Theorie over EMI-afschermingen en toepassingen

Een helder verhaal over afschermingen in diverse toepassingen.

Introductie

Tegenwoordig krijgt ieder bedrijf in de elektronica-industrie te maken met CE / EMI voorwaarden. Het gebruik van elektronische apparaten neemt toe, evenals de blootstelling aan aan allerlei frequenties. Straling en immuniteit moeten vroeg in de ontwikkelingsfase meegenomen worden in het ontwerp van nieuwe producten. In veel gevallen kunnen EMI problemen niet opgelost worden op printplaat-niveau alleen en moeten hele behuizingen en kabels ook afgeschermd worden.

Wettelijke eisen en andere redenen om af te schermen

Afschermen is een snelle manier om aan wettelijke eisen te voldoen zoals CE en FCC, of om elektromagnetische interferentie te voorkomen. Onze afschermingsoplossingen zijn zeer economisch, aangezien tijdrovende onderzoeken naar manieren van afscherming niet meer nodig zijn. Afschermingen worden met name toegepast op behuizingen en kabels, om de inwendige signalen af te schermen tegen externe invloeden (of andersom). Als een snelle introductie op de markt beoogd is en de emissie de limieten nog overschrijdt, zijn er diverse simpel-aan-te-brengen EMI-oplossingen beschikbaar. Afschermingen kunnen gebruikt worden voor toepassingen met hoge stralingsniveaus, grote gevoeligheid, of voor producten waarvan het stralingsniveau nog niet bekend is, zoals bij modulaire behuizingen. Afschermingen worden ook toegepast als men te maken heeft met gevoelige metingen die beïnvloedt kunnen worden door omringende velden. Afschermen is ontegenzeglijk een wijdverspreid fenomeen en tevens noodzaak in de elektronica-industrie om overeen te komen met de tegenwoordige emissievoorwaarden.

Aspecten waar rekening mee gehouden moet worden bij het ontwerpen van een behuizing

Materialen en corrosie

De voordeligste materialen voor elektromagnetische afschermingen zijn gegalvaniseerd staal en aluminium. Ongeveer 90% van de kasten en behuizingen worden vandaag de dag uit deze materialen vervaardigd. Om die reden hebben wij een speciaal materiaal ontwikkeld, genaamd 6800 Amucor afscherming. Amucor is compatibel met zowel gegalvaniseerd staal als aluminium. Als het materiaal wordt blootgesteld aan een corrosieve atmosfeer, is het beter om het weg te houden van rvs, messing, brons of een aluminium chromaatlaag (alochrom 1200).

Bescherming tegen corrosie is zeer belangrijk voor toepassingen dicht bij zee (zout bevorderd corrosie) en onoverdekte toepassingen. Het is van belang dat er geen/zeer weinig potentiaalverschil is tussen het gasketmateriaal en de materialen waar de behuizing/structuur van gemaakt is. Voor gratis advies en directe ondersteuning: bel naar +31(0)78 - 204 90 00 of e-mail naar info@hollandshielding.com.

Dikte van behuizingsmateriaal

Een dikte van 0,1 mm is voldoende om frequenties boven 1MHz efficiënt af te schermen. Voor lagere frequenties, zoals 10 kHz en minder, is het van belang om dikkere materialen met een goede magnetische (en elektrische als het wervelstromen betreft) geleiding te gebruiken.

Een militaire EMP bunker bijvoorbeeld, bestaat uit een materiaal van maar liefst 6 mm dik. Deze bunkers schermen frequenties af van 10 kHz met een afzwakking van 80 dB. Als er afgeschermd moet worden tegen frequenties van rond de 50 Hz (zulke frequenties kunnen gezondheidsrisico's vormen en besturingssystemen beïnvloeden), afkomstig van bijv. een transformator, dan is het wijs om solide metalen lagen te plaatsen en een speciaal materiaal, genaamd Mu-ferro, te overwegen (zie magnetische afschermingen). Voor meer informatie over het afschermen van behuizingen en/of kasten, ga naar https://www.faradaycages.com/ 

Voorkom openingen in behuizingen

Voornamelijk bij frequenties boven 5 kHz is het belangrijk om openingen in de behuizing te voorkomen. Hoge frequenties, tussen de 100 MHz en 40 GHz, zijn zeer gevoelig voor gaten in de behuizing. Hoe hoger de frequentie, des te meer aandacht er naar het voorkomen van gaten en tussenruimtes moet gaan. Het is daarom belangrijk om zachte, flexibele pakkingen te gebruiken. De gasket moet niet alleen over een goede elektrische geleiding beschikken, maar ook goed samen te drukken zijn, om overal goed in contact te staan met de rest van een behuizing.

Afstand tussen bevestigingen, scharnieren en sloten

We hebben speciale veerkrachtige gaskets ontwikkeld, zoals 7400 Ultra Soft Shield en 8700 V-Shape Gasket. Deze pakkingen voorkomen verbuigingen tussen bevestigingspunten en verbuigingen nabij scharnieren. Ze zijn een rendabele oplossing, aangezien er geen ingrijpende veranderingen aan de behuizing nodig zijn en er geen behoefte is aan extra bevestigingen.

Om u een idee te geven welke gasket voor uw toepassing geschikt zou zijn, kunt u een tekening (bij voorkeur inclusief afmetingen, gewenste kwantiteit, materialen van de behuizing en een indicatie van stijfheid van het behuizingsmateriaal) sturen naar onze specialisten. Onze specialisten hebben ervaring met allerlei afschermingstoepassingen en bekijken dagelijks gemiddeld 50 ontwerpen. Ze zijn gespecialiseerd in het kiezen van de juiste gasket voor elke toepassing en hun advies is geheel vrijblijvend.

We kunnen onze gaskets in elke gewenste kwantiteit produceren: het is om het even of het één gasket of wel duizend gaskets betreft, alle gaskets worden volgens uw specificaties gemaakt.

U kunt uw tekening opsturen via fax (+31(0)78 - 204 90 08) of stuur een e-mail naar info@hollandshielding.com

Galvanische corrosie

De geleidende laag aan de buitenkant van de pakking moet galvanisch compatibel zijn met de constructiematerialen van de afscherming, anders zal er corrosie ontstaan en zal de elekektrische geleiding in de structuur verloren gaan. Dit vermindert de afschermingscapaciteit. Meest gebruikte criteria: niet meer dan 0,3 volt voor heftige milieufactoren (zout opspatting, verwering) en niet meer dan 0,5 volt voor mildere milieus (overdekt, zoutvrij en slechts condensatie).

The graph indicates which gasket material is most suitable for a given enclosure material
Milieu-schema:
Geeft een indicatie welk gasketmateriaal het meest geschikt is voor een bepaald behuizingsmateriaal.

Metalen kasten en elektronicabehuizingen

Als u een aluminum behuizing wilt afschermen tegen EMI, raden wij aan 6800 Amucor afschermingsgaskets te gebruiken.
Aluminium behuizingen:
Als u een aluminum behuizing wilt afschermen tegen EMI, raden wij aan 6800 Amucor afschermingsgaskets te gebruiken.
Rvs behuizing
Behuizingen van roestvast staal:
Als u een rvs behuizing wilt afschermen tegen EMI, raden wij aan 6800 Amucor afschermingsgaskets te gebruiken of, indien de gasket zacht moet zijn, 7400 Ultra Soft Shield.
Metalen rek
Serverkasten:
Als u een metalen rek wilt afschermen tegen EMI, raden wij aan 6800 Amucor afschermingsgaskets te gebruiken of, indien de gasket zacht moet zijn, 7400 Ultra Soft Shield. Om ventilatie-openingen af te schermen raden we aan om de 9500 Honeycomb Ventilatiepanelen te gebruiken. Om glas/ramen af te schermen, kunt u 9000 Mesh Foil gebruiken.

Om een contactoppervlak te verkrijgen binnen hetzelfde galvanische bereik als de geleidende bekleding van de gasket, kan er een geleidende tape aangebracht worden met zelfklever op de achterkant. Als de behuizing geverfd zal worden, kunnen we de geleidende tape met schilderstape leveren dat net iets smaller is (de verf zal dan de randjes van de geleidende tape bedekken, dit bevorderd de hechting en weerstand tegen corrosie) (fig. 1).

EMI afschermingstape en schilderstape
Fig 1. EMI afschermingstape en schilderstape

Een andere manier om galvanische corrosie tegen te gaan is door te voorkomen dat milieufactoren in contact komen met de EMI afschermingsgasket, bijvoorbeeld door een gasket te combineren met een waterafdichting. (fig. 2).

7300 series EMC/IP Gaskets 7300 series EMC/IP Gaskets
Fig 2. 7300 EMC/IP Gaskets waterafdichtende EMI pakkingen voor geschroefde applicaties zoals panelen, displays en ramen.

Sommige producenten van EMI gaskets gebruiken lagen met koolstof aan de buitenkant van de gasket om corrosie tegen te gaan. Wij vragen u er zich van bewust te zijn dat de koolstofgelaagde gaskets niet galvanisch te combineren zijn met veelgebruikte constructiematerialen. Corrosie zal zich voordoen op de contactoppervlakken van de constructie. Echter, onze EMI afschermingsgaskets met een geleidende laag van Amucorfolie® zijn wel compatibel met materialen zoals verzinkt staal en aluminium. Deze pakkingen zullen corrosie tegengaan.

EMI en frequenties

Elektromagnetische interferentie kan overgedragen worden door straling en/of conductie. Conductie speelt een belangrijke rol bij frequenties van 30 MHz of lager. Om invloeden van lagere frequenties te voorkomen, moeten kabels en behuizingen afgeschermd worden met magnetisch geleidende materialen. Hoe lager de frequentie, des te dikker het materiaal moet zijn.

Voor hogere frequenties (HF afschermingen >40 MHz) volstaat een dun laagje al van hooggeleidend materiaal.

Gebruik pakkingen om openingen te vermijden

Hoe hoger de frequentie, hoe korter de golflengte. Dit resulteert in een lager wordende tolerantie voor de afmetingen van openingen naarmate de frequentie toeneemt. In andere woorden: deuren, panelen en andere onderdelen moeten elektrisch geleidend met elkaar verbonden worden, aan alle kanten (vermijd dus gaten). De eenvoudigste manier om dit te doen is met behulp van onze zeer geleidende EMI shielding gaskets. De meeste gaskets kunnen met zelfklever geleverd worden voor makkelijke bevestiging.

Avoid Gaps
Fig 3. Vermijd zulke spleten als de afscherming hogere frequenties moet weren.

Om de geschikte gasket te kiezen, zijn er een aantal aspecten waar rekening mee gehouden moet worden:

  • Stijfheid van de constructie
  • Afstand tussen bevestigingen (scharnieren etc.)
  • Gebruikte constructiematerialen
  • Zal de constructie herhaaldelijk geopend en gesloten moeten worden? (vaste applicatie of applicatie met scharnieren)

De toegestane stijfheid van de gasket hangt af van de stugheid van de constructie en de afstand tussen bevestigingen. Als de gasket te stijf is zal een deur, klep of paneel doorbuigen en zullen gaten juist ontstaan in plaats van voorkomen worden (fig. 3). Wij hebben een aantal verschillende gaskets ontworpen speciaal voor deuren, die een groot compressiebereik met lage sluitkracht en uitstekend geleidend vermogen combineren. Deze gaskets kunnen in de meeste gevallen zonder aanpassing van de constructie gebruikt worden. Onderstaande selectie-diagram kan behulpzaam zijn in bepalen van het geschikte gasketmateriaal voor uw toepassing.

Indicatieve gasketselectie-diagram
Indicatieve gasketselectie-diagram

Het afschermen van deuren en kleppen

Voor het afschermen van deuren en kleppen is het belangrijk om een gasket met de juiste veerkracht te gebruiken. Als een gasket te stijf is kan de deur of klep verbuigen, wat resulteert in kleine openingen. Door deze openingen zal een behuizing hoge frequenties minder goed afschermen. Feilloos contact tussen de deur/andere openingsconstructies en de rest van de behuizing is cruciaal in het behouden van afschermingscapaciteiten tegen hogere frequenties.

Hieronder staan een aantal voorbeelden van constructies met EMI pakkingen. Elke constructie vereist het juiste type EMI-gasket.

Gasket voor houten deuren
Voor houten deuren met een geleidende plaat wordt een zachte gasket, bijv. 7400 Ultra Soft Shield, meestal gebruikt om afschermingscapaciteiten te behouden.
Gaskets voor metalen deuren
Voor geleidende, metalen faraday-kooideuren wordt de 8700 V-Shape gasket of de 2000 - Beryllium koper fingerstrips het vaakst gebruikt.
gaskets voor geschroefde kleppengaskets voor geschroefde kleppen
Over het algemeen wordt 7000 Standard Shield gebruikt voor geschroefde applicaties.
Doorlopende gasket met uitsparingen om hoeken te vormenhoek van de doorlopende gasketEndless gasket
Voor toepassingen waarbij de EMI gasket doorlopend moet zijn hebben we de 8000 Endless Gasket ontwikkeld.
Deze gasket kan tevens met waterafdichting geleverd worden (7300 EMC/IP Gaskets).
O-profiel waterdichte gasket
Voor toepassingen die een kleine waterdichte gasket nodig hebben, kunnen we onze 5750 - Elektrisch geleidend rubber leveren.
voorbeeld op maat gemaakte gasket voorbeeld op maat gemaakte gasket voorbeeld op maat gemaakte gasket voorbeeld op maat gemaakte gasket
Voor uitzonderlijke constructies kunnen we custom-made gaskets maken (8800 op maat gemaakte EMC Gaskets)-in elke gewenste vorm, lengte en afmeting.

Afschermingen voor displays / ramen

Niet alleen de verbindingen tussen constructie-onderdelen moeten afgeschermd zijn, maar ook displays en ventilatiepanelen. Displays kunnen worden voorzien van een transparant geleidend laagje voor HF afschermingen (HF> 30 MHz, fig. 4) of een fijn metalen gaas voor uitstekende afscherming tegen lagere frequenties (fig. 5). De transparante geleidende laag wordt op folie geleverd (buigzaam en eenvoudig op een raam te plakken), glas (standaard raam) of op andere materialen (voor zware toepassingen). Voor andere ramen en displays (inclusief ramen met gaas) klik hier. Als u al in bezit bent van displays/ramen en u zou ze willen voorzien van een geleidende laag, laat het ons weten en we zullen de mogelijkheden bekijken.

De afscherming van displays/ramen moet met een elektrisch geleidende verbinding in contact staan met de rest van de behuizing om optimale signaalafzwakking te behalen. Dit kan gedaan worden door middel van pakkingen of een metalen tape met geleidende zelfklever.

Afgeschermde display met geleidend transparante folie, verbonden door een geleidende tape.
Fig 4. Afgeschermde display met geleidend transparante folie, verbonden door een geleidende tape.
Afgeschermde display met zeer fijn metalen gaas, verbonden door een EMI gasket.
Fig 5. Afgeschermde display met zeer fijn metalen gaas, verbonden door een EMI gasket.

Afscherming voor ventilatie-openingen

Openingen voor ventilatie worden meestal afgeschermd met aluminium Honeycomb vents. Deze panelen hebben voortreffelijke afschermingseigenschappen en zorgen voor zo min mogelijk verlies van luchtdoorstroming. Voor nóg betere afscherming worden zogenaamde cross-cell honeycombs gebruikt. Deze panelen bestaan uit twee of meer lagen van aluminium honeycombs die  90° ten opzichte van elkaar gedraaid zijn (fig. 6). Het is gebruikelijk om de honeycombs in een vast aluminium frame te leveren met een gasket van 2-5 mm voor optimale verbinding met de constructie.

cross-cell honeycomb
Fig 6. Cross-cell honeycomb paneel

Kabelafscherming

Om te voorkomen dat straling de afscherming verlaat via stroomkabels en koppelsnoeren, moeten deze ook afgeschermd worden of gefilterd. Kabels kunnen worden afgeschermd door de kabels met afschermingsslangen te bekleden of door geleidende materialen om de kabels heen te wikkelen. Een andere manier is door de kant en klare afschermingshoes te gebruiken. Een afschermingsslang bestaat uit een gevlochten metalen draad die een tunnel vormt waar de af te schermen kabels doorheen getrokken kunnen worden. Een wrapshield is een tape bestaande uit een gebreid metalen draad die om een kabel of bundel van kabels heen wordt gewikkeld. Het is makkelijker om vertakkingen te creëeren met de wikkelmethode dan met de afschermingsslangen. Voor alle kabelafschermingen, klik hier.

De afscherming van kabels moet in goed contact staan met de afscherming van de behuizing, anders zal de signaalafzwakking niet zo efficient zijn (mogelijk zelfs ontoereikend). Voor zware toepassingen en militaire applicaties zijn er afschermingswartels en speciaal ontworpen kabelinvoersystemen beschikbaar. We hebben twee verschillende kabelinvoersystemen ontwikkeld, waarvan de een bestaat uit twee gefranjerde gaskets aan de boven- en onderkant van een sleuf (4910 - Kabelinvoer afscherming)en de ander uit een contactplaat (te bevestigen voor een sleuf) met gaten voor kabeldoorvoer (4930 - High Performance Kabelinvoer). De high performance kabelinvoer-contactplaat kan gas- en waterdicht worden gemaakt. Hoewel het systeem met de contactplaat beter in afschermen is, is het systeem met franjes makkelijker met het toeveoegen van kabels achteraf.

NB: kabels zonder aardscherm moeten ook buiten de behuizing afgeschermd worden om te voorkomen dat ze gaan fuctioneren als antennes. Het voorkomen van zo een lek in het EMI-veld kan door een net- en/of signaallijnfilter te installeren, of als u te maken heeft met kortere kabels die van de ene afscherming naar de andere gaan, door middel van een wrapshield of een afschermingsslang.

4910-Kabelinvoer4930-High performance kabelinvoer 
Fig 7. Entry Shielding

Connector afschermingen

Wat gezegd is over kabels geldt ook voor connectoren: ze moeten afgeschermd of gefilterd worden en geleidend verbonden worden met de rest van de behuizing. Connector gaskets bieden zulke verbindingen op een eenvoudige manier. Deze gaskets bestaan uit een 1 mm dik gestanst materiaal, wat gemakkelijk naar de wensen van de klant aangepast kan worden, zonder hoge additionele gereedschapskosten (fig. 8). Standaardmaten zijn ook verkrijgbaar.

Connector gaskets
Fig 8. Connector Gasket

Afschermen op PCB niveau

De storende onderdelen kunnen in een gevouwen afschermingsdoos/-envelop gedaan worden, gemaakt van Mu-koperen afschermingsfolie met een isolatielaag aan de binnenkant of met plastic studs om kortsluiting te voorkomen (fig. 9). Een alternatief voor de gevouwen doos/envelop is de kant en klare behuizing (zie 1900 - EMI afschermingsbehuizingen).

housing of shielding foil1900 series housing1900 series EMI shielded housing
Fig 9. Gestanst afschermingsfolie and 1900 - EMI afschermingsbehuizingen

Het afschermen van PCB's en individuele componenten kan ook worden bereikt door het solderen van verticale metalen strips (bijv. van Mu-koper of Mu-ferro) op een printplaat om compartimenten te creëren. Deze compartimenten worden afgesloten door een deksel van flexibel gestanst afschermingsfolie of door een geleidend zacht schuimen strook tegen de strips aan te duwen (fig. 10/11). Deze optie biedt de mogelijkheid om meerdere compartimenten in een keer af te schermen.

1600 - Fixed PCB afschermingen Een manier om het hekwerk af te sluiten
Fig 10/11. EMI afschermend hekwerk op een PCB, afgesloten met een deksel of geleidend schuim.

Als de stralingsbron of de EMI-gevoelige componenten bekend zijn, kan er een afscherming voor de specifieke componenten toegepast worden. De beste manier om af te schermen bij de bron is door alleen het storende deel of het gevoelige deel af te schermen op een PCB door middel van ons speciaal ontwikkelde 1500 PCB afschermsysteem.

PCB afscherming PCB afscherming
Fig 12. Afschermen op printplaat-niveau met onze 1500 - afschermdeksels voor PCB's. Plaats het dekseltje simpelweg over de gevoelige chips.

Het afschermen van complete ruimtes/kamers

Voor sommige toepassingen is het wenselijk om de hele kamer af te schermen door metalen folies, zoals Mu-koperfolie, aan de muur te bevestigen. Denk aan medische en militaire applicaties en kamers waarin zeer gevoelige metingen worden gedaan. De techniek kan zelfs worden gebruikt in forensisch onderzoek, bijvoorbeeld wanneer er voorkomen moet worden dat een apparaat communiceert met de buitenwereld terwijl het onderzocht wordt.

Mu-koperen Faraday kooien kunnen voor elk type/vorm/grootte van kamer gemaakt worden.
Mu-koperen Faraday kooien kunnen voor elk type/vorm/grootte van kamer gemaakt worden.

 

 

EMI Shielding Theory - Holland Shielding Systems - EMI/RFI Shielding Holland Shielding Systems BV EMI Shielding Theory - Holland Shielding Systems - EMI/RFI Shielding Holland Shielding Systems B.V. Holland Shielding Systems B.V.
Rated 4.7/5 based on 8 customer reviews
In stock
48.00 48.00 48.00 EUR
48.00 48.00 48.00 Retail EA EUR
1 EMI Shielding Theory - Holland Shielding Systems - EMI/RFI Shielding Holland Shielding Systems BV
Product description: Holland Shielding Systems BV is specialized in RFI shielding, please contact us at: info@hollandshielding.com or +31(0)78 - 204 90 00

Holland Shielding Systems BV

Holland Shielding Systems B.V. Holland Shielding Systems BV Holland Shielding Systems BV

Worldwide leading manufacturer of EMC (electromagnetic compatibility), EMI (electromagnetic interference) and RFI(radio frequency interference) shielding solutions. Our EMC/EMI specialists will work together with you from the design phase through final production.

Open: Monday-Friday 7am-12pm

Phone: 0031782049000

Fax: 0031782049008

Paypal, credit card, iDEAL, Cash, Wire transfer From €48
Jacobus Lipsweg 124, 3316BP, Dordrecht, ZH, NL
Rated 4.9/5 based on 346 customer reviews

Wilt u ...