DE3936511C2

DE3936511C2 - Gehäusematerial zur Abschirmung elektronischer Komponenten gegen elektromagnetische Störungen

Info

Publication number: DE3936511C2
Application number: DE3936511A
Authority: DE
Inventors: Asaharu Nakagawa; Morinobu Endo
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2009-11-03
Also published as: DE3936511A1; US5100726A; JPH02125699A; GB2226333B; GB8924854D0; JPH0777301B2; GB2226333A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Gehäusematerial zur Abschirmung elektronischer Komponenten gegen elektromagnetische Stö rungen.

In den vergangenen Jahren haben sich digitale, Mikro computer enthaltende Geräte bemerkenswert entwickelt und werden verbreitet für die Büroausrüstung, für elektri sche Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeuge usw. verwendet. Zusätzlich ist die Zahl der Mikrocomputer mit höherer Integration und höherer Taktfrequenz angestiegen. In einigen Fällen werden jedoch Störungen bzw. Rauschen durch elektromagnetische Wellen, die in elektronischen Vorrichtungen od. dgl. erzeugt werden, über Signalleiter, wie z. B. Flachkabel, weggeleitet oder beeinflussen direkt die elektronischen Vorrichtungen. Derartige Störungen durch elektromagnetische Wellen führen zu Ausfällen, Defekten und Fehlfunktionen der elektronischen Vorrichtun gen, die durch schwache elektrische Ströme gesteuert und betrieben werden. Darüber hinaus werden in hochdichten Aufzeichnungselementen der elektronischen Vorrichtungen aufgezeichnete Daten durch externe Magnetfelder gelöscht, die von Magneten od. dgl. stammen, weil die magnetischen Aufzeichnungselemente aus einer magnetischen Substanz mit geringer magnetischer Energie bestehen.

Um diese elektromagnetischen Probleme zu verhindern, werden zur Abschirmung elektronischer Vorrichtungen gegen externe elektromagnetische Störungen in bekannter Weise leitfähige Metallgehäuse, wie z. B. Gehäuse aus Eisen oder Kunstharz, verwendet, die Kohle- bzw. Rußpartikel als leitfähigen Füllstoff aufweisen.

Jeder dieser Gehäusetypen zur Abschirmung elektronischer Vorrichtungen gegen elektromagnetische Störungen oder elektromagnetisches Rauschen ist jedoch unvollkommen und weist Probleme auf.

Kohlepartikel enthaltendes Kunstharz kann ein leichtes Gehäuse zur Abschirmung von elektronischen Vorrichtungen bilden (im folgenden als "K. P.-Kunstharzgehäuse" bezeich net). Ein Gehäuse muß jedoch zugleich ausreichend haltbar sein, um elektronische Vorrichtungen aufzunehmen und um externen Kräften zu widerstehen. Das Gehäuse kann nur einen begrenzten Anteil von Kohlepartikeln enthalten, denn je mehr Kohlepartikel im Kunstharz enthalten sind, desto mehr nimmt die Festigkeit des Kunstharz-Basismaterials ab. Aus diesem Grunde sollte der durch die Kohlepartikel vorgegebene spezifische elektrische Widerstand am besten bis etwa 100 Ohm.cm reduziert werden, was unzureichend ist, um elektronische Vorrichtungen und Bauteile gegen elektroma gnetische Störungen abzuschirmen. Da zusätzlich das K. P.-Kunstharz eine nichtmagnetische Substanz ist, müssen Magnete an der Außen fläche des Gehäuses befestigt werden. Die Magnete können die elek tronischen Vorrichtungen nicht vollständig gegen niederfrequente magnetische Felder abschirmen, so daß Ausfälle, Fehlfunktionen od. dgl. der elektronischen Vorrichtung auftreten.

Die anderen bekannten Gehäuse aus Eisen zur elektromagnetischen Abschirmung (im folgenden als "Eisengehäuse" bezeichnet) sind mit hoher Permeabilität und hoher Leitfähigkeit oder geringem spezifi schem elektrischem Widerstand von etwa 10^-5 Ohm×cm ausgestattet. Daher kann das Eisengehäuse Ausfälle oder Fehlfunktionen der elek tronischen Vorrichtungen oder Bauteile durch Konzentrierung des magnetischen Flusses durch ein externes, niederfrequentes magneti sches Feld auf seiner Oberfläche verhindern und durch die elektro nischen Vorrichtungen erzeugtes elektromagnetisches Wellenrauschen abschirmen. Das Eisengehäuse muß jedoch dick genug sein, um die vorgesehene Festigkeit zu erhalten, und ist dadurch sehr schwer.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Material für ein leichtes Gehäuse zum Schutz elektronischer Vorrichtungen gegen elektroma gnetische Probleme bzw. Störungen, die durch elektromagnetisches Wellenrauschen oder ein externes niederfrequentes Magnetfeld her vorgerufen werden, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Gehäusematerial zur elektromagneti schen Abschirmung gelöst, das ein Basismaterial enthält, mit im Basismaterial verteilte Kohlefasern und eine Metallschicht auf weist, die an wenigstens einer ersten Oberfläche des Basismateri als angeordnet ist. Das Basismaterial besteht aus einem Kohlefa sern enthaltenden Kunstharzkörper, wobei die Kohlefasern aus Koh lenwasserstoff pyrolytisch im Dampfphasensystem hergestellt werden und Kerne aus hochfeinem Pulver eines hochschmelzenden Metalls oder dessen Verbindungen bzw. Legierungen aufweisen, und wobei ei ne Schicht an der Oberfläche des Gehäuses aus einem Metall mit ho her Permeabilität oder dessen Verbindungen bzw. Legierungen vorge sehen ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Gehäuse zur Abschirmung elektronischer Vorrichtungen gegen elektromagnetische Störungen oder elektromagnetisches Rauschen (im folgenden als "Gehäuse" bezeichnet) weist an seiner Oberfläche ei ne Metallschicht mit hoher Permeabilität auf und besitzt einen Körper aus einer Kunstharzmasse, wie Polyesterharz, Vinylharz oder Polyamidharz, die mit Kohlefasern verstärkt ist.

Die Kohlefaser weist im Gegensatz zur Polyacrylnitril-Kohlefaser oder zur Pechkohlefaser eine haarähnliche Gestalt und einen Durch messer auf, der im wesentlichen dem des hochfeinen Pulvers aus hochschmelzendem Metall und/oder dessen Verbindungen oder Legie rungen entspricht. Das Gehäuse kann gleichmäßig das Durchdringen von elektromagnetischen Wellen reduzieren, weil die Kohlefaser si cher im Kunstharz gehalten wird und dort gleichmäßig überall ver teilt angeordnet ist. Die auf Graphitkristallschichten mit regel mäßigen Gitterstrukturen basierende Kohlefaser ist ausgestattet mit dem geringsten spezifischen elektri schen Widerstand oder der höchsten Leitfähigkeit unter allen Kohlefaserarten und weist auch wünschenswerte mecha nische Eigenschaften auf, wie z. B. Zugfestigkeit, die eine Besonderheit der Kohlefaser darstellt. Dadurch ver bessert die im Kunstharz verteilte und gehaltene Kohle faser sowohl die Leitfähigkeit als auch die mechanischen Eigenschaften des Kunstharzes. Das durch die Kohlefaser mit einer Leitfähigkeit versehene Gehäuse kann die elektro nischen Vorrichtungen gegen Störungen und Rauschen durch elektromagnetische Wellen abschirmen, indem Störungen von außen reflektiert und durch die elektronischen Vor richtungen erzeugte Störungen absorbiert werden.

Die Leitfähigkeit oder der spezifische elektrische Wider stand des Gehäuses hängt vom Gehalt an Kohlefasern ab. Wenn der Kohlefasergehalt bis zu einem bestimmten Anteil ansteigt, der ausreichend ist, um die Kohlefasern in Berührung miteinander zu halten, entspricht der spezifische elektrische Widerstand des Gehäuses im wesentlichen dem der Kohlefaser allein. Der bestimmte Anteil liegt zwischen ungefähr 30 und 50 Gew.-% des Kunstharzes. Der geeignete Anteil zur Absenkung des spezifischen elektrischen Wider stands beträgt etwa 20 Gew.-% des Kunstharzes.

Hochschmelzende, zur Erzeugung von Kohlefasern gemäß dieser Erfindung verwendbare Metalle dürfen zwischen 950°C und 1300°C noch nicht verdampfen, also bei Tempera turen, bei denen Kohlenwasserstoffe thermisch zersetzt werden. Die verwendbaren Metalle sind Ti und Zr in Gruppe IVa des Periodensystems, Ta, V und Nb in Gruppe Va, Cr und Mo in Gruppe VIa, Mn in Gruppe VIIa und Fe und Co in Gruppe VIII. Fe, Co, Ni, V, Nb, Ta, Ti und Zr eignen sich am besten. Verbindungen dieser Metalle umfassen deren Oxyde, Nitride und Salze.

Das Gehäuse weist eine beliebige Gestalt auf, wie z. B. die einer Box oder eines Zylinders. Kohlefasern enthalten des Kunstharz wird durch Spritzgießen, Vakuumverformung od. dgl. in eine Gehäuseform gebracht.

Die aus Metall mit hoher Permeabilität oder dessen Ver bindungen oder Legierungen bestehende Schicht schirmt das Innere des Gehäuses gegen ein externes magnetisches Feld ab. Jedes Metall, das Fe, Co und/oder Ni, deren Verbindungen bzw. Legierung oder einen Ferrit enthält, ist als Metallschicht verwendbar. Die Metallschicht wird entweder an irgendeiner Seite oder an beiden Seiten an einer Fläche der Gehäusewandung mittels Vakuumbedampfung, stromloser Beschichtung oder sonstiger Beschichtung aufge bracht. Übliches elektrolytisches Beschichten ist auch möglich, weil das Gehäuse leitfähig ist.

EXPERIMENT

Tabelle 1 zeigt Meßwerte von Eigenschaften, wie des spezifi schen elektrischen Widerstands oder der Dichte, eines Gehäuses gemäß dieser Erfindung und eines bekannten Gehäuses. Das Gehäuse gemäß der Erfindung besteht aus ABS-Harz, das Kohlefasern mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,5 µm und einer Länge zwischen 0,1 und 1,0 mm aufweist, sowie mit einer Nickelschicht versehen ist, die eine Dicke von 0,02 mm besitzt. Die Kohlefaser wird in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 950°C und 1300°C durch ein Dampfphasensystem erzeugt, bei dem Benzol thermisch zerfällt, und weist Kerne aus Eisenpulver auf, die eine Korngröße zwischen 0,02 µm und 0,03 im besitzen. Auf der anderen Seite besteht das bekannte Gehäuse aus ABS-Harz, das Kohle- bzw. Rußpartikel enthält. Ein Teststück Nr. 1 gemäß JIS (Japanischer Industrie-Standard) wird dabei verwendet. Das ABS-Harz, die Kohlefasern und die Kohle partikel werden zur Bildung der nachstehenden Anteile der Zusammensetzung vermischt: ERFINDUNG A:
ABS-Harz: 65 Vol.%
Kohlefasern: 35 Vol.%
ERFINDUNG B:
ABS-Harz: 80 Vol.%
Kohlefasern: 20 Vol.%
VERGLEICH C:
ABS-Harz: 70 Vol. %
Kohlepartikel: 30 Vol.%

Wie aus dem Ergebnis des Experiments zu sehen ist, weist das Gehäuse gemäß der Erfindung überlegene mechanische Eigenschaften und auch eine überlegene Leitfähigkeit auf und ist auch so leicht wie das bekannte Gehäuse (Ver gleich C). Weiterhin kann das Gehäuse niederfrequente magnetische Felder abschirmen, was durch das bekannte Gehäuse nicht möglich ist, weil die Oberfläche gemäß der Erfindung mit einer Nickelschicht überzogen ist.

Da der enthaltene Kohlefaseranteil im Kunstharz über 20 Vol.% beträgt, werden die Gitterstrukturen der Kohle faser kleiner und kleiner, da sich die Kohlefasern immer häufiger miteinander verketten und überschneiden. Dadurch kann mittels Kunstharz, das einen Kohlefaseranteil von über 20 Vol.% gemäß der Frequenz der erzeugten elektro magnetischen Störungen aufweist, in effektiverer Weise ein Gehäuse zur Abschirmung eines elektronischen Geräts gegen elektromagnetische Störungen hergestellt werden. Zusätzlich können durch an beiden Seiten der Gehäuse wandung gebildete Metallschichten die elektronischen Komponenten gegen ein externes magnetisches Feld abge schirmt werden.

Claims

1. Gehäusematerial zur Abschirmung elektronischer Kompo nenten gegen elektromagnetische Störungen, gekennzeichnet durch ein Basismaterial, im Basismaterial verteilte Kohle fasern und eine Metallschicht, die an wenigstens einer ersten Oberfläche des Basismaterials angeordnet ist.

2. Gehäusematerial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 20-50 Gew.-% an im Basismaterial verteilten Kohlefasern.

3. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,5 µm und eine Länge zwischen 0,1 und 1,0 mm aufweisen.

4. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial aus der Gruppe von Kunstharzen ausgewählt ist, die aus Polyesterharz, Vinylharz oder Polyamidharz besteht.

5. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus einem Metall aus der Gruppe von Metallen gebildet ist, die aus Eisen (Fe), Kobalt (Co) und Nickel (Ni) besteht.

6. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht an einer ersten Oberfläche des Basismaterials durch Vakuumbedampfung gebildet ist.

7. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht an einer ersten Oberfläche des Basismaterials durch Beschichten gebildet ist.

8. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht an einer ersten Oberfläche des Basismaterials durch elektrolytische Beschichtung gebildet ist.

9. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht an einer ersten Oberfläche des Basismaterials durch stromlose Beschichtung gebildet ist.

10. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Metallschicht an einer zweiten Oberfläche des Basismaterials gebildet ist.

11. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kohlefasern haarförmig ausgebildet sind.