老龄化如何影响屏蔽效能的垫片?
布莱恩·w·Callen博士和克劳迪娅·e·约翰斯顿
堡苏尔寿Metco(加拿大)公司,萨斯喀彻温省,阿尔伯塔,加拿大
镍石墨导电填料已经取代传统的银基填料在EMI屏蔽衬垫材料。弹性体屏蔽垫片包括挤出、成型形状、冲切表,和form-in-place制造技术。除了成本效益、镍石墨填料已成为首选应用程序,暴露在恶劣的工业环境中,腐蚀镀银填料。公认的是银或镀银填料的主要优点是低颗粒间的接触电阻。非贵金属金属,如镍总是薄绝缘表面氧化层产生典型的高接触电阻。
等物理化学性质的差异,颗粒间的接触使非贵金属金属更容易受到自然降解过程。导电填料的易感性在弹性体绑定到退化衰老的过程通常是在实验室通过热暴露测试评估。常见的热老化试验包括暴露导电弹性体表,或挤出成型部分不同时间高温的时间。退化引起的老化评价通常是通过测量热老化材料的体积电阻率的增加。商业的典型测试导电弹性体是48小时150°C。1体积电阻率的增加导电弹性体的热老化测试通常用于符合其稳定性的特定应用程序。商业标准通常指最大允许体积电阻率的导电弹性体受特定的热老化实验。
体积电阻率是相对简单和廉价的测量导电弹性体的电气性能,和一个共同的质量控制的工具。然而,测量导电弹性体的屏蔽eff ectiveness被公认为最相关测量的EMI屏蔽性能。常见的测量屏蔽效能的方法,如mil - std - 285,不定期进行屏蔽弹性体由于费用昂贵,复杂,不便相比体积电阻率的方法。不占体积电阻率测量高频materials-dependant EMI的性质。2以前的工作在镍石墨填充弹性体表明,体积电阻率与导电填料加载水平变化并不直接与屏蔽效能的变化有关,因为频率依赖性。3EMI屏蔽材料的依赖关系的一个明显的例子所示Kalinoski silvercoated玻璃和镀镍石墨比较作为屏蔽弹性体的导电填料。4Kalinoski相比一个弹性体与镍基填料到石墨填充弹性体作为屏蔽效能的至少80 dB 10 mhz 10 ghz范围不同。然而,这些弹性体的体积电阻率1-50 mΩ·厘米基填料和500 - 1000年mΩ·厘米为镀镍石墨填料。这个例子表明,镍银石墨表现出类似的屏蔽效能虽然镍石墨的体积电阻率是20 - 500倍。Kalinoski假定“吸收…石墨组件的属性的填充与镍的导电性属性交互协同组件达到出乎意料地高水平的EMI屏蔽效能。”4类似的例子类似的屏蔽效能之间的基填料和镍石墨填料与对比体积电阻率可以在导电弹性体规范目录中找到。1
尽管导电弹性体老化的降解过程被记录的体积电阻率,对屏蔽效能的影响是很难找到的。众所周知,本身体积电阻率是一个衡量导电弹性体的EMI屏蔽功能的不足。本文的目标是展示一些数据之间的相互关系老化、体积电阻率和镍的屏蔽效能石墨导电垫片。
实验
这项工作中所使用的导电填料是镀镍石墨powder-weight组成65%的镍和35%的石墨。粒径范围是75到190微米,平均粒径为120微米。真正的粒子密度和镍石墨粉末的松装密度是4.3克/厘米3和1.39克/厘米3,分别。图1显示了一个鳞片状颗粒的显微照片。beplay官方免费下载这项工作中所使用的有机硅弹性体是一个商用heat-cured methylvinylpolysiloxane树脂基,是一种常见的类型用于工业生产EMI屏蔽垫圈。没有导电填料,硬度计海岸弹性体的硬度是30治愈46 as-postbaked,密度1.1克/厘米3。导电填料与有机硅树脂复合在两辊轧机重量63.5%加载之前固化在热液压机形成广场15厘米,厚1.7毫米。成型后,每个导电橡胶板与异丙醇清洗然后post-baked空气流通烤箱。两个相同的表被削减生产48个磁盘用于体积电阻率测量和六环同轴屏蔽效能的测量。床单随后被允许异丙醇清洗和干燥前测量。降低磁盘(14 mm直径1.7毫米厚)测量压力探头体积电阻率的方法改编自军事规范mil - g - 83528 b使用吉时利580四点微欧姆计。同轴屏蔽效能进行了测量与Spira™zt型- 1000测试夹具与安捷伦™8560 - e频谱分析仪如先前所述的工作。3测试夹具的操作范围是20 MHz - 1000 MHz。样品环直径6.35厘米,约2.5毫米2在横截面。在厚度环压缩20%的黄铜法兰接触测试夹具。屏蔽的定义是不同的,在dB,在输入信号电压之间的样本的测试夹具和输出的信号电压样本按照SAE的ARP 1705的程序。5因为由此产生的测量屏蔽价值取决于样品环的周长,一米的价值观规范化。规范化的屏蔽效能是这样计算的:
屏蔽效能(dB) =信号在输入样本的测试夹具(dBm)信号的输出与样本测试夹具(dBm)日志(100 /πd) + 20 (dB) (1)
在哪里
d是样品的平均直径在厘米。
初始体积电阻率和屏蔽进行了测量(四个磁盘和一个相应的环)post-baking和洗涤。剩余的磁盘和戒指都放入一个空气循环烤箱设定在150°C和环境湿度。对于每个时间点,四个磁盘和一个环被删除从烤箱和测量。计算测量在1、2、7、14、28日,41岁,55岁,71年,114天。后立即测量,戒指会给随后回到烤箱时间点测量。磁盘被用于一个计算测量,戒指被用于处理前两个连续的计算测量。
环和磁盘样品一天114测量re-measured后用纸巾擦拭表面与异丙醇浸泡。用酒精擦拭的目的是确定退化引起的衰老与可移动的表层或散装材料。
结果
屏蔽效能和频率显示为0(初始)和114天(最终)老化在图2中20兆赫到1000兆赫之间使用同轴屏蔽测试夹具。155分贝的噪音限制仪器。故事情节与频率和平滑显示屏蔽效能的降低与衰老。测量了屏蔽效能的下降是8分贝在20 MHz,并在100 MHz和更高的大约15分贝。屏蔽的酒精擦拭114天样品大约减少了微不足道的dB(图3 b)。这个细微差别(观察到在大多数的频率范围)表明,屏蔽不擦拭表面的浸没影响组织。
体积电阻率和屏蔽效能20 MHz至100 MHz策划与年龄的天数在150°C(图3)。屏蔽效能的下降sis的头两天最明显老化。在100 MHz,屏蔽效能降低,从131年到116分贝在114天的试验周期。固有的屏蔽效能数据显示一个依赖时间的可变性或大约10分贝的噪音水平。类似的趋势是观察到20 MHz,设置从100 - MHz的阴谋大约8分贝。荷载变化归因于轻微的差异测试夹具内的垫片的压缩。
体积电阻率增加最快从0天(22 mΩ·厘米)第一天(52 mΩ·厘米),增加了30 mΩ·厘米(图3)。白天20体积电阻率的增加定居的恒定速率大约每天0.33 mΩ·厘米。在年底前114天的测试期间,体积电阻率已升至138 mΩ·厘米。最初的快速增加与快速初始同期屏蔽效能下降。Te 114天的磁盘样本随后被浸没组织和体积电阻率重新度量界限。由于擦拭,体积电阻率降至138 mΩ·mΩ·54厘米,这是一个价值接近第一天测量。擦拭垫片表面在扭转浸没组织有很大影响老化的体积电阻率的影响。体积电阻率数据表明,衰老过程产生绝缘表层,可以用酒精擦拭。表面擦拭老年人样品的体积电阻率恢复到72%。虽然体积电阻率的影响显著,表面导电层的存在对屏蔽效能的影响可以忽略不计,1分贝降低(图3 b)。以前未发表的研究表明,这种表层不形式在一个无氧的环境中,所以它不能与移民相关的有机硅单体或添加剂垫的表面。 The surface layer involves an oxidation process and may be attributed to exposed nickel graphite having an aging-related oxide layer that is readily removed by wiping. This result is in contrast to the shielding effectiveness measurement, which did not detect a significant change from the same surface cleaning process.
同时屏蔽eff ectiveness和体积电阻率的措施垫片退化引起的老化。很明显,大体积电阻率的变化没有直接反射检查屏蔽效能。在某种程度上,这是由于对数分贝规模的屏蔽效能与体积电阻率的线性范围。很明显,颜色的表面有一个大的作用在体积电阻率的测量,揭示了的用酒精清洗垫圈老化后的效果。用酒精清洗后老化的样品恢复了72%,而没有检测到变化屏蔽eff ectiveness同样的清洗过程。很明显,体积电阻率测量本身可以误导;在这种情况下,因为敏感表面效果。这种颜色的表面所示为描述不那么重要的EMI屏蔽特征垫圈。
结论
Heat-aged镍石墨填充橡胶垫圈被体积电阻率和屏蔽效能评估方法。体积电阻率测量的变化高度敏感的表面状况垫片与使用同轴屏蔽效能测试夹具,对体积变化更敏感。在150°C 114天的老化后,镍石墨填充弹性体提供了大于100分贝的屏蔽效能,对于大多数应用程序足够。
引用
1。EMI屏蔽商业电子产品。Chomerics, Div.派克汉尼汾公司发布产品目录,1997。
2。托马斯俱乐部。“关联直流电阻的屏蔽效能EMI衬垫。“1999项。Robar行业,,西肯肖霍肯PA。1999年。
3所示。布莱恩Callen et al。”导电填料的影响加载EMI屏蔽和直流体积电阻率。“干涉2003年度EMC技术指导。Robar行业,,西肯肖霍肯PA。2003年。201 - 208页。
4所示。耐腐蚀,Form-in-Place EMI屏蔽衬垫。约翰·p·Kalinoski。美国专利5910524,6月8日,1999年。
5。“同轴测试过程测量射频屏蔽EMI衬垫材料的特点。”SAE ARP 1705, 6-1-81。重申12 - 91。汽车工程师协会有限公司
关于作者
布莱恩·w·Callenb . SC,博士是苏尔寿公司的高级研发专业Metco单位的电子材料。1992年,他收到了他的博士学位在西安大略大学的化学专业基础化学镍表面的过程。加入苏尔寿公司之前Metco早在1999年,他被雇佣作为一个科学家在安保公司在产品开发,他的活动集中在材料电气连接的应用程序。他可能会联系780-992-5154或布莱恩。(电子邮件保护)
克劳迪娅·e·约翰斯顿是苏尔寿公司的研发技术专家Metco单位的电子材料。2001年加入苏尔寿公司之前Metco,她广泛工作超过10年国防工业部门和部门提供实时分析过程支持和方法的发展。她拥有正式成员(MCIC)化学技术的地位在加拿大社会。
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