在過去的幾年內，手機和平板電腦市場快速推動了各種無線網路標準的採用，全球Wi-Fi熱點的數量已經超過上億個，而支持藍牙的產品總數更是以幾倍數的增長，這兩類產品使用相同的2.4 GHz和5 GHz頻段，因此電子產品邁入GHz的高頻傳輸時代，也帶來高頻電磁干擾抑制材料之應用需求。
本文將從以下大綱概述六方晶系鐵氧體材料，此材料之自然共振頻率都在GHz以上，所以於高頻電磁干擾抑制應用上具高度潛力；文中並簡述製程及高頻雜訊抑制量測結果。
‧前言
‧電磁波干擾抑制機制
‧高頻電磁波抑制材料–六方晶系鐵氧體
‧結論
【內文精選】
電磁波干擾抑制機制
隨著電子產品小型與多功能的發展，使得裝配於電子產品內之電子元件裝配密度越來越高，因此容易發生雜訊的元件與其他元件之距離亦相對的越來越靠近，再加上高頻基板上訊號傳輸速度的高速化，以及金屬屏蔽或接地材料上之感應電流引起的二次雜訊，使得電磁干擾的問題越來越複雜。電磁干擾問題的產生主要包含三個要件：雜訊發生源、雜訊傳路徑、雜訊接收點（即受雜訊干擾之處）。因此只要移除雜訊發生源、雜訊傳路徑或雜訊接收點的其中一項，即可解決電磁干擾的問題。
雜訊傳播模式錯綜複雜，大體上可分成傳導雜訊與輻射雜訊兩大類，圖一為雜訊傳播模式示意圖。傳導雜訊顧名思義即為在導線中傳播之雜訊，輻射雜訊則為經由空氣以電磁波型式傳播之雜訊。
圖一、電磁波雜訊傳播模式
電磁波吸收體以外形、層數、頻率特性、材料之不同，可分為許多種類。以外形來分，有平板薄片形狀、山形狀、角錐形狀(Pyramid Type)等，如圖三；以層數來分，有單層型、雙層型、多層型；以頻率特性來分，有窄頻型、寬頻型、超寬頻型；以材料特性來分，則有阻抗型、磁性損失型。
磁性損失型電波吸收體依複數導磁率μʺ與複數介電常數εʺ的損耗來抑制電磁波，磁性損失型電波吸收體的複數導磁率及複數介電常數為：
磁性損失型電波吸收材料主要利用的是磁性損失，亦即複數導磁率中的虛部μʺ，如圖四，在磁性損失機構中，電磁波抑制會有磁壁共振及自然共振之抑制頻帶，在磁性共振如磁壁共振或自然共振發生之頻率，導磁率實部μ′減小，而代表損失之導磁率虛部μʺ增加。與其他材料比較，磁性損失抑制材料之厚度d可以比較薄。磁性損失電波吸收材料包括尖晶石鐵氧體、六方晶系鐵氧體(Hexagonal Ferrites)、軟磁性鐵粉、軟磁合金金屬粉。尖晶石鐵氧體材料有錳鋅鐵氧體(MnZn-ferrite)、鎳鋅鐵氧體(NiZnferrite)、鎂鋅鐵氧體(MgZn-ferrite)等。
圖四、尖晶石鐵氧體與六方晶系鐵氧體之磁性共振頻率範圍
高頻電磁波抑制材料–六方晶系鐵氧體
六方晶系鐵氧體最早發現於1950年代，是M-type的無機礦物磁鉛石(PbFe12O19)，接著BaM (BaFe12O19)就被開發出來。到目前六方晶系鐵氧體材料應用廣泛，主要有製作為永久磁石之應用、製作為電子產品的零組件、製作為磁紀錄媒體的磁粉、製作為微波材料包含微波干擾抑制材料等。六方晶系鐵氧體的合成機制是極複雜的反應，儘管在超過60年期間經歷多位學者專家之研究與探索，六方晶系鐵氧體之形成機制仍未能被完全瞭解。
工研院材化所電磁材料元件研究室以固態法反應合成兩種六方晶系鐵氧體材料BaCoZn-ferrite，依BaZnCoFe16O27計量，使用氧化物原料如BaCO3、ZnO、CoO、Fe2O3等氧化物混合，經固態反應~1,250˚C煆燒合成、粗粉碎、細粉碎球磨及熱處理，粉體經XRD分析，具有BaZnCoFe16O27與BaZn0.6Co1.4Fe16O27之晶相。細粉碎之BaCoZn-ferrite粉體，以SEM觀察分析粉體粒子都呈Hexagonal形狀，大顆粒~2.0 μm、小顆粒~0.5 μm、厚度0.3 μm，如圖五所示。
將六方晶系鐵氧體粉末經粉體表面耦合處理後與樹脂混合混練，以薄片成形製程製作兩種電磁干擾抑制薄片，並以網路分析儀(Anritsu ME7808A)量測衰減(S21)，測試結果如圖六，厚度0.37 mm的編號GB201之EMI抑制薄片在20 GHz有-22.0 dB衰減，而厚度0.36 mm的編號GB202之EMI抑制薄片在20 GHz有-23.8 dB衰減。實驗顯示六方晶系鐵氧體BaCoZn-ferrite在高頻20 GHz有相當不錯的電波抑制效果...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：柯文淞、黃玉婷、唐敏注／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」381期，更多資料請見下方附檔。