GB/T 31841-2015 电工电子设备机械结构 电磁屏蔽和静电放电防护设计指南

　　ICS 31.240 K 05

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 31841—2015

　　电工电子设备机械结构

　　电磁屏蔽和静电放电防护设计指南

　　Mechanicalstructuresforelectrotechnicaland electronicequipment—

　　Design guide forelectromagneticshielding andESD protection

　　2015-07-03发布 2016-02-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 31841—2015

　　GB/T 31841—2015

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 。

　　本标准由全国电工电子设备结构综合标准化技术委员会(SAC/TC34)提出并归 口 。

　　本标准由北京四方继保自动化股份有限公司负责起草 , 国网电力科学研究院 、国电南京自动化股份有限公司 、华为技术有限公司 、中兴通讯股份有限公司 、南京南瑞继保电气有限公司 、许继电气股份有限公司 、中国船舶重工集团公司第七一五研究所 、烽火通信科技股份有限公司 、江苏天港箱柜有限公司 、慈溪奇国电器有限公司 、万控集团有限公司 、天津正本电气股份有限公司参加起草 。

　　本标准主要起草人 :张开国 、田蘅 、张钰 、吴蓓 、张实 、王蔚 、尹东海 、宋建峰 、庞海鸥 、袁丰华 、游汉涛 、巫珏 、江国庆 、马桂昌 、申随章 。

　　电工电子设备机械结构

　　电磁屏蔽和静电放电防护设计指南

　　1 范围

　　本标准规定了电工电子设备机械结构电磁屏蔽和静电放电防护的术语和定义 、对机械结构的电磁兼容性要求 、电磁屏蔽设计指南和静电放电防护设计指南 。

　　本标准适用于电工电子设备机械结构 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 4365—2003 电工术语 电磁兼容

　　GB/T 8894—2014 铜及铜合金波导管

　　GB 9254—2008 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法

　　GB/T 14598. 9—2010 量度继电器和保护装置 第 22-3部分 : 电气骚扰试验 辐射电磁场抗扰度

　　GB/T 14598. 14—2010 量度继电器和保护装置 第 22-2部分 : 电气骚扰试验 静电放电试验

　　和插箱的电磁屏蔽性能试验

　　GB/T 19520. 12—2009 电子设备机械结构 482. 6 mm (19 in) 系 列 机 械 结 构 尺 寸 第 3-101部分 :插箱及其插件

　　3 术语和定义

　　GB/T 4365—2003、GB/T 14598. 20—2007和 GB/T 14733. 2—2008界定的以及下列术语和定义适用于 本 文 件 。 为 了 便 于 使 用 , 以 下 重 复 列 出 了 GB/T 4365—2003、GB/T 14598. 20—2007 和GB/T 14733. 2—2008中的一些术语和定义 。

　　3. 1

　　电磁环境 electromagneticenvironment

　　存在于给定场所的所有电磁现象的总和 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-01] 3.2

　　电磁骚扰 electromagneticdisturbance

　　任何可能引起装置 、设备或系统性能降低或者对生物或非生物产生不良影响的电磁现象 。

　　GB/T 31841—2015

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-05] 3.3

　　电磁干扰 electromagnetic interference; EMI

　　电磁骚扰引起的设备 、传输通道或系统的性能下降 。

　　注 1: 术语 “电磁骚扰 ”和 “电磁干扰 ”分别表示 “起因 ”和 “后果 ”。

　　注 2: 过去 ,“电磁骚扰 ”和 “电磁干扰 ”经常混用 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-06] 3.4

　　电磁兼容性 electromagneticcompatibility; EMC

　　设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-07] 3.5

　　[电磁]发射 (electromagnetic) emmision

　　从源向外发出电磁能的现象 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-08] 3.6

　　[电磁]辐射 (electromagnetic) radiation

　　a) 能量以电磁波形式由源发射到空间的现象 。

　　b) 能量以电磁波形式在空间传播 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-10] 3.7

　　(对骚扰的)抗扰度 immunity(toa disturbance)

　　装置 、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-20] 3. 8

　　静电放电 electrostaticdischarge;ESD

　　具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-22] 3.9

　　屏蔽 screen

　　用来减少场向指定区域穿透的措施 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-03-25]

　　3. 10

　　电磁屏蔽 electromagneticscreen

　　用导电材料减少电磁场向指定区域穿透的屏蔽 。

　　[GB/T 4365—2003,定义 161-01-22]

　　3. 11

　　端口 port

　　被试装置与外部电磁环境的特定接口(实例见图 1) 。

　　[GB/T 14598. 20—2007,定义 3. 8]

　　图 1 设备的电磁环境端口实例

　　3. 12

　　外壳端口 encloureport

　　电磁场可能辐射或冲击通过的被试装置的物理边界 。

　　[GB/T 14598. 20—2007,定义 3. 3]

　　3. 13

　　趋肤深度 skin depth

　　对于给定频率 ,导电材料中的电流密度下降到 1/e 表面电流密度时的深度 。

　　[GB/T 14733. 2—2008,定义 726-07-06]

　　3. 14

　　波导 waveguide

　　由引导电磁波沿一定方向传输的系统性物质边界或结构组成的一种传输线 。

　　[GB/T 14733. 2—2008,定义 726-01-02]

　　3. 15

　　截止波导 waveguidecut-off

　　在低于其波导截止频率(情况下)使用的波导 。

　　[GB/T 14733. 2—2008,定义 726-03-19]

　　4 对机械结构的电磁兼容性要求

　　4. 1 电工电子设备电磁兼容性的一般要求

　　电工电子设备的电磁兼容性要求包括 :

　　a) 对来自外部环境电磁骚扰的承受能力 — 抗扰度要求 ;

　　b) 不对周围的其他设备产生电磁干扰 — 对外电磁发射不能超过限值的要求 。

　　4.2 机械结构的电磁兼容性要求

　　根据 GB/T 14598. 20—2007、GB 9254—2008以及其他产品的电磁兼容标准 ,涉及机械结构(即外壳)端口的电磁兼容性要求参见表 1 和表 2。

　　表 1 发射试验—外壳端口

　　表 2 抗扰度试验—外壳端口

　　在 GB/T 18663. 3—2007中 ,对机械结构的电磁屏蔽要求见表 3。

　　表 3 电场衰减等级

　　在电磁兼容性要求中 ,外壳端口或机械结构的作用 :

　　a) 对外部的电磁辐射骚扰起到屏蔽作用 ;

　　b) 对设备内部向外部空间的电磁辐射起到屏蔽作用 ;

　　c) 对外来的静电放电起到快速释放作用 。

　　对于诸如脉冲波骚扰 、电快速瞬变骚扰 、浪涌骚扰 、射频场感应的传导骚扰 、工频骚扰(仅对于直流电源电路)等具有传导性的各类骚扰 ,机械结构不能起到阻止作用 , 因而对外壳端口没有提出这一类的抗扰度要求 。

　　4.3 电磁屏蔽原理

　　4.3. 1 一般概念

　　电磁屏蔽一般分为两类 :一类是静电屏蔽 ,主要防止静电场和恒定磁场的影响 ;另一类是电磁屏蔽 ,

　　主要用于防止交变电场 、交变磁场以及交变电磁场的影响 。通常 , 电磁屏蔽主要是指用屏蔽体阻止交变电磁场在空间传播的措施 。

　　屏蔽体的屏蔽效果 , 即屏蔽体对电磁信号的衰减程度 ,通常用屏蔽效能 SE 来表示 ,其定义为 : “对给定外来源进行屏蔽时 ,在某一点上屏蔽体安装前后的电磁场强度之比 ”,可表示为式(1)和式(2) :

　　SE = 20lg(E0/E1 ) (dB) …………………………( 1 )

　　或 SE = 20lg(H0/H1 ) (dB) …………………………( 2 )

　　式中 :

　　E0 — 没有屏蔽时测得的电场强度 ;

　　E1 — 屏蔽后测得的电场强度 ;

　　H0 — 没有屏蔽时测得的磁场强度 ;

　　H1 — 屏蔽后测得的磁场强度 。

　　当交变电磁场通过金属材料表面或由金属材料所包围的孔眼时 , 因电磁感应形成的涡流所产生的电磁场方向与原来的电磁场方向相反 ,抵消了一部分原来的电磁场 ,从而起到屏蔽作用 。产生的涡流越大 ,屏蔽效果就越好 ;金属材料的电导率越高 ,屏蔽效能越好 。 同时 , 由于涡流产生的焦耳热消耗了入射电磁场的能量 , 同样可起到屏蔽作用 。

　　4.3.2 金属的趋肤效应

　　当电磁场传播时 ,在金属内会因所产生感应电流的热效应以及反方向电磁场 ,使其能量损耗而衰减 。 当电磁场在金属内传播的深度为 δ 时 ,其衰减的倍数为 e(2. 718倍) 。δ 是描述金属对电磁波吸收能力的一个值 , 即金属的 “趋肤效应 ”。δ 值越小的金属 , 吸收电磁场的 能 量 就 越 大 , 屏 蔽 效 果 就 越 好 。在电磁场理论中把 δ 称 为 “趋 肤 深 度 ”或 “透 入 深 度 ”。表 4 列 出 了 几 种 金 属 的 在 某 些 频 率 下 的 趋 肤深度 。

　　表 4 金属在某些频率下的趋肤深度

　　表 4 (续)

　　由表 4 可以看出 , 当电磁场频率为 1 MHz时 ,铜板的趋肤深度为 0. 067 mm ,采用大于此厚度铜板制成的封闭壳体就可以达到良好的屏蔽效果 。

　　4.4 静电放电防护原理

　　静电是物体表面的静止电荷 。物体在接触 、摩擦 、分离 、电解等过程中 ,发生电子或离子的转移 ,正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡 ,就形成了静电 。 当物体表面的静电场梯度达到一定的程度时 , 由于正电荷和负电荷的中和 ,就会发生静电放电(ESD) 。静电放电可以出现在两个物体之间 ,也可由物体表面直接向空气放电 。

　　静电放电耦合到电工电子设备主要有两种方式 :直接传导和空间耦合(电感或电容耦合) 。

　　静电放电的特点是 :

　　— 静电放电是一个高电位 、强电场 、瞬时大电流的释放过程 ;

　　— 静电放电还会产生强烈的电磁辐射而形成电磁脉冲 。

　　静电放电的类型如下 :

　　a) 电晕放电 电晕放电是一种高电位 、小电流 、空气被局部电离的放电过程 ;

　　b) 刷形放电 刷形放电是一种发生在导体与电绝缘体之间 ,放电通道成分散的树枝形状的放电过程 ;

　　c) 火花放电 火花放电是一个瞬变的过程 ,放电时两放电体之间的空气被击穿 ,形成 “快如闪电 ”的火花通道 ,使静电能量在瞬时集中释放 。

　　5 电磁屏蔽设计指南

　　5. 1 电磁屏蔽设计基本原则

　　电磁屏蔽设计应考虑 :

　　a) 采用金属材料作为屏蔽体可以获得对电磁场的有效屏蔽 。此时宜考虑屏蔽体的刚性 、工艺性及表面涂覆层的选择等 ;

　　b) 采用工程塑料作为机械结构外壳 ,可以考虑再电镀上金属镀层(例如铜 、镍 、银) 以获得较好的屏蔽效果 ;

　　c) 屏蔽体结构应尽量简洁 ,尽可能减少不必要的孔洞和缝隙 , 以防电磁泄漏 ;

　　d) 搭接面应具有良好的导电性 ,并尽量提高零件的刚性 、表面精度 、增加缝隙的深度 , 以及控制好紧固点的配合公差 ;

　　e) 由于电磁场的孔隙泄漏现象 , 电磁屏蔽体上的开孔 、缝隙等宜谨慎处理 。通风孔尽量采用列阵排列的圆孔或正六边形孔 ; 当屏蔽与散热有冲突时 ,尽量开小孔 、增加孔的数量 ,避免开大孔 ;

　　f) 有相对运动的零部件不应依靠导轨 、销轴等活动连接方式进行搭接 ,必要时可以通过电缆实现搭接 ;

　　g) 透明观察窗宜采用电磁屏蔽玻璃或聚酯导电薄膜并可靠接地 ;

　　h) 通风窗宜采用波导式通风窗 , 以达到满意的屏蔽效能 。

　　5.2 电磁屏蔽设计基本方法

　　5.2. 1 屏蔽体缝隙电磁泄漏的抑制

　　对于屏蔽体缝隙的电磁泄漏 ,可采用以下方法抑制 :

　　a) 增加屏蔽体接合面的深度(例如连接处折弯) ,使缝隙结合处的接触面积增大 , 以减小接触面电阻 、增加波导截止效应 ;

　　b) 在屏蔽体连接处形成迷宫型结构 ,或者采用屏蔽盒盖嵌入盒体的结构也是常用的增加缝隙深度的方法 ;

　　c) 减小屏蔽体缝隙的长度 ,使得缝隙长度远小于所要抑制的电磁波波长 ,一般宜小于 1/100波长 ,至少不大于 1/20波长 ;

　　d) 尽量减小紧固螺钉之间的间距或采用连续焊 , 以减小缝隙长度 ;

　　e) 在屏蔽体接合面上冲制间隔的凸起 , 以增加接触点 ;

　　f) 保持接触面较好的平整度 、保持接触面清洁 ,必要时涂覆导电涂料 , 以减小接触电阻 ;

　　g) 在屏蔽体缝隙的结合面添加导电衬垫 , 以增加屏蔽效果 。

　　5.2.2 屏蔽体孔洞泄漏的抑制

　　对于机械结构屏蔽体孔洞的电磁泄漏 ,可采用以下方法抑制 :

　　a) 金属丝网 :将金属丝网覆盖在大面积的通风孔上 ,能显著地防止电磁泄漏 。金属丝网的屏蔽性能与网丝直径 、网孔疏密程度 、网丝交点处的焊接质量及网丝材料的导电率有关 ;

　　b) 穿孔金属板 :鉴于孔洞尺寸与电磁泄露成正比 ,可在满足屏蔽体通风量要求的前提下 , 以多个小孔代替一个大孔 ;

　　c) 截止波导通风孔 :利用波导对于在其内部传播的电磁波起着高通滤波器的作用 ,可阻止高于截止频率的电磁波通过 。截止波导通风孔阵显著的特性有 :

　　— 工作频段宽 , 即使在微波波段也有较高的屏效 ;

　　— 对空气的阻力小 ,风压损失小 ;

　　— 机械强度高 ,工作稳定可靠 。

　　5.2.3 屏蔽体上观察窗口泄漏的抑制

　　观察窗口包括指示灯 、表计面板 、数字显示器及 CRT(阴极射线管) 等 , 泄 漏 拟 制 可 供 选 择 的 方 案包括 :

　　a) 使用波导衰减器 ;

　　b) 使用金属丝网或带有金属丝网的玻璃(或聚酯导电薄膜)夹层板 ;

　　c) 对重要的器件进行屏蔽 ,对进入器件的所有导线滤波 ;

　　d) 使用屏蔽玻璃或屏蔽聚酯导电薄膜 。

　　其中 b) 、c) 、d)适用于对仪表 、CRT等大孔洞元件进行电磁泄漏控制 。甚高频和微波段宜选用金属丝网 ,并应注意金属丝网和屏蔽网对设备操作 、观察可能造成的不良影响 , 以及导电玻璃 、导电薄膜使光射的射投所造成的损失 。

　　5.2.4 操作器件开孔泄漏的抑制

　　需要调控的元器件(例如可变电容器 、可变电感器 、电位器等) ,常将其调整轴伸出面板之外 。

　　抑制此类调整孔电磁泄漏的措施有 :

　　a) 采用圆形截止波导结构 ,此时调整轴应用绝缘材料制成 ;

　　b) 对于无法换成非金属的金属操作杆穿过的小孔或波导管 ,可用指形弹簧将金属杆的四周与屏蔽体搭接 ;

　　c) 设置隔离舱 ,将设备中的主电路与操作器件(设备外部)隔离 。

　　5.2.5 贯通导体的处理

　　降低或减小穿过屏蔽体的导体对屏蔽效能的破坏方法有 :

　　a) 将导体屏蔽 ,这相当于将屏蔽体延伸到导体的端部 ;

　　b) 对导体的传输信号进行滤波处理 。

　　5.3 电磁屏蔽的密封结构设计

　　电磁屏蔽的密封结构设计参见附录 B。

　　6 静电放电防护设计指南

　　6. 1 静电放电防护设计基本原则

　　静电放电防护设计的基本原则 :

　　a) 静电源控制 ,绝缘材料的静电通过接地和等电位连接无法消除 , 因此应对敏感器件周边进行静电源控制 ;

　　b) 等电位连接 ,与敏感器件接触的导体实现等电位连接(接地) ,避免敏感器件因静电放电损坏 ;

　　c) 防静电包装 ,ESD 防护区的器件应使用防静电包装 , 以防外界静电源的影响 ;

　　d) 优 先 考 虑 安 全 , ESD 防 护 措 施 不 能 降 低 安 全 水 准 , 如 果 与 安 全 之 间 发 生 冲 突 , 则 优 先 考 虑安全 。

　　6.2 机械结构的静电放电防护设计

　　6.2. 1 一般方法

　　包括但不限于 :

　　a) 金属外壳的各部件之间应实现良好的接地连续性以及低的接触电阻 ,各搭接处宜采用面接触 ,避免点接触 ;

　　b) 相互搭接的金属之间的电化学电位差不大于 0. 5 V,超过时可以选择过渡金属(或镀层) , 以降低原来两种金属接触的电化学腐蚀(参见附录 A) ;

　　c) 可触及的键盘 、控制面板 、手动控制器 、钥匙锁等金属部件 ,应直接通过金属外壳接地 。如果不能接地 ,与内部电路走线的绝缘距离宜满足以下要求 :

　　— 空气间隙不小于 4 mm;

　　— 爬电距离不小于 6 mm。

　　d) 各接地点在外壳(机柜)接地点汇接或在外部接地网上汇接 , 以形成良好的静电泄放通路 ;

　　e) 小型低速(频率小于 10 MHz)设备可以采用工作地浮地(浮空地) ,或工作地单点接金属外壳 、金属外壳单点接地 ,使静电通过机壳泄放到大地时对内部电路无影响 ;

　　f) 小型高速(频率大于 10 MHz) 设备的功能地应就近与其金属机壳实现多点接地 ,且金属外壳单点接大地 ;

　　g) 机柜的接地点与 外 部 接 地 点 之 间 保 持 可 靠 的 电 气 连 接 , 联 接 铜 导 线 的 截 面 不 应 小 于 表 5 的规定 ;

　　表 5 接地导体的面积 单位为平方毫米

　　h) 金属外壳与电子器件的间距最少保持 2 mm;

　　i) 增加外壳到电路板之间的距离 ,如 8 kV 的 ESD在经过 4 mm 的距离后能量一般可衰减为零 ;

　　j) 可用导电油漆 ,如 EMI油漆 ,涂在壳体内侧 ,形成一个金属的覆盖层 ,并通过这个屏蔽层将静电泄放 ;

　　k) 设置静电放电插孔 , 以便把静电泄放 。

　　6.2.2 缝隙的处理措施

　　外壳上缝隙和孔洞的电磁屏蔽处理方法对静电放电防护同样有效 ,见 5. 2. 1 和 5. 2. 2。

　　6.3 静电放电防护设计的基本手段和 ESD 防护实例

　　静电放电防护设计的基本手段和 ESD 防护实例参见附录 C。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　防止电化学的金属(或镀层)的组合

　　在导电连续性设计中 ,宜参照表 A. 1选择保护联结的金属组合 , 以避免在接合面产生电化学腐蚀 。

　　表 A. 1 防止电化学腐蚀的金属(或镀层)的组合(电化学电位) 单位为伏

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　电磁屏蔽的密封结构设计

　　B. 1 导电衬垫

　　B. 1. 1 导电衬垫种类

　　EMI衬垫是导电材料 ,填充在机械结构缝隙中以提供一个连续的 、低阻抗的连接 。 导电衬垫的主要结构型式见图 B. 1。

　　图 B. 1 导电衬垫的几种结构型式

　　常用导电衬垫的比较见表 B. 1。

　　表 B. 1 常用的导电衬垫

　　表 B. 1 (续)

　　表 B. 2列出了几种常用的导电衬垫的压缩比及其压力 。

　　表 B.2 常用导电衬垫的压缩比及其压力

　　B. 1.2 指形簧片

　　指形簧片是电磁泄漏有效的抑制方法之一 ,常用于机柜门 、机箱结构的电磁密封 。指形弹簧的特点如下 :

　　a) 高屏蔽效能 ;

　　b) 良好的机械性能 ;

　　c) 良好的设计适应性 ;

　　d) 优异的高温性能 ;

　　e) 极好的重复使用性能 ;

　　f) 多种结构形式及尺寸可供选择 。

　　指形簧片的性能参数见表 B. 3。

　　表 B.3 指形簧片的性能

　　表 B.3 (续)

　　常见的指形簧片的结构型式见图 B. 2。

　　图 B.2 指形簧片的结构型式

　　常见的指形簧片的安装方式见图 B. 3。

　　图 B.3 指形簧片的安装方式

　　B. 1.3 导电衬垫安装方式的设计

　　导电衬垫安装方式的设计方法如下 :

　　a) 尽量采用槽安装形式固定衬垫并保持合理的压缩量 , 以达到较高的屏蔽效能 ;

　　b) 安装槽的形状包括直槽和燕尾槽 ,槽的高度一般为衬垫高度的 75%左右 ;

　　c) 如果采用法兰安装方式 ,需要设置限位机构 ,这样在安装时不会因发生过量压缩而导致衬垫的永久性损坏 ;

　　d) 防止电化学腐蚀 :在接触外部环境的一侧用非导电物质密封 , 以防止电解液进入到导电衬垫与屏蔽体接触的结合面上 ;

　　e) 滑动接触方式不宜用于导电衬垫 ,只限于指形簧片的安装 ;

　　f) 螺钉的位置和间距 :螺钉一般安装在衬垫的外侧 , 间距适当 。

　　B. 1.4 选用导电衬垫的注意事项

　　在使用导电衬垫时 ,为确保预想的电磁屏蔽效能宜注意以下事项 :

　　a) 在所有种类的电磁密封衬垫中 ,只有指形簧片和极少部分导电布衬垫允许滑动接触 ,其他种类的衬垫不允许滑动接触 ,否则会造成衬垫的损坏以及屏蔽效能的下降 ;

　　b) 所有种类的衬垫材料受到过量压缩时都会发生不可恢复的损坏 , 因此在设计时需设置确保 一定压缩量的结构 ;

　　c) 只有导电橡胶的屏蔽效能随着压缩量的增加而增加 ,而其他导电衬垫与屏蔽体基体的电气接触良好时 ,衬垫的屏蔽效能与压缩量没有正比关系 。增加压缩量并不一定能提高屏蔽效能 ,反而可能损坏屏蔽结构 ;

　　d) 与导电衬垫接触 的 金 属 板 要 有 足 够 的 刚 度 , 以 避 免 在 弹 力 作 用 下 发 生 变 形 产 生 新 的 不 连 续点 ,而导致射频泄漏 。对于正面压缩的结构 ,适当的紧固螺钉间距可以防止面板变形 ;

　　e) 在尺寸允许的情况下 ,尽量使用较厚的衬垫 ,这样可以使衬垫足以填充最大的缝隙 、允许金属结构件具有较大的加工误差 。另外 ,较厚的衬垫一般较柔软一些 ,对金属板的刚性要求较小 ;

　　f) 衬垫宜安装在不易损坏的位置 ,例如对于大型的屏蔽门 ,衬垫宜安装在门框内 ;

　　g) 安装衬垫的金属表面应保持清洁 、导电 , 以保证可靠的导电性 ;

　　h) 尽量采用槽安装方式 , 以固定衬垫并限制过量压缩 。使用槽安装方式时 ,屏蔽体的两部分之间接触不仅通过衬垫实现完全接触 ,而且还有金属之间的直接接触而具有最高的屏蔽效能 ;

　　i) 安装指形弹簧时 ,应注意簧片的方向以保证施加的压缩力能够使簧片自由伸展 ;

　　j) 根据屏蔽体的基体材料选择适当的衬垫材料 , 以使接触面达到电化学兼容状态 ;

　　k) 如果空间允许 ,在安装衬垫的缝隙处可同时使用环境密封衬垫 ,并且使环境密封衬垫面对外部环境 , 以防止电解液进入屏蔽体的结合面上 ;

　　l) 一般情况下 ,紧固螺钉安装在衬垫内侧或外侧并不十分重要 ,但是在屏蔽要求很高的场合 ,螺钉宜安装在衬垫的外侧 , 以防止螺钉穿透屏蔽体造成意外的电磁泄漏 。

　　B.2 屏蔽玻璃及屏蔽聚酯导电薄膜

　　B.2. 1 屏蔽玻璃

　　屏蔽玻璃用于透明观察窗及门 。屏蔽玻璃的种类及其特性见表 B. 4。

　　表 B.4 屏蔽玻璃的种类及特性

　　B.2.2 屏蔽聚酯导电薄膜

　　屏蔽聚酯导电薄膜用于透明观察窗 。 常见的透光导电聚酯薄膜的典型性能如表 B. 5所示 。

　　表 B.5 常见的透光导电聚酯薄膜典型性能

　　B.3 导电涂料

　　导电涂料是由银 、铜 、镍或其他复合粒子制成的用于电磁屏蔽的油漆 ,其特点是 :施工便捷 , 附着力好 ,漆膜平整 、无疏松粒子 、内聚力强 、性能稳定 ,导电性能优良 。可用作金属 、复合材料为基材的机械结构壳体内壁的喷涂材料 。 目前主要的导电涂料有 :

　　a) 银系导电涂料 :表面电阻率低于 0. 010Ω/cm ,可在高达 10GHz的范围内达 75dB以上 。但银作为导电填料的价格昂贵 ,只在屏蔽要求极其严格的环境下使用 ;

　　b) 镍系导电涂料 :镍系导电涂料在低频区(低于 30 MHz) 的屏蔽效果不如铜导电涂料 。但镍导电漆导磁率高 ,磁矢量的衰减幅度大 , 吸收电磁干扰能力强 。镍还具有优良的抗氧化性 、抗化学腐蚀性 ,可满足恶劣的环境条件下的应用要求 ;

　　c) 碳系导电涂料 :碳类导电填料主要是炭黑和石墨 , 以粉状 、纤维状单独或混合添加到涂料中 , 以满足不同的使用要求 。 由于碳类导电填料属于半导体 ,所形成的涂料的导电率远小于金属类填料形成的导电涂料 ,其表面电阻率为 30 Ω/cm~ 50 Ω/cm ,在 50 MHz~ 450 MHz范围内屏蔽效果最高可达 30 dB~ 50 dB,仅用于屏蔽要求较低的电磁环境下使用以节省成本 ;

　　d) 复合导电填料 :为了降低导电填料的成本 ,并保证一定的导电性能 , 常采用复合导电填料 。 复合导电填料按形状可分为复合粉末和复合纤维两种 。金属包敷型复合粉末可分为金属-金属(例如 Ag/Cu) 、金属-非金属(例如 Cu/石墨)和金属-陶瓷(例如 Ag/SiO2 )等三 种类型 。此外 ,还有金属氧化物包敷型复合粉末 。复合纤维包括尼龙 、玻璃丝 、碳纤维等镀敷金属或金属氧化物等 。此类导电填料一般作为上述几种导电涂料的添加成分使用 , 以对导电涂料的屏蔽性能进行微调而适用于不同的电磁环境需要 。

　　B.4 屏蔽通风板

　　波导型结构 的 屏 蔽 蜂 窝 通 风 板 由 装 配 在 挤 压 成 型 的 铝 框 中 的 铝 蜂 窝 构 成 , 标 准 蜂 窝 孔 径 为3. 2 mm ,厚度有 6. 3 mm、12. 7 mm(常用) 、25. 4 mm 三种规格 ,镀锡或镀镍可以提高屏蔽效能及对环境的防护效果 。

　　双层铝制蜂窝通风板是两层平行铝蜂窝装配 ,每一层蜂窝互成 90°取向 ,每层的蜂窝孔径和厚度分别为 2 mm 和 6. 35 mm ,总厚度为 12. 7 mm ,表面进行铬酸盐氧化处理可用于环境防护 ,故双层铝制蜂窝板不需要镀锡或镍来提高防护效果 。

　　表 B. 6~表 B. 9 给出的几种屏蔽通风板的屏蔽参数仅供参考 ,实际的屏蔽效果可能偏低 。

　　表 B.6 铝制蜂窝屏蔽通风板屏蔽参数 单位为分贝

　　表 B.7 钢制和铜制通风板屏蔽参数 单位为分贝

　　表 B. 8 防尘屏蔽通风板屏蔽参数 单位为分贝

　　表 B.9 超薄型防尘屏蔽通风板屏蔽参数 单位为分贝

　　B.5 截止波导管

　　B.5. 1 截止波导管的原理及选用流程

　　波导管是简单的管状金属结构并呈现高通滤波器的特性 。波导管允许截止频率以上的信号通过 ,而截止频率以下的信号则被阻止或衰减 ,这与高通滤波器的频率特性相似(见图 B. 4) 。利用这个特性 ,可以使干扰信号的频率落在波导的截止区内 ,而起到了电磁屏蔽的作用 。这种波导称为截止波导 。

　　波导管选用的流程见图 B. 5。

　　图 B.4 截止波导的原理

　　图 B.5 截止波导的设计流程

　　B.5.2 波导管选用的计算公式

　　波导管选用的计算式如下 :

　　a) 圆形截面的波导

　　F = 6 900/D(MHz) … … … … … … … … … … ( B. 1 )

　　SE = 32T/D(dB) …………………………( B. 2 )

　　式中 :

　　—————— 直,,英((;) , (1in= 25. 4 mm) ;

　　T — 波导长度 ,单位为英寸(in) ;

　　SE — 屏蔽效能 ,单位为分贝(dB) 。

　　b) 矩形截面的波导

　　F = 5 900/L …………………………( B. 3 )

　　SE = 21T/L(dB) …………………………( B. 4 )

　　式中 :

　　L — 矩形截面的对角线长度 ,单位为英寸(in) ;

　　F — 截止频率 ,单位为兆赫(MHz) ;

　　T — 波导长度 ,单位为英寸(in) ;

　　SE — 屏蔽效能 ,单位为分贝(dB) 。

　　B.5.3 计算步骤

　　波导管选用的计算步骤如下 :

　　a) 使用截止波导管的关键是确保波导管工作在截止区 , 因此应根据干扰的最高频率确定截止波导管的截止频率 。为保证有效的屏蔽 ,截止频率应是最高干扰频率的 5倍以上 ;

　　b) 在确定截止频率 F 以后 ,用式(B. 1)(圆形波导)或式(B. 3)(矩形波导)计算截止波导管的截面尺寸 ;

　　c) 在确定波导管截面的最大尺寸后 ,可根据所要求的屏蔽效能 ,用式(B. 2)(圆形波导)或式(B. 4) (矩形波导)计算所需波导管的长度 。

　　铜及铜合金波导管的详细情况见 GB/T 8894—2014。

　　B.6 插箱电磁屏蔽设计实例

　　GB/T 19520. 12—2009 的第 10章规定了具有电磁屏蔽功能的插箱及其插件的设计总则 、接口尺寸等 ,是具有电磁屏蔽功能插箱的一个实例 。

　　附 录 C

　　(资料性附录)

　　静电放电防护设计的基本手段和 ESD 防护实例

　　C. 1 静电放电防护设计的基本手段

　　C. 1. 1 等电位

　　基本原理 :在等电位状态下不发生放电 。

　　具体做法 :

　　— 所有可能接触器件的物体使用并联连接(共地) ;

　　— 接地系统间进行跨接并避免电势差 。

　　C. 1.2 接地

　　基本原理 :将静电通过接地线或接地装置传导 、泄放到大地 。

　　具体做法 :

　　— 建立静电接地系统 ;

　　— 使用静电导电材料 ;

　　— 两种方式 :硬接地(将物体直接或通过一个低阻抗同大地相连接)和软接地(将物体通过一个足够高的阻抗接往大地 , 以便在发生电击事故时把电流限制在人身安全电流之下) 。

　　C. 1.3 阻值控制

　　基本原理 :通过电阻控制过强的表面电流泄放或放电 , 以确保人身和设备安全 。

　　具体做法 :

　　— 使用静电耗散材料 ;

　　— 静电敏感设备与安全限流电阻器连接 。

　　C. 1.4 静电放电屏蔽

　　基本原理 :屏蔽静电场 , 阻隔静电放电电流通过敏感器件 。

　　具体做法 :

　　— 使用静电屏蔽材料和屏蔽容器 ;

　　— 选用绝缘材料和阻隔结构屏蔽静电 。

　　C. 1.5 材料选择和工艺控制避免产生静电

　　基本原理 :通过使用不产生或少产生静电的材料减少静电 ;材料表面光洁 ,可减少静电 ;静电序列的应用 。

　　具体做法 :

　　— 使用抗静电材料 ;

　　— 使用抗静电剂 ;

　　— 对接触起电的物体 ,应尽量选用在带电序列中位置相邻近的 ,宜减少静电荷的产生 。

　　以下是某些材料的静电序列的排列 : (+) 玻璃 、有机玻璃 、尼龙 、羊毛 、丝绸 、赛璐珞 、棉织品 、纸 、金

　　属 、黑橡胶 、涤纶 、维尼纶 、聚苯乙烯 、聚丙烯 、聚乙烯 、聚氯乙烯 、聚四氟乙烯 ( -) 。

　　C. 1.6 标识和标注

　　防静电的标识和标注一般采用如下方法 :

　　— 对敏感器件进行标识以避免当作非敏感器件操作 、存放和运输 ;

　　— 对 ESD 防护用品和材料进行标识 , 以表明其功能 , 防止超出有效期使用 ;

　　— 对 EPA(ESD保护工作区 、工作站)进行标识 ,对 EPA 中的设备进行标识 ,对 EPA 中可能存在的风险进行警示 ;

　　— 对接地点进行标识 ;

　　— 在设计文件和图样中对涉及到的敏感器件和电路进行标注和说明 。

　　静电放电防护标志见图 C. 1 和图 C. 2。

　　图 C. 1 静电敏感器件和电路的防静电标志

　　图 C.2 防静电工作区(EPA)及包装的标志

　　C. 1.7 采用保护电路和结构(外壳)设计

　　防静电的保护电路和结构设计采用如下方法 :

　　— 采用静电放电保护电路或保护器件以提高抗静电能力 ;

　　— 采用合理的结构设计有效泄放静电(见 6. 2) 。

　　C.2 ESD 防护设计实例

　　C.2. 1 插箱及其插件 ESD 防护设计实例

　　GB/T 19520. 12—2009 的第 11章规定了具有 ESD 防护功能的插箱及其插件的设计总则 、接口尺寸等 ,是 ESD 防护插箱的一个实例 。

　　C.2.2 ESD接口设计实例

　　在机械结构的插箱或机柜中 ,为了在操作之前把静电释放 , 或连接 ESD 防护腕带 , 一般设置 ESD

　　接 口 。 图 C. 3 给出了一种典型的 ESD接口设计实例 。

　　图 C.3 ESD接口设计实例

　　参 考 文 献

　　[1] GB 7251. 1—2013 低压成套开关设备和控制设备 第 1部分 :总则

　　[2] GB/T 19287—2003 电信设备的抗扰度通用要求

　　[3] GB/T 26667—2011 电磁屏蔽材料术语

　　[4] GJB 1210—1991 接地 、搭接和屏蔽设计的实施

　　[5] GJB/Z 25—1991 电子设备和设施的接地 、搭接和屏蔽设计指南

　　[6] GJB 2713—1996 军用屏蔽玻璃通用规范

　　[7] SJ 20597A—2005 金属丝网屏蔽衬垫通用规范

　　[8] SJ 20673—1998 军用电磁屏蔽橡胶衬垫材料通用规范

　　[9] SJ 20755A—2005 军用电磁屏蔽通风窗通用规范

　　[10] SJ 20814—2002 军用电磁屏蔽箔片通用规范

　　[11] IEC 61000-5-2: 1997 电 磁 兼 容 (EMC) 第 5-2 部 分 : 安 装 和 调 整 指 南 接 地 和 布 线(ELECTROMAGNETIC COMPATIBILlTY (EMC)—Part5:Installation and mitigation guidelines— Section2: Earthing and cabling)

　　[12] IEC 61000-5-7:2001 电磁兼容(EMC) 第 5-7部分 :安装和调整指南 由外壳提供电磁骚扰防护的等级(EM 编码)[ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (EMC)—Part5-7: Installa- tion and mitigation guidelines—Degrees of protection provided by enclosures against electromagnetic disturbances (EM code)]

　　[13] IEC 61340-5-1:1998 静电 第 5-1部分 : 电子设备对静电放电的防护 通用要求(Electro- static—Part 5-1: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena—General require- ments)