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如何选择屏蔽外壳
发布时间:2009-4-13 10:57:16    浏览次数:9887
 

如何选择屏蔽外壳
 
1 引言
  我们应能确切确定何种电子外壳最于适合电子产品的特殊需要,或者是可能导致不期望有的结果。一个产品的耐用性、可靠性、屏蔽效能以及新产品的市场占有率都取决于机壳。换句话说,就是这种外壳对电子器件的保护、维护、屏蔽到底有多好?
2 NEMA标准与EIA标准的比较
  由于要力求符合电子工业协会(EIA)标准和国际电气制造业协会(ENMA)标准这两个标准,就增加了外壳制造商选择工艺的复杂性。可想而知,两种标准有不同的技术规范,每一种满足不同的需要。因此,首要的问题就是:“它们之间有什么不同,外壳购买者怎么知道哪一个更适用?”
  NEMA为各种电子设备机壳的设计找出了一种简便的方法,使得它们可以满足美国保险商实验所(UL)规范。工程师们已研制出了一种全焊接的五面外壳,另一方面正好作为门。控制面板装在后面,电子设备直接安装在它上面。门的设计要保证机械电源关断时很可靠,以防止在使用高压时出现不希望有的通路。研制在这方面所取得的进步得到了附加的效果,如外壳可防灰尘、防潮、防油雾、防雨,甚至防水淹。
  EIA研制的外壳符合一整套不同的技术要求。其重点是符合并结合不同的产品需求及改变需求。电子设备制造商发现,他们担负不起专用机壳的时间和成本。现在,新的电子产品的生命周期很短,同时还要努力用最短的时间将新产品投放市场,这些都影响了这种愿望。
3 EIA屏蔽外壳的优势
  EIA制造者标准提供了一个有效的解决方案。现在,甚至提供定制业务的大电子公司,为了赶上最后的期限,也转向使用EIA标准机壳。
  使用EIA标准机壳,制造商或系统工程师能够详细说明需求。不论需要安装19英寸、24英寸还是30英寸宽的电子设备,都可以找到标准,并且EIA机壳生产企业还编制了产品目录,这样就解决了上述问题。一些附件,包括有机玻璃门、抽屉、脚轮、吊环、电线插头的模具、接地母线以及工作架子在内,都是标准的。
4 易损的电子系统
  外壳具有的另外一些复杂性是需要保护内部和周围设备免受电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。这不只是简单的的干扰,EMI和RFI可能危害到关键的通信设备、计算机以及指挥和控制系统的成功运作。灵敏的计算机设备抗不住由汽油发动机点火以及其他电子设备产生的辐射。可以由接近敏感系统的电源线和电缆,或者直接由系统电路接收这些电磁辐射,产生与EMI/RFI相连的不希望有的响应。
  在大功率电机对电源线产生瞬态干扰时,或者杂散信号出现在传输线连接的系统时,再就是内部系统有开关电源时,都可能出现传导干扰。
  设备的敏感度,或者说系统对环境中电磁能量的响应程度以及干扰源的特性最终 决定因素是环境中的信号是否转化成有害的EMI/RFI;一些系统对EMI/RFI不敏感,这与它的电路设计或者工作参数有关,如频率、幅度及灵敏度。系统的预期功能与如何评价其灵敏系统有害;而对于灵敏度低的系统,即使是高电平的EMI/RFI也不受影响。
  现在,遇到EMI和RFI问题的电子系统不仅越来越复杂、数量越来越多,而且在小空间中密度也增加了。在军事装备中,常常在有限的空间紧密地安装着许多电子系统,如飞机或舰艇上。还有,当把很多的电子系统装在工厂或汽车里,类似的问题也会出现。因为在有限空间内将敏感系统与干扰源隔离是很困难的,所以上述这些环境的EMI/RFI的控制就成了问题。
  在数字系统中,由于同时存在不需要的信号辐射体和易受干扰的设备,所以问题就非常难办。在计算机和利用微处理器的设备内部,数据快速传输和处理产生的信号有很高的重复频率和脉冲上升时间,因此高频谐波非常显著。短导线和电缆以及印制电路上的导体都是有效的辐射体,金属壳上的小开口,在其尺寸大于信号的半波长时,也是有效的辐射源。
  不论是减少辐射以满足FCC标准,还是减少干扰对敏感设备的影响,其抑制EMI/RFI的方法都是类似的。抑制EMI/RFI有很多种方法,其中最重要的一处是用金属壳屏蔽电子系统。
  在选择抑制方法时,工程师必须判断什么是可以控制的,在这些点当中实现对EMI/RFI的抑制有多少是可能的。例如,工厂的数据采集和控制系统的设计师对客户的这些设备中使用的其他电子设备的设计或选择没有作用的。另一方面,机壳内子部件间的互连电缆的规范、电缆的屏蔽和布线及其屏蔽效能是由设计师控制的问题。另外,在实现中,这些控制技术可提供很好的适应性。
5 机壳屏蔽
  从电磁屏蔽的角度来看,理想的屏蔽机壳应用很厚的金属板,它具有连续的结构,并没有接缝和开口。而实际上,设计一个很好的屏蔽机壳必须与所要求的相一致,不但要有进入内部进行维护和修理的通道,有人的因素,还要有控制按钮和连接器以及仪表和指示器的观察窗口,并且还要使机壳内电子设备的热量容易散出。
  具有坚固的结构和在接缝和拐角处有高电导连续性的金属材料能获得很好屏蔽,它在使用中可能出现的各种机械应力下保持屏蔽效果不变。分开导电面的接缝绝不能是绝缘的或者有很高的阻抗,例如,可能出现涂油漆、腐蚀、氧化物或者是连接力不适当。不同导电材料必须在电学上与防止通过电化学作用而形成高阻啮合截面相兼容。(参见表1)  


表1 金属的兼容性
 
每一金属组相互重叠,使得有可能使用相邻组的材料,以避免电学作用
第一组(金属分组)
金 ·铂 ·金/铂合金 ·铑 ·石墨 ·钯 ·银 ·银合金 ·钛
第二组(金属分组)
铑 ·石墨 ·钯 ·银 ·银合金 ·钛 ·镍 ·蒙乃尔 ·钴 ·镍钴合金 ·AISI300系列钢 ·A286钢
第三组(金属分组)
钛 ·镍 ·蒙乃尔 ·钴 ·镍和钴合金 ·镍铜合金 ·铜·青铜 ·黄铜 ·铜合金 ·铍铜 ·银焊料 ·商品黄铜和青铜 
·含铅黄铜和青铜 ·海军红铜 ·400系列不锈钢 ·铬板·钨·钼
第四组(金属分组)
·含黄铜和青铜 ·海军黄铜 ·AISI431、440、410、416、420、AM355和PH硬化的钢 ·铬板 ·钨 ·铂 ·锡-锢 ·锡铅焊料
·铅 ·2000和7000系列铝 ·合金钢和碳钢
第五组(金属分组)
镀铬钨 ·钼 ·AISI410、416钢、合金钢和碳钢 ·锡 ·锢 ·锡铅焊料 ·铅 ·铝 ·所有铝合金 ·镉 ·锌 ·电镀钢 ·锌基铸件
第六组(金属分组)
·镁 ·锡
 
    可用不锈钢建造具有很高可靠性的EMI/RFI屏蔽机壳。当设备处于机械应力下时,防顷斜拐角有助于机壳保持机械性能的完整性和屏蔽效能。安装在凹槽上的板子,它的连续导电性和屏蔽效能由铍铜合金的弹性屏蔽垫圈来保证。通常,两个位于下面框架后面的不锈钢螺栓用来接地。
  由于使用了导电的密封垫圈,所以当机壳上的门关闭时,在电磁方面通常是可靠的。普通的垫圈有金属丝网,渗透或涂覆有导电微粒的橡胶或乙烯树脂的管子和铍铜弹性指簧。
  金属丝网和管子的设计要求提供门闭合方向的力或压力。这些力可以压紧垫圈,并保证获得的屏蔽效能。沿垫圈长度的屏蔽特性与沿其长度的闭合力一样也是均匀的。垫圈在一段时期以后会出现压缩永久形变,这可使其效能进一步减弱。
  另一方面,铍铜指簧衬垫在使用时将对门有磨损,为了保证屏蔽效能,要求很小的接触压力。这些衬垫的压缩永久形变经过一段时间后不会出现。另外,一个吸引人的方面是衬垫与不锈钢在电学上兼容,不吸收潮气并抑制霉菌生长,不会受大气、臭氧、紫外线和核辐射或溶液的作用,并且不能剥落或破裂成能造成短路的小导电碎片。
  大型机壳上的防弯曲门可以设计为当门与凹槽闭和时,能与铍铜簧片屏蔽带相摩擦闭合。所有的垫片都连接在机壳的凹槽框架上,这样就消除了门和面板为了安装电器设备而移动或为了维护而打开时对它们造成的损害。
6 其它的考虑
  不论是工程师还是购买者都希望更多的屏蔽完整性、多个产品系列和遵守标准。机壳的生产公司要提供详尽目录和完整的技术信息。还应提供免费的技术服务。在重要的项目上,还应包括卖方的工程师(最好是主管工程师或高级工程师)对设备进行实验。顾客自选的颜色,即使只有单个机壳也不应额外收费。对于畅销的标准产品,运输时间最多五天,还可以要求提供任何标准的颜色组合的产品。重要的客户甚至可以有特殊的颜色要求。
7 质量控制
  任何一个好的卖方都应有一个强有力、有经验的主管人员进行编写的质量控制计划,以使在有问题产品到达客户的码头之前就能采取行动。要验证对于外壳厂商来说QC(质量控制)如何重要,以及QC管理者报告该向谁索取,是设备主管,是运行副总经理,还是总经理?什么是QC主管需要验证的最终问题,并且是怎样解决的?是否有可验证QC问题的工厂或办公室的规程?是否有简单定义的QC问题,如坏材料或不良工艺?或是否有影响最终客户使用的任何问题?
  如果没有有知识的、能够迅速反应的实地销售人员,世界上最好的工厂也是没有用的。这些人员可以在招聘的几天(有些时间甚至是几小时)内获得。他们不仅是能解决属于屏蔽机壳的问题,而且还要解决运输中的损坏或是安装的错误。在产生问题的情况下,不论是谁导致的问题,厂商都应该在几天内替换相应的部件。在改正之前永远不要去突出过错。
  厂商无论如何要准确遵守到货的日期。没人能够控制任何事情。然而,一个好的屏蔽机壳厂商是乐于管理好自己的工厂的,并当产品有不能按时交付的危险时,将空运最好部件给用户。这些服务是主动的,并没有附加的收费。这些都是任何一个好的屏蔽供应商的标准服务。
  如果机壳厂商做到了上面的所有的方面,那么他就是最好厂之一。如果计划要维持长期的关系,例如把公司作为原始设备制造厂家(OEM),还应再做一件事:编制一份D&B报告。公司的财政是否稳定?是不是说话算数(即作为一个独立的公司而不是属于一个大公司的产品制造商,它可以直接决定做什么,什么时间做)?当需求增加时是否有可操纵的现金,同时当需求减少时是否有相应迅速度紧缩开支的灵活性?并且为了长期的OEM的关系,是否能不受潜在的劳动力问题和工厂停产的困扰。
8 小结
  屏蔽采购者决不能仅仅满足于解决屏蔽效能、生产线或服务的方面。一个好的生产厂要设计出符合客户特殊要求的屏蔽室。另一方面,当可能已经有了解决方法时,为什么还要重新设计呢?屏蔽室供应商的设计人员是宝贵的资料。他们的工作应是独立的,并且可以解决客户的重要问题,并能节约时间和资金。