陳柏全 / 工研院材化所
AI的浪潮激起了大量的數據處理以及運算需求，除了使人們的目光聚焦在處理速度、記憶體改革、散熱需求解決外，因應而生的電磁波干擾強度也逐漸增強到無法忽視。運算處理單元的電磁波干擾以往只聚焦在高頻電磁波的屏蔽處理，但是功率元件以及交流變壓器產生的低頻電磁干擾無法使用高頻電磁屏蔽的運作方式獲得解決，使得高磁導率材料如何整合到現有的封裝材料，成為許多封裝測試廠商要面對的課題。本文從電磁屏蔽的運作方式開始，介紹了高、低頻電磁屏蔽的製程與材料選擇，希望可以給讀者一些關於低頻電磁屏蔽的基本原理、知識以及應用場域介紹，使台灣在封測領域的人才知識庫更加齊全。
【內文精選】
電磁屏蔽的運作原理
電磁波干擾通常分為高頻與低頻，這樣的分別主要是以1 MHz作為界線。其中一個原因，是因為實際應用上要產生大於和小於1 MHz的電磁波，其作用機制相當不同。
3. 校正因子
並不是所有的電磁波干擾都可以被100%完全屏蔽，當有部分的電磁波(大部分情況下是磁場)突破了屏蔽，進到屏蔽層內部時，會在內部發生多次的反射、吸收(如圖一)，因此有了這一項校正因子作為評斷標準。多次在屏蔽內反射的電磁干擾會使得原本的電磁屏蔽效率被影響，大多數的時候是減損屏蔽效率；由於主要是磁場干擾形成，因此校正因子與屏蔽厚度、屏蔽磁導率呈直接相關；足夠厚或是高磁導率的屏蔽材料可以由指數比例的幅度降低這樣的現象發生。
圖一、(a)部分電磁干擾穿透屏蔽後；(b)會再於內部形成多次反射干擾，影響屏蔽效率
4. 高頻與低頻電磁屏蔽的材料選擇
高頻電磁屏蔽的運作原理可以由圖二示意圖來解釋。高頻電磁屏蔽的材料通常為高導電性的金屬薄膜膠帶、凝膠或是粉末，比如銅膠帶、銀粉膠水等。其運作的基本原理，是利用高導電金屬遇到高頻電磁波時容易形成相對應的渦電流場(如圖二(b)中所示)，這樣的渦電流場可以反向干擾外來電磁波，使其發生偏折的現象(如圖二(c)中所示)，達到屏蔽效果。渦電流的產生與屏蔽材料的電阻直接相關，太高的電阻值會使得渦電流數值太低，形成的阻抗場太弱，沒有屏蔽效果；不連續、有破洞或是太多複雜形狀的電磁屏蔽會因為紊亂的渦電流場，減損了抵抗電磁干擾的效益。因此高頻電磁屏蔽的製作與檢測是相當精細且複雜的，需要不斷的前期模擬以及後續特殊製程設計 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、高頻電磁屏蔽的運作原理，(a)沒有屏蔽時；(b)遭遇高頻電磁波時，屏蔽材料產生渦電流；(c)渦電流有助於推開高頻電磁干擾，避免穿透屏蔽材料
★本文節錄自《工業材料雜誌》460期，更多資料請見下方附檔。