Comprendre le blindage EMI : son importance dans la conception

Qu'est-ce que le blindage EMI ? 

 

Le blindage EMI implique l'utilisation de processus de fabrication et de matériaux spécifiques dans les appareils et équipements électroniques pour protéger les signaux des interférences électromagnétiques externes et pour empêcher les signaux produits de perturber les composants à proximité.

 

Pourquoi le blindage EMI est-il important ?

 

Les interférences électromagnétiques (EMI) constituent une menace pour un large éventail d'appareils, de systèmes et d'applications électroniques critiques, allant des équipements médicaux et militaires aux systèmes de transport en commun et aux contrôles industriels. Ces interférences, provenant à la fois de phénomènes naturels et de sources d'origine humaine, peuvent entraîner des dysfonctionnements temporaires, des pertes de données, des pannes du système et, dans les cas graves, même des décès.

 

Comprendre les sources des interférences électromagnétiques et leur impact est crucial pour les ingénieurs et les concepteurs. Il est essentiel de reconnaître comment l'énergie électromagnétique (EME) au sein de l'environnement opérationnel peut provoquer des interférences. Le rôle d'un bouclier EMI est d'atténuer ces interférences, en particulier dans le spectre des radiofréquences (RF), qui s'étend de 3 kHz à 300 GHz. Les ondes RF sont fondamentales pour la technologie radio, mais peuvent également perturber la communication sans fil en transmettant des signaux interférents. Sans prise en compte appropriée du blindage EMI, les conceptions risquent de ne pas fournir la protection nécessaire contre ces champs électromagnétiques, compromettant ainsi la fiabilité et la sécurité des appareils.

 

Sources d'EMI

 

Les systèmes ferroviaires et de transports en commun sont sensibles aux interférences électromagnétiques (EMI) dues à plusieurs sources spécifiques à l'application, notamment :

 

• Émissions provenant des systèmes de contrôle et de propulsion des trains
• Commutation des contacts haute tension
• Contact avec les patins du troisième rail
• Systèmes de signalisation et de contrôle des trains

 

Les équipements médicaux sont également vulnérables aux interférences électromagnétiques (EMI), avec des sources potentielles propres aux environnements de soins de santé, telles que :

 

• Appareils électriques et électroniques utilisés dans les unités chirurgicales
• Machines de survie, y compris les ventilateurs et les pompes à perfusion
• Matériel de suivi et d'assistance aux patients
• Équipement de radiographie diagnostique et thérapeutique

 

Les actifs militaires et les infrastructures critiques sont exposés à des menaces d'interférences électromagnétiques (EMI), qui incluent, sans toutefois s'y limiter, les EMI intentionnelles (IEMI), souvent appelées « guerre électronique », et d'autres menaces spécifiques telles que :<p >

 

• Impulsion électromagnétique nucléaire à haute altitude (HNEMP)
• Armes à micro-ondes de haute puissance
• Bombes électromagnétiques (bombes électroniques)
• Canons à impulsions électromagnétiques (EMP)

 

Bien que certaines menaces d'interférences électromagnétiques (EMI), telles que les impulsions électromagnétiques nucléaires à haute altitude ou les bombes électromagnétiques, puissent sembler extrêmes, il est crucial pour les ingénieurs d'évaluer tous les risques potentiels d'interférences électromagnétiques. Cette évaluation complète garantit l'intégration de mesures de protection appropriées dans la conception de leurs joints pour se prémunir contre un large éventail de menaces EMI.

 

Joints de blindage EMI

 

Les joints de blindage EMI protègent les composants électroniques des interférences électromagnétiques, traditionnellement fabriqués à partir de tôles comme l'aluminium, le cuivre et l'acier, façonnées pour s'adapter aux boîtiers électroniques. Bien qu'efficaces, ces métaux peuvent se déformer sous les pressions d'étanchéité, compromettant potentiellement le blindage.

 

Les progrès actuels en matière de blindage EMI incluent des écrans métalliques flexibles, des fils, des mousses et des revêtements d'encre métallique pour l'intérieur des boîtiers électroniques. Parmi ceux-ci, le silicone chargé de particules se démarque, alliant les avantages électriques du métal à la flexibilité du caoutchouc de silicone. Cette combinaison est particulièrement précieuse pour les concepteurs confrontés à diverses tâches d'étanchéité et d'isolation.

 

Par exemple, les écrans tactiles robustes utilisent souvent des joints EMI à base de silicone remplis de particules métalliques. Ces joints réduisent non seulement les émissions EMI et assurent la conductivité, mais également l'étanchéité contre les extrêmes environnementaux sans entraver la fonctionnalité de l'écran tactile ou la durabilité contre les chocs mécaniques. Le coût et la simplicité de fabrication sont des considérations cruciales pour les concepteurs de joints dans divers secteurs.

 

Silicones conducteurs

 

Les joints en silicone chargés de particules sont une solution pour les applications exigeantes, mais il est essentiel d'évaluer si ces élastomères conducteurs répondent à toutes les exigences de votre projet. Des questions sur leur rentabilité et leur fabricabilité se posent, compte tenu des compromis que pourrait entraîner l’incorporation d’un volume élevé de particules métalliques. Ceux-ci incluent la dureté ou la fragilité potentielle, les contraintes sur la taille des pièces dues aux dimensions du moule et les préoccupations concernant l'épaisseur du matériau pour les conceptions électroniques élégantes. Historiquement, le coût des silicones chargés de particules, en particulier ceux utilisant de l'argent et de l'aluminium comme charge, était également un coût important. dissuasif, en particulier lorsque les prix de l'argent ont grimpé.

 

Malgré le scepticisme passé quant à leur utilisation, les progrès ont rendu les silicones chargés de particules plus attrayants. La spécification militaire MIL-DTL-83528 a souligné l'importance de l'argent-aluminium dans le blindage EMI, mais le coût croissant de l'argent a incité à rechercher des alternatives. Désormais, les concepteurs ont accès à des options moins coûteuses comme les silicones argent-cuivre, argent-verre et notamment les silicones nickel-graphite. Ces options nickel-graphite, économiques et conformes aux exigences de blindage MIL-DTL-83528, offrent une solution viable pour obtenir une forte protection EMI sans le prix élevé des élastomères à base d'argent.

 

Matériaux EMI

 

Les progrès récents dans la composition des silicones ont permis de rendre les élastomères chargés de particules capables de répondre aux exigences strictes en matière de blindage EMI tout en répondant à d'autres critères du projet. Les silicones nickel-graphite, par exemple, sont désormais proposés dans différents niveaux de douceur : 30, 40 et 45 duromètres (Shore A), ce qui les rend adaptés aux joints d'étanchéité des boîtiers. Pour les environnements nécessitant une résistance aux carburants et aux produits chimiques, les élastomères à base de fluorosilicone à dureté plus élevée, disponibles en duretés 50, 60 et 80, constituent une solution robuste.

 

Ces matériaux modernes incorporent suffisamment de charge métallique pour garantir un blindage EMI et une conductivité électrique efficaces, prenant ainsi en charge des processus de fabrication fiables et économiques. Les silicones chargés de particules conservent leur forme pendant la découpe, garantissant ainsi un alignement correct des trous de connecteur et améliorant la résistance à la déchirure, une caractéristique cruciale pour les joints à parois minces. Les concepteurs peuvent opter pour des versions à dos adhésif pour une installation plus simple. Pour les applications nécessitant une conductivité sur l'axe Z, ces silicones fonctionnent bien avec les adhésifs électroconducteurs, renforçant ainsi l'efficacité du blindage.

 

Bien que différents duromètres de silicones nickel-graphite répondent à des exigences différentes, certaines applications nécessitent des matériaux renforcés pour une résistance supplémentaire. Les options incluent des élastomères de dureté 65 renforcés avec un maillage recouvert de nickel et des versions à dureté inférieure associées à des couches de tissu conducteur. Ces renforts améliorent la conductivité et la robustesse des matériaux, évitant ainsi la fragilité et la déchirure lors de la production de joints EMI.