La sfida alle interferenze elettromagnetiche

SCHERMATURA –

Lavorare con gli specialisti della schermatura elettromagnetica fin dalle fasi iniziali del processo di progettazione può aiutare a ridurre il costo e la complessità delle soluzioni adottate per affrontare i problemi di interferenze Emi.

Nonostante le tecnologie analogiche e digitali siano evolute grazie all’integrazione di molteplici dispositivi in singoli contenitori e all’aumento delle prestazioni offerte da componenti sempre più piccoli, sono aumentate le sfide di schermatura che nascono dall’addensamento che pone in stretta vicinanza circuiti di potenza e sensibili circuiti digitali. L’uso di elastomeri combinati con vari filler per migliorarne le prestazioni ha offerto ai progettisti un ampio e variegato spettro di materiali che hanno la duplice funzione di fornire sia una guarnizione tra due superfici combacianti, sia la schermatura dalle interferenze elettromagnetiche. La tecnologia della schermatura, spesso considererata come un’arte oscura, è evoluta nel corso di molti anni. I primi materiali utilizzavano filler come argento e rame argentato in elastomeri siliconici, mentre più recentemente i materiali compositi più economici di alluminio argentato e grafite nickelata sono diventati una scelta diffusa tra i progettisti.

Applicazioni variegate
La vasta gamma di applicazioni e ambienti di lavoro in cui le apparecchiature elettroniche possono essere usate impone che i materiali per la schermatura Emi debbano essere attentamente selezionati. Ad esempio, un’applicazione automotive può subire l’esposizione a un insieme di carburanti e lubrificanti e contemporaneamente essere soggetta ad escursioni di temperatura da –55°C a + 100°C. Allo stesso tempo, applicazioni nell’industria alimentare possono subire il contatto con uno spettro di sostanze ancora più ampio, che può includere caffè, salse e bevande. I materiali per la schermatura elettromagnetica usati in apparecchiature progettate per l’utilizzo al chiuso pongono limitate richieste dal punto di vista ambientale, mentre le applicazioni all’aperto vedranno tipicamente estremi di temperatura più ampi e saranno influenzate da fattori quali il sale marino corrosivo, sostanze inquinanti in atmosfera ed elevata umidità. A prescindere dall’applicazione o dall’ambiente in cui il prodotto è progettato per essere impiegato, la fornitura della schermatura Emi deve formar parte del processo creativo del progettista fin dai primi stadi del progetto. Un accurato progetto del contenitore e del posizionamento relativo di particolari componenti può, fino ad un certo livello, mitigare la necessità di elevate quantità di schermatura. Comunque, la natura affollata dei progetti dei prodotti moderni significa che è più probabile che gli aspetti di schermatura Emi causino problemi rispetto al passato. Anche con un progetto accurato è comune che alcuni problemi di interferenze non si manifestino finchè il prototipo del prodotto inscatolato e completamente funzionante non viene acceso. Allora è opportuno utilizzare la variegata gamma di materiali disponibili da fornitori come Parker Chomerics per gestire le interferenze e assicurare così il funzionamento affidabile e a lungo termine dell’apparecchiatura. Lavorare a stretto contatto con gli specialisti dei materiali Emi fin dai primi stadi del progetto può aiutare ad anticipare potenziali aree problematiche. Invariabilmente, il riconoscimento tempestivo e la gestione di tali problemi nella progettazione porterà a un progetto finale meno costoso, più affidabile ed elegante.

Gli elastomeri
La scelta delle basi elastomeriche usate nei materiali per schermatura Emi estrusi e stampati include siliconi, fluorosiliconi o fluorocarboni ed i Ethylene Propylene Diene Monomers meglio noti come Epdm. Ciascun elastomero possiede particolari proprietà che lo rendono adeguato, o del tutto inadeguato, a specifiche applicazioni. In termini di costo del materiale elastomerico conduttivo finito, il contributo maggiore, e con un margine significativo, è dovuto al filler utilizzato piuttosto che alla base elastomerica. Il silicone è adatto ad applicazioni in cui si verifichino estremi di temperatura sia alti che bassi. La sua idoneità ad applicazioni all’aperto è ulteriormente accresciuta dalle eccellenti caratteristiche di resistenza agli agenti atmosferici, all’invecchiamento e all’ozono. Inoltre il silicone mostra buone proprietà dielettriche. Il fluorosilicone mostra caratteristiche termiche simili al silicone assieme ad eccellenti proprietà dielettriche e di resistenza agli agenti atmosferici, invecchiamento e ozono. In aggiunta una resistenza molto buona a carburanti, oli, solventi alifatici, acqua, basi e acidi diluiti rende una buona scelta l’uso del fluorosilicone in applicazioni al chiuso e all’aperto dure o impredicibili. Il fluorocarbonio possiede un ottimo compression set che lo rende utile in montaggi che possano richiedere di essere talvolta smontati e rimontati durante la loro vita operativa. Un’eccellente resistenza agli oli, carburanti, solventi e acidi alifatici, aromatici e clorurati, più una permeabilità ai gas molto bassa sono gli attributi chiave dei fluorocarboni. Essi hanno anche una buona resistenza alle temperature basse ed elevate. L’Epdm mostra eccellente resistenza agli agenti atmosferici, ozono, acidi e basi diluiti. Può essere anche usato efficacemente in applicazioni in cui acqua e vapore siano presenti.

I filler
I metalli che sono combinati con la base elastomerica, noti anche come filler, sono ciò che determina le prestazioni di schermatura della parte finita, estrusa o stampata. La loro precisa e uniforme dispersione all’interno del materiale legante produce materiali con proprietà elettriche e fisiche stabili e regolari. Di seguito vengono descritti alcuni dei materiali comunemente utilizzati, le loro proprietà principali e il grado di prestazioni. Il nickel/carbonio fornisce una schermatura ed una protezione dalle scariche Esd di fascia bassa, con una resistenza alla corrosione e ai fluidi molto limitata. L’argento/rame è in grado di resistere ai più elevati livelli di correnti indotte dagli impulsi elettromagnetici. Esso è ideale per applicazioni commerciali di fascia alta in ambienti non corrosivi (tipicamente al chiuso). Il nickel/alluminio è il filler ottimale per fornire prestazioni elevate di schermatura negli ambienti più impegnativi. Viene tipicamente combinato con elastomeri siliconici o fluorosiliconici. L’argento/alluminio quando viene combinato con un elastomero fluorosiliconico è ideale per applicazioni di grado militare in cui elevate prestazioni di schermatura e resistenza alla corrosione sono priorità importanti. L’argento è un’opzione costosa ma fornisce un livello elevato di schermatura e di conducibilità trasversale. Questo filler è adatto all’uso in ambienti non corrosivi. Quando viene combinato con il silicone fornisce una soluzione con bassa forza di chiusura ed elevata efficacia di schermatura. Il compromesso è una bassa resistenza alla lacerazione ed una limitata resistenza ai fluidi.

Stampato o estruso?
Guarnizioni stampate posso essere realizzare con tolleranze molto piccole per applicazioni di precisione. Comunque i progettisti devono tenere in conto il costo di lavorazione quando decidono se optare per l’approccio di stampo piuttosto che di estrusione. Le guarnizioni estruse hanno tolleranze maggiori e sono offerte con un ampio intervallo di sezioni. Rispetto alle guarnizioni stampate, esse richiedono processi più lunghi di set-up e secondari per tagliare e giuntare le guarnizioni alla lunghezza finale desiderata.

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