CN102271487A - 电磁屏蔽方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种电磁屏蔽方法及装置。实例性装置包括相邻地布置且具有电磁屏蔽遮罩的第一印刷电路板及第二印刷电路板。导电插塞以电性连接的方式提供电磁屏蔽的互连。

Description

电磁屏蔽方法及装置
技术领域
本发明涉及电磁兼容性领域。
背景技术
随着远程无线电单元概念的发展，需要至少两个安装在一个共用散热器上的平行对齐的印刷电路板(printed circuit board；PCB)。通常，通过例如焊接等方式将某些组件安装到这两个PCB上。由于电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility；EMC)辐射，必须将这些组件与PCB的其他区域屏蔽开。这可通过使用传统的遮罩来完成，该遮罩具有将PCB区域相互分开的壁。然而，由于当将PCB组装到共用散热器时存在机械公差，因而板边缘之间不可避免地存在间隙。因此，使用跨越间隙的单一遮罩可导致在遮罩下方通过间隙出现EMC泻漏。因此，根据某些解决方案，可使用两个单独的EMC屏蔽遮罩，然而这不允许组件在两个PCB之间跨越。另一解决方案是对于两个PCB使用一个单一遮罩并且在板边缘的每一侧上均具有一个单一屏蔽空腔壁。这样导致出现双层壁，这个双层壁的出现会减少可用PCB面积并使得在连接两个PCB的组件时变得复杂化。
发明内容
本发明的一方面是提供一种用于有效屏蔽不同印刷电路板的概念。
本发明是基于如下的发现：如果连续的电磁屏蔽件覆盖相邻印刷电路板，并且如果提供导电插塞来至少使印刷电路板的导电表面相互电性接触并与连续的电磁屏蔽件电性接触，则这两个印刷电路板可被有效地电磁屏蔽。
根据一方面，本发明涉及一种印刷电路板装置。该印刷电路板装置包括具有导电表面的第一印刷电路板以及具有导电表面的第二印刷电路板，其中第二印刷电路板邻近(例如平行于)第一印刷电路板布置，其中连续的电磁屏蔽件布置在第一印刷电路板及第二印刷电路板上方。此外，导电插塞布置在第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的间隙中，该导电插塞使第一印刷电路板的导电表面及第二印刷电路板的导电表面相互电性连接并与连续的电磁屏蔽件电性连接。较佳地，连续的电磁屏蔽件是仅由一片导电材料(例如金属)制成而无任何中断。连接导电表面的导电插塞电性桥接第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的间隙，并同时电性连接至连续的电磁屏蔽件。此外，导电表面可由至少部分地覆盖单个印刷电路板的表面的导电金属片段形成。因此，提供本质上连续的电流路径，其有助于减少辐射。
根据一实施例，导电插塞可布置在形成间隙的圆形凹槽中，凹槽是由第一印刷电路板中的侧切口以及第二印刷电路板中的侧切口形成。这些侧切口可穿透单个印刷电路板，以使导电插塞可与例如金属底座相接触，金属底座可选地在印刷电路板下方形成散热器。举例来说，侧切口可以是半圆形或正方形或矩形或椭圆形。因此，凹槽可以是圆形或正方形或矩形或椭圆形。可相应地成型导电插塞的柱体。
根据一实施例，导电插塞可包括柱体以及布置在该柱体的顶部上的插塞头部，插塞头部具有球形形状或圆形边界。因此，导电插塞可具有蘑菇形状。
根据一实施例，导电插塞可包括柱体，该柱体设置有轴向肋，这些轴向肋可有助于增大与印刷电路板的侧壁进行接触的表面，因为对于径向公差具有更大灵活性以及例如非同心半圆。
根据一实施例，导电插塞可包括中空柱体，该中空柱体可增大柱体的灵活性。
根据一实施例，导电插塞可包括弹性材料、尤其是硅酮或橡胶，弹性材料具有导电微粒、尤其是包括以下至少一者的导电微粒：AG、Cu、Ag，及CU、Ni、Ag，及Ni、N，I，及C。
根据一实施例，导电插塞可由经导电涂覆的非导电材料制成。
根据一实施例，导电插塞可包括柱体以及插塞头部，该柱体布置在第一印刷电路板与第二印刷电路板之间，该插塞头部突出于第一印刷电路板的导电表面及第二印刷电路板的导电表面上方，其中连续的电磁屏蔽件或所述电磁屏蔽件的多个壁中的一个壁包括凹槽，该凹槽以电导通的方式容置插塞头部。举例来说，导电插塞的头部可以其底部表面与导电表面进行接触，并以其上表面与连续的电磁屏蔽件进行接触。
根据一实施例，凹槽的形状可对应于插塞头部的侧面轮廓，使得可增大这些元件之间的接触表面。
根据一实施例，连续的电磁屏蔽件或所述电磁屏蔽件的多个壁中的一个壁(例如其边缘)设置有导电垫圈。
根据一实施例，第一印刷电路板及第二印刷电路板可布置在散热器(例如金属底座)上，该金属底座包括凹槽，该凹槽用于容置导电插塞的柱体的底端。因此，可容易地定位插塞。
根据另一方面，本发明涉及一种用于制造印刷电路板装置的方法。该方法包括：相互邻近地布置具有导电表面的第一印刷电路板以及具有导电表面的第二印刷电路板；将导电插塞布置在第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的间隙中，以使导电表面相互电性连接；以及在第一印刷电路板及第二印刷电路板上方布置连续的电磁屏蔽件，从而将连续的电磁屏蔽件电性连接至导电插塞以及导电表面。
根据一实施例，该方法还可包括在第一印刷电路板中形成半圆形侧切口以及在第二印刷电路板中形成半圆形侧切口。当相互邻近地布置第一印刷电路板及第二印刷电路板时，这些半圆形侧切口形成圆形凹槽，该圆形凹槽形成容纳导电插塞的间隙。
附图说明
进一步将参照以下图式对实施例进行说明，在图式中：
图1至图3显示的是制造印刷电路板装置的实施例的步骤示意图；
图4显示的是印刷电路板装置的一种实施例；
图5显示的是导电插塞的一种实施例；以及
图6显示的是导电插塞的一种实施例。
具体实施例：
图1至图3显示了制造印刷电路板装置的一种实施例的步骤。
如图1所示，可将第一印刷电路板101布置在形成散热器的金属底座103上。第一印刷电路板101可包括半圆形切口105，所述半圆形切口105布置在例如凹槽107上方，凹槽107形成于金属底座103中。凹槽107可由孔形成，其中半圆形切口105可被形成为半孔，该半孔的半径对应于凹槽107的半径。
参照图2，将第二印刷电路板109邻近第一印刷电路板101布置在金属底座103上。第二印刷电路板109包括半切口111，该半切口111与第一印刷电路板的半切口105相对。因此，半切口105及半切口111在印刷电路板101与印刷电路板109之间形成圆形凹槽113。凹槽113在这两个印刷电路板101及109之间形成间隙。可通过印刷电路板101与印刷电路板109之间的空间形成另一间隙。
圆形凹槽113容置导电插塞117，导电插塞117是沿由图2所示箭头描绘的方向插入凹槽中。
导电插塞117包括柱体119及插塞头部121，插塞头部121可以是球形或圆形。形成例如EMC插塞的导电插塞117可由导电硅橡胶或其他导电/弹性材料制成。为适合不同的应用并符合EMC屏蔽要求，硬度与屏蔽效应均衡。此外，插塞117可由非导电材料制成，并涂覆或覆盖有一层导电材料。
插塞117的柱体可具有多个轴向肋，以提高其自行适应于较大机械公差并在被压入孔中时仍具有隔绝EMC辐射的能力。还可通过将足部形成为中空的而将插塞形成为具有更大柔软度及更大可调节性。
根据某些实施例，导电插塞117可以是具有蘑菇形状的采用模具成型的插塞。如图1所示，在这两个PCB 101，109之间的分界线中，可在散热器(例如底座板103)中成型孔。由例如孔形成的凹槽113的直径可对应于导电插塞117的直径。可将各个PCB边缘成型为具有与凹槽107及插塞117相同的直径的半圆形。如图2所示，可将PCB 101及PCB 109放置成使PCB半圆形与散热器凹槽107相匹配的形式。
如图3所示，将连续的电磁屏蔽件123布置在印刷电路板101及印刷电路板109上方。连续的电磁屏蔽件123包括侧壁125，侧壁125包括凹槽127，凹槽127的形状对应于插塞头部121的轮廓的形状。
图4显示的是得到的的印刷电路板装置。EMC遮罩壁123可被成型有斜率及/或与EMC插塞头部121的球半径相匹配的半径。
图5显示导电插塞(例如插塞117)的实施例，所述导电插塞具有柱体501以及球形或圆形头部503。
图6显示导电插塞(例如插塞117)的另一实施例。导电插塞包括柱体601，柱体601设置有轴向肋603以增强密封性。导电插塞还包括插塞头部605，插塞头部605具有例如球形轮廓以及圆形边界等。
根据某些实施例，可在EMC插塞117以及可选的就地成型(From InPlace；FIP)垫圈中使用例如导电橡胶等标准材料。具体而言，采用这些材料的特性与插塞117的对称球形几何结构的组合。根据某些实施例，插塞头部121可具有可处理所有方向上的机械位置及几何公差的形状。插塞117还可包括导电材料。
根据某些实施例，插塞头部121的球形形状与其导电特性相组合使得能提供减少EMC辐射的电性连接。此外，可用于插塞117中的材料为硅橡胶与金属微粒相组合，这些金属微粒包括例如Ag/Cu、Ag/玻璃、Ag/Ni或Ni/C。插塞117可因其几何灵活性而具有自行适用于周围机械部件(例如EMC遮罩123以及PCB 101及PCB 109的边缘)的能力。
根据某些实施例，例如电性连接PCB 101，PCB 109以及EMC遮罩123等的方法可包括使用插塞117，以及具有或不具有点胶成型(dispensed)垫圈的特殊形状EMC遮罩123壁，其中PCB 101及PCB 109的边缘可设置有切口105及切口107，切口105及切口107形成用于容置插塞117的凹槽。
根据某些实施例，可使用普通垫圈来屏蔽PCB 101及PCB 109，例如EMC遮罩壁125上的导电FIP垫圈。垫圈可基于与金属微粒相混合的硅，以实现屏蔽效应。还可将垫圈点胶成型或模具成型在EMC遮罩壁125上，并抵靠PCB表面由螺钉将垫圈挤压并穿过遮罩进入PCB下方的散热器中。设置垫圈的目的是密封由遮罩的机械公差或PCB表面的机械公差造成的遮罩与PCB表面之间的空隙。根据FIP点胶成型方法，在点胶成型时，垫圈可非常柔软。可在一个平面(x-y)中实现点胶成型，但是在倾斜区域上点胶成型垫圈之后，重力将使垫圈形成为符合壁斜率/半径。可在插塞117上方定位EMC遮罩123，以使壁上的FIP垫圈压抵EMC插塞头部121并形成EMC密封。
较佳地，将PCB 101及PCB 109放置在同一平面中，使得由于机械公差，这两个板之间存在间隙/空间。当仅将电磁遮罩放置在PCB 101，109共用顶面上时，在这些板之间的间隙中可出现EMC辐射渗漏。因此，可用导电材料填充间隙，以阻止渗漏。关于这一点，例如用导电橡胶形成的蘑菇型插塞可阻止渗漏。
上述垫圈可通过点胶成型垫圈形成，点胶成型的垫圈可由XYZ-机器人制造，对该XYZ-机器人编制程序以将导电硅酮珠子直接点在导电外壳的边缘。珠子的高度通常在0.5mm至2.5mm之间。将作为触变性液体的硅酮固化在适当位置。市场上存在两种类型的固化系统。室温固化系统需要若干小时或若干天来进行固化。热固化系统利用热量在比较短的时间内进行固化。材料在100℃下在烘箱中在30分钟内固化。通过利用热量来进行固化，我们可实现较短的交货期、较快的反馈及质量控制、较好的压缩形变以及无硅酮渗出风险。根据应用的机械要求而定，屏蔽件的外壳可由金属或塑料制成。常用的金属为铝及镁。点胶工艺非常灵活，并且可处理几乎任何尺寸及形状的基板。如果要使用塑料，则重要的是，选择可在100℃下经受固化达30分钟而不会变形或弯曲的材料。部分金属(例如铝)可用于点胶成型屏蔽垫圈而无需进行表面处理。为提高抗蚀性并改善与垫圈的电性接触，可将不同种类的表面处理应用于金属部件。这会提高部件的成本，然而从短期以及长期来看，屏蔽效应会得到显著改善。
事实上，铝可在温和的环境中用于屏蔽件。对于严酷的环境，铝可经铬酸盐处理或镀覆有镍/锡或铜/银。应一定要对镁部件进行镀覆，以阻止表面氧化。铜及镍的电镀，或许还有黑铬或白青铜或类似物的修饰涂层是常常使用的。塑料外壳可被金属化以用作EMI屏蔽件。最常见的方法为电解或无电解的铜/镍、真空沉积的铝以及导电喷涂。这些不同的方法都具有其优点及缺点。对于选择表面处理，重要的是考虑屏蔽要求、老化要求、成本以及物流。为实现与PCB进行的电性接触，点胶成型的垫圈需被压缩其原始高度的5％-10％。增大的压缩并不会在更大程度上改善电性接触。在一种构造中，应将垫圈设计成消耗掉公差并封堵外壳与PCB之间的任何间隙。为实现良好的密封及电性接触，建议将垫圈压缩在10％与50％之间。标称值应为20％-30％。推荐使用机械压缩止挡件。在知道机械系统的公差的情况下，应该计算出垫圈高度。通常垫圈高度介于0.5mm与2.5mm之间。对于标准的点胶材料，可用单个珠子实现高达1.0mm的高度。实现1.0mm以上的高度的较佳的方式是通过在第一个珠子的顶部上点上第二个珠子来形成。通过新材料工艺，可仅用一个珠子实现高达1.8mm的高度。由于自由成型工艺及材料的黏性，高度一旦确定，宽度便可确定。
根据某些实施例，对于与共用EMC遮罩123平行的PCB 101，109，可使用例如FR4或Rogers等不同的PCB材料，其中连接部件及组件同时连接至这两个PCB 101及109而无EMC渗漏。
根据某些实施例，可在EMC插塞及FIP垫圈中使用例如导电橡胶等标准材料。具体而言，采用这些材料的特性与插塞117的对称球形几何结构的组合。根据某些实施例，插塞头部121可具有可处理所有方向上的机械位置及几何公差的形状。插塞117还可包括导电材料。
根据某些实施例，由于不需要两个单独的EMC屏蔽遮罩，因而可降低总成本。此外，所占用的PCB面积减小。此外，可支持连接至两个PCB的组件而无EMC渗漏。因此，可避免采用双层壁减小可用PCB面积及不支持连接至两个PCB的组件。另外，单一连续的电磁遮罩允许组件在两个PCB之间跨越。

Claims (13)

1.一种印刷电路板装置，包括：
第一印刷电路板(101)，具有导电表面；
第二印刷电路板(109)，具有导电表面，所述第二印刷电路板(109)邻近所述第一印刷电路板(101)布置；
电磁屏蔽件(123)，邻近所述第一印刷电路板(101)及所述第二印刷电路板(109)布置；以及
导电插塞(117)，布置在所述第一印刷电路板(101)与所述第二印刷电路板(109)之间的间隙(113)中，所述导电插塞(117)电性连接所述第一印刷电路板(101)的所述导电表面及所述第二印刷电路板(109)的所述导电表面以及所述电磁屏蔽件(123)。
2.如权利要求1所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)布置在形成所述间隙(113)的凹槽中，所述凹槽是由形成于所述第一印刷电路板(101)的侧切口(105)以及形成于所述第二印刷电路板(109)的侧切口(111)形成。
3.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)包括柱体(119)以及布置在所述柱体(119)的顶部上的插塞头部(121)，所述插塞头部(121)具有球形形状或圆形边界。
4.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)包括柱体(601)，所述柱体(601)设置有轴向肋(603)。
5.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)包括中空柱体(119)。
6.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)包括弹性材料、尤其是硅酮或橡胶，所述弹性材料具有导电微粒、尤其是包括以下至少一者的导电微粒：AG、Cu、Ag，及CU、Ni、Ag，及Ni、Ni，及C。
7.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)是由经导电涂覆的非导电材料制成。
8.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述导电插塞(117)包括柱体(119)以及插塞头部(121)，所述柱体(119)布置在所述第一印刷电路板(101)与所述第二印刷电路板(109)之间，所述插塞头部(121)突出于所述第一印刷电路板(101)的所述导电表面及所述第二印刷电路板(109)的所述导电表面上方，其中所述电磁屏蔽件(123)或所述所述电磁屏蔽件(123)的多个壁(125)中的一个壁(125)包括凹槽(107)，所述凹槽(107)以电导通的方式容置所述插塞头部(121)。
9.如权利要求8所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述凹槽(107)的形状对应于所述插塞头部(121)的侧面轮廓。
10.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述电磁屏蔽件(123)或所述电磁屏蔽件(123)的多个壁(125)中的一个壁(125)设置有导电垫圈。
11.如前述权利要求中的任一项所述的印刷电路板装置，其特征在于，所述第一印刷电路板(101)及所述第二印刷电路板(109)布置在金属底座(103)上，所述金属底座(103)包括凹槽(107)，所述凹槽(107)用于容置所述导电插塞(117)的柱体(119)的底端。
12.一种用于制造印刷电路板装置的方法，所述方法包括：
相互邻近地布置具有导电表面的第一印刷电路板(101)以及具有导电表面的第二印刷电路板(109)；
将导电插塞(117)布置在所述第一印刷电路板(101)与所述第二印刷电路板(109)之间的间隙(105)中，以电性连接所述所述第一印刷电路板(101)与所述第二印刷电路板(109)的导电表面；以及在邻近所述第一印刷电路板(101)及所述第二印刷电路板(109)的位置布置连续的电磁屏蔽件(123)，从而将所述电磁屏蔽件(123)电性连接至所述导电插塞(117)以及所述导电表面。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第一印刷电路板(101)中形成半圆形侧切口(105)；以及
在所述第二印刷电路板(109)中形成半圆形侧切口(111)；
当使所述第一印刷电路板(101)及所述第二印刷电路板(109)对准时，所述半圆形侧切口(101，111)形成圆形凹槽，所述圆形凹槽形成容纳所述导电插塞(117)的间隙(113)。
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