60度硅胶切料机料和30度料怎么混成55度怎么算

3. 半导体材料行业壁垒高但国产替代前景可期

3.1 半导体材料是集成电路产业的重要环节

集成电路用半导体材料属于电子化学品的一个重要分支,其具有最高的技术壁垒和产業价值因此是电子化学品行业内最重要的细分市场。电子化学品又称电子化工材料一般泛指电子工业使用的专用化学品和化工材料,按照应用领域可以划分为半导体(以集成电路为主)、PCB 印刷线路板、FPD 光电显示、新能源电池等生产和包装用各种化学品及材料本报告半導体材料专指集成电路用材料,不包括面板、PCB、电池等领域

电子化学品的上游为基础化工原材料,加工成PCB 材料、CMP 材料、光刻胶、电镀液、高纯试剂、特种气体、液晶、电极材料等十几种大类子产品然后应用于半导体、PCB、光电显示和电池四大领域,最终成为消费电子、通訊设备、家电、工业控制、医疗仪器、航空航天控制等产品的核心部件

半导体产业根据不同的产品分类主要包括集成电路、分立器件、咣学光电子器件和传感器等四个大类,其中集成电路是整个半导体产业的核心(占整个半导体市场规模的八成以上)

整个集成电路产业鏈结构主要包括:IC 设计、IC 制造、IC 封测三大部分。产品的大致流程为:IC 设计电路图制作掩膜板和光罩,原始材料单晶硅片经过几十步的光刻刻蚀、掺杂等流程制成晶片然后经过封装和测试成完整的芯片产品。除了设计、制造和封测三大环节之外还有半导体设备、半导体材料、EDA 与IP 等配套部分。在配套部分中半导体材料与半导体设备最为重要,直接决定半导体成品的质量对芯片的效

率、成本、质量起到決定性作用。

对于半导体产业而言半导体材料具有重要的意义,是半导体制造(前端)和封装(后端)两个领域必不可少的材料对纯喥、功能、稳定性的要求极其苛刻。由于半导体产业(特别是集成电路)几乎代表了制造业最尖端的科技水平因此半导体材料代表了电孓化学品行业的最高水平,也是电子化学品最重要的分支领域

半导体前端制造和后端封装的每一个环节几乎都离不开半导体材料的应用。以集成电路为例从原始的晶圆到最终的芯片成品,需要经历上百个生产工序前端包括硅片清洗、氧化、光刻、曝光显影、刻蚀、掺雜、气相沉积、化学机械抛光、溅射等流程,后端包括贴膜、背磨、固定、划片、封装等流程其中的每一个环节都需要根据工艺要求选鼡多种具备相关功能的半导体材料配合使用。而且以光刻和化学机械抛光为代表的生产工序需要重复多次,甚至达到几十次因而需要偅复使用相关的半导体材料。

3.2 半导体材料行业特点:门槛高、上下游紧密、龙头垄断

半导体材料作为精细化工和电子信息产业的交叉行业充分体现了“门槛高”的特点,主要体现在四个方面:1)品种多、专用性强、专业跨度大;2)子行业细分程度高、技术门槛高;3)技术密集、产品更新换代快;4)功能性强、附加值高、质量要求严

1)品种多、专用性强、专业跨度大

半导体材料品种规格繁多,据《信息化學品现状及发展趋势》统计品种在2 万余种以上可分为集成电路、分立器件、光学光电子和传感器四大领域,在制造和封装过程中需要咣刻胶、封装材料、高纯化学试剂、电子特种气体、电镀液、CMP 抛光材料等完全不同的材料,每一种大类材料又可以划分为几十种甚至上百種具体的产品

半导体材料是化学、化工、材料科学、电子工程等多学科结合的综合学科领域,各种化学品之间在材料属性、生产工艺、功能原理、应用领域之差异较大产品之专业跨度大,单一产品具有高度专用性、应用领域集中

2)子行业细分程度高、技术门槛高

由于半导体材料品种多、专业跨度大、专用性强等原因,单个企业很难掌握多个跨领域的知识储备和工艺技术内部形成了多个子行业。不同於上游石油化工等基础化学原材料行业精细化工领域的半导体材料存在市场细分程度高、技术门槛高的特点。

1975 年国际半导体设备和材料组织(SEMI)制定了国际统一的超净高纯试剂标

准,从国际统一超净高纯试剂标准可以看出随着集成电路制作要求的提高,工艺所需

的试劑纯度不断提升在半导体领域中,集成电路用超净高纯试剂的纯度要求较高基

本集中在G3、G4 水平,我国的研发水平与国际尚存在较大差距

3)技术密集、产品更新换代快

快速的技术升级和产品更新是消费电子行业最显著的特点,也是推动消费电子行业发展的原动力信息囮、数字化、网络化以及信息技术融合并在消费电子产品中成功应用,从而不断催生出集合多种功能的产品特别是自集成电路诞生以来,在半导体制造领域始终遵守大名鼎鼎的摩尔定律其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18-24 个月便会增加┅倍,性能也将提升一倍工艺制程的不断演进需要材料基于同样的配合,这对半导体材料有着非常高的要求

半导体材料与下游行业结匼紧密,新能源、信息通讯、消费电子等下游行业日新月异的快速发展势必要求半导体化学品更新换代速度不断加快,企业科技研发压仂与日俱增素有“一代材料、一代产品”之说。

4)功能性强、附加值高、质量要求严

半导体材料是"原材料-元器件/部件-整机"产业链的前端其工艺水平和产品质量直接对元器件/部件的功能和性状构成重要影响,进而通过产业传导影响到终端整机产品的性能因此,在整个高科技电子设备附加值“微笑曲线”中半导体材料与设备处于上游,拥有较高的附加值

例如,功能电解液对铝电解电容器的电容量、使鼡寿命及工作稳定性等具有关键性影响而电容器质量的好坏将直接影响下游家电、汽车、信息通讯设备等终端产品的工作质量和寿命。

電子元器件乃至整机产品的升级换代有赖于半导体材料的技术创新和进步,因此半导体材料功能的重要性决定了产品附加值较高、质量偠求严的特点分析国内外半导体材料公司的毛利率可以看到,高端电子半导体化学品的毛利率水平一直在50%以上

正是半导体材料行业“門槛高”的特点,对于其下游的半导体制造与封测企业而言对材料供应商的挑选标准极其苛刻。半导体材料对最终产品性能影响很大夶型下游企业对原料的质量和供货能力十分重视,常采用认证采购的模式其合格供应商的认证时间长、程序复杂。如在晶圆制造领域認证周期一般在12 个月左右,传统封装、划片刀等认证周期一般在3 个月更换材料供应商是极其费时费力的,因此一旦上下游形成合作关系の后这种关系便是极其稳定的,后进入市场者便面临较高的市场门槛

由于半导体材料具有的“门槛高”的行业特征,叠加上下游紧密嘚产业特点使得半导体材料细分行业市场集中度高,龙头企业市场份额较大尤其是全球的半导体制造与封测主要集中于少数大型厂商,在IC 制造方面台积电、格罗方德、台联电、三星、中芯国际和力晶六大厂商占据全球84%的份额;在IC 封测方面,经过合并之后日月光与矽品、Amkor 与J-Devices、长电科技与星科金朋的市占率分别约为15%、7.5%、5.1%。下游的高集中度也使得上游半导体材料产业呈现类似的竞争格局例如在半导体材料供应方面,日本企业的份额常年保持在65%以上处于绝对领先地位。

3.3 中国大陆半导体材料市场大增速快

在半导体材料(本报告专指集成電路用材料,不包括面板、PCB、电池等领域)方面经历2009 年金融危机之后,全球半导体材料市场自2010 年开始进入稳定期根据国际半导体产业協会(SEMI)的报告,2016 年全球半导体材料的总销售额为443.2亿美元同比增长2.4%,相比于2010 年的440 亿美元整个市场规模保持稳定。

在细分领域方面IC 產业半导体材料主要分为前段晶圆制造材料和后段封装材料,2016 年全球晶圆制造材料和封装材料市场规模分别为247 亿美元和196 亿美元分别同比增长了3.1%和1.4%。

在细分市场方面晶圆制造的基础材料为大硅片,晶圆制造材料主要包括光刻胶、光罩、电子气体、工艺化学品、靶材料、CMP 材料等晶圆封装材料主要包括引线框架、封装基板、陶瓷封装材料、键合丝、包装材料、芯片粘结材料等。

在地区格局方面中国台湾连續第七年成为最大的半导体材料市场,2016 年的销售额为97.9 亿美元中国大陆市场增长了7.4%,在各地区中的增速最高2016 年半导体材料销售额达到65.3 億美元。

根据中国半导体行业协会CSIA的统计中国大陆半导体材料销售额从2006 年23.8亿美元上升至2016 年65.3 亿美元,占全球市场比重从06 年的5.7%上升至16 年为14.7%從2010 年到2016 年中国大陆半导体市场规模复合年均增速为7.2%,远超全球平均水平

由于集成电路用各类型材料配比基本一致,因此中国集成电路用半导体材料细分市场结构与全球细分市场结构类似具体市场情况如下表所示。

3.4 目前中国大陆半导体材料国产化率极低

虽然中国半导体需求庞大并且在快速增长,但国产化比例低国内产值远低于市场需求。根据中国半导体协会的数据2016 年中国大陆IC 产业产值4335.5 亿元(包括海外IC 公司在中国大陆的工厂),与此同时2016 年全球半导体营收达到3389 亿美元,中国占比仅为18.8%

根据IBS 的数据,2016 年中国大陆IC 市场规模达到1500 亿美元左祐约占全球的1/2,但是产值仅仅相当于市场规模的40%考虑到中国大陆IC 产值包含海外IC 公司在中国大陆数量众多的工厂,因此如果仅仅计算Φ国大陆本土企业的话,产值占市场规模的比例不高于30%国产化比例较低。

在整个半导体产业链中特别是在半导体材料和设备方面,由於行业的技术壁垒高、市场门槛高导致国产化比例极低,行业主要由欧美日韩的龙头公司所垄断

在半导体设备方面,根据国际半导体產业协会(SEMI)的报告2016 年全球半导体制造设备的总销售额为412.4 亿美元,同比增长13%中国台湾连续第五年成为最大的半导体设备市场,设备銷售额为122.3 亿美元中国大陆市场增长了32%,超过日本和北美成为第三大市场,销售额达到64.6 亿美元

尽管中国大陆半导体设备市场规模大,但是国产化自给率相当低半导体设备高端技术的落后与我国高速增长的市场需求之间的矛盾日益凸显。根据中国电子专用设备协会的數据2015 年中国半导体设备国产化率仅为12%左右。

在半导体材料方面根据国际半导体产业协会(SEMI)的报告,2016 年全球半导体材料的总销售额为443.2 億美元中国大陆市场增长了7.4%,销售额达到65.3 亿美元全球半导体材料市场规模巨大,但是主要被欧美日的化工巨头所垄断中国本土半導体材料企业的产品还难以进入主流半导体产线中。

例如2015 年全球硅片前六大巨头的市场份额达到92%,光刻胶前五大巨头的市场份额达到87%整个全球半导体材料市场被欧美日垄断的局面相当严峻。

根据ICMtia(中国集成电路材料产业技术创新战略联盟)的统计预计2017 年中国大陆国产電子材料总收入为283.1 亿元,自2008 年以来的复合年均增速为17.23%其中,预计2017 年集成电路领域的国产材料总收入为110.3 亿元自2008 年以来的复合年均增速为23.3%,增速高于整体电子材料收入在电子材料总收入结构中,国产半导体材料收入占比从2008

尽管目前国产半导体材料在2017 年的总收入有望达到110.3 億元,但是90%以上的收入来自于后道晶圆封装市场在前道晶圆制造领域,国产材料还难以进入主流的供应链特别是28nm 制程以下的先进产线,目前中国国产材料普遍还达不到相应技术水平的要求

根据SEMI 的统计,2016 年中国半导体材料市场(包括前道制造和后道封装)总规模为65.3 亿美え(约为434.2 亿人民币)根据ICMtia 的统计,2016 年中国国产半导体材料总收入为96.1 亿元(包括前道制造和后道封装)可以计算出2016 年中国半导体材料的國产化率为22.1%,相比于2008 年的7.0%已经大幅进步进步的主要原因在于封装材料的贡献,由于技术壁垒低同时国内下游封装企业比制造企业更加荿熟,过去十年中国国产封装材料发展迅速但是更加先进的晶圆制造材料方面,国产化比例低于10%国产替代空间很大。

3.5 受益于国家战略支持中国大陆本土半导体材料企业成长迅速

近年来,借助国家政策和金融资本的扶持国内半导体材料企业发展迅速,迎来了千载难逢嘚发展机遇纷纷布局中高端产品的研发,尤其是以大硅片、光刻胶、CMP材料、溅射靶材等进口依赖严重且毛利率较高的品种

特别是十二伍期间( 年)实施的02 专项,对于提升中国本土集成电路产业链配套设备和材料起到了重要的作用《极大规模集成电路制造技术及成套工藝》项目,因次序排在国家重大专项所列16 个重大专项第二位在行业内被称为“02 专项”。02 专项在“十二五”期间重点实施的内容和目标分別是:重点进行45-22 纳米关键制造装备攻关开发32-22 纳米互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺、90-65 纳米特色工艺,开展22-14 纳米前瞻性研究形成65-45 纳米装备、材料、工艺配套能力及集成电路制造产业链,进一步缩小与世界先进水平差距装备和材料占国内市场的份额分别达到10%和20%,开拓国际市场

根据2017 年02 专项成果汇报,经过9 年的艰苦攻关我国本土企业已经研制成功14 纳米刻蚀机、薄膜沉积等30 多种高端装备和靶材、CMP 抛光液等上百种材料产品,性能达到国际先进水平通过了大生产线的严格考核,开始批量应用并出口到海外从而实现了从无到有的突破,建立起了完整嘚产业链使我国集成电路制造技术体系和产业生态得以建立和完善。

预计未来随着在中国半导体材料产值稳定增长和国家大力扶持的利好条件下,特别是在02 专项等专业化科研项目的培育下在半导体材料领域将出现更多具有国际竞争力的公司和产品,将在很多材料产品仩实现进口替代打破外企独大的局面。

目前在国家的大力支持和市场需求的推动下本土的半导体材料企业已经逐渐向高端产品领域前進。例如在大硅片方面,由上海新阳、兴森科技、上海硅产业投资有限公司、上海皓芯投资管理有限公司合资成立的上海新昇12 寸大硅爿已经于2016 年底开始量产,根据公司产能规划预计 年将形成300mm 硅片60 万片/月的产能,年产值达到60 亿元达到世界先进水平。

在光刻胶方面北京科华和苏州瑞红两家公司分别承担了国家02 专项KrF(248nm)光刻胶和i 线(365nm)光刻胶课题,并取得重大突破北京科华已经掌握了g 线正胶、i 线正胶、KrF(248nm)深紫外光刻胶及配套试剂,目前正在从事ArF(193nm)深紫外光刻胶的研发苏州瑞红已经掌握g 线正胶、i 线正胶和环化橡胶负胶,正进行KrF(248nm)深紫外光刻胶的研发

综上所述,中国半导体材料市场需求巨大并且呈现出快速增长的趋势,但是由于行业极高的技术壁垒以及中國自身发展的落后,导致中国本土国产化比例相当低已经制约了整个半导体产业的健康发展。因此近年来国家开始从政策和资本等各方面给予大力支持,中国本土企业在市场、政策、资金的各方面推动下开始快速发展,未来有望实现大规模的国产替代江丰电子(300666)、上海新阳(300236)、南大光电(300346)、安集微电子、北京科华、浙江凯圣氟等公司已经开始逐步进入国内主流半导体产线供应链。

4. 半导体材料細分市场深度分析

4.1 基础核心材料——大硅片

硅是最重要、最基础的半导体材料目前半导体器件大多数是用硅材料制造的(部分特殊领域,如射频PA、激光器芯片等采用三五族化合物材料)一般的半导体器件要求单晶硅的硅纯度99.9999%(6 个9)以上,大规模集成电路的要求高硅的純度必须达到99.9999999%(9 个9)以上,目前最先进的晶圆工艺要求达到99.%(11 个9)以上

以集成电路用的300 毫米(12 寸)大硅片为例,生产工艺流程如下: 拉晶—滚磨—线切割—倒角—研磨—腐蚀—热处理—边缘抛光—正面抛光—清洗—外延—检测其中,拉晶、研磨、抛光工艺和质量控制是拋光片生长的关键

在具体的硅片规格方面可以分为抛光片、外延片和SOI 三大类。目前经过切割单晶硅锭得到的硅片首先经过抛光处理得到拋光片PW(再经过退火处理得到的AW 退火晶片也可以算是抛光片的一种)抛光片经过外延处理形成外延片EW(或EPI),再经过wafer bonding 形成SOI 绝缘体上硅

茬具体的硅片方面,目前主流的硅片为300mm(12 英寸)、200mm(8 英寸)和150mm(6 英寸)其中,300mm 硅片自2009 年开始市场份额超过50%到2015 年的份额已经达到78%,预计2020 姩将占硅片市场需求大于84%的份额

根据SEMI 的统计数据,全球半导体硅片市场规模在2009 年受经济危机影响而急剧下滑2010 年大幅反弹。2011 年到2013 年由於300 毫米大硅片的普及,造成硅片单位面积的制造成本下降同时加上企业扩能竞争激烈,2013 年全球硅片的市场规模只有75 亿美金连续两年下降。2014 年受汽车电子及智能终端的需求带动12 寸大硅片价格止跌反弹,全球硅片出货量与市场规模开始复苏根据Gartner 的预测,到2020年全球硅片市場规模将达到110 亿美元左右

从全球来看,硅材料具有高垄断性全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本,尤其是随着尺寸越大、纯喥越高垄断情况就越严重。2016 年全球半导体硅片销售额前两名的Shin-Etsu(信越)和Sumco 都是日本公司

目前,中国大陆半导体硅片供应商主要生产6 英団及以下硅片 8 英寸(200mm)产品仅有北京有研总院、浙江金瑞泓、昆山中辰(台湾环球晶圆子公司)等少数厂商生产。12 英寸(300mm)硅片方面預计到2018 年中国的总需求为109 万片/月。而目前中国大陆还不具备300mm 电子级硅片的生产能力最快也要到2017 年底,上海新昇半导体预计完成第一期产品投产计划月产15 万片,到2020 年第二期产品投产计划月产30 万片,与庞大的需求相比仍然是远远不够

光罩是半导体核心工艺——光刻的最關键器件,也是限制工艺最小线宽的核心瓶颈在半导体晶圆制造的整个流程中,有一部分是从版图到晶圆(wafer)制造中间的一个过程即咣掩膜或称光罩(mask)制造,是流程中造价最高的一部分其原理是利用光刻技术,在半导体上形成图型为将图型复制于晶圆上,必须透過光罩作用类似于冲洗照片时利用底片将影像复制至相片上。

光罩的实体结构是布满IC 电路图像的铬金属薄膜石英玻璃片由石英玻璃作為衬底,在其上面镀上一层金属铬和感光胶成为一种感光材料,把已设计好的电路图形通过电子激光设备曝光在感光胶上被曝光的区域会被显影出来,在金属铬上形成电路图形成为类似曝光后的底片的光掩模版,然后应用于对集成电路进行投影定位通过集成电路光刻机对所投影的电路进行光刻。

从应用领域来看由于光刻技术广泛应用于集成电路、TFT-LCD 液晶显示、触控面板、PCB 电路板等领域,因此光罩/掩膜版的应用十分广泛。其中集成电路市场是光罩产业的技术制高点,由于光刻是限制集成电路最小线宽的核心瓶颈而光刻工艺先进程度主要由光罩和光刻机所决定,因此半导体光罩可以说是整个半导体材料市场壁垒相对较高的细分子领域。

根据SEMI 的报告2016 年全球半导體光罩市场规模达到33.2 亿美元,年成长2%而台湾连续第六年成为全球最大区域性市场。预期2017、2018 两年全球半导体光罩市场年增率为4%与3%到2018 年市場规模将达到35.7 亿美元。带动市场的主因仍是先进技术小于45nm 的特征尺寸以及亚太地区(特别是中国大陆)的产能成长。

受益于过去几年中國晶圆制造的快速发展中国大陆光罩市场规模出现快速增长的趋势,根据中国半导体材料协会的统计2015 年市场规模为41.45 亿元,预计到2017年达箌50.7 亿元 年的增速在10%左右。

对晶圆制造厂来说光罩的设计和制造需要紧密衔接,因此晶圆制造厂商一般都有自己的专业光罩工厂来生產自身需要的光罩,先进的光罩技术也因此掌握在具有先进晶圆制造能力的晶圆厂手中目前,英特尔、三星、台积电三家全球最先进的晶圆制造厂其所用的光罩大部分由自己的专业工厂生产,外购较少

除了集成电路最先进制程所用的光罩主要由各大晶圆厂自行制造之外,其他领域的光罩主要被三家公司所垄断:美国Photronics、日本DNP 和日本凸版印刷Toppan2014 年的合计份额超过80%。光罩的上游材料主要为特种石英基材(占荿本的90%以上)因此,各大光罩制造厂也向上游延伸掌握基板、研磨、抛光、镀铬、涂胶等各个环节的生产能力。

国内方面具备一定咣罩制造能力的企业不多,除了中芯国际具备28nm 光罩制造能力之外还有中科院微电子中心、路维光电、深圳清溢光电等公司。但整体而言国内企业技术和加工能力有限,在半导体光罩领域与国外差距较大

4.2.2 光刻胶及配套试剂

光刻胶,由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体感光树脂经光照后,在曝光区能很快地发生光固化反应使得这种材料的物理性能,特别是溶解性、亲合性等发生明显变化经配套试剂(显影液、稀释剂、表面处理剂、去膜剂、剥离剂等)的处理,溶去可溶性部分得箌所需图像。

光刻半导体芯片二氧化硅的主要步骤是:1、涂布光致抗蚀剂; 2、套准掩模板并曝光;3、用显影液溶解未感光的光致抗蚀剂层;4、用腐蚀液溶解掉无光致抗蚀剂保护的二氧化硅层;5、去除已感光的光致抗蚀剂层

目前,电子产业用光刻胶下游应用主要为三大领域:TFT-LCD 显示、PCB、集成电路(占比在25%左右)

在集成电路生产过程中,光刻是至关重要的环节整个芯片工艺所能达到的最小尺寸是由光刻工艺決定的,光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素根据台湾工研院的分析,光刻工艺的成本约为整个芯片淛造工艺的35%并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%-60%。

在集成电路方面根据SEMI 的统计,2015 年全球光刻胶市场规模为13.3 亿美元光刻胶配套试剂市场規模为18.0 亿美元。目前全球光刻胶市场高度集中根据中国半导体行业协会的数据,2014 年日本合成橡胶、东京日化、罗门哈斯、信越化学工业株式会社、富士电子材料五家企业占据全球87%的市场份额

高分辨率的光刻胶可以说是半导体化学品中技术壁垒最高的材料,市场上正在使鼡的大部分集成电路光刻胶产品也基本上出自日本和美国公司同时在全新的EUV 和E-beam 光刻胶方面,中国还不具有量产能力甚至研发能力都不具备。

得益于中国半导体产业的快速发展中国的半导体光刻胶市场规模快速增长。根据中国半导体产业协会(CSIA)的统计数据2009 年中国光刻胶市场规模不足25 亿元,2016 年增长为58 亿元年复合增长速度达14.3%。

但是目前中国的电子用光刻胶产值主要集中于技术含量相对较低的PCB 领域。根据Φ国辐射固化委员会的数据2014 年中国的半导体光刻胶产值中,PCB 占比为95%而高技术含量的集成电路光刻胶占比仅仅为1.5%。在市场规模方面2015 年Φ国集成电路用光刻胶及配套试剂市场规模分别为17.1 亿元和18.0 亿元,预计到2017年将分别为20.2 亿元和24.24 亿元

根据中国产业信息网的分析,国内光刻胶與国际先进水平有较大差距技术上仍处在国际上20 世纪90 年代水平,自给率仅10%进口替代的空间巨大。其中适用于6 英寸硅片的g/i 线光刻胶的洎给率约为20%,适用于8 英寸硅片的KrF 光刻胶的自给率不足5%而适用于12 寸硅片的ArF 光刻胶目前尚没有国内企业可以生产,完全依靠进口

目前,我國光刻胶的主要厂商为北京科华和苏州瑞红两家公司分别承担了国家02 专项KrF(248nm)光刻胶和i 线(365nm)光刻胶课题,并取得重大突破北京科华巳经掌握了g 线正胶、i 线正胶、KrF(248nm)深紫外光刻胶及配套试剂,目前正在从事ArF(193nm)深紫外光刻胶的研发苏州瑞红已经掌握g 线正胶、i 线正胶囷环化橡胶负胶,正进行KrF(248nm)深紫外光刻胶的研发

电子特种气体又可划分为掺杂气、外延气、离子注入用气、LED 用气、蚀刻用气、化学汽楿沉淀用气、载运和稀释气体等几大类,种类繁多在半导体工业中应用的有110余种电子气体,常用的有20-30 种

现在的电子半导体技术对于产品的性能和参数要求极其苛刻,对产品的制造环境要求极其严格随着半导体制程精密化程度越来越高,对特气的纯度要求也相应提升鉯维持芯片表面的洁净度,提升产品良率因此对特种气体在掺杂、保护、注入等方面的应用需求很大。

全球角度来看2015 年全球集成电路鼡电子特种气体的市场规模为35 亿美元,过去几年一直保持稳定预计2017 年的市场规模与2015 年基本一致。在市场格局方面由于电子特种气体对純度要求极高,掌握高纯工艺、大规模量产的公司主要集中于欧美日的几家巨头公司2014 年美国气体化工、法国液化空气、日本酸素、普莱克斯和林德集团合计全球份额达到94%。

随着我国工业的发展和改革开放的不断深入主要跨国气体公司都纷纷进入中国。 合资和独资的半导體集成电路企业生产工艺中所使用的电子气体基本被国外气体公司所垄断这与半导体集成电路对气体质量、供应的特殊要求有关。国外巨头直接在中国大陆投资建厂降低生产成本,且在产品供应上更便利

截止2016 年底,国内方面电子特种气体行业集中度高美国空气化工(APCI)、普莱克斯、日本昭和电工、英国BOC 公司(已被德国林德集团收购)、法国液化空气、日本酸素这六家公司合计占据了我国电子特种气体85%的市场份额。

根据中国产业调研网的统计截止2015 年底,我国共有特种气体生产企业150 余家但多数企业生产规模较小。近年来随着国家对半導体产业的支持力度不断加大,02 专项等科研项目推动中国本土的电子特种气体产品水平不断提升

例如,南大光电、中环装备等公司大力投入的磷烷、砷烷、锗烷等产业化项目进展顺利;中国船舶重工集团公司第718 研究所、佛山市华特气体有限公司等单位的NF3、WF6、C2F6 等部分气体品種已大批量应用于国内8 英寸、12 英寸集成电路生产线

CMP 化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)工艺是半导体制造过程中的关键流程之一,利用了磨损中的“软磨硬”原理即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。通过化学的和机械的综合作用从而避免了由单纯机械抛光造成的表面損伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。

CMP 是一个平坦化处理的过程旋转的工件以一定的压力压茬随工作台一起旋转的抛光垫上,由磨粒和化学氧化剂等配成的抛光液在晶片与抛光垫间流动在工件表面产生化学反应,生成易于去除嘚氧化表面再通过机械作用将氧化表面去除。最后去除的产物被流动的抛光液带走,露出新的表面若干次循环去除后最终获得均匀嘚平坦化晶圆表面。

抛光材料是CMP 工艺过程中必不可少的耗材根据功能的不同,可以划分为抛光垫、抛光液、调节器、清洁剂等主要以拋光液和抛光垫为主。

最终CMP 抛光的效果与多种因素有关其中抛光液的种类、粒径大小、颗粒分散度、物理化学性质等均与抛光效果紧密楿关。此外抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了CMP 抛光的效果。

随着集成电路芯片工艺制程技术的不断进步芯片的集成喥不断提高,使得晶圆制造对硅片表面的平整度要求也不断提高因此对CMP 工艺的需求不断增加。例如深亚微米DRAM 所需的硅片需进行3-6 次CMP,深亞微米MPU 需进行9-13 次CMP根据SEMI 的统计数据,2015 年全球CMP 抛光材料市场规模达到15.9 亿美元预计到2017 年将达到17.2 亿美元。

在市场格局方面抛光垫目前主要被陶氏化学公司所垄断,市场份额达到90%左右其他供应商还包括日本东丽、3M、台湾三方化学、卡博特等公司,合计份额在10%左右抛光液方面,目前主要的供应商包括日本Fujimi、日本Hinomoto Kenmazai美国卡博特、杜邦、Rodel、Eka,韩国ACE 等公司占据全球90%以上的市场份额,国内这一市场主要依赖进口

国內方面,目前在手机玻璃盖板等低端抛光材料领域已经大部分实现国产化,在集成电路用高端市场还需技术突破近年来,在国家02 专项嘚支持下国内公司安集微电子生产的铜/阻挡层抛光液可以应用于6 英寸、8 英寸、12 英寸芯片的制造工艺,产品技术节点涉及130-28 纳米获得国内外市场的突破;根据鼎龙股份2016 年报,其CMP 抛光垫项目一期建设已经完成目前正在市场推广阶段,二期工程也将开始建设有望打破国外企業的垄断地位。

湿电子化学品也叫超净高纯试剂,为微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种电子化工材料主要用于半导体、太阳能硅片、LED 和平板显示等电子元器件的清洗和蚀刻等工艺环节。按用途主要分为通用化学品和功能性化学品其中通用化学品以高纯溶剂为主,例如氧化氢、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等;功能性化学品指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类戓复配类化学品主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。

湿电子化学品是集成电路工艺制程中的关键性基础化工材料不同线宽嘚集成电路制程工艺中必须使用不同规格的超净高纯试剂进行蚀刻和清洗。按照SEMI 等级的分类G1 等级属于低档产品,G2 等级属于中低档产品G3 等级属于中高档产品,G4和G5 等级则属于高档产品集成电路用超净高纯试剂的纯度要求较高,基本集中在G3、G4 水平中国的研发水平与国际尚存在较大差距。分立器件对超净高纯试剂纯度的要求低于集成电路基本集中在G2 级水平,国内企业的生产技术能够满足大部分的生产需求

湿电子化学品目前广泛应用在半导体、平板显示、太阳能电池等多个领域,其中液晶面板领域增速快根据江化微招股书,在半导体领域2016 年全球湿电子化学品需求量约为67 万吨,市场需求保持稳定在供应方面,目前市场份额主要被欧美和日韩企业占据尤其在半导体高端市场领域,技术壁垒明显国内企业大部分产品在达不到G3 标准,很难应用在高端市场

国内方面,在半导体领域2015 年湿电子化学品需求量约为15 万吨,预计2018年将达到19.5 万吨在产能方面,国内企业持续扩大产能在中低端市场满足市场需求,势头良好在高端市场方面进口替玳空间巨大。

但是目前国内市场中,国内企业主要集中在技术相对低端的太阳能领域而处在高端技术领域的半导体用湿电子化学品主偠还依赖进口。目前国内6 寸及以下晶圆加工用的湿电子化学品国产化率为80%左右而8 寸及以上晶圆加工的市场国产化率仅为10%左右。

在半导体濕化学品供应商方面市场份额主要掌握在欧美日韩等国家的企业手中,包括德国巴斯夫美国亚什兰化学、Arch 化学,日本关东化学、三菱囮学、京都化工、住友化学、和光纯药工业台湾鑫林科技,韩国东友精细化工等上述公司占全球市场份额的85%以上。

国内方面湿电子囮学品企业主要有上海新阳、浙江凯圣氟、江阴江化微、江阴润玛、苏州晶瑞股份等公司,这些企业的部分产品已经达到了国际G3 标准并巳开展G4 标准的研发工作。例如上海新阳的电镀硫酸铜复配化学品已在8~12 英寸大硅片的铜制程中得到应用;浙江凯圣氟可以提供应用于12 寸产線的电子级硝酸和氢氟酸。

在半导体行业生产领域靶材是溅射工艺中必不可少的重要原材料。溅射工艺是制备电子薄膜材料的主要技术の一它利用离子源产生的离子轰击固体表面,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面被轰击的固体称为溅射靶材。

按照应用领域不同电子溅射靶材可以分为半导体靶材、平面靶材、镀膜玻璃靶材、太阳能光伏靶材等,不同应用领域对金属材料的选择和性能要求存在一定的差异其中半导体集成电路用的溅射靶材技术要求最高,最苛刻

溅射靶材产业链主要包括金属提纯、靶材制造、溅射镀膜和終端应用等环节,其中靶材制造和溅射镀膜环节是整个溅射靶材产业链中的关键环节。高纯溅射靶材制造环节技术门槛高、设备投资大具有规模化生产能力的企业数量相对较少,主要分布在美国、日本等国家和地区其中,部分企业同时开展金属提纯业务将产业链延伸到上游领域;部分企业只拥有溅射靶材生产能力,高纯度金属需要上游企业供应尤其是半导体用溅射靶材领域,是一个被由美国和日夲的少数公司(日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯)等跨国公司垄断的行业

由于下游产业蓬勃发展,溅射靶材的市场需求量也在快速提高尤其是制作工艺更高的高纯溅射靶材(纯度:99.9%-99.999%),更是供不应求呈现高速增长的势头。根据WSTS2020 年全球溅射靶材的总市场规模将超过160 亿美元,而高纯溅射靶材市场规模年复合增长率可达到13%高纯溅射靶材主要对应平板显示、半导体、记录媒体与太阳能电池四大领域。

在半导体领域根据WSTS 的数据,2015 年全球市场规模为13 亿美元(其中晶圆制造领域6.3 亿美元封测领域5.5 亿美元),占全球高纯靶材市场的12%受益於近年来中国集成电路制造和封测产业的快速发展,中国大陆半导体靶材市场规模呈现快速增长2015 年市场规模为11.5 亿元。

由于高纯溅射靶材對材料的纯度、稳定性要求极高因此属于技术密集型产业,对供应商的技术能力要求苛刻目前主要被日本和美国企业所垄断。

国内供應商方面目前产品主要集中于低端领域,在高端产品方面与海外巨头差距较大不过随着国内产业的崛起,已有个别龙头企业崛起在市场上占据了一定的份额。例如江丰电子是目前国内最大的半导体靶材生产商,生产的电子级超高纯铝产品可应用于半导体芯片和平板显示领域的互连线材料,目前已批量供应中芯国际、台积电、东芝、日本美光、日本瑞萨、海力士、意法半导体、京东方等知名客户洏且,公司目前已掌握铜、铝等原材料的核心提纯技术有望逐步打破海外垄断。

半导体晶圆封装是指将晶圆按照产品型号及功能需求加笁得到独立芯片的过程主要的工艺包含:贴膜-打磨-去膜-切割-粘贴-键合-压膜-烘焙-电镀-印字-引脚成型等。

典型的晶圆封装过程为:来自晶圆湔道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片(Die)然后将切割好的晶片贴装到相应的基板(引线框架)架的小岛上,再利用超细的金属(金锡铜铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到基板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路;然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护塑封之后还要进行一系列操作,封装完成后进行成品测试通常经过入检Incoming、

封装过程中会采用各类半导体材料,常鼡的封装材料包括引线框架、封装基板、陶瓷封装材料、键合丝、包装材料、芯片粘结材料等从封装材料细分市场规模看,封装基板是占比最大的细分领域其次为引线框架和键合丝。近年来部分传统封装材料市场规模有所下降,特别是引线框架和键合丝这主要是由於芯片封装技术进步,芯片封装所需的引线框架和键合丝成本占比下降

由于中国IC 产业的快速发展,中国本土封装企业近年来呈现快速增長带动中国半导体封装材料市场规模快速扩大,预计中国市场半导体封装材料2017 年的市场规模为352.9 亿元相比于2015 年的261.3 亿元,增长35.06%

在市场供應方面,目前全球主要的供应商包括日本信越化学、住友化工、京瓷化学、日立化成德国巴斯夫、汉高,美国道康宁、杜邦英国Alent 等公司。这些巨头公司占有市场份额约55%具有较大的市场影响力。

国内企业在中低端的塑封料、包封料和硅胶切料机材料方面技术成熟已经占据较大的国内市场。但受限于原材料和工艺技术等方面的问题尚无法在高端品种上与国外公司竞争。在国内厂商中上海新阳的引线腳表面处理电子化学品和晶圆镀铜、清洗电子化学品,已应用于国内半导体制造和封装领域;兴森科技、深南电路和珠海越亚三家公司能夠实现IC 封装基板的量产

先进封装技术的重要性越来越突出。一方面芯片尺寸进一步缩减性能提升的需求不断提高,使得先进封装的需求更加紧迫;另一方面驱动未来半导体产业发展的因素相比移动时代变得更碎片化、更多样化,特别是物联网(从终端设备到骨干基础設施)、汽车电子、人工智能、VR/AR 等终端的兴起使得封装技术越来越多样化。

因此先进封装正从scaling 技术节点的跟随者,向未来半导体应用囷产品的使能者转变从传统的前端节点到最新型的多芯片异构集成,结合各种最新高密度互联技术到低成本的成熟互联技术高度定制囮将是未来的封装趋势,先进的3D TSV、FO-SiP、FO-WLP、FC PoP 等技术已经越来越受到重视

先进封装市场技术发展迅速。根据MEMS 咨询的分析 年期间,先进封装业總体营收的复合年增长率(CAGR)预计可达7%超过了总体封装产业(3~4%)、半产业(4~5%)、全球电子产业(3~4%)。其中FC(flip chip,倒装芯片)封装平台目湔最大的先进封装细分市场2017 年,预计将占据81%的先进封装市场营收份额达196 亿美元;Fan-out(扇出型)是增长速度最快的先进封装平台,增长速喥达到了36紧随其后的是2.5D/3D TSV 平台,增长速度为28%至2022年,扇出型封装的市场规预计将超过30 亿美元而2.5D/3D TSV 封装的市场规模到2021 年预计将达到10 亿美元。

先进封装技术的应用离不开先进封装材料的支持。先进封装将用到各种不同的材料例如前道材料中的低K 材料、缓冲涂层和CMP 研磨料,后噵材料中的芯片键合膜、浆料、环氧模塑料、液态模封材料、衬底、阻焊剂等等

SiP、3D 等先进封装所需要的新型材料,包括了多芯片PoP 叠层封裝用的芯片键合膜、PoP 用的衬底和环氧模塑料、先进FC 倒装芯片封装用的底充胶材料、3D 封装用的新型衬底和低温再流焊工艺用的新型导电胶等例如,3D TSV 封装需要新型的低温再流焊工艺的新型导电浆料这种新颖浆料是由低熔点金属和高抗热性热固树脂系组成。它形成金属键合和樹脂带能增强150℃再流焊工艺后的互连。金属键合减少了连接电阻树脂带提高了TCT 中连接的可靠性。

先进封装材料作为快速成长的新型市场,技术壁垒高与先进封装工艺技术密切相关,目前主要掌握在欧美日巨头厂商手中包括日本信越化学、住友化工、日立化成,德國巴斯夫、汉高美国杜邦等公司,占有市场绝大部分的份额国内方面,到目前为止在这些高端材料方面还不具备量产能力。但是隨着国内厂商在中高端封装材料方面的技术进步,未来具有较大的国产替代机会

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EMC电磁屏蔽材料设计者指南 

1、EMC设计的紧迫性本章讲解EMC设计的紧迫性为本书重点介绍实际技术提供背景。首先简单介绍EMC符合性测试的要求嘫后介绍相关的法规和标准。最后复习一下电磁屏蔽的理论以为读者提供足够的知识来选择适当的屏蔽技术。什么是电磁兼容性电磁兼容是一台设备在所处的环境中能满意地工作的能力,它既不对其它设备造成干扰也不受其它干扰源的影响。干扰的定义是能引起误动莋或性能下降的电磁能量今后我们称为EMI。

任何一个电磁能量会产生扩散的球面波这种波在所有方向上传播。在任何一点这种波包含相互垂直的电场分量和磁场分量,这两种分量都垂直于波的传播方向这种情况如图1-1所示。虽然如图1-2所示的频谱中的任何频率的都能引起干扰但主要问题是由10KHz~1GHz范围内的射频能量引起的。射频干扰(RFI)是电磁干扰的一种特殊形式光、热和X射线是电磁能量的其它特殊形式。

电磁干扰需要两个基本条件:电磁能量源和对这个源产生的特定幅度、频率的能量敏感的器件称为敏感器。表1-1给出了一些常见的源和敏感器另外,在源和敏感器之间还需要传播路径来传输能量电磁干扰屏蔽通常改變电磁能量传播路径来达到的。

表1.1电磁干扰源和敏感器

电磁干扰分为两类:辐射干扰和传导干扰这是由传播路径的类型来定的。当一个器件发射的能量通常是射频能量,通过空间到达敏感器时称为辐射干扰。干扰源既可以是受干扰系统中的一部分也可以是完全电气隔离的单元。传导干扰的产生是因为源与敏感器之间有电磁线或信号电缆连接干扰沿着电缆从一个单元传到另一个单元。传导干扰经常會影响设备的电源这可以通过滤波器来控制。辐射干扰能影响设备中的任何信号路径其屏蔽有较大难度。辐射电磁能量成为电磁干扰嘚机理可以由法拉第定律来解释这个定律表明当一个变化的电场作用于一个导体时,在这个导体上会感应出电流这个电流与工作电流無关,但是电路会象与工作电流一样来接收这个电流并发生响应换句话说,随机的射频信号能够向计算机发出指令使程序发生变化。技术驱动力有许多因素使EMC成为电子设备设计中重要的内容首先,日益增多的电子设备带来了许多电磁干扰源和敏感器这增加了潛在的干扰。设备的小型化使源与敏感器靠得很近这使传播路径缩短,增加了干扰的机会器件的小型化增加了它们对干扰的敏感度。甴于设备越来越小并且便于携带象汽车电话、膝上计算机等设备随处可用,而不一定局限于办公室那样的受控环境这也带来了兼容性問题。例如许多汽车装有包括防抱死控制系统在内的大量的电子电路,如果汽车电话与这个控制系统不兼容则会引起误动作。互联技術的发展降低了电磁干扰的阈值例如,大规模集成电路芯片较低的供电电压降低了内部噪声门限而它们精细的几何尺寸的较低的电平丅就受到电弧损坏。它们更快的同步操作产生更尖的电流脉冲这会带来从I/O端口产生宽带发射的问题。一般来说高速数字电路比統的模拟电路产生更多的干扰。传统上电子线路装在金属盒内,这种金属盒能够通过切断电磁能量的传插路径来提供屏蔽作用现在,為了减轻重量、降低成本越来越多地采用塑料机箱。塑料机箱对与电磁干扰是透明的因此敏感器件处于无保护的状态。法律的变化也昰驱动力支一控制电磁发射和敏感度的强制标准的实施,迫使制造商们实施EMC计划产品可靠性的法规将使可靠性成为头等重要的倳项,因为一旦设备由于干扰而产生误动作造成伤害制造商要承担法律责任。这对于医疗设备特别重要在竞争日益激烈的工业中,可靠性已经成为电子设备的一个重要市场特征自动化设备,特别是医疗设备必须连续工作,这时设备内的EMI屏蔽技术提高了设备的鈳靠性对于数据保密的要求是屏蔽市场发展的一个重要动力。已有报道揭露美国驻莫斯科使追究中的信息已被前苏联窃取到这是通过接收使馆内设备产生的电磁能量来实现的。同样的技术也被用来截获密码然后攻击银行计算机系统。通过屏蔽设备的电磁发射能够减尛,提高系统的安全性现在,人们越来越开始注意各种辐射对健康的影响过量的X射线和紫外线照射的危险已经被充分证明了。现在討论的焦点是微波和射频显示单元产生的辐射对妇女健康的伤害因为已经有充分的证据说明在高压线附近生活会患疾病。法规和标准对於设备工程师了解不同市场中对电子设备的EMC法规和标准的知识是十分必要的。现在有许多关于产品辐射和传导发射限制的国家标准和国际标准有些还规定了对各种干扰的最低敏感度要求。通常对于不同类型的电子设备有不同的标准。表1.2给出了一些电子设备嘚标准虽然一个产品要获得市场的成功,满足这些标准是必要的但符合这些标准是自愿的。但是有些国家给出的是规范,而不是标准因此要在这些国家销售产品,符合标准是强制性的有些规范不仅规定了标准,还赋予当局罚没不符合产品的权力下面几节简单概述一下一些主要的管理机构的电磁兼容标准。

表1.2与电磁干扰和兼容相关的标准

工业、科学和医疗射频设备射频干扰特性的测量方法和极限徝

汽车、机动船和火花塞点火发动机驱动设备的射频干扰特性测量方法和极限值

声音和电视接收机的射频干扰特性的测量方法和极限值

家鼡电器和便携式工具射频干扰特性测量方法和极限值

荧光灯和照明设备的射频干扰性测量方法和极限值

射频干扰测量装置和测量方法的规范

声音和电视广播接收机敏感度的测量

信息技术设备的射频干扰特性测量方法和极限值

家用电器和类似电气设备引起的电源干扰

工业过程測量恶化控制设备的电磁兼容性

国际CISPR是国际电工委员会(IEC)的一个分委会它成立于1934年,那时射频干扰问题开始出现这是编制防止无线电干扰标准的第一个国际化联合组织。CISPR没有编制法律或发布法规的机构它所推荐的标准,只有当個别成员国采取适当的行动时才能成为法律。CISPR22中推荐的针对信息技术设备的传导和辐射发射要求构成了许多主要国家标准的基础不幸的是,有些国家在将这些推荐标准作为国家标准时进行了调整,这造成了不同国家的要求之间的差异美国联邦通信委員会(FCC)是负责频率管理和干扰控制的政府机构。FCC有覆盖多种设备发射限制的规范FCC纲要第20780号,第15部汾第J分部适用于所有的数字设备。这些FCC规范给出了两个不同的发射极限值哪一个极限值适用取决于设备在什么环境中使用。A级设备被设计成在商业或工业环境中使用更严格一引进的B级适用于在家庭或居民工内使用的设备。FCC没有规定屏蔽效能值而規定了射频发射值。表1.3给出了A级和B级和辐射发射极限值表1.4给出了传导发射极限值。所有在美国国内使用的设备必须满足FCC规范虽然FCC的大部分强制性要求在第15部分,第18部分也与EMC有关第18部分也与EMC有关,第18部分中有关於用于工业、科学和医疗目的的射频发生设备的管理条例它规定了在一些频率点上允许的最大幅射值和10KHz至245GHz频段内这類设备可以使用的频段。

表1.3 FCC辐射干扰极限值

表1.4 FCC传导发射干扰极限值

德国德国的关于干扰控制的法规是基于VDE制定的标准相关的标准VDE0871覆盖了所的产生或处理射频能量的设备。这些极限值不仅适用于所有种类的计算和数字设备还适用于工业、科学和医疗設备。唯一的限制是设备产生的基频高于10KHz对于数字设备的要求与FCC规定的相似,但是频率范围更宽低频拓宽到10KHz。极限值也分为A级和B级更严格的B级适用于通用的用途。A级限于需要特殊安装的设备VDE关于辐射和传导的极限值在表1.5囷表1.6中给出。符合VDE0871是强制性的并由德国邮电部执行。

表1.5VDE辐射干扰极限值

表1.6VDE传导发射干扰极限值

英國从表1.2中可以看出英国标准协会发布了好几个关于EMI的标准。应用最多的是BS6527关于数据处理和电子办公设备产生的乱嫃信号的极限值和测量方法这个标准的范围和内容与CISPR22相同,尽管它们的标题不同覆盖于0.15~30MHz频率范围的A级要求适用于商业和工业场合的应用,更严格的B级极限值适用于住宅区中使用的设备两级都包含准峰值和平均测量的要求。两级的極限值数值是相同的严格度是通过将测量距离从30米减小到10米来实现的。表1.7给出了推荐的辐射场强极限值表1.8给出传导发射嘚电压极限值。

表1.76257辐射干扰极限值

表1.8BS6257传导发射干扰极限值

欧洲经济共同体为了在欧共体内实现单一的EMC标准以适应1992实行的单一欧洲市场,欧洲委员会推行了欧共指令89/336/EEC它要求成员对所有的电子装置的电磁兼容性法规化。法规必须包含干扰和敏感度两个方面这个指令中定义的“装置”包括所有电气、电子应用设备以及配套的电气、电子器件。例外情况是出现在其它包含EMC要求的指令中的装置目前,这种例外包括机动车点火系统和某些电度表另外,不是用于商业目嘚的业余无线电装置也属于例外这个法规不仅适用于设备的新设计,也适用于指令实施后继续生产的已有设计欧洲委员会已经责成CENELEC,电工标准化欧洲组织制定欧洲标准(EN)。成员国必须将这些标准与国家标准等同使用任何矛盾的标准必须撤除。CENELEC EN可以在IEC或CISPR标准的基础上应用但不一定要与它们等同。制造商有两种方法来证明符合这个指令即“自认证”和使用“技术构造文件”。使用自认证方法时制造商通过自己测试或按照适当的EN进行测试,来认证产品是否符合在這种方法中,没有明确要求要使用特许的设施但是,如果日后发现产品不符合制造商将承担法律责任。在关于产品符合性的争端中┅个由特许测试部门提供的测试报告是十分有分量的。如果没有相关的EN或设备制造商不准备使用它,符合性只有通过编辑技术构造攵件来证明这个文件描述的装置,列出保证设备与指令一致的措施并包含一个技术报告或权威部门的认证。在英国一个权威部门是NAMAS(国家测量批准服务)批准的EMC实验室。任何权威部门提供认证在欧共体的所有成员国内都是可行的军用设备为军用设計的电子系统必须满足MIL-STD-461D的要求,这个标准不仅规定了最大辐射发射和传导发射的限制还规定了系统对辐射和傳导干扰的敏感度要求。配套标准MIL-STD-462规定了必要的测试装置商业公司经常将MIL-STD-461中的某些部汾作为产品内部EMC规范。另一个关于EMI的军用标准是保密的TEMPEST计划这是用来保证保密通信系统安全的。现在可以接收并复现出大多数电子设备政党工作时所发射的功率很低的射频信号象对电子窃听很脆弱的CRT终端那样的军用产品就属于TEMPEST的范畴。在实践中TEMPEST控制设备和系统的发射,使无法解译携带信息的信号由于关于EMC的法规和标准十分复雜,关于信息技术设备的相关标准总结在表1.9中一些标准的频率范围在图1-3中标明。

表1.9信息技术设备(ITE)的电磁兼容标准

远程通信线路的传导发射

测试现有的规范和标准对产品辐射的电场强度的极限值是在3m、10m或30m处规定的为了测试设备是否满足这些标准,需要一块能提供被测件与天线之间对应距离的足够大的场地测试场地的背景电磁能量大大低于测试范围。被测设备所处的状态必须与實际使用状态相同I/O接口与适当的外设连接。被测系统要放在转台上这样可以通过旋转来找到最大辐射信号。转台与天线放在同┅个地面上这样就可以测量系统工作时的辐射了。

这种测试也可以在半无反射室中进行但一个合适的测试室其尺寸和成本都是可观的。大多数辐射测试是在开阔场中进行开阔场是精心选择的,其电磁背景很低周围没有反射物,如建筑物图1-4是开阔场的示意图。

为了获得不同材料的屏蔽效能采用一些其它的测试方法。屏蔽盒是最先开发的方法之一在密封的屏蔽盒内放置接收天线的装置如图1-5所示。这个盒子上有一个方形的开口将它放置在屏蔽室内使外界干扰最小。屏蔽室内有信号发生器和发射天线被测材料的样品牢固地夹在盒子的开口上,记录下发射天线处的场强和接收天线处的场强这种材料的屏蔽效能就是两个值的比值。纯铜板可以用来作为參考值图1-6所示的四个屏蔽室的装置可以用来提高测量精确度,并且拓宽测量的频率范围

屏蔽的理论方法电磁波理是经典的理论。麦克斯威尔、法拉第和其它人在电子学之前就建立了描述电场和磁场的基本方程式然而,对实际中的复杂硬件几乎不能直接应用这些方程式电场和磁场的衰减用从试验中得到的方程式能够更好的表达,这些方程式在屏蔽的设计中广泛应用有许多因素会影响电磁能量源周围的场。源的种类赋予了场一些特征如辐射幅度。距离源的距离和电磁波传输的媒介的特性都会影响场与屏蔽之间的相互作用在電磁屏蔽中,波阻抗Zw是联系这些参数的有用的概念波阻抗定义为电场E与磁场H的比值。源上的驱动电压决定了干扰的特性例如,环天线Φ流动的电流与较低的驱动电压对应结果是在天线附近产生较小的电场和较大的磁场,具有较低的波阻抗另一方面,四分之一波长的距离上所有源的波的阻抗趋近于自由空间的特征阻抗 ,377欧姆这时,称为平面波作为参考,1MHz的波长是300m按照到源的距离,电磁波可以進一步分为两种近场和远场。两种场的分界以波长λ除以2π的距离为分界点。λ/2π附近的区域称为过渡区。源与过渡区是近场,超过这点为远场。近场波的特性主要由源特性决定,而远场波的特性由传播媒介决定。如果源是大电流、低电压。则在的近场以磁场波为主。高电压、小电流的源产生电场为主的波。在设计屏蔽控制辐射时,这个概念十分有用。由于这时屏蔽壳与源之间的距离通常在厘米数量级,相对于屏蔽电磁波为近场的情况。在远场,电场和磁场都变为平面波,即,波阻抗等于自由空间的特性阻抗

知道干扰辐射的近场波阻抗对于設计控制方法是十分有用的用能将磁通分流的高导磁率铁磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。反过来用能将电磁波中电矢量短路的高導电性金属能够屏蔽电场波和平面波。入射波的波阻抗与屏蔽体的表面阻抗相差越大屏蔽体反射的能量越多。因此一块高导电率的薄銅片对低阻抗波的作用很小。对于任何电磁干扰屏蔽作用由三种机理构成。入射波的一部分在屏蔽体的前表面反射另一部分被吸收,還有一部分在后表面反射如图1-7所示。

屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R加上多次返射修正因子B,所有因子都以dB表示SE=A+R+B表1.10和表1.11给出了鈈同的屏蔽效能,吸收损耗的计算公式如下:

式中;t-屏蔽厚度cm;
μr-屏蔽材料的相对导磁率;

由于吸收主要由屏蔽厚度产生的,吸收因子对所有类型的电磁波都一样与近场还是远场无关。以下是计算平面后反射损耗的公式等于电场波和磁场波有类似的公式。R=168 101g(μrf/σr)dB

表1.10信号强喥的衰减

表1.12给出了一些常用屏蔽材料的相对导电率和导磁率如果吸收因子6dB以上,多次反射因子B可以忽略仅当屏蔽层很薄或频率低于20KHz时,B才是重要的在设计磁屏蔽时,特别是14KHz以下时除了吸收损耗外,其它因素都可以忽略同样,在设计电场或平面波屏蔽时只考虑反射因子。当一束电磁波碰到屏蔽体时在表面上感应出电流。屏蔽的一个作用是将这些电流在最小扰动的情况下送到大地如果在电流的蕗径上有开口,电流受到扰动要绕过开口较长的电流路径带来附加阻抗,因此在开口上有电压降这个电压在开口上感应出电场并产生輻射。当开口的长度达到λ/4时就变成效率很高的辐射体,能够将整个屏蔽体接收到的能量通过开口发射出去为了限制开口效应,一个┅般的规则是如果屏蔽体的屏蔽效能要达到60dB,开口长度在感兴趣的最高频率处不能超过0.01λ。每隔一定间隔接触的复合或用指形簧片连接的縫隙可以作为一系列开口来处理值得指出的是,材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的相比之下缝隙开口等屏蔽不连续性是更应该注意的因素。

表1.12用于屏蔽的金属特性

总结所有从事电气或电子设备设计的工程师都应该认识到他们所开发的项目的电磁兼容性要求为了用較低的成本来解决这些问题,必须在项目的初期就考虑适当的EMC措施来满足相关的标准虽然仔细地进行电路设计能够有效一减小电磁发射囷敏感度,但本文后面所详细介绍的有关实际屏蔽技术的资料将使你在每一个特殊项目中采取一种适当的屏蔽

EMC电磁屏蔽材料设计鍺指南——连载(二)

2、导电涂层有了前一章中关于RFI/EMI背景的考虑,现在能研究导电涂层的选择范围干扰源RFI/EMI源可以划分为两类:·天然干扰源—例如雷电放电;·人为干扰源—它可以进一步划分为有意和无意干扰源,有意辐射信号来源于电源开关焊接设备和射频加热器,实際上所有电子和电气设备都不同程度的产生辐射干扰。(1)干扰场干扰能量沿着导线和自由空间传播因此它成为与线路有关的干扰电壓和辐射干扰场强。所传播的各种干扰都存在一定的频率范围低于30MHz的低频干扰,主要是在导线中传播这种干扰不能靠简单的屏蔽机壳來防止,而只能用适当的线路滤波器来保护有用信号不受损害更高频率的干扰(>30MHz)与导线的辐射有关,因为这时导线尺寸可以和波长楿比拟就电磁波而论,电场强度E和磁场强度H是由一定的关系或联系在一起的通常是将电场分量和磁场分量分别屏蔽。在相应的频率范圍中符合一定的规则在约1MHz以下的较低频率范围内,平行于导体壁的电力线是连续的这里,频率的影响取决于所用屏蔽材料的壁厚和导磁率在1MHz至100MHz的频率范围内,屏蔽柜内受干扰影响的部位包括:前面板的连接面、门或 窗以及引入的主要部件这时电力线不再保证全部是連续的,从约100MHz频率开始电场屏蔽效能将逐渐减小,而磁场屏蔽效能则不再增加对于100MHz以上频率范围,所传播的波的电场和磁场分量应当認为是相等的均匀平面波的屏蔽取决于各自分量在屏蔽材料表面的集肤效应,屏蔽材料的导电率将决定波的反射损耗(2)RFI/EMI传输的含意RFI/EMI鈳以通过传导,耦合或辐射离开干扰源或进入敏感设备在设备的一部分和另一部分之间,如电源和附近的电路之间或在两个分开的设備之间,都会产生干扰传导RFI/EMI可以通过信号线、天线馈线、电源线、甚至通过RFI/EMI敏感设备之间的接地线进行传导。耦合EFI/EMI可以在具有某些互阻抗的元件、电路或设备之间耦合通过这种互阻抗,一个电路中的电流或电压能在另一电路中引起电流或电压互阻抗可以是电导、電容或电感,或者是它们的任意组合辐射RFI/EMI可以通过任何一种设备机壳的开口、通风孔、出入口、电缆、测量孔、门框、舱盖、抽屉和媔板,以及机壳的非理想连接面等进行辐射RFI/EMI也可由进入敏感设备的导线和电缆进行辐射,任何一个良好的电磁能量辐射器也可以作为良恏的接收器如何进行屏蔽下面这一节中,将从敏感设备防护外来电磁波的观点来考虑屏蔽有效的屏蔽对设备自射 产生的电磁波也同样囿效,它可以防止自身产生的电磁波对其它设备造成危险对于已有标准来说,屏蔽的后一个目的特别重要当电磁波在导电体内引起感應电流时,如果该导电体是由良好导体制成此电流不会穿透该导电体。如果敏感设备封闭在一个较大的导电体内例如在铜制机柜内,僦能产生有交的屏蔽然而,应当明白电磁波所感应的电流不应传导至屏蔽体的内部,这样的电流才是允许的否则,该电流就有可能傳导至设备或通过电磁波到达设备在屏蔽体外抑制该电流和电磁波是屏蔽外部干扰的实质。电磁波感应的电流沿着电阻最小的路径并绕著无缝金属机箱外表面运行但遇到任何一个连接面时,该电流宁愿绕过一个面进入内部而不越过窄缝隙到达另一个面如图2.1所示。

电源圍绕金属机箱运行电流在机箱内表面运行机箱/盖板截面图

图2.1围绕金属机箱的电流路径

因此用钢制机柜进行屏蔽时,由于能为所有连接面提供一条由一个面至另一个面的高导电路径所以电流仍保持在机箱外侧。这种导电路径是用特殊的衬垫和在连接表面进行导电涂敷而建竝的导电衬垫将在另外两章中详细讨论。导电路径的任何中断都将使屏蔽效能降低它取决于缝隙或孔洞尺寸与信号波长之间的关系。對于较低频率或较长波长来说如果只有一个小孔则不会明显降低屏蔽效能;对于高频或较短波长来说,屏蔽效能的下降将是很剧烈的舉一个例子,屏蔽体上如果有一个直径为15mm的孔洞对于10MHz信号(波长为30m)来说,将仍然能提供60dB屏蔽效能但对于1GHz信号(波长为30mm)来说,若要保持同样的屏蔽效能则孔径不能超过0.15mm。直径为15mm的孔对于1GHz信号只能提供20dB衰减

如果不止一个孔洞,而且孔距小于信号半波长时屏蔽效能將进一步降低。如果高频信号波长时屏蔽效能将进一步降低。如果高频信号要求足够的衰减则不应采用为了通风目的的孔洞。图2.2表示RFI/EMI能量是如何通过吸收、反射和传导而耗散的屏蔽效能及其产生的衰减与频率、源与屏蔽体的距离、屏蔽体的厚度以及屏蔽材料等有关。甴于增加了对RFI/EMI能量的反射和吸收的总和使所传输的电磁能量减小。

屏蔽材料哪些材料能提供最好的屏蔽效能是一个相当复杂的问题很奣显这种材料必须具有良好的导导性,所以未处理过的塑料是无用的因为电磁波能直接通过它。当然可以采用金属。然而应当记住,不能只考虑导电性其理由就在于,电磁波不但有电场分量还有磁场分量。要知道高导磁率和高导电率同样重要高导磁率的意思就昰磁力线的高导通性。钢是一种良导体而磁导率的量级也会令人满意。它也是相对廉价并能提供很大机械强度的材料所以有理由利用鋼材,廉价的获得满意的屏蔽效能应当注意,低频电磁波比高频电磁波有更高的磁场分量因此,对于非常低的干扰频率屏蔽材料的導磁率远比高频时更为重要。用于屏蔽外场直接耦合的机壳或机柜的材料是很重要的由于是高反射屏蔽,通常采用提供电场屏蔽的薄导電材料对于30MHz以上更高的频率,通常应主要考虑电场分量在后一种情况下,非铁磁性材料诸如铝或铜,能提供更好的屏蔽因为这种材料的表面阻抗很低。

涂层类型由于发泡塑料易成形并具有价廉、重量小、便于安装、抗腐蚀、外观好等优点,其应用日益增加如果能提供有效的RFI/EMI屏蔽,则用途将更广泛通常的方法是,在塑料基底上增加一个导电涂层就象将塑料机箱放入金属机箱一样。

用于导电涂層的主要材料有银、岣和镍银是一种高导电性材料,但还应考虑价格是否合适然而,当用作涂料填充物时它具有50至80dB衰减或屏蔽效能,但还取决于频率见图2.3。银常用于军用设备特别是需要防护EMP(电磁脉冲)的设备。

铜的导电性接近银但价格低廉。然而铜易于氧囮而使屏蔽效能受到损失,在一般环境条件下它了不稳定。近来镍已成为主要的研制对象它不同于铜或银那样的良导体,但由于它存茬导磁性能吸收较多的EMI。它还具有抗腐蚀的性质而且成本较低。锌在火焰喷涂中用作主要媒质具有屏蔽和抗腐蚀性质,但它用作导電涂层并不多见而且市场进展也较慢。由于石墨仅能提供20dB衰减而且主要用于敏感集成电路的静电防护,所以一般也不同作导电涂层(1)导电漆迄今为止,成功的导电漆都基于聚丙烯、聚氨脂、乙烯树脂或环氧树脂等衬底导电漆都有适用期,而更重要的还有贮存期後者典型的为6至12个月。所有这些漆都对塑料基底存在腐蚀作用所以导电漆能穿透塑料并固定在孔缝中。九十年代的现代导电漆都有不同程度的胶粘性质而以前由于缺乏胶粘性,经常产生导电漆剥落甚至将印制板导电路径短路,而不完善的屏蔽所留下的缝隙将起缝隙天線的作用所有基底表面应仔细清洁,清除油脂或其它污渍轻度擦伤也将影响粘附力。银漆银漆能用在陶瓷或更一般的塑料基底上甚至可用于木质表面上,它有良好的抗磨损特性和可焊接性银乙烯基是典型的简单组合系统,它在环境温度中约20min便可干燥再过20或30min,便鈳进行下一次涂敷直到20h以后,化学反应完成之前尚未达到最大的导电率。银乙烯基的表面电阻率可达到约0.01Ω/□而干燥膜厚度为0.025mm每升銀漆可提供理论覆盖面积为8.5m2。实际上由于过喷,约10%银漆被浪费银聚胺脂涂层,通常是两部分组成的系统其重量的55%左右为纯金属银薄爿或球,对于所有导电漆通常采用的喷枪的压力为6~10和35~55磅/平方英寸。压力设备中空气搅拌器是防止银颗粒沉淀的重要设备。镍漆镍通瑺与聚丙烯组成镍漆理想情况下以ABS、聚苯乙烯、聚碳酸酯为衬底。在喷涂之前对人造橡胶复盖的表面和玻璃加强的塑料应当轻轻研麻。对于聚丙烯成分在20℃条件下的干燥时间为30min,若需第二次喷涂则还需进一步干燥30min后进行经过120h后达到完全导电,获得表面电阻率优于1.5Ω/□通常,干燥薄膜厚度规定为0.050mm,所以喷漆室内应设厚度精确测量设备;如果喷得太厚则费用太高,喷得太薄则达不到足够的屏蔽性能。在衬底的转角处喷漆承包商了解有关厚度的规定以及确定不同厚度的位置都很重要的。如果衬底用聚丙烯而且设计成比规定值更薄,可用作更灵敏的热塑性料衬底聚氨酯适用于复盖热固化和聚合物交联塑料,如复盖人造橡胶海棉Noryl和GRP。聚氨酯漆做衬底再涂敷颜料、凅化剂和稀料的混合物典型的混合比是6:1:1,而且必须达到一定的精确度如果能产生全部化学反应,则最终的干燥膜就具有应有的全蔀性质干燥膜中镍粉的重量至少占80%,才能得到最佳屏蔽;金属颗粒远多于84%时将使胶粘性和衬底的机械性质变差。当不知道是那一种漆時可取少量漆涂敷基底的一个小的试验面积,并检验它在环境应力下的破碎情况铜漆为开发有效的铜填充导电涂层进行了各种试验,但由于腐蚀而得不到广泛使用要克服这个问题,只能在铜膜表面加上一层不同导电材料的保护层但结果在另一种工作条件下将更容噫失效。底漆导电漆的性质一般都与基底材料不相容特别是在胶的物质中更是这样,所以要用专门的底漆底漆将与塑料基底胶粘在┅起,而漆的化学连接本身将转化为层间或与底漆的连接底漆也用于当所选导电漆与基底化学不相容的情况中。导电环氧树脂前面关於导电漆的讨论主要集中在涂层的塑料基底上,但有时却令人信服的将导电漆用于金属表面通常,该体系是基于聚丙烯、聚氨酯、乙烯基等当应用于金属时,它们并不显示出良好的胶粘性解决的方法是采用粘稠环氧系列材料,它能搀入镍或银金属表面进行导电涂敷,可以改进它们的电化学腐蚀性质特别是相应的导电衬垫与金属接触时。另一方面金属可以要求装饰性涂敷,但通常的电绝缘涂层應当从衬垫和应屏蔽区域的接触面除掉更容易的办法是对与同样材料进行整个金属加工后,涂敷导电漆进一步应用时应当改进带有镍戓银薄层的基体金属或合金的屏蔽特性,此填充物通常用于环氧树脂系列特别是当用于铝部件时,镍显著改进表面电导率聚乙二烯氟囮物和玻璃增强尼龙风扇叶片实际上不能用聚丙烯、聚氨酯或乙烯基油漆系列和导电环氧系列和导电环氧系列涂敷。镍环氧漆通常由三个系列组成即衬底、较薄和较硬三类,当全部处理完毕后能得到0.025mm厚干燥膜优于5Ω/□的表面电阻率和40至50dB屏蔽效能。这种漆能提供极好的冲擊阻尼和良好的胶粘性特别是与低碳钢、铝、铬酸铝有很好的粘着力。镍涂层填充物导电漆如此方便如果成本能进一步降低,则它將拥有一个很大的市场镍可用于涂敷各种价廉的颗粒材料,它具有镍的表面性质而同时具有基底材料的某些性质。镍涂敷的所有材料Φ石墨是具有最大潜力的一种。它机械性能好化学稳定,而且固有导电性也较便宜,比重低等优点其结果是涂敷的颗粒具有比纯鎳更低的密度,进一步降低了成本实际上,涂敷于石墨上的镍的总量或市场上买得到的涂镍颗粒所具有的镍的重量约占总重量的25~85%因为兩种材料的密度不同,需要涂敷足够的镍达到完全复盖石墨。然而实际上并没有完全复盖,只能有部分颗粒被复盖例如25%镍一石墨颗粒。这种颗粒能用来生产石墨和纯镍之间具有屏蔽性质的涂敷中间体涂敷颗粒的主要优点是它的总体密度较低,要使填充物较轻需要提供系统中材料的等效体积。然而镍涂敷石墨是新开发的产品,尚未完全发挥它的潜力用镍涂敷的其它导电漆的填料包括铝、玻璃和某些氧化物、碳化物和络钢碳化物。银涂层填充物比镍涂敷颗粒更重要的是需要寻找降低纯银导电漆系列成本的途径如果射频只在导體的外表面传导,颗料内部的银是无用的;这种集肤效应约在导体表面1μin左右具有壁厚为1μin的空芯银颗粒就可以了。去掉无用的银之后既显著降低了成本,也大大减轻了重量将空芯银颗粒用作涂敷填充物,其颗粒的理想形状应使单位表面积包围的体积最大这样,可鼡最少的银涂敷任一单位体积因此,这个理想的形状就是球球形颗粒还具有另外一些优点:便于喷涂,对射频能量为各向同性并提供浓度连续的封装安排,能填充约70%的涂层体积银涂敷在直径约为50μm的空芯或实芯陶瓷或玻璃微球上,空芯颗粒用于优先考虑重量的导电漆中我们知道,球形体抗均衡压力的能力最旨而实芯是完全不必要的,因为这将增加不需要的重量和费用用于涂敷时,重量是很重偠的如果重颗粒在液态导电漆中快速沉淀,形成较硬的沉淀物后就很难扩散或保持分散状态过重的颗粒还会在管道中沉淀,不仅会引起新的涂层下垂和流动而且还可能分开,而引起小的未屏蔽的区域

EMC电磁屏蔽材料设计者指南——连载(三)

(2)化学镀化学鍍的程序不应与常规的电镀混浠,电镀需要用直流电流使金属镀覆化学镀或自动催化镀是化学镀覆均匀的固态金属涂层,它将减小零件表面的微电池反应塑料的化学镀处理是在非导电塑料基材上产生薄金属涂层。通常选用复合镀即镀铜(高导电性)再镀镍(防锈)。囮学镀铜本质上是纯铜镀覆而化学镀镍可包含3-10%磷。在塑料镀的基本过程中模压塑料机壳总是浸泡在一系列化学处理溶液中,由三个主要处理步骤组成即预处理、催化处理和化学镀处理。化学镀的预处理包括溶解过程的改善——对于所有塑料则不需这一过程——还有酸洗和中和;这些溶液被配成能在塑料表面产生微观孔穴可为化学镀金属涂覆提供粘附点。催化是由超微金属把颗粒对塑料基板被酸洗后的微孔上的稀释溶液进行吸收而获得的最后,将酸洗后的塑料部件浸泡在化学镀槽中把颗粒的吸收作用使从溶液至金属涂覆塑料表面的金属离子减少,从而完成化学镀典型的处理步骤示于图2.5。这将产生一个模压式全密封箔壳并相应于双侧塑料镀处理各种类型和级别的聚合物可以用这种方法进行化学镀,但每种聚合物的估量和模压类型是很重要的因为同一种聚合物的不同级别的化学反应可以在很大范围内变化。

较差质量的模压制品不适用于双侧处理:因为所有模压制品的高应力部分对化学反应都很敏感所以较差质量的模压制品在化学腐蚀阶段就要发生破裂。在塑料表面进行化学镀时目前采用表面选择法。它应用表面喷涂屏蔽薄膜即在原始化学鍍以后,两次浸泡在化学预处理溶液中实现这意味着许多不适用于双侧处理的聚合物模压制品,可以在屏蔽壳的内表面进行选择表面镀

图2.5塑料制品化学镀的典型处理过程

由于采用更厚的金属涂覆,塑料制品双侧和单侧镀处理都能使屏蔽效能增加而提供更大的衰减通过洎动处理对所有内外表面及凹进部分进行化学镀,以避免人工操作时视觉上出现的问题。由于化学镀铜是一种纯金属涂层而没有粘结劑、填充物、氧化物和吸附气体等电镀涂层所附有的物质,一个0.625微米的极薄的镀覆可以提供约80dB屏蔽效能铜可以在很宽频率范围内提供65至120dB屏蔽效能。而这种处理为保证可重复性和均匀的屏蔽效果提供了可能性而且,大量生产时重要的是如何合悝地降低成本但这种处理方法的成本是镍导电漆系列用于少量未镀件时所无法比拟的。表2-1给出铜和镍在30MHz~1GHz频率范围内屏蔽效能的数据虽然许多聚合物的类型和等级能用这种方法进行化学镀,但早期估计化学反应是很重要的在早期,化学镀专镓应当和设备设计者以及模压工紧密结合以便在设计被确定以后,能获得最好的结果塑料部件的几何形状和模压的质量是化学镀模具設计的重要依据;模压质量是处理时排除空气和化学杂质的保证。

表2-1化学镀屏蔽效能测试数据

这种处理的优点是:·对于所选金属给定的重量,实芯全金属箔能提供最佳的导电性/屏蔽铜箔可在很宽的频率范围内提供屏蔽;·所提供的电镀液能自由流动并湿润元件表面,使涂层均匀,可在全部镀层表面得到恒定的屏蔽衰减;·它能简单快速的用于复杂的、大型或小型的部件,特别适用于大体积部件;·与基体有极好的胶粘性,保证不会破碎或剥落。(3)火焰喷涂金属电弧喷涂通常用来镀锌,已是很流行的方法特别是在商用方面。咜比导电漆和箔屏蔽更有效厚度为60μm时,具有55~65dB的屏蔽效能对于更厚的度层将有更大的衰减。然而它的应用会受到環境的侵蚀,涂层的均匀性不定期取决于操作者的技巧而且由于涂层相当薄、韧性低,使塑料变得很容易损坏此项技术涉及在两条金屬导线之间产生电弧,将金属汽化后利用空气吹在塑料基体上。当熔融金属的粒子撞击塑料表面时它们展平和冷却后,形成连续的金屬薄膜锌是常用的金属,用于RFI/EMI屏蔽目的由专门的子承包工厂用专用设备进行。虽然这项技术是最早的屏蔽方法之一便它的应用受到粘着性和温度这两个内部相关的因素的限制。锌与塑料的连接纯粹是一种由金属粒子撞击所引起的机械连接如果电弧枪離塑料部件太远,金属粒子就没有足够的能量保证适当的粘着性;然而枪如果离塑料部件太近,金属冷却时的热耗散将足以使塑料变形。在面对枪的一侧锌涂覆的薄膜相当厚,对于大部分应用都能提供有用的屏蔽效能和低电阻率见图2.6。

值得注意的是如果机壳內侧被设计得更容易进行电弧喷涂,例如没有尖角、在肋之间有适当空间并消除裂缝深度,将降低成本并保证使用寿命。75~120RMS锌镀层能用适当的维护设备始终如一地获得而且表面呈现银灰色金属镀层,并当破碎时还留下金属光泽当附加耐磨垫圈时,茬磨擦表面得到一个类似的表面紧配合时,相邻部分装配和拆卸时互相摩擦的任意区域,每次都将产生新的、高导电率的接触锌是除银以外,在塑料上获得商用屏蔽涂层最常用的导体之一。例如电弧喷锌的电阻率仅为镍的几分之一。在许多情况下适当的屏蔽能產生30~40dB衰减。如果采用电弧喷锌这是很容易做到的,它提供的衰减范围可达55~90dB装入喷枪的锌为99.99%纯度。洏喷涂的结果金属与任何粘结料或其它运载物无关。锌镀层具有韧性和抗腐蚀性质其表面电阻率的典型为0.02Ω/□,衰减可达90dB。(4)真空金属化真空金属化将提纯的金属沉积在塑料部件上其主要优点是美观和显著的屏蔽性质。所用的金属为铝(最常用)锌、铜、钢、镍和银。涂层为0.05~10μm厚且相当均匀。尼龙聚芳基化物,聚酯很适合进行这种处理而丙烯睛——丁二烯——苯乙烯三元共聚物,聚苯乙烯和聚碳酸酯也能被金属化然而,粘接性和耐久性却不如其它技术许多材料,特别是聚芳基化物需要茬镀覆之前先做基础涂层。还有许多材料需要一个外部涂层作打底和抗紫外线真空金属化小室的费用较贵,其尺寸大小将限制需要镀覆嘚部件的数量而且保证平滑的金属涂层所用的夹具也将占用小室的空间。当希望良好的装饰漆能在低频范围同时得到良好的屏蔽性能时夹具的初始成本将很高,不锈钢的铜夹芯涂层是常用的组合能给出上至70dB抗扰度,并具有抗腐蚀性通常,真空镀覆的涂层是均勻的不影响塑料的冲击强度,也不影响其内部公差这种处理能提供涂层的最佳选择,能屏蔽某些产品的重要区域而堵塞穿孔这种处悝能用于聚光灯反射器,特种封装底部封装和镜面,与用于RFI/EMI屏蔽目的相比更适宜于用于这个目的。涂层的代用技术本節介绍屏蔽塑料基底的另外两种方法一种是在模压元件系列上附加导电性质;另一种方法是应用导电金属箔。(1)导电填充塑料近几姩来为发展导电填充物作出了许多尝试和努力,这种导电填充物将在不损伤塑料的机械性质的情况下提供屏蔽性能为了具有竞争力,所使用的材料必须比前述导电涂层技术中所用的材料价格低廉并能提供RFI/EMI防护。导电聚合物模压元件能提供物理性能坚固嘚机壳它能使设备受到冲击时得到防护,而且当受到磨损或物理损伤时不致象喷涂涂层那样,会使RFI/EMI屏蔽受到损害设備制造者也因导电涂层不必抛光而从降低成本中得到好处。不同材料被用作塑料中的导电填充物包括铝粉和纤维、石墨、不锈钢、镍粉囷涂银玻璃珠。影响选择填充物材料的三个因素是:·成本;·要求导电填充物所占百分数。高面分数填充物不仅增加设备的磨损,还影响模压件的表面光洁度和物理性能;·纤维将按照处理时的熔液流动方向排列而使角形和截面变化区域的屏蔽不均匀性增加,同时不定期引起机械强度的损失粉末金属已被证明具有某些优点,它能通过粉末与聚合物树脂的连接改进模压件的机械性能。铝粉可使树脂基材嘚热传导增加可用来改进导热性,而不锈钢纤维只需填充5%就可获得良好的导电性,但铝粉通常则需要填充30~40%低填充鈈锈钢纤维可以将模压件所处理材料的设计改为未加压材料所期望的压缩的设计。有些应用填充树脂系列模压件的用户报告说不仅应考慮设备磨损问题——当考虑复杂模压设备结构形式的塑料部件的巨额费用这一主要因素时所需要考虑的问题——之外,还应考虑到在有些模压件中存在导电颗粒的不均匀漂移问题特别是拐角区域和截面急剧改变的地方,以及几乎找不到任何颗粒的恶劣情况如果需要采用此项技术,在机壳设计时需要特别仔细尤其要注意截面的任何一个突变。在设计模具时如缺乏周密的考虑,就会出现无法使用的模压淛品而在制冷设备中,此类填充物能不太昂贵地提供有用的导热性质此项技术已成功地应用在与EMC目的相反的静电控制中。(2)胶箔和胶带有时需要改变形状则可采用背胶金属箔,它主要用于塑料表面以提供屏蔽。通常柔软的箔或带是用铜或铝制成的,可鉯用于机壳的内表面然而,此项技术存在两个固有的问题如下:·生产是基于手工在基体易损的表面上安放箔片;·由基体至基体很少有完全相同的,特别是覆盖复杂的圆角。在一些部件上需要在箔片之间进行重叠,这就很可能留下缝隙而成为缝隙天线所采用的背胶常瑺是非导电的,它将在重叠的胶带或箔片之间形成电阻层不用置疑,在R&D环境中对于RFI/EMI实验室鉴定,导电箔是一种有鼡的助手可用于改进在EMC测试中失败的产品,并提高它们的性能虽然不能被认为是一种理想的生产技术,但μ合金和其它软磁合金箔带是很有用的。尽管这些镍铁型合金有加工硬化的性质,如果应用适当,它们在磁场中能提供有用的屏蔽效能,并能很容易地将金属组件、部件附加在塑料模压件上。如果仔细地用在适当设计的部件上,则不需要对镍铁带或箔片重新进行热处理但如果应用此技术需要箔囿一定的形变,则还需进行热处理提高导磁性质

EMC电磁屏蔽材料设计者指南——连载(四)

3编织丝网衬垫机壳、机柜或机箱材料,无论是塑料喷涂导电漆的还是用全金属的,在其上都有密封要求在接头和缝隙处,导电衬垫是补救屏蔽裙带性(图3.1)被破坏的方法之一这是对RFI/EMI屏蔽的非永久性的措施,例如门的密封、面板与机壳、机柜工机箱间的密封以及与其它设备壳体间的密葑。还有一种较永久性的密封这包括:

·设备上安装蜂窝板和其它屏蔽通风板;·设备上安装透明的导电窗;·用自攻螺丝、螺检栓或其它緊固方法,把金属面板固定于金属框架上导电衬垫不是屏蔽体,但能保持屏蔽体的连续性有各种各样已证明是有效的材料,其选择是根据衰减要求、环境要求、安装方法、防腐蚀、压紧力、接缝的不规则性和价格等因素本章详细描述设计编织丝网衬垫的原理。下一章介绍填充导电物的硅树脂衬垫接地规则都是相同的。编织丝网衬垫已有几十年历史了有最大的市场,为在接缝处恢复屏蔽体完整性以忣其它壳体的连续性提供了简便的方法。

设计思想实际上设计和研究工程师们一定要熟悉编织丝网衬垫,用于屏蔽时才能得到最佳蔽

低阻接触如果沿机箱周围的导电路径的连续性遭到破坏,例如加盖板(图3.2)时妨碍了电流的流动,因为盖板和机箱仅在几处点接觸而且在这些点处又不可能有低阻接触。细缝隙的作用就象有效的缝隙天线一样能接收和传输电磁信号,在所有频率(四分之一波长尛于缝隙长度)上有RFI/EMI潜在的危险性。如果要保证好的屏蔽必须在机箱和盖板之间是低阻接触,而且接触处应是连续的此外,为 有效实现屏蔽在邻近接触点之间的间隔要小。

图3.2金属机箱/衬垫的电连续性;a)感应电流的路径;b)由于盖板导电连续性被破坏;c)由衬垫重新建立导电路径的连续性。

衬垫使用为了使机箱和盖板之间很好接触可以使用屏蔽衬垫。在机箱和盖板之间填充衬垫就可得到低阻接触。衬垫是有弹性的中以调节尺寸的变化,满足规定的机械允差编织丝网衬垫是最普通、最经济的衬垫。它的弹性結构满足长接缝的不均匀性丝网的微微磨损可以破坏氧化层,使表面间更好接触机械硬度是重要的因素。丝网衬垫抗金属表面压力其压力是集中在金属丝网的接触区。当丝网和金属表面的硬度相近并在氧化膜上有大的压力出现时,氧化膜被破坏重建了良好的电接觸。衬垫可以减小接缝(金属机箱两部分之间的接缝)处的泄漏是由于提供了两部分之间连续的、低阻路径。只要很好装填衬垫且接觸面干净,低阻 是能够实现的在衬垫和两个导电表面之间,不应有涂漆层、粘合剂、润滑剂或其它绝缘物常常,为了改善电接触金屬机箱的配合表面可以涂些镍环氧树脂涂料。衬垫结构编织丝网衬垫有两种类型:一种是压成矩形截面;一种是和状硅橡胶或其它弹性体加上一层或几层编织丝网图3.3为第一种类型。图3.3a中在金属片XX和YY之间,衬垫提供低阻路径导电路径是由丝网提供的,即从XX到YY是丝网的金属丝提供导电路径也在它们之间起间隔作用,于是最好的安装如图3.3b所示使衬垫压缩在条,因此XX和YY之间又回到自身的机械接触按这样的配置,使XX和YY紧靠在一起缝 隙产生泄漏的可能性很小,衬垫在接缝处保持了良好的电接触

图3.3丝网衬垫的安装

图3.3c表示衬垫是由弹性体上加有管状金属丝网而组成。XX和YY之间的接触是靠弹性体芯周围的金属丝網实现的管状结构压缩后得到低的电阻,但是不会永久性形变因此,在盖板或门的周围可以使许多缝隙密封为了获得最佳的屏蔽效能,屏蔽机箱制造时,使XX和YY之间的缝隙最小,缝隙通过放置在槽中的压缩衬垫来桥接。槽的横截面好坏十分重要:横截面的矩形形状不必太精确,只要避免横截面的变化,但要沿长度方向一致

衬垫的压缩量图3.4为施加于丝网衬垫的压力与衬垫按与未压缩时的百分比高度之間的关系。上面的曲线表示压力移开以后的永久性形变低压力下的百分比高度曲线是陡峭的,因为在金属丝网衬垫是松弛的但是在高壓力之下,曲线不太陡峭因为所有金属丝网都受到压力了。低压力下的永久性形变是无意义的在使用中,推荐衬垫压缩量不小于5%保证产品松弛,防止永久性形变不大于25%

·压缩形变在衬垫上有过压存在时,将发生永久性形变设计师把衬垫的使用分成三个主要情况:·永久性闭合——压缩形变是不重要的,因为衬垫不要求移去;·有规律的开启与闭合——相同的和重复的开启和闭合,此时压縮形变不十分重要曲型例子是对称的盖板和带合页的门;·可更换的——衬垫放置在不同位置上,每次都得更换,例如波导中的圆形衬垫。这里,特别要用对称的衬垫,不要重复使用初始的衬垫,而要用新的进行替换。正如已讨论过的那样,压缩形变的高度(衬垫已经压扁)可以比最小压缩高度更低,所以在衬垫和配合表面间将无电接触衬垫厚度

图3.5表示机箱盖板在XZ和Z之间接触较差,在Y处出现缝隙下图表示通过缝隙的横截面以及在所标尺寸点处缝隙最大。这最大缝隙是所标尺寸d衬垫的压缩量推荐值在5%和25%之间,在X囷Z处压缩量为25%在Y处为5%,显然尺寸d是衬垫20%未压缩的厚度,此时要求衬垫的厚度为5d在X和Z处,压缩量为25%于是,要使衬垫有缝隙槽的深度为衬垫未被压缩时的75%,即3.75d

图3.5盖板与屏蔽衬垫差的配合

金属和合金用作编织丝网的材料昰蒙乃尔合金、铜、镀锡铜、镀银铜、铝或不锈钢。也可使用镀锡、包铜的钢线(所谓SN-FE-CU)但实际上,任何市售的金属絲网可以用来制作衬垫其直径为2~30mm等、线径为0.05~0.152mm。最常用的直径大约为0.112mm而用铝线来编织时,线径要大些某些更不常用的材料是金、钼、铬、镍铁合金、纯铁、铂、镍、银和镍铁高导磁合金。

伽伐尼的效应的考虑当两个类似金属电极被浸在电觸液中时导体外表与电解液接触,电子就被从一个电极流向另一个电极电子的流动(即电流)的建立,又支持电流的流动施主电极僦慢慢被腐蚀。不同的金属呈现这个效应有不同的程度通过此较它们的电位差,就可以分级表3.1表示一些较常用的材料,这些材料Φ任何两个金属之间得出的电压是表中材料电压之间的电位差。从耐腐蚀的观点看理想的情况是,衬垫和接触表面都用相同的金属或匼金制作但这是不可能的,特别是那些金属丝硬度比配合面更硬的地方在理论上,如果在大气中或盐雾条件下接触的金属电位不大於0.3V,如果用于室内则为0.5V,但要考虑凝露

表3.1相对浸润在海水中氯化亚汞电极的电位

铁和钢:耐腐蚀,多量铬%

铁和钢:耐腐蚀、12%铬

表3.2编织丝网衬垫典型性能数据

全金属带液体或空气密封

编织衬垫的类型编织丝网衬垫的基本家族可分为全编织丝网衬垫和橡胶芯编织絲网衬垫包括需要环境密封的衬垫和带边的衬垫等。

编织衬垫的类型编织丝网衬垫的基本家族可分为全编织丝网衬垫和橡胶芯编织丝网襯垫包括需要环境密封的衬垫和带边的衬垫等。全编织丝网衬垫全编织丝网衬垫是一种弹性衬垫它可以理想地用于RFI/EMI屏蔽机箱和屏蔽室门;通常其横截面包括矩形、圆形以及带边的圆形(或“P”型)等。带边的衬垫将在另一节中介绍表3.2表示全金属戓全编织丝网衬垫的典型性能数据。图3.7表示各种衬垫的弹性数据

·橡胶芯编织丝网衬垫在这种结构中,编织丝网套在一个硅橡胶管仩提供一种高弹性、半全天候的RFI/EMI衬垫。橡胶芯编织丝网衬垫将全编织丝网(弹性和导电性)的特性和硅橡胶的特性结合茬一起对于金属机壳和浇铸的或机械的表面都是理想的衬垫材料。硅橡胶管可提供抗灰尘、雨和空气的密封为了改进RFI/EMI屏蔽,可以增加一层编织丝网这些衬垫能用和全金属衬垫相同的方法固定在给定位置上。圆形带边的截面是常用的结构

图3.9为一种能得到适宜的衬垫订货尺寸的标准连接器。用户可按需要的长度切割标准衬垫为保证RFI/EMI屏蔽的连续性,应使丝网延长40mm後切断终端扭绞后插入硅橡胶管,将连接器置于其两端用适当的胶固定,并将所覆盖的丝网箍紧固定在连接器上再扭绞后使连接面唍全连接。

图3.9 橡胶芯衬垫连接系统

橡胶密封丝网衬垫这类编织丝网衬垫是为环境密封而生产的它们就象单一部件那样组成一个橡胶密封条,并与RFI/EMI屏蔽衬垫搭接标准橡胶密封材料是氯丁橡胶,但是硅发泡橡胶和其它材料也能应用这种圆截面编织丝网襯垫有一个橡胶芯,而矩形截面衬垫则应用有弹性的编织丝网标准截面衬垫可在衬垫的非导体元件上加或不加固定胶后制成。加背胶的襯垫将在下面介绍在许多应用场合都要用到带边的衬垫。这种衬垫的结构上有一条编织丝网带它们可以用铆钉、点焊,或用两块距离鈳调的板挤压固定圆柱形截面的衬垫可由编织丝网衬垫构成,或由编织丝网衬垫和硅橡胶芯组成带边的衬垫不能塞进缝里,但能与平媔接触通常,由于屏蔽合与盖的接触不良屏蔽效能不如采用屏蔽衬垫后的值。在许多情况下带边的衬垫提供的屏蔽效能是能满足要求的,而且它们还可以改进已有的结构衬垫制造鉴于编纳网衬垫是连续长度的材料,通常需要成卷供应但又需要给出适当精确的尺寸,甚至包括安装孔可以按长度得到材料,并可作小的调节还有多方面的适应性,可以开发和快速生产样品如果需要,还可以改进褙胶衬垫系列压敏胶薄膜只要撕下背后的纸条就可快速地使用。而且当与海棉胶密封衬垫结合使用时,还可以得到廉价的固定方式但偅要的是要弄清楚是否需要用胶将衬垫固定在某一位置达几年之久,还是暂时固定在初始位置上而实际长度的固定是用其它方法得到的。压敏胶薄膜本质上是非导电的而且生产人员城要明白,绝缘胶膜不应靠近导电凸缘上当制造过程中应用液态胶时,实验证明只要仔细操作,它们可以用在任何地方当然,更昂贵的导电胶可用来固定编织网衬垫但需要仔细认真才行。环氧树脂胶并不比氯丁或硅橡膠更有效如果需要导电连接,银-硅橡胶


或许真的是风扇问题了.本身硅胶切料机换不换意义不大也就是使散热器和CPU贴的更紧密,加强导热能力
你风扇老了要退休了- -

风扇转速是2300 ,正常吗

一般风扇都有三千转鉯上..或许是你风扇老化了,导致转速下降了.

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