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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zum Abschirmen von
Strahlung, die einen Schaumkunststoff mit einem Netz offener Zellen
umfasst, die in Verbindung miteinander stehen, der mit einer Schicht
aus leitendem Metall versehen ist.
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Eine
Dichtung dieses Typs und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind
zum Beispiel aus dem US-Patent 4 576 859 bekannt. Die Abschirmung
von elektronischen Vorrichtungen wird eingesetzt, um entweder eine
elektronische Vorrichtung selbst gegen von außen einwirkende Störstrahlung
abzuschirmen oder um die Umgebung gegen Strahlung, die durch die
elektronische Vorrichtung selbst erzeugt wird, abzuschirmen, oder
für beide
Zwecke. Das Abschirmen eines elektronischen Bauteils auf diese Weise
auf einer der Kürze
halber nachstehend als PCB bezeichneten Leiterplatte kann mit Hilfe
einer Kappe erreicht werden, die aus einem elektrisch leitfähigen Material
besteht, die über
das elektronische Bauteil, das abgeschirmt werden soll, gelegt wird
und über
die elektrisch leitfähige
Dichtung mit einer Erdleitung auf der PCB elektrisch verbunden ist.
Die Dichtung wird verwendet, um die Spalten zwischen der Kappe,
die in Erscheinung tritt, um einen guten Verschluss zu bewirken,
und der PCB zu füllen
und somit den Austritt von Strahlung zu verhindern.
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Die
oben erwähnte
bekannte Dichtung umfasst einen Schaumkörper aus Kunststoff mit einer dreidimensionalen
Rahmenstruktur, wobei die Rahmenfläche davon mit einer Abdeckschicht
aus Metall und einer Abdeckung von einem darauf aufgebrachten, leitfähigen Gummi
und/oder Kunststoff versehen ist. Diese Dichtung wird hergestellt,
indem ein offenzelliger Schaum, zum Beispiel ein Polyurethanschaum,
aus dem die Membranen mittels einer Behandlung mit einer Base teilweise
entfernt worden sind, mit einer Deckschicht aus Metall zum Beispiel durch
stromlose Plattierung von Nickel bereitgestellt wird. Da die ursprüngliche
Elastizität
des Schaums bedingt durch das Aufbringen von Metall auf den plastischen
Schaum verloren geht, wird der metallische Auftrag während eines
anschließenden
Verformungsvorgangs absichtlich teilweise zerbrochen. Die Poren
werden anschließend
oder gleichzeitig mit einem leitfähigen Gummi und/oder Kunststoff
gefüllt. Die
Verformung findet durch Komprimierung des metallisierten Schaums
statt. Der Gummi wird verwendet, um Metallteilchen, die zum Beispiel
bedingt durch den Ver formungsvorgang freikommen, zu binden, so dass
sie mit den elektronischen Bauteilen und/oder einer gedruckten Schaltung
nicht in Kontakt kommen können,
was einen Kurzschluss verursachen könnte.
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Ein
Nachteil dieser bekannten Dichtung, insbesondere des Materials,
aus dem sie hergestellt wird, ist ihr Gewicht. Schließlich führt eine
Imprägnierung
des metallisierten Schaumkunststoffs mit dem leitfähigen Gummi
oder Kunststoff zu einem relativ schweren Material. Außerdem besteht
das Risiko, dass der Schaumkunststoff durch Hydrolyse bedingt altert.
Eine Hydrolyse dieser Art führt
dazu, dass der Schaum zerdrückt
wird, wobei während
dieses Vorgangs Metallteilchen freikommen können und Kurzschlüsse verursachen
können.
Allgemein ausgedrückt
lässt die
Haltbarkeit der bekannten Dichtungen etwas zu wünschen übrig.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
gegen den Austritt von elektromagnetischer Strahlung schützenden
Dichtung, die die oben erwähnten
Nachteile ausschließt
oder verringert.
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Zu
diesem Zweck ist entsprechend der Erfindung die Dichtung des oben
beschriebenen Typs dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen in der
Höhenrichtung
der Dichtung orientiert sind, derart, dass die elastische Komprimierbarkeit
in Höhenrichtung
der Dichtung mehr als 80% beträgt.
Nach dieser Ausführung
der Erfindung besitzt die Anordnung von Schaumkunststoff und der
darauf aufgebrachten Metallschicht eine elastische Komprimierbarkeit
von mehr als 80% mit dem Ergebnis, dass die Dichtung ausgezeichnet
dagegen drückt
und zum Beispiel elektrischen Kontakt damit an einer Seite eines
Erdleiters auf einer PCB und an der anderen Seite eine Abschirmung
herstellt. Bei diesem Kontakt gibt es keine Unterbrechungen, so
dass eine entsprechende Abschirmung garantiert ist. Außerdem wird
jede beliebige Änderung
im Abstand zwischen Erdleiter und Abdeckung sowohl örtlich als
auch im Laufe der Zeit durch die Elastizität der Dichtung kompensiert.
In den Dichtungen nach dem Stand der Technik war die elastische
Komprimierbarkeit nicht ausreichend, um dies zu erreichen. In diesem
Zusammenhang spielt der Schaumkunststoff eine relativ wichtige Rolle,
da dieser sowohl den größtmöglichen
Beitrag zur Elastizität
und Komprimierbarkeit leistet als auch das Metall unterstützt oder
trägt.
Es soll angemerkt werden, dass der Begriff „elastische Komprimierbarkeit" so zu verstehen
ist, dass er das Vermögen
bedeutet, unter Belastung eine Kompression auf das angegebene Niveau
zu erlauben und bei Wegnahme der Belastung scheinbar in die ursprüngliche
Form zurückzukehren.
In diesem Fall bedeutet eine Komprimierbarkeit von mehr als 80%,
dass eine Dichtung mit einer Höhe
(Dicke) von 1 cm mindestens 8 mm zusammengedrückt werden kann. Die Höhenrichtung
ist die Richtung zwischen dem Erdleiter und der Abdeckung. Die Zellen
des Schaumkunststoffes sind mit ihrer Längsrichtung in der Höhenrichtung
der Dichtung orientiert, d.h. die Längsrichtung der Zellen erstreckt
sich von der Fläche,
durch welche die Dichtung an der PCB befestigt ist, zu der Fläche, die durch
die Dichtung an der Kappe oder Abdeckung befestigt ist. Die Höhe der Dichtung
wird im Allgemeinen zwischen 1,0 und 3,0 mm liegen. Ihre Breite
beträgt
im Allgemeinen 0,6 bis 2,0 mm. Es ist vorzuziehen, dass mindestens
1,5 Zellen des Schaumkunststoffs, in der Breite der Dichtung gesehen,
vorhanden sind, da dies garantiert, dass eine ununterbrochene, abschirmende
Metallschicht vorhanden ist. Die oben genannten Bedingungen bedeuten,
dass die Komprimierbarkeit nicht in allen Richtungen mindestens 80%
betragen muss.
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Nach
einer zweiten Ausführung
der Erfindung ist der eingesetzte Schaumkunststoff anisotrop. Die
Auswahl eines anisotropen Schaumkunststoffs, d.h. ein Schaumkunststoff
mit richtungsabhängigen Eigenschaften,
als Ausgangsmaterial für
die Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtung ermöglicht es, die
elastische Komprimierbarkeit gegenüber dem bekannten Material
zu verbessern. Es ist vorzuziehen, dass diese elastische Komprimierbarkeit
mehr als 80% beträgt
und/oder dass die Zellen in der Höhenrichtung orientiert sind
wie es in der oben beschriebenen Ausführung definiert ist. Darüber hinaus
ist es möglich,
dass eine sehr dünne
Metallschicht ausreichen wird, so dass diese Schicht die elastische
Komprimierbarkeit nicht auf einen inakzeptablen Grad reduziert.
Das Aufbringen von Metall ist auch bis zu einem ausreichenden Umfang,
bei dem es während
einer Belastung nicht gebrochen wird, zum Teil wegen der Unterstützung vom
Schaumkunststoff flexibel, während
es außerdem
nicht notwendig ist, dass die offenen Zellen mit einem leitenden
synthetischen Gummi gefüllt
werden, um Teilchen, die abgebrochen wurden, zurückzuhalten. Deshalb schafft
die Erfindung eine sehr leichte Metalldichtung.
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In
der Erfindung ist es vorteilhaft, dass als Ausgangsmaterial Polyurethanschaum
auf der Basis von Polyether verwendet wird, da es hydrolytisch stabil
ist und deshalb kaum eine Alterung mit allen verbundenen Nachteilen
erfährt.
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Schaumkunststoff
mit einem Netz offener Zellen, die miteinander in Verbindung stehen,
kann erzielt werden, indem die Wände
(Membranen) des Kunststoffs, die Grenzen von Luftblasen festlegen, teilweise
aufgebrochen werden, so dass ein Netz von Poren oder Zellen, die
miteinander in Verbindung stehen, ausgebildet wird. Es ist offensichtlich,
dass ein Teil der Wände
an Ort und Stelle bleibt. Die Zellenabmessungen (Zellengröße) liegen
vorteilhaft im Bereich von 150 bis 750 μm, noch besser 200 bis 450 μm. Im Fachgebiet
selbst wird der Begriff „Zellengröße" so verstanden, dass
er den mittleren Wert für
den maximalen Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts einer Anzahl
von Zellen bedeutet.
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Wie
oben bereits angemerkt wurde, ist die Metallschicht dünn, so dass
sich Elastizität
und Komprimierbarkeit der Dichtung bedingt durch die Metallschicht
nicht erheblich verschlechtern. Das für die Metallschicht verwendete
Metall kann zum Beispiel aus Nickel, Kupfer, rostfreiem Stahl, Aluminium
und Titan und deren Legierungen ausgewählt werden. Indium und Zinn
sowie deren Legierungen können ebenfalls
verwendet werden. Nickel wird bevorzugt.
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Die
Dichte des Schaumkunststoffs liegt vorteilhaft im Bereich von 30 – 70 kg/m3. Nickel kann in einer Dichte von 10 – 100 kg/m3, vorzugsweise ungefähr 30 kg/m3,
aufgebracht werden. Die Dichte der Dichtung liegt dann im Bereich
von 40 – 170
kg/m3.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung
einer erfindungsgemäßen Dichtung,
wobei das Verfahren die Schritte Aufbringen eines leitfähigen Metalls
auf einen Schaumkunststoff mit einem Netz offener Zellen, die sich
miteinander in Verbindung befinden, und Bilden einer Dichtung daraus
umfasst. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass das leitende Metall auf den Schaumkunststoff, dessen Zellen
in der Höhenrichtung
der Dichtung orientiert sind, derart aufgebracht wird, dass die
elastische Komprimierbarkeit der Dichtung in der Höhenrichtung
mindestens 80% beträgt.
Das Ergebnis ist eine Dichtung mit ausgezeichneter Komprimierbarkeit
und Elastizität.
Nach einer weiteren Ausführung
wird das Metall auf einen anisotropen Schaumkunststoff aufgebracht,
so dass die elastische Komprimierbarkeit zumindest in einer Richtung,
die vorzugsweise als die Höhenrichtung
der Dichtung verwendet wird, ausgezeichnet ist.
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Es
ist vorteilhaft, den Schaumkunststoff zunächst leitfähig zu machen, indem eine dünne Schicht
des leitenden Metalls auf diesen aufgebracht wird und anschließend auf
diese dünne
Schicht eine dickere Schicht desselben oder eines anderen Metalls
durch Galvanoplastik aufgebracht wird. Zum Beispiel wird durch Sputtern
eine dünne
Schicht aus Kupfer oder Nickel aufgebracht. Zinn kann aufgedampft
oder aufgebracht werden, indem der Dampf durch ein Zinnschmelzbad
(der Schmelzpunkt von Zinn liegt ungefähr bei 260°C) geleitet wird. Ein Schaumkunststoff,
der auf diese Weise vorbereitet ist, kann anschließend galvanoplastisch
mit Nickel, Indium oder Zinn hergestellt werden, bis die gewünschte Schichtdicke
erreicht worden ist. Die galvanoplastisch hergestellte obere Schicht
hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 0 bis ungefähr 10 μm.
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Die
erfindungsgemäße Dichtung
wird in elektronischen Vorrichtungen verwendet, die gegen Störstrahlung
wie elektromagnetische Strahlung zum Beispiel elektronische Regel-,
Steuer- oder Schalteinrichtungen sowie Kommunikations- und Datenverarbeitungszubehör empfindlich
sind. Beispiele solcher Vorrichtungen umfassen Mikrodatenprozessoren,
Computer, integrierte Schaltungen, Mikroschalter, Mobiltelefone,
Sende- und Empfangseinrichtungen, Geräte zur Informationsübertragung,
Fernsehen usw.
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Die
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die angefügte Zeichnung
erläutert,
in der
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1 die
schematische Ausführung
einer Leiterplatte mit Abschirmung zeigt; und
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2 die
perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch das Material zeigt,
aus dem die erfindungsgemäße Dichtung
hergestellt ist.
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1 zeigt
eine Platte 10, die mit einer gedruckten Schaltung 12 versehen
ist. Mit der gedruckten Schaltung 12 ist ein elektronisches
Bauteil 14 elektrisch verbunden. Darüber hinaus gibt es an der Leiterplatte
einen getrennten Erdeiter 16. Über dem elektronischen Bauteil 14 wurde
eine Kappe 20 aus elektrisch leitendem Material angeordnet,
um das elektrische Bauteil gegen von außen kommende Störstrahlung
und um die Umgebung gegen Strahlung, die durch das elektronische
Bauteil erzeugt wird, abzuschirmen. Die Dicke der Kappe beträgt ungefähr 0,8 mm.
Zwischen der Kappe und dem Erdleiter 16 ist eine erfindungsgemäße Dichtung 30 vorhanden.
Die Form der Dichtung ist der des Erdleiters 16 und der
Kappe 20 angepasst. Die Dichtung verhindert den Austritt
von Stör strahlung
entweder nach innen oder nach außen durch den Spalt, die sonst zwischen
der Kappe 20 und dem Erdeiter 16 vorhanden wäre.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, besteht die Dichtung 30 aus
einem Schaummaterial 32, insbesondere ein Polyurethanschaum
mit Polyetherketten mit einer Zellenabmessung von 400 μm, auf dem eine
Metallschicht (nicht gezeigt) aus Zinn mit einer Dicke von 2 μm aufgebracht
wurde. Alle Zellen 34 sind in der vertikalen Höhe orientiert,
das heißt,
die Längsrichtung
der Zelle 34 verläuft
parallel zur vertikalen Höhe
der Dichtung 30. Das Ergebnis ist ein Dichtungsmaterial
mit ausgezeichneter Elastizität
in der vertikalen Höhe.
Im Falle einer Dichtung dieses Typs mit einer Dicke von 1,5 mm kann
diese Dichtung auf eine Dicke von 0,3 mm zusammengerückt werden,
während
die Dichtung, nachdem die Belastung weggenommen wurde, auf eine
Dicke von mehr als etwa 1,0 mm zurück springt. Außerdem ist
im Vergleich zu einem Schaum mit im Wesentlichen runden Zellen der
elektrische Widerstand in der vertikalen Höhe gering, was für die Abschirmeigenschaften
vorteilhaft ist.