隨著通信技術的發展,設備的集成度越來越高,系統內部的電磁兼容性也相應升級,為解決電磁波輻射泄露和干擾問題,一般會采用電磁屏蔽材料進行屏蔽。5G基站核心技術升級,基站數量增加帶動著電磁屏蔽材料需求顯著提升。目前應用較多的電磁屏蔽器件有導電塑料器件、導電硅膠、金屬屏蔽器件、導電布襯墊、吸波器件等。
各種電磁屏蔽器件
一:電磁屏蔽原理
電磁屏蔽的原理是對于干擾源電磁波的反射與吸收,一般是通過材料對電磁能流進行反射和引導作用,在內部產生與源電磁場相反的電流和磁極化場,從而減弱源電磁場的輻射效果,其與屏蔽結構表面和屏蔽體內部感生的電荷、電流與極化現象密切相關。
一般作為電磁屏蔽的材料都具有一定的導電性,塑料在我們印象中一般是作為絕緣材料使用,那么導電塑料是如何應用于電磁屏蔽呢?下面我們就先來簡單了解下:
二:導電塑料介紹
其實對塑料進行一定的加工,例如將塑料基體與導電填料組成海島結構復合體系,能夠依靠量子力學隧道效應使得電子具有在粒子間的躍遷能力,提升塑料的導電性,變成“半導體”導電的作用,這種就稱為導電塑料。
一般用表面電阻率來表征材料對電流的阻抗大小,表面電阻率越小,導電性越強。按照材料表面電阻率的不同,塑料可以分為:
絕緣材料:10^12~10^15 ohm/sq
抗靜電材料:10^10~10^12 ohm/sq
靜電耗散材料:10^6~10^12 ohm/sq
導電材料:≤10^5 ohm/sq
電磁屏蔽材料:10^1~10^3 ohm/sq
其中表面電阻小于≤10^5 ohm/sq為導電級塑料,而表面電阻在10^1~10^3 ohm/s的導電塑料一般可作為電磁屏蔽材料。其電導率較高,對電磁波具有一定的吸收損耗,能夠減弱電磁場的輻射效果,是電磁屏蔽材料的重要選擇。
三:導電塑料分類
導電塑料分為兩大類, 用物理方法制成的導電塑料稱為復合型導電塑料,用化學方法制成的導電塑料稱為本征型(又稱結構型)導電塑料。
產品 | 分類 | 細分 | 主要用途 |
電磁屏蔽塑料 | 復合型1 | 填充型:填充銅、鎳等金屬粉末、不銹鋼纖維、碳纖維、銅纖維、鍍鎳碳纖維等 |
電磁屏蔽 抗靜電 |
本征型 | 合成型:共軛π電子體系的本征型導電高分子(ICPS)如聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等 |
1.本征型導電塑料
是指高聚物本身具有導電性或經過化學改性后具有導電性的塑料,能發揮自身化學結構的作用,使其本質上能夠導電,再通過化學方法進行摻雜以增長其導電性。
2.復合型導電塑料
是指經物理改性后具有導電性的塑料,一般是將導電性物質如炭黑、碳纖維、石墨、金屬粉末、金屬纖維等摻混于樹脂中制成。目前90%的導電塑料都屬于復合型,其應用廣泛。
圖 飛榮達碳纖維填充系列導電塑料
選擇不同的塑料基體與甚至與不同比例的導電物質結合,其帶來的電磁屏蔽性能也不一樣。導電塑料作為屏蔽材料可根據產品的厚度來調節屏蔽效能,其屏蔽效能在30-90dB之間。
表:不同導電塑料的電磁屏蔽性能
導電填料 | 塑料基體 | 導電填料體積分數/% | 屏蔽能效/dB |
鋁箔 | 聚碳酸酯、ABS | 20 | 45~65 |
Fe纖維 | 尼龍、聚乙烯 | 20~80 | 60~80 |
不銹鋼纖維 | 聚氯乙烯 | 6 | 40 |
Cu纖維 | 聚苯乙烯 | 10 | 32~67 |
鍍Ni石墨纖維 | ABS樹脂 | 40 | 80 |
超細黑炭 | PP | 20 | 40 |
來源:導電塑料在航天領域的應用展望
四:導電塑料生產工藝
將PC/ABS、PC、ABS、PA、PPE 等樹脂與鍍鎳碳纖維、不銹鋼纖維等導電物質結合,通過塑料與填料混合,經過塑料加工工藝,導電性得到一定的提升,實現了從絕緣體到半導體再到導體的巨大變化,從而使其具有EMI屏蔽功能和接地功能。
導電塑料采用注塑工藝,一次成型,不需要機加工、電鍍、噴漆、鍍膜等等復雜的二次工藝,有利于大大降低加工成本,而且經過注塑加工可以實現更為復雜的結構。導電塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)為常用金屬的四分之一,即使與鋁相比也僅為鋁的一半,能被加工成1.0mm左右的薄壁結構,重量降低75%。
五:導電塑料部分應用介紹
導電塑料具有良好的電磁屏蔽性能,且具有密度小、韌性好、成本 低、易于加工、屏蔽性能可調節的優點,是金屬屏蔽材料的潛在替代品。導電塑料主要用于集成電路、汽車電子、電氣等領域EMI屏蔽外殼以及中、高壓電纜中使用的半導電屏蔽料,能夠在保持塑料固有特性的同時具有類似金屬導電性的特性。
1.通信基站的懸掛結構件
導電塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)為常用金屬的四分之一,即使與鋁相比也僅為鋼的一半。導電塑膠由于密度小,在通信基站發射塔上的懸掛結構上具有一定的應用優勢,此外,也是金屬壓鑄殼體很好的替代方案。
2.電源蓋板
目前通信設備上的電源系統的電源蓋板還是以鋁壓鑄件為主,而鋁壓鑄件存在的主要問題是:質量重、成本偏高、不易加工,屏蔽效能不可調等。采用導電塑料的替代金屬材料就可以避免這些問題,滿足市場更高的需求。
3.屏蔽腔 目前通信設備上的屏蔽腔大多采用鋁合金壓鑄件,但壓鑄件密度大,易腐蝕,成型性差,采用普通塑料電鍍,在長期使用過程鍍層易脫落從而使產品功能失效;采用導電塑料一體方案,組裝方便,產品可靠性好,屏蔽性能可以滿足要求,成本也降低。
導電塑料在EMI上的應用還包括通信假面板、連接器(光纖護套、電源護套等)電腦顯示器后殼、導光盒,以及軍工用品等。
本文部分信息來源飛榮達
5G時代由于高頻、高速的通信需求,對智能手機、筆電、汽車、基站通信設備、醫療設備等內部的電磁屏蔽也有了新的要求,探索高效的電磁屏蔽材料,防止電磁波引起的電磁干擾和電磁兼容問題,對提高電子產品和設備的安全可靠性,確保信息安全暢通具有重要的意義。歡迎長按下方二維碼加入艾邦5G屏蔽材料交流群進行交流,共謀行業發展!
審核編輯 :李倩
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原文標題:導電塑料在通信設備電磁屏蔽上的應用介紹[20230223]
文章出處:【微信號:EMC_EMI,微信公眾號:電磁兼容EMC】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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