CN1586099A

CN1586099A - 电磁辐射的降低

Info

Publication number: CN1586099A
Application number: CNA028226070A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·威廉·哈珀; 肯尼思·杰勒德·巴顿; 戴维·朱利安·拉克斯; 科林·托马斯·梅特卡夫
Original assignee: IDA EMC Ltd
Current assignee: IDA EMC Ltd; IDA(EMC)有限公司
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2005-02-23
Also published as: KR20040068138A; EA200400678A1; CA2467297A1; IL161923A0; EP1457102A1; US20050079353A1; WO2003043399A1; ZA200403651B; GB0127320D0; JP2005510070A; EA006290B1

Abstract

一种用于塑料或弹性体材料的填充物，由粉状物构成，粉状物包含含量占总重量20％以上的铁磁材料和含量占总重量20％以上的硅石，粉状物表面涂有导电金属材料。该填充物用于提供对电磁辐射的屏蔽。

Description

电磁辐射的降低

技术领域

本发明涉及利用屏蔽(物)降低电磁辐射。

背景技术

在现代社会，电磁辐射越来越多的渗透和侵入已经造成电子设备和微电子设备之间干扰的增加，可能造成安全性丧失、设备之间的干扰，还可能威胁到健康。这样就需要用屏蔽(物)来防止向内和向外的辐射。大的空间，例如整个房间，通常通过法拉第笼(Faraday cage)或包含围绕空间的接地金属屏障的防护物来进行屏蔽。这些防护物可能是笨重的、昂贵的，并且难以安装。例如机箱等小空间通常用铝、钢、或涂有金属层的塑料来屏蔽，这些材料是笨重的，难以形成，且易于损坏或是昂贵的。

发明内容

本发明的一个目的是提供屏蔽电磁辐射的屏蔽物，同时适用于大空间和小空间，可用于电子元件或电路。

下面将说明本发明的其它目的。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于塑料或弹性体材料的填充物，包括粉状物，这种粉状物包含含量占总重量20％以上的铁磁材料和含量占总重量20％以上的硅石，该粉状物涂有导电金属材料。

根据本发明的填充物可以用在塑料或弹性体材料中，以提供非常高效的屏蔽形式。

本发明的屏蔽效果是这样实现的：在电磁传输快速衰减时，利用根据本发明的厚度很小的材料实现屏蔽。例如，厚度约为4毫米的混合材料可以在高达几个GHz的频率上降低90dB的辐射。当材料是以薄片的形式提供时，可以通过仅仅把薄片覆盖到现有的结构上并利用适合的粘合剂加固，就可以覆盖大面积的天花板和墙壁。

优选地，粉状物以超过总重量的50％的比例与聚合物或弹性体材料混合。

当屏蔽诸如微芯片等小元器件时，已经发现，根据本发明的屏蔽(物)便于以封装的形式应用到微芯片。令人惊奇地，已经发现，连到外壳内的微芯片上的导线之间的电传导率也可以忽略不计。

还发现，当在微芯片的外壳内使用本发明的材料时，改善了散热。当本发明用于封装电子电路时，也起到了类似的作用。

用IDA2000粉状物的形式提供粉末状的氧化物是方便的，IDA2000粉状物是本申请人/受让人公司的专有粉末产品，包括约占总重量的2.0％的氧化钙(CaO)，约占25-50％的二氧化硅(SiO₂)，约占1.1％的氧化铁(FeO)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、或四氧化三铁(Fe₃O₄)，约占1.35％的氧化锌(ZnO)，约占1.7％的碳化硫(SC₃)，以及诸如少量的(少于1％)氧化锰(MnO)、氧化钾(K₂O)、氧化铅(PbO)、氧化铬(Cr₂O₃)、和/或氧化钛(TiO₂)等的氧化物。IDA2000包含氧化物、磁的和电的材料的健康分布和其它对用在压铸塑料封装内的填充物有用的成分。虽然存在一些离子材料，但是这些成分在它们的氧化物内是无害的。不存在卤化物。当使用IDA2000时，对于在1到8MeV范围内的能量，在超过1000个小时的时间段内在本底之上(above background)没有检测到α粒子级的发射。当被压缩时，所测量的IDA2000的导电性约为兆欧姆数量级。当用作填充物时，IDA2000能以无压缩的形式分散，含量占总重量的70％到95％，这将导致导电性接近109欧姆。已经发现，IDA2000的膨胀系数显著小于目前微电子压铸封装所要求的最大值15×10⁶。

本发明的另一目的是提供一种能够易于电镀的可模压塑料产品。

本发明的其它方面是提供使用根据本发明的可被电镀的填充物的塑料或弹性体材料产品。

从申请人获得的IDA2000是工业流程中的废品，因此使用该产品很经济。

附图说明

现在将参照附图以范例的方式描述根据本发明的实施例，其中在附图中：

图1是装有根据本发明的屏蔽物样品的同轴空腔测试设备的纵向横截面；

图2是根据本发明的用于图1的测试设备内的有负载测量的屏蔽物样品的横向正视图；

图3是用于图1的测试设备内的无负载测量的屏蔽物样品的横向正视图；

图4是使用图1的测试设备的测试台的框图；

图5示出装入根据本发明的用于屏蔽其中的电子电路的典型的箱子；

图6示出根据本发明的被屏蔽的典型的半导体部件；

图7是根据本发明的被屏蔽的电缆的横截面；

图8是示出使用图1到图4的设备和测试台，在典型测试结果中的根据本发明的屏蔽物的屏蔽效率的曲线图；

图9是示出使用根据本发明的镀有1到2微米铜的Myranite粉状填充物的屏蔽效率的曲线图；

图10是示出使用根据本发明的镀有2到3微米的铜的Myranite粉状填充物的屏蔽效率的曲线图；

图11是示出与图9和10中显示的测试相比较使用标准已知填充物的较差屏蔽效率的曲线图；以及

图12是示出由根据本发明的塑料材料构成的风挡刮水器电动机。

具体实施方式

如下面的表1中所显示的不同比重的Myranite的几个例子中使用镀铜的Myranite粉状物构成的屏蔽物被压制到直径为133毫米、厚度约为4毫米的圆盘中，并安装到图1的测试设备中。

表1

符号名称％含量

样品1 样品2

Fe 离子，如氧化铁(FeO)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、 25至50 25至50

四氧化三铁(Fe₃O₄)

SiO₂ 二氧化硅 25至50 25至50

CaO 钙氧化物 2.5 9.0

MgO 镁氧化物 1.1 -

Al₂O₃ 铝氧化物 4.4 4.5

K₂O 钾氧化物 0.52 0.1

Sn 锡 - 0.2

Zn 锌，如锌氧化物(ZnO) 1.35 4.0

S 硫，如硫氧化物(SO₃) 1.7 ＜0.2

Mn 锰 - 0.5

MnO 锰氧化物 0.3 1.9

Pb 铅，如铅氧化物(PbO) 0.2 0.3

P₂O₅ 氧化二磷 - ＜0.2

Bi 铋 - ＜0.1

Cr₂O₃ 铬，如铬氧化物(Cr₂O₃) 0.15 微量＜0.1

Cd 镉 - 微量＜0.1

TiO₂ 二氧化钛 0.2 -

As 砷 - 微量＜0.1

Sb 锑 - 微量＜0.1

Ni 镍 - 微量＜0.1

对比微量微量

(Balance) (Trace) (Trace)

虽然已经发现取样的Myranite有比重一般超过25％的铁含量，但是也有可能只有20％。此外，也有可能存在其它诸如[Ni(en)₂]₃[Fe(CN)₆]₂这样的铁磁材料。2H₂O能构成铁含量的至少部分。硅石含量可能只有20％。

然后，将根据图4的测试设备连接到图1的设备。用于产生信号的Rohde L Schwarz RF生成器在每一测试频率上提供0dBm振幅的未调制信号。如图8所示，频率范围是1-1000MHz。利用HewlettPackard HP8526A频谱分析器测量通过同轴空腔的信号级别，数据被存储起来。设备遵循ASTM D 4935(测试规范)。

表1中的适当镀有一层或两层金属的Myranite粉状物，通常密度大约为3.5g/ml，当经过几千小时后发现它低于1和8MeV之间的α粒子发射测量阈值。

测试样品由具有涂层的Myranite粉状物构成，涂层厚度在1到2微米和2到3微米之间，涂层是铜，但也可以使用其它诸如铬、镍、铝、锌、钕、金、银、和锶铁素体(strontium ferrite)等涂层。粉状物上的涂层相当大地改进了没有涂层的粉状物的屏蔽性能。涂层可以通过干燥混合工艺、等离子体涂覆、电解或非电解镀应用到多层上。

Myranite粉状物可以被加热处理，可以与聚合物、树脂、和弹性体混合和冷却混合，其所占比重至少为92％。被测试的样品所占比重在50％和92％之间。测试样品的粒子大小在10和180微米之间。

图8中显示的典型测试结果表明图2中的4毫米的测试样品导致在略低于150MHz的情况下，电磁辐射的减少低于40dB，而在350-1000MHz之间时，电磁辐射的减少高于50dB。被测试的样品被认为在屏蔽来自移动电话中的电子元件的辐射方面是非常有用的。

为了降低屏蔽物和/或可以接受较低效率的场所的成本，本发明的粉末状的材料可以与未涂层的铁硅酸盐混合。

根据本发明，在测试中用来产生高性能注塑元件的典型Myranite混合物是：

15％的树脂

8％的硬化剂

1.5％的溴化有机阻燃剂

0.1-0.2％的催化剂(accelerator)

0.7％的无机阻燃剂

0.3％的偶合剂(coupling agent)

0.15％的脱模剂

0.15％的碳黑颜料

74％的镀铜Myranite粉状物

用于连续测试的Myranite粉状物一般小于200微米粒子大小，被分成四种粉状物大小(0-50、50-100、100-150、和150+微米)。测试表明Myranite粉状物作为填充物性能良好，没有剥离的趋势。Myranite混合物适用于微封装(参看图6)和风挡刮水器电动机护盖，表明它用于微电路和自动元件的良好性能。Myranite填充物所占比重可能在70和80％之间。

在进行受测试的微封装应用中，集成电路芯片封装到类似于上面所述的Myranite混合物中，形成四方扁平封装(Quad Flat Pack，QFP)，并与使用传统硅石填充物(Dexter Hysol混合物)的标准QFP比较。根据本发明的Myranite QFP在温度为108℃、相对湿度(RH)为90％的条件下，在高度加速的压力测试(HAST)室中测试240个小时(相当于在温带气候中使用40年)。在240个小时之后Myranite QFP不发生故障。已发现电性能几乎等于标准QFP内的标准IC。

在Myranite粉状物涂层不好的样品最初出现的问题之后，由如上所述的Myranite混合物提供的电磁(EM)屏蔽证明是非常有效的-分别参看图9中的样品325(Teesside样品2)和图10中的样品326(Teesside样品3)。这可以与图11中所示的使用一种标准已知Dexter Hysol混合物的样品327(Teesside样品4)进行比较。

当混合Myranite混合物时，要注意避免能把Myranite粉状物上镀的铜刮掉的剪力效应，试验表明必须在轮辗机(mill roller)之间设置宽间隔来避免EM屏蔽效率的降低。

一完成测试，发现在几乎每一方面，Myranite是混合物中用于压铸微电子封装的理想的低成本填充物。它在电、物理、化学、机械、和放射性方面都是一个好的解决方案。Myranite混合的很好，可进行模压和均匀散布。仅用Myranite填充的混合物压铸的部件表明分层的数量与标准树脂的数量相当。最后的测试造成在整个频谱范围EM屏蔽达90dB之多，而测试中使用的标准微电子设备没有任何的短路。

对风挡刮水器电动机的壳体(图12)的测试，由于测试小组面临的压力而不得不减少。然而，最初的测试表明，由于发动机定子能直接模压到Myranite混合物壳内，因而避免必要的金属密封，所以除了Myranite混合物良好的EM屏蔽(EMS)性能外，它也是非常适合的。而且，因为屏蔽材料遍布壳上，由于刮擦等对壳外部造成的损坏不会影响它的EMS性能。

对Myranite混合物的最初测试表明它适用于为了反射或装饰目的用金属电镀。当用于比图12中所示的壳体更大的壳体中时，这种机械属性提供了一种非常有吸引力的材料。

对弹性体材料中包含的Myranite的测试已经由申请人说明但还未完成。

Claims

1.一种用于塑料或弹性体材料的填充物，包括粉状物，所述粉状物包含含量占总重量20％以上的铁磁材料和含量占总重量20％以上的硅石，所述粉状物涂有导电金属材料。

2.根据权利要求1所述的填充物，其中所述铁磁材料是FeO、Fe₂O₃、或Fe₃O₄。

3.根据权利要求1或2所述的填充物，其中所述铁磁材料的含量占总重量的25％到50％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的填充物，其中所述硅石的含量占总重量的25％到50％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的填充物，其中所述粉状物的颗粒大小通常在200微米之下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的填充物，其中所述导电金属材料是铜、镍、或铬。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的填充物，其中所述导电金属涂层的厚度在0.5微米和4微米之间。

8.一种适于模压的塑料材料，至少包含树脂和硬化剂以及含量占总重量的50％到92％的根据权利要求1至7中任一项所述的填充物。

9.根据权利要求8所述的塑料材料，其中所述填充物的含量占总重量的70％到80％。

10.一种弹性体材料，包含根据权利要求1至7中任一项所述的填充物。

11.一种屏蔽、封装、或密封在根据权利要求8至10中任一项所述的材料中的电或电子部件。

12.根据权利要求11所述的部件是集成芯片。

13.根据权利要求11所述的部件是电动机。

14.一种基本上如上文中所描述的填充物。

15.一种基本上如上文中所描述的塑料或弹性体材料。

16.一种基本上如上文中所述或参照附图所述的电或电子部件。

17.一种通过把根据权利要求1至7中任一项所述的填充物与至少一种树胶和硬化剂混合并模压由此产生的混合物来形成产品的方法。

18.根据权利要求17所述的形成产品的方法，还包括电镀所述模压混合物的步骤。

19.一种基本上如上文中所描述的形成产品的方法。