EMI および RFI シールドとは何ですか?
電磁干渉（EMI）と無線周波数干渉（RFI）は、電子機器の正常な動作を妨害することで影響を与える妨害波の一種です。EMIとは、電子回路の性能を妨害する不要なノイズや信号を指し、多くの場合、他の電子機器、電力線、自然現象などによって引き起こされます。RFIは、通常10kHzから300GHzの無線周波数スペクトルで発生する特定の種類のEMIであり、以下のものに影響を与える可能性があります。 ワイヤー通信と信号処理が少なくなります。
EMI/RFIシールドとは、干渉の原因となる電磁場を遮断または低減する材料や技術を用いて、電子機器や回路をこれらの干渉から保護する手法です。シールドは、電子機器が外部または内部の電磁エネルギー源によって妨害されることなく正常に動作するために不可欠です。現代の電子機器の複雑性と感受性の増大に伴い、シールドの必要性は高まっており、特に産業施設、医療機器、無線通信システムなど、電磁活動が活発な環境においてはその必要性が高まっています。
EMI には主に 2 つの種類があります。
放射EMI: このタイプの干渉は空気中を伝わり、近くの機器に影響を及ぼす可能性があります。通常、高周波回路やシールドが不十分な機器から発生します。
伝導EMI: この干渉は電力線や信号ケーブルなどの電気導体を介して伝わり、これらの導体に接続された回路に影響を及ぼす可能性があります。
EMI/RFI シールドはどのように機能しますか?
EMI (電磁干渉) シールドと RFI (無線周波数干渉) シールドは、不要な電磁信号が電子機器の敏感な領域に出入りするのを防ぐ物理的な障壁を作成することで機能します。
本質的に、EMI/RFIシールドは、反射、吸収、伝導を組み合わせることで不要な電磁干渉を遮断または低減し、電子機器の完全性と性能を維持する保護バリアを形成します。シールドの効果は、減衰量によって測定され、多くの場合デシベル（dB）で定量化されます。
バリアを作成するための重要な側面は 3 つあります。
吸収：シールド材は、電磁波が相互作用する際に電磁波を吸収します。金属などの導電性材料は、電磁場に反応して振動する自由電子を有しており、EMI/RFIのエネルギーを熱に変換して放散します。フェライトなどの磁性材料は、高周波干渉を吸収して微量の熱に変換することで、不要な信号の強度をさらに低減します。
反射：シールド材は電磁波を保護対象領域から反射します。電磁波が金属シールドなどの導電性表面に当たると、波の一部は発生源に向かって反射されます。この反射は、電界がシールド材に誘導する電流が入射波に逆らうように作用し、打ち消す電磁場を形成するために発生します。この反射により電磁波がシールド領域を透過するのを防ぎ、内部コンポーネントを外部からのEMI/RFIから保護します。
方向転換／伝導：シールドは、干渉波の経路を提供することで、電磁エネルギーの方向転換も行います。例えば、ケーブルシールドでは、干渉波はシールドに沿って接地点に伝導され、そこで内部の信号線に影響を与えることなく安全に放散されます。この技術は、電子機器の繊細な部分を、干渉波がより多く発生する可能性のある領域から隔離するのに役立ちます。
EMI/RFIシールドは、多くの場合、ファラデーケージ（高感度部品を囲む連続した導電性筐体）のように機能します。ファラデーケージは、外部からの電磁界をケージの外側に分散させることで遮断し、内部への電磁界の侵入を防ぎます。シールドされた筐体内では、材質の導電性により電界が打ち消され、電磁干渉が最小限に抑えられる中立領域が形成されます。
効果的なEMI/RFIシールドには、多くの場合、適切な接地が必要です。シールドは接地点に接続され、干渉波が保護対象の回路から離れて大地に流れ込むための低インピーダンス経路を提供します。接地により、シールド領域に侵入した可能性のある漂遊電磁エネルギーは迅速かつ効率的に除去され、干渉の可能性を低減します。
EMI/RFI シールドの主な機能は何ですか?
EMIシールドは、電子機器を不要な電磁妨害から保護する上で重要な役割を果たします。これらのシールドは、電子システムの信頼性の高い動作を確保するために複数の機能を果たします。以下は、EMI/EMCシールドの主な機能です。
外部および内部干渉の防止: シールドは外部の電磁場を遮断し、デバイス自身の放射を封じ込めて、内部コンポーネントと近くの外部コンポーネントの両方への干渉を防止します。
クロストークの低減と信号の整合性: シールドは回路を分離してクロストークを最小限に抑え、電気信号の品質を維持し、高速で繊細な電子機器の信頼性の高い動作を保証します。
環境保護とシステムの信頼性: 電磁シールドに加え、一部の設計では物理的な環境要因からも保護し、システム全体の耐久性と信頼性の向上に貢献します。
コンプライアンス: シールドは、デバイスが電磁放射の規制基準を満たすのに役立ちます。
EMI/RFI シールドに使用されるさまざまな種類の材料は何ですか?
EMI/RFIシールドには、導電性、磁性、または両方の特性を持つ材料が使用されます。使用される材料の種類は次のとおりです。
導電性金属：一般的な材料としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、洋白、錫メッキ鋼などが挙げられます。これらの材料は、高い電気伝導性により電磁波の反射と吸収に優れているため選ばれています。
磁性材料: フェライトやその他の磁性合金は、特に磁場が問題となる用途において、高周波干渉を吸収するために使用されます。
複合材料: 場合によっては、電気シールドと磁気シールドの両方を提供するために材料の組み合わせが使用され、広範囲の周波数にわたってパフォーマンスが最適化されます。
EMI/RFI シールドにはどのような種類がありますか?
電子機器の小型化と無線技術の普及に伴い、電磁干渉（EMI）と無線周波数干渉（RFI）の課題はますます複雑化しています。これらの課題は、PCB上の個々の部品から部屋や建物全体まで、様々な規模で発生する可能性があります。これらの問題に効果的に対処するには、EMI/RFI対策に必要な様々なシールドの種類を理解することが不可欠です。 EMIシールド シールドは、パッケージレベル、ボードレベル、デバイス／部屋レベルという3つの主要なタイプに分類できます。以下では、それぞれのシールドタイプについて詳しく説明します。
1. パッケージレベルのシールド：パッケージレベルのシールドは、EMI保護の最も基本的な形態であり、個々のコンポーネントまたは集積回路（IC）のシールドに重点を置いています。このレベルの目的は、コンポーネントによって生成される電磁界が近くのコンポーネントや回路に干渉するのを防ぐことです。
パッケージレベルのEMI/RFIシールドへの主なアプローチ：
金属プレス加工／缶詰め：歴史的には、個々の部品はアルミニウムなどの材料で作られた金属製の筐体で囲まれていました。この方法は効果的ではありましたが、扱いが煩雑で、重量が大幅に増加し、製造コストも増加しました。
導電性塗料：今日では、軽量で塗布が容易なことから、パッケージレベルのシールドには導電性塗料が好まれています。これらの塗料は部品に直接塗布できるため、効果的なEMIシールドを形成できます。その利点は以下のとおりです。
超薄塗布: 塗料を 8 µm の薄さで塗布できるため、かさばりが少なくなります。
柔軟性と強靭性: これらの塗料は、過酷な環境条件下でも耐久性と優れた接着性を発揮します。
コスト効率: 導電性塗料は従来の金属缶よりも安価で、人件費を削減します。
ボードレベルシールド：パッケージレベルからさらに上位のボードレベルシールドは、PCB全体または特定の部分を保護することに重点を置いています。このアプローチでは、PCB全体または特定の領域を金属製の筐体で囲むことで、EMIがボードから漏れるのを防ぎ、外部EMIが回路に影響を与えるのを防ぎます。everything RFのボードレベルEMI/RFIシールド筐体については、こちらをクリックしてください。
ボードレベルのEMI/RFIシールドへの主なアプローチ：
金属製筐体：当初は、PCBを完全に覆うために金属製筐体が使用されていました。この方法は効果的ではありましたが、不要な重量が増加し、製造コストが増加しました。
導電性コーティングを施したプラスチックハウジング：コストと重量を削減するため、設計者はABSなどのプラスチック材料に導電性塗料を塗布することが多くなっています。この方法は、金属シールドの効果を維持しながら、より軽量で経済的です。
導電性塗料：基板レベルのシールド用に設計された特殊塗料は、EMIを低減する実用的なソリューションを提供します。これらの塗料は軽量で塗布しやすく、ほとんどのプラスチック表面にしっかりと密着します。
デバイスと部屋レベルのシールド
EMI/RFI保護を個々のコンポーネントや基板を超えて拡張する必要がある場合、デバイスレベルおよび部屋レベルのシールドが役立ちます。このレベルのシールドは、デバイス全体または部屋全体をEMI/RFI干渉から保護するために不可欠です。
デバイスレベルのシールド：場合によっては、デバイス全体をシールドする必要があります。例えば、電気自動車（EV）のバッテリーは、EMIが車両の電子機器に影響を与えるのを防ぐために、完全なシールドが必要になる場合があります。デバイスは、EMIの漏洩やデバイスへの侵入を防ぐため、導電性塗料でコーティングされたハウジングに収納されています。
デバイスレベルのシールドの例
室内レベルのシールド：EMI保護は、サーバールーム、手術室、飛行機のコックピットなど、高感度機器が使用される部屋にも適用できます。導電性塗料、特に水性塗料は、室内レベルのシールドに最適です。これらの塗料は臭いが少なく、VOC含有量も低く、プライマーなしで乾式壁に接着できます。
EMI/RFIシールドは、現代の電子機器の設計と製造において重要な考慮事項です。パッケージ、基板、デバイス／部屋レベルを問わず、効果的なシールドは、機器が干渉なく動作し、電磁両立性（EMC）を維持することを保証します。シールド技術の選択は、従来の金属製筐体を使用するか、最新の導電性塗料を使用するかに関わらず、具体的な用途とEMI/RFI問題の規模によって異なります。技術の進歩に伴い、効果的で拡張性の高いシールドソリューションの必要性はますます高まり、設計者やエンジニアにとって重要な焦点となっています。