用於低閉合力電磁幹擾的屏蔽應用的複合波形墊片的製作方法
2023-05-19 10:47:51 1
專利名稱：用於低閉合力電磁幹擾的屏蔽應用的複合波形墊片的製作方法
背景說明本發明概括說是涉及用於環境密封和/或電磁幹擾(EMI)的屏蔽墊片，尤其涉及一種低閉合力的EMI屏蔽墊片，它特別適用於小的電子裝置的外殼中，比如蜂窩式電話手機，以及其它手提電子裝置。
對於電子裝置的操作，比如電視機，收音機，計算機，醫療器械，商務機器，通信設備，以及其它類似的設備，在設備的電路系統中會伴隨有電磁輻射的產生。這些詳細說明可參考文獻，美國專利號為5,202,536，5,142,101，5,105,056，5,028,739，4,952,448和4,857,668。這些輻射經常形成為在電磁波頻譜內的射頻頻帶內的一個電磁場或者暫態，即大約在10KHz到10GHz之間，並且被稱為「電磁幹擾」或「EMI」，其公知與鄰近電子設備的操作相干擾。
為減弱EMI影響，具有吸收和/或反射EMI能量能力的屏蔽，既被用來約束在能量源設備中的EMI能量，也用來使此設備或者其它「目標」設備與其它源設備隔絕。這樣的屏蔽提供一個，嵌入在能量源與其它設備之間的屏障，它通常被構造成導電的和接地的密封設備的外殼。因為設備的電路通常應該保持可以進行維護或其它功能，大多數外殼提供有可操作的或者可拆卸的通道，如門，艙口門，嵌板，或蓋。然而即使在這些通道的最平坦處與其相應的配合或界面表面之間可能存在一些間隙，由於所存在的開口間隙使放射能量可以洩漏或另外進入到設備中或從設備出來，這將降低屏蔽的效率。並且，這樣的間隙在外殼或者其它屏蔽的表面及接地傳導性方面表現為不連續性，由於如一槽縫天線的形式的作用，則甚至能產生二級EMI輻射源。由於這個原因，在外殼裡被減少的體積或表面電流將在屏蔽裡的接觸面間隙間產生電壓差，這些間隙從而像天線一樣發射EMI噪音。通常，噪音的幅度正比於間隙的長度，而間隙的寬度具有很少的可感知的影響。
為填充在外殼和其它EMI屏蔽結構相配合的表面內的間隙，墊片和其它密封件已經被用來保持穿過結構的電連續性，和被用來阻止比如溼氣和灰塵的汙染進入設備內部。這樣的密封件是被粘合或者機械地連接到，或壓配合到配合表面中的一個上，並起著封閉任何接觸面間隙的作用以建立跨過間隙的連續的傳導通道，在應用壓力下能適應表面間的不規則性。因此，用作EMI屏蔽應用的密封件將確定為一種結構，它不但可以在加壓下提供表面電傳導性，而且有回彈性能使密封件符合間隙的大小。此外密封應該有耐磨性，和生產的經濟性，還有經得起重複壓縮和鬆弛循環的能力。對於關於EMI屏蔽墊片的具體說明的更多信息，可參考Severinsen，J，「Gaskets That Block EMI，」Machine Design，Vol，47，No.19，pp.74-77(August 7，1975)。
EMI屏蔽墊片通常構成為一種彈性芯元件，其具有封閉間隙的能力，其用電傳導材料填充，包覆，或者塗覆。這種彈性芯元件，可能是泡沫材料，或者非泡沫材料，實心或管狀料，其通常是由比如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯的彈性熱塑料材料，或者聚丙烯——三元乙丙橡膠混合物，或者諸如丁二烯，苯乙烯——丁二烯，腈，氯磺，氯丁(二烯)橡膠，氨基甲酸酯，或者矽樹脂橡膠的熱塑性塑料或熱硬化性的橡膠製成的。
用作填充物，包覆物，或者塗覆物的傳導性材料包括金屬，鍍金屬顆粒，織物，網狀物和纖維。較好的金屬包括銅，鎳，銀，鋁，錫或合金如蒙乃爾銅-鎳合金，較好的織物和纖維包括天然的或合成的纖維如棉，羊毛，絲，纖維素，聚酯，聚醯胺，尼龍，聚醯亞胺。也可選擇其它的傳導顆粒和纖維作代替品，如碳，石墨或者傳導性聚合物材料。
用於EMI屏蔽墊片的傳統製作過程包括擠壓，模製，衝切，迄今為止模製或衝切是小而複雜的屏蔽構造的較好方法。在這點上，衝切包括從電傳飛彈性體的固化片材形成墊片，其是用模具或類似工具切成或衝壓成所要求的構造。模製，依次包括壓縮模塑或注射模塑未固化的或熱塑性的彈性體成形為所要求的形狀。
近來，適當位置成型(FIP)(form-in-place)工藝方法已被用來製造EMI屏蔽墊片。如揭示在共同轉讓的美國專利號6,096,413；5,9105,24和5,641,438，以及PCT申請WO96/22672；以及美國專利號5,882,729，和5,731,541及日本專利公開號(Kokai)第7177/1993年，這樣的工藝方法包括應用一種粘性的可固化的導電混合物的小珠，其以流體的形式從噴嘴直接分散至基層如外殼及其它殼的表面。這種混合物通常是一種由銀填充或者是導電有機矽樹脂的彈性體，再經過加熱或者大氣溼氣的冷凝或紫外線(UV)的輻射而在適當位置固化，以致在基層的表面就地形成導電彈性體EMI屏蔽墊片。
另一個近來針對電子裝置的外殼解決EMI屏蔽的方法的詳細描述參見共同轉讓的美國專利號5,566,055和德國專利DE 19728839，其包括用傳導性彈性體上模製殼體或蓋子。這種彈性體在跨過外殼或蓋子的內表面被完整地模壓一相對薄層，並沿著其界面位置模壓一相對厚層，以便既提供蓋子對殼體的環境密封的類似墊片的響應/曲線，也提供該外殼的EMI屏蔽的電連續性。除此之外彈性體能被模壓到外殼或蓋子內部的隔板上，或者其本身被完整模壓成這樣的隔板，它能夠在潛在幹涉電路的部件之間提供電磁間隔室。這些類型的蓋子商業銷售名為Cho-Shieldcover by the chomerics EMC Division ofParker-Hannifin公司(Woburn，MA)。
然而另一種用於屏蔽電子裝置的外殼的解決方法，尤其針對更小的外殼如蜂窩式電話手機或者其它手提電器裝置，是關於一種薄塑料護圈或框架以作為墊片的支撐元件。如揭示於共同轉讓懸而未決的申請U.S.S.N 08/377412申請日為1995年1月24日，其電傳導的彈性體可能被模壓，或揭示在美國專利號5,731,541中，其適當位置成型或其它方式連接到內部或內部周圍的邊緣表面和/或連接到框架的上面或下面表面。經過這樣的構造，墊片和框架組合件在電子裝置內能結合為一體，從而，例如，在該裝置的印刷電路板(PCB)上的外部的接地跡線，和該裝置的其它部件如塑料外殼的傳導塗層，另一個PCB，或數字按鍵鍵盤組合件之間提供低阻抗路徑。因此這種類型的隔離墊片的用途包括EMI屏蔽應用，用於數字蜂窩電話，手提電話和個人通信服務(PCS)手持機，PC卡(PCMCIA卡)，全球定位系統(GPS)，無線電接收器以及其它手持裝置比如個人數字助理(PDAs)。其它用途包括用於無線電通訊裝置中在PCBs上用金屬EMI屏蔽「電子籬笆」的代替物。
對於典型小外殼應用的條件通常規定有低阻抗，低外形連接以便在相對低的封閉力負荷下能夠變形，舉例說明，對於墊片長度大約是1.0-8.0磅/英寸(0.2-1.5千克/釐米)。通常，應該是10％左右的最小的變形，也被規定確保墊片充分符合於配合外殼或電路板表面，以便在它們之間產生導電路徑。然而，可以看出對於某些應用，需要產生通常的外形的規定的最小變形量的封閉力或其它變形力可能比由特定的外殼或電路板組件設計方案所能容納的數值要高。
一種實現較低閉合力墊片，尤其適合用在更小的電子裝置的外殼包裝設計的方法已經形成了該墊片，如具有局部最大和最小高度交替的周期「中斷」的樣式。按照慣例，如揭示在共同轉讓，懸而未決的申請U.S.S.N.09/042,135申請日為1998年3月13日和U.S.S.N.60/183,395申請日為2000年2月18日，在技術出版物「EMI Shieldingand Grounding Spacer Gasket」，Parker Chomerics Division，Wobrun，MA(1996)，以及在PCT的申請98/54942中，這些類型的墊片可能通過模壓或FIP方法來形成，如具有雉堞狀的，也就是有凹口的，細齒的或正弦的波形外形，或者是一系列不連續的小珠。通常，對於規定的連接構造，具有這樣中斷外形或樣式的墊片將在給定壓縮負荷下顯現出比連續外形更大的變形量。
代表本技術領域現有水平的一種商品化的波形墊片組件在透視
圖1和頂視圖2中整體以標記1表示，其包括一段可由銀或鍍銀填充的矽樹脂或氟矽氧烷材料製成的導電彈性體墊片2，該墊片2通過噴射模製法和壓模法沿著外殼4的臺肩稜邊，參見透視圖1的標記3處，而被粘合在一起。外殼4可由塑料製成，如ABS，聚碳酸酯，尼龍，聚酯，聚醚醯亞胺，液晶聚合物(LCP)或者採用金屬化塗層來粉刷內部表面5，實現電傳導性。此外，外殼4也可由相對輕的金屬如鎂和鋁來製成。
在基本幾何形狀中，墊片2的末端邊6，總體呈現正弦波形外形。就其功能，彈性墊片2利用具有起著壓縮阻擋作用的波形槽通過壓縮方式而變形。墊片2這樣的變形特性曲線示意表示在圖2中，其中其橫截面3-D網狀物模型表示於剖視圖7中，其中無壓縮或正常取向疊加在變形或受力取向8上，假定變形或受力取向8在邊緣表面3(圖2中沒有表示出)和在剖視圖中用平面9表示的結合界面表面之間的壓縮墊片2之間。如在圖2中被進一步證實，墊片2顯示出主要在壓縮下的變形反應，在陰影較黑的部分顯示出增加壓力的區域。
因為手持電氣設備的尺寸如蜂窩式電話手機不斷的縮小，應將清楚地知道，在墊片外形設計中的進一步改善將被電器工業很好地接受。尤其希望得到一種低閉合力墊片外形，以適應更小電子裝置的外殼用途，該電子裝置的外殼正逐漸成為工業標準。
本發明的簡要說明本發明涉及一種用於環境密封和/或電磁幹擾(EMI)屏蔽的低閉合力的墊片，其尤其適合用於較小電子裝置的外殼。如在通常設計中，本發明的墊片被成形為具有一頂表面，該頂表面相對於外殼和其它基層形成，墊片的基體能在該外殼或者基層上被支撐，以便當在一對中間表面例如在一外殼的兩個半殼之間壓縮時，能在較低閉合力負荷下展現正弦波形或其它波形外形。然而，本發明的墊片進一步被構成為，如具有至少一個側面，其相對於頂表面成形為橫向波形外形，以便表現出可控制的變形特性，其特徵為一彎矩。這些有利的特性曲線提供大量但可控的變形量來負擔起與界面表面相接觸的一更均勻的接觸面，從而更加保證電和物理的連續性，以及具有更可靠的EMI屏蔽和環境密封效果。當使用時，比如在電子裝置使用中，本發明的墊片因而能提供一致的EMI屏蔽和額外的環境密封效果。
因此本發明的優點包括用於低閉合力應用如在小的手提電子裝置中改進墊片外形的措施。另外的優點包括顯現可控變形量特性的墊片外形，用來使與外殼或外殼的電路板組件相接觸的界面表面更穩定，從而更加確保確定導電的連續性和可靠的EMI屏蔽效果。對於本技術領域的技術人員來說在此所揭示的內容基礎上將能迅速清楚地理解上述和其它的優點。
附圖簡要描述為了更好地了解本發明特徵的和目的，參考結合附圖下面所做的詳細說明，其中圖1是部分橫截面的透視端視圖，其是在代表早先技術的用於手提電氣通信裝置外殼的一部分，在其一邊緣上模壓有「波形」EMI屏蔽墊片；圖2是圖1中外殼的頂視圖；圖3是圖1中早先技術的波形EMI屏蔽墊片的橫截面的三維網狀物樣品，其示出其中的壓縮特性；圖4是部分橫截面的透視端視圖，其代表EMI屏蔽組件的一部分，其包括沿著根據本發明而模壓成的一組合波形墊片具體實例的邊緣的外殼部件；圖5是圖4中的EMI屏蔽組件旋轉90度的放大圖；
圖6是圖5中EMI屏蔽組件進一步放大的圖形，通過放大詳細表示本發明的波形墊片的橫截面；圖7是圖6中波形EMI屏蔽墊片橫截面的三維網狀物樣品，其示出了其中的變形量的特性曲線；圖8是把圖7中根據本發明的組合波形墊片和相似加工尺寸的無波形墊片加以比較的圖表；圖9A是在本發明的代表性波形墊片外形中，在變形量為0.020英寸(0.50毫米)下預測壓力分配的有限元樣品的三維繪畫圖象；圖9B是在變形量為0.025英寸(0.635毫米)下，圖9A中墊片外形的壓力分配的三維繪畫圖象；圖10A是在根據本發明的波形墊片外形的另一實施例中，在變形量為0.020英寸(0.50毫米)下預測壓力分配的有限元樣品的三維繪畫圖象；圖10B是在變形量為0.025英寸(0.635毫米)下，圖10A中墊片外形的壓力分配的三維繪畫圖象；圖11是把圖9中根據本發明的組合波形墊片和圖1中組合波形墊片加以比較圖表；在下面結合本發明的詳細描述中會進一步描述這些圖形。
本發明的詳細描述為了方便而不是任何限定的目的，一些術語可能會在下面的描述中被採用。例如，術語「前部的」，「後部的」，「右邊的」，「左邊的」，「上部的」和「較低的」在圖形裡表明其製作的方向；術語「裡面的」，「內部的」，或「內側的」，「外面的」，「外部的」或「外側的」相應地表明朝向和離開參考元件的中心；術語「輻射的」和「軸向的」分別地表明沿著垂直和平行於參考元件的中心縱軸的方向。除了上面特別提到的，為了方便而不是做任何的限定，同樣還相似地引入了一些術語。
在這些附圖中，具有一個字母數字標號的一些元件可以被共同參考或在替換的方式中被引用，通過表示數字部分從上下文中將很清楚這些元件。此外，在圖中的各種元件的組成部分可被指定成不同的參考數字，這樣，應將理解的是，涉及元件的組成部分而不涉及元件的整體。一般的參考連同間隔，表面，尺寸和範圍等可用箭頭表示。
為了隨後論述的目的，本發明此處所包括的一些方案與彈性體導電電磁幹擾(BMI)屏蔽墊片的模製或其它應用一起被描述，此墊片是在手提電子裝置，例如蜂窩式電話外殼的邊緣或其它表面上。然而，考慮到接下來的論述，應清楚，本發明的一些方面可以應用在其它EMI屏蔽應用中，例如隔板框架的墊片，電路板，EMI屏蔽蓋，或用於環境密封和/或熱傳送應用的非導電和/或熱傳導實施例。在這些其它的應用範圍內的使用應該視為在本發明的範圍內。
接下來參看附圖，用於EMI屏蔽應用的一個示例性密封組件通常由被示於圖4中的10表示，其包括外殼部件或其它殼體12，用於一種電子裝置，該裝置可能是蜂窩式電話電話或者另外一手提和其它電子裝置比如個人通信服務(PCS)手持機，PCMCIA卡，全球定位系統(GPS)，無線電接收器，個人數字助理(PDA)，或者類似裝置。外殼部件12有一個內部表面14，和一個外部表面16，它們延伸形成側壁，其中一個以18表示，在此之間有一個外緣邊緣表面20。邊緣表面20起著與配合外殼部件(未標出)的配合邊緣或其它界面表面的界面表面的作用。為保證配合部分的準確定位，每個部分可能有一個或多個的定位銷，其中一個在部件12上以22表示，在一相對應孔內，如部件12的孔24內，是可接受的，所述的孔提供在配合外殼部件上。通常，外殼部件12的內部如通過內壁26被分成多個分隔空腔，以便在潛在幹擾電路系統之間提供電磁隔絕間隔室。
對於許多應用領域，外殼部件1 2可由熱塑性或其它聚合的材料如聚乙烯(酮醚)，聚醯亞胺，高分子量聚乙烯，聚丙烯，聚醚醯亞胺，聚苯二甲酸丁二醇酯，尼龍，含氟聚合物，聚碸，聚酯，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，乙縮醛均聚物或共聚物，或液晶聚合物通過噴射造型法或其它模製法而製成。在不導電的材料的情況下，外殼部件的內表面14可能被噴塗，金屬化，或其它方式以提供一金屬或金屬填充的塗層。另外，外殼部件12可能用相對輕質金屬如鎂或鋁來形成。
如從另外參考的放大視圖5和6可以看到，一種彈性的墊片，其構成的片段以30a-d表示，其通過如粘結劑或壓配合而被模製或其它方式保持在側壁18和可選擇的內壁26上，以使將在預定加壓負荷下可軸向壓縮中間邊緣表面20和配合外殼部件的相應表面(在圖4-6中未示出)。在這方面，墊片30較好是作為一種成形的彈性體材料通過噴射模塑法和壓模法上模製在側壁邊緣表面20上，該彈性材料尤其可選擇與外殼材料在溫度，化學，或物理上兼容的材料。根據應用，合適的材料可能包括天然橡膠比如三葉膠樹，同樣還有熱塑性塑料，即，可熔化加工的，或熱固性的，即，可硬化的，合成橡膠比如含氟聚合物，氯磺，聚丁二烯，丁納橡膠，丁基合成橡膠，氯丁(二烯)橡膠，腈，聚異戊二烯，矽樹脂，氟矽氧烷，共聚型橡膠比如乙烯丙烯(EPR)，乙烯丙烯二烯系單體(EPDM)，丁腈橡膠(NBR)和苯乙烯丁二烯(SBR)，或者混合物如乙烯或丙烯EPDM，EPR，或NBR。術語「合成橡膠」也應理解包括這樣一些材料，其大致分為熱塑性的或熱硬化性的彈性體，如聚氨基甲酸酯，矽樹脂，氟矽氧烷，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)，和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，其它具有類似橡膠的性能比如可塑性尼龍，聚酯，乙烯乙烯基醋酸酯，和聚氯乙烯的聚合物。在此所使用的術語「彈性體」屬於常規的具有類似橡膠性能的意義如柔順性，彈性，壓縮變形性，低壓縮定形，撓性，和在變形之後的恢復能力。
對於EMI屏蔽的應用較好的是，彈性材料將選擇一種有機矽樹脂或氟矽氧烷材料。一般，有機矽樹脂彈性體表現出所希望的特性，如在一個寬的溫度範圍內的耐熱性和抗氧化性，以及抗許多化學製品和抗氣候效果。這些材料還表現出極好的導電性能，其中包括在一個寬的溫度和溼度範圍內抗電暈擊穿性。
對於EMI屏蔽的應用，有機矽樹脂或其它彈性體材料可提供導電性，從而利用導電填充料通過材料的連續性粘結劑相的載荷，在界面表面之間提供導電路徑。適當的導電填充料包括鎳及鍍鎳基層如石墨和貴金屬，銀及鍍銀基層如純銀；鍍銀的貴金屬如鍍銀金箔；鍍銀的非貴金屬如鍍銀的銅，鎳，鋁和錫；還有鍍銀玻璃，陶瓷，塑料，彈性體和雲母；以及其混合物。填充料的形狀對本發明不是很重要，填充料可包括任何形狀，其通常涉及此類型的傳導材料的製造或成型，該類型的傳導材料包括實心球，空心微球，彈性體球狀物，薄片，薄層片晶，纖維，杆，和不規則外形顆粒。相似地，填充料的顆粒尺寸不是很重要，但是通常大約在0.250-250微米的範圍內，較好的是大約在0.250-75微米的範圍內。
填充料以一定比例加入在混合物中，使其足以在預計應用中所希望的固化墊片中提供一定程度的導電性和EMI屏蔽效果達到。對於大多數應用，一種EMI屏蔽效果至少是10dB，較好的是至少20dB，更好的是至少是100dB或者更高，大約在10MHZ到12MHZ的頻率範圍內是可以接受的。根據反應系統的總體積，這樣的效果轉換成填充料比例，其通常約佔體積的10-80％，最好約佔體積的20-70％。然而，眾所周知，固化墊片的最終屏蔽效果將根據填充料中導電材料的數量，所施加的載荷或通常約是墊片的10-50％的變形量而改變。
另一方面，導電填充料可能採用相對比較薄的，即，1-10mils(0.025-0.25mm)，鍍層或塗層覆蓋於墊片30上。在塗覆的情形下，這樣的層可配製為有機矽樹脂，氟矽氧烷，或者其它彈性粘結劑，其形成連續狀態，填充料被分散在其內。
再參看圖4-6，可看到在所示的未加壓或正常狀態，墊片30的組成片段30a-b各形成一個未限定長度的延長主體40，其沿著縱軸延伸，該軸表示為30a和30b的中心軸，通常共同以42表示。依據外殼部件12的構造，因此，墊片30和其主體40可以是連續的或是不連續的，並且可沿著縱軸42為一線型的，彎曲的，直線的，彎曲線的，或其它形狀路徑。
尤其參考放大視圖5和6，根據本發明一些方案，主體40可看到被構成為複合波形外形，其影響墊片30中的可控變形量特性曲線。在基礎結構中，這種外形包括底部或底表面50；一個頂峰或頂表面52，其限定了第一波形外形，墊片30的一部分以53表示；內側的側表面54；和外側的側表面56，其與內側的側表面54方向相反設置，並且限定了墊片的第二波形外形。很明顯地可以看出，所有的表面50，52，54，和56都可在殼體40內整體地形成。
在墊片30所示的構造中基面50通常是平的，並沿著墊片主體40的長度平行於外殼部件邊緣表面20而延伸。墊片30被模的或粘合或連接到邊緣表面20上，為在它們之間加壓和例如，與外殼部件的界面表面配合(圖5和6未示出)，由此鄰近的基面50在表面20上支撐墊片。然而，根據邊緣表面20的幾何圖形或取向，基面50可能會選擇性地構成為，例如，被切削或斜切成符合表面20的內側拐角60的斜面或倒角。而且，在圖5和圖6的具體實施例中，基面50還能形成為具有一延伸部分，在圖6的62處可清楚看到，據此，其被粘合到或以其它方式固定到側壁18的內表面14上。應將理解的是，延伸部分62提供額外表面區域以及一個剪切表面附件用於進一步把墊片主體40通過如自粘合模製或粘結劑粘結到外殼部件12上。
頂表面52從分隔基面50的縱軸42徑向延伸，以便末端與結合界面表面(沒有標出)相接觸。在圖5和圖6所示的具體實施例中，頂表面52限定墊片30的第一波形外形53如沿縱軸42以第一周期系列交替的第一高幅度間隔或波峰，其中一個參見70處，和以第一低幅度間隔或波谷延伸，其中一個由72表示。由頂表面52限定的第一波形外形53可以是各種圖形，比如方波，斜波，或鋸齒波，但圖6的具體實施例中通常表示是正弦波形並有一個給定的，較好的是恆定的波長，以λ1表示，在大多數應用中其波長大約在0.01-0.50英寸(0.25-12.7mm)，還有一個波峰高度h，或兩倍波輻度，其大約為0.005-0.50英寸(0.13-12.7mm)。用於EMI屏蔽的應用，波長λ1和在波峰70之間的間隙可相應於關聯的EMI輻射的波長方面而制定大小，比如對於頻率在10MHz-10GHz的範圍內其小于波長的1/4，以保持EMI屏蔽的所要求的值。此外，對於EMI屏蔽的應用，較好的是，墊片30每單元長度的最小電阻率，通常被保持約為0.1Ω或更少。
內側的側表面54在墊片主體40所形成的一側在基面50和頂表面52中間延伸。由於墊片主體40的另一邊是由外側的側表面56而形成的，頂表面52一個寬度延伸，圖6中以w表示，是被限定在其間，為便於為經過CNC或線切割EDM工序的墊片30，製造模具或其它加工工具，其寬度通常被保持為常數。為以下面所述的方式有助於控制墊片30的變形，內側的側表面54這樣構成，呈現為一沿著縱軸42在基面50和頂表面52中間凹的外形，凹外形具有一曲率半徑，在圖6中以r1表示，該曲率半徑繞著軸74，該軸是平行於縱軸42。對於大多數應用來說，半徑r1通常在0.002-0.20英寸之間(0.05-5.8mm)。
再有，外側的側表面56類似地在與內側的側表面54相對的基面50和頂表面52中間延伸。如從放大視圖6可以看出，外側的側表面56最好在內側的側表面54的方向上沿軸76從基面50到頂表面52傾斜，以形成一個銳角，以θ表示，其具有一垂直軸78。外側表面56這樣的傾斜如下所述能進一步有助於墊片30的變形控制。
根據本發明的一些方案，外側的側表面56被構成為墊片30的第二波形外形。如在圖5中能清楚看到，這樣的外形，在圖5中以80表示，被橫向於頂表面52的第一波形外形53設置，並沿縱軸42軸向以第二周期系列交替的第二高幅度間隔或波峰延伸，其中一個參見圖5的82，或以第二低幅度間隔或波谷延伸，其中一個在圖5以84表示。外側的側表面56限定的第二波形外形80可以是各種樣式，比如方波，斜波，或鋸齒波，也可能相同於或不同於頂表面52的第一波形外形53的樣式。然而，在圖5的具體實施例中，第二波形外形80通常是比如繞著中心傾斜軸86，方向如標於每一成對槽84中間的箭頭88所示具有凸曲率的正弦波形。每個這樣的槽對也限定一較好的恆定波長，以λ2表示，在圖5的具體實施例中，其與第一波形外形53的(圖6中)λ1的大致相等。較好的是，讓第二波形外形80的每個波峰82與第一波形外形53波峰70相一致，第二波形外形80的每個波谷84與相應的第一波形外形53的波谷52相對應，以便這些第一第二波形外形沿著縱軸42通常是相同的。
由于波形外形的組合構造，本發明墊片30從而能夠展現當在外殼部件12的邊緣表面20與來自配合殼體部分或其他部件的界面表面之間軸向壓力下變形時一種可控變形特性曲線。墊片30這樣的變形特性曲線示於圖7中，其中墊片30橫截面的三維網狀物模型由90被展示在視圖中，其是在無壓縮或正常取向下，而該取向在變形或受壓取向下被疊加，以92表示，假定在界面表面94和96之間的墊片30受壓壓縮。如在圖7中可見，墊片30的可控變形特性曲線92的特徵在於墊片主體40在基面50和頂表面52的中間，繞著相應的彎曲或力矩臂在由箭頭98所示的徑向方向有角度地變形，也就是，彎曲或摺疊。圖形中陰影區域表示增加壓縮壓力的範圍。
有利的是，可以看出，這樣彎曲的機械構造可減少影響墊片30給定的變形量所要求的負荷，較僅僅通過墊片壓縮可達到的變形量，大約減少了50％或更多。對於以給定的壓縮負荷，根據本發明墊片30軸向的變形量是傳統設計的墊片變形量的兩倍多，傳統設計的墊片變形量沒有表現所述的彎曲力矩。例如，在壓縮負荷大約是1.0-4.0lbf/in(0.2-0.8kg/cm)的典型應用中，本發明墊片可變形至少有0.006-0.015英寸(0.15-0.4mm)。一個無波形和組合波形墊片構造效果被比較後繪圖在圖8的100處。在圖8，標準化負荷變形特性曲線標繪在102和104處，作為沿著指定軸106的全部負荷壓力和沿著指定了單位長度的軸108的變形位移，即分別為圖7的波形墊片外形(曲線102)和相應的可比較尺寸的無波形外形(曲線104)，也就是，相等的頂部和底部的寬度和高度的函數。
從圖8的結果可以看出，在指定應用中，使組合波形形狀變形所需要的力比連續形狀的設計要低。可清楚地了解到，本發明的墊片尤其適合用於EMI屏蔽的應用上，比如通信手機或其它手提裝置，它們規定一個低閉合力屏蔽的解決方式。其實，由於墊片的變形，為了改進電的連續性，在墊片和界面表面之間可提高所增加的表面區域的接觸。
並且，本發明的組合波形形狀使得能夠讓墊片變形方向根據特殊應用的需要而被改變。例如，在圖4-6的組件10中，墊片30的變形方向將在內側，也就是，朝著外殼部件12的內部。做為選擇，通過改變側表面54和56的構形，墊片30的變形方向可能是外側，也就是，朝著外殼部件12的外部。這樣的性能可以在外殼設計時提供更大的適應性。其實，雖然在圖4-6中的墊片30被構造為支撐在外殼的一個邊緣表面上，很明顯墊片能做成對稱，也就是，兩個相對的基面50和兩個相對設置的頂表面52，可支撐在基層相對側上，如隔板墊片框架，其進一步描述在共同轉讓，懸而未決申請U.S.S.N.08/377,412，申請日為1995年1月24日，以及美國專利號573,1541中。
下面的例子闡述了本發明其中所包含的實際和獨特的特徵，但不應構成任何限制意義。
實例為確定本發明的方案，根據本發明所構成的兩個墊片外形的靜態負荷變形特性曲線是用非線性的有限元件分析(FEA)模製程序，MARCK6(MARC Ahalysis Research Corp.，Palo Alto，CA)進行預測。在圖9A及10A中的0.020英寸(0.50mm)變形量下和在圖9B及10B中0.025英寸(0.635mm)變形量下，繪出圖9A及9B的200和圖10A及10B的300處的墊片外形對於柯西壓力第二分量的結果。這些外形使用八節點三維Hermann element元件模製，其被表現在格子線上，通常以400表示。
外形200及300的壓縮用一個接觸元件來模擬，其接觸元件表示為平面，通常以502表示。在分析中相對邊緣表面(沒標出)被認為是相對於墊片外形的剛性體。可以看出圖10A及10B的外形300不同於圖9A及9B的外形200，其實際上具有一基面50，該基面包括有角度的部分302，用於把外形300支撐在相應的倒角邊緣表面上。
基於以上模型，墊片外形負荷變形特性曲線用Mooney-Rivlin應變能函數通過有限元件分析能夠被預測，W＝C1(I1-1)+C2(I2-1)(1)其中C1，C2是材料係數，而I1，I2是應變不變量，它們能簡化奧格登(Ogden)函數，W=i=1mii(11+21+21-3)----(2)]]>其中λ1，λ2，λ3是伸縮比，αi，μi是材料係數。對於2項Ogden模型，也就是，m＝2，Eqs.1和2是相等的。圖表1概括出2項Ogden恆量和體積模量，其用於彈性材料，填充彈性模壓材料的典型矽樹脂的不可壓縮的計算。
圖表1代表Ogden模型材料的常數體積模量 K＝200000psiOgden常數 μ1＝-173psiμ2＝-522psiα1＝2α2＝-2在圖9和10的FEA模型中，垂直方向上被預測的應力分量分布示出在較黑區域的陰影區域中，較黑區域表示了所增加的壓應力。外形的彎曲機械特性曲線可看出明顯減少了所要求變形墊片的力。當然，根據上述模擬，墊片在圖8和9中的其它幾何圖形可以被預想到，包括了這種彎曲機械的特徵。因此，這些其它幾何圖形將被認為在本發明的範圍內。
數量上，被描述的彎曲特性曲線的效果如圖11的600所示，其中標準負荷力(軸線602)相對的變形(軸線604)曲線被繪成圖9中組合波形墊片外形的單位長度(曲線606)和傳統的，也就是，沒有彎曲的，圖1的波形外形(曲線608)。比用於模型的各個墊片外形的尺寸有相同的頂寬和底寬以及相同的高度。
從圖11中可以看出，所述的的彎曲機械的構造可減少影響波形外形的給定變形量的所要求的負荷，比僅僅通過墊片壓縮可達到的變形量，大約減少了50％或更多。也就是，對於一個給定的加壓負荷，根據本發明的組合波形外形墊片的軸向變形量(曲線606)可能是傳統設計墊片的變形量(曲線608)的兩倍多，傳統設計墊片變形量未表現出所述的彎曲力矩。例如，在加壓負荷大約是1.0-2.0lbf/in(0.2-0.4kg/cm)下，尤其對於小型電子裝置或其它非常低的閉合力的應用中，本發明組合波形墊片可能變形至少0.03-0.035英寸(0.76-0.89mm)，而傳統外形的變形量僅約為0.01-0.015英寸(0.25-0.38mm)。顯然，彎曲機械特性曲線增大了本發明墊片的外形變形範圍，使其適合用於各種各樣的應用中。
可以預料，在本發明中可做出的某些變化不會脫離在此所包含的方案，這就意味著，上述所有內容應理解為舉例說明而未有限定的意義。在此所涉及的所有參考文獻可被結合參考。
權利要求
1.一種用於插入在第一界面表面和相對設置的第二界面表面之間的彈性墊片，所述的墊片包含不限長度細長主體，其沿著縱軸延伸，所述的主體包括一個沿著上述主體長度延伸的基面，所述基面被構造為用以把所述的墊片最接近地支撐在第一界面表面上；一個沿著縱軸徑向延伸的頂表面，用以末端接觸第二界面表面，所述頂表面沿著縱軸延伸，以限定一個具有第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列特徵的第一波形外形；一個在所述基面和所述頂表面中間延伸的第一側面；一個相對所述第一側面的在所述基面和所述頂表面的中間延伸的第二側面，由此所述墊片在一個位於第一和第二界面表面之間的預定壓力下可變形為受應力的取向狀態，其特徵在於所述主體在上述基面和上述頂表面之間變形。
2.根據權利要求1所述的墊片，其中上述的第二側面沿著上述縱軸延伸，以限定一個通常橫向於上述第一波形輪外形所設置的並且使其具有一第二高或低幅度間隔交替的第二周期系列的特徵的第二波形外形。
3.根據權利要求2所述的墊片，其中所述的第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列一般與第二高或低幅度間隔交替的第二周期系列同相。
4.根據權利要求1所述的墊片，其中所述的墊片主體的受應力的取向狀態是朝著所述的第一側面變形。
5.根據權利要求1所述的墊片，其中所述主體是直線的。
6.根據權利要求1所述的墊片，其中所述主體是曲線的。
7.根據權利要求1所述的墊片，其中所述第一波形外形通常是正弦波形。
8.根據權利要求2所述的墊片，其中所述的第二波形外形通常是正弦波形。
9.根據權利要求2所述的墊片，其中所述的第一波形外形和上述第二波形外形通常都是正弦波形。
10.根據權利要求1所述的墊片，其中所述的第一側面通常是凹的。
11.根據權利要求1所述的墊片，其中所述第二側面是成角度地朝著所述第一側面。
12.根據權利要求1所述的墊片，其中所述的主體是彈性體聚合材料形成。
13.根據權利要求12所述的墊片，其中所述的聚合體材料包含一種導電填充料。
14.一個密封組件，其包括一個第一界面表面；和一個壓縮在上述第一界面表面和相對設置的第二界面表面之間的彈性墊片，所述墊片包含不限長度沿著縱軸延伸的主體，所述主體包括一個沿著上述主體長度延伸的基面，所述基面被最接近支撐在第一界面表面上；一個沿著縱軸徑向延伸的頂表面，用以末端接觸第二界面表面，所述頂表面沿著縱軸延伸，以限定一個具有第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列特徵的第一波形外形；一個在所述基面和所述頂表面中間延伸的第一側面；一個相對所述第一側面的在所述基面和所述頂表面的中間延伸的第二側面，由此所述墊片在一個位於第一和第二界面表面之間的預定壓力下可變形為受應力的取向狀態，其特徵在於所述主體在上述基面和上述頂表面中間變形。
15.根據權利要求14所述的密封組件，其中上述的第二側面沿著上述縱軸延伸，以限定一個通常橫向於上述第一波形的外形所設置的並且使其具有第二高或低幅度間隔特徵的第二波形外形交替的第二周期系列。
16.根據權利要求15所述的密封組件，其中所述的第一高或低幅度間隔交替的第一周期系列一般與第二高或低幅度間隔交替的第二周期系列同相。
17.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的墊片主體的受應力的取向狀態是朝著所述的第一側面變形。
18.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的主體通常是直線的。
19.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的主體通常是曲線的。
20.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的第一波形外形通常是正弦波形。
21.根據權利要求15所述的密封組件，其中所述的第二波形外形通常是正弦波形。
22.根據權利要求15所述的密封組件，其中所述的第一波形外形和上述第二波形外形通常都是正弦波形。
23.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的第一側面通常是凹的。
24.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的第二側面是成角度地朝著所述的第一側面。
25.根據權利要求14所述的密封組件，其中所述的主體是由彈性體聚合材料形成的。
26.根據權利要求25所述的密封組件，其中所述的聚合材料包含一種導電填充料。
全文摘要
一種用於插入在第一界面表面和相對設置的第二界面表面之間的彈性EMI屏蔽和/或環境密封墊片。該墊片是由一不限定長度的細長主體形成的，該細長主體沿一縱向軸延伸。所述的主體包括基面和頂表面，和相對的第一和第二側面，該側面是在基面和頂表面中間延伸。基面本身沿著主體長度延伸，以構造成用以把所述的墊片最接近地支撐在第一界面表面上。另外，頂表面沿縱軸徑向延伸，用以末端接觸第二界面表面，所述頂表面還沿著縱軸延伸，以限定一個具有一系列第一周期的第一高和低幅度間隔交替特徵的第一波形外形。
文檔編號H05K9/00GK1470153SQ01817334
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月2日 優先權日2000年10月12日
發明者K·張, K 張, M·D·哈裡斯, 哈裡斯, D·S·文圖拉, 文圖拉 申請人:帕克·漢尼芬公司, 帕克 漢尼芬公司