Termoplastiche conduttive per schermature Emi

COMPONENTI PASSIVI –

Una classe emergente di materiali termoplastici conduttivi che proteggono dalle interferenze elettromagnetiche promette a progettisti e produttori notevoli risparmi nel costo di possesso rispetto alle schermature tradizionali metalliche o in plastica metallizzata.

La progettazione consapevole di prodotti resistenti alle interferenze elettromagnetiche è una disciplina essenziale per soddisfare la domanda di prodotti innovativi tecnologicamente avanzati. Esempi di tali prodotti sono i telefonini multifunzione e altri dispositivi portatili che utilizzano le comunicazioni Wi-Fi e Bluetooth, i quali richiedono spesso circuiti sensibili posti nelle vicinanze di trasmettitori a radiofrequenza che possono interferire con il loro funzionamento. Altre tendenze tecnologiche importanti sono il quasi totale affidamento su sistemi di alimentazione e regolazione della tensione a commutazione e la crescente adozione di amplificatori audio in classe D in prodotti come i riproduttori multimediali e le apparecchiature audio domestiche. Entrambi i tipi di prodotti offrono numerosi vantaggi in termini di efficienza, prestazioni e miniaturizzazione, ma utilizzano la modulazione a larghezza d'impulso che, quindi, può generare armoniche interferenti fino alla radiofrequenza. Inoltre, la conformità agli standard come quelli imposti dalle direttive europee sulla compatibilità elettromagnetica, così come quelli specifici previsti per molte applicazioni di comunicazione, impongono limiti stringenti ai livelli di interferenze elettromagnetiche tollerate e generate. Per soddisfare queste varie necessità, i progettisti devono utilizzare tecniche efficaci per prevenire la generazione eccessiva di interferenze elettromagnetiche e per difendersi da sorgenti potenzialmente pericolose di sorgenti di interferenza elettromagnetica esterne.

Gestione delle interferenze elettromagnetiche
Un progettista può adottare vari approcci per cercare di gestire le interferenze elettromagnetiche in un nuovo progetto. Per esempio, i circuiti sensibili possono essere fisicamente posti il più lontano possibile da una fonte di interferenza elettromagnetica, come il circuito a radiofrequenza di un terminale mobile. Però, i benefici potrebbero essere limitati, soprattutto ora che i consumatori richiedono dispositivi molto piccoli e ricchi di funzionalità avanzate. Potrebbe essere semplicemente impossibile garantire la separazione fisica adeguata dai circuiti a radiofrequenza per ottenere una protezione significativa.

Processi e tecniche di schermatura
La schermatura elettromagnetica è una contromisura efficace per le interferenze elettromagnetiche è può essere usata sia per proteggere i componenti sensibili dalle radiazioni esterne, sia per contenere le emissioni da parte di sorgenti come i circuiti di commutazione o a radiofrequenza. Due approcci molti utilizzati sono l'utilizzo di schermi metallici opportunamente progettati per circondare il circuito oppure l'utilizzo di rivestimenti metallici applicati a uno schermo plastico. Lo schermo può essere costituito da un componente dedicato oppure da una parte integrante del telaio o del contenitore del prodotto. Lo schermo deve anche essere collegato a massa per garantire una protezione efficace dalle interferenze elettromagnetiche. La rimozione del coperchio del vano batterie di un telefono cellulare spesso mette in mostra la schermatura dalle interferenze elettromagnetiche che circonda i componenti wireless, che può essere realizzata mediante un grande coperchio metallico attaccato alla scheda a circuito stampato mediante viti di sicurezza o sistemi di assemblaggio simili. D'altro canto, i dispositivi che devono funzionare in ambienti elettricamente molto rumorosi, come le centraline elettroniche delle automobili, che sono soggette al rumore elettrico dell'alternatore e dei numerosi circuiti a commutazione presenti nella moltitudine di sistemi elettronici che affollano le moderne automobili anche di fascia media, sono spesso completamente inseriti all'interno di un contenitore metallico. Le schermature metalliche sono tipicamente realizzate tramite fusione oppure stampaggio. La fusione permette ai progettisti di creare geometrie con compartimenti multipli e quindi di separare i circuiti digitali e analogici all'interno di un singolo contenitore. Però, il costo delle attrezzature potrebbe essere relativamente alto e i vincoli imposti dai processi di fusione potrebbero limitare le scelte del progettista e allungare il ciclo di progettazione. L'elevato costo delle attrezzature, unite ai lunghi tempi di preparazione delle stesse, costituiscono un ulteriore ostacolo alla realizzazione di piccoli lotti di produzione o e di prototipi. Uno schermo metallico stampato può essere invece più semplice da progettare e produrre, ma le forme complesse o la realizzazione di più compartimenti può richiedere l'assemblaggio di diverse sottoparti. In alternativa, è possibile applicare un rivestimento metallico a un contenitore plastico. Sono disponibili vari processi per ottenere lo scopo, come l'applicazione di vernice conduttiva caricata di particelle metalliche. Un'alternativa è l'utilizzo della deposizione per riduzione (electroless plating) per depositare uno strato di rame metallico su uno strato di base applicato alla plastica. Il rivestimento può essere applicato selettivamente in aree specifiche, oppure sull'intero pezzo stampato. I contenitori di plastica metallizzata possono offrire livelli elevati di efficienza di schermatura, ma lo spessore della metallizzazione deve essere controllato accuratamente. Per tale ragione, i processi di placcatura richiedono competenze specifiche che spesso le aziende di stampaggio non dispongono al loro interno. Di conseguenza, la metallizzazione non solo aumenta i costi dovuti a un processo supplementare, ma complica anche la catena di fornitura e contribuisce all'aumento dei tempi di approvvigionamento.
 
Tagliare i costi di possesso
La plastica termoconduttiva è una tecnologia più recente che permette di eliminare i costi associata ai processi di rivestimento o deposizione. I materiali in commercio, come Premier di Chomerics, sono stati progettati per ottenere prestazioni elettriche, meccaniche e fisiche stabili. La lega polimerica termoplastica di base in Pc/Abs viene miscelata con riempitivi conduttivi contenenti fibre di carbonio placcate in nichel e polvere di grafite placcata in nichel. Le proprietà intrinseche del materiale, sia del nichel che del carbonio, danno luogo a un'elevata dissipazione di energia e creano un materiale paramagnetico, che permette la creazione di pezzi stampati con effetto schermante per assorbimento e per riflessione. Aggiustando la miscela dei due tipi di riempitivi si riescono a creare materiali termoplastici con effetto schermante superiore a 85 dB. Si tratta di un livello di prestazioni confrontabile con quello delle plastiche metallizzate. Usata nei normali processi di stampaggio a iniezione, una particolare tecnologia di dispersione garantisce la distribuzione uniforme delle particelle di riempitivo su tutta la geometria dello stampo. Ciò permette di evitare aree ricche di resina, che sarebbero soggette a perdite della protezione elettromagnetica, ma anche di aree fragili povere di resina, che potrebbero rompersi per fatica meccanica. Le fibre di carbonio hanno l'ulteriore vantaggio di potersi piegare e fluire all'interno di cavità dello stampo senza ostruirlo e senza rompersi. Importante per le applicazioni che sono sensibili al peso, come i dispositivi portatili o l'elettronica per autoveicoli, la densità del materiale termoplastico è meno della metà di quella dell'alluminio e meno di un quarto di quella dell'acciaio. Tale caratteristica, unità alla capacità di stampaggio di pareti sottili anche solo 2 mm (e talvolta meno, in funzione del tipo di materiale usato), permette ai progettisti di ottenere risparmi di peso significativi rispetto alle fusioni in metallo o alla lamiera stampata. La termoplastica può essere di solito collegata direttamente a un punto di massa adatto. Le considerazioni progettuali sono basate sulla schermatura dei componenti 'rumorosi'. La prima considerazione è di scegliere il tipo di materiale ottimo per l'applicazione, tenendo conto delle proprietà strutturali e ambientali nonché dell'attenuazione. La migliore prassi è, generalmente, di evitare pareti sottili, sebbene in alcune aree localizzate sia possibile usare pareti più piccole in funzione delle dimensioni e della forma dei componenti. Ciò può essere verificato usando una semplice analisi strutturale o del processo di iniezione. Altre linee guida progettuali sono l'utilizzo di sezioni più spesse intorno ad aree problematiche, la costruzione di sovrapposizioni tra pareti interconnesse e di lasciare lo spazio per le guarnizioni se richieste.

Linee guida progettuali
Le proprietà generali delle termoplastiche conduttive sono simili a quelle dei polimeri riempiti di vetro, in funzione delle caratteristiche del materiale. Il prodotto Chomerics Premier PEI-140 permette di progettare stampi con parametri simili a quelli del materiale Ultem riempito di vetro al 20%. Le proprietà di dispersione e viscosità permettono di progettare stampi con angoli di sformo di circa 1,5 - 2,0°. Utilizzando il materiale PEI-140 è raccomandato una spessore delle pareti di almeno 2 mm. Chomerics supporta i materiali della famiglia Premier con tecnici specializzati che offrono assistenza tecnica ai clienti durante la progettazione, aiutandoli nell'analisi del processo di iniezione e nel disegno degli stampi, e offrendo anche la possibilità di realizzare stampi di prova. Attratti dalla prospettiva di importanti risparmi nel costo di possesso, nonché dalla riduzione dei tempo di approvvigionamento e dal miglioramento delle prestazioni, tra cui una riduzione del peso, molti progettisti stanno adottando vari tipi di termoplastiche conduttive Premier in un sempre maggior numero di applicazioni nel mondo. Il materiale può essere fornito come pellet per stampaggio a iniezione o sotto forma di prodotto finito come richiesto. Sono disponibili anche numerosi componenti pronti all'uso, tra cui pannelli frontali Atca ad alto livello di schermatura, che permettono di montare apparecchiature su rack rispettando standard sulla schermatura come Nebs, Fcc, Telcordia e le direttive europee sulla compatibilità elettromagnetica. Inoltre, particolari stampati come borchie, staffe di montaggio e perni di allineamento offrono ulteriori vantaggi come montaggio più rapido e minor necessità di manodopera.

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