KR20010042299A - 표면 실장 기술 호환성 ｅｍｉ개스킷 및 접지 트레이스상에 ｅｍｉ개스킷을 장착하는 방법 - Google Patents

표면 실장 기술 호환성 ｅｍｉ개스킷 및 접지 트레이스상에 ｅｍｉ개스킷을 장착하는 방법 Download PDF

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Abstract

표면 실장 기술 호환성 EMI 개스킷 어셈블리는 전기 전도성의 개스킷 재료와, 납땜가능한 전기 전도성의 지지층 및 상기 지지층에 전기 전도성의 개스킷 재료를 접착시키기 위한 접착제 또는 기타 기계적 어셈블리를 포함한다.

Description

표면 실장 기술 호환성 ＥＭＩ 개스킷 및 접지 트레이스 상에 ＥＭＩ 개스킷을 장착하는 방법{SURFACE MOUNT TECHNOLOGY COMPATIBLE EMI GASKET AND A METHOD OF INSTALLING AN EMI GASKET ON A GROUND TRACE}
EMI(electromagnetic interference) 개스킷은 인쇄 회로판(PCB)에서의 접지 트레이스 등의 전기적인 접지에 해당하는 부분으로 이루어진 전기 전도성 실드를 전기적으로 접촉시키는데 사용되는 전도성 인터페이스 재료이다. EMI 개스킷은 가급적 고전도성이며 표준성이면 바람직하다. 이러한 전도성 인터페이스 재료는 접합면이 맞물릴 때 틈이 형성될 정도로 전자 장치의 접합면 치수가 정확히 맞지 않을 경우에 필요하다. 이러한 틈은 전자 장치의 파열을 일으킬 수 있는, 원하지 않는 내부·외부적 EMI를 허용한다.
현재, EMI 개스킷은 거의 전도성 표면에 직접 장착된다. 더 구체적으로 설명하면, EMI 개스킷 장착에 관한 현재의 제조 기술은 다음과 같다; 전도성 페이스트 또는 전도성 액체 재료를 전도성 표면에 직접 분배시켜, 내부에 분배된 재료를 고정시키며; 접착성 지지물을 갖는 전도성 시트 재료를 다이컷팅하여(die-cutting), 전도성 표면에 규격화된 재료를 직접 위치시켜 접착시키거나; 전도성 재료를 전도성 표면에 기계적인 방법으로 고정시킨다.
상술한 제조 및 장착 기술은 어떤 경우에서는 효과적이지만, 이러한 제조 및장착 기술에 따른 결점도 있다; 복잡하고, 번거로우며 노동 집약적이고 고가의 자동 장비가 소요되며; 소정의 전도성 표면에서의 접착은 비효율적이다. 추가적으로, 논리적 복잡성으로 인해 각종 구매자 간에 처리용 부품과 재료가 이중 혹은 다중 출하될 수도 있다.
분리적이면서, 추가성의 EMI 개스킷 장착 장치는 대개 바람직하지 못하며 노동 집약적이지만, 전자 산업에 광범위하게 사용되는 고속 머신인 표면 실장 기술(SMT, surface-mount technology) 머신은 잘 알려져 있다. 예컨대, SMT 머신은 PCB 공간을 메우기 위해 셀룰러 폰 제조업자들에서 광범위하게 사용되고 있다.
당업자가 이해하는 바와 같이, SMT 머신은 PCB 상의 표면 실장 패드로 PCB 구성 장치가 공급되는 테이프릴을 집어서 내려 놓기 위해 고속 갠트리(gantry) 시스템의 단부 상의 진공 헤드를 이용한다. 이러한 패드는 보통 납땜 페이스트로 프리스크린되어(pre-screened), 납땜 이음을 녹이기 위해 리플로 땜납 오븐(적외선 IR, 증기 페이스 또는 컨벤션)을 거쳐서, 전기적·기계적 접합을 형성한다.
EMI 개스킷 사용을 억제하기 위한 노력에 있어서, SMT 호환성 "캔"이 개발되어, PCB의 접지 트레이스에 납땜될 수 있는 금속 실드가 간단하게 형성되거나 제조되어 효과적으로 패러데이 케이지(Faraday Cage)가 형성된다. 따라서, 전체 처리과정에서 개스킷이 제거된다. 납땜 캔 사용에 따른 결점은 다음과 같다; 납땜 캔의 재작업 어려움; 납땜 캔 아래에 있는 구성 장치를 검사에 따른 대단한 어려움; 대형 캔이 필요할 경우, 대형 캔의 불균일성으로 형성시 적절한 납땜 이음을 막는다.
대안적으로, SMT에 공급될 수 있도록 금속 스프링핑거 접촉이 도입될 수도 있지만, 그러나, 이러한 금속 스프링 핑거 접촉은 실드와 PCB 접지 트레이스 간에 따로 떨어진 접지 포인트만 제공하므로, 동작 주파수가 계속 상승해야 할 경우에는 효과적이지 못하다.
이상에서는 현행 EMI 개스킷 및 EMI 개스킷 장착 방법에 존재하는 공지된 한계점들을 설명하였다. 그러므로, 이전에 언급한 한가지 이상의 제약들을 극복하기 위해 개선된 EMI 개스킷을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 이후에 더 충분하게 설명되는 특징들을 포함하는, 적절한 대안이 제공된다.
도 1은 본 발명의 EMI 개스킷 어셈블리의 확대 입면도.
도 1a는 부분적으로 구성요소 부품을 확대한 도 1에 도시된 EMI 개스킷 어셈블리를 더 확대한 입면도.
도 1b는 도 1a에 도시된 EMI 개스킷 어셈블리의 입면도.
도 2 내지 도 5는 다양한 형상의 EMI 개스킷 어셈블리에 대한 입면도.
도 6은 본 발명의 EMI 개스킷 어셈블리의 사시도.
도 7은 PCB의 접지 트레이스에 설치된 도 6에 도시된 EMI 개스킷 어셈블리의 사시도.
도 8은 SMT 머신(도시 생략)에 EMI 개스킷 어셈블리를 공급하는데 사용되는 테이프릴 어셈블리의 사시도.
도 9는 장착 중인 EMI 개스킷 어셈블리를 지지하는 SMT 머신의 진공 헤드의 입면도.
도 10 내지 도 12는 EMI 개스킷 어셈블리의 지지층이 뻗어 두개의 스프링 핑거를 형성하는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 5 개 EMI 개스킷 어셈블리 세트에 대한 사시도.
본 발명은 지금까지 공지된 종래의 EMI 개스킷을 개선하였다. 본 발명의 한 관점에서, SMT 호환성 EMI 개스킷은 규격화되어, 전기 전도성의 개스킷 재료를 비슷한 치수의, 전기 전도성의 지지 재료에 접착, 몰드되거나 접착되도록 제공한다. 규격화되며 전기 전도성의 개스킷 재료와 전기 전도성의 지지 재료는 전기적인 접촉 관계로 서로 간에 증착된다. 전기 전도성의 지지 재료는 납땜으로 결합을 효과적으로 형성할 수 있는 재료 타입에 속한다. 제2 실시예에 있어서, 전기 전도성의 개스킷 재료 그자체에 납땜이 가능하므로, 전기 전도성의 지지 재료의 필요성이 없어진다.
본 발명의 EMI 개스킷은 유일하게 종래의 테이프릴 SMT 호환성 시스템을 사용하여 장착되기에 적합하다. 이러한 시스템에서, SMT 머신의 진공(또는 그리퍼) 헤드는 PCB 접지 트레이스등의 접지 위치로 직접 꽂혀 놓이므로, 이전에 납땜 페이스트로 스크린되어진다. 적합한 제조 단계에서, 납땜은 리플로되어, EMI 개스킷을 접지에 결합한다. EMI 개스킷 어셈블리는 적합한 전도성 인터페이스를 형성하기 위해, 개별적으로 혹은 기타 유사한 EMI 개스킷 또는 추가 어셈블리를 조합하여 사용될 수 있다.
전기 전도성의 개스킷 재료는 소정의 적합한 전도성 재료에는 예를 들어, EMI 개스킷 재료 브랜드 GORE-SHIELD(등록상표)에서 제작된 GS500형, GS3000형 또는 GS5200형 등이 있다. 가급적, 전기 전도성의 개스킷 재료를 지지층에 접착시키는 수단은 전도성 또는 비전도성 접착제를 포함하면 바람직하다. 지지층은 소정의 납땜가능 재료로 제조될 수 있다. 납땜 페이스트는 또한 납땜 리플로 동작중에, 접지 트레이스 등의, 대상 지지층의 안전에 영향을 끼치는 지지층 위에 제공될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 있어서, 전기 전도성의 개스킷 재료는 폴리 테트라플로러에틸렌(PTEE)에 혼합된 팽창성 입상물질로 제조된다. 특히, 제1 실시예에 있어서, 팽창성 입상물질은 유체로 이루어진 중심 코어를 구비하는 중합체 쉘(shell)을 포함한다. 중심 코어는 액체 물질이나 기체 물질를 포함할 수 있다. 중합체 쉘은 염화비닐과 염화비닐리딘; 염화비닐과 아크릴로니트릴; 염화비닐리딘과 아크릴로니트릴; 메타아크릴로니트릴과 아크릴로니트릴 및 스티렌과 아크릴로니트릴로 구성된 그룹에서 선택된 혼성 중합체를 갖는다. 제2 실시예에서, 팽창성 입상물질은 팽창제를 함유한 불팽창 마이크로스피어를 포함하며, 그 팽창제는 마이크로스피어 무게의 5∼30 %를 차지하고, 에탄; 에틸렌; 부탄; 이소부탄; 이소펜텐; 네오펜텐; 아세틸렌; 헥산; 헵텐으로 이루어진 그룹에서 선택된다. 대안적으로, 팽창제는, 평균 분자 무게가 적어도 26이며 동일한 온도 범위에 대한 기압 또는 중합체 쉘의 수지 재료에 대한 연화점 범위 이하에서 끓는점을 갖는 지방족 탄화수소를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 전기 전도성의 개스킷 재료는 전기 전도성의 입상물질; 페이스트, 분산(dispersion) 또는 파우더 형태의 PTFE; 드라이 파우더 또는 용액 형태의 마이크로스피어로 제조된다. 특히, 혼합물은 전도성 입상물질 부피의 적어도 20∼90 %와, 마이크로스피어 부피의 3∼45 %, PTFE 부피의 5∼70 % 비율로 혼합되고, 가급적 전도성 입상물질 부피의 적어도 60 %와, 마이크로스피어 부피의 6 %, PTFE 부피의 34 % 비율로 혼합되면 양호하다. 전기 전도성의 입상물질은 금속 파우더; 금속 비드; 금속 플레이크(flake)로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 대안적으로, 전기 전도성 입상물질은 금속 코팅된 금속; 금속 코팅된 세라믹; 금속 코팅된 유리 버블; 금속 코팅된 유리 비드 및 금속 코팅된 운모 플레이크로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 전기 전도성의 개스킷 재료는 엘라스토머 재료와 거기에서 상호혼합된 전기 전도성 입자를 갖는 전기 전도성 폴리테트라플로러에틸렌(PTFE) 제로 제조된다.
본 발명의 제2 실시예에는, 전기 전도성의 대상에 EMI 개스킷 어셈블리를 장착시키는 방법이 제공되며, 상기 EMI 개스킷 어셈블리는 전기 전도성의 개스킷과, 전기 전도성의, 납땜가능한 지지층과, 전기 전도성 개스킷을 지지층에 접착시키는 수단을 포함하는 타입에 속한다. 상기 방법은 (a) 복수개의 EMI 개스킷 어셈블리를 SMT 머신에 공급하는 단계와, (b) SMT 머신의 진공 또는 그리퍼 헤드를 사용하여 선택한 EMI 개스킷을 집는 단계와, (c) 선택한 EMI 개스킷 어셈블리를 납땜 재료가 도포된 전도성의 표면 상에 접착시키는 단계 및 (d) 그 납땜 재료를 리플로하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, 에폭시 테크놀로지 인코포레이티드에서 제조된 EPO-TEK E2101 등의 스크린 인쇄가능 전도성 접착제는 EMI 개스킷의 지지층(혹은 EMI 개스킷 그자체)을 PCB 접지 트레이스에 접착시키게 도와준다. 납 종류의 접착제는 접지 트레이스 상의 정확한 패턴으로 접지 트레이스 상으로 실크-스크린될 수 있다. 이 경우에 있어서, 납땜의 필요성은 완전히 없어져, 소정의 전위 환경(potential environmental) 장점을 얻을 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, EMI 개스킷을 전기 전도성의 대상에 직접 장작하는 방법이 제공되며, 이 EMI 개스킷은 납땜가능한 지지층없이, 직접 납땜될 수 있는 타입에 속한다. 상기 방법은 (a) 복수개의 EMI 개스킷 어셈블리를 SMT 머신에 공급하는 단계와, (b) SMT 머신의 진공 또는 그리퍼 헤드를 사용하여 선택한 EMI 개스킷을 집는 단계와, (c) 선택한 EMI 개스킷을 납땜 재료가 도포된 전도성 표면 상에 접착시키는 단계 및 (d) 그 납땜 재료를 리플로하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, EMI 개스킷을 전기 전도성의 대상에 납땜하지 않고(지지층을 사용하거나 사용하지 않고) 직접 장착시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 (a) 복수개의 EMI 개스킷 어셈블리를 SMT 머신에 공급하는 단계와, (b) SMT 머신의 진공 또는 그리퍼 헤드를 사용하여 선택한 EMI 개스킷 및 개스킷 어셈블리을 집는 단계와, (c) 선택한 EMI 개스킷 또는 개스킷 어셈블리를 접착 재료가 도포되어 있는 전도성 표면 상에 접착시키는 단계 및 (d) 그 접착 재료를 교정하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 표준 SMT 머신에 장착시킬 수 있는 EMI 개스킷을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특정 EMI 개스킷 장착 장치의 필요성을 없애는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 EMI 개스킷 설계 변경을 간단하고도 신속히 허용하는 EMI 개스킷을 장착하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전자 장치의 설계와 제조에 있어서, 납땜 캔의 필요성을 없애는 것이다.
본 발명의 양호한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명 뿐만 아니라 이전 설명의 요약은 첨부 도면을 참조할 경우 더욱 이해하기 쉬울 것이다. 본 발명의 목적을 설명하기 위해, 도면에 현재 향샹된 실시예를 나타낸다. 그러나, 본 발명은 도시된 정교한 배치와 수단에 한정되지 않는다.
도면을 참조하면서, 유사한 참조 기호는 여러 면을 통해 해당 부분을 표시하는 것이고, 일반적으로 도 1 및 도 1a에서 참조 기호 20은 본 발명의 EMI 개스킷 어셈블리를 나타낸다. 이하에 더 상세하게 설명될, EMI 개스킷 어셈블리(20)는 표준 SMT 머신에 장착될 수 있으므로, 특정의 EMI 개스킷 장착 장치의 필요성은 없어진다.
도 la는 본 발명의 양호한 실시예를 반영하는 EMI 개스킷 어셈블리(20)의 확대도이다. 특히, EMI 개스킷 어셈블리(20)는 전기 전도성의 개스킷 재료(22)와, 전기 전도성의 납땜가능한 지지층(24)과, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)를 지지층(24)에 접착시키는 수단(접착제, 26) 및 PCB(32)의 접지 트레이스(30) 등의 전도성 표면에서 전체 어셈블리를 보호하는 납땜층(28)으로 구성된다(PCB(32)를 도시하는 도 1∼도 7 참조). 본 발명에서 사용하기에 특히 적합할 수 있는 전기 전도성의 개스킷 재료에는 미국 델라웨어주 네웨어에 소재하는 W.L.Gore ＆ Associates, Inc.에서 시판되는 GORE-SHIELD(등록상표) 브랜드의 EMI 개스킷 재료 타입 중 GS500형, GS3000형 또는 GS5200형이 있다. 기타 적합한 전기 전도성 개스킷 재료는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
여기에서 사용되는 "납땜가능"이란 용어는 전기 전도성의 접합, 접촉 및 인터페이스를 형성하기 위해 납땜을 사용하여 용융, 접합 및 야금학적으로 결합이 가능하다는 것을 의미한다.
전기 전도성의 개스킷 재료(22)는 도시된 바와 같이 횡단면(측면에서)이 직사각형이 될 수도 있지만, 원형, 타원형, 뾰족형, 만곡형 등도 가능하다. 개스킷(22)의 기타 횡단면은 도 2∼도 5에 도시된다. 도 2는 횡단면이 직사각형이고, 도 3은 횡단면이 삼각형이며, 도 4는 횡단면이 만곡 또는 초승달형이며, 도 5는 횡단면이 반 타원형-반 사각형이다. 때때로, 전기 전도성의 개스킷 형태는 EMI 개스킷 재료를 실드(도시 생략)를 사용하여 압축하도록 요구되는 힘을 약하게 하는 등의, 원하는 결과를 달성하기 위해 의도적으로 형성된다. 그러므로, PCB(32)에서 실드를 고정하기 위해서 더 작은 나사 또는 평편한 스냅을 허용한다.
전기 전도성의 개스킷 재료(22)에 금속 지지층(24)을 접착시키기 위한 적합한 수단은 비전도성 접착제, 전기 전도성의 접착제, 몰딩 또는 갈고리 어셈블리 또는 보존 클립 등의 기계적 수단을 포함할 수도 있지만, 이것에 한정되지는 않는다.
접착제(26)를 사용할 경우, 소정의 적합한 접착제는 전기적 경로가 지속적이기만 한다면, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)를 지지층(24)에 접착시키거나 접착시키는데 사용될 수 있다. 제1 실시예에서, 입자가 첨가된 전기 전도성의 감압 아크릴 접착제가 사용될 수도 있다. 이 접착제는 트랜스퍼롤 형태로 개스킷에 도포되지만, 개스킷에 직접 이용될 수도 있으며, 소정의 기타 형태로 이용될 수도 있다. 사실상, 접착제 그자체는 개스킷을 지지층에 접착시키는데 필요하지 않다. 본 발명은 단지 개스킷을 지지층에 전기적으로, 기계적으로 접합시키기 위한 소정의 수단이 필요하다. 전기 전도성의, 감압 접착제는 이러한 접합을 이루기 위한 예시적 방법 중에 하나이다. 그러나, 접착제는 또한, 열경화성플라스탁(thermoset), 열가소성플라스틱(thermoplastic) 등도 될 수 있다. 또한, 접착제는 지지층(24)이 Z 축("A")을 따라 전기적 경로를 지속시키기 위해 소정의 영역에서 개스킷(22)에 기계적으로 닿도록 제작될 수 있다면 전기 전도성일 필요가 없다(도 1∼도 3). 추가하여, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)는 지지층 재료에 직접 몰드되거나 소정의 기타 방법에 있어 기계적으로 고정될 수 있으므로, 접착제(26)를 함께 사용할 필요가 없다. 어떤 경우일지라도, 고정시키는 수단은 납땜 리플로 온도를 견뎌야 하며, 그 수단의 기계적, 전기적 장점을 지녀야 한다.
지지층(24)은 SMT 머신을 사용하여 효과적으로 처리될 어셈블리를 허용하기 위해 전기 전도성의 개스킷 재료(22)에 충분한 강도를 주어야 한다. 그러므로, 지지층(24)은 플라스틱 또는 금속 등의 각종 재료로 이루어질 수 있지만, 플라스틱일 경우에 구리, 니켈, 금, 은 주석 등의 납땜가능 재료로 도금되어야 한다. 지지층(24)이 금속일 경우, 수월하게 납땜을 할 수 있어야 하거나, 이상에서 언급한 금속들로 도금되어야 한다. 가급적, 금, 니켈 및 주석을 도금 재료로 사용하면 바람직하며, 이들은 생산업에서 광범위하게 사용된다. 또한, 지지층(24)은 설계상에서 존재하는 갭을 채우는데 바람직하다면, 소정의 두께가 될 수 있다. 그러므로, 상이한 설계를 도모하기 위해 지지층(24)의 두께를 수정한다고 해도 개스킷(22)의 두께는 표준 두께를 지켜야 된다. 또한, 지지층(24)의 횡단면은 시트 금속 재료에서 스탬핑하거나 컷팅할 경우에 생성되는 부분인, 직사각형일 필요가 없다. 예를 들어, 지지층(24)은 응용에 따라, 사다리꼴, 평행사변형 등으로 몰드될 수 있다. 지지층(24)이 어떠한 재료에서 제조될 지라도, 지지층은 납땜 리플로 온도를 견딜 수 있어야 한다.
도 6은 즉석 발명에 의해 계획된 EMI 개스킷 어셈블리(20)에 대한 일례를 도시한다. 도 7은 접지 트레이스(30)의 다양한 위치에 장착된 여러개의 개스킷 어셈블리(20)를 포함하는 통상의 PCB(32)를 나타낸다. 어셈블리(20)는 단지 설명용으로 도시된 바와 같이 규격화되었으며, 응용에 따라 용이하게 더 넓게, 더 두껍게, 더 길게, 더 얇게 할 수도 있다.
이제, 도 8과 도 9를 참조하면, 도 8은 SMT 머신에 EMI 개스킷 어셈블리(20)를 공급하는데 사용되는, 테이프릴(36)에 대한 통상적 부분을 나타낸다. 어셈블리(20)는 포켓(38)으로 전달되고, 배치를 위해 SMT 머신(도시 생략)의 진공 헤드(40)(도 9)로 하여금 수월하고 정교하게 각각의 포켓(38)에서 어셈블리(21)에 접근해서 집을 수 있도록 위치된다. 이러한 처리과정은 개스킷 어셈블리(20) 장착을 준비 상태에서, SMT 머신 상에 진공 헤드(40)의 잘라낸 면을 도시한 도 9에 나타난다. 도 9에서, 접지 트레이스(30)는 어셈블리(20)의 지지층(24)과 결합하기 위해, 납땜 페이스트(28)의 스크린 패턴으로 이미 준비되었다. 어셈블리(20)가 접지 트레이스에 접착되면, 납땜은 예컨대, 납땜 리플로 오븐 등의 소정의 적합한 수단으로써 리플로된다.
도 10∼도 12는 본 발명에 대한 두 가지의 제2 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 지지층(24)은 스프링 핑거(42)로서 기능하도록 뻗어 있으며, 금속에 대한 향상된 금속 구성을 제공한다. 금속 또는 통상의 도금은 전기 전도성의 개스킷(22) 재료보다 더 우수한 전도성을 가지므로, 지지층(24)의 이러한 여분의 접합은 없을 경우보다 전체 어셈블리(20)에 대한 낮은 저항성을 제공한다. 이러한 구성을 사용한 어셈블리(20)는 여분의 접합이 없는 어셈블리보다 향상된 성능을 줄 수 있다. 도시된 도면에 있어서, 기타 다른 실시예(도 11, 도 12)에서는 중앙에 단일 핑거(42)가 도시되지만, 제1 실시예(도 10)에는 단부가 위로 구부려진, 한 쌍의스프링 핑거(42)가 나타난다. 도 10∼도 12에 도시된 것과 유사한 기타 구성도 더 관찰된다.
마지막으로, 도 13은 조합으로 사용되는, 두께가 변하는, 5 개의 EMI 개스킷 어셈블리(20) 세트를 나타낸다. 이 구성은 위치를 고정시키는 하우징 사이에서 PCB(32)에서 떨어져서 구부려지는 성향이 있는, 결합성 실드에서의 구부려짐을 방지하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 동일한 두께의 개스킷 어셈블리 세트보다 향상된 성능을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 소정의 적합한, 전기 전도성의 재료는 본 발명의 기술에 따른 SMT 호환성 EMI 개스킷(20)을 구성하는데 사용될 수 있다. 이하에서 제공되는 적합한 전도성의 개스킷 재료에 대한 실시예는 단지 설명용으로 제공되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
전기 전도성의 개스킷 재료
제1 적합한, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)는 여기에서 참조로 수록되는. 미국 특허 제5,431,571호에 상세히 설명되는 타입의, 전기 전도성의 중합체 매트릭스로 제조될 수 있다.
제2 적합한, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)는 여기에서 참조로 수록되는, 미국 특허 제5,286,568호에 상세히 설명되는 타입의, 전기 전도성의 개스킷 재료로 제조될 수 있다.
제3 적합한, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)는 여기에서 참조로 수록되는, 미국 특허 제5,604,026호에 상세히 설명되는 타입의 재료로 제조될 수 있다.
제4 적합한, 전기 전도성의 개스킷 재료(22)는 PTFE 및 전도성의 금속 합성에 혼합되는 팽창성 입상물질을 갖는 전기 전도성의 PTFE제가 될 수 있다. 특히, 팽창성 입상물질은 열 이용에 따른 팽창을 억제한다. 팽창성 입상물질은 균질성이 아니다. 즉, 이것은 중합체 비드는 아니지만, 유체로 이루어진 중심 코어가 있는 중합체 쉘을 포함한다. 추가 특징으로는, 입상물질의 전체 치수가 특정 온도에서의 열에 따라 팽창성 증가한다는 것이다.
팽창성의 중공 중합체 입상물질은 유용하며, 중합체 쉘은 본질적으로 용해될 수 없다는 점에서, 중합체 쉘과 적어도 하나의 기타 재료, 액체 또는 기체, 가급적 실온에서 액체로 바람직한, 재료로 된 코어를 포함한다. 팽창 정도가 팽창 온도에서의 코어 재료의 부피 변화에 직접적으로 관계되므로, 액체 코어가 유용하다. 기체 코어 재료에 대해, 예상되는 부피 팽창이 일반적인 기체 법칙으로부터 접근될 수 있다. 그러나, 액체 코어를 포함하는 팽창성 입상물질은 특히, 위상 변형이 일어날 경우(즉, 팽창 온도에서 또는 근접하여 액체가 휘발되는 경우), 더 큰 부피 변화 제공의 기회를 준다.
향상된 팽창성 중합체 입상물질(또는 마이크로스피어, 마이크로발룸, 마이크로버블이라고도 칭함)은 염화비닐과 염화비닐리딘의 혼성 중합체; 염화비닐과 아크릴로니트릴의 혼성 중합체; 염화비닐리딘과 아크릴로니트릴의 혼성 중합체; 메타아크릴로니트릴과 아크릴로니트릴의 혼성 중합체 및 스티렌과 아크릴로니트릴로의 혼성 중합체로 이루어진 쉘을 소유할 수도 있다. 언급할 가치가 있는 추가 재료는 스티렌 무게의 대략 2 %까지 함유하는 메틸 메타아크레이트의 혼성 중합체와; 에틸 메타아크레이트 무게의 대략 50 %까지 함유하는 메틸 메타아크레이트의 혼성 중합체 및 오르클로로스티렌의 무게로 대략 70 %까지 함유하는 메틸 메탈아크레이트의 혼성 중합체이다. 미팽창 마이크로스피어는 유체, 가급적 휘발성 액체 즉, 팽창제를 포함하고, 여기에서 설명되는 타입 중에 마이크로스피어에 대해서는 종래적이다. 적합하게, 팽창제는 마이크로스피어 무게의 5∼30 %이다. 마이크로스피어는 건조 입자. 젖은 케이크(wet cake)과 같은 상이한 방식으로 추가되거나 또는 현탄액 예컨대, 이소프렌 등의 알코올로 추가될 수 있다.
미팽창성 입상물질의 사이즈 범위는 0.1∼600 ㎛이며, 가급적 0.5∼200 ㎛이면 양호하고, 1 ㎛∼100 ㎛ 이내이면 가장 바람직하다. 팽창성 입상물질의 사이즈 범위는 0.12 ㎛∼1000 ㎛이며, 가급적 1 ㎛∼600 ㎛이면 양호하다. 팽창 후에, 팽창성 입상물질의 부피는 적어도 1.5 계수만큼 증가하며, 가급적 적어도 5 계수만큼 증가하면 양호하고, 10 계수만큼 증가하면 가장 바람직하지만, 심지어 대략 100 계수 정도로 높을 수도 있다.
적합한 마이크로스피어는 EXPANCEL(등록상표) 상표 하에서, 스웨덴 선드스발(Sunds vall)에 소재하는 노벨 인더스트리에서 상업적으로 시판된다. 이러한 마이크로스피어는 일반적으로 80 °C∼ 130 °C의 범위에서 팽창 온도를 소유하므로, 다양한 사이즈와 형태를 얻을 수 있다. 통상의 EXPANCEL(등록상표) 마이크로스피어는 최초의 평균 직경은 9∼17 ㎛이고, 평균 팽창 직경은 40∼60 ㎛이다. 노벨 인더스트리에 따르면, 마이크로스피어는 1200∼1300 kg/m3의 불팽창 진밀도와, 20 kg/m3이하의 팽창 밀도를 갖는다.
여기에서 사용되는 용어 "에너지 팽창성 입상물질"은 팽창되기에 적합한 휘발성 유체로 채워진 소정의 중공(中空)의 탄력성 컨테이너를 에워싸야 한다. 현재 시판되는 마이크로스피어는 본래 에너지 소스에 노출될 경우 팽창되기에 적합한 볼형의 입상물질이며, 이러한 입상물질은 그들의 팽창된 형태로 꽤 탄력성이 있으며 본 발명에서 요구하는 팽창을 달성하기 위해 압축될 수 있으며 자유로울 수 있다(예를 들어, 압출되어). 추가하여, 튜브, 타원, 입방체, 입자 등이 기타 다양한 생성물을 형성할 수 있다. 용어 "에너지 팽창성 입상물질"에는 현재에 알려졌거나 이후에 개발될 생성물의 사용과 모든 응용가능한 형태가 모두 포함된다.
각종의 팽창제 또는 자극제는 팽창성 마이크로스피어의 중합체 쉘 내부를 둘러쌀 수 있다. 그것들은 동일한 온도 범위에 기압에서 또는 이용되는 입상물질 팽창제로 포화될 경우 중합체의 합성 수지 재료의 연화점의 범위 이하에서 끓는점을 갖고, 가급적 평균 분자 무게가 적어도 26인 에탄, 에틸렌, 프로판, 부판, 이소부탄,이소펜탄, 네오펜탄, 아세틸렌, 헥산, 헵탄 또는 이러한 지방족 탄화수소의 한가지 이상 혼합을 포함하는 지방족 탄화수소 등의 휘발성 유체 형성제가 될 수 있다.
EXPANCEL(등록상표) 091 DU형 마이크로스피어가 사용될 수 있다. 이 생성물은 입자 사이즈가 10∼40 ㎛ 범위에 있는 오프-화이트 드라이 파우더를 포함한다. 이 마이크로스피어의 쉘은 아크릴로니트릴로로 이루어진 반면 휘발성 액체는 이소프레판으로 이루어진다.
EXPANCEL(등록상표)의 드라이 조제품을 PTFE 분산 또는 유사한 중합체에 혼합하고, 이어서 그 결과 혼합물을 가열하면, 그 중합체는 원섬유로 이루어진(fibrillated) PTFE 매트릭스를 형성하기 위해 3 차원에서 팽창됨을 관찰된다.
이 실시예에 따른, 페이스트, 분산 또는 파우더 형태의, 전기 전도성의 입상물질; PTFE; 드라이 파우더 또는 용액 행태의 마이크로스피어로 이루어진 선구 물질은 전도성 입상물질 부피의 적어도 20∼90 % , EXPANCEL(등록상표) 마이크로스피어 부피의 3∼15 %, PTFE 부피의 5∼70 % 비율과 적어도 부분적으로 전도성의 플레이크를 포함하는 실시예에서 개선될 전도성 입상물질 부피의 60 %, EXPANCEL(등록상표) 마이크로스피어 부피의 6 % 및 PTFE 부피의 34 % 비율로 혼합된다. 혼합은 파우더의 드라이 혼합, 적은 혼합, 수성 분산과 슬러리 필터의 공동 응결, 높은 전단 혼합 등의 소정의 적합한 수단으로써 이루어 질 수 있다. 여기에서 사용되는 '부피 퍼센트'는 선구 물질에 대한 부피 비율을 의미한다.
결과적 PTFE 선구 물질 내부에 빠지는 전기 전도성 입상물질이 주된 구성요소이다. 전기 전도성의 입상물질은 금속 파우더, 금속 비드, 금속 파이버 또는 금속 플레이크를 포함할 수 있지만, 이것에 한정되지는 않으며, 금속 코팅된 금속, 금속 코팅된 세라믹, 금속 코팅된 유리 버블, 금속 코팅된 유리 비드 또는 금속 코팅된 운모 플레이크 등의 금속 코팅된 입상물질도 될 수 있다. 입상물질형으로 개선된 전도성의 금속은 예를 들어,은, 니켈, 알루미늄, 구리, 스테인레스 스틸, 흑연, 탄소, 금 또는 백금을 포함하지만, 한정되지는 않는다. 개선된 금속 코팅은 은, 니켈, 구리 또는 금을 포함한다. 추가하여, 2 가지 이상의 전도성 입상물질 조합도 사용 가능하다. 전도성 플레이크의 평균 사이즈는 1∼200 ㎛이 될 수 있으며, 가급적 1∼100 ㎛ 이면 양호하고, 20∼40 ㎛이면 가장 바람직하다. 전도성 파우더의 평균 사이즈는 0.5∼200 ㎛이 될 수 있으며, 가급적 0.5∼100 ㎛이면 양호하고, 2∼60 ㎛이면 가장 바람직하다.
본 실시예의 PTFE 선구 물질를 생성하는데 도입되는 PTFE 수성 분산은 PTFE 입자의 밀키-화이트 수성 현탄액이 될 수 있다. 통상적으로, PTFE 수성 분산은 고체 무게의 대략 20∼70 %를 함유할 것이며, PTFE 입자가 될 이러한 고체의 일부의 입자 사이즈 범위는 0.05 ∼5.0 ㎛이다. 이러한 PTFE 수성 분산은 예를 들어, TEFLON(등록상표) 3636이라는 상표로, E.I dePont de Nemours Company에서 현재 시판되며, 대략 0.05∼5 ㎛의최상의 PTFE 입자가 될 고체 무게의 18∼24 %이다. 이상에서 설명한 선구 물질의 두께는 예를 들어, 5∼125 m에 속한다.
선구 물질를 가열함에 따라, 에너지 팽창성 입상물질의 팽창으로 인해 두께는 증가한다. 관찰된 팽창량은 현재의 에너지 팽창성 입상물질의 무게 비율과, 에너지 팽창성 입상물질의 타입과, 에너지 팽창성 입상물질의 중합체 쉘의 분자 무게 및 선구 물질와 함께 보유할 PTFE 매드릭스의 거침성(toughness) 등을 포함하는 여러가지 요인에 의존한다. 이 실시예에서 재료의 통상적인 두께의 범위는 적어도 10 m 정도이며, 가급적 10∼100 m이면 양호하고, 20∼60 m이면 가장 바람직하다. 기타 두께도 가능하다.
발생할 열 팽창 단계에 필요한 온도는 마이크로스피어의 쉘을 포함하는 중합체 타입과, 사용된 입상물질 팽창제에 의존한다. 통상적인 온도 범위는 대략 40∼220。C이고, 60∼200。C이면 양호하고, 80∼190。C이면 가장 바람직하다.
이상에서 설명되었던 혼합제에 추가하여, 선구 물질에 대한 실리콘 엘라스토머 재료(예를 들어, 디메틸 실록산(siloxane))등의 엘라스토머 재료를 추가한 대안적인 실시예가 이루어질 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 첨가된 미세한 파우더 코아굴룸과 디메틸 실록산을 복합함으로써 이루어진다. 적합한 디메틸 실록산에는 Sylgard(등록상표)의 1-4105형 또는 Q1-4010이 있으며, Dow Corning으로부터 획득될 수 있다. Q3-661 등의 실리콘 다이옥사이드 강화 실리콘 재료 사용도 적합할 수 있으며, Dow Corning으로부터 획득될 수 있다. 실록산은 기본 무게 당 1 무게가 추가되며, 예를 들어 미네랄 알코올 등의 용매에 희석될 수 있다. 일반적으로, 실록산은 1∼50 % 범위 내의 양이 첨가될 수 있으며, 5∼20 %이면 양호하고, 10∼15 %이면 가장 바람직하다. 기타 적합한 엘라스토머 재료는 실리콘 고무,플루오르실리콘 엘라스토머, 플루오르카본 엘라스토머, 퍼플루오르 엘라토머, 기타 플루오로엘라스토머 재료 또는 폴리우레탄을 포함하지만, 제한되지는 않는다.
결과적으로, 선구 물질의 팽창을 달성할 뿐만 아니라 가공 상태에서 실록산에 촉매 작용을 미치기 위해, 선구 물질는 대략 130 °C∼190 °C에서 가열된다. 결과 화학물은 수월하게 압축가능하며, 지속적으로 전기 전도성의, 비연속적인 방식으로 혼합제 내부에 도포된 실리콘 엘라스토머를 포함하는 PTFE 복합물이다.
추가성의 엘라스토머 재료는 Z축 세기, 장력 세기 및 연장이 증가된 복합물이 되게 한다. 그것은 소정의 탄력성 정도를 제공할 수 있으며, 재료 사용에 적합한 온도 범위가 증가한다. 이러한 원하는 장점들은 혼합제에 대한 전기 전도성 또는 연화성/압축성을 희생하지 않고 얻을 수 있다.
제5 적합한, 전기 전도성 개스킷(22) 재료는 엘라스토머 재료와 상호혼합된 전기 전도성의 입자를 소유하는 전기 전도성의 PTFE제로 이루어진다. 특히, 이 실시예의 전도성 개스킷 재료는 복수개의 전기 전도성의 입자와 페이스트, 분산 또는 파우더 형태의 PTFE에 의해 정의된다. 전기 전도성의 입자와 PTFE는 전기 전도성 입상물질 부피의 50∼90 % 정도 함유하는 혼합을 달성할 수 있는 비율로 혼합된다. 혼합은 예를 들어, 파우더의 드라이 혼합, 젖은 혼합, 수성 분산과 슬러리 필터의 공동 응결 또는 높은 전단 혼합 등의 소정의 적합한 수단으로써 이루어 질 수 있다. 여기에서 사용되는 "부피 퍼센트"는 재료 또는 혼합의 총 부피에 대한 비율을 의미한다.
결과적 PTFE 선구 물질 내부에 빠지는 전기 전도성의 입자가 주된 구성요소이다. 전기 전도성의 입자는 금속 파우더, 금속 비드, 금속 파이버 또는 금속 플레이크를 포함할 수 있으며, 입자는 금속 코팅된 금속, 금속 코팅된 세라믹, 금속 코팅된 유리 버블, 금속 코팅된 유리 비드 또는 금속 코팅된 운모 플레이크 등의 금속 코팅된 입상물질로써 규정될 수 있다. 입상물질형으로 개선된 전도성의 금속은 예를 들어, 은, 니켈, 알루미늄, 구리, 스테인레스 스틸, 흑연, 탄소, 금 또는 백금을 포함하지만, 한정되지는 않는다. 개선된 금속 코팅은 은, 니켈, 구리 또는 금을 포함한다. 추가하여, 앞서 언급한 것 중에서 2 가지 이상의 조합이나 혼합도 사용가능하다. 전도성 플레이크의 평균 사이즈는 1∼200 ㎛이 될 수 있으며, 가급적 1∼100 ㎛ 이면 양호하고, 20∼40 ㎛이면 가장 바람직하다. 전도성 파우더의 평균 사이즈는 0.5∼200 ㎛이 될 수 있으며, 2∼100 ㎛이면 가장 바람직하다.
본 실시예의 전기적으로 혼합제를 생성하는 데 도입되는 PTFE 수성 분산은 PTFE 입자의 밀키-화이트 수성 현탄액이 될 수 있다. 통상적으로, PTFE 수성 분산은 고체 무게로 대략 20∼70 %를 함유할 것이며, PTFE 입자가 될 이러한 고체의 일부는 0.05 ∼5.0 ㎛ 범위에서 입자 사이즈를 갖는다. 이러한 PTFE 수성 분산은 예를 들어, TEFLON(등록상표) 3636이라는 상표로, E.I dePont de Nemours Company에서 현재 시판되며, 대략 0.05∼5.0 ㎛의 최상의 PTFE 입자가 될 고체 무게의 18∼24 %이다.
실리콘 엘라스토머 재료(예를 들어, 디메틸 실록산)등의 엘라스토머 재료는 전도성의 개스킷 재료 내부에 도포된다. 첨가된 미세한 파우더 코아굴룸과 디메틸 실록산을 복합함으로써 달성된다. 적합한 디메틸 실록산에는 Sylgard(등록상표)의 1-4105형 또는 Q1-4010이 있으며, Dow Corning으로부터 획득될 수 있다.( Q3-661 등의 실리콘 다이옥사이드 강화 실리콘 재료 사용도 적합할 수 있으며, Dow Corning으로부터 획득될 수 있다.)
디메틸 실록산 등의 엘라스토머 재료는 기본 무게 당 1 무게가 추가되며, 예를 들어 미네랄 알코올 등의 용매에 희석될 수 있다. 일반적으로, 실록산은 1∼75 % 범위 내의 양이 첨가될 수 있으며, 5∼20 %이면 양호하고, 10∼15 %이면 가장 바람직하다. 기타 적합한 엘라스토머 재료는 실리콘 고무, 플루오르실리콘 엘라스토머, 플루오르카본 엘라스토머, 퍼플루오르 엘라스토머, 기타 플루오로엘라스토머 재료 또는 폴리우레탄 또는 에틸렌/프로판(EPDM)을 포함하지만, 제한되지는 않는다.
결과적으로, 선구 물질의 팽창을 달성할 뿐만 아니라 가공 상태에서 실록산에 촉매 작용을 미치기 위해, 선구 물질는 대략 130 °C∼190 °C에서 가열된다. 결과 혼합제는 소정의 형태 또는 두께로 규격화될 수 있는 주 몸체를 소유한 연속적으로 전기 전도성의 혼합제이다.
추가성의 엘라스토머 재료는 Z축 세기, 장력 세기 및 연장이 증가된 지속적으로 전기 전도성의 혼합제이다. 엘라스토머는 또한 소정 정도의 탄력성을 제공한다. 이러한 장점들은 전기 전도성이 희생되지 않으면서 제공된다.
본 발명에 대한 몇개의 예시적 실시예를 상세히 설명하였지만, 당업자라면 여기에서 설명되는 새로운 내용과 장점에서 실질적으로 이탈하지 않고 여러가지 개선이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 이러한 모든 개선들은 다음의 청구범위에 의해 규정되는, 본 발명의 범위내에서 포함되어야 한다.

Claims (12)

  1. 표면 실장 기술(SMT) 호환성 EMI 개스킷 어셈블리에 있어서,
    전기 전도성의 개스킷 재료와;
    납땜가능한, 전기 전도성의 지지층과;
    상기 납땜가능한, 전기 전도성의 지지층에 상기 전기 전도성의 개스킷 재료를 접착시키기 위한 수단을 포함하는 개스킷 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성의 개스킷 재료는 폴리테트라플로러에틸렌(PTFE)의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성의 개스킷 재료는 은, 니켈, 은도금된 구리, 은 코팅된 유리, 니켈-흑연 및 탄소로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료를 주입한 엘라스토머로 제조되는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 납땜가능한, 전기 전도성의 지지층에 전기 전도성의 개스킷 재료를 접착시키기 위한 상기 재료는 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접착제는 전도성 접착제인 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서, 상기 접착제는 전기 전도성의, 감압 접착 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 납땜가능한, 전기 전도성의 지지층은 구리, 니켈, 금 및 은으로 이루어진 그룹에서 선택한 금속으로 도금된 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 상기 납땜가능한, 전기 전도성의 지지층은 니켈, 금, 은, 구리 및 주석으로 이루어진 그룹에서 선택한 금속으로 도금한 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 상기 납땜가능하며, 전기 전도성의 지지층 표면에 도포되는 납땜 재료를 추가로 포함하는 개스킷 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 납땜가능한, 전기 전도성의 지지층은 전기 전도성의 개스킷 재료를 벗어나 연장하는 적어도 하나의 단부를 가지며, 상기 단부는 스프링핑거로 형성하는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성의 개스킷 재료는 PTFE와 전도성 금속 복합물에 혼합된 팽창성 입상물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 개스킷 어셈블리.
  12. 전기 전도성의 개스킷 재료와, 납땜가능한, 전기 전도성의 지지층 및 상기 지지층에 상기 전도성 개스킷을 접착시키기 위한 수단으로 구성된 타입의 EMI(elctromagnetic interference) 개스킷 어셈블리를 전도성 표면에 장착하는 방법에 있어서,
    a) 표면 실장 기술(SMT) 머신에 선택 EMI 개스킷 어셈블리를 공급하는 단계와;
    b) 상기 SMT 머신의 진공 또는 그리퍼 헤드를 사용하여 상기 선택 EMI 개스킷 어셈블리를 집는 단계와;
    c) 전도성 표면 상에 상기 선택 EMI 개스킷 어셈블리를 내려놓는 단계와;
    d) 상기 전도성 표면에 상기 EMI 개스킷 어셈블리를 납땜하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMI 개스킷 어셈블리 장작 방법.
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