CN102171284A - Emi屏蔽材料 - Google Patents

Abstract

耐腐蚀电磁干扰(“EMI”)屏蔽材料。所述材料作为弹性体聚合物组分和填料组分的混合物提供。填料组分作为用镍-磷合金镀层无电镀覆的玻璃或铝颗粒提供。

Description

EMI屏蔽材料

发明背景

本发明主要涉及电磁干扰(“EMI”)屏蔽材料，例如呈衬垫和间隙填料、底板、接地垫等形式，具体涉及耐腐蚀的此类材料。

诸如电视、收音机、计算机、医疗器械、商用机、通信设备等的电子装置的工作伴随有在该设备的电子电路内产生电磁辐射。如美国专利5,202,536、5,142,101、5,105,056、5,028,739、4,952,448和4,857,668中详述，这些辐射通常发展成为电磁谱的无线电频带内的场或瞬变，即，在约10KHz和10GHz之间，并由于干扰其他接近电子装置工作故而被称为“电磁干扰”或“EMI”。

为了削弱EMI影响，可用具有吸收和/或反射EMI能量的屏蔽使EMI能量局限于源装置内并使该装置或其他“目标装置”与其他源装置隔离。将这种屏蔽作为阻挡层提供，所述阻挡层插在源和其他装置之间，并通常构造成为包围所述装置的导电、接地的壳。由于装置的电路一般必须保持便于维修等，因此，大多数壳具有可打开或可去除的入口，如门、舱门、面板或盖。然而，即使在这些入口的最平部分和其相应的配合或接触面之间，也可能存在间隙，这些间隙由于呈现开口(辐射能量可能通过开口泄漏或另外进入或离开装置)降低屏蔽的效率。另外，此间隙在壳或其他屏蔽的表面和大地导电率中表现出间断性，甚至可能由于作为一定形式的槽形天线产生二级EMI辐射源。就这一点而言，在壳内感应的体或表面电流在屏蔽中跨任何界面间隙产生电压梯度，因此，这些间隙作为辐射EMI噪声的天线。通常，噪声的振幅与间隙长度成比例，而间隙的宽度没有什么明显作用。

为了填充壳和其他EMI屏蔽结构的配合表面内的间隙，已提出用衬垫和其他密封保持跨结构的电连续性并且从装置内部排除例如水分和尘埃一类的污染。此类密封粘合或机械结合到或压合配合到表面之一，并用于封闭任何界面间隙，以通过在所施加的压力下使表面之间的不规则相配从而跨越其建立连续导电路径。因此，用于EMI屏蔽应用的密封规定为这样一种结构，此结构不仅提供压缩下的表面导电性，而且具有使密封适应间隙大小的弹性。另外，密封必须耐磨，在制造上经济，并且能够经受重复压缩和放松循环。需求也可要求低阻抗、在一般封闭力负荷下可挠曲的低轮廓(low profile)衬垫。其他需求包括对于装置的适当操作和符合美国联邦商业通信委员会(FCC)EMC法规均达到一定EMI屏蔽效率的能力。

EMI屏蔽衬垫一般构造成为弹性元件，或一个或多个具有间隙填充能力的弹性元件的组合。一个或多个元件可作为被填充为导电性的管状或实体、泡沫或非泡沫芯或条提供。这些芯或条可由弹性体聚合物材料挤出、模制或以其他方式形成。用于填料的导电材料包括金属或镀金属颗粒。

EMI屏蔽衬垫的常规制造方法包括挤出、模制、模切或原位形成(FIP)。

鉴于前述，可以了解，很多不同类型的材料用于制造EMI屏蔽材料，如衬垫。由于电子装置不断激增，因此，相信电子工业会广泛接受另外的EMI屏蔽替代物和选择。

发明概述

本发明主要涉及电磁干扰(“EMI”)材料，例如呈衬垫和间隙填料、底板、接地垫等形式。更具体地讲，本发明涉及作为弹性体聚合物组分和填料组分的混合物提供的耐腐蚀电磁干扰(“EMI”)屏蔽材料。填料组分自身作为用镍-磷合金镀层无电镀覆的玻璃或铝颗粒提供。

在可比较的体积填充量下，与常规的基于银的镍或镍-石墨填充材料比较，本发明的镍-玻璃和镍-铝填料显示可比较的或提高的EMI屏蔽效率和耐腐蚀性，例如在与铝或镀镍壳或其他的装置部分相接触时。

因此，本发明包括材料、材料形式和/或具有结构、元件组合和/或部分布置的方法以及在以下详述公开内容中说明的步骤。本发明的优点包括成本高效和耐腐蚀并且显示优良EMI屏蔽效率的EMI屏蔽材料。基于本文所含公开内容，这些和其他优点对本领域的技术人员显而易见。

附图简述

为了可更完全地理解本发明的性质和目的，述及以下详细说明需要结合附图，其中：

图1为代表本发明的耐腐蚀EMI屏蔽材料的一般应用的手持式电子通信装置的部分横截面的透视端视图；

图2为图1的外壳的部分的放大视图，以增强的细节显示置于图1的装置的第一壳部分和第二壳部分之间的本发明的耐腐蚀EMI屏蔽材料；并且

图3为比较常规EMI的EMI屏蔽效率与本发明的的EMI屏蔽效率的曲线图；

附图进一步关于本发明的以下详述描述。

发明详述

为了方便，而不是出于任何限制目的，在以下说明中使用了某些术语。例如，术语“向前”和“向后”、“前”和“后”、“右”和“左”、“上面”和“下面”、“顶部”和“底部”以及“右”和“左”指示所涉及的附图的方向，术语“向内”、“里面”、“内部”或“内侧”和“向外”、“外面”、“外部”和“外侧”分别指朝向和离开所涉及元素的中心的方向，术语“径向”或“垂直”和“轴向”或“水平”分别指垂直于和平行于所涉及元素的纵向中心轴的方向或平面。以上明确提到的这些词语以外的类似意义的术语同样应认为是为了方便使用，而不以任何限制意义使用。另外，应了解，术语“EMI屏蔽”应包括电磁相容性(EMC)、导电和/或接地、电晕屏蔽、无线电频率干扰(RFI)屏蔽和抗静电(即，静电放电)(ESD)保护并与上述术语互换使用，术语“磁性”、“介电”、“铁素”或“损耗”应与EMI吸收、吸收性、耗散、耗散性或衰减或另外具有通过吸收或另一种耗散机制衰减电磁能量的能力互换使用。

在附图中，具有混合符号名称的元素可在本文中共同参考，或在替代方案中，可从上下文中仅通过名称的数字部分明显看出。另外，附图中不同元素的组成部分可用单独的引用数字指定，应了解，这些引用数字是指元素的那个组成部分，而不是元素整体。一般引用与对空间、表面、尺寸和范围的引用可用箭头或下划线指示。

出于下述的说明目的，在本文中包括的本发明的耐腐蚀EMI屏蔽材料主要与其用途相关地描述为置于两个元件之间的经挤出、原位形成、模制或其他的衬垫，各元件可以为电子装置或其它电子装置的壳、盒、电路板、门、盖、容器、屏蔽物、集成电路芯片或的其它部分，所述电子装置为例如移动产品，例如，蜂窝、电话手机，其他电子装置为例如个人通信服务(PCS)手机、PCMCIA卡、全球定位***(GPS)、无线电接收机、个人数字助理(PDA)、笔记本或台式个人电脑(PC)、无绳电话手机、网络路由器或服务器、医疗电子器械、调制解调器、无线通信基站、遥测装置、遥测元件或***等。然而，应了解，本发明的方面可用于其他EMI屏蔽应用，例如另外置于装置的一个或多个元件部分之间且随后固化的间隙填料或保形涂层。因此，应认为此用途和应用明确在本发明的范围内。

根据本发明的多个方案，耐腐蚀电磁干扰(“EMI”)屏蔽材料作为弹性体聚合物组分和填料组分的混合物提供。此材料可作为经固化的或其它形状稳定的组合物提供，例如模制或挤出衬垫型材的形式，或者作为可固化组合物提供，例如，用于保形涂层(conformal coating)或原位形成衬垫或间隙填料的喷涂、分配或其它生产。“固化”是指组合物可从液体或其他流动形式经聚合、交联、进一步交联或聚合、硫化、冷却、硬化或其它的化学或物理转变成为固体或更固体(more solid)或半固体弹性体或聚合物相或形式。

弹性体聚合物组分可以为热塑性或热固性，具体地讲，可根据一种或多种操作温度、硬度、化学相容性、弹性、柔顺性、压缩-变形、压缩变定、挠性、在变形后恢复的能力、模量、拉伸强度、伸长、力变形、可燃性或其他化学或物理性质选择。根据应用，适合的材料，包括混合物、共聚物及其他混合物，可包括天然橡胶，如Hevea和热塑性材料(即，可熔融处理)或热固性材料(即，可硫化)；合成橡胶，如含氟聚合物、氯磺酸酯、聚丁二烯、丁基(butyl)、氯丁二烯、腈、聚异戊二烯、布纳橡胶-N(buna-N)；共聚物橡胶，如乙烯-丙烯(EPR)、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、腈-丁二烯(NBR)和苯乙烯-丁二烯(SBR)；或混合物，如乙烯或丙烯-EPDM、EPR或NBR。也应理解，术语“合成橡胶”包括可择一性地主要分类为热塑性或热固性弹性体的材料，如聚氨酯、聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)；和其他显示橡胶-样性质的聚合物，如增塑尼龙、聚烯烃、柔性环氧化物、聚酯、乙烯-乙酸乙烯酯、含氟聚合物和聚氯乙烯。本文所用术语“弹性体”归属于其常规含义：显示柔顺性、弹性或压缩变形、低压缩变定、挠性和在变形后恢复(即应力松弛)能力的橡胶-样性质。任何上述材料可未经发泡地使用，或者如果应用需要，可经吹制或其它化学或物理处理成为开孔或闭孔泡沫。

弹性体聚合物组分一般可形成使颗粒状填料组分能够作为分散相分散进入的粘合剂或其他连续相或基质相。填料一般可以以足够提供预期应用所需EMI屏蔽效率水平的比例包含于粘合剂内。对于大多数应用，可认为在约20MHz至18GHz频率范围为至少10dB，通常为至少20dB，优选为至少约40dB或更高的EMI屏蔽效率是可接受的。将此效率转换成根据具体情况一般以混合物的总体积或重量计为约10至50％体积或20至80％重量之间的填料比例和不大于约10Ω-cm的体电阻率(bulk resistivity)或体积电阻率。然而，材料的最终屏蔽效率可根据EMI吸收填料和其他填料(例如其他导电填料)的量和材料的厚度变化。

根据本发明的多个方案，将与弹性体聚合物组分混合的导电填料组分作为用镍-磷合金镀层无电镀覆的玻璃或铝颗粒提供。镀覆的颗粒可以为任何形状或形状的组合，并且可大体上称为“颗粒”，应了解，此颗粒包括实心或空心球体和微球体或中空微球、薄片、小片、纤维、棒、不规则形状的颗粒、小结、可短切或磨碎的纤维或晶须和粉末。对于很多应用，铝颗粒可表现为球体、薄片或小结的形式，而玻璃颗粒可以不规则或可为对指定电导率可允许较低体积填充的纤维，所述玻璃颗粒可为石英玻璃(silica)、硼硅玻璃(borosilica)、非石英玻璃(non-silica)或其共混物的混合物。填料的中平均粒径或分布(可以为颗粒的直径、估算直径、长度或其他尺寸)一般为约0.01密耳(0.25μm)至约20密耳(500μm)，但对于纤维，优选为小于约16密耳(400μm)长度并且具有约5-20的长宽比。将镍-磷合金无电镀覆于底层的玻璃或铝颗粒上，以在上面形成镀层，所述镀层可占填料的小于约40％重量。

根据设想的具体应用的需要，可在材料配制中包含另外的填料和添加剂。此类填料和添加剂，可以为官能性或惰性，可包括湿润剂或表面活性剂、颜料、分散剂、染料和其他着色剂、遮光剂、发泡或消泡剂、抗静电剂、偶联剂(如钛酸盐)、增链油、增粘剂、流动改性剂、颜料、润滑剂(如，二硫化钼(MoS₂))、硅烷、过氧化物、薄膜增强聚合物和其他试剂、稳定剂、乳化剂、抗氧化剂、增稠剂和/或阻燃剂和其他填料，如三水合铝、三氧化锑、金属氧化物和盐、嵌入型石墨颗粒、磷酸酯、十溴二苯醚、硼酸盐、磷酸盐、卤化物、玻璃、二氧化硅(可以为热解法二氧化硅或结晶二氧化硅)、硅酸盐、云母、陶瓷和玻璃或聚合物微球体。一般这些填料和添加剂与配料共混或另外混合，并且占总体积约0.05-80％或更多。材料的配料可在常规混合装置中作为聚合物组分和填料组分和任何另外的填料或添加剂的混合物混合。

现在参考附图，其中在几个图中全部用相应的引用符号指示相应的元素，所述相应的元素以主或序贯混合符号名称(prime or sequentialalphanumeric designation)引用，说明性的电子装置大体显示在图1的透视图中的10处，其包括大致在12处引用的盒、壳或外壳，其根据本发明的方案改进为具有本发明的EMI屏蔽材料的衬垫、间隙填料、涂层或其他层14。为了说明目的，将装置10显示为移动电话手机，但可供选为另一种手持的、便携的或其他的电子装置，如个人通信服务(PCS)手机、PCMCIA卡、全球定位***(GPS)、无线电接收机、个人数字助理(PDA)、笔记本或台式个人电脑(PC)、无绳电话手机、网络路由器或服务器、医疗电子器械等。外壳12显示为2部分结构，包括上一半或盖16a，和下一半或底部16b，部分16a-b分别具有相应的内表面18a-b和外表面20a-b，这些表面相连延伸成邻接的顶壁和底壁21a-b、侧壁22a-b和24a-b和端壁(未显示)。侧壁和端壁一起限定各外壳部分16a-b的周边，其由周边边缘表面26a-b划分界线。边缘表面26配合并限定接合分界线或其他界面30。如图所示，外壳12可容纳一个或多个印刷电路板(PCB)32a-b或装置10的其他电路。

再参考图2，在40处引用的图1的细部描绘于图2的放大视图中。可以看到，本发明的材料的可压缩衬垫、间隙填料、涂层或其他形式32在界面30处提供，其置于表面26之间，以在部分16之间提供电连续性和/或环境密封。按照本发明目的，外壳部分16a-b和/或表面26a-b之一或两者可由相同或不同的材料构成，可由塑料或金属(如铝或铝合金)或者镀镍或另外镀覆的塑料或金属模制、铸造、机械加工或以其他方式形成。

实施例

制备本发明的代表性EMI屏蔽材料的样品以用于描述。用20％重量镍-磷合金(＜6％磷)无电镀覆不规则玻璃颗粒(平均粒径150～200μm)和结节形铝颗粒(平均粒径100～120μm)，以形成本发明的填料。镍-玻璃填料的中平均粒径在约150～200μm之间，而镍-铝填料在约100～120μm之间。

将这些镍-玻璃填料和镍-铝填料分别以39.2％体积和38.6％体积与甲基和苯基过氧化物固化的聚硅氧烷(methyl，phenyl，peroxide-cured silicone)混合，以形成代表本发明的EMI屏蔽组合物。测定这些材料对六价铬化铝的耐电蚀性(根据CHO-TM100，Chomerics Test Procedure，Parker Chomerics Division，Woburn，MA)、初始体积电阻率(根据ASTM D991)和初始EMI屏蔽效率(根据Chomerics Test Procedure CHO-TM-TP08)，并与普通材料比较。结果总结于下表和图3的EMI屏蔽效率曲线图中。

表

这些数据显示，在可比较的体积填充量下，与常规的基于银的镍或镍-石墨填充材料比较，本发明的镍-玻璃和镍-铝填料显示可比较的或提高的EMI屏蔽效率和耐腐蚀性，例如在与铝基质接触时。

用本发明的EMI屏蔽材料代替基于银的材料可有利地显著降低成本，同时提供可比较的屏蔽效率。另外，例如在与铝或镀镍基质接触使用时，提供提高的耐腐蚀性的这些材料可在不受控制的环境中通过保持屏蔽和水分密封性能来延长密封、衬垫、间隙填料、涂层和其他产物的使用寿命。

由于可在不脱离本文涉及的方案下在本发明中进行某些变化，因此，在前面说明中包含的所有情况均应解释为说明性，不应以限制意义解释。在本文中引用的任何优先权资料的所有参考均明确通过引用结合到本文中。

Claims (30)

1.一种耐腐蚀电磁干扰(“EMI”)屏蔽材料，所述屏蔽材料包含以下(a)和(b)的混合物：

(a)弹性体聚合物组分；和

(b)填料组分，所述填料组分包括选自(I)不规则玻璃颗粒；和(II)铝颗粒的颗粒；

其中，所述颗粒(I)和(II)用包含镍-磷合金的镀层无电镀覆。

2.权利要求1的材料，所述材料包含以组分(a)和(b)的总重量计为约20至80％的填料组分。

3.权利要求1的材料，所述材料包含以组分(a)和(b)的总体积计为约10至50％的填料组分。

4.权利要求1的材料，其中，所述填料组分具有约0.01至20密耳(0.25-500μm)的中平均粒径。

5.权利要求1的材料，所述材料基本在约20MHz至约18GHz的频率范围中显示至少约40dB的EMI屏蔽效率。

6.权利要求1的材料，其中，所述聚合物组分包括一种或多种热固性或热塑性聚合物或共聚物或其混合物。

7.权利要求1的材料，其中，以合金重量计，所述镍-磷合金包含小于10％的磷。

8.权利要求1的材料，其中，所述填料包含小于约40％重量的镀层。

9.权利要求1的材料，所述材料具有不大于约10Ω-cm的体积电阻率。

10.权利要求1的材料，其中，所述玻璃颗粒为不规则的或为纤维。

11.一种用于为电子装置电路屏蔽电磁干扰(“EMI”)的组件，所述组件包括布置于装置的第一表面和第二表面之间的EMI屏蔽材料，所述材料包含以下(a)和(b)的混合物：

(a)弹性体聚合物组分；和

(b)填料组分，所述填料组分包括选自(I)不规则玻璃颗粒；和(II)铝颗粒的颗粒；

其中，所述颗粒(I)和(II)用包含镍-磷合金的镀层无电镀覆。

12.权利要求11的组件，其中，所述材料包含以组分(a)和(b)的总重量计为约20至80％的填料组分。

13.权利要求11的组件，其中，所述材料包含以组分(a)和(b)的总体积计为约10至50％的填料组分。

14.权利要求11的组件，其中，所述填料组分具有约0.01至20密耳(0.25-500μm)的中平均粒径。

15.权利要求11的组件，其中，所述材料基本在约20MHz至约18GHz的频率范围中显示至少约40dB的EMI屏蔽效率。

16.权利要求11的组件，其中，所述聚合物组分包括一种或多种热固性或热塑性聚合物或共聚物或其混合物。

17.权利要求11的组件，其中，以合金重量计，所述镍-磷合金包含小于10％的磷。

18.权利要求11的组件，其中，所述填料包含小于约40％重量的镀层。

19.权利要求11的组件，其中，所述装置的第一或第二表面之一由铝或其合金形成，或者被镀镍。

20.权利要求11的组件，其中，所述玻璃颗粒为不规则的或为纤维。

21.一种用于为电子装置电路屏蔽电磁干扰(“EMI”)的方法，所述方法包括使EMI屏蔽材料置于装置的第一表面和第二表面之间，所述材料包含以下(a)和(b)的混合物：

(a)弹性体聚合物组分；和

(b)填料组分，所述填料组分包括选自(I)玻璃颗粒；和(II)铝颗粒的颗粒；

其中，所述颗粒(I)和(II)用包含镍-磷合金的镀层无电镀覆。

22.权利要求21的方法，其中，所述材料包含以组分(a)和(b)的总重量计为约20至80％的填料组分。

23.权利要求21的方法，其中，所述材料包含以组分(a)和(b)的总体积计为约10至50％的填料组分。

24.权利要求21的方法，其中，所述填料组分具有约0.01至20密耳(0.25-500μm)的中平均粒径。

25.权利要求21的方法，其中，所述材料基本在约20MHz至约18GHz的频率范围中显示至少约40dB的EMI屏蔽效率。

26.权利要求21的方法，其中，所述聚合物组分包括一种或多种热固性或热塑性聚合物或共聚物或其混合物。

27.权利要求21的方法，其中，以合金重量计，所述镍-磷合金包含小于10％的磷。

28.权利要求21的方法，其中，所述填料包含小于约40％重量的镀层。

29.权利要求21的方法，其中，所述装置的第一或第二表面之一由铝或其合金形成，或者被镀镍。

30.权利要求21的方法，其中，所述玻璃颗粒为不规则的或为纤维。

Images