EMI シールドを理解する: 設計におけるその重要性

EMI シールドとは何ですか? 

 

EMI シールドには、外部の電磁干渉から信号を保護し、生成された信号が近くのコンポーネントに混乱を引き起こすのを防ぐために、電子デバイスや機器に特定の製造プロセスと材料を採用することが含まれます。

 

EMI シールドはなぜ重要ですか?

 

電磁干渉 (EMI) は、医療機器や軍事機器から公共交通システムや産業制御に至るまで、幅広い重要な電子機器、システム、アプリケーションに脅威をもたらします。この干渉は、自然現象と人為的な原因の両方に起因し、一時的な誤動作、データ損失、システム障害、さらには深刻なケースでは死亡事故につながる可能性があります。

 

EMI の発生源とその影響を理解することは、エンジニアや設計者にとって非常に重要です。動作環境内の電磁エネルギー (EME) がどのように干渉を引き起こす可能性があるかを認識することが不可欠です。 EMI シールドの役割は、特に 3 kHz ～ 300 GHz の無線周波数 (RF) スペクトルにおけるこれらの干渉を軽減することです。 RF 波は無線技術の基礎ですが、干渉信号を送信することで無線通信を妨害する可能性もあります。 EMI シールドを適切に考慮しないと、設計がこれらの電磁場に対する必要な保護を提供できず、デバイスの信頼性と安全性が損なわれる可能性があります。

 

EMI の発生源

 

鉄道および公共交通システムは、次のようなアプリケーション特有の発生源による電磁干渉 (EMI) の影響を受けやすくなります。

 

• 列車の制御システムおよび推進システムからの排出物
• 高電圧接点の切り替え
• サードレールシューとの接触
• 列車信号および制御システム

 

医療機器は、次のような医療環境に特有の潜在的な発生源による電磁干渉 (EMI) に対しても脆弱です。

 

• 手術ユニットで使用される電気および電子機器
• 人工呼吸器や輸液ポンプなどの生命維持装置
• 患者の監視および支援装置
• 診断および治療用 X 線装置

 

軍事資産と重要なインフラは、「電子戦」と呼ばれることが多い意図的 EMI (IEMI) や次のようなその他の特定の脅威を含むがこれらに限定されない電磁干渉 (EMI) の脅威にさらされています。<p >

 

• 高高度核電磁パルス (HNEMP)
• 高出力マイクロ波兵器
• 電磁爆弾 (電子爆弾)
• 電磁パルス (EMP) 砲

 

高高度核電磁パルスや電磁爆弾など、一部の電磁干渉 (EMI) の脅威は極端に見えるかもしれませんが、エンジニアは潜在的な EMI リスクをすべて評価することが重要です。この包括的な評価により、適切な保護手段がガスケット設計に組み込まれ、広範囲の EMI 脅威から確実に保護されます。

 

EMI シールド ガスケット

 

EMI シールド ガスケットは、電子機器を電磁干渉から保護します。伝統的にアルミニウム、銅、鋼などの金属シートから作られ、電子機器の筐体にフィットする形状になっています。これらの金属は効果的ではありますが、密閉圧力下で変形する可能性があり、シールドを損傷する可能性があります。

 

EMI シールドの現在の進歩には、電子筐体内部用の柔軟な金属スクリーン、ワイヤー、発泡体、金属インク コーティングなどがあります。中でも粒子充填シリコーンは際立っており、金属の電気的利点とシリコーンゴムの柔軟性を組み合わせています。この組み合わせは、さまざまなシールや断熱のタスクに直面している設計者にとって特に価値があります。

 

たとえば、耐久性の高いタッチスクリーンには、金属粒子が充填されたシリコーンベースの EMI ガスケットが使用されることがよくあります。これらのガスケットは、EMI 放射を低減し、導電性を提供するだけでなく、タッチスクリーンの機能や機械的衝撃に対する耐久性を妨げることなく、極端な環境に対して密閉します。さまざまな分野のガスケット設計者にとって、コストと製造の簡素化は重要な考慮事項です。

 

導電性シリコーン

 

粒子充填シリコーン ガスケットは要求の厳しい用途向けのソリューションですが、これらの導電性エラストマーがプロジェクトのすべての要件を満たしているかどうかを評価することが重要です。大量の金属粒子を組み込むことで生じる可能性のある妥協を考慮すると、その費用対効果と製造可能性について疑問が生じます。これらには、潜在的な硬さや脆さ、金型の寸法による部品サイズの制約、洗練された電子設計のための材料の厚さに関する懸念などが含まれます。歴史的に、粒子充填シリコーン、特にフィラーとして銀アルミニウムを使用するシリコーンのコストも高額でした。特に銀価格が急騰したときの抑止力となります。

 

これまではその使いやすさについて懐疑的でしたが、進歩により粒子が充填されたシリコーンはより魅力的なものになりました。軍の MIL-DTL-83528 仕様では、EMI シールドにおける銀アルミニウムの重要性が強調されていましたが、銀の価格が上昇したため、代替品の模索が促されました。現在、設計者は銀銅、銀ガラス、特にニッケルグラファイトシリコンなどの安価なオプションを利用できるようになりました。これらのニッケル グラファイト オプションは、コスト効率が高く、MIL-DTL-83528 のシールド要件に準拠しており、銀ベースのエラストマーのような高価な価格を支払うことなく、強力な EMI 保護を実現するための実行可能なソリューションを提供します。

 

EMI マテリアル

 

シリコーン配合における最近の進歩により、粒子充填エラストマーは、他のプロジェクト基準を満たしながら、厳しい EMI シールド要求にも応えることができるようになりました。たとえば、ニッケル グラファイト シリコーンは現在、30、40、45 デュロメーター (ショア A) のさまざまな柔らかさレベルで提供されており、エンクロージャーのガスケットに適しています。燃料や化学薬品に対する耐性が必要な環境では、50、60、80 デュロメーターの高デュロメーター フルオロシリコーン ベースのエラストマーが堅牢なソリューションを提供します。

 

これらの最新の材料には、効果的な EMI シールドと導電性を確保するために十分な金属フィラーが組み込まれており、信頼性が高く経済的な製造プロセスをサポートします。粒子が充填されたシリコーンは、切断中にその形状を維持し、コネクタ穴が正しく位置合わせされるようにし、薄壁のガスケットにとって重要な機能である引き裂き抵抗を強化します。設計者は、取り付けを簡単にするために裏面に粘着剤が付いているバージョンを選択できます。 Z 軸の導電性が必要なアプリケーションの場合、これらのシリコーンは導電性接着剤とうまく機能し、シールド効果を高めます。

 

ニッケル グラファイト シリコーンのさまざまなデュロメーターがさまざまな要件に応えますが、特定の用途では強度を高めるために強化された材料が必要です。オプションには、ニッケルコーティングされたメッシュで強化された 65 デュロメーターのエラストマーや、導電性ファブリック層と組み合わせた低デュロメーターのバージョンが含まれます。これらの補強により、導電性と材料の堅牢性が向上し、EMI ガスケット製造時の脆化や破れが防止されます。