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導電塑料外殼在通信設備電磁屏蔽上的應用

發布時間:2021-10-08

隨著通信技術的發展,設備集成度越來越高,系統內部的電磁兼容性也相應升級,為了解決電磁波輻射泄漏和干擾問題,一般會采用電磁屏蔽材料進行屏蔽。5G基站核心技術的升級和基站數量的增加,導致電磁屏蔽材料的需求大幅增加。目前廣泛使用的電磁屏蔽器件包括導電塑料器件、導電硅膠、金屬屏蔽器件、導電布襯墊、吸波器件等。


一、電磁屏蔽原理

電磁屏蔽的原理是反射和吸收來自干擾源的電磁波,一般來說,材料反射和引導電磁能流,內部產生與源電磁場相反的電流和磁極化場,從而削弱源電磁場的輻射效應,這與屏蔽結構表面和屏蔽體內部感應出的電荷、電流和極化現象密切相關。

一般用作電磁屏蔽的材料都有一定的導電性,我們印象中一般都是用塑料作為絕緣材料,那么導電塑料如何應用于電磁屏蔽呢?讓我們先簡單了解一下。


二、導電塑料介紹

事實上,如果對塑料進行一定程度的加工,例如將塑料基體與導電填料形成具有海島結構的復合體系,可以借助量子力學隧道效應使電子具有粒子間躍遷的能力,提高塑料的導電性,從而成為“半導體”導電塑料。

一般來說,材料對電流的電阻以表面電阻率為特征。表面電阻率越小,電導率越強。根據材料表面電阻率的不同,塑料可分為:

1、絕緣材料:10^12 ~ 10^15 ohm/sq

2、抗靜電材料:10^10 ~ 10^12 ohm/sq

3、靜電耗散材料:10^6 ~ 10^12 ohm/sq

4、導電材料:≤10^5 ohm/sq

5、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之間的導電塑料一般可用作電磁屏蔽材料。它具有較高的電導率,對電磁波有一定的吸收損耗,能減弱電磁場的輻射效應,是電磁屏蔽材料的重要選擇。


三、導電塑料的分類

導電塑料分為兩類,其中物理方法制成的導電塑料稱為復合型導電塑料,化學方法制成的導電塑料稱為本征型(也稱為結構)導電塑料。

1、本征型導電塑料

是指聚合物本身或經過化學改性后具有導電性的塑料,可以發揮其自身化學結構的作用使其本質上具有導電性,進而通過化學方法摻雜增加其導電性。

2、復合型導電塑料

指經過物理改性后具有導電性的塑料,一般由炭黑、碳纖維、石墨、金屬粉末、金屬纖維等導電物質混入樹脂中制成。目前,90%的導電塑料是復合型材料,應用廣泛。

選擇不同的塑料基板,以及結合不同比例的導電物質,都會帶來不同的電磁屏蔽性能。導電塑料作為屏蔽材料可以根據產品的厚度調節屏蔽效能,其屏蔽效能在30~90dB之間。


四、導電塑料生產技術

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相結合,通過塑料和填料混合,經過塑料加工工藝,在一定程度上提高了導電性能,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,無需機加工、電鍍、噴漆、鍍膜等復雜的二次工藝,有利于大大降低加工成本,通過注塑成型可以實現更復雜的結構。導電塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)是常用金屬的四分之一,即使與鋁相比也只有鋁的一半,可加工成1.0毫米左右的薄壁結構,重量減輕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,具有密度低、韌性好、成本低、易加工、屏蔽性能可調節等優點,它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、電氣等領域的EMI屏蔽外殼,以及中、高壓電纜中使用的半導體屏蔽材料,能保持塑料的固有特性的同時,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)是普通金屬的四分之一,即使與鋁相比也只有鋼的一半。導電塑膠因其密度低,在通信基站發射塔上懸掛結構中具有一定的應用優勢,此外,它也是金屬壓鑄外殼良好的替代品。

2、電源蓋板

目前通信設備上電源系統的電源蓋板主要采用鋁壓鑄,但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。用導電塑料代替金屬材料可以避免這些問題,滿足更高的市場需求。

3、屏蔽腔

目前通信設備中的屏蔽腔體大多采用鋁合金壓鑄件,但壓鑄件密度大,易腐蝕,成型性差,且電鍍普通塑料,長期使用過程鍍層容易脫落,使產品功能失效;采用導電塑料一體化方案,組裝方便,產品可靠性好,屏蔽性能能滿足要求,成本也降低。


導電塑料在EMI中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,以及軍用物資等。

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