MATERIALS FOR ELEKTROMAGNETIC INTERFERENCE SHIELDING (EMI)
Oleh: Suci Aulia Rahmi Elsya (1!"#1!"11) (1!"#1!"11)
$u%usa& Kimia Fa'ulas Maemai'a a& Ilmu *e&+eahua& Alam ,&i-e%sias A&alas *aa&+ !"1.
/aha& ,&u' *e%isai Ga&++ua& Ele'%0ma+&ei'
1.1. Pengenalan EMI shielding mengacu pada refleksi dan/atau adsorpsi radiasi elektromagnetik oleh material yang bertindak sebagai perisai. Sebagai radiasi elektromagnetik, khususnya pada frekuensi tinggi (gelombang radio, seperti yang berasal dari telepon selular cenderung mengganggu peralatan elektronik (komputer, EMI shielding baik untuk elektronik dan sumber radiasi dibutuhkan, dan semakin dibutuhkan oleh pemerintah di seluruh dunia. Pentingnya EMI shielding berkaitan dengan permintaan yang tinggi pada keandalan elektronik, dan pertumbuhan yang cepat dari sumber radiasi frekuensi radio. EMI shielding dibedakan dari perisai magnetik, yang mengacu pada perisai medan magnet pada frekuensi rendah (!"#$. %ahan untuk EMI shielding berbeda dengan perisai medan magnet. 1.& Mekanisme perisai Mekanisme utama dari EMI shielding adalah refleksi. 'ntuk refleksi dari radiasi, perisai harus memiliki pembaa muatan
mobile
(elektron atau lubang yang
berinteraksi dengan medan elektromagnetik dalam radiasi. #asilnya, perisai cenderung menghantarkan listrik, alaupun kondukti)itas yang tinggi tidak diperlukan. Misalnya, resisti)itas )olume 1 *.cm biasanya cukup. +amun, kondukti)itas listrik bukanlah kriteria ilmiah untuk melindungi, seperti konduksi memerlukan konekti)itas di alur konduksi, sedangkan perisai tidak. Meskipun perisai tidak memerlukan konekti)itas, itu ditingkatkan dengan itu. -ogam merupakan bahan yang paling umum untuk EMI shielding. Mereka berfungsi berdasarkan refleksi karena elektron bebas di dalamnya. -embaran logam yang besar, sehingga lapisan logam dibuat dengan elektroplating, plating tanpa listrik, atau deposisi )akum digunakan untuk perisai. -apisan mungkin pada bulk material, serat, atau partikel, tetapi lapisan cenderung mengalami rentan terhadap keausan atau ketahanan terhadap goresan. Mekanisme sekunder EMI shielding adalah penyerapan radiasi, perisai harus memiliki
dipol
listrik
dan/atau
magnet
yang
berinteraksi
dengan
medan
elektromagnetik radiasi. ipol listrik dapat diberikan oleh %ai0 atau bahan lain yang memiliki nilai konstanta dielektrik tinggi. ipol magnetik dapat diberikan oleh 2e03 atau bahan lainnya dengan nilai permeabilitas magnetik tinggi , yang dapat
ditingkatkan dengan mengurangi umlah dinding domain magnetik melalui penggunaan multilayer film magnetik. #ilangnya penyerapan adalah fungsi dari produk 4 r , 5r ,. sedangkan kehilangan refleksi adalah fungsi dari rasio 4r /5r , di mana 4r adalah kondukti)itas listrik relatif terhadap tembaga dan permeabilitas magnetik relatif. abel 3.1 memberikan faktor6 faktor ini untuk berbagai bahan. Perak, tembaga, emas dan aluminium sangat baik untuk refleksi karena kondukti)itas tinggi. Supermalloy dan Mumetal sangat baik untuk penyerapan karena permeabilitas magnetik yang tinggi. 7ehilangan refleksi menurun dengan meningkatnya frekuensi, sedangkan kehilangan penyerapan meningkat dengan meningkatnya frekuensi. Selain refleksi dan penyerapan, mekanisme perisai adalah beberapa refleksi di berbagai permukaan atau interface dalam perisai. Mekanisme ini membutuhkan area permukaan besar atau daerah antarmuka. 8ontoh dari perisai dengan area permukaan besar adalah bahan berpori atau busa. 8ontoh dari perisai dengan luas antarmuka besar adalah material komposit yang mengandung filler yang memiliki luas antarmuka besar. 7erugian akibat beberapa refleksi bisa diabaikan ketika arak antara refleksi permukaan besar dibandingkan dengan kedalaman kulit. 7erugian, baik karena refleksi, penyerapan, atau beberapa refleksi, dinyatakan dalam d%. 9umlah dari semua kerugian adalah perisai efektifitas (dalam d%. #ilangnya penyerapan sebanding dengan ketebalan perisai. abel 7ondukti)itas -istrik :elatif dari 8opper (; r dan Permeabilitas Magnet :elatif (5r dari material yang terpilih Material ;r 5r ;r 5r ;r /5r Perak 1,"< 1 1,"< 1,"< embaga 1 1 1 1 Emas ",= 1 ",= ",= >luminium ",!1 1 ",!1 ",!1 7uningan ",&! 1 ",&! ",&! Perunggu ",1? 1 ",1? ",1? imah ",1< 1 ",1< ",1< -ead ","? 1 ","? ","? +ikel ",& 1"" &" & @ 1" 6 Stainless steel ","& <"" 1" 3 @ 1"6< Mumetal "," &".""" !"" 1,< @ 1" 6! Superpermalloy "," 1"".""" .""" @ 1" 6=
:adiasi elektromagnetik pada frekuensi tinggi hanya menembus ilayah dekat permukaan dari sebuah konduktor listrik. #al ini dikenal sebagai Aefek kulitA. Medan listrik dari gelombang pesaat menembus konduktor menurun secara eksponensial dengan meningkatnya kedalaman di dalam konduktor. imana medan turun menadi 1 / e dari nilai keadian adalah kedalaman kulit (4, yang diberikan olehB
δ
=
1
π f µσ
imana, f C frekuensi 5C permeabilitas magnetik C 5"5r 5r C permeabilitas magnetik relatif 5"C 3D @1"6= #/m ;C kondukti)itas listrik dalam * 61m61 0leh karena itu, kedalaman kulit berkurang dengan meningkatnya frekuensi, dan dengan meningkatnya kondukti)itas atau permeabilitas. 'ntuk tembaga 5 r C1, ; C <,?@1"= *61m61, adi 4 adalah &," 5m pada frekuensi 1 F#$. 'ntuk +ikel, 5 r C 1"", ;C1,1& @ 1" = *61m61, adi 4 adalah ",3= 5m pada 1 F#$. +ilai kecil dari 4 nikel dibandingkan dengan tembaga karena sifat feromagnetik nikel. . Material 7omposit untuk Perisai 7arena efek kulit, material komposit yang memiliki filler konduktif dengan ukuran unit kecil lebih efektif daripada memiliki satu filler konduktif dengan ukuran unit besar. 'ntuk penggunaan yang efektif dari seluruh penampang unit pengisi untuk perisai, ukuran unit pengisi harus sebanding dengan atau kurang dari kedalaman kulit. Sebuah unit filler ukuran 1 5m atau kurang biasanya disukai, meskipun ukuran unit kecil tidak umum tersedia untuk sebagian besar filler, dan dispersi dari filler lebih sulit ketika ukuran unit filler menurun. -ogam berlapis serat polimer atau partikel digunakan sebagai pengisi untuk perisai, tetapi interior polimer dari setiap serat atau partikel tidak memberikan kontribusi untuk melindungi. 7omposit polimer6matriks yang mengandung pengisi konduktif yang menarik untuk melindungi karena kemampuan proses mereka (moldability, yang membantu untuk mengurangi atau menghilangkan lapisan di rumah yang merupakan perisai. -apisan yang biasa ditemui dalam kasus lembaran logam sebagai perisai cenderung menyebabkan kebocoran radiasi dan mengurangi efekti)itas perisai. Selain itu,
polimer6matriks komposit yang menarik adalah kepadatan yang rendah. Matriks polimer isolasi listrik dan tidak memberikan kontribusi perisai. Meskipun polimer matriks dapat mempengaruhi konekti)itas pengisi konduktif, dan konekti)itas akan meningkatkan efekti)itas perisai. Selain itu, matriks polimer mempengaruhi kemampuan proses. Polimer penghantar listrik semakin tersedia, tetapi tidak umum dan cenderung buruk pada kemampuan proses dan sifat mekanik. +amun demikian, penghantar listrik polimer tidak memerlukan pengisi konduktif untuk memberikan perisai, sehingga mereka dapat digunakan dengan atau tanpa yang lain. engan adanya pengisi konduktif, matriks polimer penghantar listrik memiliki keuntungan tambahan untuk dapat terhubung secara elektrik ke unit pengisi yang tidak menyentuh satu sama lain, sehingga meningkatkan konekti)itas. Semen sedikit konduktor, sehingga penggunaan matriks semen memungkinkan unit pengisi konduktif dalam komposit untuk menghantarkan listrik bahkan ketika unit filler tidak menyentuh satu sama lain. engan demikian, semen6matriks komposit memiliki efekti)itas perisai yang lebih tinggi daripada komposit matrik polimer yang sesuai. Selain itu, semen lebih murah daripada polimer, dan matriks semen komposit yang berguna untuk melindungi kamar di sebuah bangunan. emikian pula, karbon adalah matriks yang lebih baik dari polimer untuk melindungi karena kondukti)itas, tetapi komposit karbon 6 matriks mahal. Sebuah lapisan di perumahan yang berfungsi sebagai pelindung EMI perlu diisi dengan paking EMI, yang umumnya didasarkan pada material elastomer, seperti karet. Elastomer bersifat lentur, tapi tidak mampu melindungi kecuali dilapisi dengan konduktor (lapisan logam yang disebut metalisasi atau diisi dengan filler konduktif (biasanya partikel logam. -apisan mengalami ketahanan aus yang buruk. Penggunaan pengisi konduktif menadi problematis karena penurunan yang dihasilkan dalam ketahanan, terutama pada fraksi )olume filler tinggi yang diperlukan untuk efekti)itas perisai. 7arena penurunan ketahanan menadi semakin parah dengan meningkatnya konsentrasi filler, pengisi yang efektif seperti yang diinginkan adalah pada )olume rendah . 0leh karena itu, pengembangan gasket EMI lebih menantang dibandingkan bahan perisai EMI pada umumnya 'ntuk bahan perisai EMI secara umum dalam bentuk bahan komposit, pengisi yang efektif pada konsentrasi rendah diinginkan, meskipun itu tidak penting untuk gasket EMI. #al ini karena kekuatan dan duktibilitas dari komposit mengalami
penurunan dengan meningkatnya kadar filler ketika ikatan filler6matri@ buruk. Ikatan yang buruk ini sangat umum untuk matriks polimer termoplastik. Selain itu, kandungan filler rendah karena lebih mudah untuk diproses, yang menurun dengan meningkatnya )iskositas. Selain itu, konten filler rendah diinginkan karena menghemat biaya dan bobot. >gar pengisi konduktif menadi sangat efektif, maka harus memiliki ukuran unit kecil (karena efek kulit, aspek rasio tinggi (untuk konekti)itas. -ogam lebih menarik untuk melindungi dibanding karbon karena kondukti)itas yang lebih tinggi, meskipun karbon lebih menarik pada ketahanan oksidasi dan stabilitas termal. Serat lebih menarik daripada partikel karena aspek rasio tinggi, demikian serat logam dengan diameter kecil yang diinginkan. 2ilamen nikel dengan diameter ",3 5m telah terbukti sangat efektif. 2ilm nikel buruk pada kondukti)itas dan dengan demikian merugikan konekti)itas antar unit filler. 7omposit struktural kontinu serat polimer6matri@ yang mampu menadi perisai EMI dibutuhkan untuk pesaat dan selungkup elektronik. Serat dalam komposit ini biasanya adalah serat karbon, yang dapat dilapisi dengan logam (nikel atau akan diselingi untuk meningkatkan kondukti)itas. Sebuah desain alternatif melibatkan penggunaan serat kaca (tidak konduktor dan konduktor lapisan antar dalam komposit. 3. Material Emerging 'ntuk Perisai %ahan paking EMI yang sangat menarik adalah grafit fleksibel, lembar fleksibel dibuat dengan mengompresi kelupasan serpihan grafit (disebut
worms
tanpa bahan
pengikat. Selama pengelupasan kulit, serpihan grafit diinterkalasi diperluas lebih dari 1"" kali sepanang c6a@is. 7ompresi
worm
yang dihasilkan (seperti akordion
menyebabkannya secara mekanis saling bertautan sehingga lembaran terbentuk tanpa bahan pengikat. 7arena pengelupasan kulit, grafit fleksibel memiliki luas permukaan spesifik yang besar (1< m&/g. 7arena tidak adanya bahan pengikat, grafit fleksibel pada dasarnya sepenuhnya adalah grafit (selain umlah sisa intercalate di grafit yang dikelupas. >kibatnya, grafit fleksibel tahan secara kimia dan panas, serta koefisien ekspansi termal (8E rendah . Seak struktur mikronya melibatkan lapisan grafit seaar dengan permukaan lembar, grafit fleksibel memiliki kondukti)itas listrik dan termal tinggi pada bidang lembaran. 7arena lapisan grafit agak terhubung tegak lurus pada lembaran (yaitu, mikrostruktur sarang lebah dari grafit dikelupas, grafit fleksibel
konduktor listrik dan panas dalam arah tegak lurus pada lembar (meskipun tidak konduktif pada bidang lembaran. Mikrostruktur in6plane dan out6plane menghasilkan ketahanan yang penting untuk gasket EMI. 7arena efek kulit, permukaan yang tinggi diinginkan untuk perisai. 7ondukti)itas listrik dan luas permukaan spesifik keduanya cukup tinggi dalam grafit fleksibel, efekti)itas bahan ini untuk perisai sangat tinggi (hingga 1" d% pada 1 F#$. %ahan lainnya yang muncul untuk perisai EMI termasuk keramik kayu (karbon berpori dibuat dengan mengimpregnasi bahan kayu dengan resin fenol dan aluminium sarang lebah. <. 7esimpulan %ahan untuk perisai EMI adalah material yang konduktor listrik, yaitu dalam bentuk logam dalam umlah besar, berpori dan bentuk lapisan, material komposit dengan polimer, semen dan matrik karbon, dan karbon. Secara khusus, material EMI paking, membutuhkan ketahanan, termasuk elastomer dan grafit fleksibel.
