导言

电磁兼容性(EMC)是现代便携式设备的不可谈判要求,从智能手机和平板电脑到医疗可穿戴器和工业手持设备. 不良的EMC性能可能导致产品召回,成本高昂的重新设计,甚至安全隐患. 随着设备尺寸的缩小和包装更高的处理功率,该封装成为防电磁干扰(EMI)的第一线,而且往往是最有效的防线. 本条探讨了封装材料选择和设计几何对EMC结果的直接影响,为工程师和产品设计师提供了实用的指导.

便携式设备中的EMC基础

电子产品包括两个方面:[排放(不受欢迎的能源辐射或从装置中进行)和免疫[(装置在外部电子产品面前正确运行的能力),对于便携式电子产品,诸如FCC第15部分(美国)和[EN 55032(欧盟)规定了对辐射和进行的排放的限制,如达不到这些标准,就可能阻碍市场准入。

便携式设备内常见的电磁离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层电离层离子器(电离层离层电离层离层电离层电离层离层电离层离层电离子离层离层离层离层离层离层离层离子离子离层离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子体离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子离子

  • 高速数字时钟和数据巴士
  • 切换变电器(如DC-DC转换器)
  • 无线发射机(Wi-Fi、蓝牙、蜂窝)
  • 通过端口的电静放电事件

电磁波能可以通过辐射场(远地和近地)或电缆和痕迹的路径对接。 有效的闭合会减少辐射,为有噪声的地面提供低阻力路径。

附文材料的作用

材料的电导性、磁渗透性和厚度决定了以分贝(dB)测量的屏蔽效果。 电子导电率越高,EMI的衰减就越大。 对于便携式设备、重量、成本和制造力来说,这些都造成了额外的限制。

金属

金属仍然是EMI屏蔽的金本位. 铝,镁合金,钢是常见的选择:

  • 铝:[轻巧,耐腐蚀,且广泛可得. 0.5毫米铝的盾构效果可超过60 dB,可达1 GHz,然而,它需要在缝隙中小心地搁浅.
  • 镁合金: 甚至比铝轻,坚硬度好。它们用于昂贵的笔记本电脑和平板电脑。它们提供类似的SE,但价格更高,容易发生热蚀。
  • Steel(镀锡或不锈锡): 较高的磁渗透性在低频率(如50Hz–1MHz)提供更好的屏蔽. Heavier虽然较重,但对某些应用具有成本效益.

金属封装也可起到热汇的作用,有助于热管理——这是双重好处。

塑料

未经改造的塑料(ABS、PC、聚碳酸酯)是电绝缘器,可提供可忽略不计的屏蔽。

  • 成型涂层: 喷射或无电板层镍,铜,或银. 镍-铜组合在平衡成本的同时提供良好的SE(30–50 dB). 粘合和穿戴阻力对于长期可靠性至关重要.
  • 制成塑料: 装有碳纤维、不锈钢纤维或镍制石墨的Resins。 它们消除了二次涂层步骤,但SE比金属低(通常为20-40 dB),材料成本更高。

当需要重量、复杂的几何或射频透明度(集成天线)时,塑料就更受欢迎。 在这种情况下,选择性屏蔽(只覆盖内部表面)可以维持天线性能。

复合材料和混合材料

复合封装结合了金属和塑料的层层,以优化性能. 例如,用塑料外壳装配的薄金属铝制薄膜可以提供高SE,同时允许定制的颜色和纹理. 另一种方法使用金属注入模具(MIM)在塑料框架内进行集成屏蔽结构.

最佳EMC的设计考虑

仅靠材料是不够的。 附文的物理设计 — — 其缝合、孔径和地面战略 — — 往往决定着现实世界的EMC的成功。

接合、接合和垫子

金属封口中的每个关节或缝合器如果不适当地捆绑,就可能成为槽天线。

  • 在可移动盖盖和电池门使用导气垫(含银或镍石墨的弹性体)
  • 用于高频应用的指片垫(高于1千兆赫)
  • 焊接、粘贴导电粘合剂,或使用多个紧固剂,在最经常引起关注的频率中间隔小于QQ/20
  • 确保所有金属部件都用电连接,低阻隔系统地面平面

孔径和通风

显示窗口、连接器、按钮和冷却口会产生漏出EMI的开口。对于一个矩形孔径,SE会增加大约每十年20 dB的槽长度。设计者可以:

  • 在保持SE的同时使用带导网的蜂窝喷口进行空气流通
  • 将孔径置于主辐射源对面
  • 使用导垫,绕着显示贝子和按钮孔
  • 循环孔(例如麦克风或LED出口)采用波导-下断面设计.

电缆和连接器管理

进出封条的电缆充当天线。

  • 使用Ferrite珠或普通模具在内部电缆上窒息
  • 将电缆盾架固定在两端,接触度为360°(皮格尾显著降低效能)
  • 绕开孔径和围网边缘的电缆
  • 在闭合边界上添加进气电容器或过滤连接器

内部分区和组件布局

PCB路段的物理安排可以减轻闭塞的负担. 分组噪声电路(如开关电路供应)远离敏感的模拟或RF电路. 考虑增加内部屏蔽罐或金属墙(作为闭塞的一部分播报)以隔离高频路段.

材料厚度、表面质量和皮肤效应

屏蔽效果并不仅仅是与厚度成正比。在高频时,皮肤效应 将电流限制在接近表面的薄层上。对于1千兆赫的铜,皮肤深度约为2微米,因此5微米涂层足以用于大多数高频应用。在频率较低(例如100千赫)时,铝的皮肤深度为~260微米,需要更厚的金属或低碳钢来进行适当的减耗。

表面质量问题:粗糙的表面,刮痕,或应用不当的涂层可以增加表面抗蚀性,降低SE. 无电的镍浸金(ENIG)或镀银常用于维持缝隙和垫片接口的低接触阻力.

高级附文技术

对于具有极端EMC要求的装置(医疗、军事、汽车),其他措施包括:

  • 多层封装: 被塑料外壳包围的金属内壳产生法拉第笼子加美学灵活性.
  • 高压应用的导泡和织物过泡沫垫片.
  • 板级盾牌(BLS): 直接熔化到多氯联苯的金属罐或框架,作为附件的补充。
  • 电磁吸收材料(火药瓦,碳载聚合物)放置在封装内,以抑制腔内共振.

测试和合规途径

验证EMC性能应在设计周期的早期进行. 预 ⁇ 符合度测试与频谱分析仪和近地探测器在正式认证前可以捕捉到问题. 完全符合度测试涉及:

  • 放射性排放测试(大多数消费设备30兆赫-1千兆赫,信息技术设备40千兆赫)
  • 进行了排放测试(150千赫 - 30兆赫)
  • 豁免试验(ESD、RF辐射、电动快速瞬变)

参考FCC RF安全规则和IEC 61000系列适用于标准,许多产品设计师还利用来自 公平性能材料[或[3M EMI 盾构的资源,用于材料选择指导。

结论

封装材料和设计是实现便携式设备的EMC合规性不可分离的因素。金属以重量为代价提供高屏蔽效果,而塑料则需要明智地使用涂层或填充器。 设计必须解决缝隙、孔径、地面和电缆的路径问题,以避免制造出意外的天线。 通过考虑皮肤深度、表面质量以及多层建筑和吸收材料等先进技术,工程师可以平衡EMC的性能与机械和商业限制。 EMC工程师、机械设计师和制造伙伴之间的早期合作确保封装成为电磁环境中的资产而不是责任。