专利名称：形成在电子外壳中用于提供电磁干扰(emi)屏蔽的具有多个参数几何形状和表面的三维体的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成在电子外壳中用于提供电磁干扰(EMI)屏蔽的具有多个參数几何形状和表面的三维体。
背景技术：
下列背景技术部分部分地抽取自澳尔.英.基思.阿姆斯特朗(Eur Ing KeithArmstrong)、彻丽.克拉夫(Cherry Clough)咨询员、EMC-UK联盟的“EMC第四部分屏蔽设计技术(Design Techniques for EMC-Part 4 Shielding) ”。完全体积屏蔽通常称为“法拉第电笼(Faraday Cage) ”，尽管这可以给出布满洞的圆筒(像法拉第先生的原版一祥)是可接受的这么ー种印象，然而通常不是这样。对于屏蔽来说存在成本等级，这使得在设计过程中尽早考虑屏蔽在商业上非常重要。屏蔽可以围绕·以下元器件安装各个IC-成本例如25P ；PCB电路的隔离区域-成本例如￡ I ;整个PCB-成本例如￡ 10 ;子组件和模块-成本例如￡ 15 ;整个产品-成本例如￡ 100 ;组件(例如エ业控制和仪表操纵台)_成本例如￡1，000 ;房间-成本例如￡10，000 ;而建筑物-成本例如￡100，000。屏蔽总是会增加成本和重量，因此总是希望最好使用在这一系列中描述的其它技术来改善EMC，并降低对屏蔽的需要。甚至当希望避免完全屏蔽时，最好考虑到墨菲法则(Murphy Law)并根据真正的概念设计，以便如果需要可以在以后添加屏蔽。还可通过使所有导体和组件都非常接近固体金属片来达到屏蔽度。因此，完全由低外形表面贴器件组装成的接地平面PCB，因其在EMC方面的优势而被推荐使用。首先通过使电子设备组件的内部电子单元和电缆一直保持接近接地金属表面，可以在电子设备组件中获得有效的屏蔽度。首先通过使电子设备组件的内部电子单元和电缆一直保持接近接地金属表面，其次通过将它们的接地端直连到金属表面，而不是(或者以及)利用基于緑/黄导线的安全星形接地系统，可以在电子设备组件中获得有效的屏蔽度。该技术采用镀锌座架板或机箱，并有助于避免对高价外壳SE的需要。已经针对屏蔽罩如何工作撰写了许多教科书，因此这里不再重复它们。不过，若干概括的概念是有帮助的。屏蔽罩在辐射的电磁波的传播、反射和/或吸收的路径上设置了阻抗不连续点。这在概念上非常类似于滤波器的工作方式——它们在多余的传导信号路径上设置阻抗不连续点。阻抗比越大，SE越大。在O. 5毫米或更大的厚度条件下，大部分正常制造的金属都提供I兆赫兹以上的良好SE和100兆赫兹以上的优良SE。这种金属屏蔽罩的问题大部分是由薄材料、频率低于I兆赫兹和孔引起。通常最好使被屏蔽的电路与其屏蔽罩的壁之间的距离大ー些。被屏蔽的体积越大，屏蔽罩外侧的发射场和器件所形成的场就将变得越“稀薄”。
当外壳具有彼此平行的壁时，就可能以谐振频率建立驻波，因此可能引起SE问题。不规则形状的外壳或具有曲面或非平行壁的外壳有助于避免谐振。当相対的屏蔽壁平行时，希望避免发生由于宽度、高度或长度引起的同一频率的谐振。因此，为了避免立方体的外壳，可以使用矩形截面的，而不是方形截面的，并且优选避免彼此成简单倍数的尺寸。例如，如果长度是宽度的I. 5倍，那么宽度的第二谐振将与长度的第三谐振共同发生。优选使用无理数比例的尺寸，例如由斐波纳契级数提供的那些尺寸。场源自两方面电(E)和磁(M)。电磁场由给定比例的E场和M场组成(假定空气中波阻抗E/Μ为377)。电场很容易由薄的金属箔阻挡，因为电场屏蔽机制是在传导边界处进行电荷的重新分配；因此，几乎具有高导电率(低电阻)的任何东西都表现出合适的低阻杭。尽管在高频率下电荷重新分配的高速率会 导致产生大量位移电流，但是即便薄铝也能轻松应对这ー情況。不过，磁场可能更难阻挡。它们需要在屏蔽材料内部产生涡电流来创建与入射磁场相反的磁场。薄铝不是很适合这ー目的，并且给定SE所需的电流滲透深度取决于磁场的频率。SE也取决于用于屏蔽的金属的特性，这称为“集肤效应”。称为“集肤效应”的屏蔽材料的集肤深度使得由回跳磁场引起的电流大约降低9分贝。因此，厚度为3个集肤深度的材料在相反侧具有降低了大约27分贝的电流，并具有M场的大约27分贝的SE。集肤效应通常在低频尤其重要，在这样的频率下所形成的场更有可能磁性优良且具有比377 Ω更低的波阻杭。大部分教科书都给出了集肤深度的公式；不过，该公式需要知道屏蔽材料的电导率和相对磁导率。铜和铝的电导率超过钢的5倍，因此非常善于阻挡电场，但是它们的相对磁导率为I (等于空气的)。典型的软钢在低频下具有大约为300的相对磁导率，当频率增至超过100千赫兹时，下降为I。软钢的较高磁导率使它的集肤深度减小，使得用于屏蔽低频时比铝有更好的合理厚度。不同等级的钢(特别是不锈钢)具有不同的电导率和磁导率，结果它们的集肤深度也有显著不同。用于屏蔽的好材料应具有高的电导率和高的磁导率以及足够的厚度，以在所关心的最低频率下获得需要的集肤深度量。具有纯锌(例如10微米或更多)的I毫米厚的软钢板适于许多应用场合。用普通结构的金属制品很容易获得频率超过30兆赫兹时的100分贝或更多的SE結果。不过，这采用完全封闭的没有接头或缝隙的屏蔽体积，于是使得产品组装相当困难，除非你准备好对它进行完全焊缝，并且也没有外部电缆、天线或传感器(而不是异常产品)。实践中，无论是否做出屏蔽来降低发射或改善抗扰性，大部分屏蔽性能都由其中的孔来限制。考虑孔作为其它最佳屏蔽中的洞暗示了孔用作半波谐振的“狭缝天线”。这使得我们能对给定SE做出关于最大孔尺寸的预测对于单个孔，SE = 201og(Q/2d)，其中Ω是所关心频率下的波长，d是孔的最大尺寸。事实上，这ー假定不可能总是正确，但是它具有作为ー个成为良好框架的简易设计工具的优点。有可能根据具体产品上使用的技术和构建方法以及实际经验来改进该公式。狭缝天线的谐振频率由其最长尺寸——对角线来管理。这使得孔多宽或多窄甚或是否存在穿过孔的视线的差异很小。均匀的孔以及漆或氧化膜的厚度，通过重叠金属板形成，刚好在它们的谐振频率下辐射(泄漏)，如同它们宽得足够ー个手指穿过。最重要的EMC问题之一是使产品的内部频率保持在内部，因此它们不会污染外部的射频频谱。狭缝天线的半波谐振(以上述的经验法则SE = 201og(2d)表示)利用关系式Y (其中Y是光速3. IO8米/秒，f是以赫兹表示的频率,而λ是以米表示的波长)。
我们发现沿着19英寸的支架单元的前面板的前边缘延伸的窄的430毫米长的间隙将在350兆赫兹左右处是半波谐振。在这ー频率下，我们示例的19”前面板不再提供更多的屏蔽，并且将它完全移除也可能没有什么差別。对于I千兆赫兹下的20分贝的SE，需要不大于约16毫米的孔。对于40分贝来说，可能仅仅是I. 6毫米，需要衬垫来密封孔和/或需要使用后面描述的切割技术之下的波导。实践中，实际SE取决于外壳本身的壁之间的内部谐振、组件和导体与孔的接近程度(使诸如带状电缆之类的携帯数字总线的噪声电缆远离屏蔽孔和接头)，以及用于组装外壳等的部件的固连阻杭。任何地方可能，都期望将所有必要或不可避免的孔裂成多个更小的孔。不可避免的长孔(盖子、门等)可能需要导电的衬垫或弹簧夹(或保持屏蔽连续性的其它手段)。彼此靠近的多个小的相同孔的SE(粗略地)正比于其数量(SE = 201ogn，其中η是孔数)，因 此两个孔将恶化6分贝，四个将恶化12分贝，八个将恶化18分贝等等。但是当在所关心频率下的波长开始与小孔阵列的整个尺寸相当时，或者当孔彼此不靠近(与波长相比)时，由于阶段消除效应这一每双数大概6分贝规则被打破。被设置为彼此相距大于半波长的孔通常不会使分别取得的SE恶化，但是100兆赫兹下的半波长为I. 5米。在如此低的频率下，就那些小于此的典型产品而言，孔数的增加往往使外壳的SE恶化。孔不仅用作狭缝天线。在屏蔽中流动且被迫绕孔转向路径的电流，使其发射磁场。跨过孔的电压差使孔发射电场。作者已经看到通过微控制器从小的安装于PCB上的屏蔽罩中的直径不大于4毫米的洞(意欲用于嵌入塑料的安装柱)以130兆赫兹发射的显著水平。发现任何具有孔的复杂外壳的SE的唯一实际明智的方式是利用三维场解算器对结构以及任何PCB和导体(特别是那些可能靠近任何孔的)进行建摸。可以实现这一功能的软件包现在都具有友好的用户界面，并可以运行在桌上型PC。或者，用户也能找到具有必要的软件和驱动它的技能大学或设计咨询公司。由于SE随着装配方法和质量、材料以及内部PCB和电缆而大不相同，但是最好一直保持20分贝的SE “安全边界”。如果最終的设计验证/质量测试存在问题，那么至少包括允许利用至少20分贝来改进SE的设计特征也是有利的。50赫兹的频率是有问题的，并且希望具有任何合理厚度的普通金属的这ー频率下的SE。诸如导磁金属和射电金属之类的特殊材料具有很高的相对磁导率，通常在10，000范围内。它们的集肤深度相应地很小，但是它们只有达到几十千赫兹才有效。注意不要敲击由这些材料制成的东西是非常有利的，因为这将破坏它们的磁导率，因此它们不得不被扔掉或者在氢气氛围下重新退火。这些奇异的材料用于相当相似的通道，以将磁场转向远离受保护的区域。这与普通屏蔽罩所使用的概念不同。具有大于I的相对磁导率的所有金属屏蔽材料都能在强磁场中饱和，因此作为屏蔽罩不能很好地工作，并且通常被加热。降低交流声场的电源变压器的钢或导磁金属屏蔽盒能饱和，且不能获得所期望的效果。通常，使箱更大是有必要的，因此不需要体验这种强度的部分场。另ー用于低频屏蔽的屏蔽技术是主动消除，并且至少两家公司已经开发了这种技术，具体用于在被高电平的电源频率磁场污染的环境中稳定CRT VDU的图像。图ID示出如果我们延长通过孔泄漏的波在不受约束之前必须在周遭金属壁之间行进的距离，那么即使孔大到ー个拳头都可以通过，我们也能获得可观的SE。这个非常有效的技术成为“切割下的波导”。蜂窝金属结构实际上是并排堆叠的多个切割下的波导，经常用作屏蔽室的通风窗，类似于高SE外売。像任何孔ー样，当其内对角(g)是半波长时，波导使得所有入射磁场通过。因此，我们波导的切割频率由以下公式给出f；ut()ff= 150,000/g(当g以毫米为单位时，答案是以兆赫兹为単位)。在这一切割频率下，波导不会像普通孔那样泄漏(如图IA所示)，并且能提供更多的屏蔽对于f < O. 5fcutoff, SE近似等于27d/g，其中d是在波自由之前行进通过波导的距离。图IA示出由6个不同尺寸的切割下的波导所获得的SE示例。更小的直径(g)造成更高的切割频率，50毫米(2英寸)的直径获得I千兆赫兹的全衰减。増加的深度(d)造成的増加的SE，实际上获得非常大的值。切割下的波导不必要由管子制成，而是可以利用简 单的片状金属制品来实现，其中金属制品折叠适当的深度(d)从而不会将产品的尺寸増加过多。作为ー种技术，不是仅受到想象力的限制，而是必须在项目早期就考虑，因为对不使用导体的失败产品进行改进通常很难。导体不会穿过切割下的波导，因为这是对它们效果的折衷。切割下的波导非常适用于塑料轴(例如，控制旋钮)，以便它们不会危及它们退出外壳的SE。替代方案是使用具有环形导电衬垫的金属轴，并忍受最終的摩擦和磨损。切割下的波导可以避免对衬垫的连续剥除和/或对多种固定件的需要，并因此节省材料成本和装配时间。衬垫用于避免接头、接缝、门和可移除面板处的孔泄漏。对于简易匹配的装配，衬垫设计不太难，但是门、开ロ、盖子和其它可移除面板给衬垫造成了许多问题，因为它们必须满足多个矛盾的机械的和电的需求，更不用提化学需求(以避免腐蚀)。屏蔽衬垫有时也需要环境密封，添加中间物。图IB示出用于エ业柜子的门的典型衬垫设计，它利用导电橡胶或硅树脂化合物，以提供环境密封和EMC屏蔽。弹簧夹通常也用于这类应用。需要注意的是，用于将门或面板安全接地的绿/黄线不会对几百千赫兹的EMC有利。如果使用短宽的接地带而不使用长线，这可能延长几个兆赫兹。有来自多家制造商的海量种类衬垫可供选用，其中某些制造商还提供个性化定制服务。这ー观察结果掲示了没有ー个衬垫适合大范围的应用。设计或选择衬垫时的考虑包括⑴机械灵活性；⑵压缩形变；⑶大范围频率的阻抗；⑷腐蚀抵抗(关于配合材料的低流电的EMF，适用于所预期的环境)；(5)抵挡正常使用所预期的严苛的能力；(6)安装表面的形状和制备；(7)组装和拆装容易；以及⑶环境密封以及烟和火的需要。屏蔽衬垫有4种主要类型导电聚合物、导电包装的聚合物、金属网和弹簧夹。(I)导电聚合物(其中具有金属粒子的绝缘聚合物，兼作为环境密封，并且具有低压缩形变，但是需要显著的接触压，这使得它们很难不用杠杆辅助就用在人工打开的门中。(2)导电包装的聚合物(具有导电外涂层的聚合物泡沫或管非常软且韧，具有低的压缩形变。一些仅需要低水平的接触压。不过，它们不能使环境密封最好，并且它们的导电层可能更容易磨损。
(3)金属网(任意的或编织的)通常非常硬，但是却更好地匹配金属外壳的阻抗，因此较之以上类型具有更好的SE。它们具有较差的环境密封性能，但是目前ー些被提供来粘合环境密封，使得两种类型的衬垫可以用在ー种操作中。(4)弹簧夹(“手指存储”)通常由铍铜合金或不锈钢制成，且可以很灵活。它们最大的用处在于对必须容易人工提取(打开)、容易插入(关闭)并且具有高等级用处的模块(和门)。它们的消磁接触动作有助于获得良好的结合，并且它们与金属外壳的阻抗匹配很好，但是当它们不用于高压カ时，需要维护(可能每隔几年就用凡士林污溃)。弹簧夹也更容易受到偶然损坏，例如卷在外套袖子中并弯曲或者折断。弹簧夹以及它们之间的间隙的尺寸引起感应，因此对于高频或关键使用来说，可能需要双排,例如可以从大多数EMC实验室的门中看出。需对产品进行合适的机械预处理，才能够简单有效地安装衬垫。简单地吸附在表面上并挤在匹配部件之间的衬垫，可能不会最佳地工作——它们的组装螺钉拧得越紧，从而努力压迫衬垫使之具有良好的密封，那么固定件之间的间隙可能弯得越多，越打开泄漏间隙。如图IB所示，这是因为匹配部件的刚度不足，如果没有衬垫可挤入的槽的话就难以使匹配部件足够硬。槽也有助于正确定位，并且在组装过程中保持衬垫。衬垫接触区不必涂敷(除非它具有导电涂料)，并且所用材料、它们的制备和电镀 必须仔细考虑电蚀点。所有衬垫细节和测量结果必须反映在加工图上，并且必须评估对它们所提出的改变对屏蔽和EMC的影响。当涂敷工作转移给不同的供应商时，使衬垫无用是很普通的，因为掩模信息不会被设置在图上。由于对没有被掩住的衬垫安装区域的超范围喷涂的变化度，在涂敷过程中所使用的改变也可能具有有害效应(当不同的涂敷工人来进行涂敷时)。图IC示出在屏蔽外壳的壁中的大孔，利用内部的“脏箱”来控制通过孔的场泄漏。脏箱与外壳内部之间的接头必须与屏蔽罩中的任何其它接头一祥处理。基于以下两项主要技术可以获得多种屏蔽的窗ロ 塑料片上的薄金属膜和嵌入的金属网。(I)塑料片上的薄金属膜，通常是氧化铟锡(Ι )。在膜厚度为8微米及其8微米以上时，光恶化开始变得不可接受，并且对于电池供电的产品来说，増加的背光光源可能过于难以负担。这些膜的厚度可能不足以提供100兆赫兹以下的良好SE。(2)嵌入的金属网通常由变黑的铜线的细筛制成。对于与金属膜相同的光恶化来说，这些提供更高的SE，但是如果网眼尺寸不合适，那么它们可能受到显示像素的莫尔干渉。一种窍门是对角定位网眼。蜂窝金属显示屏也可获得非常高的屏蔽性能。它们是大量切割下的波导，并排层叠，并且大部分用在安全或军事应用中。波导极窄的视角意味着操作员的头避免任何其他人偷看他们的显示屏。金属网眼的尺寸必须小到不会将外壳的SE降低得过多。彼此靠近的大量小的相同孔的SE(大致)与它们的数量η成比例(SE = 201ogn)，因此两个孔将使SE恶化6分贝，4个将使SE恶化12分贝，8个将使SE恶化18分贝，依次类推。对于典型通风格窗的大量小孔来说，网眼尺寸显著小于对于同一 SE来说所需要的一个孔。就通风孔的尺寸超过四分之一波长的较高频率而言，这ー粗略的“每倍数6分贝”的公式可能会过于工程化，但是对于这种情況，没有简单的规则或经验公式。切割下的波导允许具有较大值的SE的高空气流率。蜂窝金属通风屏蔽罩(由许多长而窄的并排结合的六角形管组成)已经为此目的使用了许多年。可以相信，高屏蔽19”柜子架的至少ー个制造商要求为使用普通金属制品技术的上下通风孔使用切割下的波导屏蔽。
为通风孔设计的屏蔽可能非常复杂，由于需要清洗空气带来的沉积在屏蔽罩上的灰尘。仔细的空气滤波器设计可以使得通风屏蔽罩被焊接或以其它方式永久地固定在位置上。为了良好的感觉和外观，通常使用塑料外売，但是塑料外壳很难屏蔽。用诸如粘结剂(导电涂料)中的金属粒子之类的导电材料或使用实际的金属(电镀)涂敷塑料外壳的内部，在技术上是严苛的，并且如果有工作的希望，那么在模具的设计过程中需要注意细节。在发现有必要进行屏蔽时，通常会注意到塑料外壳的设计不允许通过涂敷其内表面来获得所需的SE。弱点通常在于塑料部件之间的接缝；它们通常不能确保密封匹配，并且通常不容易被密封。经常需要昂贵的新模具，同时市场引入和新产品的收益产生开始将延迟。对于新产品来说，无论何时需要塑料壳体，从设计之初就考虑获得必要的SE在经济上是致命的。
在塑料上涂敷或电镀决不能非常厚，因此所获得的集肤深度的数量可能非常小。ー些利用镍和其它金属的温和涂层已经发展成为采用镍的相当高的磁导率，以降低集肤深度并获得更好的SE。涂敷和电镀的其它实际问题包括使它们在所期望的环境中在产品的整个使用过程中粘在塑料衬底上。没有材料和エ艺的专业知识，是不太容易这么做的。产品内部脱落的导电涂料或电镀层将对EMC造成很多危害——可能使导体短路，造成操作不可靠并存在火灾和触电的风险。涂敷和电镀塑料必须由在这ー专业领域有长期经验的专家来完成。涂敷或电镀塑料的特殊问题是电压隔离。对于第二类产品(双重绝缘)来说，将导电层添加到塑料壳体内部可以降低漏电和间隙距离，并缓和用电安全。并且，对于任何塑料壳体的产品来说，向壳体的内表面添加导电层可以促进通过接缝和接头进行个人静电放电(ESD)，可能用对ESD的易感性问题替换了辐射干扰问题。出于商业原因，如果存在最終可能需要屏蔽的任何可能性，那么从最初设计过程开始就仔细设计塑料壳体非常重要。ー些公司通过在印刷电路板上或组件周围使用薄的且没有吸引力的低成本金属屏蔽罩，来精明地(预期双关语)进行包装，从而使得对于他们的漂亮塑料壳体来说没有必要承担双重的屏蔽任务。这可以节省大量成本并省去大量麻烦，但是必须从项目之初就进行考虑，否则没有多余的空间(或者错误类型的空间)来装配这类内部的金属制品。大批量导电的塑料或树脂通常在提供机械强度的绝缘粘结剂中使用分散的导电粒子或线。有时这会形成基本塑料或树脂的“集朕”，使得不插入螺旋线圈或类似工具很难获得良好的RF结合。这些绝缘集肤使得很难避免接头处产生的孔，也使得很难提供与连接器、密封管和滤波器的主体的结合。混合导电粒子和聚合物的一致性的问题使得在ー些区域外壳很差，并在其它区域缺少屏蔽。基于碳化纤维(本身是导电的)的材料和自身导电的聚合物，开始很容易获得，但是它们不具有金属的高导电性，因此对于给定的厚度不能给出好的SE。所有穿过屏蔽外壳的屏蔽电缆的丝网和连接器(或密封管)以及它们的360°粘结，是与外壳金属制品本身一样重要的任何“法拉第圆筒”的一部分。用于非屏蔽的外部电缆的滤波的整个组件和安装对于取得好的SE来说也是非常重要的。參见用于エ业柜子屏蔽(和滤波)中的最好实践的IEC 1000-5-6 (95/210789 DC from BSI)草案。參见用于电缆(和接地)中的最好实践的 BS IEC 61000-5-2 :1998。返回到我们的以尽可能低装配水平应用屏蔽从而节省成本的原始方案，我们应该考虑以PCB水平屏蔽的问题。理想的PCB级屏蔽总地来说是用屏蔽的连接器和安装在其壁上的传统滤波器来封闭金属盒，事实上，这仅是如上所述的产品级屏蔽外壳的微型版本。结果通常称为可提供极高SE的模块，通常用于RF和微波领域。较低成本的PCB屏蔽是有可能的，尽管它们的SE通常没有设计好的模块那么好。它总是取决于用于提供屏蔽罩ー侧的PCB中的接地层，使得简单的五个侧面的箱可以像任何其它组件一祥装配在PCB上。将这五个侧面的箱以多个周围环境中的点焊接在接地层上，创建围绕电路的所期望区域的“法拉第圆筒”。各种标准的五个侧面的安装PCB屏蔽的箱通常很容易获得，并且专攻于这种精密金属制品的公司通常采用用户定制的设计。箱利用搭锁的盖子，以便当盖子打开时，可以容易地进行调整、访问测试点或替换芯片。这种可移动的盖子通常与环境周围的弹簧夹配合，以当它们关闭在适当位置上时可以取得良好的 SE。这种屏蔽方法的弱点是明显不同的孔的变化，孔如下由焊接的接地层之间的间隙造成的孔；接地层中的任何孔(例如通路和通孔周围的余隙)；以及五个侧面的箱中的任何其它孔(例如通风、连接到可调整组件、显示器等的通路)。将五个侧面的箱的边缘密封焊接到组件侧接地层，可以用耗时的人工操作为代价消除一组孔。为了最低成本，我们希望将我们所有的信号和能量都提供给作为轨道的PCB的屏蔽区域，避免导线和电缆。这意味着我们需要使用等效于安装隔板的屏蔽连接器和安装隔板的滤波器的PCB。等效于屏蔽电缆的PCB轨道是在两个接地层之间行进的轨道，通常称为“带状线”。有时，保护轨道运行在同一铜层的这一“屏蔽轨道”的两侧上。这些保护轨道具有非常多的通孔，将它们连接到上下接地层。这里，每英寸通孔的数量是限制因素，这是因为它们之间的间隙用作屏蔽孔(保护轨道本身具有太多的自感应，从而以高频提供良好的SE)。当图1A-1E用于确定通过间隔吋，由于PCB材料的介电常数大致是空气的四倍，所以它们的频率轴应该除以2 (PCB介电常数的平方根)。一些设计者不会为保护轨道费心，而是仅仅使用通孔来“连同”正被讨论的轨道。为了避免谐振，随机改变所期望空间周围的通孔行的间隔是个好主意。在帯状线进入由屏蔽罐封闭的电路区域处，它们的上下接地层(以及任何保护轨道)在靠近带状线的两侧被连接在屏蔽罐的焊接接头。只具有单个接地层而另ー侧暴露于空气中的轨道，就是所谓的“微波传送带”结构。当微波传送带进入被屏蔽的PCB箱中时，它将由于箱的壁而变得阻抗不连续。如果微波传送带中信号的最高频率组分的波长比箱壁的厚度(或箱安装盖板的宽度)大100倍，那么不连续性可能太短而无法记录。但是如果不是这种情况，那么可能发生性能的某些恶化，因此这种信号最好利用帯状线来发送。所有被屏蔽的轨道由于经过被屏蔽的PCB区域，所以必须被滤波。通过有可能利用PCB屏蔽而不是这种滤波来获得显著改进，但是这很难预測。因此，滤波应该总是被列入计划的(至少对于原型来说，并且只有在EMC测试成功后才从PCB布图中移除)。
最好的滤波器是穿通型，但是为了节省成本避免布线型是有利的。有引线的PCB安装型是可获得的，并且能以通常的方式焊接到PCB上。然后，有引线的PCB座在其于后续阶段进行安装时，用手焊接到屏蔽盒的壁。通过将滤波器的中心触点焊接到潜在的接地层，可以更快地进行组装，这使得屏蔽箱和同一接地层之间的焊接接头在其两侧非常接近。后ー构造也适合表面安装的穿通滤波器，这能进一歩降低组装成本。但是，穿通滤波器，即使是表面安装型的，也仍然比简单的铁氧体磁珠或电容器昂贵得多。为了在开发EMC测试中找到成本最合算的滤波器，同时也最小化延迟和避免PCB布图反复，可以采用以下任何滤波器结构来容易地创建多目的焊接点型(I)零欧姆链接(没有滤波器，当EMC测试新的设计时，通常用作起始点)；(2)与信号串联的电阻器或铁氧体磁珠；(3)连接至接地层的电容器；(4)普通型的扼流器；(5)电阻器/铁氧体/电容器组合(三通管、LC等，更详细的參见这一系列的部分3) ；(6)穿通电容器(即中心管脚接地，不是真正的穿通)；以及(7)穿通滤波器(三通管、LC等，中心管脚接地，不是真正的穿通)。多目的焊接点也意味着本发明不限于专有的滤波器，而是能以最低的成本被创建，以最好满足电路(和作为整体的产品的)需求。
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在寻找EMI/EMC解决方案中，现有的技术是笨拙和麻烦的。例如，现有技术使用匙状物(它们是一些在伸出部分具有凹痕的小凸状)，这样ー来它们就聚在一起并朝着相反方向。一个转变成另ー个，这样它们就相配并必须做物理接触。这些结构弯曲，并且当它们中的ー个在平面内弯曲并且它们不再接触吋，它们将失去它们的导电性。于是，现有技术将开始泄漏EMI。它们的耐受性差，并且非常昂贵。此外，被设计为解决这些问题的现有制造技术需要形成外壳，以便它必须具有榫槽接合或其它禁止的方案。
发明内容
本发明提供了一种通过利用沿着电子设备外壳内部的各种三维体进行电磁干扰屏蔽的一系列选项，其中盖板中具有对应的反向三维体，使得EMI穿过接缝并在箱内部通过吸收和反射循环被消散(衰减)。在主实施例中，凸状的四分之一球体或扇贝沿着五侧面式箱的内部是连续的，所述五侧面式箱由金属或导电聚合物，像是镍板式碳纤维构成，或者由另外的“混合材料”，像是超塑料锌(SpZ)构成。箱中的三维体和盖板中的三维体(5*1结构中)被形成为彼此相反(“凸的”和“凹的”)。在优选实施例中，它们是穿过箱和盖板的内周边的连续单个行。在其它实施例中，不规则间隔和形状増加了 EMI屏蔽的有效性。在另外ー些实施例中，体大小的改变会増加体的三维表面的复杂性。在其它变体中，本发明在三维表面(主体)上提供“波纹的”额外层或子体。额外的三维表面提供了跟随主三维体的总体“曲线”的附加反射和吸收循环。这样的子体实际上可以是随机的，或者是被数学上图样化的(例如，实际上是分形的)。
图1A-1E示出各种现有技术的电磁干扰屏蔽原理；图2示出本发明可以实现的外壳的样本模型，其中本发明具体实施ニ维EMI屏蔽方案中“有效长度”的原理；
图3示出ニ维EMI衰减方案能实现的不同概念型；图4 A示出ニ维实施例的三片方案；图4B示出ニ维实施例的分解视图；图5A示出实现三维体的本发明的第一实施例；图5B从不同角度不出本发明的第一实施例；图6示出本发明第一实施例中五面式箱的形状平面的前视图；图7示出本发明第一实施例的冲压成盖板的体的平面；图8A示出“凹状”部分球体的样本细节；图SB示出“凸状”部分球体的闭合视图；图9示出在本发明外壳的样本三维体中经由反射和吸收循环的EMI屏蔽的原理；图IOA示出在装配起来的外壳之接缝(空间)中的EMI衰减的原理；图IOB示出本发明的在提供EMI屏蔽中的进ー步操作；图11示出在另一可替代实施例中的立方体体的双行；图12示出本发明可替代实施例的概念构思，其中三维体的几何尺寸被配置在各种维度的參数之间；图13示出在五面式箱的三维体的配置中两个样本自由度形状的高度以及(在X方向上)体之间的距离；图14示出在五面式箱的三维体的配置中三个样本自由度可替代扇贝高度、可变扇贝深度、扇贝和可变扇贝深度之间的可替代间距；图15示出具有可替代高度的三维扇贝和可替代翻转体的扇贝；图16示出具有高度和间距的变化的非周期体的两个自由度；图17示出具有可变扇贝高度、扇贝之间的间距和扇贝的不同深度的附加自由度的样本；图18不出具有相等间距的交错扇贝；图19示出交错扇贝的连续扇贝体(周期的)；图20示出具有周期形状的可替代交错扇贝和扇贝之间的间距；图21示出延伸到密封接缝外面的可变高度的体；图22示出以不规则形状(波动形状)配置的三维图的周期型；图23示出具有各种间距的规则形状扇贝的非周期型(为间距的非规则型)；图24示出不规则形状的重叠“类扇贝”形状的非周期型；图25示出横跨箱和盖板的接缝的可替代型；图26示出跨接缝的可替代型(非周期)的第二变体；图27示出跨接缝的连续可替代(波动的)型的第二视图；图28示出跨接缝的波动型，其中箱的凸状体具有“弯曲”表面(TORTUREDSURFACE )；图29示出在箱的凸状体中具有整个周期型的“不规则表面”；图30示出在盖板凹状体中的不规则表面；图31示出在凸状和凹状三维体中的不规则或不规则碎片形表面体；图32示出在具有箱组件的凸状和凹状体中的不规则体的空间；
图33示出三维表面体的放大样本；图34示出“匹配”不规则体；图35示出凸状体中不规则表面的细节视图，其中在凹状体中具有规则的广泛表面；以及图36示出型不匹配的凸状和凹状体中的不规则体的闭合图。图37A不出用于确定屏蔽有效性的样本系统；以及图37B为反射、透射和吸收(多次反射)循环的代表性样本。
具体实施例方式现在參见图37A和37B，其表示一些屏蔽有效性限定概念 SEe = 201og10(E(入射)/E(透射))和SEh = 201og1Q(H (入射/H 透射))屏蔽dB =反射い吸收い多次反射dB表I :场分量
E-ィ入射)=ΕΛ (入射)6 0)ζΑ〉χ
Η->(入射)=射)—0V>x -— —— --
E->(反射卜Ea (反射产a->x
E(l)-> = EA(l)e_^a->x
H(l)-> = EA(l)/ne_^a->y
Ε(2)-> = Ελ(2) e~jcfa->x
Η(2) ->=EA(2)/ne_^ a->y
E->(麵) = Ελ (透射)·a->x
H->(蒲)=Ελ (珊)/n(0,j_a->y表2:參数σ =材料的电导率(S/m)μ = UtlUr =材料的渗透率(H/m)ε = ε。ε r =材料的介电常数(H/m)y =V (j ω μ ( σ +j ω ε )=无限介质的传播常数n =V (j ω μ / ( σ + j ω ε )=介质的固有阻抗tIq = V Ι^/ε。=自由间阻抗；β ο = ω V μ /ε。=自由空间相位常数；δ = V 2/ω μ σ =材料的透入深度；针对E->场的评估
权利要求
1.一种用于需要电磁干扰EMI屏蔽的电子设备的外壳，所述外壳具有多个侧面，所述侧面包括导电材料，并且每个所述侧面具有一宽度，并且其中所有所述侧面具有沿着所述宽度的容积波衰减部分，其中所述每个容积波衰减部分与EMI波传播干涉，从而提供足够的屏蔽，其中所述容积波衰减部分沿着具有所述宽度的所述所有侧面是连续的。
2.根据权利要求I所述的外壳，其中所述容积波衰减部分是部分球体或扇贝。
3.根据权利要求I所述的外壳，其中所述容积波衰减份部分由双行体组成。
4.根据权利要求I所述的外壳，其中所述容积波衰减部分从内部容积隆起。
5.根据权利要求I所述的外壳，其中至少一个所述侧面形成具有边缘的顶面，并且其中所述容积波衰减部分沿着所述边缘行进。
6.根据权利要求I所述的外壳，其中所述容积波衰减部分包括多个升高的轮廓，所述 多个升高的轮廓适当分布以提供需要屏蔽的波频率范围的衰减。
7.根据权利要求I所述的外壳，其中所述导电材料是导电或涂覆聚合物。
8.根据权利要求7所述的外壳，其中所述导电材料包括涂覆金属的碳纤维。
9.一种为电子设备提供电磁干扰EMI屏蔽的方法，包括以下步骤 提供具有由导电材料构成的多片的外壳，所述外壳具有至少一个接缝；并且 沿着至少一个所述片的周边的至少部分设立第一系列的三维EMI屏蔽体，使得所述系列的三维EMI屏蔽体穿过由所述至少一个接缝限定的平面， 并且进一步包括以下步骤设立与所述第一系列的三维体对应的且被配置成与所述第一系列体反向的第二系列的三维体，使得在所述多片被组装时，所述第一组三维体与所述第二组三维体之间存在空间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一组体是向外弯曲的部分球形的三维体。
11.一种用于电子设备的多片外壳，包括 五侧面式基底，具有内部空间、开口端以及沿着所述开口端的周边配置的第一电磁干扰EMI屏蔽型，其中所述第一EMI屏蔽型包括沿着所述周边连续的一系列第一三维体；以及 盖板，被配置成适配到所述基底之上并且设立六侧面式容器，所述盖板具有底侧面和顶侧面，并且包括第二电磁干扰EMI屏蔽型，所述第二 EMI屏蔽型具有围绕所述盖板的所述底侧面的周边的一系列第二三维体。
12.根据权利要求11所述的多片外壳，进一步包括多个连接片，所述多个连接片通过所述盖板的顶侧面适配到所述五侧面式基底的所述开口端的周边中。
13.根据权利要求11所述的多片外壳，其中所述第一三维EMI屏蔽型和所述第二三维EMI屏蔽型被配置成互补的，使得在所述盖板被放置在所述五侧面式基底上时，所述第一三维EMI屏蔽型和所述第二三维EMI屏蔽型适配在一起。
14.根据权利要求11所述的多片外壳，其中所述第一三维体和所述第二三维体是部分球形的。
15.根据权利要求14所述的多片外壳，其中所述第一三维EMI屏蔽型包括围绕所述五侧面式基底的所述开口端的周边的至少两行所述球形体。
16.根据权利要求11所述的多片外壳，其中所述第一三维体是连续环绕的，彼此间没有间隔。
17.根据权利要求16所述的多片外壳，其中所述第二三维体是连续环绕的，彼此间没有间隔。
18.根据权利要求11所述的多片外壳，其中所述第一三维体中的每一个各包括一组表面体，该组表面体包括额外三维波纹。
19.根据权利要求18所述的多片外壳，其中所述第二三维体包括与所述第一三维体上的所述波纹相对应的波纹。
全文摘要
本发明涉及形成在电子外壳中用于提供电磁干扰(EMI)屏蔽的具有多个参数几何形状和表面的三维体。本发明提供了一种包括计算机机壳的电子设备外壳的结构，其中可以为部分或四分之一球形或立方形或其它周期性“型”形式的三维体可以被冲压、模制、切割或挤压成盖子和五侧面式“箱”，以提供增强的EMI屏蔽，使得对衬垫的需要被减少或消除。
文档编号H05K9/00GK102858144SQ20111021158
公开日2013年1月2日 申请日期2011年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者保罗·道格拉斯·科克拉内, 图姆·斯米, 大卫·博加特·多尔特 申请人:保罗·道格拉斯·科克拉内, 图姆·斯米, 大卫·博加特·多尔特