屏蔽基元及其制造方法

专利名称：屏蔽基元及其制造方法
技术领域：
本发明是一种用于提高电气，特别是电子功能组件的电磁相容性的屏蔽基元及其制造方法。
电子元件、对电磁辐射干扰敏感的测量及检验设备，以及类似仪器需要一种屏障装置来抵抗在工作场所存在的电磁场，以确保其正常使用。
因此，这些器件、仪器均置于在壳壁中含有导电材料的屏蔽外壳中，其作用有如一个法拉第笼。
此种外壳亦可使用于本身会发射电磁射线的仪器或电子组件上，来屏蔽对周围环境中的辐射。例如，可用于防止泄漏机密信息或妨碍其它仪器的工作。目前，电子仪器设备使用日益增多，而且这些仪器设备工作时相距可能很近，因此用以防止电磁干扰(Electro-magnetic Interference＝EMI)或阻止EMI发射的屏蔽措施必须更为有效。最后，仪器设备的性能及灵敏度的不断增加导致对屏蔽措施进一步改善的需要。但可供此措施使用的空间越来越小，因为仪器本身更需小型化。因此，除电子装备的实际使用性能外，“电磁相容性”已成为目前决定电子仪器质量的一个重要因素。
如果该外壳需具有一种“多部分”结构(事实上也是大部分实际使用的情形)，它至少必须可以在需要时能打开(例如，为更换新电源或进行维护)。为了形成有效的电磁屏蔽，该外壳在打开时需相互分开及关闭时要重新装在一起的各部分就需要具有弹性导电密封。
已熟知的如弹簧式金属密封垫可用于此目的。但这种技术的结构复杂，且屏蔽效果极易受氧化及污染的影响。
此外由例如US 4659869或DE-OS 2827676已知，导电或导电化的弹性体可制成弹性密封轮廓。弹性体的导电化可通过添加碳或金属微粒混合来达到。
这种密封轮廓通常制成分离的、尤其是闭合的环状密封垫(特别是以压铸件的方式)，然后置于需屏蔽的外壳之内壁边界区域或插入导电屏蔽表面(也可以是印刷电路板)之间，并以这种方法为一个封闭的电磁屏蔽空间形成导电的密封封装。
制造这种密封轮廓的压铸工艺会产生很多废料并且很难加工，因为将形状极不稳定的屏蔽基元精确地置于相应的导槽内需要高度的工艺技巧而且很难自动化。
特殊外壳所需要的形状复杂的密封元件的安置需要特殊的设备，这又会导致整个外壳制造的成本增加。此外，密封元件精确的安置定位十分费时且需要校验、检查。
另外，损坏及替换下来的此种密封轮廓由于其所含必需的金属添加物成分很高而很难再度利用。
将此种屏蔽轮廓加热至可塑状态在有关外壳部分上成形，并在较高的温度及/或高压下加以固化的方法亦已熟知。
此方法不适用于对温度及/或压力敏感的零件上，诸如印刷电路板或镀金属的塑胶外壳，而且由于这些材料的抗撕裂性能低，在脱出模子时会发生问题，导致相当高的废品率。特别是形状复杂的外壳及密封垫，常常需要在压出边缘上进行费时和昂贵的后处理。
如果两块相互迭在一起的印刷电路板的边缘区域需要进行屏蔽处理，使得两板之间的空间相对于外部空间电磁屏蔽并密封，则根据两电路板间距离的大小的不同，可能需要相对较高的屏蔽轮廓。这样的屏蔽轮廓(总体单一地作为灵活的密封基元制成)机械稳定性较差且不能保证长期稳定的屏蔽效果。
本发明的目的在于提供一种特别适用于需要反复开启闭合的屏蔽外壳以及印刷电路板间空间密封的屏蔽基元及其制造方法。该屏蔽基元的构造应使它能方便地、可自动化地安装使用，以及能尽量充分地利用原材料。特别是，这种屏蔽基元及其制造方法能用于简单廉价地大量制造屏蔽外壳和印刷电路板的屏蔽。
为达到上述目的，本发明的屏蔽基元设有一基本上固定的基座(支架)单元，它具有至少一由导电材料构成并直接施放在基座单元的一轴向延伸表面上的可压缩或弹性层或相应的条(束)。
其制造方法为弹性导电材料在压力的作用下从一空心针或喷嘴以一层或条(束)的形状在糊状或液状直接施放在固定的基座(支架)单元的相应区段上，且/或弹性导电材料通过压力用空心针或喷嘴直接以喷压的方式施放在需产生成形体的零件的区段。材料以一长条束的形状喷出，并具有基本上与空心针或喷嘴内腔相同的剖面形状。施放后，它保持该剖面形状并固结硬化成一相应的弹性体。
本发明是根据一构想，即用一固定的预制部分和一(特别是用压喷方式)直接施放于外壳表面的弹性导电密封轮廓来制造屏蔽基元。这种屏蔽基元通过施放一种具有所需要特性，在表面上快速固化的糊状或液状物质而生成。该物质通过一在固定部分上受控引导的开口上流出。这种物质为某种塑料物质，含有导电掺入物-特别是以金属微粒或碳微粒的形式。这种屏蔽基元要远比那种常用的、完全用弹性物质制成的密封环容易使用，密封环由于截面很小难以变形而且容易撕裂。由于它的尺寸很小，常常在喷注槽里的废料要比注入工件上的材料都多。
预制的固定部分主要具有框、边的形状，并可以用传统的方式通过挤压或喷注的工艺用空气中硬化的热塑材料制造。预制部分可由含有导电混合物的塑料(此种导电混合物也可含有弹性物质)或表面金属化产生。通过适当地(例如环绕固定部分的边缘区域)施放导电密封物质，该固定部分也可以由非导电材料制造。相应地，可以依据本发明在一外壳中或在两印刷电路板之间引入一内壁，在其顶边上装有弹性导电环。这样引入的内壁构成一屏蔽面，它与导电的相邻平面相连也能构成法拉第笼的一部分。
根据应用的情况不同，弹性密封体的施放可只在固定部分的表面的一面或若干面上(特别是在两个相对而置的表面上)进行。
通过上述构造可制造具有广泛应用领域的屏蔽基元。它一方面避免了前面所提到的使用复杂的问题，另一方面达到了良好的材料利用率和再生利用性。
如果施放该种轮廓的空心针或喷嘴(特别是在计算机控制下)在需要置放屏蔽轮廓的固定部分的那部分区域上引导运动，可以达到轮廓成形的很高的精度和很好的灵活性。因此，即使是小批量的复杂形状屏蔽轮廓也可以经济地制造。
屏蔽基元的特殊截面形状(例如含有下切口或凹口)的产生则通过一相应成形的基本上固定的边框或一相应的框架部分(例如，用注塑或压制工艺)来完成较为有利。
与制造固定部分无关，复杂的弹性密封形状的制造也可在它自身过程中完成为了制成一多层的屏蔽轮廓，喷针或喷嘴须多次至少在预先决定需要置放弹性屏蔽轮廓的那部分区域上引导运动并每次生成一预先精确规定的一段轮廓。通过这个方法可以在先后数道工序中产生一具有预先规定剖面的轮廓。具体地说，可以只用一个同样的喷嘴多次在需施放材料的地点喷涂，或者用若干喷嘴先后施放不同的材料束，最终组成所希望的密封形状。
这种方法的首要优点是能产生具有预先规定的弹性性能的轮廓剖面，并且这种弹性并非由材料的压缩性能，而是由某种弯曲变形提供，例如弯曲的唇状轮廓或空心轮廓的情形。
特别要提出的是，无须所有的材料束都具有导电掺入物。因为根据电磁场定律，即使近似线状导体已能达到很好的屏蔽作用。
利用上述措施，也可以在固定部分上毫无特别困难地产生沿着其伸展方向剖面大小变化的复杂形状的密封轮廓。这使得轮廓的剖面沿着需密封的边缘在很大范围按具体要求变化。这样，可以产生某种特殊形状的屏蔽轮廓，它们的连接方式不允许分段产生和装配。于是，在轮廓伸展方向上就没有轮廓接缝，从而保证了密封和屏蔽效果不会在任何一段失效。
通过多次在预定区域上引导喷针或喷嘴的运动并施放不同的弹性材料(其中至少有一束为导电材料)，可以产生具有最佳的导电、抗腐蚀及弹性性能的密封屏蔽。
为根据本发明施放屏障轮廓，可使用电脑控制的操纵工具。这种工具可以在三维空间中引导喷针或喷嘴，而第四个变量根据喷针或喷嘴的进程控制液体或浆状材料的喷量。第五个控制变量可用于选择材料，从而选择不同的材料条(束)交替施放，或在一道工序中按不同比例混合同时施放。这使整个剖面的材料特性可在其径向或轴向按其位置变化。这种变化的特性包括材料的导电性，弹性(可弯曲性或可压缩性)，及/或硬度或粘合性能。用这种方法，也可由屏蔽密封基元的粘合达成密封，如果相邻的材料条(束)具有对应的特性。
本发明的其它专利的进一步发展的特征将于后根据附图一并说明。


图1为根据本发明的实施原则的屏蔽基元的制造与应用概图。
图2a至2k为屏蔽轮廓的零件剖面概要图。该轮廓构成本发明的外壳的实施的一部分，并可利用本发明的方法制造。
图3为本发明的实施例的一固定边框及其屏蔽轮廓的概要显示。
图4a和4b为本专利的另外两个实施例的剖面概要显示图。
图5为带有根据本发明另一实施例的屏蔽框架的电子元件的两个支架板的边缘区域的剖面显示图。
图1示出一屏蔽框架1，它屏蔽了两个相对而迭、装配在一起的外壳部分2和4之间的空间，从而也屏蔽了安置在其中的元件和连线。屏蔽框体的基本形状由注塑塑料零件3以及为安装固定印刷电路板2和4在框架1的钻孔给定。除了作为外壳一部分，框架1也用作相邻印刷电路板的中间隔离支架，其与框架弹性区域相触的接地边缘同样可以围成一屏蔽空间。
图1还显示出，一由单束或多束弹性、导电材料构成的屏蔽轮廓8通过一施放针6施放于固定的塑料零件3边缘上的过程。施放针气密连接至一活塞筒缸装置5，并连同活塞筒缸装置5一起由一电脑控制的机械臂7通过施加一压力P于装置5的活塞5a上驱动，从而保持与零件3一小且精确的距离，并以速度V沿边缘3a上环绕移动。机械臂可在相应的驱动下在三维空间中沿x、y及z方向运动。
在壳体的下部4，在它通过螺栓2a闭合之前可以引入一内隔壁3g，其顶边具有一弹性的固化条3f。以此方式，内隔壁在壳体内包围一隔开的屏蔽空间。
装置5的筒缸5b装填有在空气及室温中快干的硅酮聚合物8′(含有金属微粒)。该化合物在施加于活塞5a上的压力作用下，通过针6的内腔6a被压出(“喷压放出”)到该外壳的表面上并附着于其上，最后在空气影响下硬化而成弹性屏蔽轮廓8。
所产生的各材料段具有所使用的喷嘴或空心针内腔剖面的形状，并在室温下在周围空气中硬化成一弹性条。这里，第二束施放的材料束与第一束在它与表面固化连接前形成材料结合。
屏蔽轮廓8的(横断面)大小及形状还取决于所用的导电性塑胶材料的物理化学性质。特别是取决于硬化速度、粘度、外壳材料的表面张力，及其摇溶性，并与施放针的内腔的横断面、施加于活塞上的压力、针的移动速度，以及环境影响有关，诸如施工地点的温度或空气湿度，因而可以通过工艺参数的适当选择来控制。
在图1中所示的屏蔽框架1中，为了形成弹性条的最佳剖面形状，空心针6应受引导沿固定部分3的直线边缘段上以较其转角段为高的速度移动。塑胶材料的特性可以特别由加进填料(碳等)，金属结合剂、表面活化剂及硬化催化剂或交连剂来调整。
确保导电性的掺入物，诸如碳、银、镀银或镀金的铜微粒或类似物质的种类及颗粒大小不仅影响导电性弹性材料的性能，而且影响其机械及工艺性能。
图2a至2i是不同的弹性密封轮廓布置范例的剖面示意。它们具有可以由本发明所给出的专利方法通过密封物质的多次施放工艺制成的屏蔽基元。显然，利用本发明的专利措施，弹性轮廓可以在其长度方向改变其几何尺寸和材料物性。
图2a至2d显示由弹性较低的导电密封部分(阴影部分)和弹性较高的非导电(由于无金属掺入物)密封部分的结合，从而达成密封及屏蔽联合的最佳效果。
图2a显示由具有大致圆形横断面的轮廓81a及81b所构成的屏蔽及密封构造，它们在二道工艺步骤中并排安置于屏蔽基元11的表面上。此结构在弹性材料稍稍沾湿固定部分表面时产生。
图2b显示在三道工艺步骤中所制成的一轮廓结构。它由一固定部分12上一平坦圆顶状，广宽的导电轮廓部分82a及“喷压”其上的一导电部分82c及一非导电性部分82b所构成，82b及82c具有大致圆形横断面。
这样一个结构由第一部分82a的材料深度沾湿固定部分表面及/或以较宽的喷嘴来取代图2所示的针6进行施放来产生，而其它部分82b及82c的材料则温和地沾湿于82a的表面上而获得。
图2c显示了与图2b相似的一结构。在此，大致上为半圆形的二导电屏蔽轮廓部分83b及83c安排在近乎半圆形的高弹性，非导电密封轮廓83d的两侧。在这三个屏蔽轮廓下面是一低宽的轮廓部分83a，它置于外壳表面13上。
这个轮廓对平行于外壳表面作用的力有很大稳定性，但总的来说弹性较差。因此，它特别适用于滑动壳盖的情形。
反之，图2d所示的轮廓具有极满意的弹性。它由一半圆形的非导电性轮廓部分84a压于外壳表面14上，和一导电性涂层84b覆盖于轮廓部分84a的表面所构成。
二材料表面间的高沾湿能力及满意的附着力为制造这种非常适用于铰链连接上的轮廓所必需，这种轮廓尤其适用于盖及外壳部分之间有较大的游隙，或者它们本身有一定的弹性的情况。
图2e至2i显示完全由导电性材料所构成的密封屏蔽轮廓。
图2e显示一特别造型的轮廓85。它置于固定基座表面15上，具有由一平坦路径连接的两个鼓起部分85a及85b。此轮廓可适用于具有定形边缘的铰链连接的外壳的屏蔽密封。
图2f显示在外壳表面16上的一半环形的屏蔽轮廓86。它由多束圆形断面轮廓条构成，该屏蔽轮廓与外壳表面一起包围一空气空间86a。
该轮廓与“空气室”合作的效果确保整个轮廓具有高度弹性，尽管其组成部分本身的弹性相对较差。
图2h示出一T形轮廓88，它置于具有一矩形槽18a的固定部分18的表面上。该轮廓以宽阔的中央部分88a嵌入槽18中，并在总体上具有一平坦的表面。
此屏蔽轮廓不仅与固定部分表面材料相连，而且与它通过形态配合连接，以此进一步增加稳定性。
图2i示出一轮廓结构，它具有大致上是矩形的横断面并由导电弹性材料制成的一方块89a和并排置于该方块上的二平坦圆顶的轮廓部分89b和89c所构成。矩形弹性体方块安置在一宽阔的基座19上。由于其剖面面积较大，此轮廓结构特别适用于屏蔽强电磁场。此外，加上密封唇89b和89c，它亦具有充分的弹性。
当然，其它剖面(几乎任一种)和空间形状，根据实际需求而定，都可以通过顺序施放多束相互之间弹性固化联结的塑料材料实现。
图3是一长度伸展的屏蔽基元(屏蔽条)910的透视立体显示。该屏蔽条具有三段平坦和一段高度结构化的轴向表面，并在这些表面以及在与其相对的平坦背面分别安置有两段轴向延伸的密封轮廓810a和810b。由于在施放轮廓时喷压装置的运动座标控制，表面910a上的密封轮廓810a最佳地与其表面的起伏贴合。
图4a和4b分别给出本发明的另外两个实施例的屏蔽基元的剖面概要显示。
图4a是一非导电塑料的基座911，它的边缘部分上设有一榫头911a，并与U形的导电弹性热塑材料制成的密封轮廓811配合。在这个屏蔽基元中，屏蔽和密封作用完全由U形密封轮廓811提供，而零件911只作为基座和机械加固使用。
图4b给出一导电塑料基座912，它的两相背的表面上各加工了一槽912a和912b，并各装有一弹性密封轮廓812a和812b。密封轮廓812a和812b沿着槽的边缘插入零件912表面的相应区域。对此种屏蔽基元，基座的屏蔽效果和密封轮廓的弹性密封效果共同作用。
图5是一安置有本发明的屏蔽基元的外壳在顶边区域的局部细剖图。该外壳由一具有圆形截面的榫头3c的上半部分2′和一下半部分4′组成，榫头3c刚好与也是圆形截面的槽3b插入配合。槽3b和榫头3c都具有一逐渐变细的锥台形状，以此保证壳体上半部分与屏蔽框架相对紧密的密封，而零件2′和1′之间的相对距离由于安装制造的容差可以变化。一条密封轮廓813a用来提供边缘地区的附加密封和屏蔽效果，这与壳体上半部分2′和屏蔽框架1′的相对位置无关。通过密封轮廓813a最大横截面积的延伸相对于壳体两部分装配的方向的倾斜，整体的弹性同时由材料的可压缩性和轮廓的弯曲可变形性支持。
在局部剖面视中还显示出一插入的间隔内壁，它通过本发明给出的方法产生的密封轮廓3f顶在壳壁并由此达到屏蔽。
壳体的下半部分4′的构造和其上半部分2′类似，也置有一槽3d、与其配合作用的榫头3e，以及一弹性导电密封813b。
利用上述方式密封屏蔽中少许的非均匀性通过壳体的相压配合可靠地得以排除。该方式能达到总体上优良的电磁相容性。
以上描述了屏蔽基元及其固定部分，以及在这些概念基础上的各种零件。除了屏蔽密封以外，它们还可以具有基座和壳体(的一部分)的作用。
在其结构方面，本发明不限于以上所给出的实施例。本发明的办法可以有许多有用的变化，即使它们的基本实施形式不同。
权利要求
1.一种用于提高电气，特别是电子功能组件的电磁相容性的屏蔽基元，该电气电子功能组件至少部分地被导电屏蔽壳壁所包围或包括带有导电屏蔽部分的印刷电路板(2，4；2′，4′)且屏蔽基元是构成这种导电屏蔽部分之间的导电密封连接的中间单元，其轴向延伸尺寸比横向剖面尺寸为大，所述屏蔽基元其特征为设有一基本上固定的基座(支架)单元(1；1′；11至19；910至912)，具有至少一由导电材料构成并直接施放在所述基座单元的一轴向延伸表面上的可压缩或弹性层或相应的条(束)(8′8；81至89；810a至813b)。
2.如权利要求1所述屏蔽基元，其特征为可压缩或弹性层(8;8′;81至89;810a至813b)形成一长条状的伸展覆盖在基本固定的基座单元(1;1′;11至19;910至912)的表面上。
3.如权利要求2所述屏蔽基元，其特征为在基座单元(1;1′;11至19;910至912)每个相互相对而置的表面上生成可压缩或弹性层或条(束)，使这些层或条(束)相互导电连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述屏蔽基元，其特征为所述屏蔽轮廓构成某一闭合框架(1)或壳壁部分，并/或屏蔽轮廓具有基本上为一直线形状的伸展，特别是一长条的造形(910)。
5.如权利要求1至4中任一项所述屏蔽基元，其特征为基座单元(1;1′;11至19;910至912)由金属化的或掺有金属添加物的塑料制成，并在它的某一边缘区段生成一环绕连接该边缘区段，并至少部分地贴合每个相互相对而置的表面的层，且/或该基座单元具有连接相互相对而置的表面的缺口，使导电弹性层伸入该缺口并填满它。
6.如权利要求1至5中任一项所述屏蔽基元，其特征为至少有一弹性或可压缩层或可压缩条(束)(81至89)至少在部分区段由若干分层或条(束)(81a至89c)组成，每一所述分层在它下面那层上生成并和它固化连接。
7.如权利要求1至6中任一项所述屏蔽基元，其特征为弹性或可压缩层或条(束)(8;8′;81至89;810a至812b)由在常温下弹性连接凝固的塑料制成。
8.如权利要求6或7所述屏蔽基元，其特征为具有多部分结构的弹性或可压缩层或条(束)(81至84)包括一高度弹性但几乎不导电材料成分层或条(81a，82b，83d，84a)和一弹性较差但导电性能优良的基座(支架)层或条(81b，82a，82c，83a至83c，84b)。
9.如权利要求6至8中任一项所述屏蔽基元，其特征为在所述弹性或可压缩条(束)的剖面中，至少有一层的剖面具有一唇状接头。
10.如权利要求6至9中任一项所述屏蔽基元，其特征为至少有一弹性或可压缩层或条(束)(86)由若干分层或分条(束)组成，这些分层或分条(束)构成一空心轮廓。
11.用以制造如权利要求1所述的屏蔽基元的方法，其特征为弹性导电材料在压力的作用下从一空心针(6)或喷嘴以一层或条(束)的形状在糊状或液体直接施放在固定的基座(支架)单元(1)的相应区段(3a)上，且/或弹性导电材料通过压力用空心针(6)或喷嘴直接以喷压的方式施放在需产生成形体(8)的零件(1)的区段(3a)。材料以一长条束的形状喷出，并具有基本上与空心针(6)或喷嘴内腔相同的剖面形状。施放后，它保持该剖面形状并固结硬化成一相应的弹性体。
12.如权利要求11所述方法，其特征为空心针(6)或喷嘴通过一驱动装置，特别是计算机控制的驱动装置，在零件(1)需产生成形体(8)的区段(3a)沿某一预定路径引导运动。
13.如权利要求11或12所述方法，其特征为为了制造一具有由多个分层组成的层(81至89)的屏蔽基元，应驱动空心针(6)或喷嘴多次至少在需安置该多部分层或多部分条(束)的预定区段上运动，使它所施放的多层或多条(束)弹性导电材料构成一具有预定形态的成形体，这里，一后施放的层或条(束)在先于它施放的条(束)的表面固结硬化以前施放，从而使两层或两条(束)之间材料一致连结。
14.如权利要求11至13中任一项所述方法，其特征为弹性导电材料的施放在室温下进行。
全文摘要
一种用于提高电气，特别是电子功能组件的电磁相容性的屏蔽基元及其制造方法。所述的电气电子功能组件至少部分地被导电屏蔽壳壁所包围或包括带有导电屏蔽部分的印刷电路板。所述的屏蔽基元是构成这种导电屏蔽部分之间的导电密封连接的中间单元，其轴向延伸尺寸比横向剖面尺寸大；并设有一基本上固定的基座(支架)单元，它具有至少一由导电材料构成并直接施放在基座单元的一轴向延伸表面上的可压缩或弹性层或相应的条(束)。
文档编号B29C41/02GK1111899SQ94118718
公开日1995年11月15日 申请日期1994年11月22日 优先权日1993年11月22日
发明者伯恩德·蒂伯尔图斯, 赫尔穆特·卡尔 申请人:艾米-塔克电子材料有限公司