Theorie und Anwendungen der EMI-Abschirmung

Theorie und Anwendungen der EMI-Abschirmung

Eine klare Geschichte über Abschirmung in verschiedenen Anwendungen

Einführung

Heutzutage ist jedes Unternehmen in der Elektronikbranche mit CE / EMI-Anforderungen konfrontiert. Die Verwendung elektronischer Geräte nimmt zu, ebenso wie die Einwirkung eines breiten Frequenzbereichs. Strahlung und Immunität müssen in frühen Stadien der Entwicklung neuer Produkte berücksichtigt werden. In vielen Fällen können EMI-Probleme nicht allein auf der Leiterplattenebene gelöst werden. Stattdessen müssen Gehäuse und Kabel ebenfalls abgeschirmt werden.

Gesetzliche Anforderungen und andere Gründe für die Anwendung der Abschirmung

Die Abschirmung ist eine schnelle Methode, um die gesetzlichen Anforderungen von Organisationen wie CE oder FCC zu erfüllen oder um elektromagnetische Interferenzen zu vermeiden. Unsere Abschirmlösungen sind kostengünstig, da sie keine zeitaufwändige Entwicklung erfordern, bevor Sie die EMI-Anforderungen erfüllen können. Die Abschirmung wird normalerweise in Gehäusen verwendet, um die darin befindlichen elektrischen Geräte von äußeren Einflüssen zu trennen, und für Kabel, um die Kabel von der Umgebung zu trennen, durch die das Kabel verläuft. Wenn ein Unternehmen eine schnelle Markteinführung eines Produkts beabsichtigt, die Emissionen jedoch die vorgeschriebenen Grenzwerte überschreiten, sind einfach anzuwendende Abschirmungen eine häufig verwendete Lösung. Abschirmungen können für Geräte mit hohen Strahlungs- oder Empfindlichkeitsstufen oder für Produkte verwendet werden, bei denen diese Werte nicht bekannt sind, wie z. B. modulare Gehäuse. Abschirmungen werden bei empfindlichen Messungen verwendet, die auch durch Umgebungsfelder beeinflusst werden können. Die Abschirmung ist offensichtlich ein weit verbreitetes Phänomen und die Notwendigkeit, in der Elektronikindustrie die heutigen Emissionsstandards einzuhalten.

Aspekte, die bei der Gestaltung geschirmter Gehäuse zu berücksichtigen sind

Materialien und Korrosion

Die billigsten Materialien für die elektromagnetische Abschirmung sind verzinkter Stahl und Aluminium. Heute werden schätzungsweise 90% aller Gehäuse und Gehäuse aus diesen Materialien hergestellt. Aus diesem Grund haben wir ein spezielles Material entwickelt, 6800 Amucor Shield . Amucor ist sowohl mit verzinktem Stahl als auch mit Aluminium kompatibel. Wenn das Material in einer korrosiven Atmosphäre verwendet wird, ist es besser zu verhindern, dass es mit Edelstahl, Messing oder einer Aluminiumchromatschicht (Alocrom 1200) in Kontakt kommt.

Korrosionsschutz ist sehr wichtig für Anwendungen in der Nähe von Meer (aufgrund von Salz) und für Außenanwendungen. Es ist auch wichtig, dass das Dichtungsmaterial mit dem Material der verwendeten Struktur / des Gehäuses kompatibel ist. Für kostenlose Beratung und direkten Support rufen Sie die folgende Nummer an: +31 (0) 78 - 204 90 00 oder E-Mail [email protected] .

Dicke des Gehäusematerials

Eine Dicke von 0,1 mm sollte ausreichen, um Frequenzen oberhalb von 1 MHz effizient abzuschirmen. Bei niedrigeren Frequenzen wie 30 kHz und darunter müssen Materialien mit einer guten magnetischen Leitfähigkeit (sowie einer elektrischen Leitfähigkeit bei Wirbelströmen) verwendet werden, und es kann ein dickeres Material erforderlich sein.

Ein EMP-Militärbunker besteht beispielsweise aus 6 mm dickem Material. Diese Bunker schirmen Frequenzen von 10 kHz mit einer Dämpfung von 80 dB ab. Wenn eine Abschirmung gegen Frequenzen um 50 Hz erforderlich ist, um die Einflüsse eines Transformators zu begrenzen (was Gesundheitsrisiken verursachen oder das Betriebssystem von Maschinen beeinflussen kann), sollte die Verwendung dichter Metallschichten und eines speziellen Materials namens Mu-ferro in Betracht gezogen werden (siehe Magnetische Abschirmung) ). Weitere Informationen zur Abschirmung von Gehäusen finden Sie unter https://www.faradaycages.com .

Verhindern Sie das Öffnen von Gehäusen

Insbesondere bei Frequenzen über 5 kHz ist es wichtig, Lücken im Gehäuse zu vermeiden. Hohe Frequenzen im Bereich zwischen 100 MHz und 40 GHz sind sehr empfindlich gegenüber kleinen Gehäuselücken. Je höher die Frequenz, desto mehr Aufmerksamkeit sollte auf Löcher und Lücken in der Abschirmung gerichtet werden. Hier kommen weiche und flexible Dichtungen ins Spiel. Die Dichtung sollte nicht nur eine hohe Leitfähigkeit bieten, sondern auch einen kontinuierlichen elektrischen Kontakt mit dem Gehäuse in Verbindung mit einer geringen Druckkraft herstellen.

Abstand zwischen Halterungen, Scharnieren und Schlössern

Wir haben spezielle elastische Dichtungen wie Ultra Soft Shield und V-förmige Dichtungen entwickelt . Diese Dichtungen verhindern ein Verbiegen zwischen den Befestigungspunkten und in der Nähe der Scharniere. Sie sind eine kostengünstige Lösung, da keine grundlegenden Änderungen am Gehäuse vorgenommen werden müssen und keine zusätzlichen Befestigungselemente erforderlich sind.

Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, welche Art von Dichtung für Ihre Anwendung geeignet ist, erhalten unsere Spezialisten gerne eine Zeichnung (vorzugsweise einschließlich Abmessungen, benötigter Menge, Material des Gehäuses und Angabe der Steifigkeit des Gehäusematerials). Wir verfügen über umfassende Erfahrung mit allen Arten von Abschirmanwendungen und sehen täglich mehr als 50 Designs. Unsere Spezialisten können Ihnen bei der Auswahl des richtigen Dichtungstyps für jede Anwendung helfen. Die Beratung ist kostenlos.

Wir können unsere Dichtungen in jeder gewünschten Menge herstellen, egal ob es sich um eine oder tausend Dichtungen handelt. Alle Dichtungen können nach Ihren Vorgaben gefertigt werden.

Sie können Ihre Zeichnung per Fax (+31 (0) 78 - 204 90 00) oder per E-Mail an [email protected] senden .

Galvanische Korrosion

Die leitfähige Schicht auf der Außenseite der Dichtung muss sich im gleichen galvanischen Bereich wie die Baumaterialien befinden, um eine galvanische Korrosion zu verhindern, die die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Struktur beeinträchtigen würde. Dies würde die Abschirmleistung verringern. Häufig verwendete Kriterien: nicht mehr als 0,3 Volt für raue Umgebungen (Salzsprühnebel / Witterung) und nicht mehr als 0,5 Volt für gutartige Umgebungen (Innenbereich, nur salzfreie Kondensation).

Um eine Kontaktfläche innerhalb des gleichen galvanischen Bereichs wie die leitfähige Abdeckung der Dichtungen zu erhalten, kann ein leitfähiges Band mit leitfähigem Selbstklebemittel auf der Rückseite angebracht werden. Wenn das Gehäuse lackiert werden soll, kann das Band mit einem etwas kleineren Klebeband versehen werden (die Farbe bedeckt das leitfähige Band an den Rändern, was die Haftung und die Korrosionsbeständigkeit verbessert) (Abb. 1).

Eine weitere Möglichkeit, galvanische Korrosion zu vermeiden, besteht darin, zu verhindern, dass korrosive Umwelteinflüsse die EMI-Abschirmdichtung erreichen, beispielsweise durch eine Dichtung, die eine Wasserabdichtung mit einer EMI-Abschirmung kombiniert (Abb. 2).

Einige Hersteller von EMI-Abschirmdichtungen verwenden an der Außenseite der Dichtung Schichten, die Kohlenstoff enthalten, um Korrosion zu verhindern. Leider sind diese kohlenstoffgeschichteten Dichtungen mit vielen häufig verwendeten Baumaterialien nicht galvanisch kompatibel, was zu Korrosion an den Kontaktflächen der Konstruktion führt. EMI-Abschirmungen mit einer leitfähigen Schicht aus verstärkter Amucor®-Folie sind dagegen kompatibel mit Materialien wie verzinktem Stahl und Aluminium und verhindern somit die galvanische Korrosion.

EMI und Frequenzen

Elektromagnetische Interferenzen können durch Strahlung und / oder Leitung übertragen werden. Die Leitung spielt bei Frequenzen unter 30 MHz eine wichtige Rolle. Um unerwünschte Einflüsse durch niedrigere Frequenzen zu vermeiden, müssen Kabel und Gehäuse mit magnetisch leitenden Materialien abgeschirmt werden. Je niedriger die Frequenz, desto dicker muss die Abschirmung sein.

Für hohe Frequenzen (HF-Abschirmung> 40 MHz) reicht nur eine sehr dünne Schicht aus hochleitfähigem Material.

Verwenden Sie Dichtungen, um Lücken zu vermeiden

Je höher die Frequenz, desto kürzer ist die Wellenlänge. Dies führt zu einer Verringerung der tolerierbaren Spaltabmessungen, wenn die Frequenzen zunehmen. Mit anderen Worten: Türen, Paneele und andere Teile müssen allseitig (ohne Lücken) elektrisch verbunden werden. Dies erreichen Sie am einfachsten mit unseren hochleitfähigen EMI-Abschirmdichtungen . Die meisten dieser Dichtungen sind für eine einfache Montage selbstklebend.

Bei der Auswahl der geeigneten Dichtung müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden:

• Steifheit der Konstruktion
• Abstand zwischen den Befestigungen
• verwendete Baumaterialien
• ob die Konstruktion häufig geöffnet und geschlossen werden muss - feste Anwendung vs. Anwendung mit Scharnieren

Die Steifigkeit der Dichtung hängt von der Steifigkeit der Konstruktion und dem Abstand zwischen den Befestigungen ab. Wenn die Dichtung zu steif ist, wird eine Tür, ein Deckel oder eine Platte durchgebogen, wodurch Lücken entstehen, anstatt sie zu verhindern (Abb. 3). Speziell für Türen wurden verschiedene Arten von Dichtungen entwickelt, die einen sehr großen Kompressionsbereich mit geringer Schließkraft und hoher Leitfähigkeit kombinieren. Diese Dichtungen können in den meisten Situationen verwendet werden, ohne dass die Konstruktion geändert werden muss. Das folgende Dichtungsauswahldiagramm kann hilfreich sein, um das geeignete Dichtungsmaterial zu bestimmen.

Abschirmung von Türen und Deckeln

Für die Abschirmung von Türen und Deckeln ist es wichtig, eine Dichtung mit der richtigen Elastizität zu verwenden. Wenn die Dichtung zu starr ist, kann sich der Deckel oder die Tür verziehen, was zu kleinen Lücken führt, die dazu führen, dass das Gehäuse seine Fähigkeit verliert, sich vor höheren Frequenzen abzuschirmen. Ein einwandfreier Kontakt zwischen der Tür (und anderen Öffnungen) und dem Rest des Gehäuses ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Abschirmungsintegrität für höhere Frequenzen.

Nachfolgend einige Beispiele für Konstruktionen mit EMI-Dichtungen. Jede Konstruktion erfordert die richtige Art von EMI-Dichtung.

Displays / Windows-Abschirmung

Nicht nur Verbindungen zwischen Bauteilen, sondern auch Displays und Lüftungsblenden müssen abgeschirmt werden. Die Displays können mit einer gesputterten transparenten leitfähigen Beschichtung für die HF-Abschirmung (> 30 MHz, Abb. 4) oder mit einem feinen Metalldrahtgeflecht für eine hochwertige Niederfrequenz-Abschirmung versehen werden (Abb. 5). Die transparente leitfähige Beschichtung wird auf Folie (leicht zu biegen und auf ein Fenster zu kleben), Glas (Standardfenster) oder anderen Materialien (für Hochleistungszwecke) geliefert. Klicken Sie hier, um weitere Fenster und Anzeigen, einschließlich Fenster mit Drahtgitter, anzuzeigen . Wenn Sie bereits vorhandene Displays / Fenster haben und diese mit einer gesputterten leitfähigen Schicht beschichten möchten, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf. Wir werden die Möglichkeiten prüfen.

Die Abschirmung der Anzeigen muss Kontakt mit der Abschirmung des Gehäuses haben, um eine optimale Dämpfung zu gewährleisten. Dies kann mittels einer Dichtung oder einem Metallband mit leitfähiger Selbstklebung erfolgen.

Abschirmung für Lüftungsöffnungen

Lüftungsbleche sind normalerweise mit Aluminium- Honeycomb-Lüftungsöffnungen abgeschirmt. Diese bieten eine hervorragende Abschirmleistung bei minimalem Luftstromverlust. Die beste Abschirmung wird mit sogenannten Cross-Cell-Wabenlüftern erreicht. Diese Lüftungsöffnungen bestehen aus zwei oder mehr Schichten von Aluminiumwaben, die um 90 ° gedreht sind (Abb. 6). Waben werden normalerweise mit einem starren Aluminiumrahmen und einer Dichtung von 2-5 mm geliefert, um einen optimalen Kontakt mit der Konstruktion zu gewährleisten.

Kabelschirmung

Um eine Abstrahlung durch Strom- und Signalkabel zu verhindern, müssen diese abgeschirmt oder gefiltert werden. Die Abschirmung kann durch Abdecken der Kabel mit Abschirmrohren oder durch Umwickeln leitfähiger Materialien gewährleistet werden. Ein fertig konfektioniertes abgeschirmtes Kabel würde auch ausreichen. Ein Abschirmrohr besteht aus einem geflochtenen Metalldraht, durch den ein Kabel oder ein Kabelbündel gezogen werden kann, um sie abzuschirmen. Ein Wickelschild ist ein gestricktes Metalldrahtband, das um ein Kabel oder ein Kabelbündel gewickelt ist. Es ist einfacher, mit der Umwickelmethode Seitenzweige herzustellen als mit Abschirmrohren. Klicken Sie hier, um eine Übersicht aller Kabelabschirmlösungen zu erhalten.

Die Kabelschirmung muss immer ordnungsgemäß mit der Abschirmung des Gehäuses verbunden sein; Andernfalls ist die Dämpfung geringer und möglicherweise sogar unzureichend. Für schwere und militärische Anwendungen stehen abgeschirmte Kabelverschraubungen und speziell entwickelte Kabeleinführungssysteme zur Verfügung. Wir haben zwei verschiedene Kabeleinführungsschirme entwickelt, von denen einer aus zwei gesäumten EMI-Dichtungen an der Ober- und Unterseite eines Schlitzes ( 4910 - Kabeleinführungsschirm ) besteht, und der andere besteht aus einer Kontaktplatte, die vor einem Schlitz mit Löchern montiert werden soll zum Durchführen von Kabeln ( 4930 - Hochleistungs-Kabeleinführungsschirm ). Der Hochleistungs-Kontaktplatten-Eingangsschild kann gas- und wasserdicht gemacht werden. Das Plattensystem weist eine höhere Leistung auf, aber mit dem Fransensystem können Kabel später leichter hinzugefügt werden.

Bitte beachten Sie, dass Kabel ohne Schirmmantel auch außerhalb des geschirmten Gehäuses abgeschirmt werden müssen, damit sie nicht wie Antennen wirken. Ein derartiges Leck in der EMI-Abschirmung kann durch die Installation eines Netz- oder Signalleitungsfilters oder, wenn Sie mit kürzeren Kabeln arbeiten, die zu einem anderen abgeschirmten Gehäuse führen, durch eine Wrap-Abschirmung oder ein Abschirmrohr verhindert werden.

Steckerabschirmung

Was oben über Kabel gesagt wurde, gilt auch für Steckverbinder. Sie müssen außerdem abgeschirmt oder gefiltert sein und leitenden Kontakt zum Gehäuse haben. Anschlussdichtungen können solche Verbindungen problemlos bereitstellen. Sie bestehen aus einem 1 mm starken Stanzmaterial, das nach Kundenwunsch einfach und mit geringen zusätzlichen Werkzeugkosten hergestellt werden kann (Abb. 8). Standardgrößen sind ebenfalls verfügbar.

Schirmung auf Leiterplattenebene

Entstörende Teile können in eine gefaltete Abschirmbox oder Umhüllung (Abb. 9) aus Mu-Kupfer-Abschirmfolie mit innenliegender Isolationsschicht oder mit Kunststoffstiften verpackt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden (Abb. 9). Eine Alternative für die gefaltete Abschirmbox oder Hülle ist ein fertiges Gehäuse (siehe EMI-Abschirmgehäuse der Serie 1900 ).

Die Abschirmung von Leiterplatten und die Abschirmung einzelner Komponenten kann auch durch Löten von vertikal angeordneten Metallstreifen (z. B. Mu-Kupfer oder Mu-ferro) auf der Leiterplatte erzielt werden, um Fächer zu schaffen. Diese Fächer werden durch Hinzufügen eines Deckels aus flexibler gestanzter Abschirmfolie oder durch Anpressen einer weichen, leitfähigen Schaumstofffolie gegen die Streifen geschlossen (Abb. 10/11). Diese Option ermöglicht die Abschirmung vieler Fächer mit nur einer Abdeckung.

Wenn die Strahlungsquelle oder die EMI-empfindliche Komponente bekannt ist, kann eine Abschirmung für die spezifische Komponente (n) angewendet werden. Die beste Art der Abschirmung an der Quelle besteht darin, nur den störenden Teil oder den empfindlichen Teil der Leiterplatte mit unserem speziell entwickelten Leiterplatten-Abschirmsystem der Serie 1500 abzuschirmen.

Abschirmung eines kompletten Raumes / Raumes

Für einige Anwendungen ist es wünschenswert, einen ganzen Raum durch Abdecken der Wände mit Metallfolie wie Mu-Kupferfolie abzuschirmen, z. B. in medizinischen und militärischen Anwendungen und in Räumen, in denen sehr empfindliche Messungen durchgeführt werden sollen. Die Technik kann sogar in der forensischen Wissenschaft angewendet werden, zum Beispiel, wenn ein Gerät vollständig daran gehindert werden muss, während der Untersuchung mit der Außenwelt zu kommunizieren.

IP-Bewertungen

Für viele Anwendungen ist eine IP-Bewertung erforderlich. Die Frage ist jedoch: Welches IP-Rating? Damit Sie herausfinden können, welche IP-Bewertung Sie für das gewünschte Ergebnis benötigen, haben wir alle IP-Bewertungen in einer klaren Tabelle zusammengestellt. Gehen Sie zur IP-Bewertungstabelle .

Taktraten erhöhen

Elektromagnetische Interferenzen (EMI) treten aufgrund höherer Taktraten in heutigen PCs und Workstations immer häufiger auf.
Dies hat die Aufsichtsbehörden dazu gezwungen, der elektromagnetischen Strahlung, die von PCs und anderen elektronischen Geräten erzeugt wird, die Uhren verwenden und Emissionen erzeugen, Grenzen zu setzen.

Elektromagnetische Interferenzanalyse

Nahezu jeder elektrische Übergang mit scharfen Kanten wie Uhren, Daten, Adresse und Steuerung erzeugt elektromagnetische Strahlung. Mit steigenden Leistungsanforderungen haben auch die Taktraten zugenommen. Die Übergangskante oder, in technischer Hinsicht, die Anstiegsgeschwindigkeit, wurde immer schneller, da es schwieriger wurde, die Zeit für das Einrichten und Halten einzuhalten.

Uhren werden nicht mehr nur einem oder zwei Geräten auf Leiterplatten zugeführt. Sie werden vielmehr über die gesamte Leiterplatte verteilt. Außerdem haben erhöhte Speicheranforderungen und andere Lasten auf den Taktleitungen wesentlich zur elektromagnetischen Strahlung beigetragen.
Abschirmung ist die am weitesten verbreitete Methode, um die EMI zu reduzieren.