DE202005006225U1

DE202005006225U1 - Housing for electronic components or devices is made from foamed metal or a sandwich material containing one or more layers of foamed metal

Info

Publication number: DE202005006225U1
Application number: DE200520006225
Authority: DE
Original assignee: Gotze Stephan; SEELIGER HANS WOLFGANG; WILDING UTE
Current assignee: Alm De GmbH; Braun Stefan De; GOETZE, STEPHAN, DE; Wilding Ute De
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2015-04-19

Abstract

Housing is made from foamed metal or a sandwich material containing one or more layers of foamed metal.

Description

Bedingt durch die allgemeine technische und gesellschaftliche Entwicklung nimmt in der heutigen Zeit der Gebrauch von elektronischen Bauteilen und Geräten ständig zu, die ihrerseits andere elektronische Geräte störende elektromagnetische Felder erzeugen. Des Weiteren ist zum heutigen Zeitpunkt nicht vollends geklärt, ob – und damit auch nicht auszuschließen, dass – derartige Felder negative gesundheitliche Einflüsse auf den Menschen haben.conditioned through the general technical and social development At the present time, the use of electronic components is increasing and devices constantly to, in turn, other electronic devices interfering electromagnetic fields produce. Furthermore, at the present time is not complete clarified if - and so as not to exclude that - such Fields have negative health effects on humans.

Es besteht daher die Notwendigkeit, elektronische Bauteile und Komponenten durch entsprechende Gehäuse sowohl gegen sie selbst störende elektromagnetische Strahlung von außen zu schützen als auch zu verhindern, dass sie selbst ihre Umgebung durch derartige Strahlung „verunreinigen".It Therefore, there is a need for electronic components and components through appropriate housing both against themselves disturbing electromagnetic Radiation from the outside to protect as well as to prevent themselves from their environment through such "Contaminate" radiation.

Nach dem Stande der Technik bestehen Gehäuse für empfindliche elektronische Geräte und Bauteile meist aus verlötetem Weißblech; insbesondere für hochempfindliche elektronische Geräte und Bauteile werden Messinggehäuse verwendet, die aufwendig aus Vollmaterial gefräst werden und dementsprechend kostenintensiv sind. Als weiterer Nachteil insbesondere bei Gehäusen aus Messing hat sich ferner das hohe Gewicht derartiger Gehäuse erwiesen.To According to the state of the art housings for sensitive electronic equipment and components mostly soldered Tinplate; especially for Highly sensitive electronic devices and components are used brass housing, which are elaborately milled from solid material and accordingly are expensive. As a further disadvantage, especially in casings Brass has also proven the high weight of such housing.

Ziel der Erfindung ist daher eine kostengünstige, leicht bauende Alternative für Gehäuse hochempfindlicher elektronischer Geräte und Bauteile, die gegenüber dem Stand der Technik eine wesentlich verbesserte Abschirmung der elektromagnetischen Strahlung ermöglicht.aim The invention is therefore an inexpensive, easy-to-build alternative for housing highly sensitive electronic devices and components facing the prior art, a much improved shielding of the electromagnetic radiation allows.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Gehäusewände aus aufgeschäumtem Metall oder einem Sandwichmaterial bestehen, das eine oder mehrere Lagen eines aufgeschäumten Metalls enthält.According to the invention Task solved by that the housing walls off expanded Metal or a sandwich material, which is one or more Layers of a foamed metal contains.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die Gehäusewände aus so genannten Aluminiumschaum-Sandwichs, zwischen deren Decklagen aus Aluminiumblech eine Kernschicht aus Aluminiumschaum angeordnet ist, der seinerseits metallisch und damit elektrisch leitend an die Decklagen angebunden ist.In the most preferred embodiment consist the housing walls so-called aluminum foam sandwiches, between their cover layers made of aluminum sheet a core layer of aluminum foam arranged is, in turn, metallic and thus electrically conductive the cover layers are tied.

Als vorteilhaft beim Einsatz dieser Aluminiumschaum-Sandwichs für Gehäuse elektronischer Geräte und Bauteile hat sich neben ihrer guten Abschirmung gegen elektromagnetische Felder ihre Verarbeitung erwiesen, da derartige Sandwichs wie normale Bleche zugeschnitten und miteinander verbunden werden können. Auf diese Weise ist es etwa möglich, entsprechende Öffnungen und Durchbrüche im Gehäuse für Bedienelemente, Anzeigen, Lüftungen oder ähnliches zu realisieren. Die einzelnen Wandelemente können etwa mechanisch mittels geeigneter Strangpressprofile an den Ecken verbunden werden, es ist aber auch möglich, diese direkt mittels Schweißens miteinander zu verbinden.When advantageous when using these aluminum foam sandwiches for housing electronic devices and components In addition to its good shielding against electromagnetic fields their processing proved that such sandwiches as normal sheets be tailored and connected to each other. That's the way it is about possible, corresponding openings and breakthroughs in the casing for controls, Displays, ventilation or similar to realize. The individual wall elements can be mechanically about suitable extrusions are connected at the corners, it but it is also possible this directly by welding to connect with each other.

Aluminiumschaum-Sandwichs sind nach dem Stande der Technik bisher allein für Leichtbauanwendungen bekannt geworden ( DE 44 26 627 C2 , WO 03/009956 A2, EP 0 927 591 A2 ), ihre Eignung als Abschirmung gegen elektromagnetische Felder wurde bisher jedoch weder genutzt noch erkannt.Aluminum foam sandwiches have hitherto been known in the prior art alone for lightweight construction applications ( DE 44 26 627 C2 , WO 03/009956 A2, EP 0 927 591 A2 ), but its suitability as a shield against electromagnetic fields has not yet been used or recognized.

In Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass Metallschaum enthaltende Gehäusewände, und in bevorzugter Ausführungsform solche auf Basis von Aluminiumschaum-Sandwichs, aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und der Zellstruktur des Metallschaums und hervorragende Abschirmung gegen die elektrische Komponente von elektromagnetischen Störfeldern bieten.In It could be proved that metal foam containing Housing walls, and in a preferred embodiment those based on aluminum foam sandwiches, due to their electrical properties conductivity and the cell structure of the metal foam and excellent shielding against the electrical component of electromagnetic interference fields Offer.

Dieses Abschirmverhalten kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass die Innen- und/oder Außenseite eines daraus gefertigten Gehäuses für elektronische Bauteile oder Geräte mit einer Kupferfolie verkleidet wird, die etwa mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit der Gehäusewand verbunden ist.This Shielding can be further improved by that the interior and / or outside a case made of it for electronic Components or devices is covered with a copper foil, which is about by means of an electric conductive adhesive connected to the housing wall is.

Gleichzeitig wirken Gehäuse auf Basis von Metallschäumen oder Metallschaumsandwichs abschirmend gegen die magnetische Komponente des elektromagnetischen Feldes oder gegen Magnetfelder. Hier käme als Werkstoff nach dem Stande der Technik Eisenblech in Frage, welches zwar eine gute Schirmwirkung gegen magnetische Felder aufgrund seiner hohen Permeabilität besitzt, dafür aber die in der zu schirmenden Schaltung vorhandenen Signale durch „magnetic field distortion" beeinträchtigt: dabei bildet sich um einen stromdurchflossenen Leiter – z.B. eine Leiterbahn auf einer Platine – ein elektromagnetisches Feld. Befindet sich in der Nähe ein ferromagnetischer Werkstoff, der eine magnetische Leitfähigkeit besitzt, wird hierdurch dem Feld Energie entzogen, was zu einer Beeinträchtigung des Nutzsignals führt.simultaneously act housing based on metal foams or metal foam sandwiching against the magnetic component of the electromagnetic field or against magnetic fields. Here comes as a material According to the prior art iron sheet in question, which although a good shielding effect against magnetic fields due to its high permeability owns, for but the signals present in the circuit to be shielded by "magnetic field distortion ": this forms around a current-carrying conductor - e.g. a Track on a circuit board - a electromagnetic field. Is there a ferromagnetic material nearby, the one magnetic conductivity possesses, thereby the field energy is withdrawn, resulting in a impairment the useful signal leads.

Eine andere, aus dem Stand der Technik hinreichend bekannte Alternative zur Abschirmung der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Feldes ist die Verwendung von Gehäusen aus MU-Metall, welches aber in der Verarbeitung sehr schwierig zu handhaben ist und gleichzeitig sehr hohe Kosten verursacht.A other alternative well known in the art for shielding the magnetic component of the electromagnetic Feldes is the use of housings made of MU-metal, which but in the processing is very difficult to handle and at the same time very high costs.

Gehäuse auf Basis von Metallschäumen oder Metallschaumsandwichs zeigen bei hervorragendem Abschirmverhalten gegenüber der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Feldes diese Nachteile nicht.Housings based on metal foams or metal foam sandwiches show excellent shielding behavior with respect to the magnetic component of the electromagnetic field not these disadvantages.

Basierend auf der Formel für die Eindringtiefe des magnetischen Feldes in Schirmmaterial,

wobei d = Eindringtiefe des magnetischen Feldes für eine Schwächung um einen bestimmten Betrag
ω = Kreisfrequenz des Wechselstromes
μ = Permeabilität des Schirmmaterials
η = Leitfähigkeit des Schirmmaterials
ergibt sich für das Abschirmverhalten von Gehäusen aus Aluminiumschaum-Sandwichs mit einer Wandstärke von 10 mm schon bei einer Feldfrequenz von 50 Hz eine Dämpfung von 37 % des magnetischen Störfeldes nachgewiesen werden.Based on the formula for the penetration depth of the magnetic field in screen material,

where d = penetration depth of the magnetic field for weakening by a certain amount
ω = angular frequency of the alternating current
μ = permeability of the screen material
η = conductivity of the screen material
results for the shielding behavior of housings made of aluminum foam sandwiches with a wall thickness of 10 mm already at a field frequency of 50 Hz, an attenuation of 37% of the magnetic interference field can be detected.

Bei Frequenzen oberhalb von 10 kHz werden praktisch 100 % erreicht.at Frequencies above 10 kHz are achieved virtually 100%.

Vergleichbare Ergebnisse wären nur mit Vollmaterial, also unter Inkaufnahme höherer Kosten, eines höheren Gewichts und eines größeren Bearbeitungsaufwandes zu erzielen.comparable Results would be only with solid material, so at the expense of higher costs, a higher weight and a larger processing effort to achieve.

Neben ihrem hervorragenden Abschirmverhalten gegen die elektrische und magnetische Komponente des elektromagnetischen Feldes verfügen Metallschäume und Metallschaumsandwichs über weitere Eigenschaften, die ihren Einsatz als Gehäusematerial für elektronische Bauteile und Geräte äußerst vorteilhaft erscheinen lassen. Hierbei sind insbesondere folgende zu nennen:Next their excellent shielding behavior against the electrical and magnetic component of the electromagnetic field have metal foams and Metal foam sandwiches over more Properties that are their use as housing material for electronic Components and devices extremely advantageous let appear. In particular, the following should be mentioned:

Ihre Abschirmung gegen radioaktive HintergrundstrahlungYour shield against radioactive background radiation

Selbst diese Störimpulse führen bei sehr empfindlichen Schaltungen, wie z.B. Elektrometern mit einer Auflösung im fA Bereich bzw. Nanovoltmetern schon zu Fehlanzeigen. Durch die größere Gehäusestärke wird diese Strahlung, insbesondere von Beta-Anteil deutlich besser abgeschirmt. In Versuchen mit Gehäusen aus Aluminiumschaum-Sandwichs konnte eine 6-fach höhere Abschirmung gegenüber dem Gehäuse aus 1 mm-Alublech gemessen werden.Even these glitches to lead for very sensitive circuits, e.g. Electrometers with a resolution in the fA range or nano-volt meters already to false readings. By the greater case thickness is this radiation, in particular better shielded by beta content. In experiments with enclosures made of aluminum foam sandwiches could a 6-fold higher shielding across from the housing be measured from 1 mm aluminum sheet.

Ihre Minderung von Resonanzen und MikrophonieeftektenYour reduction of resonances and microphones

Durch die amorphe Schaumstruktur von Metallschäumen bzw. darauf basierenden Sandwichs werden mechanische Resonanzen wesentlich besser unterdrückt, als von dünnerem oder sogar gleichstarkem Vollmaterial. Praktisch alle elektronischen Schaltungen sind in mehr oder weniger hohem Grade gegen Mikrophonie (verursacht durch Luft- oder Körperschall) empfindlich.By the amorphous foam structure of metal foams or based thereon Sandwiches are much better at suppressing mechanical resonances than of thinner or even solid material. Virtually all electronic circuits are more or less highly resistant to microphonics (caused by airborne or structure-borne noise) sensitive.

Resonanzen und Mikrophonieeffekte können noch weiter verringert werden, wenn die Gehäusewände auf Basis von aufgeschäumtem Metall oder Metallschaumsandwichs mit einem Material anderer spezifischer Dichte beschichtet werden Während einerseits die Wärmeleitfähigkeit von Gehäusewänden auf Basis von Metallschaum mit einem Wert von ca. 10 W/mK für die meisten Anwendungen ausreichend zur Abführung der Verlustwärme ist, wird andererseits durch die eingeschlossene Luft im Metallschaum eine zusätzliche Isolierwirkung gegen kurzzeitige Temperaturschwankungen der Außenluft erzielt, die bei sämtlichen temperatursensitiven Schaltungen (z.B. Quarzoszillatoren, Low-Offset-Verstärkern) ebenfalls von großem Vorteil ist.resonances and microphonic effects can still be further reduced if the housing walls based on foamed metal or metal foam sandwiches with a material of other specifics Density be coated during on the one hand, the thermal conductivity from housing walls Base of metal foam with a value of about 10 W / mK for most Applications sufficient for removal the heat loss is, on the other hand, by the trapped air in the metal foam an additional Insulating effect against short-term temperature fluctuations of the outside air achieved by all temperature sensitive circuits (e.g., quartz oscillators, low offset amplifiers) as well of great Advantage is.

Wie bereits zuvor erwähnt, können einzelne Wandelemente, insbesondere auf Basis von Metallschaum-Sandwichs mittels geeigneter Strangpressprofile an den Kanten der Gehäuse mechanisch durch Klemmen miteinander verbunden werden. Dabei werden die Wandelemente in an den Strangpressprofilen vorgesehenen Nuten eingeschoben und dort verklemmt. Durch den Einsatz von aus dem Stand der Technik hinreichend bekanntem Fingerstockmaterial werden die einzelnen Komponenten des Gehäuses elektrisch leitend miteinander verbunden und eine optimale elektromagnetische Abschirmung des Gehäuses erreicht.As mentioned earlier, can individual wall elements, in particular based on metal foam sandwiches mechanically by means of suitable extruded profiles at the edges of the housing Clamps are connected together. This will be the wall elements slid in provided on the extrusions grooves and there jammed. By the use of from the prior art sufficient known fingerstock material, the individual components of the housing electrically connected to each other and an optimal electromagnetic Shielding of the housing reached.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, die einzelnen Wandelemente des Gehäuses miteinander zu verschweißen.alternative but it is also possible to weld the individual wall elements of the housing together.

Wie aus dem Stande der Technik ebenfalls bekannt, werden Durchführungen für elektrische Signale und/oder Versorgungsspannungen gefiltert, Durchführungen für die Belüftung durch Wabengitter und Kamine geschirmt.As Also known in the art are bushings for electrical Signals and / or supply voltages filtered, bushings for the ventilation Shielded by honeycomb grid and chimneys.

Claims

Housing for electronic components or devices, characterized in that the housing walls of foamed metal or consist of a sandwich material containing one or more layers of a foamed metal.

casing for electronic Components or devices according to claim 1, characterized in that the housing walls so-called aluminum foam sandwiches exist, between their cover layers of aluminum sheets a core layer made of aluminum foam, which in turn is metallic and so that it is electrically connected to the cover layers.

Housing for electronic components or devices te according to any one of the preceding claims, characterized in that the inner and / or outer side of said housing is covered with a copper foil, which is electrically conductively connected to the housing wall.

casing for electronic Components or devices according to one of the preceding claims, characterized that at least two housing walls by means Extrusion profiles at the edges of the housing mechanically by clamping interconnected, said extrusion profiles with Grooves are provided, in which said housing walls inserted and jammed are.

casing for electronic Components or devices according to claim 4, characterized in that the housing walls in addition by Fingerstock material with the extruded profiles and thus with each other are electrically connected.

casing for electronic Components or devices according to one of the preceding claims, characterized that at least two housing walls with each other welded are.

casing for electronic Components or devices according to one of the preceding claims, characterized that accomplishments for electrical Signals and / or supply voltages are filtered.

casing for electronic Components or devices according to one of the preceding claims, characterized that accomplishments for ventilation through Honeycomb grid and / or chimneys are shielded.

casing for electronic Components or devices according to one of the preceding claims, characterized that at least one housing wall coated with a material whose specific gravity of that of the foamed Metal or that of the sandwich material is different.