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EMI(電磁波干渉)シールドについて 知ってる感出すためカンペ

EMIとEMIシールドとは

EMI(Electromagnetic Interference):

  • EMIは電磁干渉のことで、電子機器や通信機器が電磁波によって影響を受ける現象。

  • 外部の電磁波が機器の性能を低下させたり、誤動作を引き起こしたりする。

  • 自然現象(雷、太陽フレア)や人工的要因(無線通信機器、モーター)によるものが含まれる。

EMIシールド:

  • EMIの影響を防ぐために、電子機器を保護するための技術。

  • 導電性や磁性材料を用いて、電磁波を遮蔽または吸収する方法。

  • シールドケース、フィルム、ペイント、ガスケットなどの形で提供される。

簡単に言うと:

EMIは電子機器に悪さをする「電磁波のノイズ」、EMIシールドはそのノイズから機器を守る「防護壁」。



原理

EMIの発生:

  • 伝導干渉:電源ケーブルや配線を通じてノイズが伝わる。

  • 放射干渉:空間を介して電磁波が伝播し、他の機器に影響。

EMIシールドの原理:

  1. 反射:導電性材料が電磁波を跳ね返す。

  2. 吸収:磁性材料がエネルギーを吸収して熱に変換。

  3. 遮蔽:導電性や磁性材料が電磁波の伝播を遮断。

主にFaraday Cage(ファラデーケージ)の原理に基づき、導電体で囲むことで外部または内部の電磁波を封じ込める。

簡単に言うと:

電磁波を「跳ね返す」「吸収する」「通さない」ことで守る。


種類

EMIシールドの形態:

種類 構造・特徴 応用例 シールドケース 金属や導電性プラスチックで覆ったケース。 携帯電話、通信機器、医療機器 EMIフィルム 薄い導電フィルム。 ディスプレイ、センサー、タッチスクリーン EMIガスケット 柔軟性のある導電性素材で隙間を埋める。 サーバーラック、航空宇宙産業 EMI塗料 導電性のある塗料を使用。 民生電子製品、車載電子機器

応用例:

  1. 自動車:EVや自動運転車の電子部品保護。

  2. 航空宇宙:高信頼性が求められる通信システム保護。

  3. 医療:MRI装置やペースメーカーのノイズ対策。

競合技術:

  • 電磁吸収材:波長に応じた吸収性能を持つ材料。

  • フィルタ技術:回路内でノイズ成分を除去。


産業

生産者・主要プレイヤー:

  • Laird Performance Materials:EMIガスケットやフィルム。

  • 3M:EMIテープや吸収材。

  • Parker Chomerics:ガスケットおよびシールドケース。

  • Henkel:導電性塗料や接着剤。

サプライチェーン:

  1. 材料供給:銅、アルミニウム、磁性材料。

  2. 加工メーカー:ケース、フィルムの製造。

  3. 最終ユーザー:自動車、通信機器、医療機器業界。

市場規模:

  • 2023年:88億米ドル

  • 2030年までに年平均成長率(CAGR)6.2%で成長予測。


歴史的背景

  • 1930年代:最初のファラデーケージが登場。

  • 1970年代:コンピュータの普及によりEMI対策が重要視される。

  • 2000年代:携帯電話の普及とともに小型化・多機能化対応のEMIシールドが急増。



EMIに必要な特性と使用される素材

EMIシールドが効果的に機能するためには、以下の特性が求められます:

1. 電気伝導性

  • 電磁波を反射するために、シールド素材は高い電気伝導性を持つ必要があります。

  • 電磁波の電場成分を減衰させる役割を果たします。

  • 指標: 導電率(例:銅 > アルミニウム)。


2. 磁気透過性

  • 磁場成分を遮蔽するために、磁性材料が必要です。

  • 低周波電磁波(例:トランス、モーター由来)の対策に有効。

  • 指標: 磁気透過率(例:μメタル、パーマロイ)。


3. 耐環境性

  • 熱、湿気、化学薬品への耐性が求められる。

  • 特に車載や航空機用途では、高温下や腐食環境でも性能を維持する必要があります。


4. 軽量性と柔軟性

  • 携帯端末やウェアラブルデバイスでは軽量で加工しやすい材料が必要。

  • 薄いフィルムや柔軟なガスケットが使用される。


5. 広帯域対応

  • 多様な周波数(低周波から高周波)に対応可能であること。

  • 特に5G通信やIoT機器では高周波ノイズが問題になる。


6. 熱伝導性

  • 電子機器内部の熱を逃がすため、シールド材料が高い熱伝導性を持つ場合がある。

  • 特に高出力機器では重要。

素材選択時の考慮事項

  • 用途:低周波ノイズ、広帯域ノイズ、高周波ノイズなど、対策対象に応じた素材選び。

  • コスト:高性能材料(例:グラフェンや銀)はコストが高い。

  • 加工性:製造プロセスやデバイス設計に適合するか。

  • 環境影響:リサイクル性や環境負荷を考慮した材料選択が重要。


今後の展望

技術的課題:

  • 小型化・軽量化:IoT機器への対応。

  • 環境対応材料:リサイクル可能な材料の開発。

  • 広帯域シールド:複数周波数の同時遮蔽。

将来的展望:

  • 量子コンピュータや5G/6G通信の普及に伴う新しいノイズ環境への対応。

  • メタマテリアルによる次世代シールド技術の開発。


関連項目

  • 電磁環境適合性(EMC):EMIを含むシステムのノイズ管理全般。

  • ノイズフィルタ:回路内での伝導ノイズ除去技術。

  • 静電気防止(ESD):静電気によるノイズ影響防止。

各分野が相互補完的に電子機器の安全性を支えている。

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