JP2009514232A - 内部への給電が可能な密封筐体 - Google Patents

Abstract

本発明は、内部への給電が可能な密封筐体に関する。標準的なプリント回路基板120が、筐体100によって密封されている。密封は、プリント回路基板120の平坦面で行われる。プリント回路基板は、電気的接続を与える導電性トラック(130,132,134,136)を含む。電気的接続の少なくとも一部がプリント回路基板表面と平行となるように電気的接続を与えることにより、プリント回路基板を介して導体に沿った気体の漏れは生じ得ない。密封空間102の内部は気体が充填された空間であって良いが、たとえば真空空間であっても良い。

Description

本発明は、給電可能なように構築された密封筐体に関する。当該筐体には該筐体に対して絶縁された給電素子が供され、かつ当該筐体はプリント回路基板を有する。前記プリント回路基板は少なくとも1つの導体を有し、かつ給電素子と接触した状態で密封される。

係る筐体は特許文献1から既知である。

係る筐体は、たとえば筐体によって取り囲まれた真空空間を有する分析装置に用いられる。このとき、電気的接続は、筐体の壁を介して供給されなければならない。

上述の特許文献1は、筐体すなわち真空容器の壁に設置された給電素子について記載している。給電素子は、たとえば成型されたエポキシで作られた絶縁体で構成される。絶縁体は、互いが接している2つの円筒部分の形態をとっている。このとき2つの円筒の軸は一致し、一の円筒の直径と他の円筒の直径とは異なる。一の円筒直径から他の円筒直径への変化は、急峻であって良いが、緩やかであっても良い。対応する直径のわずかに大きな穴は、筐体の壁に作られる。その穴が作られることで、筐体内部すなわち真空部分と外側とが接続する。

Oリングは、直径が変化する地点で絶縁体を取り囲む。Oリングの外部直径は絶縁体の最大直径よりも短い。

穴の中にOリングと共に絶縁体を挿入することによって、Oリングは、絶縁体と壁との間に挟まれ、必要な真空封じが供される。

電気的接続は、プリント回路基板の一部を形成する導体トラックで構成される。プリント回路基板、上述の特許文献1の明細書にはフレキシブルプリント回路基板として設計されている、は絶縁体であるエポキシに入り込み、給電素子の真空側に位置する一端から突き出た状態になる。導体は、コネクタを有するコネクタアセンブリ上の給電素子の反対側で終端する。

従来技術に係る給電素子の欠点は、その作製プロセスが比較的難しいことである。絶縁体の成型中、エポキシがモールドに付着しないことを保証するように注意しなければならない。エポキシは硬化するのに時間がかかるので、その間に収縮が生じる恐れがある。またエポキシ中に気泡が存在しないことも保証されなければならない。気泡は、非常に小さなダクトを介して真空に入り込む恐れがあるからである。従って従来技術に係る給電素子は、大量生産には適さない。
米国特許第6305975号明細書

本発明の目的は、内部への給電が可能である、より単純な密封筐体を供することである。

この目的のため、本発明による筐体は、
給電素子が標準的なプリント回路基板で構成されること、及び
プリント回路基板と筐体とでの密封がプリント回路基板の平坦面上で行われること
を特徴とする。

本発明は、プリント回路基板の平坦な上部面及び/又は底部面は、厳密な密封を実現するのに十分な程度に滑らかである、という考えに基づいている。しかもプリント回路基板は、厳重に漏れを生じさせないようになっている。しかしプリント回路基板の横側端部は、鋭い角部及び突出部を有する不規則な面を形成している。その理由は、プリント回路基板がガラス繊維構造から作られ、かつ大きな基板と比較して十分な品質であると見なされたときにガラス繊維が横側端部面に接触するからである。このため、（たとえばエポキシによる）注入成型法でしか良好な封止ができないような粗い表面が生成される。プリント回路基板の横側端部での封止が不可能にもかかわらず、密封がなされる。これは、プリント回路基板の底面及び/又は上面で筐体を封止することでしか実現されない。

給電素子が標準的なプリント回路基板の形態をとる密封筐体の利点は、短銃な形態であることで、大量生産に適していることである。

他の利点は、係るプリント回路基板は、多数の供給者から容易に入手可能であること、及び特別厳密に密封された給電素子と比較して低価格であることである。

さらに他の利点は、たとえばプリント回路基板上にエレクトロニクス部品及び回路をマウントすることが可能となることで、さらに部品を集積することが可能となることである。一般にはこの結果として、より小型で安価な製品が実現される。

プリント回路基板は、該プリント回路基板上の筐体部分と対向する補助部品によって挟まれて良いことに留意して欲しい。なおそのプリント回路基板は筐体部分とは接触していない。

また本発明によるエンベロープが、たとえば穀物貯蔵用ザイロ若しくは化学産業の領域のように爆発の危険がある空間での利用、又は火花な発火源が存在しないような空間での利用にとって有用であることにも留意して欲しい。スイッチ又はリレーを設置することによって、たとえば密封空間では、これらのスイッチ又はリレーによって発生する如何なる火花も爆発の危険を生じさせない。これらのスイッチ又はリレーは、他の部品と共に、プリント回路基板上で容易にはんだ付け可能である。その結果、小型で単純な製品となる。

本発明による筐体の他の実施例では、導体の少なくとも一部が、プリント回路基板の平坦面に対して平行に延びている。プリント回路基板には大抵の場合、所謂‘貫通穴’と呼ばれる、該プリント回路基板を貫通する穴が供される。これらの‘貫通穴’は、はんだによって埋められて良い。しかし故障の危険性があること、及び信頼性の点から、密封空間と周辺領域との間には‘貫通穴’を有しないことが好ましい。しかし密封空間と周辺領域との間を電気的に接続するため、導体の一部がプリント回路基板の平坦面に対して平行に延びている。

本発明による筐体の他の実施例では、プリント回路基板は、全体がメタライズされたコーティングを有する。そのコーティングは筐体と接する。全体がメタライズされたコーティング（たとえばAuでめっきされたCu）で封止を行うことにより、表面不規則性の非常に小さな表面で封止が行われる。たとえ全体がメタライズされたコーティングと筐体部分との間に、プリント回路基板上のニス層が依然として存在するとしても、表面の不規則性は、メタライズされたコーティングが存在しない場合よりも、小さい。

本発明による筐体の他の実施例では、プリント回路基板は、エラストマーによって、筐体の反対側で封止される。

たとえばゴム製のOリングのようなエラストマーの利用は、真空技術において用いられる周知方法である。これらのOリングにグリースを塗ることによって、小さな傷による漏れの効果は、Oリングが封止された面の反対面で吸収可能である。エラストマーを利用する他の利点は、たとえばエラストマーは、接触圧力の変化を容易に吸収することができることである。このことはたとえば、プリント回路基板と金属との間の膨張率差によって実現可能である。

本発明による筐体のさらに他の実施例では、封止は脱着可能な封止である。

脱着可能な封止は、たとえば密封空間内に設けられた部品の修繕又は保守が必要なときに利点を供する。当業者は分かるように、係る脱着可能な封止は、たとえばOリングを利用することによって実現可能である。

本発明による筐体の他の実施例では、プリント回路基板は、弾性接合剤によって、筐体上で封止される。

封止が脱着可能である必要のない場合では、シリコーン接合剤のような接合剤が、筐体上でのプリント回路基板の封止に用いられて良い。

本発明による筐体の他の実施例では、筐体上でのプリント回路基板の封止は金属-金属封止である。

真空封止の分野の通常の知識を有する者が知っているように、たとえば鋼-銅、又は鉄-金封止のような金属-金属封止は、厳格に漏れを防ぐものとして知られている。

本発明による筐体のさらに他の実施例では、筐体上でのプリント回路基板の封止は、金属-プラスチックである。

金属-プラスチック封止の利点は、金属がプラスチックを変形させることで、封止表面での不規則性（反り及び傷）が、取り入れ口に悪影響を及ぼさないようにすることが可能なことである。

プラスチックは、筐体材料とプリント回路基板材料の何れでも良いことに留意して欲しい。

本発明による筐体のさらに他の実施例では、密封空間は埃の少ない空間である。

重要な産業上の用途は、埃の少ない密封空間の壁を介して導体が供給されなければならないような用途である。これには、たとえばハードディスクドライブ(HDD)が含まれて良い。HDDでは、読み取り及び/又は書き込みヘッドの電気信号、並びにモーターの電気信号が送られなければならない。

本発明による筐体の他の実施例では、密封空間は減圧空間である。

真空空間又は少なくとも圧力が大きく減少した空間は、たとえば荷電粒子が用いられる装置に用いられる。特許文献1に記載されているような分析装置も考えられるし、それだけではなくたとえば電子ビームによって試料が照射される電子顕微鏡、又は試料が集束イオンビームによって照射される所謂集束イオンビーム装置も考えられるだろう。

本発明による筐体の他の実施例では、筐体は、プリント回路基板を挟む2つの部品で構成される。この実施例では、プリント回路基板上には2つの封止が存在する。それは、プリント回路基板の一の面に設けられた筐体の第1部分の第1封止、及びプリント回路基板の他の面に設けられた筐体の第2部分の第2封止である。この実施例は、たとえば粒子光学装置銃のような円筒形真空コラムにおいて多くの導体を半径方向に供給するのが有利である。

本発明による筐体の他の実施例では、プリント回路基板は、密封空間が1つの連続した空間となるように穴を有している。

密封空間の一部は、プリント回路基板内の穴によって、互いに接続する。それにより、1つの連続した密封空間が生成される。

本発明による筐体のさらに他の実施例では、プリント回路基板はフレキシブルプリント回路基板である。

フレキシブルプリント回路基板を用いることで、一の面に存在しない封止が可能となる。これはまた、封止表面から密封空間内部又は外部のプリント回路基板（の一部）を曲げることが望ましい場合にも利点を供する。

ここで、図を参照しながら本発明を説明する。図中、同一参照番号は対応する構成要素を指すものとする。

図1は、本発明による密封空間を概略的に図示している。

プリント回路基板120は、Oリング106の手段により、筐体100の外形に沿って封止されている。これにより密封空間102が実現される。プリント回路基板120をOリング106に押圧するため、圧縮リング104が、ねじ108及び座金110によって、筐体100にねじ込まれる。このときプリント回路基板120は、この圧縮リング104と筐体100との間で挟み込まれる。プリント回路基板120はプラスチック122で構成されている。このとき導電性表面124、126、128（図2も参照のこと）並びにトラック130、132、134、及び136が設置される。同様に導電性トラック130とトラック132、134、及び136との間の接続（ビアとも呼ばれる）並びにメタライズされた‘貫通穴’138も設けられる。

トラック132、134、及び136は、トラック130によって互いに接続する。これにより、密封空間内に存在するトラック132と、密封空間外部に存在するトラック134及び136とが接続する。たとえば、抵抗、リレー、IC等のSMD部品（表面マウント素子）は、これらのトラック上ではんだ付け可能である（図示されていない）。係るSMD部品が‘貫通穴’を必要としないため、係る部品を用いても、これらの部品がプリント回路基板上ではんだ付けされる地点では漏れが生じない。ワイヤ、コネクタ、又は所謂‘貫通穴’部品が、メタライズされたドリル穴138内ではんだ付けされて良い。しかしこの‘貫通穴’は密封空間と周辺領域とを接続するものではないので、漏れを生じさせない。

プリント回路基板120上のOリングの封止を最適にするには、メタライズされた面124が、Oリング106がプリント回路基板120と接する外形の下に設けられる。このメタライズされた面124は表面の反りを減少させる。しかも余計な表面126は、導体130が設けられる地点での高さと同一の高さに設けられる。この電気的に余計な表面の目的は、プリント回路基板120の厚さを、外形全体に沿って可能な限り一定に保持することである。この結果として、良好な封止が実現する。メタライズされたコーティング124はプリント回路基板の表面上に存在して良いが、ニスコーティングの下に設けられても良いことに留意して欲しい。導体が外形から突き出ている必要がないことにも留意して欲しい。密封空間内部に位置するトラック130及びその外側に存在するトラック134は、導体によって互いに接続している。

図2は、本発明による封止空間を概略的に図示している。当該空間内では、プリント回路基板が密封空間によって部分的に囲まれている。

図2は、考えられ得る図1の発展型である。図1の密封空間とは隣接しないプリント回路基板の面では、第2筐体部101が設けられる。この第2筐体部101もまた、プリント回路基板120上の第2メタライズされた面128上の第2外形に沿って封止している。これにより、2つの密封部分空間102及び103が生成される。プリント回路基板120には、穴140が供される。穴140によって、部分空間102及び103は、1つの連続した密封空間を形成する。

図は、筐体部100がプリント回路基板の反対側で封止している第1外形が、プリント回路基板の反対側で封止している第2外形とほぼ一致する実施例を図示しているが、第1外形と第2外形とが一致している必要はないことに留意して欲しい。

さらに部分空間102及び103を接続する穴140は中心に設けられて良いが、中心に設けられることは必要ではないことにも留意して欲しい。2つの部分空間102と103を接続して1つにするためには、穴140が両外形の内部に設けられていることだけが必要なことである。しかも部分空間102と103とは、複数の穴によって接続されて良い。

部分空間102と103を接続して1つにする必要がない場合であっても、穴140が設けられて良いことにも留意して欲しい。

本発明による密封空間を概略的に図示している。 本発明による封止空間を概略的に図示している。当該空間内では、プリント回路基板が密封空間によって部分的に囲まれている。

Claims (18)

1. 内部への給電が可能な給電素子が供された密封筐体であって、
   当該筐体には給電素子が供され、
   前記給電素子は、当該筐体に対して絶縁され、かつ当該筐体の反対側で密封され、
   前記給電素子は少なくとも1つの導体を有し、
   前記給電素子はプリント回路基板を有し、かつ
   前記プリント回路基板と当該筐体との間の封止は、前記プリント回路基板上で行われる、
   筐体。
2. 前記導体のうちの少なくとも1つの少なくとも一部が、前記プリント回路基板の平坦面と平行に延びている、請求項1に記載の筐体。
3. 前記プリント回路基板上全体にわたるメタライズされたコーティングが存在する側で封止をする、上記請求項のうちのいずれかに記載の筐体。
4. 前記プリント回路基板が、エラストマーによって、当該筐体の反対側で封止する、上記請求項のうちのいずれかに記載の筐体。
5. 前記プリント回路基板と当該筐体との間での前記封止が脱着可能である、上記請求項のうちのいずれかに記載の筐体。
6. 前記プリント回路基板が、弾性接合剤によって当該筐体上で接合される、請求項1、2、3、又は5に記載の筐体。
7. 当該筐体上での前記のプリント回路基板の封止が、一の金属又は他の金属の封止である、請求項3に記載の筐体。
8. 当該筐体上での前記のプリント回路基板の封止が、金属又はプラスチックの封止である、請求項1、2、又は5に記載の筐体。
9. 埃の含有量が少ない空間を取り囲む、上記請求項のうちのいずれかに記載の筐体。
10. 減圧空間である空間を取り囲む、上記請求項のうちのいずれかに記載の筐体。
11. 前記プリント回路基板を挟む2つの部品で構成されている、上記請求項のうちのいずれかに記載の筐体。
12. 前記の取り囲まれた空間が連続空間を形成するように、穴が供されている、請求項11に記載の筐体。
13. 前記プリント回路基板がフレキシブルプリント回路基板である、請求項11又は12に記載の筐体。
14. 封止されたチャンバ内部に電気信号を供する方法であって：
    少なくとも2つの部品を有する筐体を供する工程；
    給電素子として前記2つの部品間にプリント回路基板を設置する工程；
    前記の2つの部品間のプリント回路基板を密封することで、封止可能な内部空間を生成する工程；及び
    前記プリント回路基板上に電気信号を供することで、前記封止可能な内部空間へ電気信号を供する工程；
    を有する方法。
15. 前記の筐体を供する工程が、
    前記2つの部品のうちの一が前記プリント回路基板を挟むための部分を有し、かつ前記部分は前記2つの部品のうちの他の部品の反対側に位置する筐体を供する工程を有する、
    請求項14に記載の筐体。
16. 前記の2つの部品間に存在する前記プリント回路基板を密封することで、封止可能な内部空間を生成する工程が、前記筐体の反対側である前記プリント回路基板の金属層を封止する工程を有する、請求項14に記載の筐体。
17. 前記の2つの部品間に存在する前記プリント回路基板を密封することで、封止可能な内部空間を生成する工程が、前記プリント回路基板と前記筐体との間にエラストマーを用いる工程を有する、請求項14に記載の筐体。
18. 請求項1から13のいずれかに記載の筐体；
    前記筐体内に位置する試料を照射する集束イオンビームシステム又は電子ビームシステム；
    を有する粒子光学システム。

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