DE3936494A1 - Material fuer ein gehaeuse von elektronischen vorrichtungen oder komponenten - Google Patents
Material fuer ein gehaeuse von elektronischen vorrichtungen oder komponentenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Material für ein Gehäuse von elektro
nischen Vorrichtungen oder Bauteilen zum Schützen der elektro
nischen Vorrichtungen oder Bauteile gegen äußere elektromag
netische Wellenstörungen.
In den vergangenen Jahren haben sich digitale, Mikrocomputer
enthaltende Geräte in bemerkenswerter Weise entwickelt und
werden in weitem Ausmaß für die Büroausrüstung, elektrische
Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeuge usw. verwendet. Zusätzlich ist
die Anzahl der Mikrocomputer mit höherer Integration und höherer
Taktfrequenz angestiegen. Störungen bzw. Rauschen durch elektro
magnetische Wellen, die in den elektronischen Vorrichtungen,
Bauteilen oder dergleichen erzeugt werden, werden jedoch über
Signalleiter, wie z.B. Flachkabel, weggeleitet oder beeinflussen
direkt die elektronischen Vorrichtungen oder Bauteile. Derartige
Störungen durch elektromagnetische Wellen führen zu Ausfällen,
Defekten und Fehlfunktionen der elektronischen Vorrichtungen
oder Bauteile, die durch schwache elektrische Ströme gesteuert
und betrieben werden. Überdies, da hochdichte magnetische
Aufzeichnungselemente in den elektronischen Vorrichtungen oder
Bauteilen aus magnetischer Substanz mit geringer magnetischer
Energie bestehen, werden in diesen Elementen aufgezeichnete
Daten durch externe Magnetfelder gelöscht, die durch Magnete
oder dergleichen verursacht werden.
Beim Stand der Technik wird als Material für ein Gehäuse elek
tronischer Vorrichtungen oder Bauteile entweder ein leitfähiges
metallisches Material, wie z.B. Eisen oder Kupfer, oder Kunst
harzmaterial, das Kohle- bzw. Rußpartikel als leitfähigen
Füllstoff enthält, verwendet, um elektronische Vorrichtungen
oder Bauteile gegen externe Störungen durch elektromagnetische
Wellen abzuschirmen.
Beide bekannte Materialarten sind jedoch unvollkommen und
bringen Probleme mit sich.
Kunstharzmaterial, das durch darin enthaltenes Kohle- bzw.
Rußmaterial leitfähig gemacht worden ist, weist zwei Vorteile
auf: Es ist leicht und kann durch Spritzgießen, durch Formen
unter Anwendung von Vakuum, usw. in verschiedene Formgebungen
mit größerer Vielfalt geformt werden. Andererseits weist es
einen Nachteil auf: Die Festigkeit des Kunstharzes ist umso
geringer, je mehr Kohle- bzw. Rußpartikel in ihm enthalten
sind. Daher ist der Anteil von Kohle- bzw. Rußpartikeln nach
oben hin begrenzt, da das Kunstharzmaterial eine gewisse Festig
keit aufweisen muß, um die elektronischen Vorrichtungen oder
Bauteile aufzunehmen und externen Kräften Stand zu halten. Um
konkreter zu sein, die spezifische elektrische Leitfähigkeit
oder der spezifische elektrische Widerstand des aus einem
solchen leitfähigen Kunstharz bestehenden Gehäuses von elektro
nischen Vorrichtungen oder Bauteilen kann nur bis etwa 100 Ohm×cm
reduziert werden. Da überdies das leitfähige Kunstharzmaterial
eine nichtmagnetische Substanz ist, müssen Magnete an der
Oberfläche des Gehäuses befestigt werden. Die Magnete können
die elektronischen Vorrichtungen oder Bauteile nicht vollständig
gegen niederfrequente magnetische Felder abschirmen, so daß
Ausfälle oder Fehlfunktionen der elektronischen Vorrichtungen
oder Bauteile auftreten. Im folgenden wird das Gehäuse der
elektronischen Vorrichtungen oder Bauteile mit "Gehäuse" bezeich
net.
Das andere bekannte Material für ein Gehäuse, leitfähiges
metallisches Material, weist eine hohe Permeabilität und einen
niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa
10-5 Ohm×cm auf. Im Unterschied zu dem weiter oben erwähnten
leitfähigen Kunstharzmaterial kann ein aus leitfähigem metal
lischem Material, beispielsweise aus Eisenblech hergestelltes
Gehäuse an seiner Oberfläche den magnetischen Fluß elektro
magnetischer Wellenstörungen von elektronischen Vorrichtungen
oder Bauteilen konzentrieren und außerdem durch ein niederfre
quentes Magnetfeld verursachte Ausfälle oder Fehlfunktionen der
elektronischen Vorrichtungen oder Bauteile verhindern. Das
Metallblech muß jedoch zum Erhalt der vorgesehenen Festigkeit
genügend dick sein, so daß es nicht im gewünschten Ausmaß
Ieichtgewichtig sein kann. Überdies kann metallisches Material
durch eine Preßverformung nur in begrenzter Vielfalt geformt
werden, teilweise da rechtwinkelig zur Antriebsrichtung eines
Preßstempels unregelmäßige Teile schwierig zu formen sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Material für ein Gehäuse
zu schaffen, das elektromagnetische Störungen aufgrund eines
niederfrequenten Magnetfelds oder elektromagnetischen Wellen
rauschens verhindert und aus dem sich in einfacher Weise leicht
gewichtige Gehäuse mit unterschiedlicher Gestalt herstellen
lassen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kunstharzmaterial für ein Gehäuse
gelöst, das Kunstharz als Basismaterial, Ferritpulver und
Kohlefasern enthält. Die Kohlefasern, die aus Kohlenwasserstoff
pyrolythisch im Dampfphasensystem hergestellt werden und einen
Kern aus hochfeinem Pulver eines hochschmelzenden Metalls
und/oder dessen Verbindungen bzw. Legierungen aufweisen, und
das Ferritpulver werden dem Kunstharz hinzugefügt.
Das erfindungsgemäße Material für ein Gehäuse ist ein zusammen
gesetztes Material aus Kunstharz, das Ferritpulver enthält und
mit bestimmten Kohlefasern verstärkt ist. Als Kunstharz kann
Polyesterharz, Venylharz oder Polyamidharz verwendet werden.
Die Kohlefaser weist im Gegensatz zur Polyacrylnitril-Kohlefaser
oder zur Pechkohlefaser eine haarähnliche Gestalt (Whiskers)
und einen Durchmesser auf, der im wesentlichen dem des hoch
feinen Pulvers aus hochschmelzendem Metall und/oder dessen
Verbindungen oder Legierungen entspricht. Eine solche whisker
förmige Kohlefaser eignet sich bestens, da sie überall im
Kunstharz-Basismaterial anhaften und gleichmäßig verteilt
angeordnet werden kann. Die auf Graphitkristallschichten mit
regelmäßigen, weniger Gitterfehler aufweisenden Gitterstruk
turen basierende Kohlefaser besitzt einen niedrigen elektrischen
spezifischen Widerstand oder eine hohe spezifische elektrische
Leitfähigkeit, sowie wünschenswerte mechanische Eigenschaften,
beispielsweise eine hohe Zugfestigkeit. Daher gibt die im
Basismaterial verteilte und gehaltene Kohlefaser dem Basisma
terial eine elektrische Leitfähigkeit und verbesserte mechanische
Eigenschaften. Das elektrisch leitfähige Kunststoffmaterial für
ein Gehäuse kann die elektronischen Vorrichtungen oder Bauteile
gegen elektromagnetische Wellenstörungen abschirmen, indem
Störungen von außen reflektiert und Störungen von elektronischen
Vorrichtungen oder Bauteilen im Inneren absorbiert werden.
Das Ausmaß der Leitfähigkeit oder des elektrischen Widerstandes
hängt vom Gehalt an Kohlefasern im Kunstharz ab. Wenn der Kohle
fasergehalt bis zu einer bestimmten Menge ansteigt, die aus
reichend ist, um die Kohlefasern in Berührung miteinander zu
halten, wird der spezifische elektrische Widerstand des Materials
etwa gleich dem der Kohlefaser allein. Die bestimmte Menge
beträgt etwa 30 Volumenprozent des Kunstharzes. In anderen
Worten, die bevorzugte Menge an Kohlefasern zum Absenken des
spezifischen elektrischen Widerstandes liegt über 20 Volumen
prozent des Kunstharzes. Hochschmelzende Metalle, die als Kohle
faserkerne gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden,
dürfen zwischen 950°C und 1300°C, also bei Temperaturen, bei
denen Kohlenwasserstoffe thermisch zersetzt bzw. pyrolisiert
werden, nicht verdampfen. Bevorzugte Metalle sind Ti und Zr in
der Gruppe 4a V und Nb in der Gruppe 5a, Cr und Mo in der
Gruppe 6a, Mn in der Gruppe 7a und Fe und Co in der Gruppe 8
des periodischen Systems. Fe, Co, Ni, V, Nb, Ta, Ti und Zr
eignen sich am besten. Die Verbindungen dieser Metalle sind
ihre Oxide, Nitride und Salze.
Das Ferritpulver, das in großen Mengen mit Hilfe einer bekannten
Pulvermetallurgie hergestellt werden kann, besitzt sogar in
einem Hochfrequenzfeld eine hohe Permeabilität. Das Kunstharz
material, das mit einer durch das Ferritpulver eingebrachten
hohen Permeabilität versehen ist, schirmt das Gehäuseinnere von
dem äußeren Magnetfeld ab.
Es ist wünschenswert, daß der Gehalt des im Kunstharz verteilten
und gehaltenen Ferritpulvers über zwei Volumenprozent des
Kunstharzes beträgt, damit das Kunstharz auch dann eine
hohe Permeabilität besitzt, wenn sich die Körner des Ferrit
pulvers nicht gegenseitig berühren.
Tabelle 2 zeigt Meßwerte von Eigenschaften, wie beispielsweise
des spezifischen elektrischen Widerstandes und der Dichte, des
Materials für ein Gehäuse gemäß vorliegender Erfindung und von
bekanntem Gehäusematerial. Bei dem Material der vorliegenden
Erfindung werden Ferritpulver mit einem Korndurchmesser von etwa
4µm und Kohlefasern mit einem Durchmesser zwischen 0.1µm und
0.5µm und einer Länge zwischen 0.1 mm und 1 mm zu ABS-Harz
hinzugefügt. Die Kohlefaser wird in einem Ofen bei einer Tem
peratur zwischen 950°C und 1300°C mit Hilfe eines Dampfphasen
systems erzeugt, wobei Benzol thermisch zerfällt, und weist
einen Kern aus Eisenpulver auf, das einen Korndurchmesser
zwischen 0.02µm und 0.03µm besitzt. Bei diesem Experiment
wird ein Teststück Nr. 1 gemäß JIS (Japanischer Industrie-Stan
dard) verwendet. Tabelle 1 zeigt Eigenschaften des Harzes, des
Ferritpulvers, der Kohlefasern und Kohle- bzw. Rußpartikel, die
zu dem nachstehenden Zusammensetzungsverhältnis gemischt werden:
| ABS-Harz: | |
| 78 Vol.-% | |
| Ferritpartikel: | 2 Vol.-% |
| Kohlefasern: | 20 Vol.-% |
| ABS-Harz: | |
| 65 Vol.-% | |
| Ferritpartikel: | 5 Vol.-% |
| Kohlefasern: | 30 Vol.-% |
| ABS-Harz: | |
| 70 Vol.-% | |
| Kohle- oder Rußpartikel: | 30 Vol.-% |
Wie aus dem Ergebnis des Experiments zu sehen ist, weist ein
aus dem erfindungsgemäßen Material hergestelltes Gehäuse gegen
über einem Gehäuse aus herkömmlichem Material überlegene mecha
nische Eigenschaften und eine überlegene Leitfähigkeit auf,
wobei es so leicht wie dieses ist. Außerdem weist es aufgrund des
in dem Material verteilten und gehaltenen Ferritpulvers eine
hohe Permeabilität auf, die mit dem bekannten Material (Ver
gleich C) nicht erhalten werden kann.
Da der Kohlefaseranteil im Kunstharz größer als 20 Volumen
prozent ist, werden die Gitterstrukturen der Kohlefaser kleiner
und kleiner, da sich die Kohlefasern immer häufiger miteinander
verketten und überschneiden. Daher stellt ein Kunstharzmaterial,
das einen Kohlefaseranteil von über 20% des Materialvolumens
gemäß der Frequenz der erzeugten elektromagnetischen Wellen
störung aufweist, eine wirksamere Gegenmaßnahme gegen elektro
magnetische Wellenstörungen dar.
Claims (3)
1. Gehäusematerial für ein Gehäuse elektrischer Vorrichtungen
oder Bauteile, gekennzeichnet durch ein Basismaterial, Kohle
fasern und Ferritpulver, wobei die Kohlefasern und das Ferrit
pulver im Basismaterial derart verteilt sind, daß das Gehäuse
material mindestens 20 Volumenprozent Kohlefasern und mindestens
2 Volumenprozent Ferritpulver enthält.
2. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohlefasern einen Durchmesser zwischen 0.1µm und
0.5µm und eine Länge zwischen 0.1 und 1.0 mm aufweisen.
3. Gehäusematerial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Basismaterial aus der Gruppe von Kunstharzen ausgewählt
ist, die aus Polyesterharz, Vinylharz oder Polyamidharz besteht.
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| US5126075A (en) | 1992-06-30 |
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