201112939 、. 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電磁波吸收元件及電磁波吸收裝 置，更詳而言之，係一種利用奈米碳管或碳纖維作為電磁 波吸收材之電磁波吸收元件及電磁波吸收裝置。 【先前技術】 一般的電子裝置或儀器均係藉由電力而運作，故電子 裝置或儀器在運作期間難以避免地產生了電磁波，而隨著 現今消費者對於電子裝置（如積體電路或行動電話）效能需 求的不斷提升，電子裝置的操作頻率和信號頻率均到達 GHz之程度，例如：微處理器之時脈頻率、行動通訊信號 之載波頻率。然而，由於電子裝置（如微處理器）不論是信 號輸入端和輸出端之阻抗均無法完美地匹配，因而產生了 電磁波，這些電磁波不僅會影響電子裝置自身之效能，也 有可能干擾其他電子元件之運作，特別是對於精密的積體 電路或微處理器而言，不論是來自本身或者外部之電磁干 擾（Electro Magnetic Interference，EMI)均可能產生雜訊而 導致錯誤的運算、造成效能之缺失。此外，為了達到較佳 的通訊傳播效果和載波效率，行動電話之通訊載波頻率一 般而言均達到接近GHz的範圍。如此一來，使用者長時間 近距離地使用行動電話進行通訊可能造成身體部份細胞長 時間曝露於高頻電磁波環境下，對於健康所造成之影響不 可忽視。 因此，近年來各種用以隔絕或吸忮電磁波之發明不斷 111361 201112939 ^ 推出，其目的均在於降低使用電子裝置期間電磁波對人體 所產生之影響或者隔絕來自周遭之環境電磁波。目前常見 之一種電磁波吸收材料係微波吸收發泡材，由於其具有質 量輕，高度電磁波吸收和良好之干擾遮蔽特性，故目前廣 泛應用於EMI遮蔽、電磁波隔絕、抑制雜訊以及軍事用 途，除了隔絕電磁波對於電子裝置運作之干擾以外，亦可 隔絕環境電磁波對人體之影響。然而，目前市面所使用的 習知PU微波吸收發泡材成品，因其發泡體具有類似海绵 # 之吸水性開孔結構，可能會吸收水分，所以無法在室外使 用。 此外，目前產業界最普遍用以吸收電磁波或抑制雜訊 的方法是藉由在電子裝置或儀器之殼體中添加入各種導電 性材質，如銅、錄、鋅及其他金屬化合物材料；或者是直 接在殼體内側以各種方式（如鍍銅、喷紗方式）塗佈導電塗 料層或鑲嵌金屬薄片等以作為屏蔽和反射隔絕電磁波的結 $ 構。然而，此些方法不僅提高了製造成本，同時也產生了 環保上的問題。 再者，習知技術中有著更先進的電磁波吸收或雜訊抑 制技術，其係藉由於隔絕材料之基材中添加電磁波吸收材 料而達到電磁波吸收效果，例如藉由在矽膠基材中添加錳 -鋅鐵酸鹽或鎳一鋅鐵酸鹽等電磁波吸收材料（日本專利 JP—All —335472)。然而，此類方法能夠適用的電磁波頻 率範圍往往僅侷限於較低的頻率範圍，且因為鐵酸鹽材料 存在容易生鏽的問題，並不適於長期使用；此外，目前已 5 111361 201112939 、. 提出有以鈦酸鋇（BaTi03)粉末作為電磁波吸收成分（中華 民國專利公告第143069號），但由於鈦酸鋇與隔絕材料的 基材（如塑膠或橡膠原料等）比重相差極大，以致於鈦酸鋇 難以在基材中均勻地分佈並成型，如此一來，造成局部地 降低了電磁波吸收之效果，而且實際上利用鈦酸鋇的成本 所費不貲，故難以作為同時具成本效益及良好電磁波吸收 效能的適當材料。 綜上所述，對於電子裝置之雜訊抑制或者避免電磁波 對人體造成傷害而言，不論是基於成本考量或效果考量， · 均期望製作出能夠具有成本效益且方便使用於曰常生活中 和電子裝置中的電磁波吸收元件。然而，上述之電磁波吸 收和雜訊抑制技術均尚未達到所期望之需求和效果，因而 無法廣泛地應用於日常生活層面或者大規模的產業利用 上。 有鑑於習知技術成本過高或者電磁波吸收效果不甚 理想的情況，故如何維護精密的電子元件運作時不受外界 電磁雜訊之干擾，並且隔絕該等電子元件運作時對外發散 電磁波，以及如何選擇性地吸收或屏蔽對於人體或生物體 有害之電磁波是目前亟待解決的問題。 【發明内容】 鑒於上述習知技術之缺點，本發明之目的係提供一種 能夠吸收特定頻率電磁波並且具低成本及吸收效能高之電 磁波吸收元件。 為達上述目的，本發明提供一種電磁波吸收元件，該 6 111361 201112939 ， 電磁波吸收元件包括：選自於由奈米碳管及碳纖維所成群 組之至少一者所構成之電磁屏蔽材；以及由固化材料混合 該電磁屏蔽材而固化成形之固化層。 再者，本發明復提供一種電磁波吸收裝置，其係藉由 至少兩個上述之電磁波吸收元件堆疊而成，其中該堆疊的 方式係為於第一電磁波吸收元件之固化層上沉積已混合電 磁屏蔽材之固化材料，使該已混合電磁屏蔽材之固化材料 固化而形成堆疊於該第一電磁波吸收元件上的第二電磁波 鲁吸收元件。 本發明之電磁波吸收元件的另一實施例中，該電磁波 吸收元件係包括包含奈米碳管及碳纖維所成群組之至少一 者所構成的電磁屏蔽層；以及由固化材料固化而成之固化 層，且該固化層包覆該電磁屏蔽層。 本發明所提供之電磁波吸收元件及電磁波吸收裝 置，除了能夠吸收特定頻率電磁波以外，也可藉由所堆疊 I 形成之漸層結構來增強電磁波吸收效果，而利用固化成形 之固化層可適用於各種生活應用和電子產業，藉此維護精 密的電子元件運作時不受外界電磁雜訊之干擾，並且隔絕 該等電子元件運作時對外發散的電磁波，同時選擇性地吸 收或屏蔽對於人體或生物體有害之電磁波。 【實施方式】 以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方 式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之内容輕易地 瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同 7 111361 201112939 的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可 基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種 修飾與變更。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀 點，但並非以任何觀點限制本發明之範疇。 第1圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收元件之組成 結構以及其應用環境示意圖，於電磁波發送端102和電磁 波接收端104之間設置電磁波吸收元件100，以吸收發送 自該電磁波發送端102之電磁波，而該電磁波接收端104 則接收經該電磁波吸收元件100吸收之後所剩下之電磁 · 波。 在本貫施例中^該電磁波吸收το件10 0包括有電磁屏 蔽材101以及固化層103，該電磁屏蔽材101係選自於由 奈米碳管（Carbon Nano Coil,CNC)及後纖維（Carbon Fiber) 所成群組之至少一者所構成者，而該固化層1 係由固化 材料混合該電磁屏敝_材101而固化成形者。 在此須特別提出說明的是，此圖式僅示意地描繪出該 電磁波吸收元件100之組成物内容，並非意圖限定其組成 ® 方式。換言之，雖然如圖所示之電磁波吸收元件1 〇〇中之 電磁屏蔽材101係呈現顆粒狀分佈於該固化層103内，但 是其係意指該電磁屏蔽材101能夠以各種可能之方式與固 化材料混合並於該固化材料固化後而固定於該固化層103 中。 在本實施例中，當選擇採用奈米碳管作為該電磁屏蔽 材101時，該電磁波吸收元件100之電磁波吸收效能取決 8 111361 201112939 ^ 於該固化層103中奈米碳管與固化材料之混合質量比例、 該固化層103之厚度以及奈米碳管之平均分子長度。舉例 而言，各具有同樣厚度及相同奈米碳管平均分子長度的固 化層103之電磁波吸收效能係與奈米碳管/固化材料之混 合質量比例相關連。同樣地，各具有同樣厚度及相等之奈 米碳管/固化材料混合質量比例的固化層103之電磁波吸 收效能係取決於各自所採用之奈米碳管平均分子長度而 定。此外，應了解到，各具有相同奈米碳管平均分子長度 • 及相等之奈米碳管/固化材料混合質量比例的固化層103 之電磁波吸收效能係直接與各自之厚度成正比。 上述奈米碳管之分子長度係依據生長時間之長短而 具有不同的平均分子長度，且一般而言，較長之生長時間 所形成得到之奈米碳管具有較長之平均分子長度。有關於 不同平均分子長度之奈米複管所具有之電磁波吸收效果， 將於稍後詳述。在本實施例中，該電磁屏蔽材101與固化 0 材料均勻地混合並固化成形為該固化層103,而該固化材 料為聚二曱基石夕氧烧(Polydimethyl siloxane，PDMS)。由於 本發明之電磁波吸收元件1〇〇藉由聚二曱基矽氧烷作為固 化材料，使該電磁屏蔽材101可與聚二曱基矽氧烷混合並 於該聚二曱基矽氧烷固化後而固定於固化後的聚二曱基矽 氧烷中，使得該電磁屏蔽材101易於固定於需電磁波吸收 或雜訊抑制的基板上，係可藉由貼片將本發明之電磁波吸 收元件100與該基板貼黏，而該貼片係設於該電磁波吸收 元件100之固化層103表面上。 9 111361 201112939 同樣地，當選擇採用碳纖維作為該電磁屏蔽材ιοί 時，該電磁波吸收元件100之電磁波吸收效能取決於該固 化層103中碳纖維與固化材料之混合質量比例以及該固化 層103之厚度。 再者，如第1圖所示之組成結構僅為此類電磁波吸收 元件100之運作示意圖，對於電磁波吸收元件100而言， 實際的實現方式可能包含各種不同的變化。舉例而言，該 電磁波發送端102可能為具有指向性之天線（directional antenna)，經該電磁波發送端102所發送之電磁波可集中 籲 定向於特定角度範圍内，故該電磁波吸收元件100僅須設 置於該電磁波發送端102和該電磁波接收端104之間的特 定角度範圍内，即可有效地吸收該電磁發送端102所發送 之特定頻率電磁波。又或者是，該電磁波發送端102可能 為不具有指向性之電磁波來源（如通過有電流之導線、運作 中之積體電路裝置或正進行通話之行動電話等），而為了避 免特定頻率電磁波對人體造成傷害或者對其他電子裝置造 成電磁干擾，可將該電磁波吸收元件設置成包覆於電子裝 * 置外部，以吸收該電子裝置所發送之電磁波或者屏蔽外界 環境之電磁波，此外亦可將該電磁波吸收元件設置成局部 包覆該電子裝置，可對於該電子裝置之一些部份產生雜訊 抑制之效果。 除了採用如第1圖所示以奈米碳管及碳纖維之至少一 者與固化材料混合而固化成形該電磁波吸收元件100之方 式以外，亦可採用如第2圖所示之包覆方式形成本發明之 10 111361 201112939 ^ 電磁波吸收元件的另一實施例。 如第2圖所示，本實施例之電磁波吸收元件200與第 1圖所示之電磁波吸收元件100不同處在於，該電磁波吸 收元件200係將電磁屏蔽層201包覆於該固化層203中， 而形成一夾層結構。 如同第彳圖所不之電磁屏敝材101 ’本貫施例之電磁 屏蔽層201亦係包含奈米碳管及碳纖維所成群組之至少一 者，該固化材料為聚二甲基石夕氧烧。 # 在本實施例中，當以該奈米碳管作為該電磁屏蔽層 201時，該電磁波吸收元件200之電磁波吸收效能取決於 以奈米碳管所形成電磁屏蔽層201之厚度以及所採用奈米 碳管之平均分子長度。舉例而言’具有同樣厚度的兩個電 磁屏蔽層201之電磁波吸收效能係與奈米碳管平均分子長 度相關連。同樣地，應了解到，採用具有相同奈米$炭管平 均分子長度之奈米碳管形成電磁屏蔽層201，則該電磁屏 蔽層201之電磁波吸收效能係與本身之厚度成正比。 然而，當以碳纖維作為該電磁屏蔽層201時，該電磁 波吸收元件200之電磁波吸收效能僅取決於由碳纖維所形 成之電磁屏蔽層201之厚度。 再者，如第2圖所示之成組結構僅為此類電磁波吸收 元件200之結構示意圖，對於電磁波吸收元件200而言， 實際的實現方式可能包含各種不同的變化。舉例而言，為 了避免特定頻率電磁波對人體造成傷害或者對其他電子裝 置造成電磁干擾，該電磁波吸收元件200可以薄膜之形式 11 111361 201112939 設置於一些電子裝置（如行動電話）的機殼内側，以吸收該 電子裝置所發送之電磁波或者屏蔽外界環境之電磁波。此 外，為了加強一些電子系統（如精密儀器或積體電路系統） 各元件或區塊之間的電磁隔離，避免特定頻率電磁波對其 他元件或區塊造成電磁干擾而影響系統效能或運作，亦可 以該電磁波吸收元件200局部地包覆該等電子裝置之各元 件或區塊外圍，藉此增強該等電子裝置各區塊之間的電磁 隔離並產生雜訊抑制之效果。 第3圖係為具有相同厚度之電磁屏蔽層201且各該電 籲 磁屏蔽層201採用不同平均分子長度之奈米碳管下所得到 的電磁波吸收效果。如前所述，電磁波吸收效能取決於該 電磁屏蔽層201之厚度以及所採用奈米碳管之平均分子長 度。上述奈米碳管之分子長度係依據生長時間之長短而具 有不同的平均分子長度，通常而言，較長之生長時間所形 成得到之奈米碳管具有較長之平均分子長度。在此，平均 分子長度較長之奈米碳管生長時間為30分鐘，其平均長度 為60微米（/zm);平均分子長度中等之奈米碳管生長時間 鲁 為20分鐘，其平均長度為40微米；平均分子長度較短之 奈米碳管生長時間為20分鐘，其平均長度為20微米。在 此，所有電磁屏蔽層201均具有相同厚度3毫米（mm)，並 且包覆於固化層203中。在此須特別提出說明的是，由於 固化材料本身並不會影響該電磁屏敝^層2 01之電磁波吸收 效能，故並未特別強調該固化層203之厚度。 如第3圖所示，曲線301顯示由平均分子長度20微 12 111361 201112939 老之奈米碳管所形成之電磁波吸收元件200於各種頻率範 圍内所具有的電磁波吸收效能；曲線302顯示由平均分子 長度40微米之奈米碳管所形成之電磁波吸收元件200於各 種頻率範圍内所具有的電磁波吸收效能；以及曲線303顯 示由平均分子長度60微米之奈米碳管所形成之電磁波吸 收元件200於各種頻率範圍内所具有的電磁波吸收效能。 如圖所示，曲線301與曲線302兩者之電磁波吸收效 能於大部份頻率範圍内均差異不大，唯獨兩者於50-60GHZ • 的頻率範圍内分別具有不同的最佳電磁波吸收效能（極 值）。曲線301係於頻率58GHz具有電磁波吸收極值，而 曲線302之電磁波吸收極值係發生於頻率54GHz之位置。 因此，可了解到奈米碳管的平均分子長度對於電磁波吸收 極值的發生位置有著顯著之影響。又如圖中所示，相較於 曲線301和曲線302，曲線303於64GHz至70GHz之頻率 範圍内很明顯地具有極佳的電磁波吸收效果，其中曲線 I 303之電磁波吸收極值發生在頻率67GHz之位置，高達 26.4dB。 第4A及4B圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收元 件的再一實施例之結構示意圖。如4A圖所示，本實施例 之電磁波吸收元件400與第1圖所示之電磁波吸收元件 100不同處在於，固化層403之一表面具有複數個呈角錐 狀之凸起404。 接著，如4B圖所示，本實施例之電磁波吸收元件400’ 與第2圖所示之電磁波吸收元件200不同處在於，包覆於 Γ 13 111361 201112939 固化層403’中的電磁屏蔽層401’之一表面亦同樣具有複數 個呈角錐狀之凸起404’。而藉由該凸起404、404’之結構 以提升電磁波吸收效能。 在此須特別說明的是，該複數個&起之形狀並不限定 於角錐狀，亦即根據不同的使用需求或所期望之電磁波吸 收效果，該等凸起可成形為不同之形狀。且以第4A圖為 例說明時，該實施例之電磁波吸收元件400之凸起404之 形成方式係將未固化且已混合該電磁屏蔽材401之固化材 料加入利用矽晶圓蝕刻成而具有相對於該凸起404形狀之 籲 模具而固化形成者，而若以第4B圖為例說明時，該實施 例之電磁波吸收元件400’之凸起404’之形成方式係先將未 固化之固化材料加入利用石夕晶圓钱刻成而具有相對於該凸 起404’形狀之模具預先固化，於該固化材料固化脫模後再 覆蓋該電磁屏蔽材，然，亦不限此步驟流程。此外，該角 錐狀凸起之參數如間隙和深度均可針對所需求之電磁波吸 收效能進行調整。舉例而言，可依照所期望吸收之目標頻 率20GHz和60GHz進行設計，取該等頻率信號之1/2波長 及1/4波長來實現矽晶圓之蝕刻光罩。其中，60GHz的1/4 波長為125微米、1/2波長為250微米；60GHz的1/4波長 為375微米、1/2波長為750微米。 第5圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收裝置之結構 示意圖，本實施例之電磁波吸收裝置係藉由堆疊複數個電 磁波吸收元件502、504及506所形成，該複數個電磁波吸 收元件之結構為第1圖所示之電磁波吸收元件1〇〇。 14 111361 201112939 其中，該堆疊的方式係為於第一電磁波吸收元件502 之固化層表面上沉積已混合電磁屏蔽材之固化材料，使該 已混合電磁屏蔽材之固化材料固化而形成堆疊於該第一電 磁波吸收元件502上的第二電磁波吸收元件504 ;接著， 以同樣堆疊的方式於該第二電磁波吸收元件504之固化層 表面上固化形成第三電磁波吸收元件506。 在本實施例中，用以構成該電磁波吸收裝置500所堆 疊之第一電磁波吸收元件502、第二電磁波吸收元件504 • 以及第三電磁波吸收元件506可分別具有不同的電磁波吸 收效能。舉例而言，該等電磁波吸收元件502、504及506 之電磁屏蔽材可分別採用具有不同平均分子長度之奈米碳 管，使得該等電磁吸收元件502、504及506分別對於不同 頻率之電磁波具有電磁波吸收極值。再者，該等電磁波吸 收元件502、504及506可分別具有不同的電磁屏蔽材/固 化材料之混合質量比例，使得該等電磁吸收元件502、504 I 及506分別對於相同頻率之電磁波不同程度之電磁波吸收 極值。 第6圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收裝置之電磁 波吸枚效果。曲線601、602所顯示者係堆疊兩層電磁波 吸收元件所構成之電磁波吸收裝置之電磁波吸收效能，曲 線6 01之電磁波入射方向係由電磁屏敝材/固化材料混合 質量比例較低的電磁波吸收元件方向朝向比例較高的電磁 波吸收元件方向，而曲線602之電磁波入射方向係由電磁 屏蔽材/固化材料混合質量比例較高的電磁波吸收元件方
Γ I 15 111361 201112939 向朝向比例較低的電磁波吸收元件方向。此外，曲線603、 6 04所％員不者係堆豐^層電磁波吸收元件所構成之電磁波 吸收裝置之電磁波吸收效能，曲線603之電磁波入射方向 係由電磁屏蔽材/固化材料混合質量比例較高的電磁波吸 收元件方向朝向比例較低的電磁波吸收元件方向，而曲線 604之電磁波入射方向係由電磁屏敝材/固化材.料混合質 量比例較低的電磁波吸收元件方向朝向比例較高的電磁波 吸收元件方向。 如圖所示，曲線601、602顯示由兩層電磁波吸收元 籲 件所構成之電磁波吸收裝置根據不同的電磁波入射方向而 具有不同的電磁波吸收效能，其中又以電磁波入射方向係 由電磁屏蔽材/固化材料混合質量比例較高的電磁波吸收 元件方向朝向比例較低的電磁波吸收元件方向的情形下具 有較高的電磁波吸收效能。再者，曲線603、604顯示由 三層電磁波吸收元件所構成之電磁波吸收裝置根據不同的 電磁波入射方向而具有不同的電磁波吸收效能，其中又以 電磁波入射方向係由電磁屏蔽材/固化材料混合質量比例 $ 較低的電磁波吸收元件方向朝向比例較高的電磁波吸收元 件方向的情形下具有較高的電磁波吸收效能。 第7圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收裝置之另一 實施例之結構示意圖。本實施例之電磁波吸收裝置700係 堆疊三個電磁波吸收元件702、704及706。如圖所示， 該電磁波吸收元件706與大氣接觸之固化層表面上具有複 數個呈角錐狀之凸起701，該複數個凸起701之形狀並不 16 111361 201112939 限定於角錐狀，亦即根據不同的使用需求或所期望之電磁 波吸收效果。 綜上所述，本發明所揭露之電磁波吸收元件及電磁波 吸收裝置係將奈米碳管及碳纖維所成群組之至少一者包覆 於固化層中或將該奈米碳管及碳纖維所成群組之至少一者 與固化材料混合固化，故可達到低成本以及高效電磁波吸 收能力的目的，且因藉由固化材料固化成型，而易於適用 於各種需隔絕或吸收電磁波的產品上。 • 上述實施例僅例示性說明本發明之原理及其功效，而 非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違 背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改 變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利 範圍所列。 ^ rVT» ，、 TJ口 、》、 ««»—· ''β
L圖氕間早詋听J 第1圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收元件之組成 I 結構以及其應用環境示意圖； 第2圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收元件之另一 實施例之結構示意圖； 第3圖係用以說明應用本發明之電磁波吸收元件而在 具有相同厚度之電磁屏蔽層且各該電磁屏蔽層採用具有不 同平均分子長度之奈米碳管所得到的電磁波吸收效果； 第4A及4B圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收元 件之再一實施例之結構示意圖； 第5圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收裝置之結構 Γ 17 111361 201112939 示意圖； 第6圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收裝置之電磁 波吸收效果；以及 第7圖所示者係顯示本發明之電磁波吸收裝置之另一 實施例之結構示意圖。 【主要元件符號說明】 100 電磁波吸收元件 101 電磁屏敝材 102 電磁波發送端 103 固化層 104 電磁波接收端 200 電磁波吸收元件 201 電磁屏敝_層 203 固化層 404,40 4’，701凸起 301 曲線 302 曲線 303 曲線 400 電磁波吸收元件 400, 電磁波吸收元件 401 電磁屏蔽材 401， 電磁屏蔽層 403 固化層 403, 固化層 18 111361 201112939 ， 500 502 504 505 506 601 602 603 • 604 700 702 704 706 電磁波吸收裝置 電磁波吸收元件 電磁波吸收元件 透明片基板 電磁波吸收元件 曲線 曲線 曲線 曲線 電磁波吸收裝置 電磁波吸收元件 電磁波吸收元件 電磁波吸收元件 19 111361