EMC調試工具(三):導電泡棉的使用
圖1:導電泡棉
導電泡棉是由具有導電性和防腐蝕性的導電纖維布,內襯低壓縮力的PU泡棉而構成,具有良好的導電與屏蔽效果,還具有重量輕、柔性好、抗壓縮疲勞性能優、導電性能好的優點,廣泛應用于金屬件搭接、端口屏蔽、縫隙屏蔽。
01、導電泡棉分類
導電泡棉按材質可以分為:鋁箔布泡棉、導電纖維布泡棉、鍍金布泡棉、鍍炭布泡棉、銅箔布泡棉、鍍錫導電泡棉、鍍鎳銅導電泡棉等。
圖2:鋁箔布導電泡棉
圖3:銅箔布導電泡棉
02、導電泡棉主要參數
導電泡棉的技術參數指標:屏蔽效能、表面電阻、使用溫度、永久壓縮變形、阻燃性、耐麿試驗次數等。為了確保導電泡棉在使用過程中的可靠性和穩定性,導電泡棉需要滿足以下性能要求。
導電性能
導電泡棉的導電性能是衡量其質量的重要指標之一,導電泡棉的導電層應具有低電阻和穩定的導電性能,通常以導電層的電阻值來評估,一般來說,導電泡棉的導電阻值應低于10mohm以下。
壓縮性能
導電泡棉需要具備優秀的壓縮性能,能夠在受到壓力后迅速恢復并保持原有形狀,且良好的壓縮性是衡量導電泡棉性能的重要指標之一,良好的壓縮性能夠有效保護電子元器件等脆弱部件,并提供有效的緩沖和保護。
導電層的粘附性能
導電泡棉的導電層應具有良好的粘附性能,能夠牢固地附著在泡沫基材上,避免因粘附不牢引起導電性能降低或失效,導電層的粘附膠的導電性能也是影響導電泡棉導電性的關鍵因素。
其它技術參數
阻燃性符合UL94-VO認證,屏蔽效能≧90dB,表面電阻≤0.07ohm/㎡,使用溫度為-40℃到70℃,壓縮形變為3%-10%,耐磨次數≧10000。
03、導電泡棉的應用
I/O端口靜電放電防護與輻射屏蔽
圖4:I/O端口靜電防護與屏蔽導電泡棉
在筆記本電腦、臺式PC、顯示器、電視機等消費電子產品,在外部I/O端口增加導電泡棉與金屬檔板、金屬支架進行充分搭接不僅可以阻止外部干擾噪聲進入內部電路,也可以防止內部輻射噪聲通過端口泄露。
CPU散熱片與金屬殼之間的屏蔽搭接
圖5:CPU散熱片與金屬殼體之間屏蔽搭接
筆記本電腦CPU芯片的散熱片是高頻噪聲干擾耦合發射的重要路徑,散熱片與金屬殼體之間的搭接縫隙也是高頻噪聲泄露的主要途徑,通過在CPU散片與金屬殼體之間增加導電泡棉,不僅可以有效降低散熱片本身的空間輻射,還可以解決縫隙泄露問題。
金屬殼體之間的等電位接地
圖6:金屬殼體之間等電位搭接
使用金屬殼體進行電磁干擾屏蔽時,金屬殼體之間的高頻等電位搭接是決定屏蔽效能的重要因素之一,由于產品ID設計限制、結構設計的局限性等原因,金屬殼體之間的搭接有時需要通過導電泡棉進行低阻抗的連接。
芯片散熱片接地等電位
圖7:芯片散熱片接地等電位泡棉
主控芯片散熱片與芯片之間的容性耦合,會將芯片內部的高頻噪聲耦合到散熱片上,散熱片本身就成為輻射天線,將高頻噪聲向外發射。散熱片接地是降低其電場輻射的有效手段,通過貼片導電泡多點棉接地,是降低散熱片電場噪聲的重要措施之一。
04、導電泡棉的選型
導電泡棉根據應用場景,選擇合適的規格參數,具體需要關注結構尺寸、表面阻抗、壓縮比例、接觸面積等。
結構尺寸的選型
圖8:貼片導電泡棉結構尺寸圖
應用在不同場合的導電泡棉,應根據實際情況選擇長、寬、高合適的尺寸,尤其高度尺寸更應特別關注,高度選型不合適導電泡棉的導電性就無法達到最佳效果,嚴重情況下根本沒有起到導電作用。
技術參數的選型
影響導電泡棉性能的除結構尺寸外,技術參數也非常關鍵,具體應關注表面電阻值,壓縮比、應用溫度范圍、阻燃性、等指標。
圖9:貼片導電泡棉壓縮比與表阻抗之間的關系曲線(一)
圖10:貼片導電泡棉壓縮比與表阻抗之間的關系曲線(二)
根據貼片導電泡棉壓縮比與表面阻抗之間的關系曲線可知,在相同的壓縮比下,不同的導電泡棉表面阻抗也差異很大,選型時優選表面阻抗小的泡棉,尤其是用于高頻噪聲的接地。在實際應用中應保證泡棉的壓縮比≧30%,否則會降低導電泡棉的導電性能。
從導電性的角度出發,導電泡棉的表面阻抗越小越好,一般建議小于0.05ohm/㎡,必要時可以使用多顆導電泡棉降低高頻接地阻抗。
05、導電泡棉應用注意事項
溫度參數的選型
一般導電泡棉規格書中都會給出溫度應用范圍,不同的導電泡棉溫度應用范圍不同,尤其應用于高溫條件的導電泡棉,應結合實際的環境測量溫度選擇合適的規格。
圖11:貼片導電泡棉規格書給出的溫度應用范圍
高度選型問題
圖12:貼片導電泡棉的結構尺寸標注
在實際中經常會遇到增加導電泡棉沒有達到預期的接地效果,或者沒有達到導電性的要求,分析原因很多與導電泡棉的高度選型相關,選擇高度時不能僅依據接觸良好就可以,還要充分考慮壓縮后的高度應滿足要求,否則表面阻抗較大,達不到預期的接地效果。
材質的選擇
不同材質的導電泡棉其表面阻抗不同,不同材質的導電泡棉其可壓縮性、形變可恢復性也不同,承受拉扯力的能力也不同。銅的導電性要優于錫、鋁、承受拉扯力受差,容易受到外力斷裂,引起導電性不良問題。
圖13:貼片導電泡棉(表面銅箔)
導電泡棉放置位置與數量選擇
高頻噪聲最小阻抗路徑回到源端,是降低高頻輻射發射的有效對策,導電泡棉放置是影響高頻接地阻抗的重要因素,由于高頻下寄生電感的影響,多個泡棉接地可以有效降低高頻寄生電感對接地阻抗的影響。