鐵鈷釕三元合金薄膜：為 5G 積體電路擋下 90% 干擾電磁波的新一代吸波材料

青島財經日報｜2023-06-06 10:30:43

// 引言：電磁干擾時代，積體電路更需要一層「隱形鎧甲」

無線通訊依賴特定頻段的電磁波穩定傳輸，但自然界與各式電子設備不斷釋放的電磁波 會互相疊加與干擾，從電視雪花、通話雜音，到 5G 基站與積體電路誤碼，都和 電磁干擾（EMI） 密切相關。

武漢科技大學材料與冶金學院李享成團隊近期研發出一種 鐵鈷釕三元合金吸波薄膜，可在 5G 等通信頻段內吸收 90% 以上干擾電磁波，在部分高使用頻點甚至可達 95% 以上， 成為新一代積體電路電磁防護的重要候選材料。

// 一、為何需要新型吸波材料？5G 讓「干擾」更棘手

隨著 5G 通信大規模應用，積體電路工作頻率不斷提升、頻寬愈來愈大， 傳統抗電磁波干擾材料在寬頻段下的吸收效果逐漸不足。

過去常見的作法，包含：

• 金屬屏蔽：主要以「反射」為主，可能讓干擾在系統內來回反彈
• 傳統吸波體：在高頻寬、寬頻段條件下，吸收效率不易維持高水準

因此，開發兼具高吸收效率、寬頻段與可薄型化的新型吸波材料， 成為國內外科研團隊近年的重要研究方向。

// 二、材料設計：利用釕的四方結構鐵磁性，升級傳統磁性合金

約在五年前，研究團隊留意到文獻中提及一種新焦點金屬元素 釕（Ru），其四方晶體結構在室溫下具鐵磁性， 這為提升吸波材料的磁性能提供了新思路。

於是團隊嘗試將釕與兩種常見磁性元素 鐵（Fe）與鈷（Co） 依一定比例熔煉、混合， 製成磁粉薄膜，並透過計算模擬與實驗不斷調整配比。

• 釕摻雜比例約在 1% 左右時，可形成獨特合金晶體結構
• 在此結構下，磁粉薄膜的電磁波吸收效率最高，可達約 97%

// 三、結構設計：分層平行排列與「扭矩模型」提升吸收效率

電磁波以一定入射角度穿過材料，磁粉的排列型態 會大幅影響吸收效率。 若磁粉在樹脂中隨機、無序分布，會降低整體吸波表現。

武漢科技大學團隊的關鍵創新在於：

• 提出 「磁場下的扭矩模型」，推導鐵鈷釕片狀磁粉在磁場中的取向行為
• 利用旋轉磁場進行干預，使磁粉在樹脂中層層堆疊、平行定向排列
• 讓電磁波通過薄膜時，與多層片狀磁粉形成最佳耦合，提升吸收效率

從電子顯微鏡下觀察，這種磁粉薄膜約呈現 13 層結構，厚度僅約 200 微米，適合直接貼附在成人手掌大小的積體電路板上， 兼顧薄型化與高效能。

// 四、工藝與成本：高密度、高取向薄膜的大面積均質製備

要把鐵鈷釕三元合金薄膜推向產業化，團隊面臨兩大挑戰：

• 透過理論計算與實驗驗證，鎖定釕的最佳摻雜比例
• 改進製備裝置與工藝，實現 高密度、高取向薄膜 的穩定量產

團隊開發了可即時監測磁場分佈的專用裝置，確保磁粉薄膜在生產過程中維持良好均勻性， 隨機取下任一片區域，都能達到相近等級的吸波性能。 同時也持續優化原料與工藝，使成本較國際同類產品 降低約 30%，為後續成果轉化與規模化生產鋪路。

// 五、性能對標國際：頻段平均 90%，高頻點可達 95% 以上

根據李享成團隊測試結果：

• 國際上成熟吸波材料，在完整 5G 通信頻段內，多數可吸收約 80% 干擾電磁波
• 該團隊研發的鐵鈷釕三元合金薄膜，在同一頻段內的平均吸收效率約為 90%
• 在若干高使用頻點，吸收效率甚至可達 95% 以上

目前，這項吸波材料已依託科研平台完成實驗室製備，並 進入工廠中試階段，已有 3 家企業和團隊洽談合作轉化， 預計將率先應用於 5G 積體電路與相關高頻電子裝置的電磁防護。

從基礎材料設計、磁場取向理論，到工藝裝置與成本控制， 鐵鈷釕三元合金薄膜展現了中國團隊在高階 EMI 吸波材料上的研發實力， 也替未來 5G 乃至更高頻通訊裝置，提供了一層更輕薄卻更可靠的「隱形護盾」。

來源： https://news.hexun.com/2023-06-06/208852658.html