3M EMC产品在3C市场上的应用

林阳 方敬 刘伟德 胡志鈞

3M中国研发中心

摘要： 本文主要介绍了3M电磁兼容产品在3C市场上的应用解决方案， 文章涵盖3M导电胶带，导电衬垫，吸波材料及透明屏蔽膜等系列材料，列举其在电脑,通信及消费电子领域的典型应用解决案例，为3C市场提供全套的电磁兼容解决方案。

关键词： 电磁兼容, 3C市场，导电胶带，导电衬垫，吸波材料，透明屏蔽膜 Abstract:

The paper tells 3M EMC solutions in 3C markets(computer, communication and consumer electronic), The paper tells 3M conductive tapes, conductive gasket, absorber and transparent conductive film, by listing their typical applications in computer, communication and consuming electronic fields, which provides a total solution for solving EMC issues in 3C market

Key Words: Electromagnetic Compatibility, 3C Market, conductive tape, conductive gasket, absorber, transparent conductive film 引言：

3C是计算机(Computer)、通讯(Communication)和消费电子产品(Consumer Electronic)的简称,3C产品包括电脑 手机 电视 数码影音产品及其相关产业产品. 电磁干扰问题是3C产品设计测试中常见的问题，其体积的小型化和功能的多样化趋势更给EMC设计增加了难度，EMI的概率性发生和不确定性也是EMI设计的一个难点。这些难点对电磁兼容设计工程师的经验和知识提出更高的要求挑战，特别对于电磁辐射和静电耐受性问题的解决。本文介绍了3M针对3C市场的部分典型应用解决方案，为3C产品的电子，硬件，结构，EMI设计工程师有效的解决问题提供有指导。

3M电磁兼容胶带，按胶粘剂性质来区分可以分为导电胶带和非导电胶带；按胶带结构来区分可以分为转移胶膜、单面涂覆胶带和双面涂覆胶带；按胶带基材来区分可以分为无基材胶带、导电布胶带、导电无纺布胶带、金属箔类胶带和复合麦拉胶带，从而形成了丰富的3M电磁兼容胶带体系（如下图1所示）。如此多的种类结构是缘于迅速发展的3C市场的大量实践应用的需求，这些胶带各有适合其应用的场合，为各类电子设备的电磁兼容做出卓越的贡献。

一． 导电胶带、胶膜

3M电磁兼容胶带，与普通绝缘胶带的根本区别大致可以归结为导电性上，决大部分电磁屏蔽胶带的基材或胶粘剂都是导电性的，通常是在导电的基材上涂敷一层胶粘剂制成的电磁兼容胶带产品，另外还有一类胶带没有基带，只是一层导电胶膜，两侧复合离型纸供货，我们也称其为电磁兼容胶带（或电磁兼容胶膜）。电磁兼容胶带的应用的场合多数需要模切成各类形状，所以为了便于模切，电磁屏蔽胶带通常会复合离型纸，便于模切操作和应用。

对于平面导电胶带，胶带基材的导电性对屏蔽效能的影响很大，从理论公式我们可以导出，当材料的导电率提高后，其屏蔽效能是增大的。所以我们可以用高性材料制造高屏蔽效能的电磁兼容胶带。在众多高导电材料中，常选的材料有铜、铝箔基材、金属箔复合聚酯基材、良好金属化的纤维布

图1 3M电磁兼容胶带的大致分类

或无纺布等。在这些基带材料上涂覆胶粘剂就可以制造出具备各种特长性能的电磁兼容胶带产品。

下面向大家介绍几种典型的3M电磁兼容胶带的应用：

1．信号线束的屏蔽

信号线束的屏蔽包裹是电磁兼容胶带的很重要的一类应用，一般会采用单面涂覆导电布胶带。信号线束是连接不同器件间的桥梁，传输电流的同时，电磁干扰的问题也会随之出现。由于技术和各类设备的发展，以及各元件工作频率的日益提高，对于信号线束与外部元件之间的电磁干扰的屏蔽就显得越来越重要了。在各类3C设备中都或多或少存在这种类型的信号线束，主要用于连接液晶屏与印刷线路主板、连接主板和无线控制、以及连接蓝牙、连接port口等，这些线束都需要有很好的屏蔽处理。进行屏蔽处理的好处有两点：电磁屏蔽处理不仅把信号线束内部的辐射干扰挡住，不至于影响外部邻近的电磁敏感器件；同时也保护线束本身不受外部干扰的影响。线束的屏蔽有三种处理方式，参考下图2：

图2 屏蔽胶带包裹线束的三种常见方式

如上图2中所示，三种常见的屏蔽胶带包裹方式，一种是用一定宽度的导电胶带进行缠绕包裹；另外两种方式则相对更简单，根据应用线束的长度尺寸和数量，将屏蔽胶带模切成一个定长和定宽的胶带，只需要将其对折或三折，将被屏蔽的线束包裹在内就可以了。

2．电磁缝隙的封堵[1]

电磁兼容胶带的另外一个重要的应用是进行电磁缝隙的封堵，使整机设备电磁屏蔽结构更加完整、可靠。由于不同设备的电磁缝隙的结构是不同，所以我们要选择不同特性的电磁屏蔽胶带进行屏蔽。参考下图3：

图3 不同电磁缝隙的四种屏蔽胶带处理方式

上图的三种缝隙结构在很多3C电子设备中都

可以见到，具有相当的普遍性。这样的结构屏蔽通常都选用涂覆了导电胶粘剂的屏蔽胶带，以保证胶层缝隙屏蔽的有效性。

3．整机的机壳电磁屏蔽

很多时候，一些具有较强干扰特性的电子器件

产品仍然使用塑料外壳，这样的结构对EMI屏蔽是很不利的。对此，我们可以采用屏蔽胶带做为电磁屏蔽解决方案，屏蔽胶带与塑料外壳配合使用，可以起到电磁结构屏蔽的作用。使用时只需要将胶带贴在电子产品外壳塑料的内侧，这样胶带的导电基材就可以起到结构屏蔽作用。下图4就是这类应用的一个示意图：

图4 屏蔽胶带贴在塑料外壳内侧作结构屏蔽 这种应用多数会用在体积较大的笔记本和TV等领域，以单面屏蔽胶带居多。因为胶带是与塑料等绝缘外壳的粘接，胶粘剂可以是导电的，也可以是不导电的，但很多时候需要考虑大面积的使用导电胶带，静电荷泄放是个问题，因此人们会考虑使用导电胶粘剂，端点位置采用搭接或者用螺钉紧固，以保障静电路径通畅。

二． 导电衬垫

鉴于小型化，多功能化的发展趋势，电子产品的内部结构设计越来越多模块化，各个模块相对独立给电磁兼容设计工程师带来更多的挑战。如果各个模块的地不能充分链接，会使各模块间无统一参考零电位，易于导致通信出错及电磁兼容问题，特别是电磁辐射和静电耐受性问题。

如图-5是电子产品结构设计中经常遇到情况，各个模块之间，或者模块与系统屏蔽壳之间会有结构上的间隙。

图5 不同结构设计中导电衬垫的应用

1． 3M 导电衬垫的性能和特点

3M 针对这些问题设计了多款导电衬垫，具有XYZ方向电阻低，衬垫弹性好，压缩比大，亦具有屏蔽性能的导电衬垫，下面是图-6：ECG 和图-7： MSG系列导电衬垫的DFR曲线：

图-6 ECG-7073 位移和压力 vs 接触电阻

图-7 MSG-6300位移和压力 vs 接触电阻 由以上位移,压力和接触电阻曲线可以看到，3M导电衬垫具有较大的压缩比及稳定的接触电阻。

2. 3M导电衬垫的典型应用

3M的导电衬垫系列产品别于传统的导电衬垫，其为片材结构，材质弹性好，质地密实，有单面和双面备有导电胶。可以随意模切成任何形状，方便使用在特殊形状要求的应用中，例如不规则的环形，及其他特殊形状的导电衬垫。如图-8和图-9

图-8 特殊形状的导电衬垫的模切样品

图-9特殊形状的导电衬垫的模切样品

三． 吸波材料[2]

吸波材料是目前比较常用的电磁兼容解决方案之一，其可以近距离靠近噪声源，有效地吸收及抑制噪声的性能，且其具有容易模切加工，方便使用的特点，故被电磁兼容设计工程师喜欢。

1．吸波材料的电磁波吸收机制

就近场应用而言，吸波材料的磁损耗在吸收高频噪音中扮演者重要的角色。复合吸波材料可以看成是一种磁导率的范围为10~200的磁性材料。这种吸波材料在低频有一个稳定的磁导率特性，然而在更高频的范围内，它们就会产生二次磁导率效应。当遇到高频电磁场作用时，而在粒子的磁化强度和外叠加磁场之间就会有一个相位差出现，这个现象可以用下面公式（1）表示：

''r'rr--------------（1）

其中，'''r称为磁导率的实部，r称为磁导率的虚

部。某一频率上的磁损耗强度及频率特性是可以随着嵌入到材料中磁性颗粒的密度改变而改变的。材料特性参数，如饱和磁化强度，颗粒尺寸，磁各向异性及颗粒的形状等都是可以调谐吸波材料特性的关键参数。

就远场应用而言，3M复合吸波材料的反射损耗很大程度是由电磁波在空气中和吸波材料中的传输阻抗的匹配性决定的。当一束电磁波,其自由空间的传播阻抗为Z0，入射到一个半无限大的，阻抗为Z1的电磁介质表面时,会有部分电磁波发生

反射,电磁波的反射率可以用下面公式（2）表示: RZ1Z0Z--------------（2）

1Z0此公式中: Z00/0 ; Z11/1

为了获得一个0反射率,必须保证Z0Z1，在这

个条件下，如果要此等式成立，必须满足下面等式条件（3）：

01--------------（3） 01在电磁波进入吸波材料内部后，就会和吸波材料的有效粒子发生作用，这种作用可以是各种电效应或磁效应，或是电磁相互交杂或磁后效应的作用，从而使得大部分入射电磁波能量被损耗掉，这种电磁损耗可以用损耗角的形式表示，如式（4）和（5）所示，这也常被当作损耗系数对待：

''tane'--------------（4）

''tane'--------------（5）

获得更大的损耗系数需要对吸波材料进行配方设计，控制吸波材料的r和r。

3M吸波材料就是在尽可能降低材料厚度的基础上，调整材料的电磁参数，尽可能提高材料的损耗系数，增强电磁干扰、杂波噪音等的吸收效能。入射电磁波与吸收材料内部的有效粒子的微观作用情况如图-10所示：

图-10 入射电磁波和与粒子微磁畴的作

用

我们可以看到吸收粒子的畴矩会随着入射电磁波而发生转动或移动，这种转动或移动会消耗电磁波能，从而起到吸收的作用。

2． 多功能吸波材料的发展

基于以上对吸波材料之吸波机制的了解，在解决一些实际的复杂电磁兼容问题中，需要具有多种功能的复合型吸波材料，其具有宽频带（）的高效吸波功能，又有屏蔽和防静电功能……能带给电磁兼容设计工程师多种选择，更高效的整改过程及更低的产品设计成本。

目前已有多种多功能的吸波材料，例如3M AB5000系列产品，具有宽频带的高效吸收性能，并且是较薄的片状和带状包装，易于模切加工。

3M AB6000系列产品具有吸波，屏蔽及防静电多种功能，采用特殊的工艺将屏蔽层与吸收层复合，制成厚度仅为0.1mm后吸波片材, 其具备优良的电磁波屏蔽和吸收两种效能。其特性可以参考能量损耗曲线图-11，和屏蔽效能曲线图-12：

图-11 能量损耗同频率关系

图-12 屏蔽效能同频率关系

3M AB5000R系列吸波材，具有更高的二次导磁率在低频，参考图-13。其是针对工作频率在13.56MHz的RFID标签设计的抗干扰方案。

图-13 AB5000R的二次磁导率特性

当RFID标签被使用在表面是金属的被跟踪物体时，其识别距离会受到金属层的影响，甚至有时几乎失去识别功能。3M开发出AB5000R系列吸波材，在13.56MHz时其磁导率达到最峰值，其可以有效解决RFID标签被金属干扰，识别距离变近或者识别失效的问题。

3M AB5000R系列吸波材的最小厚度仅有0.16mm，易于使用，方便加工。具体应用位置可以参看图-14将吸波材料贴在RFID标签的背面，再将吸波材料靠近金属基材侧粘贴固定，或者直接将吸波片与标签复合（注塑）在一起，再使用到金属质等强干扰的物体表面来解决RFID标签的识别率问题。

图-14 AB5000R吸波材料在RFID标签上应用位置

3．3M吸波材料应用案例

1）直接应用于辐射源器件的表面上 电磁兼容问题设计和整改技术常用的解决方案之一就是找到导致测试失效的噪声源，在靠近噪声源的位置直接贴一块模切成制定形状的3M AB5000系列吸波材片，从源头直接衰减该噪声，可以有效地抑制这个噪音辐射，降低其辐射水平。 请参考图-15：

料可以在PCB板，设备内侧的很多位置粘贴使用。它能够同时提供吸收功能和屏蔽功能。

四． 光学透明导电膜[3]

随着近年来显示技术的飞速发展，LCD尤其是

图-15 吸波片直接贴到芯片上应用

就这种应用案例，3M复合吸波片可以有效地吸收这种辐射能量，同时可以衰减偶合噪音。而且3M AB5000系列吸波材料的表面阻抗很高，可以达到10以上,所以不用担心吸波片贴金属性导线上而会发生短路的问题。这些应用的典型地方有：直接贴在电子设备内部的高速CPU芯片，图象信号处理器，存储芯片以及振荡器芯片上，或者直接贴在PCB表面高速信号线上，高速信号线连接器上等位置。

2）屏蔽型吸波材料用于屏蔽罩内侧

其典型应用于对电磁干扰噪音吸收和屏蔽的地方，最大限度地节省空间。根据不同电子设备和结构，其使用具有很大的随机性，可以应用在辐射元器件上，也可以用在敏感元器件上，起到噪音吸收和屏蔽的作用。在数码产品和手持通信产品中有着广泛的应用。其应用位置可以参考图-16所示，为应用3M吸波材料之前，电子设备里电磁辐射的反射相互干扰方式：

6

触摸屏被大规模地应用在手机、笔记本电脑、平板电脑、电视、导航仪、ATM等各类电子产品上，并且使用面积越来越大，设备集成度越来越高，工作频率越来越高，LCD模组所产生的电磁辐射的干扰和泄漏问题也随之越来越严重，导致各类应用于LCD屏的透明的电磁屏蔽材料成为了材料领域的研究热点。

目前，市场上可以见到的光学透明电磁屏蔽材料主要有两类：ITO镀膜（或玻璃板）型材料和导电微网络结构材料。但这两种透明电磁屏蔽解决方案，存在着光透过率与电磁屏蔽效能（或表面电阻）矛盾问题。3M光学透明导电膜是一类革新式的EMC产品，凝聚了3M的尖端科技，成为了新兴透明电磁屏蔽材料中的佼佼者。与氧化铟锡薄膜（ITO）和导电微网屏蔽膜（板）类产品相比，3M光学透明导电膜的优势可以简单描述为：同等导电性，具有更好的透光率效果，同等的透光率具有更好的导电效果（更好的屏蔽效能），如下图-18所示：

图-16 电磁辐射在电子设备内部的反射方式

图-18 3M光学透明导电膜8880/8853与ITO度层 膜产品的对比

图-17 使用3M吸波材后，电子设备内部的电磁波

如图17所示，我们可以看出，此系列吸波材

此外，3M光学透明导电膜的优势还在于：具有更好柔韧性，可以任意弯曲，可以进一步满足下

一代的柔性LCD应用；在其导电层上还具有3M特有技术的防反射涂层，可以在不影响导电性的同时降低反射光强度，使透射光强度进一步提高，从而使LCD的画面更明亮鲜艳，背光可以更节能环保；8853与3M高品质光学透明胶（OCA）强强联手，可以进一步提高了LCD画质，避免了厂商自行复合OCA时带来的高不良率，同时可以简化组装工艺、提高生产效率。

下面向大家介绍一下3M光学透明导电膜的基本应用：

1．LCD电磁辐射的屏蔽

随着人们对于自身健康的持续关注以及对设备电磁辐射的管控日益严格，LCD显示模组透过显示屏对外释放的电磁辐射变得越发不容忽视。所以我们可以选择3M光学透明导电膜，在几乎不影响透光率和显示效果的前提下，将其作为屏蔽层来实现降低整机辐射。

图-19 电磁辐射对人体的危害不容忽视

通过在LCD外侧贴合一层3M光学透明导电膜，就可以简单地实现将LCD甚至其他模组产生的电磁辐射通过大面积透明显示区域的泄漏屏蔽掉。

2．屏蔽LCD模组对于触摸屏的干扰

随着触摸屏的大规模普及和发展，LCD模组所产生的电磁噪音对于触摸定位模组的干扰日益严重，尤其是对于目前飞速发展并普及的电容触摸屏，干扰信号会造成操作定位不准、感应漂移、响应延迟、误感应等严重的设备品质缺陷。应用3M光学透明导电膜就可以有效地解决这个问题，如图-20所示：

图-20 3M光学透明导电膜对于触摸屏定位模组的

电磁干扰保护

在上图中可以清楚的看到，通过在触摸屏定位系统和LCD显示模组之间插入一片3M光学透明导电膜，可以有效的阻止来自LCD模组的电磁噪音对触摸屏定位系统造成干扰，降低误感应的发生率，实现更高的触摸屏精度和灵敏度。

结论

总体而言,3M 电磁兼容产品广泛应用于电子通信市场,为人们提供优良可靠的EMC解决方案.

参考文献

[1] 熊海锟，刘伟德,电磁屏蔽胶带及应用, 中国胶粘剂协会《第十一届中国胶粘剂技术与信息交流会，论文集》，2008年11月,189~198页

[2] 刘伟德,3M电磁波吸收材料的电磁兼容解决方案,《电磁干扰与兼容》，2008年01月,38~42页

[3] 姜疆，刘伟德，米雄飞，胡志钧, 3M光学透明导电膜, 《电磁干扰与兼容》，2010年09月

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