Comprendere la schermatura EMI: il suo significato nella progettazione

Cos'è la schermatura EMI? 

 

La schermatura EMI prevede l'impiego di processi e materiali di produzione specifici in dispositivi e apparecchiature elettronici per salvaguardare i segnali dalle interferenze elettromagnetiche esterne e per evitare che i segnali prodotti causino interruzioni ai componenti vicini.

 

Perché è importante la schermatura EMI?

 

Le interferenze elettromagnetiche (EMI) rappresentano una minaccia per un'ampia gamma di dispositivi, sistemi e applicazioni elettronici critici, che vanno dalle apparecchiature mediche e militari ai sistemi di trasporto di massa e ai controlli industriali. Questa interferenza, derivante sia da fenomeni naturali che da fonti provocate dall'uomo, può portare a malfunzionamenti temporanei, perdita di dati, guasti del sistema e, in casi gravi, persino incidenti mortali.

 

Comprendere le origini delle interferenze elettromagnetiche e il relativo impatto è fondamentale per ingegneri e progettisti. È essenziale riconoscere in che modo l’energia elettromagnetica (EME) all’interno dell’ambiente operativo potrebbe causare interferenze. Il ruolo di uno schermo EMI è quello di mitigare queste interferenze, soprattutto nello spettro delle radiofrequenze (RF), che va da 3 kHz a 300 GHz. Le onde RF sono fondamentali per la tecnologia radio ma possono anche interrompere la comunicazione wireless trasmettendo segnali interferenti. Senza adeguate considerazioni sulla schermatura EMI, i progetti potrebbero non riuscire a fornire la protezione necessaria contro questi campi elettromagnetici, compromettendo l'affidabilità e la sicurezza dei dispositivi.

 

Fonti di EMI

 

I sistemi ferroviari e di trasporto pubblico sono sensibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI) dovute a diverse fonti specifiche dell'applicazione, tra cui:

 

• Emissioni provenienti dai sistemi di controllo e propulsione dei treni
• Commutazione di contatti ad alta tensione
• Contatto con i pattini della terza rotaia
• Sistemi di segnalamento e controllo dei treni

 

Le apparecchiature mediche sono anche vulnerabili alle interferenze elettromagnetiche (EMI), con potenziali fonti specifiche degli ambienti sanitari, come:

 

• Dispositivi elettrici ed elettronici utilizzati nei reparti chirurgici
• Macchine per il supporto vitale, inclusi ventilatori e pompe per infusione
• Attrezzatura per il monitoraggio e l'assistenza del paziente
• Apparecchiature radiologiche diagnostiche e terapeutiche

 

Le risorse militari e le infrastrutture critiche sono esposte a minacce di interferenze elettromagnetiche (EMI) che includono, ma non sono limitate a, EMI intenzionali (IEMI), spesso definite "guerra elettronica" e altre minacce specifiche come:<p >

 

• Impulso elettromagnetico nucleare ad alta quota (HNEMP)
• Armi a microonde ad alta potenza
• Bombe elettromagnetiche (bombe elettroniche)
• Cannoni a impulsi elettromagnetici (EMP)

 

Sebbene alcune minacce legate alle interferenze elettromagnetiche (EMI), come gli impulsi elettromagnetici nucleari ad alta quota o le bombe elettromagnetiche, possano sembrare estreme, è fondamentale per gli ingegneri valutare tutti i potenziali rischi EMI. Questa valutazione completa garantisce l'integrazione di misure di protezione adeguate nei progetti delle guarnizioni per proteggerle da un ampio spettro di minacce EMI.

 

Guarnizioni di schermatura EMI

 

Le guarnizioni di schermatura EMI proteggono i componenti elettronici dalle interferenze elettromagnetiche, tradizionalmente realizzate con lamiere metalliche come alluminio, rame e acciaio, sagomate per adattarsi agli involucri elettronici. Sebbene efficaci, questi metalli possono deformarsi sotto le pressioni di tenuta, compromettendo potenzialmente la schermatura.

 

Gli attuali progressi nella schermatura EMI includono schermi metallici flessibili, fili, schiume e rivestimenti di inchiostro metallico per gli interni di custodie elettroniche. Tra questi spicca il silicone riempito con particelle, che unisce i vantaggi elettrici del metallo con la flessibilità della gomma siliconica. Questa combinazione è particolarmente preziosa per i progettisti che devono affrontare diversi compiti di sigillatura e isolamento.

 

Ad esempio, i touchscreen rinforzati spesso utilizzano guarnizioni EMI a base di silicone riempite con particelle metalliche. Queste guarnizioni non solo riducono le emissioni EMI e forniscono conduttività, ma sigillano anche contro condizioni ambientali estreme senza ostacolare la funzionalità del touchscreen o la durata contro gli shock meccanici. Il costo e la semplicità di fabbricazione sono considerazioni cruciali per i progettisti di guarnizioni in vari settori.

 

Siliconi conduttivi

 

Le guarnizioni in silicone riempite di particelle sono una soluzione per applicazioni impegnative, ma è essenziale valutare se questi elastomeri conduttivi sono in linea con tutti i requisiti del tuo progetto. Sorgono dubbi sulla loro convenienza e producibilità, considerando i compromessi che potrebbero derivare dall’incorporazione di un volume elevato di particelle metalliche. Questi includono la potenziale durezza o fragilità, i vincoli sulle dimensioni delle parti dovuti alle dimensioni dello stampo e le preoccupazioni sullo spessore del materiale per progetti elettronici eleganti. Storicamente, anche il costo dei siliconi riempiti con particelle, in particolare quelli che utilizzano argento-alluminio come riempitivo, era un fattore importante. deterrente, in particolare quando i prezzi dell'argento sono aumentati.

 

Nonostante lo scetticismo del passato sulla loro usabilità, i progressi hanno reso i siliconi riempiti con particelle più attraenti. La specifica militare MIL-DTL-83528 ha evidenziato l'importanza dell'argento-alluminio nella schermatura EMI, ma l'aumento del costo dell'argento ha spinto alla ricerca di alternative. Ora, i progettisti hanno accesso a opzioni meno costose come i siliconi argento-rame, argento-vetro e, in particolare, nichel-grafite. Queste opzioni in nichel-grafite, convenienti e conformi ai requisiti di schermatura MIL-DTL-83528, offrono una soluzione praticabile per ottenere una forte protezione EMI senza il prezzo elevato degli elastomeri a base di argento.

 

Materiali EMI

 

I recenti progressi nella mescola del silicone hanno reso gli elastomeri riempiti di particelle in grado di soddisfare i severi requisiti di schermatura EMI soddisfacendo al tempo stesso altri criteri di progetto. I siliconi al nichel-grafite, ad esempio, sono ora offerti con diversi livelli di morbidezza: durometro 30, 40 e 45 (Shore A), rendendoli adatti per le guarnizioni delle custodie. Per gli ambienti che richiedono resistenza a carburanti e sostanze chimiche, gli elastomeri a base di fluorosilicone con durezza più elevata, disponibili in durometri da 50, 60 e 80, forniscono una soluzione robusta.

 

Questi materiali moderni incorporano una quantità sufficiente di riempitivo metallico per garantire un'efficace schermatura EMI e conduttività elettrica, supportando processi di produzione affidabili ed economici. I siliconi riempiti di particelle mantengono la loro forma durante il taglio, garantendo il corretto allineamento dei fori dei connettori e migliorando la resistenza allo strappo, una caratteristica cruciale per le guarnizioni con pareti sottili. I progettisti possono optare per versioni con retro adesivo per un'installazione più semplice. Per le applicazioni che richiedono la conduttività dell'asse Z, questi siliconi funzionano bene con adesivi elettricamente conduttivi, aumentando l'efficacia della schermatura.

 

Mentre vari durometri di siliconi nichel-grafite soddisfano requisiti diversi, alcune applicazioni richiedono materiali rinforzati per una maggiore resistenza. Le opzioni includono elastomeri con durezza 65 rinforzati con rete rivestita in nichel e versioni con durezza inferiore abbinati a strati di tessuto conduttivo. Questi rinforzi migliorano la conduttività e la robustezza del materiale, prevenendo fragilità e lacerazioni nella produzione di guarnizioni EMI.