專利名稱：用于低閉合力電磁干擾的屏蔽應(yīng)用的復(fù)合波形墊片的制作方法
背景說(shuō)明本發(fā)明概括說(shuō)是涉及用于環(huán)境密封和/或電磁干擾(EMI)的屏蔽墊片，尤其涉及一種低閉合力的EMI屏蔽墊片，它特別適用于小的電子裝置的外殼中，比如蜂窩式電話手機(jī)，以及其它手提電子裝置。
對(duì)于電子裝置的操作，比如電視機(jī)，收音機(jī)，計(jì)算機(jī)，醫(yī)療器械，商務(wù)機(jī)器，通信設(shè)備，以及其它類似的設(shè)備，在設(shè)備的電路系統(tǒng)中會(huì)伴隨有電磁輻射的產(chǎn)生。這些詳細(xì)說(shuō)明可參考文獻(xiàn)，美國(guó)專利號(hào)為5,202,536，5,142,101，5,105,056，5,028,739，4,952,448和4,857,668。這些輻射經(jīng)常形成為在電磁波頻譜內(nèi)的射頻頻帶內(nèi)的一個(gè)電磁場(chǎng)或者暫態(tài)，即大約在10KHz到10GHz之間，并且被稱為“電磁干擾”或“EMI”，其公知與鄰近電子設(shè)備的操作相干擾。
為減弱EMI影響，具有吸收和/或反射EMI能量能力的屏蔽，既被用來(lái)約束在能量源設(shè)備中的EMI能量，也用來(lái)使此設(shè)備或者其它“目標(biāo)”設(shè)備與其它源設(shè)備隔絕。這樣的屏蔽提供一個(gè)，嵌入在能量源與其它設(shè)備之間的屏障，它通常被構(gòu)造成導(dǎo)電的和接地的密封設(shè)備的外殼。因?yàn)樵O(shè)備的電路通常應(yīng)該保持可以進(jìn)行維護(hù)或其它功能，大多數(shù)外殼提供有可操作的或者可拆卸的通道，如門(mén)，艙口門(mén)，嵌板，或蓋。然而即使在這些通道的最平坦處與其相應(yīng)的配合或界面表面之間可能存在一些間隙，由于所存在的開(kāi)口間隙使放射能量可以泄漏或另外進(jìn)入到設(shè)備中或從設(shè)備出來(lái)，這將降低屏蔽的效率。并且，這樣的間隙在外殼或者其它屏蔽的表面及接地傳導(dǎo)性方面表現(xiàn)為不連續(xù)性，由于如一槽縫天線的形式的作用，則甚至能產(chǎn)生二級(jí)EMI輻射源。由于這個(gè)原因，在外殼里被減少的體積或表面電流將在屏蔽里的接觸面間隙間產(chǎn)生電壓差，這些間隙從而像天線一樣發(fā)射EMI噪音。通常，噪音的幅度正比于間隙的長(zhǎng)度，而間隙的寬度具有很少的可感知的影響。
為填充在外殼和其它EMI屏蔽結(jié)構(gòu)相配合的表面內(nèi)的間隙，墊片和其它密封件已經(jīng)被用來(lái)保持穿過(guò)結(jié)構(gòu)的電連續(xù)性，和被用來(lái)阻止比如濕氣和灰塵的污染進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。這樣的密封件是被粘合或者機(jī)械地連接到，或壓配合到配合表面中的一個(gè)上，并起著封閉任何接觸面間隙的作用以建立跨過(guò)間隙的連續(xù)的傳導(dǎo)通道，在應(yīng)用壓力下能適應(yīng)表面間的不規(guī)則性。因此，用作EMI屏蔽應(yīng)用的密封件將確定為一種結(jié)構(gòu)，它不但可以在加壓下提供表面電傳導(dǎo)性，而且有回彈性能使密封件符合間隙的大小。此外密封應(yīng)該有耐磨性，和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，還有經(jīng)得起重復(fù)壓縮和松弛循環(huán)的能力。對(duì)于關(guān)于EMI屏蔽墊片的具體說(shuō)明的更多信息，可參考Severinsen，J，“Gaskets That Block EMI，”Machine Design，Vol，47，No.19，pp.74-77(August 7，1975)。
EMI屏蔽墊片通常構(gòu)成為一種彈性芯元件，其具有封閉間隙的能力，其用電傳導(dǎo)材料填充，包覆，或者涂覆。這種彈性芯元件，可能是泡沫材料，或者非泡沫材料，實(shí)心或管狀料，其通常是由比如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯的彈性熱塑料材料，或者聚丙烯——三元乙丙橡膠混合物，或者諸如丁二烯，苯乙烯——丁二烯，腈，氯磺，氯丁(二烯)橡膠，氨基甲酸酯，或者硅樹(shù)脂橡膠的熱塑性塑料或熱硬化性的橡膠制成的。
用作填充物，包覆物，或者涂覆物的傳導(dǎo)性材料包括金屬，鍍金屬顆粒，織物，網(wǎng)狀物和纖維。較好的金屬包括銅，鎳，銀，鋁，錫或合金如蒙乃爾銅-鎳合金，較好的織物和纖維包括天然的或合成的纖維如棉，羊毛，絲，纖維素，聚酯，聚酰胺，尼龍，聚酰亞胺。也可選擇其它的傳導(dǎo)顆粒和纖維作代替品，如碳，石墨或者傳導(dǎo)性聚合物材料。
用于EMI屏蔽墊片的傳統(tǒng)制作過(guò)程包括擠壓，模制，沖切，迄今為止模制或沖切是小而復(fù)雜的屏蔽構(gòu)造的較好方法。在這點(diǎn)上，沖切包括從電傳導(dǎo)彈性體的固化片材形成墊片，其是用模具或類似工具切成或沖壓成所要求的構(gòu)造。模制，依次包括壓縮模塑或注射模塑未固化的或熱塑性的彈性體成形為所要求的形狀。
近來(lái)，適當(dāng)位置成型(FIP)(form-in-place)工藝方法已被用來(lái)制造EMI屏蔽墊片。如揭示在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利號(hào)6,096,413；5,9105,24和5,641,438，以及PCT申請(qǐng)WO96/22672；以及美國(guó)專利號(hào)5,882,729，和5,731,541及日本專利公開(kāi)號(hào)(Kokai)第7177/1993年，這樣的工藝方法包括應(yīng)用一種粘性的可固化的導(dǎo)電混合物的小珠，其以流體的形式從噴嘴直接分散至基層如外殼及其它殼的表面。這種混合物通常是一種由銀填充或者是導(dǎo)電有機(jī)硅樹(shù)脂的彈性體，再經(jīng)過(guò)加熱或者大氣濕氣的冷凝或紫外線(UV)的輻射而在適當(dāng)位置固化，以致在基層的表面就地形成導(dǎo)電彈性體EMI屏蔽墊片。
另一個(gè)近來(lái)針對(duì)電子裝置的外殼解決EMI屏蔽的方法的詳細(xì)描述參見(jiàn)共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利號(hào)5,566,055和德國(guó)專利DE 19728839，其包括用傳導(dǎo)性彈性體上模制殼體或蓋子。這種彈性體在跨過(guò)外殼或蓋子的內(nèi)表面被完整地模壓一相對(duì)薄層，并沿著其界面位置模壓一相對(duì)厚層，以便既提供蓋子對(duì)殼體的環(huán)境密封的類似墊片的響應(yīng)/曲線，也提供該外殼的EMI屏蔽的電連續(xù)性。除此之外彈性體能被模壓到外殼或蓋子內(nèi)部的隔板上，或者其本身被完整模壓成這樣的隔板，它能夠在潛在干涉電路的部件之間提供電磁間隔室。這些類型的蓋子商業(yè)銷售名為Cho-Shieldcover by the chomerics EMC Division ofParker-Hannifin公司(Woburn，MA)。
然而另一種用于屏蔽電子裝置的外殼的解決方法，尤其針對(duì)更小的外殼如蜂窩式電話手機(jī)或者其它手提電器裝置，是關(guān)于一種薄塑料護(hù)圈或框架以作為墊片的支撐元件。如揭示于共同轉(zhuǎn)讓?xiě)叶礇Q的申請(qǐng)U.S.S.N 08/377412申請(qǐng)日為1995年1月24日，其電傳導(dǎo)的彈性體可能被模壓，或揭示在美國(guó)專利號(hào)5,731,541中，其適當(dāng)位置成型或其它方式連接到內(nèi)部或內(nèi)部周圍的邊緣表面和/或連接到框架的上面或下面表面。經(jīng)過(guò)這樣的構(gòu)造，墊片和框架組合件在電子裝置內(nèi)能結(jié)合為一體，從而，例如，在該裝置的印刷電路板(PCB)上的外部的接地跡線，和該裝置的其它部件如塑料外殼的傳導(dǎo)涂層，另一個(gè)PCB，或數(shù)字按鍵鍵盤(pán)組合件之間提供低阻抗路徑。因此這種類型的隔離墊片的用途包括EMI屏蔽應(yīng)用，用于數(shù)字蜂窩電話，手提電話和個(gè)人通信服務(wù)(PCS)手持機(jī)，PC卡(PCMCIA卡)，全球定位系統(tǒng)(GPS)，無(wú)線電接收器以及其它手持裝置比如個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)。其它用途包括用于無(wú)線電通訊裝置中在PCBs上用金屬EMI屏蔽“電子籬笆”的代替物。
對(duì)于典型小外殼應(yīng)用的條件通常規(guī)定有低阻抗，低外形連接以便在相對(duì)低的封閉力負(fù)荷下能夠變形，舉例說(shuō)明，對(duì)于墊片長(zhǎng)度大約是1.0-8.0磅/英寸(0.2-1.5千克/厘米)。通常，應(yīng)該是10％左右的最小的變形，也被規(guī)定確保墊片充分符合于配合外殼或電路板表面，以便在它們之間產(chǎn)生導(dǎo)電路徑。然而，可以看出對(duì)于某些應(yīng)用，需要產(chǎn)生通常的外形的規(guī)定的最小變形量的封閉力或其它變形力可能比由特定的外殼或電路板組件設(shè)計(jì)方案所能容納的數(shù)值要高。
一種實(shí)現(xiàn)較低閉合力墊片，尤其適合用在更小的電子裝置的外殼包裝設(shè)計(jì)的方法已經(jīng)形成了該墊片，如具有局部最大和最小高度交替的周期“中斷”的樣式。按照慣例，如揭示在共同轉(zhuǎn)讓，懸而未決的申請(qǐng)U.S.S.N.09/042,135申請(qǐng)日為1998年3月13日和U.S.S.N.60/183,395申請(qǐng)日為2000年2月18日，在技術(shù)出版物“EMI Shieldingand Grounding Spacer Gasket”，Parker Chomerics Division，Wobrun，MA(1996)，以及在PCT的申請(qǐng)98/54942中，這些類型的墊片可能通過(guò)模壓或FIP方法來(lái)形成，如具有雉堞狀的，也就是有凹口的，細(xì)齒的或正弦的波形外形，或者是一系列不連續(xù)的小珠。通常，對(duì)于規(guī)定的連接構(gòu)造，具有這樣中斷外形或樣式的墊片將在給定壓縮負(fù)荷下顯現(xiàn)出比連續(xù)外形更大的變形量。
代表本技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)有水平的一種商品化的波形墊片組件在透視

圖1和頂視圖2中整體以標(biāo)記1表示，其包括一段可由銀或鍍銀填充的硅樹(shù)脂或氟硅氧烷材料制成的導(dǎo)電彈性體墊片2，該墊片2通過(guò)噴射模制法和壓模法沿著外殼4的臺(tái)肩棱邊，參見(jiàn)透視圖1的標(biāo)記3處，而被粘合在一起。外殼4可由塑料制成，如ABS，聚碳酸酯，尼龍，聚酯，聚醚酰亞胺，液晶聚合物(LCP)或者采用金屬化涂層來(lái)粉刷內(nèi)部表面5，實(shí)現(xiàn)電傳導(dǎo)性。此外，外殼4也可由相對(duì)輕的金屬如鎂和鋁來(lái)制成。
在基本幾何形狀中，墊片2的末端邊6，總體呈現(xiàn)正弦波形外形。就其功能，彈性墊片2利用具有起著壓縮阻擋作用的波形槽通過(guò)壓縮方式而變形。墊片2這樣的變形特性曲線示意表示在圖2中，其中其橫截面3-D網(wǎng)狀物模型表示于剖視圖7中，其中無(wú)壓縮或正常取向疊加在變形或受力取向8上，假定變形或受力取向8在邊緣表面3(圖2中沒(méi)有表示出)和在剖視圖中用平面9表示的結(jié)合界面表面之間的壓縮墊片2之間。如在圖2中被進(jìn)一步證實(shí)，墊片2顯示出主要在壓縮下的變形反應(yīng)，在陰影較黑的部分顯示出增加壓力的區(qū)域。
因?yàn)槭殖蛛姎庠O(shè)備的尺寸如蜂窩式電話手機(jī)不斷的縮小，應(yīng)將清楚地知道，在墊片外形設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步改善將被電器工業(yè)很好地接受。尤其希望得到一種低閉合力墊片外形，以適應(yīng)更小電子裝置的外殼用途，該電子裝置的外殼正逐漸成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明涉及一種用于環(huán)境密封和/或電磁干擾(EMI)屏蔽的低閉合力的墊片，其尤其適合用于較小電子裝置的外殼。如在通常設(shè)計(jì)中，本發(fā)明的墊片被成形為具有一頂表面，該頂表面相對(duì)于外殼和其它基層形成，墊片的基體能在該外殼或者基層上被支撐，以便當(dāng)在一對(duì)中間表面例如在一外殼的兩個(gè)半殼之間壓縮時(shí)，能在較低閉合力負(fù)荷下展現(xiàn)正弦波形或其它波形外形。然而，本發(fā)明的墊片進(jìn)一步被構(gòu)成為，如具有至少一個(gè)側(cè)面，其相對(duì)于頂表面成形為橫向波形外形，以便表現(xiàn)出可控制的變形特性，其特征為一彎矩。這些有利的特性曲線提供大量但可控的變形量來(lái)負(fù)擔(dān)起與界面表面相接觸的一更均勻的接觸面，從而更加保證電和物理的連續(xù)性，以及具有更可靠的EMI屏蔽和環(huán)境密封效果。當(dāng)使用時(shí)，比如在電子裝置使用中，本發(fā)明的墊片因而能提供一致的EMI屏蔽和額外的環(huán)境密封效果。
因此本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括用于低閉合力應(yīng)用如在小的手提電子裝置中改進(jìn)墊片外形的措施。另外的優(yōu)點(diǎn)包括顯現(xiàn)可控變形量特性的墊片外形，用來(lái)使與外殼或外殼的電路板組件相接觸的界面表面更穩(wěn)定，從而更加確保確定導(dǎo)電的連續(xù)性和可靠的EMI屏蔽效果。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在此所揭示的內(nèi)容基礎(chǔ)上將能迅速清楚地理解上述和其它的優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)要描述為了更好地了解本發(fā)明特征的和目的，參考結(jié)合附圖下面所做的詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1是部分橫截面的透視端視圖，其是在代表早先技術(shù)的用于手提電氣通信裝置外殼的一部分，在其一邊緣上模壓有“波形”EMI屏蔽墊片；圖2是圖1中外殼的頂視圖；圖3是圖1中早先技術(shù)的波形EMI屏蔽墊片的橫截面的三維網(wǎng)狀物樣品，其示出其中的壓縮特性；圖4是部分橫截面的透視端視圖，其代表EMI屏蔽組件的一部分，其包括沿著根據(jù)本發(fā)明而模壓成的一組合波形墊片具體實(shí)例的邊緣的外殼部件；圖5是圖4中的EMI屏蔽組件旋轉(zhuǎn)90度的放大圖；
圖6是圖5中EMI屏蔽組件進(jìn)一步放大的圖形，通過(guò)放大詳細(xì)表示本發(fā)明的波形墊片的橫截面；圖7是圖6中波形EMI屏蔽墊片橫截面的三維網(wǎng)狀物樣品，其示出了其中的變形量的特性曲線；圖8是把圖7中根據(jù)本發(fā)明的組合波形墊片和相似加工尺寸的無(wú)波形墊片加以比較的圖表；圖9A是在本發(fā)明的代表性波形墊片外形中，在變形量為0.020英寸(0.50毫米)下預(yù)測(cè)壓力分配的有限元樣品的三維繪畫(huà)圖象；圖9B是在變形量為0.025英寸(0.635毫米)下，圖9A中墊片外形的壓力分配的三維繪畫(huà)圖象；圖10A是在根據(jù)本發(fā)明的波形墊片外形的另一實(shí)施例中，在變形量為0.020英寸(0.50毫米)下預(yù)測(cè)壓力分配的有限元樣品的三維繪畫(huà)圖象；圖10B是在變形量為0.025英寸(0.635毫米)下，圖10A中墊片外形的壓力分配的三維繪畫(huà)圖象；圖11是把圖9中根據(jù)本發(fā)明的組合波形墊片和圖1中組合波形墊片加以比較圖表；在下面結(jié)合本發(fā)明的詳細(xì)描述中會(huì)進(jìn)一步描述這些圖形。
本發(fā)明的詳細(xì)描述為了方便而不是任何限定的目的，一些術(shù)語(yǔ)可能會(huì)在下面的描述中被采用。例如，術(shù)語(yǔ)“前部的”，“后部的”，“右邊的”，“左邊的”，“上部的”和“較低的”在圖形里表明其制作的方向；術(shù)語(yǔ)“里面的”，“內(nèi)部的”，或“內(nèi)側(cè)的”，“外面的”，“外部的”或“外側(cè)的”相應(yīng)地表明朝向和離開(kāi)參考元件的中心；術(shù)語(yǔ)“輻射的”和“軸向的”分別地表明沿著垂直和平行于參考元件的中心縱軸的方向。除了上面特別提到的，為了方便而不是做任何的限定，同樣還相似地引入了一些術(shù)語(yǔ)。
在這些附圖中，具有一個(gè)字母數(shù)字標(biāo)號(hào)的一些元件可以被共同參考或在替換的方式中被引用，通過(guò)表示數(shù)字部分從上下文中將很清楚這些元件。此外，在圖中的各種元件的組成部分可被指定成不同的參考數(shù)字，這樣，應(yīng)將理解的是，涉及元件的組成部分而不涉及元件的整體。一般的參考連同間隔，表面，尺寸和范圍等可用箭頭表示。
為了隨后論述的目的，本發(fā)明此處所包括的一些方案與彈性體導(dǎo)電電磁干擾(BMI)屏蔽墊片的模制或其它應(yīng)用一起被描述，此墊片是在手提電子裝置，例如蜂窩式電話外殼的邊緣或其它表面上。然而，考慮到接下來(lái)的論述，應(yīng)清楚，本發(fā)明的一些方面可以應(yīng)用在其它EMI屏蔽應(yīng)用中，例如隔板框架的墊片，電路板，EMI屏蔽蓋，或用于環(huán)境密封和/或熱傳送應(yīng)用的非導(dǎo)電和/或熱傳導(dǎo)實(shí)施例。在這些其它的應(yīng)用范圍內(nèi)的使用應(yīng)該視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
接下來(lái)參看附圖，用于EMI屏蔽應(yīng)用的一個(gè)示例性密封組件通常由被示于圖4中的10表示，其包括外殼部件或其它殼體12，用于一種電子裝置，該裝置可能是蜂窩式電話電話或者另外一手提和其它電子裝置比如個(gè)人通信服務(wù)(PCS)手持機(jī)，PCMCIA卡，全球定位系統(tǒng)(GPS)，無(wú)線電接收器，個(gè)人數(shù)字助理(PDA)，或者類似裝置。外殼部件12有一個(gè)內(nèi)部表面14，和一個(gè)外部表面16，它們延伸形成側(cè)壁，其中一個(gè)以18表示，在此之間有一個(gè)外緣邊緣表面20。邊緣表面20起著與配合外殼部件(未標(biāo)出)的配合邊緣或其它界面表面的界面表面的作用。為保證配合部分的準(zhǔn)確定位，每個(gè)部分可能有一個(gè)或多個(gè)的定位銷，其中一個(gè)在部件12上以22表示，在一相對(duì)應(yīng)孔內(nèi)，如部件12的孔24內(nèi)，是可接受的，所述的孔提供在配合外殼部件上。通常，外殼部件12的內(nèi)部如通過(guò)內(nèi)壁26被分成多個(gè)分隔空腔，以便在潛在干擾電路系統(tǒng)之間提供電磁隔絕間隔室。
對(duì)于許多應(yīng)用領(lǐng)域，外殼部件1 2可由熱塑性或其它聚合的材料如聚乙烯(酮醚)，聚酰亞胺，高分子量聚乙烯，聚丙烯，聚醚酰亞胺，聚苯二甲酸丁二醇酯，尼龍，含氟聚合物，聚砜，聚酯，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，乙縮醛均聚物或共聚物，或液晶聚合物通過(guò)噴射造型法或其它模制法而制成。在不導(dǎo)電的材料的情況下，外殼部件的內(nèi)表面14可能被噴涂，金屬化，或其它方式以提供一金屬或金屬填充的涂層。另外，外殼部件12可能用相對(duì)輕質(zhì)金屬如鎂或鋁來(lái)形成。
如從另外參考的放大視圖5和6可以看到，一種彈性的墊片，其構(gòu)成的片段以30a-d表示，其通過(guò)如粘結(jié)劑或壓配合而被模制或其它方式保持在側(cè)壁18和可選擇的內(nèi)壁26上，以使將在預(yù)定加壓負(fù)荷下可軸向壓縮中間邊緣表面20和配合外殼部件的相應(yīng)表面(在圖4-6中未示出)。在這方面，墊片30較好是作為一種成形的彈性體材料通過(guò)噴射模塑法和壓模法上模制在側(cè)壁邊緣表面20上，該彈性材料尤其可選擇與外殼材料在溫度，化學(xué)，或物理上兼容的材料。根據(jù)應(yīng)用，合適的材料可能包括天然橡膠比如三葉膠樹(shù)，同樣還有熱塑性塑料，即，可熔化加工的，或熱固性的，即，可硬化的，合成橡膠比如含氟聚合物，氯磺，聚丁二烯，丁納橡膠，丁基合成橡膠，氯丁(二烯)橡膠，腈，聚異戊二烯，硅樹(shù)脂，氟硅氧烷，共聚型橡膠比如乙烯丙烯(EPR)，乙烯丙烯二烯系單體(EPDM)，丁腈橡膠(NBR)和苯乙烯丁二烯(SBR)，或者混合物如乙烯或丙烯EPDM，EPR，或NBR。術(shù)語(yǔ)“合成橡膠”也應(yīng)理解包括這樣一些材料，其大致分為熱塑性的或熱硬化性的彈性體，如聚氨基甲酸酯，硅樹(shù)脂，氟硅氧烷，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)，和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，其它具有類似橡膠的性能比如可塑性尼龍，聚酯，乙烯乙烯基醋酸酯，和聚氯乙烯的聚合物。在此所使用的術(shù)語(yǔ)“彈性體”屬于常規(guī)的具有類似橡膠性能的意義如柔順性，彈性，壓縮變形性，低壓縮定形，撓性，和在變形之后的恢復(fù)能力。
對(duì)于EMI屏蔽的應(yīng)用較好的是，彈性材料將選擇一種有機(jī)硅樹(shù)脂或氟硅氧烷材料。一般，有機(jī)硅樹(shù)脂彈性體表現(xiàn)出所希望的特性，如在一個(gè)寬的溫度范圍內(nèi)的耐熱性和抗氧化性，以及抗許多化學(xué)制品和抗氣候效果。這些材料還表現(xiàn)出極好的導(dǎo)電性能，其中包括在一個(gè)寬的溫度和濕度范圍內(nèi)抗電暈擊穿性。
對(duì)于EMI屏蔽的應(yīng)用，有機(jī)硅樹(shù)脂或其它彈性體材料可提供導(dǎo)電性，從而利用導(dǎo)電填充料通過(guò)材料的連續(xù)性粘結(jié)劑相的載荷，在界面表面之間提供導(dǎo)電路徑。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電填充料包括鎳及鍍鎳基層如石墨和貴金屬，銀及鍍銀基層如純銀；鍍銀的貴金屬如鍍銀金箔；鍍銀的非貴金屬如鍍銀的銅，鎳，鋁和錫；還有鍍銀玻璃，陶瓷，塑料，彈性體和云母；以及其混合物。填充料的形狀對(duì)本發(fā)明不是很重要，填充料可包括任何形狀，其通常涉及此類型的傳導(dǎo)材料的制造或成型，該類型的傳導(dǎo)材料包括實(shí)心球，空心微球，彈性體球狀物，薄片，薄層片晶，纖維，桿，和不規(guī)則外形顆粒。相似地，填充料的顆粒尺寸不是很重要，但是通常大約在0.250-250微米的范圍內(nèi)，較好的是大約在0.250-75微米的范圍內(nèi)。
填充料以一定比例加入在混合物中，使其足以在預(yù)計(jì)應(yīng)用中所希望的固化墊片中提供一定程度的導(dǎo)電性和EMI屏蔽效果達(dá)到。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，一種EMI屏蔽效果至少是10dB，較好的是至少20dB，更好的是至少是100dB或者更高，大約在10MHZ到12MHZ的頻率范圍內(nèi)是可以接受的。根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的總體積，這樣的效果轉(zhuǎn)換成填充料比例，其通常約占體積的10-80％，最好約占體積的20-70％。然而，眾所周知，固化墊片的最終屏蔽效果將根據(jù)填充料中導(dǎo)電材料的數(shù)量，所施加的載荷或通常約是墊片的10-50％的變形量而改變。
另一方面，導(dǎo)電填充料可能采用相對(duì)比較薄的，即，1-10mils(0.025-0.25mm)，鍍層或涂層覆蓋于墊片30上。在涂覆的情形下，這樣的層可配制為有機(jī)硅樹(shù)脂，氟硅氧烷，或者其它彈性粘結(jié)劑，其形成連續(xù)狀態(tài)，填充料被分散在其內(nèi)。
再參看圖4-6，可看到在所示的未加壓或正常狀態(tài)，墊片30的組成片段30a-b各形成一個(gè)未限定長(zhǎng)度的延長(zhǎng)主體40，其沿著縱軸延伸，該軸表示為30a和30b的中心軸，通常共同以42表示。依據(jù)外殼部件12的構(gòu)造，因此，墊片30和其主體40可以是連續(xù)的或是不連續(xù)的，并且可沿著縱軸42為一線型的，彎曲的，直線的，彎曲線的，或其它形狀路徑。
尤其參考放大視圖5和6，根據(jù)本發(fā)明一些方案，主體40可看到被構(gòu)成為復(fù)合波形外形，其影響墊片30中的可控變形量特性曲線。在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，這種外形包括底部或底表面50；一個(gè)頂峰或頂表面52，其限定了第一波形外形，墊片30的一部分以53表示；內(nèi)側(cè)的側(cè)表面54；和外側(cè)的側(cè)表面56，其與內(nèi)側(cè)的側(cè)表面54方向相反設(shè)置，并且限定了墊片的第二波形外形。很明顯地可以看出，所有的表面50，52，54，和56都可在殼體40內(nèi)整體地形成。
在墊片30所示的構(gòu)造中基面50通常是平的，并沿著墊片主體40的長(zhǎng)度平行于外殼部件邊緣表面20而延伸。墊片30被模的或粘合或連接到邊緣表面20上，為在它們之間加壓和例如，與外殼部件的界面表面配合(圖5和6未示出)，由此鄰近的基面50在表面20上支撐墊片。然而，根據(jù)邊緣表面20的幾何圖形或取向，基面50可能會(huì)選擇性地構(gòu)成為，例如，被切削或斜切成符合表面20的內(nèi)側(cè)拐角60的斜面或倒角。而且，在圖5和圖6的具體實(shí)施例中，基面50還能形成為具有一延伸部分，在圖6的62處可清楚看到，據(jù)此，其被粘合到或以其它方式固定到側(cè)壁18的內(nèi)表面14上。應(yīng)將理解的是，延伸部分62提供額外表面區(qū)域以及一個(gè)剪切表面附件用于進(jìn)一步把墊片主體40通過(guò)如自粘合模制或粘結(jié)劑粘結(jié)到外殼部件12上。
頂表面52從分隔基面50的縱軸42徑向延伸，以便末端與結(jié)合界面表面(沒(méi)有標(biāo)出)相接觸。在圖5和圖6所示的具體實(shí)施例中，頂表面52限定墊片30的第一波形外形53如沿縱軸42以第一周期系列交替的第一高幅度間隔或波峰，其中一個(gè)參見(jiàn)70處，和以第一低幅度間隔或波谷延伸，其中一個(gè)由72表示。由頂表面52限定的第一波形外形53可以是各種圖形，比如方波，斜波，或鋸齒波，但圖6的具體實(shí)施例中通常表示是正弦波形并有一個(gè)給定的，較好的是恒定的波長(zhǎng)，以λ1表示，在大多數(shù)應(yīng)用中其波長(zhǎng)大約在0.01-0.50英寸(0.25-12.7mm)，還有一個(gè)波峰高度h，或兩倍波輻度，其大約為0.005-0.50英寸(0.13-12.7mm)。用于EMI屏蔽的應(yīng)用，波長(zhǎng)λ1和在波峰70之間的間隙可相應(yīng)于關(guān)聯(lián)的EMI輻射的波長(zhǎng)方面而制定大小，比如對(duì)于頻率在10MHz-10GHz的范圍內(nèi)其小于波長(zhǎng)的1/4，以保持EMI屏蔽的所要求的值。此外，對(duì)于EMI屏蔽的應(yīng)用，較好的是，墊片30每單元長(zhǎng)度的最小電阻率，通常被保持約為0.1Ω或更少。
內(nèi)側(cè)的側(cè)表面54在墊片主體40所形成的一側(cè)在基面50和頂表面52中間延伸。由于墊片主體40的另一邊是由外側(cè)的側(cè)表面56而形成的，頂表面52一個(gè)寬度延伸，圖6中以w表示，是被限定在其間，為便于為經(jīng)過(guò)CNC或線切割EDM工序的墊片30，制造模具或其它加工工具，其寬度通常被保持為常數(shù)。為以下面所述的方式有助于控制墊片30的變形，內(nèi)側(cè)的側(cè)表面54這樣構(gòu)成，呈現(xiàn)為一沿著縱軸42在基面50和頂表面52中間凹的外形，凹外形具有一曲率半徑，在圖6中以r1表示，該曲率半徑繞著軸74，該軸是平行于縱軸42。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，半徑r1通常在0.002-0.20英寸之間(0.05-5.8mm)。
再有，外側(cè)的側(cè)表面56類似地在與內(nèi)側(cè)的側(cè)表面54相對(duì)的基面50和頂表面52中間延伸。如從放大視圖6可以看出，外側(cè)的側(cè)表面56最好在內(nèi)側(cè)的側(cè)表面54的方向上沿軸76從基面50到頂表面52傾斜，以形成一個(gè)銳角，以θ表示，其具有一垂直軸78。外側(cè)表面56這樣的傾斜如下所述能進(jìn)一步有助于墊片30的變形控制。
根據(jù)本發(fā)明的一些方案，外側(cè)的側(cè)表面56被構(gòu)成為墊片30的第二波形外形。如在圖5中能清楚看到，這樣的外形，在圖5中以80表示，被橫向于頂表面52的第一波形外形53設(shè)置，并沿縱軸42軸向以第二周期系列交替的第二高幅度間隔或波峰延伸，其中一個(gè)參見(jiàn)圖5的82，或以第二低幅度間隔或波谷延伸，其中一個(gè)在圖5以84表示。外側(cè)的側(cè)表面56限定的第二波形外形80可以是各種樣式，比如方波，斜波，或鋸齒波，也可能相同于或不同于頂表面52的第一波形外形53的樣式。然而，在圖5的具體實(shí)施例中，第二波形外形80通常是比如繞著中心傾斜軸86，方向如標(biāo)于每一成對(duì)槽84中間的箭頭88所示具有凸曲率的正弦波形。每個(gè)這樣的槽對(duì)也限定一較好的恒定波長(zhǎng)，以λ2表示，在圖5的具體實(shí)施例中，其與第一波形外形53的(圖6中)λ1的大致相等。較好的是，讓第二波形外形80的每個(gè)波峰82與第一波形外形53波峰70相一致，第二波形外形80的每個(gè)波谷84與相應(yīng)的第一波形外形53的波谷52相對(duì)應(yīng)，以便這些第一第二波形外形沿著縱軸42通常是相同的。
由于波形外形的組合構(gòu)造，本發(fā)明墊片30從而能夠展現(xiàn)當(dāng)在外殼部件12的邊緣表面20與來(lái)自配合殼體部分或其他部件的界面表面之間軸向壓力下變形時(shí)一種可控變形特性曲線。墊片30這樣的變形特性曲線示于圖7中，其中墊片30橫截面的三維網(wǎng)狀物模型由90被展示在視圖中，其是在無(wú)壓縮或正常取向下，而該取向在變形或受壓取向下被疊加，以92表示，假定在界面表面94和96之間的墊片30受壓壓縮。如在圖7中可見(jiàn)，墊片30的可控變形特性曲線92的特征在于墊片主體40在基面50和頂表面52的中間，繞著相應(yīng)的彎曲或力矩臂在由箭頭98所示的徑向方向有角度地變形，也就是，彎曲或折疊。圖形中陰影區(qū)域表示增加壓縮壓力的范圍。
有利的是，可以看出，這樣彎曲的機(jī)械構(gòu)造可減少影響墊片30給定的變形量所要求的負(fù)荷，較僅僅通過(guò)墊片壓縮可達(dá)到的變形量，大約減少了50％或更多。對(duì)于以給定的壓縮負(fù)荷，根據(jù)本發(fā)明墊片30軸向的變形量是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的墊片變形量的兩倍多，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的墊片變形量沒(méi)有表現(xiàn)所述的彎曲力矩。例如，在壓縮負(fù)荷大約是1.0-4.0lbf/in(0.2-0.8kg/cm)的典型應(yīng)用中，本發(fā)明墊片可變形至少有0.006-0.015英寸(0.15-0.4mm)。一個(gè)無(wú)波形和組合波形墊片構(gòu)造效果被比較后繪圖在圖8的100處。在圖8，標(biāo)準(zhǔn)化負(fù)荷變形特性曲線標(biāo)繪在102和104處，作為沿著指定軸106的全部負(fù)荷壓力和沿著指定了單位長(zhǎng)度的軸108的變形位移，即分別為圖7的波形墊片外形(曲線102)和相應(yīng)的可比較尺寸的無(wú)波形外形(曲線104)，也就是，相等的頂部和底部的寬度和高度的函數(shù)。
從圖8的結(jié)果可以看出，在指定應(yīng)用中，使組合波形形狀變形所需要的力比連續(xù)形狀的設(shè)計(jì)要低?？汕宄亓私獾剑景l(fā)明的墊片尤其適合用于EMI屏蔽的應(yīng)用上，比如通信手機(jī)或其它手提裝置，它們規(guī)定一個(gè)低閉合力屏蔽的解決方式。其實(shí)，由于墊片的變形，為了改進(jìn)電的連續(xù)性，在墊片和界面表面之間可提高所增加的表面區(qū)域的接觸。
并且，本發(fā)明的組合波形形狀使得能夠讓墊片變形方向根據(jù)特殊應(yīng)用的需要而被改變。例如，在圖4-6的組件10中，墊片30的變形方向?qū)⒃趦?nèi)側(cè)，也就是，朝著外殼部件12的內(nèi)部。做為選擇，通過(guò)改變側(cè)表面54和56的構(gòu)形，墊片30的變形方向可能是外側(cè)，也就是，朝著外殼部件12的外部。這樣的性能可以在外殼設(shè)計(jì)時(shí)提供更大的適應(yīng)性。其實(shí)，雖然在圖4-6中的墊片30被構(gòu)造為支撐在外殼的一個(gè)邊緣表面上，很明顯墊片能做成對(duì)稱，也就是，兩個(gè)相對(duì)的基面50和兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的頂表面52，可支撐在基層相對(duì)側(cè)上，如隔板墊片框架，其進(jìn)一步描述在共同轉(zhuǎn)讓，懸而未決申請(qǐng)U.S.S.N.08/377,412，申請(qǐng)日為1995年1月24日，以及美國(guó)專利號(hào)573,1541中。
下面的例子闡述了本發(fā)明其中所包含的實(shí)際和獨(dú)特的特征，但不應(yīng)構(gòu)成任何限制意義。
實(shí)例為確定本發(fā)明的方案，根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的兩個(gè)墊片外形的靜態(tài)負(fù)荷變形特性曲線是用非線性的有限元件分析(FEA)模制程序，MARCK6(MARC Ahalysis Research Corp.，Palo Alto，CA)進(jìn)行預(yù)測(cè)。在圖9A及10A中的0.020英寸(0.50mm)變形量下和在圖9B及10B中0.025英寸(0.635mm)變形量下，繪出圖9A及9B的200和圖10A及10B的300處的墊片外形對(duì)于柯西壓力第二分量的結(jié)果。這些外形使用八節(jié)點(diǎn)三維Hermann element元件模制，其被表現(xiàn)在格子線上，通常以400表示。
外形200及300的壓縮用一個(gè)接觸元件來(lái)模擬，其接觸元件表示為平面，通常以502表示。在分析中相對(duì)邊緣表面(沒(méi)標(biāo)出)被認(rèn)為是相對(duì)于墊片外形的剛性體?？梢钥闯鰣D10A及10B的外形300不同于圖9A及9B的外形200，其實(shí)際上具有一基面50，該基面包括有角度的部分302，用于把外形300支撐在相應(yīng)的倒角邊緣表面上。
基于以上模型，墊片外形負(fù)荷變形特性曲線用Mooney-Rivlin應(yīng)變能函數(shù)通過(guò)有限元件分析能夠被預(yù)測(cè)，W＝C1(I1-1)+C2(I2-1)(1)其中C1，C2是材料系數(shù)，而I1，I2是應(yīng)變不變量，它們能簡(jiǎn)化奧格登(Ogden)函數(shù)，W=Σi=1mμiαi(λ1α1+λ2α1+λ2α1-3)----(2)]]>其中λ1，λ2，λ3是伸縮比，αi，μi是材料系數(shù)。對(duì)于2項(xiàng)Ogden模型，也就是，m＝2，Eqs.1和2是相等的。圖表1概括出2項(xiàng)Ogden恒量和體積模量，其用于彈性材料，填充彈性模壓材料的典型硅樹(shù)脂的不可壓縮的計(jì)算。
圖表1代表Ogden模型材料的常數(shù)體積模量 K＝200000psiOgden常數(shù) μ1＝-173psiμ2＝-522psiα1＝2α2＝-2在圖9和10的FEA模型中，垂直方向上被預(yù)測(cè)的應(yīng)力分量分布示出在較黑區(qū)域的陰影區(qū)域中，較黑區(qū)域表示了所增加的壓應(yīng)力。外形的彎曲機(jī)械特性曲線可看出明顯減少了所要求變形墊片的力。當(dāng)然，根據(jù)上述模擬，墊片在圖8和9中的其它幾何圖形可以被預(yù)想到，包括了這種彎曲機(jī)械的特征。因此，這些其它幾何圖形將被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
數(shù)量上，被描述的彎曲特性曲線的效果如圖11的600所示，其中標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷力(軸線602)相對(duì)的變形(軸線604)曲線被繪成圖9中組合波形墊片外形的單位長(zhǎng)度(曲線606)和傳統(tǒng)的，也就是，沒(méi)有彎曲的，圖1的波形外形(曲線608)。比用于模型的各個(gè)墊片外形的尺寸有相同的頂寬和底寬以及相同的高度。
從圖11中可以看出，所述的的彎曲機(jī)械的構(gòu)造可減少影響波形外形的給定變形量的所要求的負(fù)荷，比僅僅通過(guò)墊片壓縮可達(dá)到的變形量，大約減少了50％或更多。也就是，對(duì)于一個(gè)給定的加壓負(fù)荷，根據(jù)本發(fā)明的組合波形外形墊片的軸向變形量(曲線606)可能是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)墊片的變形量(曲線608)的兩倍多，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)墊片變形量未表現(xiàn)出所述的彎曲力矩。例如，在加壓負(fù)荷大約是1.0-2.0lbf/in(0.2-0.4kg/cm)下，尤其對(duì)于小型電子裝置或其它非常低的閉合力的應(yīng)用中，本發(fā)明組合波形墊片可能變形至少0.03-0.035英寸(0.76-0.89mm)，而傳統(tǒng)外形的變形量?jī)H約為0.01-0.015英寸(0.25-0.38mm)。顯然，彎曲機(jī)械特性曲線增大了本發(fā)明墊片的外形變形范圍，使其適合用于各種各樣的應(yīng)用中。
可以預(yù)料，在本發(fā)明中可做出的某些變化不會(huì)脫離在此所包含的方案，這就意味著，上述所有內(nèi)容應(yīng)理解為舉例說(shuō)明而未有限定的意義。在此所涉及的所有參考文獻(xiàn)可被結(jié)合參考。
權(quán)利要求
1.一種用于插入在第一界面表面和相對(duì)設(shè)置的第二界面表面之間的彈性墊片，所述的墊片包含不限長(zhǎng)度細(xì)長(zhǎng)主體，其沿著縱軸延伸，所述的主體包括一個(gè)沿著上述主體長(zhǎng)度延伸的基面，所述基面被構(gòu)造為用以把所述的墊片最接近地支撐在第一界面表面上；一個(gè)沿著縱軸徑向延伸的頂表面，用以末端接觸第二界面表面，所述頂表面沿著縱軸延伸，以限定一個(gè)具有第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列特征的第一波形外形；一個(gè)在所述基面和所述頂表面中間延伸的第一側(cè)面；一個(gè)相對(duì)所述第一側(cè)面的在所述基面和所述頂表面的中間延伸的第二側(cè)面，由此所述墊片在一個(gè)位于第一和第二界面表面之間的預(yù)定壓力下可變形為受應(yīng)力的取向狀態(tài)，其特征在于所述主體在上述基面和上述頂表面之間變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中上述的第二側(cè)面沿著上述縱軸延伸，以限定一個(gè)通常橫向于上述第一波形輪外形所設(shè)置的并且使其具有一第二高或低幅度間隔交替的第二周期系列的特征的第二波形外形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的墊片，其中所述的第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列一般與第二高或低幅度間隔交替的第二周期系列同相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述的墊片主體的受應(yīng)力的取向狀態(tài)是朝著所述的第一側(cè)面變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述主體是直線的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述主體是曲線的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述第一波形外形通常是正弦波形。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的墊片，其中所述的第二波形外形通常是正弦波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的墊片，其中所述的第一波形外形和上述第二波形外形通常都是正弦波形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述的第一側(cè)面通常是凹的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述第二側(cè)面是成角度地朝著所述第一側(cè)面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的墊片，其中所述的主體是彈性體聚合材料形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的墊片，其中所述的聚合體材料包含一種導(dǎo)電填充料。
14.一個(gè)密封組件，其包括一個(gè)第一界面表面；和一個(gè)壓縮在上述第一界面表面和相對(duì)設(shè)置的第二界面表面之間的彈性墊片，所述墊片包含不限長(zhǎng)度沿著縱軸延伸的主體，所述主體包括一個(gè)沿著上述主體長(zhǎng)度延伸的基面，所述基面被最接近支撐在第一界面表面上；一個(gè)沿著縱軸徑向延伸的頂表面，用以末端接觸第二界面表面，所述頂表面沿著縱軸延伸，以限定一個(gè)具有第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列特征的第一波形外形；一個(gè)在所述基面和所述頂表面中間延伸的第一側(cè)面；一個(gè)相對(duì)所述第一側(cè)面的在所述基面和所述頂表面的中間延伸的第二側(cè)面，由此所述墊片在一個(gè)位于第一和第二界面表面之間的預(yù)定壓力下可變形為受應(yīng)力的取向狀態(tài)，其特征在于所述主體在上述基面和上述頂表面中間變形。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中上述的第二側(cè)面沿著上述縱軸延伸，以限定一個(gè)通常橫向于上述第一波形的外形所設(shè)置的并且使其具有第二高或低幅度間隔特征的第二波形外形交替的第二周期系列。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封組件，其中所述的第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列一般與第二高或低幅度間隔交替的第二周期系列同相。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的墊片主體的受應(yīng)力的取向狀態(tài)是朝著所述的第一側(cè)面變形。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的主體通常是直線的。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的主體通常是曲線的。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的第一波形外形通常是正弦波形。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封組件，其中所述的第二波形外形通常是正弦波形。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的密封組件，其中所述的第一波形外形和上述第二波形外形通常都是正弦波形。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的第一側(cè)面通常是凹的。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的第二側(cè)面是成角度地朝著所述的第一側(cè)面。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封組件，其中所述的主體是由彈性體聚合材料形成的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的密封組件，其中所述的聚合材料包含一種導(dǎo)電填充料。
全文摘要
一種用于插入在第一界面表面和相對(duì)設(shè)置的第二界面表面之間的彈性EMI屏蔽和/或環(huán)境密封墊片。該墊片是由一不限定長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)主體形成的，該細(xì)長(zhǎng)主體沿一縱向軸延伸。所述的主體包括基面和頂表面，和相對(duì)的第一和第二側(cè)面，該側(cè)面是在基面和頂表面中間延伸。基面本身沿著主體長(zhǎng)度延伸，以構(gòu)造成用以把所述的墊片最接近地支撐在第一界面表面上。另外，頂表面沿縱軸徑向延伸，用以末端接觸第二界面表面，所述頂表面還沿著縱軸延伸，以限定一個(gè)具有一系列第一周期的第一高和低幅度間隔交替特征的第一波形外形。
文檔編號(hào)H05K9/00GK1470153SQ01817334
公開(kāi)日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月12日
發(fā)明者K·張, K 張, M·D·哈里斯, 哈里斯, D·S·文圖拉, 文圖拉 申請(qǐng)人:帕克·漢尼芬公司, 帕克 漢尼芬公司