EMV- und ESD-Beschichtungen So halten Gehäuse dicht

Stört ein Mobiltelefon den Radioempfang, dann ist das lästig, aber keineswegs gefährlich. Bei Geräten, die beispielsweise im OP-Saal oder im Flugzeug arbeiten, kann eine Fehlfunktion durch mangelnde elektromagnetische Verträglichkeit hingegen verheerende Folgen haben. Unbehandelte Kunststoffgehäuse bieten nur wenig oder gar keinen Schutz gegen elektromagnetische Einstrahlung oder Aussendung. Es gibt jedoch Abhilfe.

Laut der europäischen EMV-Richtlinie bedeutet elektromagnetische Verträglichkeit »die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären«.

In der EMV wird zwischen leitungsgebundenen und feldgebundenen Störungen unterschieden. Leitungsgebundene Störungen werden von der Störquelle direkt über Versorgungs- oder Signalleitungen zur Störsenke übertragen. Ein Knacken im Radio kann zum Beispiel durch das Abschalten eines Kühlschranks verursacht werden, das Abschalten der Versorgungsspannung mithilfe eines Temperaturschalters erzeugt Spannungspulse mit einem Spektrum im hörbaren Frequenzbereich. Wenn die Versorgungsleitung diese Spannungspulse zum Radiogerät leitet und es diese demoduliert, kommt es zu einer Knackstörung.

Feldgebundene Störungen werden zum Beispiel als elektromagnetisches Feld auf die Störsenke übertragen und dort beispielsweise von einem als Antenne fungierenden Leiter empfangen. Auch kapazitive und induktive Beeinflussungen elektrischer beziehungsweise magnetischer Felder werden als feldgebundene Störungen bezeichnet. Ein Beispiel für eine feldgebundene Störung ist die Einkopplung einer GSM-Mobiltelefon-Übertragung in eine Audioeinrichtung, zum Beispiel in ein Autoradio oder in ein Festnetztelefon. Grund dafür kann ein nicht ausreichend geschirmter Lautsprecher oder Kabel sein.

Metallgehäuse bieten elektrischen Systemen einen inhärenten Schutz vor feldgebundenen Störungen sowie elektrostatischer Entladung (ESD, electrostatic discharge). Allerdings sind diese meist teurer als Kunststoffgehäuse, die unbehandelt jedoch nur wenig oder gar keinen Schutz bieten. Leitfähige Oberflächen können dieses Problem lösen.

Resistente Antistatikschichten

Diese Abschirmschichten werden vor allem bei elektronischen Geräten (Computerbauteile und -peripherie, medizinische und technische Apparate, Mess- und Regeltechnik, usw.) verwendet. Die einsetzbaren Produkte können auf Kupfer, Nickel, Graphit oder Silber basieren. Die Firma Richard Wöhr setzt bevorzugt einen EMV-Leitlack auf Kupferbasis ein, der über sehr gute Dämpfungseigenschaften verfügt und hohe elektromagnetische Absorption über einen breiten Frequenzbereich gewährleistet.

ESD-Antistatikschichten werden ebenfalls vorwiegend bei elektronischen Geräten und in der Elektronikfertigung sowie im explosionsgeschützten Bereich verwendet. Für derartige Anwendungen hat das Unternehmen eine Ausrüstung mit einem Speziallack entwickelt, die nach erfolgter Aushärtung eine leitfähige Oberfläche bildet und sich durch hohe chemische und mechanische Resistenz auszeichnet. Die erzielten Festigkeitswerte sind vergleichbar mit der Filmqualität beständiger Einbrennlacke.

Die Oberfläche ist abriebfest, elastisch, kratzunempfindlich, gegen Lösungsmittel und Chemikalien resistent und zeigt keine Veränderungen im Kontakt mit synthetischen Kühlmitteln und Hydraulikölen. Mit der im hauseigenen Vorrichtungsbau entwickelten und hergestellten Abdeckschablonen kann die Firma Wöhr auf spezielle Kunden-wünsche eingehen - zum Beispiel für selektive EMV-Beschichtungen im Außen- oder Innenbereich von Gehäusen.

Zusätzlich bietet das Unternehmen auf kundenspezifische Anforderungen abgestimmte Möglichkeiten der Oberflächenbehandlung sowohl bei Gehäusen beziehungsweise Zubehörteilen als auch bei Dekorfolien und Folientastaturen (Bild 1).

Für Letztere stehen zwei verschiedene Verfahren zur Auswahl. Eine mit Aluminium oder Kupfer beschichtete Polyesterfolie wird unterhalb der Frontfolie in die Tastatur einlaminiert. Die Kontaktierung zur Gehäusewand oder Trägerplatte erfolgt über mindestens eine mit ausgebildete Anschlussfahne, die leitend an die Mechanik angebunden wird. Alternativ lässt sich eine im Siebdruck entweder ganzflächig oder in Gitterstruktur mit Leitsilber beschichtete Polyesterfolie in die Tastatur integrieren. Die Kontaktierung kann in diesem Fall über das Folienkabel und den Steckverbinder direkt zur Leiterplatte erfolgen.

Leitfähige Acrylbeschichtungen

Zwei neue elektrisch leitfähige Acrylbeschichtungen für Kunststoffgehäuse bietet Chomerics, um eine Abschirmung gegen elektromagnetische und hochfrequente Störungen zu gewährleisten (Bild 2).

»Cho-Shield 2040« ist ein mit Silberpartikeln angereichertes Material, das eine Abschirmleistung von über 75 dB bietet; »Cho-Shield 2044« verwendet Nickel als Füllmaterial und erzielt über 60 dB Abschirmeffizienz (beide jeweils zwischen 80 MHz und 10 GHz). Beide Beschichtungen sind laut Hersteller langlebig und bieten ein hohes Maß an Abriebfestigkeit, was sie für den Einsatz auf Geräten prädestiniert, die in rauen Umgebungen betrieben werden. Die Beschichtungen bieten HF-Abschirmung, Antistatik-Schutz und Oberflächenerdung und eigenen sich für eine Vielzahl von Elektronikprodukten in ABS-, PC/ABS- und anderen Arten von Kunststoffgehäusen.

Beide Materialien lassen sich in Beschichtungsprozessen mit niedrigen oder hohen Stückzahlen und mithilfe herkömmlicher Lackieranlagen auftragen. Die Beschichtungen sind bereits 30 Minuten nach dem Auftragen klebfrei sowie nach 24 Stunden trocken. Erhöhte Temperaturen (+65 °C) ermöglichen eine vollständige Trocknung in nur einer Stunde. Der Betriebstemperaturbereich der Beschichtungen erstreckt sich von -40 °C bis +85 °C.

Ebenfalls bei Chomerics erhältlich sind abgeschirmte Glas- und Kunststofffenster. Der Einsatz großer Bildschirme und der hohe Anteil von Grafikinhalten moderner Geräte erschweren es Entwicklern zunehmend, nicht nur für eine zuverlässige Performance zu sorgen, sondern auch die EMV-Bestimmungen einzuhalten. Der Einbau eines geschirmten Fensters in eine Displayöffnung kann die EMI-blockierende Eigenschaft anderer leitfähiger Einfassungen wieder herstellen.

Glasfenster bieten beste optische Transparenz und Übertragung zusammen mit guter Kratzfestigkeit. Fenster aus Polycarbonat- oder Acryl-material und werden aufgrund ihres niedrigen Gewichts, ihrer Stoß- und Bruchfestigkeit, ihres Betriebstemperaturbereichs bis +100 °C und ihrer hohen Designflexibilität ausgewählt. Leistungsmerkmale wie optische Filter, hybride laminierte Glas- und Kunststofffilter mit integriertem Metallgitter zur EMV-Abschirmung, Hydro- beziehungsweise Oliophobierung, Anti-Reflex- und Anti-Beschlagbeschichtung lassen sich hinzufügen, um den Anforderungen bestimmter Anwendungen gerecht zu werden.

Für verschiedene Preispunkte

Für eine Abschirmung gegen elektromagnetische Felder hat Vero Technologies drei alternative Innenbeschichtungen im Angebot (Bild 3). Diese bieten unterschiedliche Dämpfungsgrade zu verschiedenen Preispunkten. Für hoch spezialisierte Anwendungen sind spezielle Beschichtungen erhältlich. Für weniger anspruchsvolle gewerbliche Anwendungen bietet die laut Hersteller kostengünstigste 50-µm-Nickelbeschichtung eine Dämpfung von 50 dB bei 1 GHz.

Die standardmäßige Beschichtung ist eine 10-µm- beziehungsweise 20-µm-Beschichtung aus silberbeschichteten Kupferpartikeln, die im Normalfall eine Dämpfung um 78 dB bei 10 GHz bietet. Die stärkste Dämpfung wird mit einer 22,5-µm-Silberbeschichtung erzielt, die bei 1,5 GHz um mehr als 80 dB dämpft. Sie bietet effektiven Schutz vor Funkstörungen und Störausstrahlungen und kann als Massefläche zum Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) zum Einsatz kommen.

Das Design des Gehäuses ist von äußerster Wichtigkeit. Eine Nut-und-Feder-Struktur zwischen den Verbindungshälften eines Gehäuses bildet einen effektiven komplexen Pfad und sorgt so für eine bessere Dämpfungsleistung. Abnehmbare Frontplatten werden in einem Presspassungsschlitz befestigt; falls Befestigungen zum Einsatz kommen, sollte die Passfläche mit einer leitfähigen Dichtung ausgestattet sein. Die Rückfläche von Kunststoffpaneelen muss leitfähig beschichtet werden; falls Aluminiumpaneele zum Einsatz kommen, wird die Stirnfläche für gewöhnlich anodisiert und die Rückfläche in einem natürlichen Finish belassen oder irisiert, ein RoHS-konformes leitfähiges Finish.