3M中国有限公司 鲁新涛

摘要：薄至0.15mm的自粘性导电丙烯酸衬垫为移动手持设备的搭接设计提供了一种均衡高效的解决方案，其独特的基体材料与三维网状的导电结构，在导电性能和回弹性能之间取得良好的平衡。出色的内聚力使其在模切加工时方便高效，不会出现毛边，亦可进行重新定位。
简介
    移动手持设备中的导电连续性搭接设计，既需要确保接地通路具有很低的阻抗，保持各个接地点的电位一致，使设备内部互不干扰、稳定可靠的工作，减小电磁辐射和对外界电磁场的敏感性，又能够为静电放电（ESD）提供可靠的能量泄放通道，避免对电路造成干扰。
    导电衬垫是搭接设计中比较常用的材料，当搭接部位有耦合电流通过时，如图1所示，衬垫内部、衬垫界面处与金属部件内部的电流等值线存在着Δ1、Δ2差值。根据屏蔽理论，Δ值越小，表明加入衬垫后的屏蔽效能越高。

    Δ1存在的原因：一般情况下，金属部件的电导率σm 往往大于导电衬垫的电导率σg。σ越大，趋肤深度δ就越小，相应的屏蔽效能也就越高。因此金属部件与导电衬垫电导率的差值是导致Δ1存在的根本原因。
Δ2存在的原因：通常部件表面存在氧化膜、油污以及产生电化学腐蚀、导电衬垫安装不当、衬垫压缩量过小、甚至出现缝隙等因素，使得金属部件与衬垫界面处的接触阻抗增大，导电性能下降，屏蔽效果变差。因此，界面处存在的影响导电连续性诸多因素是导致Δ2存在的根本原因。
    由此可见，在搭接设计中选择导电性好的衬垫、在界面处保持良好的接触，不仅可以提高设备的电磁兼容性能，还能够有效降低电流通过时产生的压降，确保导电通路的低阻抗，并且使各个接地点电位趋于一致。
    当今的移动手持设备在越来越小巧轻薄的同时，功能却日益强大，而且，为了美观，通常会在塑料外壳上增加各种电镀或金属按键、装饰物。这些趋势都对设备内部的搭接设计提出了更高的要求。
    创新的自粘性导电丙烯酸衬垫能够为移动手持设备中的搭接设计提供一种均衡高效的解决方案。这种片状衬垫产品由具备自粘性的丙烯酸基弹性体与三维网状排列的导电粒子复合而成，能够在0.15mm至1.0mm的厚度范围内提供优异的Z轴导电性能与低阻抗的界面接触。由于其独特的导电和物理特性使其在移动手持设备中已经有一系列成功的应用。

独特的产品结构
    自粘性导电丙烯酸衬垫是一类结构特殊的片状导电弹性体衬垫。通常，这类衬垫的基体材料为橡胶、硅橡胶或聚氨酯泡棉，具备一定的强度与回弹性。同时，为了保证界面处的良好接触与固定，会在衬垫表面复合导电或者非导电的压敏胶粘剂（PSA），然而，即使是导电的压敏胶粘剂，由于与衬垫之间存在复合界面而产生相应的接触阻抗，亦会增加衬垫的体积电阻率，降低屏蔽效果。而且，由于移动手持设备中的空间限制，所复合的压敏胶层往往很薄，在一些粗糙表面上（如导电喷涂表面）往往很难充分浸润，无法达到良好的接触效果，如图2（a）所示。
    自粘性导电丙烯酸衬垫的基体材料除具备足够的强度与回弹性之外，还具有一定的粘性，这样，即使在粗糙的表面上也能够确保更低阻抗的接触及良好的粘接强度，有效降低界面处的接触阻抗，如图2（b）所示。根据ASTM D1000的粘性测试方法，如图3所示，将贴附在标准钢板上的自粘性导电丙烯酸衬垫以每分钟300mm的速度，180°方向的剥离强度可达3.86N/10mm，这一数值已经接近甚至超过某些导电胶带。

图2 (a). 一般片状导电衬垫及双面导电布胶带产品

图2 (b). 自粘性导电丙烯酸衬垫

    导电弹性体衬垫是在弹性基体材料中填充导电颗粒或导电纤维而成的，在用做导电连续性搭接时，依靠颗粒/纤维间的接触导通，可见，导电填充物的密度与接触程度决定其内部的阻抗，而大量导电颗粒/纤维的填充，又会使基体材料的弹性变差，降低与界面处的接触效果，导致导电性下降。
    自粘性导电丙烯酸衬垫中的导电粒子为三维网状排列，通过特殊的加工复合工艺均匀分布在丙烯酸基体中，并且确保导电粒子间充分的稳定的接触，如图4所示。相对于一般的导电衬垫，尽管导电粒子的填充密度降低，却并未影响其导电性能，按照美国军标MIL-STD-202 Method 307的Z轴接触电阻测试方法，如图5所示，在2Kg（5psi）压力下，一平方英寸面积的Z轴接触电阻在0.1欧姆以下。而且，导电粒子填充密度的降低使得丙烯酸基体的弹性得以最大限度的保持，取得导电性与衬垫弹性的良好平衡，自粘性导电丙烯酸衬垫的FDR（力、压缩变形与Z轴接触电阻）曲线如图6所示。

    由于材料特性与挤出成型工艺所限，一般的片状连续导电衬垫很难生产出厚度在0.8mm以下的产品，难以满足移动手持设备日益紧张的空间要求。而自粘性导电丙烯酸衬垫由于其特殊的丙烯酸基体材料与独特的加工工艺，可以提供薄至0.15mm的厚度，接近双面导电布胶带的厚度范围，而其优异的回弹性与内聚力又是双面导电布胶带所无法比拟的。
自粘性导电丙烯酸衬垫为片状连续结构，可进行成卷的模切加工，由于其独特材料特性，模切时不会出现毛边等外观不良，亦可进行重新定位粘贴。
    总之，自粘性导电丙烯酸衬垫与一般的导电弹性体衬垫相比，其自粘性弹性体基体材料能够提供更佳的接触及固定性能，即使在粗糙表面上亦有很低的接触阻抗；三维网状的独特导电粒子填充结构，能够确保优异导电性能与回弹性的良好平衡；出色的内聚力使其在模切加工时方便高效，不会出现毛边，可重新定位；薄至0.15mm的厚度，能够满足移动手持设备日益纤薄的需求，其回弹性与无毛边加工的特性，与相似厚度的双面导电布胶带相比，极具优势。