JP4607598B2 - 柔軟な表面実装技術に適合したｅｍｉガスケット - Google Patents

Description

本発明は、改良された電磁障害（ＥＭＩ）ガスケットアセンブリーに関する。更に詳細には、本発明は、柔軟で且つ表面実装技術（ＳＭＴ）の装置に適合したＥＭＩガスケットアセンブリーに関する。

ＥＭＩガスケットは、電気伝導性シールドを、印刷回路板（ＰＣＢ）の接地トレース（ground trace）のような電気的接地の対応する部分と接続するために使用される、電気伝導性の界面材料である。その接地トレースは、典型的には通常、電磁障害を生じるか、或いはそのような障害に敏感であるような構成部品を取り囲む。好ましくは、ＥＭＩガスケットは、加圧下で高い電気伝導性で且つコンフォマル（conformal）であるべきである。一旦組み立てられれば、そのガスケット材料は、機械的に（そしてそれ故に電気的に）そのシールドと接地トレースの間の隙間を満たして、それらの構成部品の周りにファラデー・ケージ（Faraday Cage）を形成し、それによってそれらをＥＭＩから遮蔽する。

シールドとＰＣＢの両方の合せ面が完全に平行で且つ平坦ではない（許容差の理由による）ために、ＥＭＩを漏らし得る隙間がその界面に生じる。隙間は、屈曲からももたらされ得る。ＥＭＩガスケットは、これらの隙間を満たすように圧縮性でなければならず、そのことによって、許容差及び屈曲の意図された設計範囲に渡って、シールドと接地トレース間の電気的接触を着実に維持する。携帯電話及び他のデバイスが小型軽量になるにつれて、それらを形成する材料がこの屈曲に対してより敏感になる。市場の圧力が価格を下方に押し下げ続けるために、設計者は、シールドとＰＣＢ部での平面度仕様書を緩和し、通常のねじ固定の数を減らす（それらをスナップ装備に置き換える）ことを強要されてきている。典型的には、以前のシールドとＰＣＢの設計は、ＥＭＩガスケット材料の範囲外でおよそ０．２〜０．３ｍｍの一致性（圧縮）を要求してきた。今日の設計は、まだそれほど有効な影響力ではないが、その要求基準を０．４〜０．６ｍｍに更に押し進めようとしている。これらの傾向は、ＥＭＩガスケットに対して、それがより低い力の下でより圧縮性（即ちより柔軟）であって、更に依然として妥当な電気的性能を提供することを強要する、より高度な要求をするものである。このことは、ＥＭＩガスケット技術の真の限界をつき動かすものである。

現在、ＥＭＩガスケットは、ＰＣＢとは対照的に、もっぱらシールド上に直接実装され、そしてしばしば各適用についてカスタマイズされたパターンを有さねばならない。これらのＥＭＩガスケットは、通常、シリコーンのようなバインダー中に導電性粒子を含んでいる。それらのガスケットは、必ず導電性粒子を互いに接触し合うようにしておく必要があるために、通常緻密であって圧縮されにくいものである。形成された圧縮性スプリング状のフィンガー（fingers）を備えた打ち抜き金属部分がもう一つのタイプのガスケット材料であるが、それらは、経時的な電気的信頼性の問題及び高められた温度及び湿度への曝露と同様に、そのフィンガーの間隔による高周波数性能の問題を有することが知られている。そのようなＥＭＩガスケットを実装するための現在の製造技術には、次のようなことが含まれる。即ち、導電性粒子入りのペースト又は液状材料をシールドの表面上に直接分配し、そしてその分配された材料をその場で硬化すること、接着剤バッカー（backer）を有する導電性シート材料を打ち抜き、次いでその必要な大きさにされた材料をシールドの表面に移動し、位置決めし、そして直接接着すること、或いは導電性のスプリング状金属材料をシールドの表面に機械的に固着することである。

柔軟性の問題に対処するために、導電性ＥＭＩガスケットロープ（ropes）が開発されてきている。これらのロープは、通常、エラストマーのバインダー中の導電性粒子である程度均質に出来たもの、或いは誘電性エラストマーの内部コアーと、典型的にはエラストマーのバインダー中の導電性粒子の電気伝導性の外部層から出来た所謂２軸押出しタイプのもののいずれかの、押出し成形されたチューブである。シリコーンは、その機械的な弾性及び高温耐性により、バインダー及び／又はコアー用にしばしば使用される。これらのロープは、それらのチューブ状の形状と中空の中心（圧縮孔）によって、小さな力で高い圧縮性を提供し得る。但し、それらが押出し成形されるものであるために、特に複雑な送受話器（handset）の設計においてそれらの融通性を制限する複雑なカスタマイズされた形状にカスタマイズされ得ない。そのような材料の異なる個々の部品を使用することは、設計の融通性を付加し得るものの、煩雑で、困難なそしてしばしば信頼性のない、接着剤及び複合体をはがして貼る（peel-and-stick）自動化の採用を必要としている。一方、そのチューブを又はチューブの部分を留めるために、シールド中の溝が使用され得るが、これは、送受話器中でのスペースが限られているデザインにおいて大きなスペースを消費するものである。

当業者らによく理解されているように、ＳＭＴ（表面実装技術）装置は、通常、高速の装着システム（pick-and-place system）の端部における減圧ヘッドを使用して、ＰＣＢ上の表面実装パッド上にテープ及びリール付き（tape-and-reel-fed）ＰＣＢ構成部品を実装する。これらのパッドは、通常はんだペースト（又は導電性接着剤）で予備スクリーンされて、次いでリフロープロセス（例えば近赤外照射プロセス、気相プロセス、又は対流プロセス）に送られて、はんだ接合部を溶融（又は接着剤を硬化）して、そのことによって電気的及び機械的な接続を形成する。前に述べたように、ＥＭＩガスケットは一般に、ＰＣＢ上の適合する接地トレースに結合するシールドカバー上に直接実装される。但し、ＰＣＢ上に直接配置されて、その接地トレースにはんだ付け（又は結合）され得る、ＳＭＴ適合性のＥＭＩガスケットアセンブリーがある。このガスケットアセンブリーも、同様に付加的な融通性のために、シールドカバーにはんだ付け又は結合され得る。このタイプのガスケットアセンブリーは、ＧＯＲＥ−ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＳＭＴ ＥＭＩガスケットの商品名で入手可能である。ＧＯＲＥ社の米国特許第６，２３５，９８６号明細書及び第６，２５５，５８１号明細書が、言及によってここに取り込まれる。典型的なＳＭＴ適合性ガスケットアセンブリーの解決策が、要求されるシールド性能に応じて、大なり小なり連続的なガスケットのデザインを、或いは選択された領域において使用される２〜３の不連続なアセンブリーを形成するために組み合わされる多数の個々のガスケットアセンブリー類から成っても良い。このアプローチの利点は周知であるが、標準的なアセンブリーのサイズ、デザインの融通性、実装するデザインの変化の速度を考慮しておくこと、並びにＥＭＩシールドスキームに安定した不連続な点接地を追加するためのコスト的に有効な手段を提供することを含んでいる。これらのＳＭＴ適合性のＥＭＩガスケットアセンブリーは、粒子が充填された物であって、分配タイプのガスケットと同様ないくつかの圧縮性の問題に苦慮している。しかしながら、今日のデザインのために求められているものは、既存の製品よりも柔軟で、ＳＭＴ適合性のガスケットアセンブリーである。これは、より大きな範囲の許容差を有する、より軽量、薄型、低価格のカバー及びハウジングを考慮したものであって、そして前述のように大きな範囲の撓みに備えるものである。

本発明は、
電気伝導性のガスケット材料；及び
電気伝導性の支持層；
を含む、柔軟な表面実装技術に適合したＥＭＩガスケットアセンブリーであって、
そこでは、その電気伝導性ガスケット材料が圧縮孔を有し；そして
その電気伝導性支持層が少なくとも一つの屈曲端特徴部（以下「クリンプの特徴」ともいう）を含み、そしてそこでは、その少なくとも一つのクリンプの特徴が圧縮孔に侵入し、それによってその電気伝導性ガスケット材料を電気伝導性支持層に機械的に取付けるものである、ＥＭＩガスケットアセンブリーを提供する。

もう一つの側面において、本発明は、
圧縮状態及び非圧縮状態を有する電気伝導性のガスケット材料；及び
その電気伝導性ガスケット材料に隣接する電気伝導性の支持層；
を含む電磁障害ガスケットアセンブリーであって、
そこでは、その電気伝導性ガスケット材料が非圧縮状態においてチューブ状の形状を有し；そして
その電気伝導性支持層が、屈曲し、そして電気伝導性ガスケット材料に侵入し、それによってその電気伝導性ガスケット材料を電気伝導性支持層に機械的に取付ける、少なくとも一つの部分を有するものである、ＥＭＩガスケットアセンブリーを提供する。

図面について言及すると、本発明は、図１及び図２に示すような、柔軟で且つ表面実装技術（ＳＭＴ）に適合した、電磁障害（ＥＭＩ）ガスケットアセンブリー１０を提供するものである。ガスケットアセンブリー１０は、電気伝導性のガスケット材料１３及び
電気伝導性の支持層１４を含む。電気伝導性のガスケット材料１３は、そこに形成された圧縮孔２１を含む。圧縮孔２１は、その圧縮性を向上させるガスケット材料１３の中空部分である。圧縮孔２１は、押出し、キャスティング又はモールディングのようなプロセスによってそのガスケット材料１３を製造する間に形成され、或いはその代わりに打ち抜き（die-cutting）又はパンチングのような製造後の操作として追加形成されても良い。好適な電気伝導性のガスケット材料は、いかなる既知の材料からも加工され得る。特に好適なものは、次のように、
（１）国際公開第９９／２２５５６号パンフレットに記載されるような、圧縮孔を有する、押出で形成された粒子充填タイプのＥＭＩガスケット材料；及び
（２）米国特許第４，９６８，８５４号明細書、第５，０６８，４９３号明細書、第５，１０７，０７０号明細書及び第５，１４１，７７０号明細書に記載されるような、圧縮孔を備えた誘電性でエラストマーの内部コアー、並びにその内部コアーを少なくとも部分的に取り囲む電気伝導性の外部層を含む、押出で形成されたＥＭＩガスケット材料
である。

前述のように、ガスケットアセンブリー１０は、電気伝導性の支持層１４を更に含む。支持層１４は、ガスケット材料１３に剛性を付与し、そして界面（そのガスケット材料１３自体以外）を提供して、はんだ付け又は接着を可能とする材料である。支持層１４は、少なくとも一つ、但し好ましくは二つのクリンプの特徴部１５をも含む。クリンプの特徴部１５は、単に支持層１４の造形されそして成形された部分であって、ガスケット材料１３を支持層１４に機械的に結合させるために用いられるべきものである。クリンプの特徴部１５は、圧縮孔２１に侵入し、そして好ましくはガスケット材料１３の端部をつまみ、そのことによって、ガスケット材料１３の見掛けの柔軟性に負の影響を与えること無く、ガスケット材料１３を支持層１４に確実に結合させるように成形される。クリンプの特徴部１５は、ガスケット材料１３を支持層１４に保持する力を最大にするように、種々の形態に成形され得る。クリンプの特徴部１５は、種々のプロセスを用いて成形されても良いが、好ましくは支持層１４の端部をそれ自体の裏側へ単純に大体１８０度屈曲させることによって成形される。クリンプ加工の間及びその後に、ガスケット材料１３がストレートにそして支持層１４に対して平行のままであることを確保するように注意が払われねばならない。支持層１４は、標準的なＳＭＴ装置を用いてガスケットアセンブリー１０として効果的に加工されるのに充分な剛性を可撓性のガスケット材料１３に付与すべきである。加えて、支持層１４は、偶発的にクリンプの特徴部１５が簡単に曲げられてそれによってガスケット材料１３を取外すことの無いように、充分な頑丈さをクリンプの特徴部１５に付与しなければならない。このように、支持層１４は種々の異なる材料（例えばプラスチック又は金属）で出来ていても良いが、好ましくは銅又は黄銅製、そして好ましくは金、銀又は錫のような高い導電性の金属でめっきされた銅又は黄銅製のものである。支持層１４はいかなる厚さであっても良いが、約０．０１〜０．５ｍｍの厚みの範囲にある厚さが好ましい。本発明の支持層１４についての好ましい態様は、銀めっきされた銅合金で、およそ０．１ｍｍの厚さのものである。

ガスケットアセンブリー１０は、圧縮孔２１を有して圧縮されていない状態で、ＰＣＢ又はシールドのいずれかに取り付けられる。次いで、ガスケットアセンブリー１０は、そのＰＣＢとシールドの間で圧縮孔２１をつぶしながら圧縮される。

ガスケット材料１３及び支持層１４は、その電気的及び機械的性能に負の影響を与えることなく、所望の基材（例えば接地トレース又はシールド）にガスケットアセンブリー１０を最終的に結合するのに必要とされる温度に対して耐え得るものでなければならない。この結合プロセスは、好ましくははんだのリフロー又は接着剤の硬化を含み得る。

典型的には、その結合プロセスは、ＳＭＴ装置中にＥＭＩガスケットアセンブリー１０を供給するためにテープ及びリール付き包装を使用することによって開始する。そのガスケットアセンブリー１０は、エンボス加工されたテープ及びリール付きポケット（図示されず）内で受け取られ、それらは、配置のために、ＳＭＴ装置の減圧ヘッドが容易に且つ正確にガスケットアセンブリー１０へアクセスして、その包装中のそれらの各々のポケットからガスケットアセンブリー１０を拾い上げることを可能にするように位置決めされる。その接地トレース又は導電性シールド表面は、そのアセンブリーの支持層１４と結合するように、はんだペースト（又は導電性接着剤）のスクリーン印刷されたパターンを備えて製造されても良い。そのガスケットアセンブリー１０が一旦接地トレース又はシールド（はんだペースト又は接着剤と係合する支持層側を備える）の上に載置されれば、例えばリフローオーブンプロセス（reflow oven process）のような好適な手段によって、そのはんだがリフロー処理（又は接着剤が硬化）される。

本発明を例証するために有利な態様が選択されてきたが、添付の請求範囲において特定されるような本発明の範囲から離れることなく、種々の変更及び修正がそこでなされ得ることが、当業者には理解されるであろう。

図１は、本発明のＥＭＩガスケットアセンブリーの拡大された側面図である。

図２は、本発明のＥＭＩガスケットアセンブリーの拡大された端面図である。

Claims (5)

1. 少なくとも１つの端部を有する電気伝導性のガスケット材料；及び
   前記電気伝導性ガスケット材料に対して平行に配置された電気伝導性の支持層；
   を含む、表面実装技術に適合したＥＭＩガスケットアセンブリーであって、
   そこでは、前記電気伝導性ガスケット材料が前記少なくとも１つの端部に圧縮孔を含み；そして
   前記電気伝導性支持層が少なくとも一つの屈曲端特徴部を含み、そしてそこでは、前記少なくとも一つの屈曲端特徴部が、前記電気伝導性ガスケット材料に侵入することなく、前記少なくとも１つの端部で前記圧縮孔に侵入し、それによって前記電気伝導性ガスケット材料を前記電気伝導性支持層に機械的に取付けるものである、
   ＥＭＩガスケットアセンブリー。
2. 前記電気伝導性ガスケット材料が導電性粒子を充填したエラストマーを更に含む、請求項１に記載のＥＭＩガスケットアセンブリー。
3. 前記電気伝導性ガスケット材料が、誘電性でエラストマーの内部コアー、並びに前記誘電性でエラストマーの内部コアーを少なくとも部分的に取り囲む電気伝導性の外部層を更に含む、請求項１に記載のＥＭＩガスケットアセンブリー。
4. 前記支持層が、金、銀又は錫でめっきされた銅又は銅合金で出来た、請求項１に記載のＥＭＩガスケットアセンブリー。
5. 少なくとも１つの端部を有し、且つ圧縮状態及び非圧縮状態を有する電気伝導性のガスケット材料；及び
   前記電気伝導性ガスケット材料に隣接し、且つ前記電気伝導性ガスケット材料に対して平行な電気伝導性の支持層；
   を含むＥＭＩガスケットアセンブリーであって、
   そこでは、前記電気伝導性ガスケット材料が、前記非圧縮状態において、チューブ状の形状を有し、且つ前記少なくとも１つの端部における圧縮孔を有し；そして
   前記電気伝導性支持層が、屈曲し、そして、前記電気伝導性ガスケット材料に侵入することなく、前記電気伝導性ガスケット材料の前記少なくとも１つの端部における前記圧縮孔に侵入し、それによって前記電気伝導性ガスケット材料を前記電気伝導性支持層に機械的に取付ける、少なくとも一つの部分を有するものである、
   ＥＭＩガスケットアセンブリー。

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