فهم حماية EMI: أهميتها في التصميم

ما هو الحماية الكهرومغناطيسية؟ 

 

يتضمن التدريع EMI استخدام عمليات تصنيع ومواد محددة في الأجهزة والمعدات الإلكترونية لحماية الإشارات من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي ولمنع الإشارات المنتجة من التسبب في تعطيل المكونات القريبة.

 

ما أهمية حماية EMI؟

 

يشكل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) تهديدًا لمجموعة واسعة من الأجهزة والأنظمة والتطبيقات الإلكترونية المهمة، بدءًا من المعدات الطبية والعسكرية إلى أنظمة النقل الجماعي وأجهزة التحكم الصناعية. يمكن أن يؤدي هذا التدخل، الناشئ عن الظواهر الطبيعية والمصادر التي من صنع الإنسان، إلى أعطال مؤقتة، وفقدان البيانات، وفشل النظام، وفي الحالات الشديدة، حتى الوفيات.

 

يعد فهم مصادر EMI وتأثيرها أمرًا بالغ الأهمية للمهندسين والمصممين. يعد التعرف على كيفية تسبب الطاقة الكهرومغناطيسية (EME) داخل بيئة التشغيل في حدوث تداخل أمرًا ضروريًا. يتمثل دور درع EMI في تخفيف هذه التداخلات، خاصة في طيف الترددات الراديوية (RF)، الذي يمتد من 3 كيلو هرتز إلى 300 جيجا هرتز. تعتبر موجات التردد الراديوي أساسية لتكنولوجيا الراديو ولكنها يمكنها أيضًا تعطيل الاتصالات اللاسلكية عن طريق إرسال إشارات متداخلة. بدون اعتبارات التدريع الكهرومغناطيسي المناسبة، قد تقصر التصاميم في توفير الحماية اللازمة ضد هذه المجالات الكهرومغناطيسية، مما يعرض موثوقية الأجهزة وسلامتها للخطر.

 

مصادر EMI

 

تتعرض أنظمة السكك الحديدية والنقل الجماعي للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) بسبب العديد من المصادر الخاصة بالتطبيقات، بما في ذلك:

 

• الانبعاثات الصادرة عن أنظمة التحكم والدفع في القطارات
• تبديل اتصالات الجهد العالي
• الاتصال بشركة السكك الحديدية الثالثة
• أنظمة إشارات وتحكم القطارات

 

المعدات الطبية معرضة أيضًا للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، مع وجود مصادر محتملة فريدة لبيئات الرعاية الصحية، مثل:

 

• الأجهزة الكهربائية والإلكترونية المستخدمة في الوحدات الجراحية
• آلات دعم الحياة، بما في ذلك أجهزة التنفس الصناعي ومضخات التسريب
• معدات مراقبة ومساعدة المرضى
• أجهزة الأشعة التشخيصية والعلاجية

 

تتعرض الأصول العسكرية والبنية التحتية الحيوية لتهديدات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) التي تشمل، على سبيل المثال لا الحصر، التداخل الكهرومغناطيسي المتعمد (IEMI)، والذي يشار إليه غالبًا باسم "الحرب الإلكترونية"، وتهديدات محددة أخرى مثل:<p >

 

• النبض الكهرومغناطيسي النووي على ارتفاعات عالية (HNEMP)
• أسلحة الميكروويف عالية الطاقة
• القنابل الكهرومغناطيسية (القنابل الإلكترونية)
• مدافع النبض الكهرومغناطيسي

 

على الرغم من أن بعض تهديدات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، مثل النبضات الكهرومغناطيسية النووية عالية الارتفاع أو القنابل الكهرومغناطيسية، قد تبدو متطرفة، إلا أنه من المهم للمهندسين تقييم جميع مخاطر التداخل الكهرومغناطيسي المحتملة. يضمن هذا التقييم الشامل دمج تدابير الحماية المناسبة في تصميمات الحشيات الخاصة بهم للحماية من مجموعة واسعة من تهديدات EMI.

 

جوانات حماية EMI

 

تعمل حشوات الحماية من EMI على حماية الإلكترونيات من التداخل الكهرومغناطيسي، وهي مصنوعة تقليديًا من صفائح معدنية مثل الألومنيوم والنحاس والفولاذ، ويتم تشكيلها لتناسب العبوات الإلكترونية. على الرغم من فعاليتها، إلا أن هذه المعادن يمكن أن تتشوه تحت ضغوط الختم، مما قد يعرض الدرع للخطر.

 

تتضمن التطورات الحالية في مجال الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي شاشات معدنية مرنة، وأسلاك، ورغاوي، وطلاءات حبر معدنية للديكورات الداخلية للحاويات الإلكترونية. ومن بين هذه العناصر، يبرز السيليكون المملوء بالجزيئات، حيث يجمع بين الفوائد الكهربائية للمعادن ومرونة مطاط السيليكون. يعد هذا المزيج ذا قيمة خاصة للمصممين الذين يواجهون مهام مختلفة في مجال الختم والعزل.

 

على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم شاشات اللمس القوية حشوات EMI القائمة على السيليكون والمملوءة بجزيئات معدنية. لا تقلل هذه الحشيات من انبعاثات EMI وتوفر التوصيل فحسب، ولكنها أيضًا تمنع الظروف البيئية القاسية دون إعاقة وظيفة شاشة اللمس أو المتانة ضد الصدمات الميكانيكية. تعتبر بساطة التكلفة والتصنيع من الاعتبارات الحاسمة لمصممي الحشيات في مختلف القطاعات.

 

سيليكون موصل

 

تعد حشوات السيليكون المملوءة بالجسيمات حلاً للتطبيقات الصعبة، ولكن من الضروري تقييم ما إذا كانت هذه اللدائن الموصلة تتوافق مع جميع متطلبات مشروعك. وتنشأ أسئلة حول فعاليتها من حيث التكلفة وقابلية التصنيع، مع الأخذ في الاعتبار التنازلات التي قد تأتي مع دمج كمية كبيرة من الجزيئات المعدنية. وتشمل هذه الصلابة أو الهشاشة المحتملة، والقيود المفروضة على أحجام الأجزاء بسبب أبعاد القالب، والمخاوف بشأن سمك المادة للتصميمات الإلكترونية الأنيقة. تاريخيًا، كانت تكلفة السيليكون المملوء بالجسيمات، خاصة تلك التي تستخدم الألومنيوم الفضي كحشو، مرتفعة أيضًا. رادع، خاصة عندما ترتفع أسعار الفضة.

 

على الرغم من الشكوك السابقة حول قابليتها للاستخدام، إلا أن التطورات جعلت السيليكون المملوء بالجزيئات أكثر جاذبية. سلطت مواصفات MIL-DTL-83528 العسكرية الضوء على أهمية الألومنيوم الفضي في الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي، لكن ارتفاع تكلفة الفضة دفع إلى البحث عن بدائل. الآن، أصبح لدى المصممين إمكانية الوصول إلى خيارات أقل تكلفة مثل النحاس الفضي، والزجاج الفضي، وعلى وجه الخصوص سيليكون النيكل والجرافيت. توفر خيارات النيكل والجرافيت هذه، فعالة من حيث التكلفة ومتوافقة مع متطلبات التدريع MIL-DTL-83528، حلاً قابلاً للتطبيق لتحقيق حماية قوية من التداخل الكهرومغناطيسي بدون السعر المرتفع للمطاط المطاطي القائم على الفضة.

 

مواد EMI

 

لقد أدت التطورات الحديثة في مركبات السيليكون إلى جعل اللدائن المملوءة بالجسيمات قادرة على تلبية متطلبات الحماية الصارمة للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) مع تلبية معايير المشروع الأخرى. على سبيل المثال، يتم الآن توفير سيليكونات النيكل والجرافيت بمستويات مختلفة من النعومة - 30 و40 و45 مقياس التحمل (Shore A)، مما يجعلها مناسبة لحشيات العلبة. بالنسبة للبيئات التي تتطلب مقاومة للوقود والمواد الكيميائية، توفر اللدائن المرنة القائمة على الفلوروسيليكون ذات التحمل العالي، والمتوفرة في 50 و60 و80، حلاً قويًا.

 

تشتمل هذه المواد الحديثة على حشو معدني كافٍ لضمان حماية فعالة من التداخل الكهرومغناطيسي والتوصيل الكهربائي، مما يدعم عمليات التصنيع الموثوقة والاقتصادية. تحافظ السيليكونات المملوءة بالجسيمات على شكلها أثناء القطع، مما يضمن محاذاة فتحات الموصل بشكل صحيح ويعزز مقاومة التمزق، وهي ميزة مهمة للحشيات ذات الجدران الرقيقة. يمكن للمصممين اختيار الإصدارات المدعومة باللاصق لتسهيل التثبيت. بالنسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى موصلية المحور Z، تعمل هذه السيليكونات بشكل جيد مع المواد اللاصقة الموصلة للكهرباء، مما يعزز فعالية التدريع.

 

في حين أن مقاييس التحمل المختلفة من سيليكونات النيكل والجرافيت تلبي متطلبات مختلفة، فإن بعض التطبيقات تتطلب مواد معززة لمزيد من القوة. تشمل الخيارات اللدائن مقاس 65 ديورومترًا معززة بشبكة مطلية بالنيكل وإصدارات أقل ديورومترًا مقترنة بطبقات قماش موصلة. تعمل هذه التعزيزات على تحسين الموصلية وقوة المواد، مما يمنع الهشاشة والتمزق في إنتاج حشية EMI.