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电磁屏蔽材料及其常见材料介绍

屏蔽原理


电磁屏蔽即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用,其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。屏蔽按其原理分为电场屏蔽(静电屏蔽和交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(低频磁场和高频磁场屏蔽)和电磁场屏蔽(电磁波的屏蔽)。通常所说的电磁屏蔽是指后一种,即对电场和磁场同时加以屏蔽。

屏蔽效果的好坏用屏蔽效~g(SE,Shielding effectiveness)来评价,它表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽效能定义为屏蔽前后该点电磁场强度的比值,即:SE=2OIg(Eo/Es)或SH=2Olg(HdHs)式中: 、 分别为屏蔽前该点的电场强度与磁场强度, 、分别为屏蔽后该点的电场强度与磁场强度。对屏蔽效果的评价是根据屏蔽效能的大小度量的。

按照屏蔽作用原理,屏蔽体对屏蔽效能的贡献分为3部分:(1)屏蔽体表面因阻抗失配引起的反射损耗;(2)电磁波在屏蔽材料内部传输时,电磁能量被吸收引起传输损耗或吸收损耗;(3)电磁波在屏蔽材料内壁面之间多次反射引起的多次反射损耗。由此可以得到影响材料屏蔽效能的3个基本因素,即材料的电导率、磁导率及材料厚度。这也是屏蔽材料研究本身所必须关注的问题和突破口。当然,对于电磁屏蔽体结构,其屏蔽效能还与结构、形状、气密性等有关,对于具体问题,还需要考虑被屏蔽的电磁波频率、场源性质等。

常见的屏蔽材料

电屏蔽指的是对电场(E场)的屏蔽,它通常可选用的屏蔽材料种类比较多,如下:

1一、导电弹性体衬料(导电橡胶)

每种导电橡胶都是由硅酮、硅酮氟化物、EPDM或者碳氟化物-硅氟化物等粘合剂及纯银、镀银铜、镀银铝、镀银镍、镀银玻璃、镀银铅或炭颗粒等导电填料组成。

由于这些材料含有银,包装和存储条件应与其他含银元件相似,它们应当存储在塑料板中,例如聚酯或者聚乙烯,远离含硫材料。标准形状有:实体O形条、空心O形条、实体D形条、空心D形条、U行条、矩形条、中空矩形条、中空P形条、通道条以及模制导电橡胶成形件、模制的D-形圈/O-形圈、各种法兰、I/O衬垫。

特点: 在20M-20GHz的范围内可达90 dB-120dB,纯银颗粒的甚至可达到120dB以上。能起到屏蔽和环境密封的作用,安装方便,适用于通讯、医疗、军品、航空等场合。

二、EMI导电泡棉衬料

导电泡棉是把导电编制套缠绕在采用聚氨基甲酸乙脂或EPDM构成的泡绵芯上,导电编制套通常是由镀银镍尼龙、铝泊或者Monel丝(镍铜合金)Ferrex(镀锡包铜钢丝)组成,有良好的导电性。符合阻燃等级(UL94-V0),具有好的弹性和柔韧性等机械性能。导电泡棉衬垫具有良好的屏蔽性能,遇到电波时,则会根据其物体的性质而进行反射、吸收、提供极佳的屏蔽效果。并且具有极高的性价比,是目前最新的、也是应用最广的屏蔽材料。

技术指标

平均屏蔽性能 90dB

表面电阻 0.07?/m2以上

使用温度 -40~70°C

永久压缩形变 3%~10%,比较好的可以做到0%变形,一万次耐磨试验

防火 UL认证

特点:低压力、非常好的屏蔽效果,屏蔽性能超过90dB,有弹性,重量轻,低表面接触电阻,截面选择众多,UL级防火,可以采用导电PSA固定。

三、金属EMI衬料,夹卡衬料和钩爪料铍铜簧片

这些品种包括编制丝网、弹性体芯上缠绕丝网、在弹性体中的定向金属丝和金属丝屏,它们通常在20MHz-1GHz的范围内提供60dB-100dB的衰减。可以通过导电粘合剂或者机械固定在箱体的槽中。

还可以由Monel或铝丝定向嵌在硅酮中,不但可以提供EMI屏蔽,还可以用做雨水、漏水、灰尘和通气密封,温度范围-55°C-+260°C 。

夹式EMI衬料则是由填充炭的硅酮条或者由硅酮带上的Monel丝、氯丁橡胶上的Ferrex丝提供EMI屏蔽,将衬料固定在防腐的不锈钢弹簧夹上,安装起来方便。不需要孔或紧固件。

铍铜簧片是用特殊合金铍铜制成的指形簧片,使高等级EMI屏蔽效果和弹性钩爪擦与小封闭力特性相结合。铍铜的高性能参数:拉伸强度高、防腐性能好和导电性能佳,使得它成为一种用在宽频段的理想EMI屏蔽材料,可用在存在EMI/RFI或者ESD问题的范围很广的电子设备中。有亮铜、亮镍、亮锡不同成品,安装在不同的金属表面,减少不同金属间的电化噪声和电腐蚀。

Spira金属螺旋管,可以选用槽式安装,金属管内也可以填有橡胶或硅酮芯体。

四、导电复合剂

包括导电粘合剂和导电涂料。导电粘合剂一般是将银微粒或银镀铜微粒等金属填料通过特殊工艺掺杂在环氧树脂或硅酮、柔性聚异乙烯中。具有剪切强度高、热膨胀系数小、离子纯净、导热和导电性能好这些独特的综合性能,典型应用包括把EMI屏蔽通道、窗口或透光导电丝网膜粘合在屏蔽的永久性接缝上。

导电涂料一般喷涂在ABS、Noryl、PVC等各种塑料机壳上,可以提供EMI屏蔽、防静电保护、电晕屏蔽和表面接地,填料分为银、包银铜、铜、镍等,粘合剂通常为环氧树脂、聚氨脂等,导电率可以达到0.015 ohm/sq,可以为机壳在30MHz-1GHz范围内提供60-80dB的屏蔽。

另外,其他常用的电磁屏蔽材料还有金属导电屏蔽胶带、屏蔽通风口板、VIP屏蔽空气过滤器、EMI屏蔽玻璃视窗、用于LED视频窗口的屏蔽透光丝网膜、微波吸收材料、专业的扁平电缆EMI屏蔽套、用于普通线缆的屏蔽编制丝网带等。