Con l'elettronica e la meccatronica in prima linea nella ricerca di maggior flessibilità, diversificazione e caratteristiche funzionali uniche per diversi ambiti industriali, i progettisti si trovano a dover fronteggiare sfide importanti; nello specifico, sfide connesse alla questione delle interferenze elettromagnetiche, senza però pregiudicare altri aspetti della progettazione di un prodotto o sistema. L'utilizzo crescente di sottosistemi elettronici nell'industria automobilistica ha beneficiato di una crescita esponenziale nel corso degli ultimi 10 anni. Dalle soluzioni per la gestione del motore, ai sistemi per l'intrattenimento e l'interazione, fino ai sensori di pressione e temperatura, il contenuto elettronico delle automobili è aumentato ad una velocità incredibile. Gli Oem devono soddisfare sia le esigenze dei consumatori per cui la connettività è un presupposto indispensabile, che le richieste di una legislazione sempre più severa riguardo alle emissioni e all'efficienza dei mezzi di trasporto, facendo anche attenzione a non andare a incidere sul peso del veicolo.
Le stesse questioni correlate alle interferenze elettromagnetiche, al peso e all'efficienza sono cruciali anche in altri settori come quello dell'industria aeronautica, dove i servizi di intrattenimento per i passeggeri, i sistemi di controllo fly-by-wire e di gestione dell'aeromobile hanno comportato un notevole aumento nell'utilizzo di schede e componenti elettronici. La diffusione di dispositivi portatili sempre più compatti introduce inoltre un'ulteriore serie di problematiche, dal momento che nei dispositivi portatili e nei tablet Pc si possono trovare sempre più funzionalità. Se consideriamo tutte le funzioni che l'elettronica e la meccatronica hanno reso comuni nella vita quotidiana, risulta facile capire perché i progettisti non devono solo concepire e realizzare queste soluzioni, ma anche aver a che fare con problematiche importanti quali le sempre maggiori interferenze elettromagnetiche e l'incremento della densità e del peso dei componenti dei prodotti. In sostanza, una più consistente presenza di componenti elettronici comporta un aumento del rischio di interferenze, il che, di conseguenza, implica un incremento e il necessario perfezionamento delle modalità di schermatura, spesso arrivando a penalizzare il peso; e tutti questi requisiti devono essere soddisfatti con il minor impatto possibile sulla forma e sulle funzionalità dei dispositivi. Le interferenze elettromagnetiche e i loro effetti comportano una serie di interessanti sfide progettuali e ambientali, e sono disciplinate da un'enorme quantità di leggi e standard industriali, che comprendono la direttiva europea sulla compatibilità elettromagnetica. Per rispondere ai requisiti di tale legislazione, la progettazione di prodotti rispondenti alle esigenze che riguardano le interferenze elettromagnetiche diventa una disciplina essenziale, dal momento che gli sviluppatori di tali prodotti cercano di soddisfare le esigenze del mercato traendo vantaggio dalle innovazioni tecnologiche. I progettisti, perciò, hanno bisogno di tecnologie efficaci per limitare le interferenze elettromagnetiche dei dispositivi, e per proteggere questi da sorgenti esterne di interferenze potenzialmente dannose.
La schermatura elettromagnetica
I progettisti possono affidarsi a diverse modalità operative. Si possono posizionare i circuiti sensibili il più distante possibile dalla sorgente di interferenza, come ad esempio i circuiti RF di un telefono cellulare. Ad ogni modo i vantaggi potrebbero essere limitati, dal momento che i consumatori preferiscono dispositivi ultracompatti e provvisti di tutte le funzionalità possibili. Potrebbe quindi non essere possibile assicurare la distanza opportuna dai circuiti RF e al contempo fornire un'adeguata protezione. La schermatura elettromagnetica rappresenta un'efficace soluzione alla questione delle interferenze, e può essere usata sia per proteggere componenti sensibili dalle radiazioni esterne che per contenere le emissioni di sorgenti quali i circuiti RF o ad alta frequenza di commutazione. Gli approcci comuni sono quelli di posizionare intorno ai circuiti uno schermo metallico appositamente disegnato, oppure applicare una copertura metallica al rivestimento in plastica. Tale rivestimento può essere un componente separato, oppure una parte del telaio o del contenitore, e deve anche essere messo a terra per fornire adeguata protezione dalle interferenze. Entrambe queste soluzioni di schermatura hanno i loro vantaggi, ma presentano anche il limite della flessibilità, specialmente dal punto di vista del peso, della complessità del rivestimento e della resistenza strutturale. Tenendo conto di questi fattori, un ottimo compromesso consiste nell'utilizzare un materiale plastico altamente conduttivo che può essere sovrastampato a componenti metallici pressati; questa soluzione rimuove molte problematiche e permette di soddisfare molti vincoli progettuali.
Un polimero termoplastico amorfo rinforzato
Il materiale Premier PE-140 di Parker Chomerics Europe è un polimero termoplastico amorfo rinforzato con una matrice di filler conduttivi brevettati. Permette ai progettisti di creare contenitori schermati dal costo contenuto e dal peso minimo; il Premier arriva ad avere un peso specifico 2,25 volte minore dell'alluminio ed è quasi una volta e mezzo più leggero del magnesio, e consente di incorporare caratteristiche complesse e accessori quali inserti metallici per contribuire alla semplicità e rapidità di assemblaggio dei componenti. Tramite questa soluzione, è possibile realizzare un telaio semplice partendo da un metallo leggero e successivamente adattare la sua struttura e le sue proprietà di schermatura con il sovrastampaggio di materiale plastico; in questo modo si viene a creare una struttura sensibilmente più leggera del suo equivalente fatto solo di metallo. L'adozione del sovrastampaggio rimuove il bisogno di incorporare la costosa complessità del rivestimento nell'anima metallica, permettendo invece di usare la plastica ove necessario, di inserire elementi strutturali addizionali e di ottimizzare le prestazioni di schermatura sfruttando il corpo stesso del contenitore. La lega di base PC/ABS del polimero termoplastico viene combinata con filler conduttivi comprensivi di fibre di carbonio ricoperte di nickel e polvere di grafite ricoperta di nickel, che offrono una maggiore dissipazione di energia e contribuiscono a creare un materiale paramagnetico, consentendo una schermatura sia per assorbimento che per riflessione. Aggiustando la miscela di questi due tipi di filler, la termoplastica conduttiva può raggiungere valori di SE maggiori di 85 dB, equivalenti alle prestazioni di un rivestimento in plastica metallizzata. Nel caso di ambiti applicativi sensibili alla variabile peso, come i dispositivi portatili e l'industria aeronautica, la densità della termoplastica è meno della metà di quella dell'alluminio e meno di un quarto dell'acciaio. La possibilità di creare pareti più sottili di 2 mm (o anche meno, a seconda della qualità del materiale utilizzato) consente ai progettisti di raggiungere traguardi importanti nel campo del contenimento del peso rispetto alle strutture interamente metalliche o ai rivestimenti stampati. Grazie al sovrastampaggio, i progettisti possono godere di una maggior flessibilità; pur dovendo sempre affrontare le questioni legate alle interferenze elettromagnetiche, possono però farlo con maggior libertà e facilità. La loro principale prerogativa sarà quella di scegliere un materiale di ottima qualità, tenendo in considerazione le proprietà strutturali ed ambientali così come l'attenuazione. È buona norma, inoltre, non realizzare parti le cui pareti sono troppo sottili, anche se alcune aree ben precise potranno venire assottigliate a seconda della forma e dimensione del materiale utilizzato. Questi fattori potranno essere verificati attraverso un'analisi strutturale e del processo di iniezione. Altre linee guida importanti comprendono la necessità di utilizzare rivestimenti più spessi intorno alle aree problematiche, prevedendo delle sovrapposizioni tra le pareti interconnesse e lasciando spazio per le guarnizioni ove necessario. Il materiale Premier PEI-140 può essere sovrastampato e offre incredibili caratteristiche funzionali, quali la resistenza alle alte temperature (fino a 170 °C), agli agenti chimici e risponde ai requisiti degli standard UL 94V-0 in materia di infiammabilità. Le sue caratteristiche rivoluzioneranno il modo in cui i progettisti si interfacceranno con le questioni legate alle interferenze elettromagnetiche.
