摩新國際科技

吸波材導磁率

EMI
防護專家
Protect Your Life

從「定義與物理 → 頻散特性 → 量測與數據讀法 → 設計指引與案例 → 常見誤區」解說吸波材導磁率(permeability, μ)說明。

1) 什麼是導磁率(μ)

吸波材的電磁參數是複數導磁率 μ(ω)=μ′(ω)−jμ″(ω)。

  • μ′:儲能項,影響阻抗匹配與等效波速。

  • μ″:損耗項,代表磁能轉熱的效率(磁損)。
    常用磁損正切:tan δm=μ″/μ′;同理介電損為 tan δε=ε″/ε′。吸波成效來自「波先進得去(匹配)」+「進去後消得掉(損耗)」;前者仰賴 μ′、ε′ 調出表面阻抗,後者仰賴 μ″、ε″ 增衰減常數。

2) 頻散與機制

磁性損耗主要來自:

  • 自然共振(natural resonance):單磁畴顆粒在GHz近域有峰值,μ″在共振附近上升。

  • 交換共振(exchange resonance):更高頻機制。

  • 渦電流損:導電顆粒/片狀在較高頻引入額外損耗。
    設計上常以Snoek極限(對等向軟磁系,f_r·(μ_s−1)≈常數)做上限判斷:想把共振推高(高f_r)與保留高μ′很難兩全,需靠摻雜、形貌各向異性(片/針/中空)與複合折衷。

3) 典型材料的 μ 範圍與趨勢

  • MnZn 鐵氧體:低頻(kHz–MHz)μ′可達10³等級,但至數十MHz以上迅速跌向1,適合低頻抑制與磁通導引。

  • NiZn 鐵氧體:MHz–數百MHz保有較溫和的μ′(~10–200,視配方/頻率),至GHz趨近1;常見於NFC/EMI薄片。

  • FeSiAl/合金粉:低GHz仍有磁損,但導電度較高,需兼顧渦電流與密度。

  • 碳/介電體系:基本 μ′≈1,幾乎不提供磁損,主走介電損;毫米波吸收多靠阻性膜/超表面,而非μ。
    結論:<1 GHz 想薄做吸收,靠磁損;>10 GHz 多半靠介電/阻性結構,因 μ 在毫米波通常接近1。

4) 厚度與匹配:μ 如何進入設計式

四分之一波近似:t≈c/[4f√(εrμr)]。在目標f,若能讓μ′>1、ε′適度,匹配厚度可變薄。同時希望在該f 附近 μ″、ε″ 夠大,使穿透路徑內完成耗散。實務多採梯度/多層(匹配層→損耗層)或Salisbury/Jaumann/超表面結構,兼顧帶寬與角度容差。

5) 量測與數據讀法

材料層級常用同軸線/波導/自由空間法量 S11/S21,再用 NRW 反演取得 ε*(f)、μ*(f)。看報表時重點:

  • 指定頻帶內 μ′、μ″曲線tan δm

  • 配合厚度公差背板/空層條件(有背金屬or懸空)。

  • 留意溫度/濕度漂移飽和磁化居里溫度;高溫或外加偏磁會改變 μ。

  • 材料μ接近1卻能吸收?可能靠 ε″或結構共振;需同看ε*。

6) 工程選型指引(經驗範圍)

  • 近場EMI(100 MHz–3 GHz):選 NiZn/複合磁性片,期望 μ′≈2–10、tan δm≈0.2–1;厚度0.2–1 mm,小片貼在噪源/邊界而非天線主通道。

  • 低頻磁干擾(kHz–MHz)MnZn或高μ材料導引磁通,但不等於吸收;若要吸收需搭配電阻/介電損層。

  • 毫米波雷達(>24/60/77 GHz):μ≈1,靠阻性薄膜+低ε間隔層+背板超表面;談 μ 已不關鍵。

  • 結構輕量化:中空/多孔/片狀顆粒提高界面極化並降低密度;核殼/包覆(silane/碳包覆)可穩定 μ 與分散。

7) 與介電參數的協同

良好吸收常見兩路協同:磁損補低頻、介電損補高頻;或以磁損把匹配厚度壓薄,再用介電損完成耗散。過度導電(ε″過大且表面片阻過低)會把波反彈在表面,吸收反而變差,需調整片阻/體積電阻與層次結構。

8) 可靠度與製程

μ 對顆粒尺寸、形貌與體積分率敏感;批次差異會引發中心頻飄移。背膠、含水率與壓合厚度也會改變等效 μ、ε。實務需:

  • 控厚度±0.02–0.05 mm;烘乾/真空除濕防吸水致參數漂移。

  • 高溫/濕熱/鹽霧/UV 老化後再比對 μ*(f) 變化,評估壽命。

9) 常見誤區

  • 只追高 μ′:若 μ″不足或表面失配,進不去=不吸收。

  • 以為μ越高越寬帶:帶寬取決於μ、ε頻散與結構;單參數無法保證寬帶。

  • GHz 以上仍想靠鐵氧體薄片:μ已趨1,多半效率不佳。應改走阻性/超表面路徑。

  • 忽略熱與黏著:吸收即發熱;小腔體需 Thermal–EMI 共設計與耐溫背膠。

總結:導磁率決定了「能否在有限厚度下把波引入並吸掉」的大半劇本。設計上用 μ′ 打開匹配、用 μ″ 提供磁損,再與 ε′/ε″、片阻與多層結構協同,才能在目標頻段、角度與實際環境中取得薄、寬、穩的吸收表現。