5G世代，兵馬未動，材料先行： 磁功能材料的重要性
高速通訊的時代
您已經多久沒有談論固網了呢？甚至您的家中已經只剩 下電話沒有 ADSL（Asymmetric Digital，非對稱數位 用戶線路）？起碼，Dr.Q家裡是不裝ADSL的，孩子要用網路就要徵詢大人的意見（18歲前可安心的控制 青少年上網的時間）。相信大家都已經知道，並十分期待5G世代的到來，屆時無線通訊的速度將能比現在更加地快，實在很難回想起在當初2G或3G時代，若要 使用快速的網速便非得坐在PC前不可，被線束縛的日 子已經是不堪回首的往事。說穿了，依靠電子流傳輸信號已經不是什麼新鮮事了，然而在光、電、磁不分家的因素下，大家有沒有注意到磁性的影響？當您信號不佳 的時候，絕大部分是受到所謂的屏蔽(Shielding)或是干 擾(Interference)，然而兩條互相絕緣的線，電流不可 能互相打架，但是電場所造成的磁場，那就是高手鬥內功、隔空打架的本領了，5G通訊對於電磁兼容(Electro Magnetic Compatibility) 的要求更是高於以前的 4G， 尤其是在體積小、電路積集度高的智慧手機和手機的所有輔助設備。
光電磁的異同
這 個 議 題 如 果 要 談 下 去， 恐 怕 要 從 量 子 力 學 (Quantum mechanics) 談起，所以我們就不要談那 些太過複雜的真實物理界原理和我們怪力亂神的想法 （即每個人小時候都有的量子糾纏表現，疑神怕鬼 的）。Dr.Q把這不分家的能量也簡單區分一下（表 1），在不考慮量子力學的狀態下，僅用普通物理學的 大尺度來看三種能量的表徵比較。 儘管前面我們談到光電磁是共生不分家的，在經過磁 化的誘導而使材料有殘留磁場的過程，在這過程中也 一定會有光電作用，只是必須用量子力學觀點和極微 小的測量，因此在傳統上我們可以忽略不計。其中有 一個有趣的現象不知道各位讀者有沒有發現呢？那就 是「導電體材料不是實體嗎？怎麼電子可以自由進出 呢？」其實這也是從量子力學的微小觀點來說，世間 沒絕對100%的實體材料，經無限放大後，原子及顆 粒之間仍舊都是孔隙，所以光子、電子、磁子當然就 可以自由進出實體材料。
連接器保護殼體—傳統板金材料改變成軟磁材料
眾所周知，連接器必須要有堅固的外殼以確保線路連 接的穩固性，還必須兼具考慮光、電、磁、粉塵、水 氣的隔離。再考慮磁性影響下的力學性能（重量與尺 寸），如何在不增加厚度的狀況下發揮材料的特性， 同時要考慮的因素有以下幾項：
• 磁功能特性上，要注意磁導通性和殘磁性，在連接器接通時導引磁場已消除干擾，在拔除連接器 時不殘留磁性干擾；
• 反覆拔差的結構強度與耐磨特性要好，避免鬆動 或鬆脫； • 密封特性要佳，不生鏽；
• 量化生產能夠符合需求，價格要適合。 現今傳統碳鋼與青銅的特性，已經難以滿足以上的高 規格要求，那麼我們如何找到更好的材料呢？這個時候，軟磁材料就登場了！當常規金屬材料應用在軟磁 性的功能需求時，將按以下排序：HiperCo（鐵鈷合 金）> ASTM F75（鈷鉻鉬合金）>不導磁不鏽鋼（高 氮無鎳鉻錳鉬鋼）>3系不鏽鋼＞鐵及鋼鐵。那麼以 上這些是不是都是常用的金屬呢？答案是否定的，且 價格也不便宜。
軟磁材料在5G上的應用
磁電共生可以使用法拉第右手定則來解釋，透過鐵磁性粉末，磁場也可以被肉眼觀察到，那麼在通電工作的5G電子裝置因為高速的通信需求，電子流的流動 速度更快導致產生的磁場干擾也會相對的增加，如果 我們可以選擇導磁性更好的金屬材料（注意到目前為 止，導磁體和導電體兩者的相關因材料而異），而且 在電場移除後，磁化效果也恢復到最低的狀態，這樣 的材料就被稱為軟磁材料。
因此，軟磁材料的目前發展，我們不僅用鐵系金屬來 討論（因為便宜好用且大家比較了解），也開始用起 了更好的鈷(Cobalt)元素來協助鐵系金屬或甚至高比 例的添加，來達到更好的軟磁特性。在表2中我們列 出了三種較不常見的材料（但在MIM產業中卻是受 到廣泛的應用）並介紹其特性。
有關這三種材料更詳細的介紹，請各位讀者參閱Dr.Q 於CMM的各期相關專欄介紹。目前，軟磁材料的應 用特別著重在通訊裝置的各種端子(Input and output, I/O)，主要在於完整化磁導通迴路，以利消弭高速傳 輸下的磁場干擾，達到能藉由磁力的超距離吸引以緊固連接器，例如部分筆記型電腦使用的插頭，防止因 接頭拉扯造成設備移動與掉落的意外；在移除充電器 或連接器接頭的同時，電子流切斷後不會殘留磁場， 這是非常有趣的設計，相信在不久的將來，軟磁材料 將會更為普及的被運用在我們的生活周遭。
機構是顯學、材料是隱學
CMM雜誌自創辦以來，便一直持續報導材料科學的 重要性，Dr.Q也經常會在雜誌中分享有關材料的基礎 知識與創新的應用。對於我們這個產業而言，可以這 麼比喻：「機構設計是顯學、材料選型是隱學」，舉 武俠小說為例，如果我們的產品要成為武林高手，機 構便是外功的顯學，材料則成為必修的內功隱學，這樣產品在內外兼修下才能有最好的功能，得以服務我 們的客戶。其實，透過反覆的驗證與不良品的回饋， 客戶大都會比我們更早感受到這些內外兼修的重要 性。Dr.Q希望能藉由與各位讀者分享的這些文章，協 助大家內外兼修，讓您的產品成為武林高手。同時也 呼籲各位模具和射出加工的朋友們，材料科學最主要 著重的還是在於基本功夫的修練，採用適當的工具和 手段，並注意細節裡隱藏的魔鬼，便可以輕易的掌握 材料科學這門內功，當然，隨時學習最新的知識與應 用技術也是必不可少的，對此CMM雜誌也理所當然、 當仁不讓地隨時為讀者與業界朋友們提供最新相關訊 息！最後，願大家一起遵守國家法令、防疫減毒，共渡難關。■