Comprensión del blindaje EMI: su importancia en el diseño

¿Qué es el blindaje EMI? 

 

El blindaje EMI implica el empleo de procesos y materiales de fabricación específicos en dispositivos y equipos electrónicos para proteger las señales de interferencias electromagnéticas externas y evitar que las señales producidas causen alteraciones en los componentes cercanos.

 

¿Por qué es importante el blindaje EMI?

 

La interferencia electromagnética (EMI) representa una amenaza para una amplia gama de dispositivos, sistemas y aplicaciones electrónicos críticos, que van desde equipos médicos y militares hasta sistemas de transporte masivo y controles industriales. Esta interferencia, derivada tanto de fenómenos naturales como de fuentes provocadas por el hombre, puede provocar fallos de funcionamiento temporales, pérdida de datos, fallos del sistema y, en casos graves, incluso muertes.

 

Comprender las fuentes de EMI y su impacto es crucial para ingenieros y diseñadores. Es esencial reconocer cómo la energía electromagnética (EME) dentro del entorno operativo puede causar interferencias. La función de un escudo EMI es mitigar estas interferencias, especialmente en el espectro de radiofrecuencia (RF), que abarca desde 3 kHz hasta 300 GHz. Las ondas de RF son fundamentales para la tecnología de radio, pero también pueden interrumpir la comunicación inalámbrica al transmitir señales de interferencia. Sin las consideraciones adecuadas de blindaje EMI, los diseños pueden no proporcionar la protección necesaria contra estos campos electromagnéticos, comprometiendo la confiabilidad y seguridad de los dispositivos.

 

Fuentes de EMI

 

Los sistemas ferroviarios y de transporte público son susceptibles a interferencias electromagnéticas (EMI) debido a varias fuentes específicas de la aplicación, que incluyen:

 

• Emisiones de los sistemas de control y propulsión de los trenes
• Conmutación de contactos de alto voltaje
• Contacto con zapatas del tercer carril
• Sistemas de control y señalización de trenes

 

Los equipos médicos también son vulnerables a las interferencias electromagnéticas (EMI), con fuentes potenciales exclusivas de los entornos sanitarios, como:

 

• Dispositivos eléctricos y electrónicos utilizados en unidades quirúrgicas
• Maquinaria de soporte vital, incluidos ventiladores y bombas de infusión
• Equipo de seguimiento y asistencia al paciente
• Equipo de rayos X diagnóstico y terapéutico

 

Los activos militares y la infraestructura crítica están expuestos a amenazas de interferencia electromagnética (EMI) que incluyen, entre otras, EMI intencional (IEMI), a menudo denominada "guerra electrónica", y otras amenazas específicas como:<p >

 

• Pulso electromagnético nuclear de gran altitud (HNEMP)
• Armas de microondas de alta potencia
• Bombas electromagnéticas (bombas E)
• Cañones de pulso electromagnético (EMP)

 

Si bien algunas amenazas de interferencia electromagnética (EMI), como pulsos electromagnéticos nucleares a gran altitud o bombas electromagnéticas, pueden parecer extremas, es crucial que los ingenieros evalúen todos los riesgos potenciales de EMI. Esta evaluación integral garantiza la integración de medidas de protección adecuadas en sus diseños de juntas para proteger contra un amplio espectro de amenazas EMI.

 

Juntas de protección EMI

 

Las juntas de protección EMI protegen los dispositivos electrónicos de las interferencias electromagnéticas, tradicionalmente fabricadas con láminas de metal como aluminio, cobre y acero, diseñadas para adaptarse a gabinetes electrónicos. Si bien son efectivos, estos metales pueden deformarse bajo presiones de sellado, lo que podría comprometer el escudo.

 

Los avances actuales en blindaje EMI incluyen pantallas metálicas flexibles, cables, espumas y recubrimientos de tinta metálica para interiores de gabinetes electrónicos. Entre ellos, destaca la silicona rellena de partículas, que combina los beneficios eléctricos del metal con la flexibilidad del caucho de silicona. Esta combinación es particularmente valiosa para los diseñadores que enfrentan diversas tareas de sellado y aislamiento.

 

Por ejemplo, las pantallas táctiles resistentes suelen utilizar juntas EMI a base de silicona llenas de partículas metálicas. Estas juntas no solo reducen las emisiones EMI y proporcionan conductividad, sino que también sellan contra condiciones ambientales extremas sin obstaculizar la funcionalidad de la pantalla táctil o la durabilidad contra golpes mecánicos. El costo y la simplicidad de fabricación son consideraciones cruciales para los diseñadores de juntas en diversos sectores.

 

Siliconas conductoras

 

Las juntas de silicona rellenas de partículas son una solución para aplicaciones exigentes, pero es esencial evaluar si estos elastómeros conductores se alinean con todos los requisitos de su proyecto. Surgen preguntas sobre su rentabilidad y capacidad de fabricación, considerando los compromisos que podrían conllevar la incorporación de un gran volumen de partículas metálicas. Estos incluyen la posible dureza o fragilidad, limitaciones en el tamaño de las piezas debido a las dimensiones del molde y preocupaciones sobre el espesor del material para diseños electrónicos elegantes. Históricamente, el costo de las siliconas rellenas de partículas, especialmente aquellas que utilizan plata-aluminio como relleno, también fue un factor importante. disuasivo, particularmente cuando los precios de la plata se dispararon.

 

A pesar del escepticismo pasado sobre su usabilidad, los avances han hecho que las siliconas rellenas de partículas sean más atractivas. La especificación militar MIL-DTL-83528 destacó la importancia del plata-aluminio en el blindaje EMI, pero el creciente costo de la plata impulsó la búsqueda de alternativas. Ahora, los diseñadores tienen acceso a opciones menos costosas como siliconas de plata-cobre, plata-vidrio y, en particular, siliconas de níquel-grafito. Estas opciones de níquel-grafito, rentables y que cumplen con los requisitos de blindaje MIL-DTL-83528, ofrecen una solución viable para lograr una fuerte protección EMI sin el precio superior de los elastómeros a base de plata.

 

Materiales EMI

 

Los avances recientes en los compuestos de silicona han hecho que los elastómeros rellenos de partículas sean capaces de cumplir con las estrictas demandas de blindaje EMI y, al mismo tiempo, cumplir con otros criterios del proyecto. Las siliconas de níquel-grafito, por ejemplo, ahora se ofrecen en distintos niveles de suavidad: 30, 40 y 45 de dureza (Shore A), lo que las hace adecuadas para juntas de gabinetes. Para entornos que requieren resistencia a combustibles y productos químicos, los elastómeros a base de fluorosilicona de mayor dureza, disponibles en durezas 50, 60 y 80, proporcionan una solución sólida.

 

Estos materiales modernos incorporan suficiente relleno metálico para garantizar un blindaje EMI y una conductividad eléctrica efectivos, lo que respalda procesos de fabricación confiables y económicos. Las siliconas rellenas de partículas mantienen su forma durante el corte, lo que garantiza que los orificios del conector se alineen correctamente y mejoran la resistencia al desgarro, una característica crucial para juntas con paredes delgadas. Los diseñadores pueden optar por versiones con adhesivo para una instalación más sencilla. Para aplicaciones que necesitan conductividad del eje Z, estas siliconas funcionan bien con adhesivos conductores de electricidad, lo que aumenta la eficacia del blindaje.

 

Si bien los distintos durómetros de las siliconas de níquel-grafito satisfacen diferentes requisitos, ciertas aplicaciones requieren materiales reforzados para mayor resistencia. Las opciones incluyen elastómeros de durómetro 65 reforzados con malla recubierta de níquel y versiones de durómetro inferior combinadas con capas de tela conductora. Estos refuerzos mejoran la conductividad y la robustez del material, evitando la fragilidad y el desgarro en la producción de juntas EMI.