Blindage CEM : feuillards, mousses et rubans conducteurs découpés

Une pièce de blindage CEM découpée est une pièce conductrice, en feuillard métallique, en mousse ou en ruban adhésif, mise à la forme d’un boîtier ou d’une carte pour fermer le passage aux perturbations électromagnétiques. Sa performance dépend de la matière, mais aussi de choix de transformation : le chemin de conduction de l’adhésif, la géométrie de découpe, la compression une fois montée et le couple de métaux au contact.

Faire étudier votre pièce de blindage

Ce qu’une pièce de blindage doit faire dans l’équipement

La compatibilité électromagnétique, ou CEM, est, selon la documentation CEM de TE, la capacité d’un appareil à fonctionner correctement dans son environnement électromagnétique sans perturber les équipements voisins. Dans l’Union européenne, les équipements mis sur le marché doivent respecter la directive 2014/30/UE. Une partie du problème se règle sur la carte électronique, par le routage et le filtrage. Le reste se règle sur l’enveloppe, et c’est là qu’intervient la pièce découpée.

L’efficacité d’un blindage s’exprime en décibels. Elle compare le champ qui arrive sur l’écran à celui qui ressort de l’autre côté, selon la formule 20 log (champ incident / champ transmis). Une partie de l’énergie est réfléchie à la surface, une partie est absorbée dans l’épaisseur. Aux fréquences élevées, l’absorption domine.

Un boîtier métallique bien conçu bloque l’essentiel. Ses faiblesses sont ses ouvertures, comme la jonction entre capot et embase ou les découpes prévues pour les connecteurs. Ron Brewer, ingénieur CEM, rappelle que les jonctions sont en général la pire ouverture d’une enveloppe. Une pièce de blindage découpée sert presque toujours à fermer l’une d’elles, ou à relier électriquement deux pièces qui devraient former une seule masse.

Les données de cet article viennent des fiches techniques et guides de 3M et de TE Connectivity, et d’un article de Ron Brewer publié par Electronic Design. Chaque valeur citée est liée à sa source dans le texte. Ce sont des valeurs typiques : seule la fiche technique de la matière retenue fait foi.

Feuillards, mousses, rubans : les trois familles de pièces conductrices

Nous transformons les trois familles, et celles que nous découpons le plus souvent sont les feuillards de cuivre et les mousses conductrices. Les trois ne répondent pas au même besoin, et le choix se fait d’abord sur la fonction de la pièce une fois montée.

Feuillards de cuivre et d’aluminium

Le feuillard est la pièce la plus simple : une feuille métallique, un adhésif et un liner. À titre d’exemple, la fiche technique du ruban cuivre 3M 1181 donne un ordre de grandeur. Le cuivre est recuit (« deadsoft ») et l’adhésif acrylique contient des particules conductrices qui assurent le passage du courant. 3M annonce une résistance à travers l’adhésif de 0,005 ohm, mesurée selon la méthode 307 de la MIL-STD-202 sous une pression de 5 psi sur un pouce carré, et une efficacité de blindage typique de 60 à 80 dB entre 30 MHz et 1 GHz, en champ lointain.

Un cuivre recuit se met en forme à la main, ce qui aide à la pose. Il se plie et se marque aussi au moindre faux mouvement. Sur une pièce de grande surface, la languette de préhension et le mode de livraison comptent autant que la forme.

Mousses conductrices et tissu sur mousse

Quand le blindage doit tenir entre deux pièces qui s’ouvrent ou qui bougent, on passe au joint compressible. Le tissu sur mousse, souvent appelé FoF (fabric over foam), associe une âme souple et une enveloppe conductrice. TE décrit sa gamme comme un tissu de polyester ou de nylon métallisé au nickel-cuivre ou à l’argent, enroulé sur une mousse polyuréthane polyéther à cellules ouvertes. La compression indiquée pour cette gamme va de 10 à 70 %, et TE précise que la plupart des versions sont classées UL 94 V-0. Ces joints se livrent en longueur, découpés à la forme ou avec un adhésif de fixation.

Il existe aussi des mousses métallisées sans tissu, dont la structure est elle-même revêtue de nickel ou de cuivre. Elles se découpent à plat, à la forme de la pièce.

Rubans et adhésifs conducteurs

Le guide de sélection des rubans conducteurs de 3M compare une douzaine d’adhésifs et de rubans conducteurs. Les produits y font entre 0,045 et 0,13 mm d’épaisseur, mais leur résistance dans l’épaisseur va de 0,01 à 10 ohms selon la charge et le support. Le guide propose aussi un adhésif silicone, le 9719, pour les surfaces à basse énergie et les températures plus élevées. 3M précise que ces valeurs sont typiques et ne doivent pas servir de spécification.

Conduction dans l’épaisseur ou dans toutes les directions

Un adhésif conducteur peut conduire seulement dans l’épaisseur (axe Z), ou à la fois dans l’épaisseur et dans le plan (XYZ).

Le 3M 9703 est un adhésif transfert de 0,05 mm chargé de particules d’argent. Il conduit dans l’épaisseur et isole dans le plan. 3M le destine aux mises à la masse localisées, sans risque de court-circuit entre deux pistes voisines. À l’inverse, le 9707 conduit dans toutes les directions et 3M le recommande pour blinder une fente ou un interstice.

Sur un feuillard, la question se pose aussi. Avec un adhésif non conducteur, le feuillard reste séparé de la surface par une couche isolante : il ne fait plus masse par sa face collée, et le contact doit venir d’ailleurs, par un recouvrement ou une reprise mécanique. Le choix de l’adhésif se fait donc en même temps que celui du chemin de masse.

Ce que la découpe change sur la performance

Deux pièces taillées dans la même matière peuvent se comporter différemment à l’essai, selon leur forme et la façon dont elles sont montées.

Fentes et recouvrements

Pour Ron Brewer, une ouverture devrait rester sous λ/50, et jamais dépasser λ/20, λ étant la longueur d’onde de la fréquence à bloquer. À 1 GHz, la longueur d’onde est de 300 mm : la règle donne 6 mm visés et 15 mm au maximum. Un jour entre deux feuillards, un angle mal recouvert ou une découpe de dégagement trop longue suffit à créer cette fente. La géométrie se dessine donc en connaissant la fréquence qui pose problème. Sans cette donnée, nous ne pouvons pas juger si un dégagement est acceptable.

Ponts étroits et petites zones de contact

Une bande de feuillard de quelques millimètres ou une patte de contact isolée se déforme facilement, à la découpe comme à la pose. Un pli ou un soulèvement crée un défaut de contact qui ne se voit pas à l’œil. Sur ces formes, nous travaillons les rayons, la largeur minimale des ponts et le sens de défilement avant de figer l’outil. Nos outils rotatifs sont fabriqués en interne, ce qui permet de les ajuster à la pièce plutôt que l’inverse.

Compression des joints

Un joint mousse ou tissu sur mousse ne conduit bien que dans sa plage de compression. Trop peu comprimé, il touche mal ; trop comprimé, il force sur le boîtier. L’épaisseur de la pièce se choisit donc à partir du jeu réel entre les deux faces, tolérances de pièces plastiques ou métalliques comprises, et non à partir de la cote nominale seule.

Complexage et isolation

Une pièce de blindage combine souvent plusieurs couches : un feuillard et un adhésif conducteur, ou un feuillard recouvert d’un film isolant côté composants pour éviter tout court-circuit. Le complexage assemble ces couches avant la découpe, et la découpe en mi-chair permet de découper une couche sans entamer celle du dessous. Une zone isolante peut ainsi s’arrêter quelques millimètres avant le bord pour laisser le métal à nu là où il doit faire contact.

Livraison et pose

Une pièce posée à la main a besoin d’une languette et d’un liner qui se retire sans étirer l’adhésif. Une pièce posée par un robot a besoin d’un pas régulier, d’un liner adapté et d’un sens d’enroulement fixé au cahier des charges. Notre article sur la pose robotisée détaille ces points.

Corrosion galvanique au contact du boîtier

Une pièce de blindage met un métal en contact avec un autre. Si les deux sont éloignés dans l’échelle galvanique et qu’un électrolyte s’installe à l’interface, humidité ou condensation, le moins noble se corrode. SSP rappelle que les boîtiers sont le plus souvent en aluminium ou en acier, alors que les joints contiennent de l’argent, du nickel ou du cuivre. La corrosion augmente la résistance de contact, et le blindage se dégrade avec le temps alors qu’il passait l’essai au départ.

Une règle couramment citée, reprise par Carr Lane, limite l’écart d’indice anodique entre les deux métaux selon l’environnement.

Le transformateur ne choisit pas le métal du boîtier. Il doit en revanche le connaître, ainsi que son traitement de surface, pour proposer un métal de feuillard ou une charge d’adhésif compatible.

Ce qu’il faut nous transmettre pour chiffrer

Ces informations permettent de proposer la bonne famille de matière dès la première offre.

1. La fonction de la pièce. Écran plan, joint entre deux pièces, reprise de masse ou fixation d’un autre élément.
2. La fréquence ou la bande à traiter, et l’essai visé si vous le connaissez.
3. Les surfaces de contact. Métal, traitement de surface, peinture ou plastique métallisé.
4. Le chemin de masse attendu. Par la face collée, par un recouvrement ou par un contact mécanique.
5. Le jeu à combler pour un joint, avec les tolérances des pièces voisines.
6. L’environnement. Température, humidité, vibrations, durée de vie.
7. Le mode de pose et le volume. Manuelle ou automatique, en planche ou en bobine, quantité par commande.

Pour les premiers essais CEM, la découpe numérique produit des pièces sans outil, à ±0,1 mm selon les paramètres et la matière. La série passe ensuite en découpe rotative, au dixième de millimètre sur les matières stables. Pour l’électronique automobile, nous produisons sous certification IATF 16949. ATE est également 3M Preferred Converter.

Questions fréquentes