DE10060917A1 - Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung - Google Patents

Abstract

Abschirmanordnung zum Abschirmen eines Innenraums eines elektrischen oder elektronischen Gerätes gegen elektromagnetische Strahlung, bei der in einer Dichtfuge zwischen zwei sich gegenüberliegenden elektrisch leitfähigen Kontaktflächen eine elektrisch leitfähige Dichtung angeordnet ist. Eine der Kontaktflächen hat einen mit einer haftvermittelnden und korrosionsbeständigen Zwischenschicht versehenen Bereich und einen unbeschichteten Bereich. In dem unbeschichteten Bereich liegt die elektrisch leitfähige Dichtung unmittelbar an der Kontaktfläche an. Zweckmäßigerweise deckt die Dichtung sowohl den mit der Zwischenschicht versehenen Bereich wie auch den unbeschichteten Bereich vollständig ab.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmanordnung zum Abschirmen eines Innenraums eines elektrischen oder elektronischen Gerätes gegen elektromagneti­ sche Strahlung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Abschirmanordnung zum Abschirmen eines elektrische und/oder elektronische Bauteile enthaltenden Innen­ raums wie z. B. einzelner Bereiche auf einer Leiterplatte eines Mobiltelefons oder anderen Gerätes der Telekommunikationsindustrie. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Abschirmanordnung.

Üblicherweise müssen bei diesen Geräten einzelne Bereiche auf der Leiter­ platte sowohl gegenüber externer elektromagnetischer Strahlung wie auch gegen­ über elektromagnetischer Strahlung, die von anderen Bereichen derselben Leiter­ platte ausgehen, abgeschirmt werden. Die Leiterplatten von Mobiltelefonen weisen mindestens zwei Bereiche auf, die gegeneinander abgeschirmt werden müssen. Neuere Geräte der sogenannten UMTS-Generation weisen fünf bis zehn oder mehr dieser Bereiche auf.

Zum einen wird eine derartige Abschirmung vom Gesetzgeber gefordert, der den Nachweis der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) elektrischer oder elektronischer Geräte verlangt. Zum anderen ist die Abschirmung aber auch gene­ rell für die Funktion von Mobiltelefonen nötig, weil die von einzelnen Bereichen der Leiterplatte ausgehende elektromagnetische Strahlung andere Bereiche und da­ mit die Funktion des Gerätes beeinträchtigt.

Es sind unterschiedliche Methoden der Abschirmung von elektrischen und elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten bekannt, wobei folgende Forderungen erfüllt werden müssen: niedriger Preis, geringer Platzbedarf, geringe Anzahl von Abschirmkomponenten, niedriger Montageaufwand, umweltfreundliche Werkstoffe und Beschichtungen sowie eine hohe Schirmdämpfung.

Eine hohe Schirmdämpfung ist nur mit einem elektromagnetisch vollstän­ dig geschlossenen Faraday'schen Käfig aus elektrisch leitfähigem Material erreich­ bar. Fugen dieses Faraday'schen Käfigs müssen daher mit elektrisch leitfähigen Dichtungen abgedichtet werden. Elektrisch leitfähige Dichtungen bestehen bei­ spielsweise aus metallischen Federelementen, Lötverbindungen oder metallgefüllten elastischen organischen Materialien. Metallgefüllte organische Materialien werden z. B. im Dispenserverfahren oder durch Umspritzen auf die Ränder des die abzu­ schirmenden Komponenten enthaltenden Gehäuses aufgetragen.

Wichtig für eine gute Abschirmwirkung einer derartigen Hochfrequenz- Dichtung ist ein möglichst niedriger Übergangswiderstand an den Kontaktflächen. Geht es beispielsweise um die elektromagnetische Abschirmung eines Mobiltele­ fons mit einer Leiterplatte, die auf der Innenseite die abzuschirmenden Bauteile trägt, so sollte der Übergangswiderstand an den Kontaktflächen in Abhängigkeit von der abzuschirmenden Frequenz von z. B. 1 bis 2 Gigahertz weniger als 0,5 Ohm betragen.

Dies lässt sich im Prinzip mit einer Hochfrequenz-Dichtung aus mit metalli­ schen Partikeln gefülltem organischem Material (z. B. einem Elastomer wie Silikon) erreichen. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, dass für die Güte der Abschir­ mung die mechanische Stabilität und Haftung der Hochfrequenz-Dichtung und die Langzeit-Korrosionsbeständigkeit der Kontaktstelle eine wesentliche Voraussetzung ist. Ist beispielsweise die eine Kontaktfläche an einem Gehäusesteg aus einem Leichtmetall wie Magnesium oder Aluminium vorgesehen, so ist eine haftvermit­ telnde Zwischenschicht, meist eine Chromatierung oder eine Metalloxid-Beschich­ tung notwendig, die nicht nur die gute Haftung, sondern auch die Korrosionsbestän­ digkeit der Dichtung gewährleisten soll. Metallische Beschichtungen aus Kupfer in Kombination mit Nickel scheiden im allgemeinen wegen der hohen Kosten aus. Chromatierungen oder andere Beschichtungen erhöhen jedoch den Übergangswi­ derstand auf Werte über 0,5 Ohm.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmanordnung zum Abschirmen eines Innenraumes eines elektrischen oder elektronischen Gerätes gegen elektromagnetische Strahlung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Abschirmanordnung zu schaffen, bei denen an den abzudichtenden Kontaktflächen eine möglichst gute Haftung und Korrosionsbestän­ digkeit bei gleichzeitig minimalem elektrischem Übergangswiderstand sicherge­ stellt werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 13 definierte Erfindung gelöst.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung hat eine der Kontaktflächen der Dichtfuge einen Bereich mit einer haftvermittelnden und korrosionsbeständigen Zwischenschicht sowie einen unbeschichteten Bereich. In dem unbeschichteten Be­ reich liegt die elektrisch leitfähige Dichtung unmittelbar an der betreffenden elektrisch leitfähigen Kontaktfläche an.

Vorteilhafterweise deckt die Dichtung sowohl den mit der Zwischenschicht versehenen Bereich wie auch den unbeschichteten Bereich vollständig ab.

Da die elektrisch leitfähige Dichtung in dem unbeschichteten Bereich unmittelbar an der betreffenden Kontaktfläche anliegt, lässt sich ein extrem niedri­ ger Übergangswiderstand von weniger als 0,050 Ohm verwirklichen. Im übrigen Bereich der Kontaktfläche stellt die Zwischenschicht eine gute Haftung zwischen der Dichtung und der Kontaktfläche und die erwünschte Korrosionsbeständigkeit sicher.

Vorteilhafterweise wird der mit der Zwischenschicht versehene Bereich in zwei außenliegende Teilbereiche unterteilt, zwischen denen der zwischenschicht­ freie Bereich angeordnet ist. Auf diese Weise wird der unbeschichtete Bereich von der umgebenden Dichtung gegen jegliche Umwelteinflüsse geschützt, so dass es auch im unbeschichteten Bereich nicht zu einer Kontaktkorrosion kommen kann.

Bei der Herstellung einer derartigen Abschirmanordnung wird zweckmäßi­ gerweise so vorgegangen, dass auf eine der Kontaktflächen eine durchgehende Zwi­ schenschicht aufgebracht wird, die Zwischenschicht in einem bestimmten Bereich der Kontaktfläche entfernt wird und anschließend die Dichtung sowohl auf den un­ beschichteten Bereich wie auch auf den übrigen Bereich der Kontaktfläche aufge­ bracht wird. Das partielle Entfernen der Zwischenschicht kann durch ein Laserver­ fahren oder auch ein mechanisches Verfahren erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nä­ her erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Gehäuse eines Mobiltelefons;

Fig. 2 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Abschirmanord­ nung des Gehäuses in Fig. 1.

In Fig. 1 ist in stark schematisierter Weise ein Teil eines Mobiltelefons mit einem Gehäuse 1 und einer Leiterplatte 2 dargestellt, die einen gegen elektro­ magnetische Strahlung abzuschirmenden Innenraum begrenzen. Das Gehäuse 1 mit seinem umlaufenden Wandsteg 1a besteht aus einem elektrisch leitfähigen Leicht­ metall wie z. B. einer Magnesium- oder Aluminiumlegierung und steht mit der Lei­ terplatte 1 über eine Dichtfuge in Verbindung, in der zwischen gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 und 5 eine elektrisch leitfähige Dichtung 3 angeordnet ist.

Damit die Leiterplatte 2 zusammen mit dem Gehäuse 1 und der Dichtung 3 einen elektromagnetisch vollständig geschlossenen Faraday'schen Käfig bildet, ist die Leiterplatte 2 mit einer für die Abschirmung tauglichen geschlossenen Kupfer­ lage (nicht gezeigt) versehen, die im Inneren der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Um eine gute Abschirmung zu erreichen, muss die Kupferlage der Leiterplatte einen guten und möglichst vollständig umlaufenden elektrischen Kontakt auf der gesam­ ten Kontaktfläche 5 zu der Dichtung 3 haben. Zu diesem Zweck ist die Kupferlage zur inneren Oberfläche der mehrlagigen Leiterplatte 2 hin durchkontaktiert, so dass sie einen umlaufenden Pfad als Kontaktfläche aufweist.

Die Abschirmanordnung im Bereich der Dichtfuge mit der elektrisch leitfähigen Dichtung 3 und den Kontaktflächen 4 und 5 ist in Fig. 2 genauer darge­ stellt. Wie gezeigt, ist der Gehäusesteg 1a an seinen Seitenflächen wie auch in einem Teil der Kontaktfläche 4 mit einer Zwischenschicht 6 versehen. Die Zwi­ schenschicht 6 besteht aus einem haftvermittelnden und korrosionsbeständigen Material und ist insbesondere eine galvanisch oder in anderer Weise aufgebrachte metallische Schicht, Konversionsschicht, Metalloxid-, Phosphat- oder Lackschicht. Als metallische Schicht kommt z. B. eine Chrom- oder Zink/Zinn-Schicht in Frage. Die Kontaktfläche 4 ist nur in einem Bereich 4a mit der Zwischenschicht 6 verse­ hen, während ein Bereich 4b unbeschichtet ausgebildet ist. Der mit der Zwischen­ schicht 6 versehene Bereich 4a ist in zwei außenliegende Teilbereiche unterteilt, während der unbeschichtete Bereich 4b zwischen diesen Teilbereichen und durch eine Abstufung erhöht gegenüber diesen Teilbereichen angeordnet ist.

Die Dichtung 3, die als Hochfrequenz-Dichtung ausgebildet ist, besteht aus einem organischen Material 3a, beispielsweise einem Elastomer wie Silikon, das mit metallischen Partikeln 3b z. B. aus Nickel oder Silber gefüllt ist, um zu vermei­ den, dass ein Teil des unbeschichteten Bereiches 4b der Kontaktfläche 4 zur Umge­ bung hin offen ist (was bei Einwirkung von Schadgasen und Feuchtigkeit zu einer Kontaktkorrosion zwischen den metallischen Partikeln 3b und dem elektrochemisch unedleren Material des Gehäusestegs 1a führen würde), ist die Dichtung 3 so auf­ getragen, dass sie sowohl den unbeschichteten Bereich 4b wie auch die beiden Teil­ bereiche des beschichteten Bereichs 4a vollständig abdeckt. Die Zwischenschicht 6 in dem beschichteten Bereich 4a sorgt somit für eine gute Haftung zwischen dem Gehäusesteg 1a und der Dichtung 3 sowie für einen optimalen Korrosionsschutz des unbeschichteten Bereichs 4b, welcher wiederum für einen extrem niedrigen elektri­ schen Übergangswiderstand zwischen dem Gehäusesteg 1a und der Dichtung 3 sorgt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Dichtung 3 einen sich in Richtung auf die Kontaktfläche 5 verjüngenden Querschnitt; genauer gesagt, hat sie im unverformten Zustand einen dreieckigen bzw. dachförmigen Querschnitt. Die Dichtung 3 liegt daher mit einem schmalen und genau definierten linien- bzw. strei­ fenförmigen Bereich an der Kontaktfläche 5 der Leiterplatte 2 an. Im eingebauten Zustand wird die Dichtung 3 durch Verschrauben oder Verklemmen von Leiter­ platte und Gehäuse zwischen den Kontaktflächen 4 und 5 eingespannt und hierbei um beispielsweise 30% komprimiert, so dass dann die metallischen Partikel 3b unmittelbar aneinander anliegen und für einen entsprechenden elektrischen Pfad zwischen den Kontaktflächen 4 und 5 sorgt. Durch die Komprimierung kommt es im Laufe der Zeit zu einem "compression set" der Dichtung 3. Vorteilhafterweise wird die Profilierung der Dichtung 3 so gewählt, dass das Kompressionssetzverhal­ ten (compression set) der Dichtung optimal, d. h. möglichst gering wird. Beispiels­ weise kann die Dichtung 3 in Längsrichtung der Dichtfuge (also senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 2) leicht gekrümmt sein, so dass die Dichtung im einge­ bauten Zustand mit möglichst gleichmäßiger Anpresskraft an der Kontaktfläche 5 der Leiterplatte 2 angedrückt wird.

Bei der Herstellung der in Fig. 2 gezeigten Abschirmanordnung wird zweckmäßigerweise so vorgegangen, dass zunächst der Gehäusesteg 1a vollständig mit der Zwischenschicht 6 überzogen wird. Anschließend wird die Zwischenschicht in dem Bereich 4b, der zu diesem Zweck gegenüber dem Bereich 4a erhöht ist, ent­ fernt, beispielsweise durch ein Laserverfahren oder ein mechanisches Verfahren. Anschließend wird die Dichtung 3 in einem Spritzverfahren auf die Kontaktfläche 4 aufgetragen. Nach dem Setzen der Dichtung 3 kann dann das Gehäuse 1 mit der Leiterplatte 2 verbunden werden, wobei dann die Dichtung in der beschriebenen Weise komprimiert wird. Da dann die metallischen Partikel 3b der Dichtung 3 in dem Bereich 4b unmittelbaren Kontakt mit dem metallischen Material des Gehäuse­ stegs 1a haben, ist ein sehr geringer Übergangswiderstand von z. B. weniger als 0,050 Ohm erreichbar. Dennoch sorgt die Zwischenschicht 6 im Bereich 4a der Kontaktfläche 4, wie bereits erwähnt, für eine ausgezeichnete Haftung zwischen der Dichtung 3 und der Kontaktfläche 4 sowie einen optimalen Korrosionsschutz im unbeschichteten Bereich 4b.

Claims (14)

1. Abschirmanordnung zum Abschirmen eines Innenraums eines elektri­ schen oder elektronischen Geräts gegen elektromagnetische Strahlung, bei der in einer Dichtfuge zwischen zwei sich gegenüberliegenden elektrisch leitfähigen Kontaktflächen (4, 5) eine elektrisch leitfähige Dichtung (3) angeordnet ist, wobei eine (4) der Kontaktflächen (4, 5) einen mit einer haftvermittelnden und korrosions­ beständigen Zwischenschicht (6) versehenen Bereich (4a) und einen unbeschichte­ ten Bereich (4b) hat, in dem die elektrisch leitfähige Dichtung (3) unmittelbar an der betreffenden elektrisch leitfähigen Kontaktfläche (4) anliegt.

2. Abschirmanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (3) sowohl den mit der Zwischenschicht versehenen Bereich (4a) wie auch den unbeschichteten Bereich (4b) der betreffenden Kontaktfläche (4) vollstän­ dig abdeckt.

3. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der mit der Zwischenschicht versehene Bereich (4a) in zwei außenliegende Teilbereiche unterteilt ist, zwischen denen der unbeschichtete Bereich (4b) angeordnet ist.

4. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der unbeschichtete Bereich (4b) stufenförmig erhöht ist gegenüber dem mit der Zwischenschicht versehenen Bereich (4a).

5. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der unbeschichtete Bereich (4b) durch partielles Entfer­ nen der zunächst durchgehend aufgebrachten Zwischenschicht gebildet ist.

6. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Dichtung (3) einen Querschnitt hat, der sich von der einen Kontaktfläche (4) in Richtung auf die andere Kontaktfläche (5) verjüngt.

7. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Dichtung (3) zwischen den Kontaktflächen (4, 5) komprimiert ist und ein bestimmtes Profil zur Optimierung ihres Kompressions­ setzverhaltens hat.

8. Abschirmanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (3) in Längsrichtung der Dichtfuge ein geringfügig gekrümmtes Profil hat.

9. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die mit der Zwischenschicht (6) versehene Kontaktflä­ che (4) am Rand eines Wandsteges (1a) eines aus elektrisch leitfähigem Leichtme­ tall bestehenden Gehäuses (1) vorgesehen ist.

10. Abschirmanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Kontaktfläche (5) an einer Leiterplatte (2) vorgesehen ist.

11. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Dichtung (3) eine im Spritzverfahren auf die betref­ fende Kontaktfläche (4) aufgebrachte Dichtungsleiste aus einem mit metallischen Partikeln (3b) gefülltem organischen Material (3a) ist.

12. Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) eine galvanisch oder in anderer Weise aufgebrachte metallische Schicht, Konversionsschicht, Metalloxid-, Phos­ phat- oder Lackschicht ist.

13. Verfahren zum Herstellen einer Abschirmanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine (4) der Kontakt­ flächen (4, 5) eine durchgehende Zwischenschicht (6) aufgebracht wird, dass die Zwischenschicht (6) in einem bestimmten Bereich (4b) der betreffenden Kontakt­ fläche (4) entfernt wird und dass anschließend die elektrisch leitfähige Dichtung (3) auf den unbeschichteten Bereich (4b) und den übrigen Bereich (4a) der betreffenden Kontaktfläche (4) aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwi­ schenschicht (6) in dem bestimmten Bereich (4b) der betreffenden Kontaktfläche (4) durch ein Laserverfahren oder ein mechanisches Verfahren abgetragen wird.