測量吸波材料效果主要通過向量網路分析儀(VNA)配合不同的測試方法,直接測量材料的「反射率」或「吸收率」,常見方法包括弓形法、同軸法和微波暗室法,利用發射與接收天線在特定環境下測試材料對電磁波的反射功率,並與標準參考進行比對來計算吸波性能。
吸波材與電磁屏蔽殼的搭配應根據電磁波的頻率、強度和來源進行,通常是結合使用以實現最佳的電磁波控制。 電磁屏蔽殼(由金屬材料製成)主要通過反射來阻擋電磁波,而吸波材則通過吸收將電磁波能量轉化為熱能或其他形式。
純粹的吸波材可能會因將電磁波能量轉化為熱能,間接導致設備發熱,若無導熱設計,可能會影響散熱性能。 然而,現代應用中常見的是導熱吸波材料,這類材料同時具備吸波和導熱的雙重功能,能有效吸收電磁波並將產生的熱量迅速傳導出去,從而改善散熱並抑制電磁干擾,不會負面影響散熱。
吸波材可以貼在IC 上,特別是導熱吸波墊片,它們不僅能吸收電磁波以減少電磁干擾(EMI),還能幫助散熱,例如在CPU、MOS 元件或主機板上應用。 選擇這類產品時,需注意其導熱係數、電磁波吸收能力及是否具備天然黏性等特性,以確保安裝方便並達到預期效用。
吸波材是否可重複使用取決於其材料特性和應用場景,但許多用於電子設備的吸波材是可重複使用的,尤其是一些固態或黏性產品。 其可重複使用性通常與其是否容易損壞、性能是否會大幅下降有關,而許多現代設計會考慮到環保和安全性,使得在正常使用下可以反覆使用。
TDK:Flexield® 系列(IFM/IFC/IFH 等),NFC/EMI 抑制常見。
KEMET(原 NEC-TOKIN):Flex Suppressor® ZTG/ZTX/ZGF,手機、主機板與模組常用。
3M:AB/EMI 吸收片(AB5000/7000 系);黏著與可撓性佳。
Laird Performance(杜邦):超薄 RF Absorber(HR、LA、MA 系列)。
Parker Chomerics:CHO-MUTE™ 系列(吸收片/導電泡棉配套)。
KITAGAWA KOGYO(紀州技研/KGS):EMI Absorber Sheets(SSS/SAB 等)。
Würth Elektronik:WE-NFCS(NFC/EMI 屏蔽吸收片)。
Panasonic:EMI 吸收/抑制片(有薄型可撓款)。
適用:GPU/CPU 散熱器內側、記憶體上方、DC-DC/電感周邊、連接器/縫隙邊緣、NFC/無線模組背面(避開天線主瓣)。
Laird(ECCOSORB®):AN、LS、FS、MCS、CR 等系列(片材、發泡、鑄型)。
Parker Chomerics:吸波膠片/塗覆材料(與導電密封件整合)。
ARC Technologies(已併入 Parker):MASS/SEA 系列(軍規/車規應用)。
適用:雷達/毫米波感測模組的腔體、支架、縫隙與邊界吸收(非主通道)。
TDK:Ferrite Tiles、Hybrid/PU 吸波錐;各型 EMC/OTA 暗室。
ETS-Lindgren:RAM/Hybrid 吸波器(5G/毫米波/OTA 場館)。
MVG(SATIMO/ORBIT/Albatross Projects):WAVASORB® 系列。
適用:EMC/OTA/雷達量測空間與儀器屏蔽。
頻段/厚度匹配:先鎖定干擾熱點頻率;依目標頻段與 λ/4/阻抗匹配選厚度(貼片常 0.1–1 mm;微波結構材更厚)。
位置:只貼「熱點與邊界」;避開天線主瓣與關鍵散熱路徑。
環境/可靠度:看 UL94 等級、連續使用溫度、濕熱/鹽霧/UV、黏著老化與低逸散(室內外/醫療/車規差異大)。
驗證:材料層級 S11/S21(自由空間/同軸/波導)+近場掃描,再做整機 EMI/OTA A/B。
配套:常與導電泡棉/屏蔽罩/濾波器協同,吸收只是系統方案的一環。
吸波材(Electromagnetic Wave Absorber / EMI Absorbing Material)的成本差異非常大,取決於它的種類、頻段、厚度、導磁導電特性、應用場合(民用 / 軍規 / 實驗室),甚至品牌。
磁性聚合物吸收片(NiZn/MnZn+矽膠,常見於GPU/手機/模組):
$0.08–0.30/cm²($80–300/m²;NT$2,500–9,600/m²)。小量裁片更貴。
奈米複合薄膜(石墨烯/CNT/Fe₃O₄ 薄型高頻款):
$0.15–0.60/cm²($150–600/m²;NT$4,800–19,200/m²)。
導電泡棉/墊圈(帶吸收層):
$0.05–0.20/cm 線長(視截面與鍍層),客製沖切另計。
Ferrite bead/sleeve:$0.03–0.50/顆(件)(量大價格低)。
NFC/無線用薄型片(小片 20×20 mm):$0.2–1.5/片。
薄型阻性膜/多層(0.3–1.2 mm):$150–600/m²(NT$4,800–19,200/m²)。
鑄型/發泡型微波吸收片(2–10 mm):$200–800/m²(視頻段與密度)。
客製Jaumann/Salisbury/超表面結構:專案報價,常較上述**↑50–200%**。
鐵氧體瓷磚(6–7 mm):$60–120/m²(NT$1,900–3,800/m²),大量採購可更低;運費重。
PU 錐形吸波器(30–100 cm 錐高):$200–1,200/m²(NT$6,400–38,000/m²),錐越高、頻率越低→價格越高。
Hybrid(鐵氧體+PU 錐)場館級:$400–1,800/m²,還要算結構/安裝。
噴塗/覆層材料成本:$50–200/m²起;
含工藝、厚度控制、維保與保密流程:整體專案價常較材料**↑數倍**($200–1,000+/m²)。民用基本上拿不到標價。
頻段與厚度:越低頻/越寬頻需更厚或更複雜結構→貴。
規格等級:UL94 V-0、車規/醫療級、低逸散、耐候(UV/鹽霧)都會加價。
加工:背膠(醫療級/高溫膠)、離型紙、模切/沖切、公差(±0.02–0.05 mm)都影響單價。
品牌/供應鏈:TDK、KEMET/NEC-TOKIN、3M、Laird、Chomerics 等大牌穩定但單價偏高;在地替代料可降 10–30%。
訂量與版寬:m² 價→裁成小片會明顯溢價;訂量↑、標準尺寸↑可降價。
以近場掃描找熱點,小面積貼覆;避免盲目全覆。
優先用佈局/接地/濾波/屏蔽拿到 70–80% 效果,再用吸收微調。
與供應商談不背膠原材 + 代工模切,或改用通用版寬減廢料。
對於室外/車規,選耐候背膠一次到位,避免後期維修成本。
吸波效率(或遮罩效率, SE)在分貝(dB)單位下,通過將吸收損耗(A)、反射損耗(R) 以及根據遮罩罩情況確定的校正因數(B) 相加來計算: SE(dB) = A + R + B。 吸收損耗與材料的導磁率、導電率、頻率和厚度有關。 反射損耗則取決於電磁波的性質(近場或遠場)和到遮罩源的距離,它與材料的阻抗和波阻的比率有關。 校正因數用於修正薄遮罩層內多次反射造成的附加損耗。
吸波材區分吸收與反射主要看它如何處理入射的電磁波能量:吸收是將電磁波能量轉化為熱能等其他形式的能量並將其衰減,最大限度地減少了電磁波的反射;而反射則是讓電磁波能量以原形式彈回,未被材料吸收。
以下聚焦「小型裝置」中吸波材(absorber)的安裝限制與工程對策
1) 幾何與厚度受限
機構空間緊、曲面多,λ/4 厚度難以滿足;過薄易只反射不吸收。
對策:選薄型高損耗片、梯度/夾層(匹配層+損耗層),優先處理邊界與縫隙熱點而非全覆。
2) 天線與主通道衝突
靠近天線主瓣會去調諧、降效率、增插損。
對策:避開主通道與視窗;在側瓣、支架、螺柱、屏蔽罩內側做小面積貼覆;以 S11、TRP/TIS 驗證。
3) 散熱/功耗耦合
吸收把電磁能轉熱,小腔體易升溫影響電池/感測器。
對策:Thermal–EMI 共設計,避開熱路徑;必要時用導熱但低 ε/μ 的匹配層把熱導出。
4) 黏著與公差
厚度±0.02–0.05 mm、公差與壓合不均會改變頻點;背膠老化、翹曲或滲膠污染光學件。
對策:選高溫丙烯酸/矽膠膠系,設計止膠區;曲面半徑≥規格要求;量產控厚與壓合力。
5) 電氣副作用
碳系材料可能形成導通網路,造成反射或短路風險;近高 Q 共振腔易引入新模態。
對策:選體積電阻合宜的材料;以近場掃描定位,再逐步擴貼;必要時加接地墊圈或導電泡棉協同。
6) 環境與法規
需符合 UL94、防火;戶外/可穿戴要耐汗液、UV、濕熱、鹽霧;醫療/近皮膚需低逸散與生物相容。
對策:挑選對應等級材料與背膠,做加速老化與清潔劑循環測試。
7) 製程與裝配
小片模切易捲翹、定位偏差;貼錯位置反而惡化 EMI。
對策:治具對位,先上樣本片 A/B 測,通過再導入量產;優先選標準版寬減少邊角廢料。
8) 頻段覆蓋與寬角度
小體積內入射角度多樣,單層窄帶易失效。
對策:選寬角度材料或 Jaumann/超表面薄結構,在目標頻帶保證 |S11|≤−10 dB。
9) 驗證流程
材料層級 S11/S21→近場掃描→整機 EMI/OTA/功能與溫升聯測;記錄位置、面積、厚度的設計表以便追溯。
總結:小型裝置的吸波設計重點是「小面積、準確位置、熱—電同步」,先以佈局/接地/濾波拿到八成效果,再用吸收精準補強,並以量測閉環確保不損性能與可靠度。
軟性電路板可以使用吸波膜。 吸波材料能吸收電磁波能量,將其轉化為熱能,藉此消除或減少電磁干擾(EMI),並能應用於各種電子設備,包括軟性電路板,以改善產品的電磁相容性(EMC)。
吸波材多層結構的設計核心是利用不同層材料的特性組合,引導電磁波在層間反射並逐漸衰減其能量,從而達到吸波目的。 關鍵的設計方法包括結合不同材料的介電常數和磁導率,設置反射層、吸波層和入射層,並運用數值模擬(如有限元素法)或等效電路模型來優化結構參數和層厚,以滿足特定的頻率和吸波效能需求。
設計基本原則
反射層與吸波層的搭配: 設計多層吸波結構時,通常會加入反射層,以確保電磁波在進入吸波層前有足夠的反射,並引導電磁波在反射層與吸波層之間來回傳播,增加其在吸波材料中的路徑長度,進而有效衰減能量。
控制層的介電常數與磁導率: 不同層材料的介電常數( ε )和磁導率(µ)會影響電磁波的傳播速度和阻抗,設計時需透過改變這些參數來優化電磁波的傳播和能量損耗。
設計方法
1. 多層組合: 將不同特性(如不同的介電常數或磁導率)的材料進行疊加,形成多層吸波結構。
2. 參數漸變(梯度材料): 在吸波層中,可以設計介電常數或磁導率沿厚度方向逐漸變化的梯度結構,模擬成多層材料進行計算。
3. 數值模擬: 使用有限元素法(FEM) 等數值模擬工具,建立三維模型,透過仿真軟體精確計算不同層材料的組合、層厚及結構參數對吸波性能的影響。
4. 等效電路模型: 將多層結構轉換為等效電路模型,利用電磁波傳輸理論計算其電磁波傳輸特性,並進行參數優化。
反射層與吸波層的組合:: 在反射層之上疊加高電阻值的吸波層,藉由電磁波在兩層間的來回反射,能量會不斷衰減,達到吸波的效果。
要避免吸波材影響天線效率,需透過精確的吸波材料選擇與佈局,例如在空腔內使用高磁導率、高損耗的磁性吸波材料,或在自由空間使用具特定厚度的材料以提高吸收效果;同時應透過天線與吸波材料的共存設計,例如調整天線諧振頻率或匹配網路,以平衡吸波材的吸收與天線的輻射功能。
一、 了解吸波材在天線系統中的作用
消除雜訊與干擾: 吸波材能吸收電磁波,降低外界雜波或設備內部產生的電磁雜訊對天線的干擾,提高天線的靈敏度與準確性。
改善方向性: 在天線開口處的壁面使用吸波材,可以減少天線的副瓣干擾,增大主瓣的增益,提升訊號傳輸的效率和距離。
隱身技術: 在軍事應用中,吸波材可吸收雷達電波,降低目標物的雷達截面積(RCS),從而達到隱形目的。
二、 精準設計與佈局吸波材
選擇合適的吸波材料:
空腔應用:: 在可能產生駐波的空腔內,應選用磁損耗大的磁性吸波材料,因為空腔壁處的磁場強度較大,能有效吸收能量。
自由空間應用:: 若需在自由空間中使用吸波材,則選擇厚度與波長相匹配的材料,以在特定頻率下產生共振吸收效果。
優化吸波材料的安裝位置:
抑制表面行波:: 對於近場的電磁波,需將不導電的吸波材料直接貼敷在天線或其附近,以吸收導體上產生的表面行波。
減少內部反射:: 將吸波材料填充在金屬腔體內部,可以有效降低腔體內部的電磁波反射,改善天線的頻域和時域特性。
三、 進行天線系統的協同設計
調整匹配網路: 當天線與吸波材料(特別是磁性材料)一同使用時,磁性材料的增加會影響天線的電感,可能需要重新調整天線的匹配網路以優化整體性能。
考慮頻率特性: 吸波材的吸收效果與頻率密切相關,應在設計時考慮天線的工作頻段,並選擇能在該頻段內提供有效吸收的吸波材料。
進行電磁仿真: 使用有限元電磁仿真軟體(如HFSS)來設計和優化天線模型,評估加入吸波材料後的各項參數,確保其在實際應用中的性能得到改善。
高溫環境通常會影響吸波材料的吸波效果,因為溫度升高會改變材料的介電常數和磁導率,進而改變其在特定頻段的阻抗匹配和損耗因子,導致吸波能力下降或頻率響應偏移。
吸波材的可靠度测试主要是评估其在高频电磁波下的反射率,常见的测试方法包括直接测量法(如弓形法、同轴法、RCS测试法)和间接测量法(如波导法),通过测量材料的反射性能和电磁参数来判断其在不同环境条件(如温度、真空)下的稳定性与吸收效率是否可靠。
吸波材有标准化的测试方法,主要分为直接测量法和间接测量法两种,其中直接测量法包括弓形法、同轴法和雷达截面积(RCS)测试法,而间接测量法通常利用波导法测量材料的电磁参数来计算反射率。
吸波材有國際標準規範,這些標準涵蓋了防火、電磁相容性以及材料環保等不同方面。 例如,用於電子產品的吸波材需符合如NRL 8093、UL94 HBF、ISO 4589-2、ISO 11925-2 / E 等防火與燃燒性標準,以及ISO 11452-4 等電磁相容性測試標準。 同時,也要符合如RoHS 和REACH 等環保規範。
主要的國際標準規範
防火與燃燒性標準:
NRL 8093:: 美國海軍研究實驗室的標準。
UL94 HBF:: 美國保險商實驗室的標準,用於評估塑膠的燃燒性。
ISO 4589-2:: 國際標準化組織的標準,用於評估材料的氧氣指數。
ISO 11925-2 / E:: ISO 標準,用於測試材料在單一火焰下的燃燒行為。
DIN 4102 / B2:: 德國標準,用於建築材料的防火等級。
電磁相容性(EMC)標準:
ISO 11452-4:: 用於汽車電子設備的電磁抗擾度測試,例如大電流注入法(BCI)。
MIL-STD-461E CS114:: 美軍標準,也是一種大電流注入測試。
環保與安全標準:
RoHS:: 限制有害物質使用指令。
REACH:: 關於化學品註冊、評估、授權和限制的歐洲聯盟法規。
吸波材的歐盟CE 認證會根據其產品類型進行檢測,可能涉及電磁相容性(EMC) 和聲學性能兩大方面。 主要檢測項目包含:針對電磁波干擾的測試,使用頻譜分析儀量測30MHz 至6GHz(或更高)的電磁波強度;以及用於聲學性能的降噪係數測試,此類測試在混響室中進行。
聲學性能測試
降噪係數測試:: 這是衡量吸音材料性能的關鍵環節。
測試場所:: 通常在混響室進行,以確保結果的準確性。
電磁相容性(EMC) 測試
電磁波干擾測試:: 主要關注30MHz 至1GHz (或更高) 的電磁波干擾,這是吸波材作為防電磁波輻射材料的關鍵檢測項目。
測試方法:: 使用天線接收干擾波,再透過接收器(如頻譜分析儀)量測其強度。
測試距離:: 測試距離通常為3 公尺或10 公尺。
CE 認證流程
諮詢與報價:: 向認證機構提供產品資料並評估費用與時間。
申請與寄樣:: 填寫申請表,並將樣品快遞至實驗室。
實驗室檢測:: 實驗室根據產品特性進行相關測試。
報告與證書:: 測試通過後,簽發CE 測試報告。
貼標:: 在獲得認可後,可依據法規在產品上貼上CE 標示。
美國FCC主要規範的是電子設備的電磁干擾(EMI) 和 電磁相容性(EMC),而非直接規範吸波材的材料本身,但吸波材可能因為其材料特性對設備的EMI/EMC表現產生影響,因此間接受FCC法規的約束,需要評估其在設備中是否符合相關的輻射和傳導限制。
中國大陸有針對吸波材的檢測方法標準,其中較新的有國家標準「GB/T 33014.2」和「GB/T 18655」。 此外,針對電器電子產品中的有害物質,也有跟隨國際標準的「GB/T 39560系列」標準。
吸波材性能與電磁參數測量
GB/T 33014.2 和GB/T 18655: 這兩個標準涵蓋了吸波材料的吸波性能和電磁參數的測量方法。
適用範圍: 此類標準專門為電波暗室等設備所使用的吸波材料而制定,為制造商和檢測機構提供統一的測試方法。
電器電子產品中的有害物質檢測
GB/T 39560系列: 這是一個新的標準系列,於2021年發布,並於2024年3月開始實施。
與國際標準對應: 該系列標準與國際標準IEC 62321系列方法相符,確保了中國大陸在有害物質檢測方面與國際標準的協調一致。