CN1047780A - 具有用于导电结合的清洁、高导电表面的复合电磁干扰屏蔽材料 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于提供EMI防护的EMI屏蔽材料。该屏蔽材料是轻的、易于模压成复杂形状且在其相对两侧上具有导电结合表面。该清洁的、高导电的结合表面是夹在至少两个用于增强屏蔽材料强度的表面层之间的嵌入铝线网的一部分。通过用无孔带和阻挡带层交替把该金属网夹在其中，在该屏蔽材料的两侧可以得到清洁的、易于附着到相邻结构的导电区域。在固化期间，该带防止树脂直接进入金属网。固化后，除去无孔带以暴露清洁、高导电的结合表面。

Description

本发明涉及在相对两侧具有清洁的、高导电结合表面（bondingsurfaces），为与邻近的导电表面提供连续电磁屏蔽的复合EMI屏蔽材料（composite    EMI    shields）。

电磁环境效应（一般称为电磁干扰（EMI），电磁脉冲（EMP）或电磁易损性（vulnerability）（EMV）等等）涉及电子设备对外电磁场的敏感性。这些效应（以后统称为EMI）通过在微处理机单元和半导体芯片等中造成电流脉动引起意外的开关转换而影响电子设备。因为先进的芯片比老芯片速度快而电流低，因此，使用这些芯片的电子设备对来自EMI的影响更为敏感，特别是在具有高密度电子装置的应用中，像飞行器中，影响更为明显。

一个与此相关的问题是雷电闪击。虽然飞行器雷电闪击是常有的事，但多数飞行器利用一种屏蔽内部关键电子设备免遭损害的铝复盖层。随着飞行器日益趋向使用复合材料结构，雷电闪击可能危及飞行器安全的问题日益受到人们的关注，因为复合材料不是良电体，它不能屏蔽内部电路，雷电闪击可能直接沿内部导体移动而对飞行航空电子设备产生有害的影响，数字发动机控制，有线飞行控制的飞行和摸拟稳定的发展已经使这些航空电子设备变得对于飞行器的安全更为重要，但与此同时，甚至短暂的功能中断这些设备也难以承受。

减轻来自EMI的潜在危害的常用方法是围绕灵敏的电子系统包一层连续的导电屏蔽。有几种方法用于在利用复合材料的飞行器上提供这种屏蔽。一种方法包括把导电的金属例如铝离子汽相沉积（蒸镀）到复合材料表面上。但是，离子蒸镀需要在真空室中处理，因此，部件尺寸受到限制而且工艺本身也是比较昂贵的。另外，有效的离子蒸镀高度依赖于适当的表面制备且镀覆金属的表面对于碰撞和磨损十分敏感。

另一种方法利用在部件表面进行无电镀（化学镀）。无电镀处理包括把部件浸入一系列溶液中，从而，部件的尺寸受限于容器的大小。通常较大的飞行器结构是不能使用它的，同样，无电镀表面也易于受到碰撞损害和磨损。

再一种方法需要在制造中把导电金属网例如铝线网埋转入复合材料制品中。此法在使用标准（通常）的复合材料部件制造工艺过程中提供一导电层。目前，通过在结构表面上或表面下埋置编织的铝网而提供飞行器复合材料结构对EMI和雷电闪击的保护。这种结构可以通过把在其上具有多个复合预浸渍叠层的（prepreg    laminates）第一层铝线网放入模中而加以制造。在模压期间，树脂在均匀压力下流入网的空隙，结合成该结构。虽然在单个复合制品中能提供良好的导电性能，但在两个邻近的复合制品间实现完全的导电结合时，由于金属网用树脂浸渍而引起一些问题。现在，过量的树脂沿结合面用砂磨去除以暴露金属网而提供电结合表面。但是砂磨不能提供完全无树脂的表面，砂磨会产生较高的电阻并减少屏蔽效果。砂磨操作也取决于人工的熟练程度并可能引起对铝线网的损害。由此，屏蔽效果随部件不同而变化，这在许多飞行器应用中是不能接受的。

对复合制品还存在着这样的需要，即复合制品用作围绕种种装置进行屏蔽而不是它们的整体部分。这些屏蔽为了完整的导电结合必须在相对两侧具有导电区域。例如，在一个具有金属表皮的飞行器中，可能希望另外分隔出一个区域或一组设备以增加防护作用。这样的屏蔽必须较薄、较轻而且能模制成复杂的形状，为了与相邻的屏蔽或结构可以进行导电结合又要提供清洁的表面区域。这样的屏蔽还必须容纳观测板（access    panels）或门而在制造期间不增加过份的复杂性。

按照本发明，揭示一种用于提供EMI屏蔽的、具有与邻近制品结合的高导电表面的复合制品。该复合屏蔽材料包括至少一个用于雷电闪击或电磁干扰屏蔽的导电层;在该导电层相对两侧的表面层（face    plies），每个表面层具有开口区域以容纳结合表面（matingsurfaces）;设置在导电层后、导电层和相应表面层之间、与开口区域互补的阻挡带和设置在邻近表面层的开口区域中的、可除去的无孔带。

应用阻挡带和无孔带防止过量的树脂进入金属网，在屏蔽材料的相对两侧上提供两个导电区域。制造后，无孔带除去以暴露出与邻近制品结合的、沿结合表面的清洁的金属网，该邻近制品也可以是具有相应清洁金属网表面的复合结构或金属结构。另外，在导电结合区域中也可以提供加强层以增加刚性。

所提供的屏蔽材料是轻的且在其相对两侧上有导电结合表面的、易模压成复杂的形状的屏蔽材料。通过用无孔带和阻挡带层交替夹住金属网，能够在屏蔽材料的两侧提供清洁的导电区域，它容易连到相邻的结构上，且允许屏蔽材料按需要制作以便配置于一定形状的结构内，而不损失连续导电率，提供一种简单而有效地制备复杂形状且确保足够的对EMI和雷电闪击防护的屏蔽材料的手段。

图1    是本发明的复合EMI屏蔽材料的视图。

图2    是图1的屏蔽材料的分解图。

图3    是图1的屏蔽材料的部分剖面图。

参见图1，它表示模压后的复合的EMI屏蔽材料。为了说明起见，屏蔽材料1，基本上是平的且是正方形的，在一侧3上要求有一个清洁、高导电的边缘面2（部分剖视图）（in    phantom）和在围绕开口区域6的另一侧5上要求有一个清洁、高导电的边缘面4。这样高导电的边缘面可以按美国专利No.4746389所述来获得，该专利由迪厄诺瓦（Di    Genova）发明并与本申请共同转让，并援引在此作为参考，它揭示了在一个复合制品中提供一个清洁的、高导电结合面的方法。

参见图2，它显示了图1的屏蔽材料的分解图。一个无孔带（nonporous    tape）7置于工具或模具面8（未图示）上，在导电结合所要求的边缘区域2中。为了说明起见，结合（bonding）一词表示连结不同的结构使之形成一个连续的电单元防止通过向另一结构放电而在一结构上积存电荷。为了说明起见，带7可以是肖梅列克斯（Chomerics）公司制作的CHO-MASK带，它包括具有导电粘合剂背面和聚酯薄膜表面的铜箔。无孔带是防止树脂渗入所要求的。这里用的是CHO-MASK带，但实际上只要经受得住制造工艺而且制品完成后可以除去的任何无孔材料均可应用。

带7形成屏蔽材料的周边，单个复合表面层（single    composite    face    ply）9然后位于由该带所确定的区域内。该层有一个开口区域10，例如用作穿过屏蔽材料的接触孔。然后加上一个支持开口区域的导电边缘4的加强层11。阻挡带（barrier    tape）12然后置于加强层的上方。金属网层13然后置于带7、表面层9和阻挡带12的上方，该金属网层可以是延伸的铝箔或铝线的金属网。例如，可以使用由5056-0铝组成的0.0021英寸直径的线，且以每英寸200条线的密度编织的铝线网。另一个金属网层可以置于第一网层13的上方。应用的金属网的层数取决于对于具体应用需要屏蔽的程度。虽然用两层金属网是比较好的，但任何数目的金属网层均可使用。该金属网层尺寸以能覆盖上述带和阻挡层为度而且可以包括开口区域。当然，这些在制造后能够修整。

在金属网安装好后，阻挡带14放在周边上的无孔带7上方，把金属网夹在诸带之间。一复合面层15放置在带7的周边上，层15有一个开口区域16，无孔带17放入其中。

阻挡带防止树脂直接进入金属网，为了说明起见，阻挡带可以是从3M公司购买的低流动性薄膜粘合剂（low    flow    film    adhesive）（AF126-2），此阻挡带一方面提供良好的内部结合，一方面有效地阻挡树脂。虽然这里用的是薄膜粘结剂，但任何能防止树脂直接进入且能与树脂/纤维组合和模压工艺过程兼容的阻挡材料均能使用。例如，有或没有粘合剥离层背面（adhesive    peel    ply    backing）的聚酯薄膜（Mylar）带也可以使用。

面层或加强层可以是树脂预浸渍的玻璃纤维，凯佛拉（Kevlar）（多芳基酰胺），石墨或其它混合叠层，在堆叠后，该组件置入真空袋内，然后放入适当的蒸压器装置，在压力下加热固化。

在固化期间，来自复合层的树脂在层间流动以保证凝固成单体屏蔽材料。正如前面援引作参考的迪厄诺瓦发明的美国专利No.4746389所述，阻挡带防止树脂流沿联结面直接渗入金属网。但是，阻挡带是允许树脂沿层边缘的间接流动以防止层移动的。固化后，制品从模子中取出并通过对阻挡带、金属网和无孔带的切割而修整边缘。相似地，开口边缘也可以加以修整。CHO-MASK带然后剥离，顶部和底部显露出两个适合于与相邻结构导电结合的清洁的网边缘。在暴露的是铝网的情况下，可以对联结表面采取腐蚀防护而仍保护良好导电率的保护措施。制品然后使用金属条（片）（metal    straps）、螺栓或导电垫圈联接到邻接的制品上以保证连续的导电联结。图3表示围绕周边附加加强层11a的另一种屏蔽材料的部分剖面图。

本领域的技术人员懂得，本发明不限于所示的实施例，凡是预浸渍叠层（prepreg    layup）或用纤维缠绕的复合结构、使用金属网进行EMI/雷电闪击防护和要求电结合到邻接制品的，均可利用本发明。另外，由于很多电子器件都处在EMI的环境中，本发明有许多可能的应用领域，包括但不限于要求复合结构电结合的汽车和家庭方面的应用。

本发明虽然是就飞行器的EMI/雷电闪击屏蔽作了叙述，但本领域的技术人员懂得任何其它要求电磁屏蔽的场合都可以利用本发明。另外，虽然以上描述的是导电结合表面，但易于理解，任何形状的导电结合表面可以通过简单地修整阻挡和无孔带而获得。例如，可以形成正方形、圆或椭圆形的结合面。另外，通过简单调节模具面的类型，屏蔽材料形状可以模压成具有凹口的固定架、接触（观察）板或其它结构。这样，复杂的形状可以制造以适合容纳对EMI特别敏感的各个设备。

Claims (24)

1、一种复合EMI屏蔽材料，其特征在于包括：

至少一个用于雷电闪击或电磁波干扰屏蔽的导电层；

在该导电层相对两侧的表面层，每个表面层有一开口区域以容纳结合表面；

设置在所述导电层后面、在所述导电层与相应表面层之间的、对所述开口区域互补的阻挡带；和

设置在邻接所述表面层的开口区域中的可去除的无孔带。

2、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的导电层包括导电金属网或金属箔层。

3、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，所述导电层包括铝金属网。

4、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的表面层包括玻璃纤维、石墨或凯佛拉纤维增强、浸渍树脂的复合层。

5、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的无孔带包括具有聚酯薄膜表面和粘合剂底面的铜箔。

6、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的阻挡带包括低流动性薄膜粘合剂。

7、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的阻挡带包括有或没有粘合可剥离背层的聚酯薄膜带。

8、如权利要求1所述的屏蔽材料，其特征在于，进一步包括，设置在所述阻挡带和所述表面层之间、用于增强结合表面的一个或多个加强层。

9、如权利要求8所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的加强层包括玻璃纤维，石墨或凯佛拉纤维增强的，浸渍树脂的复合层。

10、一种复合EMI屏蔽材料，其特征在于包括，两个用于雷电闪击或电磁干扰屏蔽的导电层;

在所述导电层相对两侧上的表面层，每个表面层具有容纳结合表面的开口区域;

设置在相邻所述的表面层的开口区域中的可去除的无孔带;

设置在所述导电层后面、在所述导电层和相应表面层之间、与开口区域互补的阻挡带;和

设置在所述阻挡带和所述表面层之间、用于增强结合表面的一个或多个增强层。

11、如权利要求10所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的导电层包括导电金属网或金属箔层。

12、如权利要求10所述的屏蔽材料，其特征在于，所述导电层包括铝金属网。

13、如权利要求10所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的表面层和加强层包括玻璃纤维、石墨或凯佛拉纤维增强的、浸渍树脂的复合层。

14、如权利要求10所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的无孔带包括具有聚酯薄膜表面和粘合剂背面的铜箔。

15、如权利要求10所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的阻挡带包括低流动性的薄膜粘合剂。

16、如权利要求10所述的屏蔽材料，其特征在于，所述的阻挡带包括有或没有粘合剂可剥离层背面的聚酯薄膜带。

17、一种用于制造复合EMI屏蔽材料的方法，该屏蔽材料的相对两侧上至少有两个清洁的，高导电的结合表面，用于与相邻的结构进行导电结合，所述的屏蔽材料具有用于雷电闪击或电磁干扰屏蔽的连续的导电层，所述的方法包括：

（1）把无孔带放入模子中结合表面要求的第一区域中;

（2）放置相邻无孔带的、用于防护所述导电层的复合表面层;

（3）在结合的表面要求的第二区域，在表面层上放置阻挡带;

（4）用至少一个导电材料的层覆盖在所述无孔带、表面层和阻挡带上;

（5）在无孔带上面的所述第一区域中，在所述导电层上放置阻挡带，把所述导电层夹在其间;

（6）在所述第二区域中，在阻挡带上放置无孔带，把所述导电层夹在其间;

（7）在所述网和阻挡带上设置一结构层，但不是在第二区域中的无孔带的上面;

（8）进行固化以形成一复合制品;和

（9）除去所述无孔带以暴露两个实质上无树脂的导电结合表面。

18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的导电层包括导电金属网或金属箔层。

19、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的导电层包括铝金属网。

20、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的结构层包括玻璃纤维，石墨或凯佛拉纤维增强、浸渍树脂的复合层。

21、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的无孔带包括具有聚酯薄膜表面和粘合剂背面的铜箔。

22、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的阻挡带包括低流动性薄膜粘合剂。

23、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的阻挡带包括具有或没有粘合剂可剥离层背面的聚酯薄膜带。

24、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述的模具是具有复杂形状的模具。

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