關鍵詞：EMC, EMI, TIM, 抑磁導熱吸波, 5G, 高端國產替代材料導語：隨著電子設備的性能和功能的提高，每個設備產生的熱量增加，有效地散

關鍵詞：EMC, EMI, TIM, 抑磁導熱吸波, 5G, 高端國產替代材料

導語：隨著電子設備的性能和功能的提高，每個設備產生的熱量增加，有效地散發，消散和冷卻熱量很重要。對于5G智能手機和AR/VR設備等高性能移動產品，由于采用高性能IC和追求減輕重量的高度集成設計，導致散熱部件的安裝空間受到限制。限制了殼體內部的安裝空間，因此利用高導熱墊片等TIM技術方案來更好地實現散熱。

5G時代巨大數據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時，引起了這些部位電子零部件發熱量的急劇增加，當前5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯網等領域的散熱材料、吸波屏蔽材料的需求也在增加。

隨著現代科學技術的發展，電磁波輻射對環境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫院、移動電話常會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，已成為材料科學的一大課題。電磁輻射通過熱效應、非熱效應、累積效應對人體造成直接和間接的傷害。

汽車工業的快速發展和汽車市場的激烈競爭極大地促進了各類電氣、電子和信息設備在汽車上的廣泛應用，對于今天的汽車產業，應用電子技術的程度已成為提升汽車技術水平的重要標志之一。電子設備廣泛應用于汽車發動機控制系統、自動變速系統、制動系統、調節系統以及行駛系統中，對汽車的安全性、可靠性、舒適性起著決定性作用。

TIM熱管理材料分類の紹介

一

概述

熱管理，包括熱的傳導、分散、存儲與轉換，正在成為一門新興的橫跨物理、電子和材料等的交叉學科，在電子、電池、汽車等行業都有特定的概念和含義，其中的熱管理材料發揮了舉足輕重的作用，與其它控制單元協同運作保證了工作系統正常運行在適當的溫度。

伴隨著5G、大數據、人工智能、物聯網、工業4.0、國家重大戰略需求等領域的技術發展，電子器件功率密度持續攀高，更急需高效的熱管理材料和方案來保證產品的效率、可靠性、安全性、耐用性和持續穩定性。熱管理材料是熱管理系統的物質基礎，而成分、結構及加工工藝對熱管理材料的核心技術指標熱傳導率有重大影響。

圖1 電子設備熱管理系統

二

TIM熱管理材料

2-1 熱界面材料（Thermal Interface Material, TIM）

選擇理想的熱界面材料需要關注如下因素：

1）熱導率：熱界面材料的體熱導率決定了它在界面間傳遞熱量的能力，減少熱界面材料本身的熱阻；

2）熱阻：理想情況下應盡可能低，以保持設備低于其工作溫度；

3）導電性：通常是基于聚合物或聚合物填充的不導電材料；

4）相變溫度：固體向液體轉變，界面材料填充空隙，保證所有空氣被排出的溫度；

5）粘度：相變溫度以上的相變材料粘度應足夠高，以防止在垂直方向放置時界面材料流動滴漏；

6）工作溫度范圍：必須適應應用環境；

7）壓力：夾緊產生的安裝壓力可以顯著改善TIM的性能，使其與表面的一致性達到最小的接觸電阻；

8）排氣：當材料暴露在高溫和/或低氣壓下時，這種現象是揮發性氣體的釋放壓力；

9）表面光潔度：填充顆粒影響著界面的壓實和潤濕程度，需要更好地填補了不規則表面的大空隙；

10）易于應用：容易控制材料應用的量；

11）材料的機械性能：處于膏狀或液態易于分配和打印；

12）長期的穩定性和可靠性：需要在設備的整個壽命周期內始終如一地執行（如微處理器7-10年，航空電子設備和電信設備的壽命預計為數十年）；

13）成本：針對不同應用，在性能、成本和可制造性等因素進行綜合權衡。

2-1-1 熱油脂（Thermal Greases）

通常由兩種主要成分組成，即聚合物基和陶瓷或金屬填料。硅樹脂因其良好的熱穩定性、潤濕性和低彈性模量而被廣泛應用，陶瓷填料主要使用如氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅、二氧化硅和鈹的氧化物等，常用的金屬填料如銀和鋁。將基礎材料和填料混合成可用于配合表面的糊狀物，當應用在“粗糙”的表面被壓在一起時，油脂會流進所有的空隙中以去除間隙空氣。

2-1-2 相變材料（Phase Change Materials, PCM）

PCM傳統上是低溫熱塑性膠黏劑，通常在50-80°C范圍內熔化，并具有多種配置，以增強其導熱性；基于低熔點合金和形狀記憶合金的全金屬相變材料已經有研究發展。相變材料通常設計為熔點低于電子元件的最高工作溫度。

熱墊（Thermal Pads）

熱墊的關鍵是它們改變物理特性的能力。在室溫下，它們是堅固的，容易處理，當電子元件達到其工作溫度時，相變材料變軟，隨著夾緊壓力，它最終開始像油脂一樣流入接頭的空隙中，該材料填補了空氣間隙和空隙，改善了組件和散熱器之間的熱流。相比于油脂材料熱墊不受泵出效應和干問題困擾。

低熔點合金（Low Melting Alloys, LMAs）

基于低熔點合金（或稱為液態金屬）的相變熱界面材料，需要在低于電子元件工作溫度的液態狀態下才能流入所有的表面邊緣。低熔點合金具有優異的導熱、導電性，而且性質穩定、常溫下不與水反應，不易揮發、安全無毒。通過不同的配方可實現不同熔點、不同粘度、不同熱導率/電導率，以及不同物理形態的液態金屬材料。鉍、銦、鎵和錫基合金（如鎵鋁合金、鎵鉍合金、鎵錫合金、鎵銦合金）是最常用的合金，通常不使用有毒性和環境問題的鎘、鉛和汞基合金。

形狀記憶合金（Shape Memory Alloys, SMA）

將一種或多種形狀記憶合金顆粒分散在熱油脂中，并在設備工作溫度下應用于熱源和散熱器之間的界面，研究表明形狀記憶合金增強了電子器件與散熱器之間的熱接觸。在電子器件使用過程中，溫度的升高使形狀記憶合金由低溫馬氏體相變為高溫奧氏體相變。

片狀剝離粘土（Exfoliated Clay）

將一種或多種聚合物、導熱填料和剝離粘土材料組成一種相變材料，在粘土剝離成熱界面材料的過程中，粘土顆粒彌散成長徑比大于200且表面積大的片狀結構。由于高長徑比，只需要少量顆粒小于10wt%的粘土顆粒就能顯著提高TIM的熱性能；也有人認為，這些粒子減緩了氧氣和水通過界面材料的擴散和減慢了揮發性組件的釋放速度，從而減少了泵出和干出，提高了TIM的可靠性和性能。

熔絲/不熔的填料（Fusible/Non-Fusible Fillers）

將硅樹脂等聚合物與可熔性填料（如焊料粉末）結合而成的混合物TIM，在固化過程中，焊料顆粒回流融合在一起形成高導熱網絡結構。還可以在相變材料中添加難熔填料，以形成易熔和難熔填料的混合物，從而增強TIM的機械性能。當熱通過滲透（即點對點的顆粒接觸）傳導時，不可熔顆粒也會增加基體的熱導率。測試的非易熔顆粒填料材料包括氧化鋅、鋁、氮化硼、銀、石墨、碳纖維、金剛石和金屬涂層填料，如金屬涂層碳纖維或金屬涂層金剛石，在熱界面材料中，推薦易熔填料比例為60-90wt%和非易熔填料比例為5-50wt%。

2-1-3熱傳導彈性體（Thermally Conductive Elastomers）

熱傳導彈性體（或稱為凝膠，Gels）通常由填充有熱傳導陶瓷顆粒的硅彈性體組成，可以用編織玻璃纖維或電介質膜等增強機械強度。

彈性體通常用于需要電絕緣的設備中，彈性材料的TIMs不像油脂可自由流動，為了符合表面的不規則性，需要足夠的壓縮載荷來變形。在低壓力下，彈性體不能填充表面之間的空隙，熱界面電阻高；隨著壓力的增加，彈性體填充了更多的微觀空隙，熱阻減小。若組裝完成，就需要永久性的機械緊固件來保持連接，所獲得的熱阻取決于厚度、夾緊壓力和體積導熱系數。

2-1-4 碳基熱界面材料（Carbon Based TIMS）

碳纖維/納米纖維（Carbon Fibre/Nano-Fibre）

通過精密切割連續的高導熱碳纖維束和靜電植絨纖維排列在基材上，并用一層薄薄的未固化粘合劑固定形成一個天鵝絨一樣的結構。基材包括金屬箔、聚合物和帶有粘合劑的碳片，如硅樹脂、環氧樹脂和陶瓷粘合劑纖維，它們可以獨立彎曲以跨越局部間隙，同時需要較低的接觸壓力以確保每根纖維都能接觸兩個表面。

石墨片（Graphite Flakes）

把蠕蟲石墨在沒有粘合劑的情況下壓縮在一起，形成一個有粘性的高純度石墨薄片，這些柔性材料最初是用于流體密封的墊片（如內燃機的封頭墊片），由于石墨片材料具有天然的多孔性，將其浸漬礦物油或合成油等聚合物可用于開發特定等級的高性能柔性石墨片用于TIM應用。

碳納米管（Carbon Nanotubes）

結合碳納米管結構及導熱特性，它在熱管理技術中潛在的應用方向主要包括：(1) 將碳納米管作為添加劑改善各種聚合物基體內的熱傳遞網絡結構，進而發展高性能導熱樹脂、電子填料或黏合劑；(2) 構建自支撐碳納米管薄膜結構, 通過調制碳納米管取向分布實現不同方向的傳熱；(3) 發展碳納米管豎直陣列結構，通過管間填充、兩端復合實現熱量沿著碳納米管高熱導率的軸向方向傳輸，以期為兩個界面間熱的輸運提供了有效的通道開發高性能[3]。

最常見的基于碳納米管TIMs主要分為三類，按照制造復雜性的順序排列如下：碳納米管和碳納米管與金屬顆粒在聚合物基體中的均勻混合，碳納米管在襯底上的垂直排列生長，以及在芯片和熱分布器之間的兩面排列生長。在碳納米管TIMs中，碳納米管各向異性的結構物性特點及與其它材料接觸界面熱阻過大的問題是需要研究者們重點關注研究的方向。電子裝置的總熱阻通常包括裝置本身對環境的熱耗散和TIM之間的接觸熱阻。而功率損耗的增加是一種趨勢，將需要具有更高性能、最低熱阻和長期可靠性的熱界面材料。

石墨烯（Graphene）

石墨烯熱界面材料主要以石墨烯或石墨烯與碳納米管、金屬等復合作為導熱填料，材料基體主要以環氧樹脂（導熱膠黏劑）為主要研究方向，其它基體如硅油、礦物油、硅橡膠、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯等。石墨烯作為導熱填料的原料主要包括石墨烯片、剝離膨脹石墨烯片層、單層和多層石墨烯、單壁碳納米管和石墨烯、多壁碳納米管和石墨烯、聯苯胺功能化石墨烯、石墨烯和銀顆粒及氧化石墨烯等添加形式。

單層或少層石墨烯還可以用于高功率電子器件散熱，如將化學氣相沉積（CVD）法制備的石墨烯轉移到高功率芯片上。其散熱效果取決于石墨烯片的大小及層數，且在轉移過程中易引入雜質或產生褶皺和裂紋，也會影響石墨烯散熱效果。提高CVD法制備的石墨烯質量和優化轉移方法減少其轉移過程中的損壞，或直接將石墨烯生長在功率芯片表面，是提高石墨烯散熱效果的主要方法。

將石墨烯制備成宏觀薄膜應用于熱管理中也是一種重要的途徑，主要方法有：將液相剝離石墨烯經過旋涂、滴涂、浸涂、噴涂和靜電紡絲等方式成膜；將氧化石墨烯通過高溫還原或者化學還原成膜；將石墨烯和碳纖維復合成膜；或者將石墨烯薄膜制備成三維形狀成膜等。石墨烯需要和器件基板接觸，因此減少石墨烯薄膜和基板間的接觸熱阻是石墨烯熱管理應用必須考慮的問題，如采用共價鍵、功能化分子等方式。石墨烯薄膜性能和價格有優勢才能取代目前主流的石墨膜（PI）散熱片，這對石墨烯薄膜產業化是一個極大的挑戰。

什么是電磁波?

電磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的振蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性，其粒子形態稱為光子，電磁波與光子不是非黑即白的關系，而是根據實際研究的不同，其性質所體現出的兩個側面。由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。見麥克斯韋方程組。

電磁波伴隨的電場方向，磁場方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。電磁波實際上分為電波和磁波，是二者的總稱，但由于電場和磁場總是同時出現，同時消失，并相互轉換，所以通常將二者合稱為電磁波，有時可直接簡稱為電波。

在量子力學角度下，電磁波的能量以一份份的光子呈現，光子本質上來說就是波包，即以局域性能量呈現的波。電磁波的能量是量子化的，當其能級階躍遷過輻射臨界點，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，稱之為可見光，或簡稱為光，太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態。電磁波不依靠介質傳播。

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

要特別注意，電磁波并非與傳統的機械波一樣發生了空間上的震動，而是傳播路徑上不同點電場與磁場屬性的改變。

從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，屬于一種波，就像機械波，引力波和物質波（概率波）一樣，凡是高于絕對零度的物體，都會釋出電磁波，且溫度越高，放出的電磁波頻率就越高，波長就越短，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空氣一樣，除光波外，人們也看不見無處不在的其他電磁波。

電磁場包含電場與磁場兩個方面，分別用電場強度E（或電位移D）及磁通密度B（或磁場強度H）表示其特性。按照麥克斯韋的電磁場理論，這兩部分是緊密相依的。時變的電場會引起磁場，時變的磁場也會引起電場。電磁場的場源隨時間變化時，其電場與磁場互相激勵導致電磁場的運動而形成電磁波。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。電磁波的行進還伴隨著功率的輸送。

電磁輻射量與溫度有關，通常高于絕對零度的物質或粒子都有電磁輻射，溫度越高輻射量越大，頻率越高，波長越短，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。在工程應用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內對電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

介紹

隨著現代科學技術的發展，電磁波輻射對環境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫院、移動電話常會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，已成為材料科學的一大課題。電磁輻射通過熱效應、非熱效應、累積效應對人體造成直接和間接的傷害。研究證實，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。將這種材料應用于電子設備中可吸收泄露的電磁輻射，能達到消除電磁干擾的目的。根據電磁波在介質中從低磁導向高磁導方向傳播的規律，利用高磁導率鐵氧體引導電磁波，通過共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過耦合把電磁波的能量轉變成熱能。吸波材料在設計時，要考慮兩個問題，1）、電磁波遭遇吸波材料表面時，盡可能完全穿過表面，減少反射；2）、在電磁波進入到吸波材料內部時，要使電磁波的能量盡量損耗掉。

電子產品在工作時會向外輻射不同頻率和波長的電磁波，易對臨近電路和設備造成干擾，造成信息傳輸失誤、控制失靈等事故，并對環境造成電磁污染。如導致飛機無法按時起飛、醫院的電子診療儀器無法正常工作等。目前，吸波材料是解決電磁污染的應用材料之一。吸波材料不僅能吸收部分電磁波，還具有質量輕、耐潮濕、耐高溫、耐腐蝕等特點。

吸波材料實現良好吸收的兩個條件

入射電磁波最大限度的進入材料內部，而不是在其表面就被反射，即要滿足材料的阻抗匹配；進入材料內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，將電磁能轉化為熱能；也可以是電介質損耗，通過介質極化將電磁能轉化為熱能；還可以是磁損耗，轉化為磁滯損耗、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部并全部衰減掉。

吸波材料的特點及應用

一

特點

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，通過材料各種不同的損耗機制，將入射電磁波轉化為熱能或其它能量形式，而達到吸收電磁波目的。在工程應用上，除了要求吸波材料在較寬頻帶內，對電磁波具有很高的吸收率外，還要求具有耐溫、耐濕、質量輕、抗腐蝕等性能。吸波材料的吸波效果是由介質內部各種電磁機制來決定，如：電介質的共振吸收、電子擴散、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

?產品需要粘接或壓合在金屬底板上才能達到良好的吸波效果

?產品可以對應多樣化的尺寸和形狀

?耐溫性高，柔韌性好

?無鹵，無鉛，滿足RoHs指令

產品應用：

?可作為移動設備用柔性電纜的噪音對策。（筆記本電腦，游戲機，手……等）

?降低各種電子設備的輻射噪音。（CPU產生的噪音等）

?降低手機對人體的電磁波輻射（SAR）。

?降低屏蔽框內的內部EMI（共振，串擾）。

?減少低頻間的耦合傳導輻射干擾、減少低頻回波干擾。

二

吸波材料的應用

1、可用在筆記本電腦、手機、通訊機柜等的電子設備腔體內部。

2、可用來降低各種電子設備的輻射和噪音。

3、可減少低頻間的偶合傳導輻射干擾、減少低頻回波干擾

4、可降低屏障框內的內部EMI（共振、串擾）。

5、應用到芯片與散熱模塊之間。

6、應用之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備。擾源是指產生電磁干擾的電子設備或系統，干擾傳播途徑包括線纜，空間等，敏感設備是指易受電磁干擾影響的電子設備或系統。發射頻率干擾（RF Interference）：射頻是一種高頻交流電，也就是通常所說的電磁波。射頻干擾就是電磁波所帶來的干擾。如兩個頻率相差不多的電磁波會同時被接收機接收造成干擾。在離發出臺近的地方會有諧波干擾。干擾其他的接收設備。

吸波材料與屏蔽材料的區別

屏蔽材料是能對兩個空間區域之間進行金屬的隔離、磁場、電磁波、以控制電場，由一個區域對另一個區域的感應和輻射的一類材料。具體來說就是用來制造屏蔽體的材料。屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散，用屏蔽體將接收電路、設備或系統包起來，防止受到外界電磁場的影響。吸波材料電磁波進去出不來，但是電磁屏蔽材料不一定是把電磁波反射掉，而是通過無論是吸收還是反射，使電磁波到達屏蔽材料另一面的量減少。可以說吸波材料是為使吸波材料和電磁波源的同側，盡可能少的接收反射回來的電磁波，而電磁屏蔽材料是為屏蔽材料與使電磁波源異側，盡可能少的接收到電磁波的影響。電子行業瞬息萬變，這對材料方案商而言帶來不少挑戰。在5G、汽車電子、自動駕駛、無人機、AI、AR/VR等趨勢下，電子產品將不斷迭代更新，對芯片的算力要求更高，面臨功耗增大，輻射、散熱加劇等問題，這對高端材料的開發能力和技快速對應的術支持提出了更高要求。

如何選擇吸波材料？

1. 波段頻率：

2. 材質：橡膠基，樹脂基，泡沫基，聚氨酯基，塑料基，涂料類等基材；

3. 厚度：

4. 顏色：

5. 密度：

6. 硬度：

7. 干濕度：

8. 安裝位置：

9. 使用環境：

10. 性能測試要求：

11. 其他因素等。

3W導熱系數抑磁吸波導熱材料

一

產品介紹

HAB03ATC30-10A電磁波抑制吸導熱材料波材料在電磁波抑制、吸波的基礎上，改變了產品本身的硬度，增加了導熱功能，可直接應用于散熱間和金屬外殼之間，能有效將熱能導出。同時具有電磁屏蔽及電磁雜波吸收性能，為電子通信產品在導熱切斷傳輸干擾、吸收輻射干擾，傳導熱能和電磁屏蔽提供良好的解決方案。

本產品具有良好的絕緣性，可以直接貼合在電子產品的電路表面、電子元器件的表面，光通訊模塊上。

二

產品特性

三

應用領域

四

性能參數

五

磁導率曲線

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