1、p 1,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁遮罩材料設(shè)計(jì)者指南(2),資料整理BECK.ZHANG,03/ 23/ 2004,p 2,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,2、導(dǎo)電塗層 有了前一章中關(guān)於RFI/EMI背景的考慮，現(xiàn)在能研究導(dǎo)電塗層的選擇範(fàn)圍。干擾源 RFI/EMI源可以劃分爲(wèi)兩類： 天然干擾源例如雷電放電； 人爲(wèi)干擾源它可以進(jìn)一步劃分爲(wèi)有意和無意干擾源，有意輻射信號(hào)來源於電源開關(guān)，焊接設(shè)備和射頻加熱器，實(shí)際上，所有電子和電氣設(shè)備都不同程度的産生輻射干擾。（1）干擾場 干擾能量沿著導(dǎo)線和自由空間傳播。因此它成爲(wèi)與線路有關(guān)的干擾電壓和輻

2、射干擾場強(qiáng)。所傳播的各種干擾都存在一定的頻率範(fàn)圍。 低於30MHz的低頻干擾，主要是在導(dǎo)線中傳播。這種干擾不能靠簡單的遮罩機(jī)殼來防止，而只能用適當(dāng)?shù)木€路濾波器來保護(hù)有用信號(hào)不受損害。更高頻率的干擾（30MHz）與導(dǎo)線的輻射有關(guān)，因爲(wèi)這時(shí)導(dǎo)線尺寸可以和波長相比擬。 就電磁波而論，電場強(qiáng)度E和磁場強(qiáng)度H是由一定的關(guān)係或聯(lián)繫在一起的。通常是將電場分量和磁場分量分別遮罩。在相應(yīng)的頻率範(fàn)圍中符合一定的規(guī)則。,3,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,在約1MHz以下的較低頻率範(fàn)圍內(nèi)，平行於導(dǎo)體壁的電力線是連續(xù)的。這裏，頻率的影響取決於所用遮罩材料的壁厚和導(dǎo)磁率。 在1MH

3、z至100MHz的頻率範(fàn)圍內(nèi)，遮罩櫃內(nèi)受干擾影響的部位包括：前面板的連接面、門或 窗以及引入的主要部件。這時(shí)電力線不再保證全部是連續(xù)的，從約100MHz頻率開始，電場遮罩效能將逐漸減小，而磁場遮罩效能則不再增加。 對(duì)於100MHz以上頻率範(fàn)圍，所傳播的波的電場和磁場分量應(yīng)當(dāng)認(rèn)爲(wèi)是相等的。均勻平面波的遮罩取決於各自分量在遮罩材料表面的集膚效應(yīng)，遮罩材料的導(dǎo)電率將決定波的反射損耗。 （2）RFI/EMI傳輸?shù)暮?RFI/EMI可以通過傳導(dǎo)，耦合或輻射離開干擾源或進(jìn)入敏感設(shè)備，在設(shè)備的一部分和另一部分之間，如電源和附近的電路之間，或在兩個(gè)分開的設(shè)備之間，都會(huì)産生干擾。 傳導(dǎo) RFI/EMI可以通過

4、信號(hào)線、天線饋線、電源線、甚至通過RFI/EMI敏感設(shè)備之間的接地線進(jìn)行傳導(dǎo)。 耦合 EFI/EMI可以在具有某些互阻抗的元件、電路或設(shè)備之間耦合，通過這種互阻抗，一個(gè)電路中的電流或電壓能在另一電路中引起電流或電壓?；プ杩箍梢允请妼?dǎo)、電容或電感，或者是它們的任意組合。 輻射 RFI/EMI可以通過任何一種設(shè)備機(jī)殼的開口、通風(fēng)孔、出入口、電纜、測(cè)量孔、門框、艙蓋、抽屜和麵板，以及機(jī)殼的非理想連接面等進(jìn)行輻射。RFI/EMI也可由進(jìn)入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進(jìn)行輻射，任何一個(gè)良好的電磁能量輻射器也可以作爲(wèi)良好的接收器。,p 4,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,如何

5、進(jìn)行遮罩 下面這一節(jié)中，將從敏感設(shè)備防護(hù)外來電磁波的觀點(diǎn)來考慮遮罩。有效的遮罩對(duì)設(shè)備自射 産生的電磁波也同樣有效，它可以防止自身産生的電磁波對(duì)其他設(shè)備造成危險(xiǎn)。對(duì)於已有標(biāo)準(zhǔn)來說，遮罩的後一個(gè)目的特別重要。 當(dāng)電磁波在導(dǎo)電體內(nèi)引起感應(yīng)電流時(shí)，如果該導(dǎo)電體是由良好導(dǎo)體製成，此電流不會(huì)穿透該導(dǎo)電體。如果敏感設(shè)備封閉在一個(gè)較大的導(dǎo)電體內(nèi)，例如在銅制機(jī)櫃內(nèi)，就能産生有交的遮罩。然而，應(yīng)當(dāng)明白，電磁波所感應(yīng)的電流不應(yīng)傳導(dǎo)至遮罩體的內(nèi)部，這樣的電流才是允許的，否則，該電流就有可能傳導(dǎo)至設(shè)備或通過電磁波到達(dá)設(shè)備。在遮罩體外抑制該電流和電磁波是遮罩外部干擾的實(shí)質(zhì)。 電磁波感應(yīng)的電流沿著電阻最小的路徑並繞著無縫金

6、屬機(jī)箱外表面運(yùn)行，但遇到任何一個(gè)連接面時(shí)，該電流寧願(yuàn)繞過一個(gè)面進(jìn)入內(nèi)部而不越過窄縫隙到達(dá)另一個(gè)面， 如圖2.1所示。,電源圍繞金屬機(jī)箱運(yùn)行 電流在機(jī)箱內(nèi)表面運(yùn)行 機(jī)箱/蓋板截面圖,圖2.1圍繞金屬機(jī)箱的電流路徑,p 5,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,因此，用鋼制機(jī)櫃進(jìn)行遮罩時(shí)，由於能爲(wèi)所有連接面提供一條由一個(gè)面至另一個(gè)面的高導(dǎo)電路徑，所以電流仍保持在機(jī)箱外側(cè)。這種導(dǎo)電路徑是用特殊的襯墊和在連接表面進(jìn)行導(dǎo)電塗敷而建立的，導(dǎo)電襯墊將在另外兩章中詳細(xì)討論。導(dǎo)電路徑的任何中斷都將使遮罩效能降低，它取決於縫隙或孔洞尺寸與信號(hào)波長之間的關(guān)係。對(duì)於較低頻率或較長波長來

7、說，如果只有一個(gè)小孔則不會(huì)明顯降低遮罩效能；對(duì)於高頻或較短波長來說，遮罩效能的下降將是很劇烈的。 舉一個(gè)例子，遮罩體上如果有一個(gè)直徑爲(wèi)15mm的孔洞，對(duì)於10MHz信號(hào)（波長爲(wèi)30m）來說，將仍然能提供60dB遮罩效能，但對(duì)於1GHz信號(hào)（波長爲(wèi)30mm）來說，若要保持同樣的遮罩效能，則孔徑不能超過0.15mm。直徑爲(wèi)15mm的孔對(duì)於1GHz信號(hào)只能提供20dB衰減。 但對(duì)於1GHz信號(hào)（波長爲(wèi)30mm）來說，若要保持同樣的遮罩效能，則孔徑不能超過0.15mm。直徑爲(wèi)15mm的孔對(duì)於1GHz信號(hào)只能提供20dB衰減。,p 6,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己

8、,如果不止一個(gè)孔洞，而且孔距小於信號(hào)半波長時(shí)，遮罩效能將進(jìn)一步降低。如果高頻信號(hào)波長時(shí)，遮罩效能將進(jìn)一步降低。如果高頻信號(hào)要求足夠的衰減，則不應(yīng)採用爲(wèi)了通風(fēng)目的的孔洞。 圖2.2表示RFI/EMI能量是如何通過吸收、反射和傳導(dǎo)而耗散的。遮罩效能及其産生的衰減與頻率、源與遮罩體的距離、遮罩體的厚度以及遮罩材料等有關(guān)。由於增加了對(duì)RFI/EMI能量的反射和吸收的總和，使所傳輸?shù)碾姶拍芰繙p小。,圖2.2輻射RFI/EMI能量的耗散,p 7,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,遮罩材料 哪些材料能提供最好的遮罩效能是一個(gè)相當(dāng)複雜的問題。很明顯這種材料必須具有良好的導(dǎo)導(dǎo)

9、性，所以未處理過的塑膠是無用的，因爲(wèi)電磁波能直接通過它。當(dāng)然，可以採用金屬。然而，應(yīng)當(dāng)記住，不能只考慮導(dǎo)電性，其理由就在於，電磁波不但有電場分量，還有磁場分量。要知道高導(dǎo)磁率和高導(dǎo)電率同樣重要，高導(dǎo)磁率的意思就是磁力線的高導(dǎo)通性。鋼是一種良導(dǎo)體，而磁導(dǎo)率的量級(jí)也會(huì)令人滿意。它也是相對(duì)廉價(jià)並能提供很大機(jī)械強(qiáng)度的材料，所以有理由利用鋼材，廉價(jià)的獲得滿意的遮罩效能。 應(yīng)當(dāng)注意，低頻電磁波比高頻電磁波有更高的磁場分量。因此，對(duì)於非常低的干擾頻率，遮罩材料的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)比高頻時(shí)更爲(wèi)重要。 用於遮罩外場直接耦合的機(jī)殼或機(jī)櫃的材料是很重要的。由於是高反射遮罩，通常採用提供電場遮罩的薄導(dǎo)電材料。對(duì)於30MHz以上

10、更高的頻率，通常應(yīng)主要考慮電場分量，在後一種情況下，非鐵磁性材料，諸如鋁或銅，能提供更好的遮罩，因爲(wèi)這種材料的表面阻抗很低。 塗層類型 由於發(fā)泡塑膠易成形，並具有價(jià)廉、重量小、便於安裝、抗腐蝕、外觀好等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用日益增加。如果能提供有效的RFI/EMI遮罩，則用途將更廣泛。通常的方法是，在塑膠基底上增加一個(gè)導(dǎo)電塗層。就象將塑膠機(jī)箱放入金屬機(jī)箱一樣。,p 8,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,用於導(dǎo)電塗層的主要材料有銀、岣和鎳。銀是一種高導(dǎo)電性材料，但還應(yīng)考慮價(jià)格是否合適。然而，當(dāng)用作塗料填充物時(shí)，它具有50至80dB衰減或遮罩效能，但還取決於頻率，見圖2.

11、3。銀常用於軍用設(shè)備，特別是需要防護(hù)EMP（電磁脈衝）的設(shè)備。,圖2.3屏蔽效能數(shù)據(jù),p 9,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,銅的導(dǎo)電性接近銀，但價(jià)格低廉。然而，銅易於氧化而使遮罩效能受到損失，在一般環(huán)境條件下，它了不穩(wěn)定。近來鎳已成爲(wèi)主要的研製物件。它不同於銅或銀那樣的良導(dǎo)體，但由於它存在導(dǎo)磁性，能吸收較多的EMI。它還具有抗腐蝕的性質(zhì)，而且成本較低。鋅在火焰噴塗中用作主要媒質(zhì)，具有遮罩和抗腐蝕性質(zhì)，但它用作導(dǎo)電塗層並不多見，而且市場進(jìn)展也較慢。由於石墨僅能提供20dB衰減，而且主要用於敏感積體電路的靜電防護(hù)，所以一般也不同作導(dǎo)電塗層,（1）導(dǎo)電漆 迄今

12、爲(wèi)止，成功的導(dǎo)電漆都基於聚丙烯、聚氨脂、乙烯樹脂或環(huán)氧樹脂等襯底。導(dǎo)電漆都有適用期，而更重要的還有貯存期，後者典型的爲(wèi)6至12個(gè)月。所有這些漆都對(duì)塑膠基底存在腐蝕作用，所以導(dǎo)電漆能穿透塑膠並固定在孔縫中。九十年代的現(xiàn)代導(dǎo)電漆都有不同程度的膠粘性質(zhì)，而以前由於缺乏膠粘性，經(jīng)常産生導(dǎo)電漆剝落，甚至將印製板導(dǎo)電路徑短路，而不完善的遮罩所留下的縫隙將起縫隙天線的作用。 所有基底表面應(yīng)仔細(xì)清潔，清除油脂或其他污漬，輕度擦傷也將影響粘附力。銀漆 銀漆能用在陶瓷或更一般的塑膠基底上，甚至可用於木質(zhì)表面上，它有良好的抗磨損特性和可焊接性。銀乙烯基是典型的簡單組合系統(tǒng)，它在環(huán)境溫度中約20min便可乾燥，再過2

13、0或30min，便可進(jìn)行下一次塗敷，直到20h以後，化學(xué)反應(yīng)完成之前，尚未達(dá)到最大的導(dǎo)電率。銀乙烯基的表面電阻率可達(dá)到約0.01/而乾燥膜厚度爲(wèi)0.025mm，每升銀漆可提供理論覆蓋面積爲(wèi)8.5m2。實(shí)際上，由於過噴，約10%銀漆被浪費(fèi)。 銀聚胺脂塗層，通常是兩部分組成的系統(tǒng)，其重量的55%左右爲(wèi)純金屬銀薄片或球，對(duì)於所有導(dǎo)電漆，通常採用的噴槍的壓力爲(wèi)610和3555磅/平方英寸。壓力設(shè)備中，空氣攪拌器是防止銀顆粒沈澱的重要設(shè)備。,p 10,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,鎳漆 鎳通常與聚丙烯組成鎳漆，理想情況下以ABS、聚苯乙烯、聚碳酸酯爲(wèi)襯底。在噴塗之

14、前，對(duì)人造橡膠複蓋的表面和玻璃加強(qiáng)的塑膠應(yīng)當(dāng)輕輕研麻。對(duì)於聚丙烯成分，在20條件下的乾燥時(shí)間爲(wèi)30min，若需第二次噴塗則還需進(jìn)一步乾燥30min後進(jìn)行。經(jīng)過120h後達(dá)到完全導(dǎo)電，獲得表面電阻率優(yōu)於1.5/。通常，乾燥薄膜厚度規(guī)定爲(wèi)0.050mm,所以噴漆室內(nèi)應(yīng)設(shè)厚度精確測(cè)量設(shè)備；如果噴得太厚，則費(fèi)用太高，噴得太薄，則達(dá)不到足夠的遮罩性能。在襯底的轉(zhuǎn)角處噴漆承包商瞭解有關(guān)厚度的規(guī)定，以及確定不同厚度的位置都很重要的。 如果襯底用聚丙烯，而且設(shè)計(jì)成比規(guī)定值更薄，可用作更靈敏的熱塑性料襯底。聚氨酯適用于複蓋熱固化和聚合物交聯(lián)塑膠，如複蓋人造橡膠海棉，Noryl和GRP。聚氨酯漆做襯底再塗敷顔料、

15、固化劑和稀料的混合物，典型的混合比是6：1：1，而且必須達(dá)到一定的精確度，如果能産生全部化學(xué)反應(yīng)，則最終的乾燥膜就具有應(yīng)有的全部性質(zhì)。乾燥膜中鎳粉的重量至少占80%，才能得到最佳遮罩；金屬顆粒遠(yuǎn)多於84%時(shí)，將使膠粘性和襯底的機(jī)械性質(zhì)變差。 當(dāng)不知道是那一種漆時(shí)，可取少量漆塗敷基底的一個(gè)小的試驗(yàn)面積，並檢驗(yàn)它在環(huán)境應(yīng)力下的破碎情況。銅漆 爲(wèi)開發(fā)有效的銅填充導(dǎo)電塗層進(jìn)行了各種試驗(yàn)，但由於腐蝕而得不到廣泛使用。要克服這個(gè)問題，只能在銅膜表面加上一層不同導(dǎo)電材料的保護(hù)層，但結(jié)果在另一種工作條件下將更容易失效。,p 11,正大光明 公正無私 幫助別人 成就自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,底漆 導(dǎo)電

16、漆的性質(zhì)一般都與基底材料不相容，特別是在膠的物質(zhì)中更是這樣，所以要用專門的底漆。底漆將與塑膠基底膠粘在一起，而漆的化學(xué)連接本身將轉(zhuǎn)化爲(wèi)層間或與底漆的連接。底漆也用於當(dāng)所選導(dǎo)電漆與基底化學(xué)不相容的情況中。導(dǎo)電環(huán)氧樹脂 前面關(guān)於導(dǎo)電漆的討論，主要集中在塗層的塑膠基底上，但有時(shí)卻令人信服的將導(dǎo)電漆用於金屬表面。通常，該體系是基於聚丙烯、聚氨酯、乙烯基等，當(dāng)應(yīng)用于金屬時(shí)，它們並不顯示出良好的膠粘性。解決的方法是採用粘稠環(huán)氧系列材料，它能攙入鎳或銀。 金屬表面進(jìn)行導(dǎo)電塗敷，可以改進(jìn)它們的電化學(xué)腐蝕性質(zhì)，特別是相應(yīng)的導(dǎo)電襯墊與金屬接觸時(shí)。另一方面，金屬可以要求裝飾性塗敷，但通常的電絕緣塗層應(yīng)當(dāng)從襯墊和應(yīng)遮

17、罩區(qū)域的接觸面除掉，更容易的辦法是對(duì)與同樣材料進(jìn)行整個(gè)金屬加工後，塗敷導(dǎo)電漆進(jìn)一步應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)帶有鎳或銀薄層的基體金屬或合金的遮罩特性，此填充物通常用於環(huán)氧樹脂系列。特別是當(dāng)用於鋁部件時(shí)，鎳顯著改進(jìn)表面電導(dǎo)率，聚乙二烯氟化物和玻璃增強(qiáng)尼龍風(fēng)扇葉片實(shí)際上不能用聚丙烯、聚氨酯或乙烯基油漆系列和導(dǎo)電環(huán)氧系列和導(dǎo)電環(huán)氧系列塗敷。 鎳環(huán)氧漆通常由三個(gè)系列組成，即襯底、較薄和較硬三類，當(dāng)全部處理完畢後，能得到0.025mm厚乾燥膜優(yōu)於5/的表面電阻率和40至50dB遮罩效能。這種漆能提供極好的衝擊阻尼和良好的膠粘性，特別是與低碳鋼、鋁、鉻酸鋁有很好的粘著力,p 12,正大光明 公正無私 幫助別人 成就

18、自己,EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南,鎳塗層填充物 導(dǎo)電漆如此方便，如果成本能進(jìn)一步降低，則它將擁有一個(gè)很大的市場，鎳可用于塗敷各種價(jià)廉的顆粒材料，它具有鎳的表面性質(zhì)，而同時(shí)具有基底材料的某些性質(zhì)。鎳塗敷的所有材料中，石墨是具有最大潛力的一種。它機(jī)械性能好，化學(xué)穩(wěn)定，而且固有導(dǎo)電性，也較便宜，比重低等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)果是塗敷的顆粒具有比純鎳更低的密度，進(jìn)一步降低了成本。 實(shí)際上，塗敷於石墨上的鎳的總量或市場上買得到的塗鎳顆粒所具有的鎳的重量約占總重量的2585%。因爲(wèi)兩種材料的密度不同，需要塗敷足夠的鎳，達(dá)到完全複蓋石墨。然而，實(shí)際上並沒有完全複蓋，只能有部分顆粒被複蓋，例如25%鎳一石墨顆粒。這種顆粒能用來生産石墨和純鎳之間具有遮罩性質(zhì)