導入事例

電磁互換性(EMC)は、スマートフォンやタブレットから医療用ウェアラブルや産業ハンドヘルドに至るまで、現代のポータブル機器のための非交渉可能な要件です。 貧しいEMC性能は、製品リコール、コストリー設計、さらには安全危険につながることができます。 デバイスが縮小し、より高い処理能力をパックするにつれて、エンクロージャは、電磁干渉(EMI)に対する防衛の第一および最も効果的なラインになります。 この記事では、エンクロージャが直接エンクロージャ材料と実際の設計に影響を及ぼす方法について説明します。 設計者や設計者への影響、および設計者への影響、および設計者への影響を直接検討します。

ポータブルデバイスにおけるEMCの基礎

EMCは、【]の2つの側面で構成されます。 排出[(不要なエネルギーを放射またはデバイスから実行)および免疫(デバイスは、外部EMIの存在下で正しく機能する能力)。 ポータブルエレクトロニクスでは、FCCパート15(米国)と[FLT](FLT:[FLT:])および[FLT:[FLT:](FLT:[FLT:])]([FLT:])])]([FLT:[F])])])]([FLT:[FLT:[FLT:[F])])]([FLT:[FLT:[FLT:[FLT:])])](外部EMI:[FLT:[FLT:[F])](外部EMI])](外部EMI:[F]([F])]([FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[F])])](外部

ポータブルデバイス内のEMIの一般的なソースは次のとおりです。

  • 高速デジタルクロックとデータバス
  • 切換えの電力コンバーター(例えば、DC-DCのコンバーター)
  • 無線送信機(Wi-Fi、Bluetooth、携帯電話)
  • ポートによる静電放電(ESD)イベント

EMIエネルギーは、放射状領域(遠方領域と近距離)を介して、ケーブルやトレースに沿ってパスを実行できます。効果的なエンクロージャは、放射状排出を削減し、騒音を発生させるための低インピーダンスパスを提供します。

エンクロージャ材料の役割

素材の導電性、磁気透過性、厚さは、その[]]シールド効果(SE)を、デシベル(dB)で測定します。SEがより高いほど、EMIの減衰が大きい。ポータブルデバイス、重量、コスト、および製造性は、追加の制約を課す。

メタル

メタルは、EMIシールドの金規格を保持します。アルミニウム、マグネシウム合金、鋼は一般的な選択肢です。

  • アルミニウム:]]軽量で、耐食性があり、広く利用可能です。 0.5 mmアルミニウムの防護効果は60 dBを1GHzまで超えることができます。ただし、縫い目で慎重に接地する必要があります。
  • マグネシウム合金:]。アルミニウムよりも軽いだけでなく、良好な剛性。 プレミアムラップトップやタブレットで使用されます。 彼らは同様のSEを提供していますが、より高価で亜鉛腐食にくくくく。
  • []鋼(メッキまたはステンレス):[[]]])高磁性透過性は、低周波数(例えば、50 Hz〜1 MHz)でより優れたシールドを提供します。特定のアプリケーションのために、重力が効果的です。

メタルエンクロージャは、ヒートシンク、熱管理、デュアルメリットとしても機能します。

プラスチック

変質プラスチック(ABS、PC、ポリカーボネート)は、電気絶縁体であり、無視できないシールドを提供します。 それらを作るためにEMI互換、デザイナーは導電性コーティングを適用するか、導電性フィラーを組み込む:

  • 導電性コーティング:[]スプレーオンまたは電解メッキされた層ニッケル、銅、または銀。ニッケル銅の組み合わせは、バランスのとれたSE(30〜50dB)を提供し、コストをバランスよくします。接着および耐摩耗性は、長期にわたる信頼性のために重要です。
  • 導電性プラスチック:[]]]炭素繊維、ステンレス鋼繊維、またはニッケルコーティンググラファイトで充填された樹脂。 彼らは二次コーティングのステップを排除しますが、金属(典型的に20〜40dB)とより高い材料コストよりもSEを下げています。

重み、複雑な幾何学、または無線周波数の透明性(統合されたアンテナのために)が要求されるとき、プラスチックは好ましいです。そのような場合、選択的シールド - 内部表面のみをコーティングし、アンテナ性能を維持することができます。

複合材料とハイブリッド

複合エンクロージャは、金属とプラスチックの層を組み合わせて性能を最適化します。例えば、プラスチック製の外側のシェルと薄板にされた薄い金属箔は、カスタム色と質感を可能にするときに高いSEを提供できます。別のアプローチは、プラスチックフレーム内の統合されたシールド構造のために、金属射出成形(MIM)[[を使用します。

最適なEMCのためのエンクロージャ設計検討

素材だけでは十分ではありません。エンクロージャの物理的なデザイン - 縫い目、絞り、および地階戦略 - 多くの場合、現実世界のEMCの成功を決定します。

継ぎ目、ジョイント、ガスケット

金属のエンクロージャのあらゆる接合箇所か継ぎ目はきちんと結ばれないと潜在的なスロット アンテナとして機能します。ギャップは彼らの最長次元にSEを比例した劣化させます。緩和の技術は下記のものを含んでいます:

  • 取り外し可能なカバーおよび電池のドアの伝導性のガスケット(銀かニッケルのグラファイトと満たされるエラストマー)を使用して
  • 高周波数用途(1GHz以上)用指輪ガスケット
  • 溶接、導電性接着剤で接着、または懸念の最高周波数でλ/20未満の容量を多重するファスナーを使用して
  • すべての金属部品を保障することはシステム地上平面への低いインピーダンスと電気的に結ばれます

開口部と換気

ディスプレイウィンドウ、コネクタ、ボタン、および冷却ベントは、EMIを漏れる開口部を作成します。 長方形の開きのために、SEは、スロットの長さの10年間で約20dB低下します。 デザイナーは、次のことができます。

  • ミツバチのベントを導電網でSEを保ちながら空気の流れに
  • 主放射源の反対側に開きを配置する
  • ディスプレイベゼルとボタンホールの周りの導電性ガスケットを採用
  • 円形穴(マイクやLED出口など)用の導波ガイドビームカット設計を使用してください。

ケーブルおよびコネクター管理

エンクロージャーがアンテナとして入るか、または去るケーブル。ベストプラクティスには以下が含まれます。

  • フェライトビーズや内部ケーブルでの共通モードチョークの使用
  • 360°接触の両端の接地ケーブルシールド(パイプテールは大幅に効果を低下させます)
  • 絞りからケーブルをルーティングし、エンクロージャエッジに沿って
  • フィードスルーコンデンサやフィルタコネクタをエンクロージャ境界に追加

内部の仕切りおよび構成のレイアウト

PCBセクションの物理的な配置はエンクロージャの負荷を減らすことができます。グループ騒々しい回路(例えば、スイッチモード電源)は、敏感なアナログまたはRF回路から離れた。内部シールド缶または金属壁(エンクロージャの一部としてキャスト)を追加して、高周波セクションを分離することを検討してください。

素材の厚さ、表面品質、および皮膚効果

シールド効果は、単に厚さに比例しない。高周波が高い場合、[]]の皮効果]は、表面の近くで薄い層に電流を溶かします。 1 GHzの銅の場合、皮膚の深さは約2 μmです。そのため、最も高周波用途には5 μmコーティングが十分です。低頻度(例えば100 kHz)では、アルミニウムの皮膚は〜260 μm程度で、金属は十分に強度が低いか、適切な鋼材は、または金属を含有する。

表面品質の問題: 粗い表面、傷、または不適切に適用されるコーティングは、表面抵抗を増加させ、SEを減らすことができます。 無電解ニッケル液金(ENIG)または銀メッキは、多くの場合、継ぎ目やガスケットインターフェイスで低接触抵抗を維持するために使用されています。

高度なエンクロージャ技術

EMC の極端な要件(医療、軍事、自動車)のデバイスでは、追加の対策は次のとおりです。

  • 多層エンクロージャ:[プラスチック外ハウジングに囲まれた金属内シェルは、ファラデーケージプラス美的柔軟性を作成します。
  • ] 導電性泡と布地発泡ガスケット 高圧縮用途用。
  • [板レベルのシールド(BLS):[]]]金属缶やフレームはPCBに直接はんだ付け、エンクロージャに補完します。
  • 電磁吸収材(フェライトタイル、カーボンロードポリマー)をエンクロージャ内に置き、キャビティ共鳴を弱める。

試験・コンプライアンスの経路

EMC の検証は、設計サイクルで初期に行われるべきです。スペクトルアナライザと近接プローブによる事前適合テストは、正式な認証の前に問題が発生する可能性があります。完全なコンプライアンステストには、次のものが含まれます。

  • 放射線排出試験(30MHz～1GHzの消費量が最大40GHzのIT機器)
  • 導電試験(150kHz～30MHz)
  • 免疫テスト(ESD、RFは、電気的高速トランジェントを放射)

該当する規格の「」FCC RF安全規則と」を参照。多くの製品設計者は、材料選定ガイダンスの]]からリソースを活用しています。]]または[3M EMIシールド)。

コンテンツ

エンクロージャ材料と設計は、ポータブルデバイスのためのEMC準拠を達成する際の比類のない要因です。金属は、重量のコストで高いシールド効果を提供します。プラスチックはコーティングやフィラーのジューシーな使用を必要とします。設計は、縫い目、絞り、接地、ケーブルルーティングに対処し、意図しないアンテナを作成することを避けなければなりません。皮膚の深さ、表面品質、および多層構造の建築や吸収材などの高度な技術を考慮すると、エンジニアは、EMCの建設と規制の重要なパートナーと、および技術的なパートナー間の法的責任を兼ね備えることができます。