专利名称：表面贴装弹簧垫圈和电磁干扰外壳的制作方法
1．发明领域本发明总的涉及电磁屏蔽领域，具体涉及有助于要连接到一起的元件之间的电连接的表面贴装弹簧垫圈，以提供电磁屏蔽。
背景技术：
说明电磁干扰(EMI)是电子设备工作中所面临的普遍问题。EMI是进入电子设备的特定部分的不希望有的在此引起干扰的电磁能，或由电子设备的特定部分发射的不希望有的在此引起干扰的电磁能EMI会使电子设备的部件或电子设备的功能不正常或完全失效。
通常，为了减少EMI问题，把电子设备装入金属机壳内。为了降低成本机重量，一些外壳用例如不导电的塑料制成，以满足更小的EMI外壳的需要。此外，为了屏蔽安装在印刷电路板(PCB)上的电气元件不受也安装在PCB上的其它电气元件所产生的EMI的影响。有时，还需要小的EMI外壳，这已是公知的。用于PCB的EMI外壳通常包括有顶的平板金属构件和至少四个面向下的安装在PCB上的壁，以便把要求EMI屏蔽的电子元件装在内。但是，构成EMI外壳的这些平板金属件的制造、安装和连接，以及EMI外壳与PCB的直接所需的各种劳动都是很重要的，而这些劳动使电子设备的EMI屏蔽部分所需的费用很高。例如，已知的由美国1995年5月23日出版的美国专利5418685号公开的外壳由两个半边件构成，即上半件和下半件，每个构件设计成位于PCB的相对边上，并使两半边构件连接在一起，构成包括内壁的用于PCB不同部分的EMI外壳。但是，如果外壳的两半边构件不是制造得极精确，那么，在它们与PCB连接的壳壁部分有平整度误差，这使其电接触不充分，因而不能完全满足EMI屏蔽的要求。尽管已知在PCB接触区(例如接地的平面导体路径)与EMI壳的两个半边件的面向下的壳壁之间设置各种类型的垫圈作为“填充件”，但是，当前的垫圈有些不适用。不适用的原因是，外壳半边件包括的几个内壁要与PCB构成良好接触。壳壁有间隙，在这些间隙中有许多导体和导线进入PCB或从PCB伸出。由于一些壁段的长度只有0.3英寸和PCB上的接地平面导体的宽度通常只有0.1英寸，因此，这些间隙和内壁对寻找合适的垫圈实质上增大了难度。使用市售的垫圈，例如，广泛使用的叫作“指形托盘(finger stock)”的金属弹簧是不合适的，因为与尺寸小的导体和这么小尺寸的壳壁相比，金属弹簧的尺寸较大。把这些垫圈切割、安装和插入到这么小尺寸的导体和壳壁上需要大量的劳动作业。而且需用各种导电弹性元件。加入导电弹性元件再次明显增大了产品成本。另外的要求是，要对PCB经常维修，因此垫圈要能重复使用。
综上所述，要提供一种特别适用于有小壳壁和/或带小开口的壳壁的EMI外壳与PCB连接用的弹簧垫圈。而且，新的弹簧垫圈要能重复使用和更便宜。
发明概述本发明提供一种适合于用拾取和放置机构在PCB和EMI基准导体上淀积成表面贴装器件的基本上为平面型的弹簧条。弹簧条基本上是平面型，并包括至少一个由弹簧平面伸出的啮合部分，由于EMI外壳连接到PCB上，因此，啮合部分与EMI外壳构成电接触。
附图的简要说明
图1是安装在PCB上的EMI外壳的截面图；图2是图1中PCB的顶视图；图3是用于图1所示的EMI外壳与PCB电连接的按本发明原理构成的表面贴装弹簧垫圈的等角投影图；和图4a、4b和4c分别是图3所示弹簧垫圈的顶视图、侧视图和端视图。
优选实施例说明图1是通过EMI外壳2和PCB4的截面图。外壳2包括顶部6，外壁部分8和内壁部分10。PCB4包括安装其上的多个电子元件12、包括为防止EMI而要隔开的某些元件组12。更具体地说，当外壳2固定到PCB4上时，壳壁8和10共同构成内部EMI外壳14，16和18/20。用各种常规方法中的任何一种，例如，用螺丝22，可以实现这种固定。外壳2可用平板金属件构成，用常规方法相互连接，构成EMI外壳2。而且，外壳2可包括例如铝的导电材料的单一铸件。在一些应用中，铸件可能是构成外壳2优选的低成本方法，由于在铸造工艺中外壳2中有整体构成的导热支柱24，在外壳2安装到PCB4上时，导热支柱与所选择的元件12构成热接触，因此，铸件对所选择的元件12也有散热作用。注意，为了使承载信号的连接件和导体能沿PCB4的表面通道进入和伸出EMI外壳14，16和18/20，通常要求外壳2的内壁8和外壁10偶尔有间隙。如图示的壁8中的间隙25。
图2示出用常规方法在PCB4上形成的接地平面导体线路26，它与外壳2的壳壁对准，并用于与外壳2构成电接触并形成EMI外壳14，16和18/20。尽管线路26叫做“接地平面”线路，应知道，该术语是指覆盖不必是地电位的位置处的线路26，而且，为实现发明目的，从外壳2至能足以建立EMI保护的PCB4上的任何基准电位路线26的电连接是可以接受的。注意，线路26偶尔也包括与外壳2中形成的间隙25对准的间隙28，以使信号线路的原封不动的通道(没具体画出)容易地进入或穿出EMI外壳14，16和18/20。
本发明还给外壳2与PCB4的导体线路26之间提供有效地电接触。注意，导体线路26较小，例如只有0.1英寸宽，而外壳2的壳壁8和10的厚度约为0.08英寸。
而且，为使所述的连接件和信号线路能进入和穿出EMI外壳14、16和18/20，在导体线路26中设置间隙28。而且，注意，当用较便宜的零件作流行的外壳2时，与PCB的导体线路26接口部分的较严格的平整性技术指标(为与导体线路26构成良好接触所要求的)使外壳2的成本明显增大。考虑到导体线路26的宽度极窄，有转弯和间隙，常规的叫做“指形托盘”的金属弹簧通常是不适用的。为了确保导体线路26与外壳2之间的紧密装配，通常也不允许沿导体线路26用导电元件和/或弹性元件，因为这些导电元件和弹性元件的插入工艺的花费很贵和/或要更多的劳力。
按本发明原理，提供图3和图4所示的表面贴装弹簧垫圈30。弹簧垫圈30包括例如是镀金的铍青铜的导电材料的平面矩形件，该矩形件的尺寸要适于用常规的拾取和放置的表面贴装装置沿导体路线26进行表面贴装。图2展示出拾取和放置表面贴装装置32的功能，在对应表面贴装焊盘对31处的线路26上的放置弹簧30是可以表面贴装的常规装置。拾取和放置装置32包括真空操作的喷嘴34，正如本行业技术人员所公知的，按设计者规定的预定的放置方式，依次连续拾取垫圈30并把它们放在沿导电路线26的预定焊盘位置，以确保每个外壳14，16和18/20达到EMI技术指标。例如，弹簧30按3/4英寸一个速度沿导体线路26放置，或者，对EMI的位置要求更严格，使它们的放置位置很精确。
如图3所示，弹簧30至少包括一个，在优选实施例中是两个，由弹簧30的平面凸起的薄片或扁尾(tang)36它使弹簧30产生“弹簧”功能。可以弹簧体30“切去”而构成扁尾36，如图3和图4所示，或者，在另一实施例中只包括在弹簧30的相对端升起的弯头。使用中，当外壳装在PCB4上时，扁尾36首先啮合，事实上是“埋入”外壳2面向下的末端。该埋入弹簧作用有助于接地线26和它的接触位置至EMI外壳2之间的良好电连接。优选实施例中，弹簧30实际上是对称构成的。这种对称使弹簧30在其中间交叉点达到平衡。因此，用拾取和放置装置32用真空吸嘴34在其中心点35能可靠地提升和放置。而且，注意，扁尾36中包括斜带38，在其制造过程中用另外的步骤构成该斜带，以在每个扁尾36的顶上构成向上升起点40，以确保在外壳2的良好电接触。
关于弹簧30的应用，正如本行业技术人员所公知的，用丝网印刷工艺形成导体线路26，以在弹簧30要顺序定位的所有位置形成焊料表面贴装足迹。之后，拾取和放置装置32把装置30与要表面贴装的那些电气元件12一起自动定位到PCB4上。之后，用例如常规的回流焊设备把电气元件和弹簧30固定到位置中。此后，外壳2的壳壁与导体线路26对准，并用常规方法，例如用螺丝22固定到PCB上。
图4a，4b和4c示出了常用的弹簧30的详细尺寸。
按本发明，避免了用昂贵的手工操作沿导体线路26的可能是弯曲的路线放置弹性中，导电元件和其它类型的机械弹簧，由此，大大降低了EMI外壳与PCB之间设置EMI垫圈的费用。本发明不仅给EMI弹簧提供自动的精确定位，还提供了能重复使用的EMI弹簧，因此，当要维修或其它原因时可以卸下EMI外壳，之后，再安装到PCB上。
图示的优选实施例中，用价格低廉的铸造技术构成铝EMI外壳2。制成的铸件在要与导体线路26匹配的壁端是平整的，其误差范围是±0.01英寸，导体线路26的平整性误差也约为±0.05英寸，它与外壳误差的附加组合，使总平整性误差为±0.015。如图3和4所示，弹簧30的扁尾36具有0.047英寸的最大弹性限度，因此，足以允许使用有较大平整性误差范围的价格更低的EMI外壳。
因此，已展示出用作PCB与EMI外壳之间的精密而价廉的垫圈的新颖的弹簧。本行业的技术人员在阅读了所述的说明之后还会做出许多改变和改进。但应知道，图示实施例只是作为说明例，它不能限制以下所要求的保护范围。例如，尽管弹簧30最好是用波峰焊固定到线路26上，但其它导电连接方法，例如环氧粘接，也可以用。此外，弹簧30和扁尾36可以有图示矩形以外的其它形状。而且，可由图示的实施例出现各种变化，例如，扁尾36从弹簧平面凸起，和在每个弹簧中构成多个扁尾等方式。最后，尽管图示的弹簧设计成对称的，在某些应用中，也许不要求对称。所有这些变化均包括在权利要求保护的范围内。
权利要求
1．PCB上的接地导体与适合于与其电连接的EMI外壳之间确定导电线路的方法，包括沿PCB上接地导体按预定间隔位置设置表面贴装器件放置区；用拾取和放置装置把多个导电弹簧自动定位在各个表面贴装器件的放置区，每个弹簧中形成有的向上的啮合部分；和所述的导电弹簧固定到所述表面贴装器件放置区上。
2．按权利要求1的方法，其中，所述固定步骤包括用回流焊法把所述导电弹簧条焊到所述表面贴装器件放置区上。
3．按权利要求1的方法，还包括把有多个面向下的壳壁部分的EMI外壳固定到所述PCB上，使所述壳壁部分与PCB上的接地导体对准，所述导电弹簧条的所述面向上的啮合部分与EMI外壳的所述壳壁部分啮合，由此在EMI外壳与PCB的接地导体之间形成导电线路。
4．在PCB上的接地导体与要与其电连接的EMI外壳之间建立接地导电线路的装置，包括基本上是平面的弹簧导电材料的细长条，以适合于用标准表面贴装技术电连接到接地导体，所述弹簧条包括至少一个从所述PCB的相对方向伸出的啮合部分，在EMI外壳固定到PCB的过程中，所述啮合部分适合于啮合到EMI外壳的相邻部分。
5．按权利要求4的装置，其中，所述PCB上的所述接地导体具有给定宽度，基本上为矩形的弹簧条的宽度少于所述接地导体的给定宽度
6．按权利要求4的装置，其中，所述弹簧条是对称构成的，以使其有中心负荷平衡点。
7．按权利要求4的装置，其中，所述啮合部分包括基本上是矩形的从所述弹簧条的平面切割出并升高的薄片。
8．按权利要求4的装置，其中，所述啮合部分包括从所述弹簧条的平面升高的所述弹簧条的弯头部分。
9．按权利要求7的装置，其中，所述矩形薄片包括其中的斜带，因此，其末端中的弯头面向上，以在外壳固定到PCB的过程中啮合EM2外壳的相对壳壁部分。
全文摘要
在印刷电路板(PCB)上的接地导体与电磁干扰(EMI)外壳的面向下的壳壁之间确定导电线路的方法和装置,用能表面贴装的弹簧条。沿PCB上的接地导体按预定的间隔位置设置多个表面贴装器件的放置区,并用拾取和放置装置把多个导电弹簧条自动定位在各个表面贴装器件放置区,每个弹簧有至少一个面向上的啮合部分。此后,用例如波峰焊方法把导电弹簧条固定在PCB上。EMI外壳固定到PCB的过程中,啮合部分要适合于与EMI外壳的邻近部分啮合并构成导电接触。
文档编号H05K9/00GK1282504SQ98812376
公开日2001年1月31日 申请日期1998年12月15日 优先权日1997年12月19日
发明者C·克利 申请人:西门子医疗系统公司