關(guān)鍵詞：汽車電子，EMC, TAM, 高導(dǎo)熱，吸波, 屏蔽

導(dǎo)語(yǔ)：隨著電子設(shè)備的性能和功能的提高，每個(gè)設(shè)備產(chǎn)生的熱量增加，有效地散發(fā)，消散和冷卻熱量很重要。對(duì)于5G智能手機(jī)和AR/VR設(shè)備等高性能移動(dòng)產(chǎn)品，由于采用高性能IC和追求減輕重量的高度集成設(shè)計(jì)，導(dǎo)致散熱部件的安裝空間受到限制。限制了殼體內(nèi)部的安裝空間，因此利用高導(dǎo)熱墊片等TIM技術(shù)方案來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)散熱。5G時(shí)代巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)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(shí)，引起了這些部位電子零部件發(fā)熱量的急劇增加，當(dāng)前5G射頻芯片、毫米波天線、無(wú)線充電、無(wú)線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的散熱材料、吸波、屏蔽材料的需求也在增加。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大。在機(jī)場(chǎng)、機(jī)航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn)；在醫(yī)院、移動(dòng)電話常會(huì)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(xué)的一大課題。電磁輻射通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)、累積效應(yīng)對(duì)人體造成直接和間接的傷害。

汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)極大地促進(jìn)了各類電氣、電子和信息設(shè)備在汽車上的廣泛應(yīng)用，對(duì)于今天的汽車產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用電子技術(shù)的程度已成為提升汽車技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。電子設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)變速系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及行駛系統(tǒng)中，對(duì)汽車的安全性、可靠性、舒適性起著決定性作用。

EMC汽車電磁兼容

一

什么是汽車電磁兼容EMC？

電磁兼容，Electro Magnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱為EMC，是指車輛或零部件在其電磁環(huán)境中可以令人滿意的工作，對(duì)在同一環(huán)境中工作的其他用電設(shè)備不造成干擾。

EMC包括兩個(gè)方面的要求：電磁騷擾（EMI）：指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾不能超過(guò)一定的限值；電磁敏感度（EMS）：指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

二

汽車電磁干擾源分類

汽車電子的干擾機(jī)改進(jìn)汽車電子設(shè)備工作在行駛環(huán)境不斷變化的汽車上，環(huán)境中電磁能量構(gòu)成的復(fù)雜性和多變性，意味著系統(tǒng)所受到的電磁干擾來(lái)源比較廣泛。按照電磁干擾的來(lái)源分類，可分為車外電磁干擾、車體靜電干擾和車內(nèi)電磁干擾。

車外電磁干擾：

車外電磁干擾是汽車行駛中經(jīng)歷各種外部電磁環(huán)境時(shí)所受的干擾。這類干擾存在于特定的空間或是特定的時(shí)間。如高壓輸電線、高壓變電站和大功率無(wú)線電發(fā)射站的電磁干擾，以及雷電、太陽(yáng)黑子輻射電磁干擾等等[2]。環(huán)境中其它臨近的電子設(shè)備工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生干擾，例如行駛中相距較近的汽車。

車體靜電干擾：

車體靜電干擾與汽車和外部環(huán)境都有關(guān)。由于汽車行駛時(shí)車體與空氣高速摩擦，在車體上形成不均勻分布的靜電。靜電放電會(huì)在車體上形成干擾電流，同時(shí)產(chǎn)生高頻輻射，對(duì)汽車電子設(shè)備形成電磁干擾。

車內(nèi)電磁干擾：

車內(nèi)電磁干擾是汽車電子設(shè)備工作時(shí)內(nèi)部的相互干擾，包括電子元器件產(chǎn)生的電子噪聲，電機(jī)運(yùn)行中換向電刷產(chǎn)生的電磁干擾以及各種開(kāi)關(guān)工作時(shí)的放電干擾，最嚴(yán)重的是汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻輻射，其干擾能量最大。

三

為什么要關(guān)注汽車電磁兼容EMC?

曾經(jīng)我們以為汽車最怕電磁干擾的是收音機(jī)，最大可能釋放電磁干擾的部件是發(fā)動(dòng)機(jī)。但隨著汽車的各種功能的發(fā)展，汽車電子元件越來(lái)越多，現(xiàn)在一輛高端的乘用轎車全車電子元件甚至可以達(dá)到200個(gè)，因此汽車受電磁干擾的影響也越來(lái)越大，產(chǎn)生的電磁干擾也越來(lái)越強(qiáng)。于是汽車的電磁兼容從此被當(dāng)作了非常重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。并且隨著汽車電氣化智能化的需求越來(lái)越高，電磁兼容已經(jīng)成為汽車尤其是新能源汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)不可回避的關(guān)鍵問(wèn)題之一：新能源汽車使用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輛，在車輛充電和放電過(guò)程中，大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作會(huì)引起高電壓、大電流的突變，從而發(fā)出強(qiáng)烈的電磁干擾。如果電磁輻射過(guò)大，就有可能引起自身或周圍電子設(shè)備的功能失效或誤動(dòng)作，甚至燒毀或擊穿元器件，對(duì)我們的日常生活和車輛的安全行駛造成嚴(yán)重影響；同樣如果車輛自身的抗干擾不足，車輛在行駛過(guò)程中也會(huì)存在極大的安全隱患。

四

提高電子設(shè)備電磁兼容EMC的性能

汽車電子設(shè)備的電磁兼容性能包括兩方面，一是電磁發(fā)射，衡量系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾的發(fā)射水平；二是電磁敏感度，衡量系統(tǒng)在工作時(shí)為實(shí)現(xiàn)預(yù)期技術(shù)指標(biāo)而需要的抵抗電磁干擾的能力。根據(jù)前面的分析，要綜合提高汽車電子設(shè)備的電磁性能，可以從三方面考慮，一是減小設(shè)備發(fā)射電磁干擾的強(qiáng)度；二是抑制電磁干擾的傳輸；三是降低設(shè)備電磁敏感部件接收干擾的強(qiáng)度。

減小設(shè)備的電磁干擾強(qiáng)度：

優(yōu)化設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu)：汽車電子設(shè)備中閃光器是繼電器觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以在觸點(diǎn)前加電弧抑制器；電機(jī)為感性負(fù)載，可通過(guò)內(nèi)部濾波電路降低電流噪聲；各種電控單元的印刷電路板，要優(yōu)化布線，降低電磁發(fā)射水平。

選用合適的電子元器件：汽車上的各種控制單元，采用較低頻的芯片有利于減少輻射干擾。

降低設(shè)備的功率：在滿足功能需求的情況下，降低設(shè)備的功率，可以減小干擾電壓和電流，從而減小干擾強(qiáng)度。

抑制干擾的傳輸：

屏蔽干擾源設(shè)備和相關(guān)線束：汽車中主要的電控系統(tǒng)使用的電控單元，應(yīng)該采用屏蔽殼體封裝。增加線束濾波：對(duì)較長(zhǎng)的線束，為減小傳導(dǎo)和輻射干擾，應(yīng)在線束上增加濾波，比較方便的是套接合適的鐵氧體磁環(huán)。

合理規(guī)劃線束：線束布置上使小功率敏感電路緊靠信號(hào)源，大功率干擾電路緊靠負(fù)載，盡可能分開(kāi)小功率電路和大功率電路，減小線束間的感應(yīng)干擾和輻射干擾。

改進(jìn)設(shè)備的接地：良好的接地布置和改進(jìn)的地線搭接可以降低高頻阻抗。汽車電子設(shè)備接地主要是就近接到車體以及線束屏蔽層接地。

降低設(shè)備接收干擾的強(qiáng)度：

減小設(shè)備接收干擾的面積：線束應(yīng)設(shè)計(jì)成最小長(zhǎng)度、最小阻抗和最小環(huán)路面積，最好采用雙絞線等回路面積小的供電方式。

增大設(shè)備到干擾源的距離：在干擾設(shè)備布置不變的情況下，改造敏感部件的安裝位置，增大到干擾源的距離。

電磁兼容性改進(jìn)措施的試驗(yàn)研究：

目前，電磁兼容仿真計(jì)算通常用來(lái)對(duì)車體結(jié)構(gòu)的電磁性能進(jìn)行初步估計(jì)[4]文中有引用，后面無(wú)參考文獻(xiàn)。汽車電子設(shè)備的電磁性能主要以測(cè)試為依據(jù)，因此對(duì)改進(jìn)措施著重進(jìn)行試驗(yàn)研究。根據(jù)汽車整車及零部件的電磁兼容性法規(guī)GB18655－2002《用于保護(hù)汽車接收機(jī)的無(wú)線電騷擾特性的限值和測(cè)量方法》，對(duì)國(guó)內(nèi)一種商務(wù)車型的電子設(shè)備進(jìn)行了電磁兼容性測(cè)試，采用了綜合改進(jìn)措施，試驗(yàn)結(jié)果可以比較各種措施在實(shí)車運(yùn)用中的效果。

什么是電磁波?

電磁波(Electromagnetic wave)是由同相且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的振蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性，其粒子形態(tài)稱為光子，電磁波與光子不是非黑即白的關(guān)系，而是根據(jù)實(shí)際研究的不同，其性質(zhì)所體現(xiàn)出的兩個(gè)側(cè)面。由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。見(jiàn)麥克斯韋方程組。

電磁波伴隨的電場(chǎng)方向，磁場(chǎng)方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。電磁波實(shí)際上分為電波和磁波，是二者的總稱，但由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失，并相互轉(zhuǎn)換，所以通常將二者合稱為電磁波，有時(shí)可直接簡(jiǎn)稱為電波。

在量子力學(xué)角度下，電磁波的能量以一份份的光子呈現(xiàn)，光子本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是波包，即以局域性能量呈現(xiàn)的波。電磁波的能量是量子化的，當(dāng)其能級(jí)階躍遷過(guò)輻射臨界點(diǎn)，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(jiàn)，稱之為可見(jiàn)光，或簡(jiǎn)稱為光，太陽(yáng)光是電磁波的一種可見(jiàn)的輻射形態(tài)。電磁波不依靠介質(zhì)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(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線。而X射線及γ射線通常被認(rèn)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(tǒng)的機(jī)械波一樣發(fā)生了空間上的震動(dòng)，而是傳播路徑上不同點(diǎn)電場(chǎng)與磁場(chǎng)屬性的改變。

從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，電磁波是能量的一種，屬于一種波，就像機(jī)械波，引力波和物質(zhì)波（概率波）一樣，凡是高于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)釋出電磁波，且溫度越高，放出的電磁波頻率就越高，波長(zhǎng)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(jiàn)空氣一樣，除光波外，人們也看不見(jiàn)無(wú)處不在的其他電磁波。

電磁場(chǎng)包含電場(chǎng)與磁場(chǎng)兩個(gè)方面，分別用電場(chǎng)強(qiáng)度E（或電位移D）及磁通密度B（或磁場(chǎng)強(qiáng)度H）表示其特性。按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，這兩部分是緊密相依的。時(shí)變的電場(chǎng)會(huì)引起磁場(chǎng)，時(shí)變的磁場(chǎng)也會(huì)引起電場(chǎng)。電磁場(chǎng)的場(chǎng)源隨時(shí)間變化時(shí)，其電場(chǎng)與磁場(chǎng)互相激勵(lì)導(dǎo)致電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)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(jìn)還伴隨著功率的輸送。

電磁輻射量與溫度有關(guān)，通常高于絕對(duì)零度的物質(zhì)或粒子都有電磁輻射，溫度越高輻射量越大，頻率越高，波長(zhǎng)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(yīng)用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)對(duì)電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

介紹

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大。在機(jī)場(chǎng)、機(jī)航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn)；在醫(yī)院、移動(dòng)電話常會(huì)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(xué)的一大課題。電磁輻射通過(guò)熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)、累積效應(yīng)對(duì)人體造成直接和間接的傷害。研究證實(shí)，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(diǎn)。將這種材料應(yīng)用于電子設(shè)備中可吸收泄露的電磁輻射，能達(dá)到消除電磁干擾的目的。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中從低磁導(dǎo)向高磁導(dǎo)方向傳播的規(guī)律，利用高磁導(dǎo)率鐵氧體引導(dǎo)電磁波，通過(guò)共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過(guò)耦合把電磁波的能量轉(zhuǎn)變成熱能。吸波材料在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮兩個(gè)問(wèn)題，1）、電磁波遭遇吸波材料表面時(shí)，盡可能完全穿過(guò)表面，減少反射；2）、在電磁波進(jìn)入到吸波材料內(nèi)部時(shí)，要使電磁波的能量盡量損耗掉。

電子產(chǎn)品在工作時(shí)會(huì)向外輻射不同頻率和波長(zhǎng)的電磁波，易對(duì)臨近電路和設(shè)備造成干擾，造成信息傳輸失誤、控制失靈等事故，并對(duì)環(huán)境造成電磁污染。如導(dǎo)致飛機(jī)無(wú)法按時(shí)起飛、醫(yī)院的電子診療儀器無(wú)法正常工作等。目前，吸波材料是解決電磁污染的應(yīng)用材料之一。吸波材料不僅能吸收部分電磁波，還具有質(zhì)量輕、耐潮濕、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。

吸波材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

一

特點(diǎn)

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(guò)材料各種不同的損耗機(jī)制，將入射電磁波轉(zhuǎn)化為熱能或其它能量形式，而達(dá)到吸收電磁波目的。在工程應(yīng)用上，除了要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)，對(duì)電磁波具有很高的吸收率外，還要求具有耐溫、耐濕、質(zhì)量輕、抗腐蝕等性能。吸波材料的吸波效果是由介質(zhì)內(nèi)部各種電磁機(jī)制來(lái)決定，如：電介質(zhì)的共振吸收、電子擴(kuò)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(chǎn)品需要粘接或壓合在金屬底板上才能達(dá)到良好的吸波效果

?產(chǎn)品可以對(duì)應(yīng)多樣化的尺寸和形狀

?耐溫性高，柔韌性好

?無(wú)鹵，無(wú)鉛，滿足RoHs指令

產(chǎn)品應(yīng)用：

?可作為移動(dòng)設(shè)備用柔性電纜的噪音對(duì)策。（筆記本電腦，游戲機(jī)，手……等）

?降低各種電子設(shè)備的輻射噪音。（CPU產(chǎn)生的噪音等）

?降低手機(jī)對(duì)人體的電磁波輻射（SAR）。

?降低屏蔽框內(nèi)的內(nèi)部EMI（共振，串?dāng)_）。

?減少低頻間的耦合傳導(dǎo)輻射干擾、減少低頻回波干擾。

二

吸波材料的應(yīng)用

1、可用在筆記本電腦、手機(jī)、通訊機(jī)柜等的電子設(shè)備腔體內(nèi)部。

2、可用來(lái)降低各種電子設(shè)備的輻射和噪音。

3、可減少低頻間的偶合傳導(dǎo)輻射干擾、減少低頻回波干擾

4、可降低屏障框內(nèi)的內(nèi)部EMI（共振、串?dāng)_）。

5、應(yīng)用到芯片與散熱模塊之間。

6、應(yīng)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(shè)備。擾源是指產(chǎn)生電磁干擾的電子設(shè)備或系統(tǒng)，干擾傳播途徑包括線纜，空間等，敏感設(shè)備是指易受電磁干擾影響的電子設(shè)備或系統(tǒng)。發(fā)射頻率干擾（RF Interference）：射頻是一種高頻交流電，也就是通常所說(shuō)的電磁波。射頻干擾就是電磁波所帶來(lái)的干擾。如兩個(gè)頻率相差不多的電磁波會(huì)同時(shí)被接收機(jī)接收造成干擾。在離發(fā)出臺(tái)近的地方會(huì)有諧波干擾。干擾其他的接收設(shè)備。在相同頻率的電磁波可干擾電臺(tái)。

吸波材料與屏蔽材料的區(qū)別

屏蔽材料是能對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離、磁場(chǎng)、電磁波、以控制電場(chǎng)，由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射的一類材料。具體來(lái)說(shuō)就是用來(lái)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(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散，用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包起來(lái)，防止受到外界電磁場(chǎng)的影響。吸波材料電磁波進(jìn)去出不來(lái)，但是電磁屏蔽材料不一定是把電磁波反射掉，而是通過(guò)無(wú)論是吸收還是反射，使電磁波到達(dá)屏蔽材料另一面的量減少。可以說(shuō)吸波材料是為使吸波材料和電磁波源的同側(cè)，盡可能少的接收反射回來(lái)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(cè)，盡可能少的接收到電磁波的影響。電子行業(yè)瞬息萬(wàn)變，這對(duì)材料方案商而言帶來(lái)不少挑戰(zhàn)。在5G、汽車電子、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)、AI、AR/VR等趨勢(shì)下，電子產(chǎn)品將不斷迭代更新，對(duì)芯片的算力要求更高，面臨功耗增大，輻射、散熱加劇等問(wèn)題，這對(duì)高端材料的開(kāi)發(fā)能力和技快速對(duì)應(yīng)的術(shù)支持提出了更高要求。