电磁屏蔽材料的发展现状

Devel op ment of electro magnetic shiel di ng Materi als
Zhao f uc he n （Luoyang Shi p Material research lnstit ute ，Luoyang 471039 ，Chi na ）
Abstract The concept of electromagnetic shiel di ng is briefl y i ntroduced ，and t he shiel di ng materials i ncl udi ng a morphous alloys ，electroconducti ve pol y mers ，f oa med metals and fi bers ，t heir perf or mance and electromagnetic shiel di ng applicati ons ，as well as t heir present develop ment are e mphaticall y revie wed .
般常用热固性的环氧胶粘剂。可用的导电粒子也 很多，但目前仍以银粉为主。银粉胶粘剂存在由 于银分子迁移造成短路和银价格昂贵的问题，镍、 碳黑和石墨等在性能或使用上也存在着不宜使用 的问题，而铜或铜合金的价格却仅为银的1／10 左 右，因此，尽管它的导电性能略低于银粉的，但开 发研制铜或铜合金导电胶粘剂仍具有明显的社会 效益和经济效益［15 ］。
分子材料的屏蔽效果密切相关。由于高填充量的 粉末导电填料会使塑料的力学性能下降，因此，一
从80 年代开始，第二种方法开始普遍受到各 国的关注，并有许多专利技术出现。该技术在美
般使用纤维状、球状、网状、树枝状或片状的填料 制造导电塑料。目前，国外开发的有代表性的导
电塑料如表3 所示。
表3 导电塑料及其电磁屏蔽性能
导电填料
塑料
屏蔽效能／dB
生产厂家
Al
聚碳酸酯、ABS 混料
45 "65（0 .5 "960 MHz ） 美国 Mobay Che mical
e 纤维
尼龙6 、聚丙烯、PP 、PC
60 "80
日本钟纺公司
不锈钢纤维
聚氯乙烯
40
美国
Cu 纤维
聚苯乙烯
67（100 MHz ）
日本日立化成
镀镍石墨纤维
ABS 树脂
2 屏蔽材料
2 .1 金属非晶电磁屏蔽材料 对于 高 精 度、高 灵 敏 度 的 并 且 符 合 TE M-
PEST 规范要求的产品应选用具有90dB 以上屏 蔽效能的屏蔽层。总的原则是，应当用银、铜、铝 等良导体作高频屏蔽物以取得最大的反射损耗， 一般来讲，金属的相对导电率越高，其屏蔽效果就 越好。屏蔽的衰减要求在低频时比在几兆赫以上 的高频时更难达到，因此凡作低频屏蔽的导电层 必须具有良好的电导率和高的磁导率，并且要有 足够的厚度，常用硅钢和高磁导率的铁镍合金作 低频磁屏蔽材料。但当厚度超过一定量时（一般 在0 .5 mm 以上），金属屏蔽材料在加工过程中（包 括焊接）就可能会产生局部内应力，而我们在实际 生产中又不可能对这些薄弱部位全部进行退火处 理，所以对低频屏蔽材料的厚度也有一定限制。
银粉胶粘剂存在由于银分子迁移造成短路和银价格昂贵的问题镍碳黑和石墨等在性能或使用上也存在着不宜使用的问题而铜或铜合金的价格却仅为银的右因此尽管它的导电性能略低于银粉的但开发研制铜或铜合金导电胶粘剂仍具有明显的社会效益和经济效益目前国内电子行业的一家研究所正在从事这方面的研制工作已开发出了环氧铜粉导电胶粘剂的综合性能是非常优异的特别是它具有较好的不均匀扯离强度和剥离强度同时还具有较好的耐热老化湿热老化性能达到了结构胶粘剂的指标但这类环氧铜粉导电胶粘剂目前还处于试验室研制阶段要使其真正得到应用还需做大量的工作
国、日本发展较快，在我国则刚刚起步。导电塑料 可以使成形加工与屏蔽一次完成，便于大量生产， 不会像导电膜那样一旦有一处破损，其屏蔽效果 便会受到影响。
影响导电高分子材料屏蔽效果的因素比较复 杂，导电填料和基质的性质、形态，导电填料在聚 合物基体中的填充量和分散程度等，均与导电高
贴金属箔
35 .00
70 以上
磁屏蔽用导电涂料的研 究，80 年 代 末 才 开 始 起 步，目前国内一些单位在这方面已取得了一定的
研究成果，如四川大学研究出的系列电磁屏蔽涂
料，已通过鉴定并得到应用；北京市印刷技术研究
所也研究出了性能稳定的铜系导电涂料，具有良
好的电磁屏蔽效果。 复合型导电涂料的导电机理比较复杂，其导
电性受导电填料的种类、大小、形状、含量、成膜树 脂的种类以及固化条件的影响。目前，对金属系 电磁屏蔽导电涂料的研究关键在于如何更好地解 决铜粉和镍粉的抗氧化性和涂料在储存过程中的 金属填料的沉降问题。另外，该领域的一个潜在 的重要趋势就是水性涂料的开发，在这方面已经 出现了许 多 性 能 优 异 的 以 金 属 镍 作 为 填 料 的 配 方，因为这种金属在很大的p H 值范围内都具有 优良的防腐性能，但目前这种涂料尚未进入工业 化生产阶段。 2 .2 .3 导电胶粘剂
除了在低频磁场，普通金属材料理论上都能 提供100dB 以上的屏蔽效能，但实际上决定屏蔽 体屏蔽效能的主要是结构，具体地讲，就是屏蔽体 上的导电不连续点。这些不连续点包括各种孔洞 和缝隙，如通风窗、显示口、观察口、调节器件的开 口和屏蔽体不同部分的接缝。随着塑料制品的开 发应用，目前电子产品的壳体普遍采用质轻、易加 工的高分子材料取代传统的易腐蚀金属，因此就 需寻找相应的屏蔽材料来综合解决屏蔽问题。
80（1000 MHz ）
美国氰胺公司
超细碳黑
PP
40（1000 MHz ）
日本三菱人造丝公司
2 .2 .2 导电涂料 早在本世纪初，有人就用金属胶体溶液和含
石墨导电填料的易挥发的溶液涂覆物体的表面， 使它具有导电性［10 ，11 ］。从30 年代起，随着醇酸 树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等合成树
目前国内电子行业的一家研究所正在从事这 方面的研制工作，已开发出了 GSD- T 型环氧铜粉 导电胶粘剂。其中 GSD- T1 环氧铜粉导电胶粘剂 的综合性能是非常优异的，特别是它具有较好的 不均匀扯离强度和180 剥离强度，同时还具有较 好的耐热老化、湿热老化性能，达到了结构胶粘剂 的指标，但这类环氧铜粉导电胶粘剂目前还处于 试验室研制阶段，要使其真正得到应用，还需做大 量的工作。 2 .3 发泡金属
导电胶粘剂是一种固化后具有一定导电性能 的特殊的胶粘剂，它可以将同种或不同种的导电 材料连接在一起，使被连接的材料间形成电的通 路。导电胶粘剂是通过在绝缘的胶粘剂中加入导 电粒子（如金、银、镍、铜、铜合金、碳黑和石墨粉末 等）配制合成的［14 ］。可用的胶粘剂种类很多，一
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材料开发与应用
2001 年10 月
导电高分子材料按其组成和导电机理可分为 本征型 和 复 合 型 两 种。 本 征 型 导 电 聚 合 物 主 要 有：#共轭 型，如 聚 乙 炔、线 型 聚 苯、面 型 高 聚 物 等；金属螯合物型，如聚酮酞菁等；电荷转移络合 物型，如聚阳离子 CG 络合物。由于这类导电聚 合物成本高，合成加工难，其应用范围受到限制， 目前仍处于试验室研究阶段，而复合型导电高分 子材料则已进入实际应用［5 !9 ］。 2 .2 .1 导电高分子复合型塑料
2001 年10 月
屏蔽效果
表1 不同屏蔽效能下的电磁屏蔽效果
0dB 10dB 以下 10 !30dB 30 !60dB 60 !90dB 90dB 以上
无
差
较差
中等
良好
优
屏蔽体的屏蔽效能与屏蔽材料的电导率和磁 导率、屏蔽体的结构及被屏蔽电磁场的频率有关， 在近场范围内还与屏蔽体和场源的距离以及场源 的性质有关［2 ］。
电磁屏蔽用复合型导电高分子塑料的制造方 法大致可分为两类：一类是在已成形塑料壳体的 表 面 上 覆 一 层 导 电 膜，方 法 包 括 金 属 喷 镀、真 空 镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等，通常 需要特殊的工艺设备；另一类是用导电填料分散 复合法复合成导电塑料，方法是将导电填料与聚 合物基体复合。目前有代表性的表面导电膜屏蔽 材料的性能特点如表2 所示，其中磁控溅射 Cu／ Ni 膜的屏蔽值是在10k Hz !1000 MHz 范围内测 得的，用其余的工艺方法得到的导电膜的屏蔽值 是在30 !1000 MHz 范围内测得的。
第16 卷第5 期
赵福辰：电磁屏蔽材料的发展现状
·31 ·
表2 表面导电膜屏蔽材料的性能特点
工艺方法
膜厚／!m
磁控溅射 Cu／Ni 膜 1 .00 "4 .00
屏蔽值／dB 80 "120
双面化学镀 Cu／Ni 膜 1 .27
60 "120
真空镀 Al
0 .50 "1 .30 50 "70
1 屏蔽概述
屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性 的重要措施之一，是利用屏蔽体阻止或减少电磁 能量传输的一种措施［1 ］。它能有效地抑制空间 中传播的各种电磁干扰。屏蔽按其机理分为电屏
收稿日期：2001- 01- 02
蔽（主要指静电场和交变电场屏蔽）、磁屏蔽（静磁 场及交变磁场屏蔽）及电磁屏蔽（指电磁波屏蔽）。 电屏蔽的设计原理是用屏蔽体来尽量减小干扰源 和感受器之间的分布电容，从而减小干扰源对感 受器的影响。磁屏蔽的机理主要是依赖高磁导率 材料所具有的小磁阻起到磁分路作用，减小屏蔽 体内部空间的磁场。电磁屏蔽是利用屏蔽体阻止 电磁场 在 空 间 传 播 的 一 种 方 法。其 屏 蔽 效 能 （SE ）由3 部分组成，一是电磁波通过屏蔽体表面 时，由阻抗突变引起的电磁波的反射损耗（R ）；二 是电磁波在屏蔽体内部传输时，电磁能量被吸收 的损耗（A ）；三是电磁波在屏蔽体的两个界面间 多次反射时需考虑的多次反射修正系数（B ）［2 ］。 即：
鉴于此，俄罗斯中央黑色冶金研究院经试验 成功地研制出非晶软磁合金电磁屏蔽材料［3 ，4 ］， 该材料在10k Hz !30 MHz 范围内的屏蔽效果尤
其良好。他们是借助于电解沉积的方法使这种合 金沉积在坡莫合金和钢板上，形成厚度一般是10 !20"m，拥有较高的电磁场衰变能力（! 分量不 小于60dB ，" 分量不小于90dB ）的 Ni- P 非晶镀 层。他们同时还研制了含有非晶合金纤维的复合 材料，将非晶合金71 KHCP（CO- Ni- fe- B- Si 系）纤 维和铝（针状或片状）的组合物与有机粘合剂（主 要是聚乙 烯 ）通 过 热 压 的 方 法 制 成 多 层 复 合 物。 该复合物具有立体网状结构，在厚度为1 !2 mm 的条件下，在10 !100k Hz 范围内，磁场衰变不小 于59dB 。目前在低频范围电磁屏蔽材料的开发 方面，俄罗斯还在进行将一种纳米合金用于组合 屏蔽体的研究工作。 2 .2 导电高分子材料
脂的出现，以合成树脂为主要成膜物质的导电复
合涂料不断出现。1957 年日本开始生产银系、碳 系导电涂料。由于银的价格昂贵，碳的导电性差，
在1983 年又开发了镍系和铜系导电涂料。其中， 镍- 丙烯酸体系导电涂料最为常用，是日本和欧、 美等国市场上的主导产品，其屏蔽值大都在30 " 60dB 水平，连续使用温度一般在- 50 "+ 100 C 之间［12 ，13 ］。我 国 在 这 方 面 的 研 究 开 始 于 50 年 代，但仅限于电阻率较高、防静电的涂料。国内电
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第16 卷第5 期
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综述
材料开发与应用
2001 年10 月 文章编号：1003- 1545（2001 ）05- 0029- 05
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电磁屏蔽材料的发展现状
赵福辰（洛阳船舶材料研究所 洛阳471039 ）
摘 要 介绍了电磁屏蔽的原理，并重点对电磁屏蔽材料的种类，包括非晶合金、导电高分子、发泡金属及纤 维类材料等，它们的性能、应用及发展状况进行了综述。 关键词 电磁屏蔽 材料 性能 应用 中图分类号：TG132 .2 +7 文献标识码：A
SE = A + B + R 屏蔽体的性能以屏蔽效能来度量：
SE = 20l g（E 0／E 1 ）或SE = 20l g（~0／~1 ） 式中，E 0 、~0 为无屏蔽时某点的电场强度或磁场 强度，E 1 、~1 为安放屏蔽体后同一点的电场强度
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材料开发与应用
或磁场强度。不同屏蔽效能下的电磁屏蔽效果如 表1 所示。
Keywords Eletromagnetic shiel di ng Material perf or mance Applicati on
随着现代电子工业的高速发展和电子、电器 产品的普遍使用，电磁干扰已成为一种新的社会 公害。一方面，电磁辐射会影响人们的身体健康， 并且会对周围的电子仪器设备造成严重干扰，使 它们的工作程序发生紊乱，产生错误动作；另一方 面，电磁辐射会泄露信息，使计算机等仪器无信息 安全保障。有资料表明，在1 公里距离内，计算机 显示终端的电磁波可以被窃取并复原信息，造成 失密。为防止电磁辐射造成的干扰与泄露，采用 电磁屏蔽材料进行屏蔽是主要防范方法之一。