磁波，易对临近电路和设备造成干扰，造成信息传输失误、控制失灵等事故，并对环境造成电磁污染。如导致飞机无法按时起飞、医院的电子诊疗仪器无法正常工作等。目前，吸波材料是解决电磁污染的应用材料之一。吸波材料不仅能吸收部分电磁波，还具有质量轻、耐潮湿、耐高温、耐腐蚀等特点。

吸波材料实现良好吸收的两个条件

1、入射的电磁波能够充分地进人材料内部而不在表面发生反射。即材料的匹配特性；
2、进入材料内部的电磁波能迅速衰减掉。满足条件1)的方法间自由阻抗。是利用特殊的边界条件来达到材料的输入阻抗与空部，间波阻抗相匹配，即反射系数R=0，目前的吸收剂能。难以满足该条件；而满足条件2)的方法则是使材料具有较大的电磁损耗。
在实际中，这2方面的要求通常是相互矛盾的，并且还要求吸波材料吸波频带宽，力学性能优良以及易于施工等特点，因而在设计时必须对吸波材料的厚度、电磁参数与结构进行优化。一般选用多层结构，使各层材料的阻抗由表面至底层逐次降低，这样既可以实现材料的输入阻抗与空间波阻抗相匹配，引导电磁波进人材料内部，又可通过调节材料的电磁参数实现对电磁波的吸收。

入射电磁波最大限度的进入材料内部，而不是在其表面就被反射，即要满足材料的阻抗匹配；进入材料内部的电磁波能几乎全部被衰减掉，即衰减匹配。衰减匹配可以是电阻性损耗，将电磁能转化为热能；也可以是电介质损耗，通过介质极化将电磁能转化为热能；还可以是磁损耗，转化为磁滞损耗、阻尼损耗等。因此，好的吸波材料几乎不反射电磁波，而是将它们吸收到内部并全部衰减掉。

吸波材料的特点及应用

一

特点

吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料，通过材料各种不同的损耗机制，将入射电磁波转化为热能或其它能量形式，而达到吸收电磁波目的。在工程应用上，除了要求吸波材料在较宽频带内，对电磁波具有很高的吸收率外，还要求具有耐温、耐湿、质量轻、抗腐蚀等性能。吸波材料的吸波效果是由介质内部各种电磁机制来决定，如：电介质的共振吸收、电子扩散、微涡流等等。

•柔软不易碎，轻薄，易于加工切割，使用方便，可安装于狭小空间

•产品需要粘接或压合在金属底板上才能达到良好的吸波效果

•产品可以对应多样化的尺寸和形状

•耐温性高，柔韧性好

•无卤，无铅，满足RoHs指令

产品应用：

•可作为移动设备用柔性电缆的噪音对策。（笔记本电脑，游戏机，手……等）

•降低各种电子设备的辐射噪音。（CPU产生的噪音等）

•降低手机对人体的电磁波辐射（SAR）。

•降低屏蔽框内的内部EMI（共振，串扰）。

•减少低频间的耦合传导辐射干扰、减少低频回波干扰。

二

吸波材料的应用

1、可用在笔记本电脑、手机、通讯机柜等的电子设备腔体内部。

2、可用来降低各种电子设备的辐射和噪音。

3、可减少低频间的偶合传导辐射干扰、减少低频回波干扰

4、可降低屏障框内的内部EMI（共振、串扰）。

5、应用到芯片与散热模块之间。

6、应用之EMI/RFI：EMI（Electro MagneTIc Interference）：翻译为电磁波干扰。电磁波干扰三要素：干扰源、干扰传播途径以及敏感设备。扰源是指产生电磁干扰的电子设备或系统，干扰传播途径包括线缆，空间等，敏感设备是指易受电磁干扰影响的电子设备或系统。发射频率干扰（RF Interference）：射频是一种高频交流电，也就是通常所说的电磁波。射频干扰就是电磁波所带来的干扰。如两个频率相差不多的电磁波会同时被接收机接收造成干扰。在离发出台近的地方会有谐波干扰。干扰其他的接收设备。在相同频率的电磁波可干扰电台。

吸波材料与屏蔽材料的区别

屏蔽材料是能对两个空间区域之间进行金属的隔离、磁场、电磁波、以控制电场，由一个区域对另一个区域的感应和辐射的一类材料。具体来说就是用来制造屏蔽体的材料。屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散，用屏蔽体将接收电路、设备或系统包起来，防止受到外界电磁场的影响。吸波材料电磁波进去出不来，但是电磁屏蔽材料不一定是把电磁波反射掉，而是通过无论是吸收还是反射，使电磁波到达屏蔽材料另一面的量减少。可以说吸波材料是为使吸波材料和电磁波源的同侧，尽可能少的接收反射回来的电磁波，而电磁屏蔽材料是为屏蔽材料与使电磁波源异侧，尽可能少的接收到电磁波的影响。电子行业瞬息万变，这对材料方案商而言带来不少挑战。在5G、汽车电子、自动驾驶、无人机、AI、AR/VR等趋势下，电子产品将不断迭代更新，对芯片的算力要求更高，面临功耗增大，辐射、散热加剧等问题，这对高端材料的开发能力和技快速对应的术支持提出了更高要求。

如何选择吸波材料？

波段频率：

材质：橡胶基，树脂基，泡沫基，聚氨酯基，塑料基，涂料类等基材；

厚度：

颜色：

密度：

硬度：

干湿度：

安装位置：

使用环境：

性能测试要求：

其他因素等。