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      导电塑料外壳在通信设备电磁屏蔽上的应用

      发布时间:2021-10-08

      随着通信技术的发展,设备集成度越来越高,系统内部的电磁兼容性也相应升级,为了解决电磁波辐射泄漏和干扰问题,一般会采用电磁屏蔽材料进行屏蔽。5G基站核心技术的升级和基站数量的增加,导致电磁屏蔽材料的需求大幅增加。目前广泛使用的电磁屏蔽器件包括导电塑料器件、导电硅胶、金属屏蔽器件、导电布衬垫、吸波器件等。


      一、电磁屏蔽原理

      电磁屏蔽的原理是反射和吸收来自干扰源的电磁波,一般来说,材料反射和引导电磁能流,内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化场,从而削弱源电磁场的辐射效应,这与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感应出的电荷、电流和极化现象密切相关。

      一般用作电磁屏蔽的材料都有一定的导电性,我们印象中一般都是用塑料作为绝缘材料,那么导电塑料如何应用于电磁屏蔽呢?让我们先简单了解一下。


      二、导电塑料介绍

      事实上,如果对塑料进行一定程度的加工,例如将塑料基体与导电填料形成具有海岛结构的复合体系,可以借助量子力学隧道效应使电子具有粒子间跃迁的能力,提高塑料的导电性,从而成为“半导体”导电塑料。

      一般来说,材料对电流的电阻以表面电阻率为特征。表面电阻率越小,电导率越强。根据材料表面电阻率的不同,塑料可分为:

      1、绝缘材料:10^12 ~ 10^15 ohm/sq

      2、抗静电材料:10^10 ~ 10^12 ohm/sq

      3、静电耗散材料:10^6 ~ 10^12 ohm/sq

      4、导电材料:≤10^5 ohm/sq

      5、电磁屏蔽材料:10^1 ~ 10^3 ohm/sq

      其中,表面电阻小于≤10^5 ohm/sq为导电级塑料,而表面电阻在10^1 ~ 10^3 ohm/s之间的导电塑料一般可用作电磁屏蔽材料。它具有较高的电导率,对电磁波有一定的吸收损耗,能减弱电磁场的辐射效应,是电磁屏蔽材料的重要选择。


      三、导电塑料的分类

      导电塑料分为两类,其中物理方法制成的导电塑料称为复合型导电塑料,化学方法制成的导电塑料称为本征型(也称为结构)导电塑料。

      1、本征型导电塑料

      是指聚合物本身或经过化学改性后具有导电性的塑料,可以发挥其自身化学结构的作用使其本质上具有导电性,进而通过化学方法掺杂增加其导电性。

      2、复合型导电塑料

      指经过物理改性后具有导电性的塑料,一般由炭黑、碳纤维、石墨、金属粉末、金属纤维等导电物质混入树脂中制成。目前,90%的导电塑料是复合型材料,应用广泛。

      选择不同的塑料基板,以及结合不同比例的导电物质,都会带来不同的电磁屏蔽性能。导电塑料作为屏蔽材料可以根据产品的厚度调节屏蔽效能,其屏蔽效能在30~90dB之间。


      四、导电塑料生产技术

      将PC/ABS、 PC、ABS、PA、PPE等树脂与镀镍碳纤维、不锈钢纤维等导电物质相结合,通过塑料和填料混合,经过塑料加工工艺,在一定程度上提高了导电性能,实现了从绝缘体到半导体再到导体的巨大变化,从而使其具有EMI屏蔽功能和接地功能。

      导电塑料采用注塑工艺,一次成型,无需机加工、电镀、喷漆、镀膜等复杂的二次工艺,有利于大大降低加工成本,通过注塑成型可以实现更复杂的结构。导电塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)是常用金属的四分之一,即使与铝相比也只有铝的一半,可加工成1.0毫米左右的薄壁结构,重量减轻75%。


      五、导电塑料部分应用介绍

      导电塑料具有良好的电磁屏蔽性能,具有密度低、韧性好、成本低、易加工、屏蔽性能可调节等优点,它是金属屏蔽材料的潜在替代品。导电塑料主要用于集成电路、汽车电子、电气等领域的EMI屏蔽外壳,以及中、高压电缆中使用的半导体屏蔽材料,能保持塑料的固有特性的同时,具有类似金属导电性的特性。

      1、通信基站的悬挂结构件

      导电塑料的密度(1.2~1.4g/cm3)是普通金属的四分之一,即使与铝相比也只有钢的一半。导电塑胶因其密度低,在通信基站发射塔上悬挂结构中具有一定的应用优势,此外,它也是金属压铸外壳良好的替代品。

      2、电源盖板

      目前通信设备上电源系统的电源盖板主要采用铝压铸,但铝压铸件存在的主要问题是:质量重、成本偏高,不易加工,屏蔽效能不可调等。用导电塑料代替金属材料可以避免这些问题,满足更高的市场需求。

      3、屏蔽腔

      目前通信设备中的屏蔽腔体大多采用铝合金压铸件,但压铸件密度大,易腐蚀,成型性差,且电镀普通塑料,长期使用过程镀层容易脱落,使产品功能失效;采用导电塑料一体化方案,组装方便,产品可靠性好,屏蔽性能能满足要求,成本也降低。


      导电塑料在EMI中的应用还包括通信假面板、连接器(光纤护套、电源护套等)电脑显示器后壳、导光盒,以及军用物资等。

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