Понимание защиты от электромагнитных помех: ее значение в проектировании

Что такое экранирование от электромагнитных помех? 

 

Защита от электромагнитных помех предполагает использование особых производственных процессов и материалов в электронных устройствах и оборудовании для защиты сигналов от внешних электромагнитных помех и предотвращения нарушения работы близлежащих компонентов создаваемыми сигналами.

 

Почему важно экранирование от электромагнитных помех?

 

Электромагнитные помехи (ЭМП) представляют угрозу для широкого спектра критически важных электронных устройств, систем и приложений, от медицинского и военного оборудования до систем общественного транспорта и промышленных средств управления. Это вмешательство, вызванное как природными явлениями, так и искусственными источниками, может привести к временным сбоям в работе, потере данных, системным сбоям, а в тяжелых случаях даже к летальному исходу.

 

Понимание источников электромагнитных помех и их влияния имеет решающее значение для инженеров и дизайнеров. Очень важно понимать, как электромагнитная энергия (ЭМЕ) в рабочей среде может вызывать помехи. Роль экрана EMI заключается в смягчении этих помех, особенно в радиочастотном (РЧ) спектре, который простирается от 3 кГц до 300 ГГц. Радиочастотные волны имеют основополагающее значение для радиотехнологий, но также могут нарушать беспроводную связь, передавая мешающие сигналы. Без надлежащего защиты от электромагнитных помех конструкции могут не обеспечить необходимую защиту от этих электромагнитных полей, что ставит под угрозу надежность и безопасность устройств.

 

Источники электромагнитных помех

 

Системы железных дорог и общественного транспорта подвержены электромагнитным помехам (ЭМП) из-за нескольких источников, специфичных для конкретного применения, в том числе:

 

• Выбросы от систем управления и движения поездов
• Переключение высоковольтных контактов
• Контакт с башмаками третьего рельса
• Системы поездной сигнализации и управления

 

Медицинское оборудование также уязвимо к электромагнитным помехам (ЭМП), потенциальные источники которых присущи только здравоохранению, например:

 

• Электрические и электронные устройства, используемые в хирургических отделениях
• Оборудование жизнеобеспечения, включая аппараты искусственной вентиляции легких и инфузионные насосы
• Инструменты для наблюдения и помощи пациентам
• Диагностическое и терапевтическое рентгеновское оборудование

 

Военные активы и критически важная инфраструктура подвергаются угрозам электромагнитных помех (EMI), которые включают, помимо прочего, преднамеренные электромагнитные помехи (IEMI), часто называемые «электронной войной», и другие конкретные угрозы, такие как:<p >

 

• Высотный ядерный электромагнитный импульс (ВЯЭМП)
• СВЧ-оружие большой мощности
• Электромагнитные бомбы (электронные бомбы)
• Электромагнитные импульсные (ЭМИ) пушки

 

Хотя некоторые угрозы электромагнитных помех (EMI), такие как высотные ядерные электромагнитные импульсы или электромагнитные бомбы, могут показаться экстремальными, инженерам крайне важно оценить все потенциальные риски EMI. Эта комплексная оценка обеспечивает интеграцию подходящих мер защиты в конструкции прокладок для защиты от широкого спектра угроз электромагнитных помех.

 

Прокладки для защиты от электромагнитных помех

 

ЭМИ-экранирующие прокладки защищают электронику от электромагнитных помех и традиционно изготавливаются из металлических листов, таких как алюминий, медь и сталь, и имеют форму, подходящую для электронных корпусов. Несмотря на свою эффективность, эти металлы могут деформироваться под давлением уплотнения, потенциально ставя под угрозу экран.

 

Текущие достижения в области защиты от электромагнитных помех включают гибкие металлические экраны, провода, пенопласт и покрытия из металлических чернил для внутренней части электронных корпусов. Среди них выделяется силикон, наполненный частицами, сочетающий в себе электрические преимущества металла с гибкостью силиконовой резины. Такое сочетание особенно ценно для проектировщиков, решающих разнообразные задачи по герметизации и изоляции.

 

Например, в сенсорных экранах повышенной прочности часто используются прокладки электромагнитных помех на основе силикона, наполненные металлическими частицами. Эти прокладки не только снижают уровень электромагнитных помех и обеспечивают проводимость, но также защищают от экстремальных условий окружающей среды, не ухудшая функциональность сенсорного экрана и его долговечность при механических ударах. Стоимость и простота изготовления являются решающими факторами для разработчиков прокладок в различных отраслях.

 

Проводящие силиконы

 

Силиконовые прокладки, наполненные частицами, являются решением для требовательных применений, но важно оценить, соответствуют ли эти проводящие эластомеры всем требованиям вашего проекта. Вопросы об их экономической эффективности и технологичности возникают, учитывая компромиссы, которые могут возникнуть при включении большого объема металлических частиц. К ним относятся потенциальная твердость или хрупкость, ограничения на размеры деталей из-за размеров пресс-формы и проблемы с толщиной материала для изящных электронных конструкций. Исторически сложилось так, что стоимость силиконов, наполненных частицами, особенно тех, которые используют серебро-алюминий в качестве наполнителя, также была сдерживающий фактор, особенно когда цены на серебро резко выросли.

 

Несмотря на прежний скептицизм по поводу их удобства использования, достижения сделали силиконы, наполненные частицами, более привлекательными. Военная спецификация MIL-DTL-83528 подчеркнула важность серебра и алюминия для защиты от электромагнитных помех, но рост стоимости серебра побудил к поиску альтернатив. Теперь у дизайнеров есть доступ к менее дорогим вариантам, таким как серебро-медь, серебро-стекло и, в частности, никель-графитовые силиконы. Эти никель-графитовые варианты, экономичные и соответствующие требованиям к экранированию MIL-DTL-83528, предлагают жизнеспособное решение для достижения надежной защиты от электромагнитных помех без завышенной цены на эластомеры на основе серебра.

 

Материалы EMI

 

Последние достижения в области силиконовых компаундов позволили эластомерам, наполненным частицами, соответствовать строгим требованиям по экранированию электромагнитных помех и одновременно соответствовать другим критериям проекта. Например, никель-графитовые силиконы теперь предлагаются с различными уровнями мягкости — твердостью 30, 40 и 45 (по Шору А), что делает их пригодными для прокладок корпусов. Для сред, требующих устойчивости к топливу и химикатам, надежным решением являются эластомеры на основе фторсиликона с более высокой твердостью, доступные в твердости 50, 60 и 80.

 

Эти современные материалы содержат достаточное количество металлических наполнителей для обеспечения эффективной защиты от электромагнитных помех и электропроводности, обеспечивая надежность и экономичность производственных процессов. Силиконы, наполненные частицами, сохраняют свою форму во время резки, обеспечивая правильное совмещение отверстий соединителей и повышая сопротивление разрыву, что является важной характеристикой для прокладок с тонкими стенками. Дизайнеры могут выбрать версии с клейкой основой для более простой установки. В тех случаях, когда требуется проводимость по оси Z, эти силиконы хорошо сочетаются с электропроводящими клеями, повышая эффективность экранирования.

 

Хотя никель-графитовые силиконы различной твердости отвечают различным требованиям, в некоторых случаях для обеспечения дополнительной прочности требуются армированные материалы. Варианты включают в себя эластомеры с твердостью 65, армированные сеткой с никелевым покрытием, а также версии с более низкой твердостью в сочетании со слоями проводящей ткани. Эти усиления повышают проводимость и прочность материала, предотвращая хрупкость и разрывы при производстве прокладок EMI.