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學(xué)術(shù)干貨 | 帶你深入了解電磁屏蔽材料
電磁兼容性指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備,同時(shí)也不受其它設(shè)備的影響。電磁兼容性和我們所熟悉的**性一樣,是產(chǎn)品質(zhì)量*重要的指標(biāo)之一。**性涉及人身和財(cái)產(chǎn),而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護(hù)。電子元件對外界的干擾,稱為EMI;電磁波會(huì)與電子元件作用,產(chǎn)生被 干擾現(xiàn)象,稱為EMS。例如,TV熒光屏上常見的“雪花”,便表示接受到的訊號被 干擾。電磁屏蔽在空間某個(gè)區(qū)域內(nèi),用以減弱由某些源引起的場強(qiáng)的措施。在絕大多數(shù)情況下,屏蔽體可由銅、鋁、鋼等金屬制成,但對于恒定和極低頻磁場,也可采用鐵氧體等材料作為屏蔽體。在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)或不同系統(tǒng)間常會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲或干擾而引起系統(tǒng)性能惡化,因此要求:
① 將電力線或磁力線限制在一定區(qū)域內(nèi);
② 使某一區(qū)域不受外來電力線和磁力線的影響。
圖1 石墨烯基電磁屏蔽材料研究展示
一、電磁屏蔽的原理
真正影響屏蔽體屏蔽效能的只有兩個(gè)因素:一個(gè)是整個(gè)屏蔽體表面必須是導(dǎo)電連續(xù)的,另一個(gè)是不能有直接穿透屏蔽體的導(dǎo)體。屏蔽體上有很多導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn),*主要的一類是屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙。這些不導(dǎo)電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏,如同流體會(huì)從容器上的縫隙上泄漏一樣。解決這種泄漏的一個(gè)方法是在縫隙處填充導(dǎo)電彈性材料,消除不導(dǎo)電點(diǎn)。這就像在流體容器的縫隙處填充橡膠的道理一樣。這種彈性導(dǎo)電填充材料就是電磁密封襯墊。在許多文獻(xiàn)中將電磁屏蔽體比喻成液體密封容器,似乎只有當(dāng)用導(dǎo)電彈性材料將縫隙密封到滴水不漏的程度才能夠防止電磁波泄漏。實(shí)際上這是不確切的。因?yàn)榭p隙或孔洞是否會(huì)泄漏電磁波,取決于縫隙或孔洞相對于電磁波波長的尺寸。當(dāng)波長遠(yuǎn)大于開口尺寸時(shí),并不會(huì)產(chǎn)生明顯的泄漏。
二、電磁屏蔽的機(jī)理
圖3 電磁屏蔽材料的應(yīng)用
1、當(dāng)電磁波到達(dá)屏蔽體表面時(shí),由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù),對入射波產(chǎn)生的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定的厚度,只要求交界面上的不連續(xù);
2、未被表面反射掉而進(jìn)入屏蔽體的能量,在體內(nèi)向前傳播的過程中,被屏蔽材料所衰減。也就是所謂的吸收;
3、在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量,傳到材料的另一表面時(shí),遇到金屬-空氣阻抗不連續(xù)的交界面,會(huì)形成再次反射,并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個(gè)金屬的交界面上可能有多次的反射。
總之,電磁屏蔽體對電磁的衰減主要是基于電磁波的反射和電磁波的吸收。如今有許多關(guān)于產(chǎn)品輻射和傳導(dǎo)發(fā)射限制的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。有些還規(guī)定了對各種干擾的*低敏感度要求。
三、屏蔽體簡介
根據(jù)屏蔽目的的不同,屏蔽體可分為靜電屏蔽體、磁屏蔽體和電磁屏蔽體三種。
靜電屏蔽體:由逆磁材料(如銅、鋁)制成,并和地連接。靜電屏蔽體的作用是使電場終止在屏蔽體的金屬表面上,并把電荷轉(zhuǎn)送入地。
磁屏蔽體:由磁導(dǎo)率很高的強(qiáng)磁材料(如鋼)制成,可把磁力線限制于屏蔽體內(nèi)。
電磁屏蔽體:主要用來遏止高頻電磁場的影響,使干擾場在屏蔽體內(nèi)形成渦流并在屏蔽體與被保護(hù)空間的分界面上產(chǎn)生反射,從而大大削弱干擾場在被保護(hù)空間的場強(qiáng)值,達(dá)到了屏蔽效果。有時(shí)為了增強(qiáng)屏蔽效果,還可采用多層屏蔽體,其外層一般采用電導(dǎo)率高的材料,以加大反射作用,而其內(nèi)層則采用磁導(dǎo)率高的材料,以加大渦流效應(yīng)。
四、應(yīng)用范圍
圖5 幾種電磁屏蔽材料在實(shí)際生活中的應(yīng)用
筆記本電腦、GPS、ADSL和移動(dòng)電話等3C產(chǎn)品都會(huì)因高頻電磁波干擾產(chǎn)生雜訊,影響通訊品質(zhì)。另若人體長期暴露于強(qiáng)力電磁場下,則可能易患癌癥病變。因此防電磁干擾已是必備而且勢在必行的制程。導(dǎo)電漆EMI導(dǎo)電漆噴涂技術(shù)具有高導(dǎo)電性、高電磁屏蔽效率、噴涂操作簡單等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于通訊制品(移動(dòng)電話)、電腦(筆記本)、便攜式電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)硬件(服務(wù)器等)、醫(yī)療儀器、家用電子產(chǎn)品和航天及國防等電子設(shè)備的EMI屏蔽。噴涂導(dǎo)電漆解決了因做金屬屏蔽罩受空間限制、操作、成本壓力的限制,因其導(dǎo)電漆噴涂操作極其簡單,做到了塑膠金屬化,而受到越來越多的關(guān)注及推廣。逐漸取代了以往貼錫箔、銅紙、做金屬屏蔽罩的工藝。屏蔽導(dǎo)電漆就是能用于噴涂的一種油漆干燥形成漆膜后能起到導(dǎo)電的作用,從而屏蔽電磁波干擾的功能。屏蔽就是對兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離,以控制電場、磁場和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴(kuò)散;用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。