專利名稱：形成在電子外殼中用于提供電磁干擾(emi)屏蔽的具有多個參數(shù)幾何形狀和表面的三維體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成在電子外殼中用于提供電磁干擾(EMI)屏蔽的具有多個參數(shù)幾何形狀和表面的三維體。
背景技術(shù)：
下列背景技術(shù)部分部分地抽取自澳爾.英.基思.阿姆斯特朗(Eur Ing KeithArmstrong)、徹麗.克拉夫(Cherry Clough)咨詢員、EMC-UK聯(lián)盟的“EMC第四部分屏蔽設(shè)計技術(shù)(Design Techniques for EMC-Part 4 Shielding) ”。完全體積屏蔽通常稱為“法拉第電籠(Faraday Cage) ”，盡管這可以給出布滿洞的圓筒(像法拉第先生的原版一祥)是可接受的這么ー種印象，然而通常不是這樣。對于屏蔽來說存在成本等級，這使得在設(shè)計過程中盡早考慮屏蔽在商業(yè)上非常重要。屏蔽可以圍繞·以下元器件安裝各個IC-成本例如25P ；PCB電路的隔離區(qū)域-成本例如￡ I ;整個PCB-成本例如￡ 10 ;子組件和模塊-成本例如￡ 15 ;整個產(chǎn)品-成本例如￡ 100 ;組件(例如エ業(yè)控制和儀表操縱臺)_成本例如￡1，000 ;房間-成本例如￡10，000 ;而建筑物-成本例如￡100，000。屏蔽總是會增加成本和重量，因此總是希望最好使用在這一系列中描述的其它技術(shù)來改善EMC，并降低對屏蔽的需要。甚至當希望避免完全屏蔽時，最好考慮到墨菲法則(Murphy Law)并根據(jù)真正的概念設(shè)計，以便如果需要可以在以后添加屏蔽。還可通過使所有導體和組件都非常接近固體金屬片來達到屏蔽度。因此，完全由低外形表面貼器件組裝成的接地平面PCB，因其在EMC方面的優(yōu)勢而被推薦使用。首先通過使電子設(shè)備組件的內(nèi)部電子單元和電纜一直保持接近接地金屬表面，可以在電子設(shè)備組件中獲得有效的屏蔽度。首先通過使電子設(shè)備組件的內(nèi)部電子單元和電纜一直保持接近接地金屬表面，其次通過將它們的接地端直連到金屬表面，而不是(或者以及)利用基于緑/黃導線的安全星形接地系統(tǒng)，可以在電子設(shè)備組件中獲得有效的屏蔽度。該技術(shù)采用鍍鋅座架板或機箱，并有助于避免對高價外殼SE的需要。已經(jīng)針對屏蔽罩如何工作撰寫了許多教科書，因此這里不再重復它們。不過，若干概括的概念是有幫助的。屏蔽罩在輻射的電磁波的傳播、反射和/或吸收的路徑上設(shè)置了阻抗不連續(xù)點。這在概念上非常類似于濾波器的工作方式——它們在多余的傳導信號路徑上設(shè)置阻抗不連續(xù)點。阻抗比越大，SE越大。在O. 5毫米或更大的厚度條件下，大部分正常制造的金屬都提供I兆赫茲以上的良好SE和100兆赫茲以上的優(yōu)良SE。這種金屬屏蔽罩的問題大部分是由薄材料、頻率低于I兆赫茲和孔引起。通常最好使被屏蔽的電路與其屏蔽罩的壁之間的距離大ー些。被屏蔽的體積越大，屏蔽罩外側(cè)的發(fā)射場和器件所形成的場就將變得越“稀薄”。
當外殼具有彼此平行的壁時，就可能以諧振頻率建立駐波，因此可能引起SE問題。不規(guī)則形狀的外殼或具有曲面或非平行壁的外殼有助于避免諧振。當相対的屏蔽壁平行時，希望避免發(fā)生由于寬度、高度或長度引起的同一頻率的諧振。因此，為了避免立方體的外殼，可以使用矩形截面的，而不是方形截面的，并且優(yōu)選避免彼此成簡單倍數(shù)的尺寸。例如，如果長度是寬度的I. 5倍，那么寬度的第二諧振將與長度的第三諧振共同發(fā)生。優(yōu)選使用無理數(shù)比例的尺寸，例如由斐波納契級數(shù)提供的那些尺寸。場源自兩方面電(E)和磁(M)。電磁場由給定比例的E場和M場組成(假定空氣中波阻抗E/Μ為377)。電場很容易由薄的金屬箔阻擋，因為電場屏蔽機制是在傳導邊界處進行電荷的重新分配；因此，幾乎具有高導電率(低電阻)的任何東西都表現(xiàn)出合適的低阻杭。盡管在高頻率下電荷重新分配的高速率會 導致產(chǎn)生大量位移電流，但是即便薄鋁也能輕松應(yīng)對這ー情況。不過，磁場可能更難阻擋。它們需要在屏蔽材料內(nèi)部產(chǎn)生渦電流來創(chuàng)建與入射磁場相反的磁場。薄鋁不是很適合這ー目的，并且給定SE所需的電流滲透深度取決于磁場的頻率。SE也取決于用于屏蔽的金屬的特性，這稱為“集膚效應(yīng)”。稱為“集膚效應(yīng)”的屏蔽材料的集膚深度使得由回跳磁場引起的電流大約降低9分貝。因此，厚度為3個集膚深度的材料在相反側(cè)具有降低了大約27分貝的電流，并具有M場的大約27分貝的SE。集膚效應(yīng)通常在低頻尤其重要，在這樣的頻率下所形成的場更有可能磁性優(yōu)良且具有比377 Ω更低的波阻杭。大部分教科書都給出了集膚深度的公式；不過，該公式需要知道屏蔽材料的電導率和相對磁導率。銅和鋁的電導率超過鋼的5倍，因此非常善于阻擋電場，但是它們的相對磁導率為I (等于空氣的)。典型的軟鋼在低頻下具有大約為300的相對磁導率，當頻率增至超過100千赫茲時，下降為I。軟鋼的較高磁導率使它的集膚深度減小，使得用于屏蔽低頻時比鋁有更好的合理厚度。不同等級的鋼(特別是不銹鋼)具有不同的電導率和磁導率，結(jié)果它們的集膚深度也有顯著不同。用于屏蔽的好材料應(yīng)具有高的電導率和高的磁導率以及足夠的厚度，以在所關(guān)心的最低頻率下獲得需要的集膚深度量。具有純鋅(例如10微米或更多)的I毫米厚的軟鋼板適于許多應(yīng)用場合。用普通結(jié)構(gòu)的金屬制品很容易獲得頻率超過30兆赫茲時的100分貝或更多的SE結(jié)果。不過，這采用完全封閉的沒有接頭或縫隙的屏蔽體積，于是使得產(chǎn)品組裝相當困難，除非你準備好對它進行完全焊縫，并且也沒有外部電纜、天線或傳感器(而不是異常產(chǎn)品)。實踐中，無論是否做出屏蔽來降低發(fā)射或改善抗擾性，大部分屏蔽性能都由其中的孔來限制?？紤]孔作為其它最佳屏蔽中的洞暗示了孔用作半波諧振的“狹縫天線”。這使得我們能對給定SE做出關(guān)于最大孔尺寸的預測對于單個孔，SE = 201og(Q/2d)，其中Ω是所關(guān)心頻率下的波長，d是孔的最大尺寸。事實上，這ー假定不可能總是正確，但是它具有作為ー個成為良好框架的簡易設(shè)計工具的優(yōu)點。有可能根據(jù)具體產(chǎn)品上使用的技術(shù)和構(gòu)建方法以及實際經(jīng)驗來改進該公式。狹縫天線的諧振頻率由其最長尺寸——對角線來管理。這使得孔多寬或多窄甚或是否存在穿過孔的視線的差異很小。均勻的孔以及漆或氧化膜的厚度，通過重疊金屬板形成，剛好在它們的諧振頻率下輻射(泄漏)，如同它們寬得足夠ー個手指穿過。最重要的EMC問題之一是使產(chǎn)品的內(nèi)部頻率保持在內(nèi)部，因此它們不會污染外部的射頻頻譜。狹縫天線的半波諧振(以上述的經(jīng)驗法則SE = 201og(2d)表示)利用關(guān)系式Y(jié) (其中Y是光速3. IO8米/秒，f是以赫茲表示的頻率,而λ是以米表示的波長)。
我們發(fā)現(xiàn)沿著19英寸的支架單元的前面板的前邊緣延伸的窄的430毫米長的間隙將在350兆赫茲左右處是半波諧振。在這ー頻率下，我們示例的19”前面板不再提供更多的屏蔽，并且將它完全移除也可能沒有什么差別。對于I千兆赫茲下的20分貝的SE，需要不大于約16毫米的孔。對于40分貝來說，可能僅僅是I. 6毫米，需要襯墊來密封孔和/或需要使用后面描述的切割技術(shù)之下的波導。實踐中，實際SE取決于外殼本身的壁之間的內(nèi)部諧振、組件和導體與孔的接近程度(使諸如帶狀電纜之類的攜帯數(shù)字總線的噪聲電纜遠離屏蔽孔和接頭)，以及用于組裝外殼等的部件的固連阻杭。任何地方可能，都期望將所有必要或不可避免的孔裂成多個更小的孔。不可避免的長孔(蓋子、門等)可能需要導電的襯墊或彈簧夾(或保持屏蔽連續(xù)性的其它手段)。彼此靠近的多個小的相同孔的SE(粗略地)正比于其數(shù)量(SE = 201ogn，其中η是孔數(shù))，因 此兩個孔將惡化6分貝，四個將惡化12分貝，八個將惡化18分貝等等。但是當在所關(guān)心頻率下的波長開始與小孔陣列的整個尺寸相當時，或者當孔彼此不靠近(與波長相比)時，由于階段消除效應(yīng)這一每雙數(shù)大概6分貝規(guī)則被打破。被設(shè)置為彼此相距大于半波長的孔通常不會使分別取得的SE惡化，但是100兆赫茲下的半波長為I. 5米。在如此低的頻率下，就那些小于此的典型產(chǎn)品而言，孔數(shù)的增加往往使外殼的SE惡化?？撞粌H用作狹縫天線。在屏蔽中流動且被迫繞孔轉(zhuǎn)向路徑的電流，使其發(fā)射磁場?？邕^孔的電壓差使孔發(fā)射電場。作者已經(jīng)看到通過微控制器從小的安裝于PCB上的屏蔽罩中的直徑不大于4毫米的洞(意欲用于嵌入塑料的安裝柱)以130兆赫茲發(fā)射的顯著水平。發(fā)現(xiàn)任何具有孔的復雜外殼的SE的唯一實際明智的方式是利用三維場解算器對結(jié)構(gòu)以及任何PCB和導體(特別是那些可能靠近任何孔的)進行建摸?？梢詫崿F(xiàn)這一功能的軟件包現(xiàn)在都具有友好的用戶界面，并可以運行在桌上型PC。或者，用戶也能找到具有必要的軟件和驅(qū)動它的技能大學或設(shè)計咨詢公司。由于SE隨著裝配方法和質(zhì)量、材料以及內(nèi)部PCB和電纜而大不相同，但是最好一直保持20分貝的SE “安全邊界”。如果最終的設(shè)計驗證/質(zhì)量測試存在問題，那么至少包括允許利用至少20分貝來改進SE的設(shè)計特征也是有利的。50赫茲的頻率是有問題的，并且希望具有任何合理厚度的普通金屬的這ー頻率下的SE。諸如導磁金屬和射電金屬之類的特殊材料具有很高的相對磁導率，通常在10，000范圍內(nèi)。它們的集膚深度相應(yīng)地很小，但是它們只有達到幾十千赫茲才有效。注意不要敲擊由這些材料制成的東西是非常有利的，因為這將破壞它們的磁導率，因此它們不得不被扔掉或者在氫氣氛圍下重新退火。這些奇異的材料用于相當相似的通道，以將磁場轉(zhuǎn)向遠離受保護的區(qū)域。這與普通屏蔽罩所使用的概念不同。具有大于I的相對磁導率的所有金屬屏蔽材料都能在強磁場中飽和，因此作為屏蔽罩不能很好地工作，并且通常被加熱。降低交流聲場的電源變壓器的鋼或?qū)Т沤饘倨帘魏心茱柡停也荒塬@得所期望的效果。通常，使箱更大是有必要的，因此不需要體驗這種強度的部分場。另ー用于低頻屏蔽的屏蔽技術(shù)是主動消除，并且至少兩家公司已經(jīng)開發(fā)了這種技術(shù)，具體用于在被高電平的電源頻率磁場污染的環(huán)境中穩(wěn)定CRT VDU的圖像。圖ID示出如果我們延長通過孔泄漏的波在不受約束之前必須在周遭金屬壁之間行進的距離，那么即使孔大到ー個拳頭都可以通過，我們也能獲得可觀的SE。這個非常有效的技術(shù)成為“切割下的波導”。蜂窩金屬結(jié)構(gòu)實際上是并排堆疊的多個切割下的波導，經(jīng)常用作屏蔽室的通風窗，類似于高SE外売。像任何孔ー樣，當其內(nèi)對角(g)是半波長時，波導使得所有入射磁場通過。因此，我們波導的切割頻率由以下公式給出f；ut()ff= 150,000/g(當g以毫米為單位時，答案是以兆赫茲為単位)。在這一切割頻率下，波導不會像普通孔那樣泄漏(如圖IA所示)，并且能提供更多的屏蔽對于f < O. 5fcutoff, SE近似等于27d/g，其中d是在波自由之前行進通過波導的距離。圖IA示出由6個不同尺寸的切割下的波導所獲得的SE示例。更小的直徑(g)造成更高的切割頻率，50毫米(2英寸)的直徑獲得I千兆赫茲的全衰減。増加的深度(d)造成的増加的SE，實際上獲得非常大的值。切割下的波導不必要由管子制成，而是可以利用簡 單的片狀金屬制品來實現(xiàn)，其中金屬制品折疊適當?shù)纳疃?d)從而不會將產(chǎn)品的尺寸増加過多。作為ー種技術(shù)，不是僅受到想象力的限制，而是必須在項目早期就考慮，因為對不使用導體的失敗產(chǎn)品進行改進通常很難。導體不會穿過切割下的波導，因為這是對它們效果的折衷。切割下的波導非常適用于塑料軸(例如，控制旋鈕)，以便它們不會危及它們退出外殼的SE。替代方案是使用具有環(huán)形導電襯墊的金屬軸，并忍受最終的摩擦和磨損。切割下的波導可以避免對襯墊的連續(xù)剝除和/或?qū)Χ喾N固定件的需要，并因此節(jié)省材料成本和裝配時間。襯墊用于避免接頭、接縫、門和可移除面板處的孔泄漏。對于簡易匹配的裝配，襯墊設(shè)計不太難，但是門、開ロ、蓋子和其它可移除面板給襯墊造成了許多問題，因為它們必須滿足多個矛盾的機械的和電的需求，更不用提化學需求(以避免腐蝕)。屏蔽襯墊有時也需要環(huán)境密封，添加中間物。圖IB示出用于エ業(yè)柜子的門的典型襯墊設(shè)計，它利用導電橡膠或硅樹脂化合物，以提供環(huán)境密封和EMC屏蔽。彈簧夾通常也用于這類應(yīng)用。需要注意的是，用于將門或面板安全接地的綠/黃線不會對幾百千赫茲的EMC有利。如果使用短寬的接地帶而不使用長線，這可能延長幾個兆赫茲。有來自多家制造商的海量種類襯墊可供選用，其中某些制造商還提供個性化定制服務(wù)。這ー觀察結(jié)果掲示了沒有ー個襯墊適合大范圍的應(yīng)用。設(shè)計或選擇襯墊時的考慮包括⑴機械靈活性；⑵壓縮形變；⑶大范圍頻率的阻抗；⑷腐蝕抵抗(關(guān)于配合材料的低流電的EMF，適用于所預期的環(huán)境)；(5)抵擋正常使用所預期的嚴苛的能力；(6)安裝表面的形狀和制備；(7)組裝和拆裝容易；以及⑶環(huán)境密封以及煙和火的需要。屏蔽襯墊有4種主要類型導電聚合物、導電包裝的聚合物、金屬網(wǎng)和彈簧夾。(I)導電聚合物(其中具有金屬粒子的絕緣聚合物，兼作為環(huán)境密封，并且具有低壓縮形變，但是需要顯著的接觸壓，這使得它們很難不用杠桿輔助就用在人工打開的門中。(2)導電包裝的聚合物(具有導電外涂層的聚合物泡沫或管非常軟且韌，具有低的壓縮形變。一些僅需要低水平的接觸壓。不過，它們不能使環(huán)境密封最好，并且它們的導電層可能更容易磨損。
(3)金屬網(wǎng)(任意的或編織的)通常非常硬，但是卻更好地匹配金屬外殼的阻抗，因此較之以上類型具有更好的SE。它們具有較差的環(huán)境密封性能，但是目前ー些被提供來粘合環(huán)境密封，使得兩種類型的襯墊可以用在ー種操作中。(4)彈簧夾(“手指存儲”)通常由鈹銅合金或不銹鋼制成，且可以很靈活。它們最大的用處在于對必須容易人工提取(打開)、容易插入(關(guān)閉)并且具有高等級用處的模塊(和門)。它們的消磁接觸動作有助于獲得良好的結(jié)合，并且它們與金屬外殼的阻抗匹配很好，但是當它們不用于高壓カ時，需要維護(可能每隔幾年就用凡士林污潰)。彈簧夾也更容易受到偶然損壞，例如卷在外套袖子中并彎曲或者折斷。彈簧夾以及它們之間的間隙的尺寸引起感應(yīng)，因此對于高頻或關(guān)鍵使用來說，可能需要雙排,例如可以從大多數(shù)EMC實驗室的門中看出。需對產(chǎn)品進行合適的機械預處理，才能夠簡單有效地安裝襯墊。簡單地吸附在表面上并擠在匹配部件之間的襯墊，可能不會最佳地工作——它們的組裝螺釘擰得越緊，從而努力壓迫襯墊使之具有良好的密封，那么固定件之間的間隙可能彎得越多，越打開泄漏間隙。如圖IB所示，這是因為匹配部件的剛度不足，如果沒有襯墊可擠入的槽的話就難以使匹配部件足夠硬。槽也有助于正確定位，并且在組裝過程中保持襯墊。襯墊接觸區(qū)不必涂敷(除非它具有導電涂料)，并且所用材料、它們的制備和電鍍 必須仔細考慮電蝕點。所有襯墊細節(jié)和測量結(jié)果必須反映在加工圖上，并且必須評估對它們所提出的改變對屏蔽和EMC的影響。當涂敷工作轉(zhuǎn)移給不同的供應(yīng)商時，使襯墊無用是很普通的，因為掩模信息不會被設(shè)置在圖上。由于對沒有被掩住的襯墊安裝區(qū)域的超范圍噴涂的變化度，在涂敷過程中所使用的改變也可能具有有害效應(yīng)(當不同的涂敷工人來進行涂敷時)。圖IC示出在屏蔽外殼的壁中的大孔，利用內(nèi)部的“臟箱”來控制通過孔的場泄漏。臟箱與外殼內(nèi)部之間的接頭必須與屏蔽罩中的任何其它接頭一祥處理?；谝韵聝身椫饕夹g(shù)可以獲得多種屏蔽的窗ロ 塑料片上的薄金屬膜和嵌入的金屬網(wǎng)。(I)塑料片上的薄金屬膜，通常是氧化銦錫(Ι )。在膜厚度為8微米及其8微米以上時，光惡化開始變得不可接受，并且對于電池供電的產(chǎn)品來說，増加的背光光源可能過于難以負擔。這些膜的厚度可能不足以提供100兆赫茲以下的良好SE。(2)嵌入的金屬網(wǎng)通常由變黑的銅線的細篩制成。對于與金屬膜相同的光惡化來說，這些提供更高的SE，但是如果網(wǎng)眼尺寸不合適，那么它們可能受到顯示像素的莫爾干渉。一種竅門是對角定位網(wǎng)眼。蜂窩金屬顯示屏也可獲得非常高的屏蔽性能。它們是大量切割下的波導，并排層疊，并且大部分用在安全或軍事應(yīng)用中。波導極窄的視角意味著操作員的頭避免任何其他人偷看他們的顯示屏。金屬網(wǎng)眼的尺寸必須小到不會將外殼的SE降低得過多。彼此靠近的大量小的相同孔的SE(大致)與它們的數(shù)量η成比例(SE = 201ogn)，因此兩個孔將使SE惡化6分貝，4個將使SE惡化12分貝，8個將使SE惡化18分貝，依次類推。對于典型通風格窗的大量小孔來說，網(wǎng)眼尺寸顯著小于對于同一 SE來說所需要的一個孔。就通風孔的尺寸超過四分之一波長的較高頻率而言，這ー粗略的“每倍數(shù)6分貝”的公式可能會過于工程化，但是對于這種情況，沒有簡單的規(guī)則或經(jīng)驗公式。切割下的波導允許具有較大值的SE的高空氣流率。蜂窩金屬通風屏蔽罩(由許多長而窄的并排結(jié)合的六角形管組成)已經(jīng)為此目的使用了許多年?？梢韵嘈牛咂帘?9”柜子架的至少ー個制造商要求為使用普通金屬制品技術(shù)的上下通風孔使用切割下的波導屏蔽。
為通風孔設(shè)計的屏蔽可能非常復雜，由于需要清洗空氣帶來的沉積在屏蔽罩上的灰塵。仔細的空氣濾波器設(shè)計可以使得通風屏蔽罩被焊接或以其它方式永久地固定在位置上。為了良好的感覺和外觀，通常使用塑料外売，但是塑料外殼很難屏蔽。用諸如粘結(jié)劑(導電涂料)中的金屬粒子之類的導電材料或使用實際的金屬(電鍍)涂敷塑料外殼的內(nèi)部，在技術(shù)上是嚴苛的，并且如果有工作的希望，那么在模具的設(shè)計過程中需要注意細節(jié)。在發(fā)現(xiàn)有必要進行屏蔽時，通常會注意到塑料外殼的設(shè)計不允許通過涂敷其內(nèi)表面來獲得所需的SE。弱點通常在于塑料部件之間的接縫；它們通常不能確保密封匹配，并且通常不容易被密封。經(jīng)常需要昂貴的新模具，同時市場引入和新產(chǎn)品的收益產(chǎn)生開始將延遲。對于新產(chǎn)品來說，無論何時需要塑料殼體，從設(shè)計之初就考慮獲得必要的SE在經(jīng)濟上是致命的。
在塑料上涂敷或電鍍決不能非常厚，因此所獲得的集膚深度的數(shù)量可能非常小。ー些利用鎳和其它金屬的溫和涂層已經(jīng)發(fā)展成為采用鎳的相當高的磁導率，以降低集膚深度并獲得更好的SE。涂敷和電鍍的其它實際問題包括使它們在所期望的環(huán)境中在產(chǎn)品的整個使用過程中粘在塑料襯底上。沒有材料和エ藝的專業(yè)知識，是不太容易這么做的。產(chǎn)品內(nèi)部脫落的導電涂料或電鍍層將對EMC造成很多危害——可能使導體短路，造成操作不可靠并存在火災和觸電的風險。涂敷和電鍍塑料必須由在這ー專業(yè)領(lǐng)域有長期經(jīng)驗的專家來完成。涂敷或電鍍塑料的特殊問題是電壓隔離。對于第二類產(chǎn)品(雙重絕緣)來說，將導電層添加到塑料殼體內(nèi)部可以降低漏電和間隙距離，并緩和用電安全。并且，對于任何塑料殼體的產(chǎn)品來說，向殼體的內(nèi)表面添加導電層可以促進通過接縫和接頭進行個人靜電放電(ESD)，可能用對ESD的易感性問題替換了輻射干擾問題。出于商業(yè)原因，如果存在最終可能需要屏蔽的任何可能性，那么從最初設(shè)計過程開始就仔細設(shè)計塑料殼體非常重要。ー些公司通過在印刷電路板上或組件周圍使用薄的且沒有吸引力的低成本金屬屏蔽罩，來精明地(預期雙關(guān)語)進行包裝，從而使得對于他們的漂亮塑料殼體來說沒有必要承擔雙重的屏蔽任務(wù)。這可以節(jié)省大量成本并省去大量麻煩，但是必須從項目之初就進行考慮，否則沒有多余的空間(或者錯誤類型的空間)來裝配這類內(nèi)部的金屬制品。大批量導電的塑料或樹脂通常在提供機械強度的絕緣粘結(jié)劑中使用分散的導電粒子或線。有時這會形成基本塑料或樹脂的“集朕”，使得不插入螺旋線圈或類似工具很難獲得良好的RF結(jié)合。這些絕緣集膚使得很難避免接頭處產(chǎn)生的孔，也使得很難提供與連接器、密封管和濾波器的主體的結(jié)合?；旌蠈щ娏Ｗ雍途酆衔锏囊恢滦缘膯栴}使得在ー些區(qū)域外殼很差，并在其它區(qū)域缺少屏蔽?；谔蓟w維(本身是導電的)的材料和自身導電的聚合物，開始很容易獲得，但是它們不具有金屬的高導電性，因此對于給定的厚度不能給出好的SE。所有穿過屏蔽外殼的屏蔽電纜的絲網(wǎng)和連接器(或密封管)以及它們的360°粘結(jié)，是與外殼金屬制品本身一樣重要的任何“法拉第圓筒”的一部分。用于非屏蔽的外部電纜的濾波的整個組件和安裝對于取得好的SE來說也是非常重要的。參見用于エ業(yè)柜子屏蔽(和濾波)中的最好實踐的IEC 1000-5-6 (95/210789 DC from BSI)草案。參見用于電纜(和接地)中的最好實踐的 BS IEC 61000-5-2 :1998。返回到我們的以盡可能低裝配水平應(yīng)用屏蔽從而節(jié)省成本的原始方案，我們應(yīng)該考慮以PCB水平屏蔽的問題。理想的PCB級屏蔽總地來說是用屏蔽的連接器和安裝在其壁上的傳統(tǒng)濾波器來封閉金屬盒，事實上，這僅是如上所述的產(chǎn)品級屏蔽外殼的微型版本。結(jié)果通常稱為可提供極高SE的模塊，通常用于RF和微波領(lǐng)域。較低成本的PCB屏蔽是有可能的，盡管它們的SE通常沒有設(shè)計好的模塊那么好。它總是取決于用于提供屏蔽罩ー側(cè)的PCB中的接地層，使得簡單的五個側(cè)面的箱可以像任何其它組件一祥裝配在PCB上。將這五個側(cè)面的箱以多個周圍環(huán)境中的點焊接在接地層上，創(chuàng)建圍繞電路的所期望區(qū)域的“法拉第圓筒”。各種標準的五個側(cè)面的安裝PCB屏蔽的箱通常很容易獲得，并且專攻于這種精密金屬制品的公司通常采用用戶定制的設(shè)計。箱利用搭鎖的蓋子，以便當蓋子打開時，可以容易地進行調(diào)整、訪問測試點或替換芯片。這種可移動的蓋子通常與環(huán)境周圍的彈簧夾配合，以當它們關(guān)閉在適當位置上時可以取得良好的 SE。這種屏蔽方法的弱點是明顯不同的孔的變化，孔如下由焊接的接地層之間的間隙造成的孔；接地層中的任何孔(例如通路和通孔周圍的余隙)；以及五個側(cè)面的箱中的任何其它孔(例如通風、連接到可調(diào)整組件、顯示器等的通路)。將五個側(cè)面的箱的邊緣密封焊接到組件側(cè)接地層，可以用耗時的人工操作為代價消除一組孔。為了最低成本，我們希望將我們所有的信號和能量都提供給作為軌道的PCB的屏蔽區(qū)域，避免導線和電纜。這意味著我們需要使用等效于安裝隔板的屏蔽連接器和安裝隔板的濾波器的PCB。等效于屏蔽電纜的PCB軌道是在兩個接地層之間行進的軌道，通常稱為“帶狀線”。有時，保護軌道運行在同一銅層的這一“屏蔽軌道”的兩側(cè)上。這些保護軌道具有非常多的通孔，將它們連接到上下接地層。這里，每英寸通孔的數(shù)量是限制因素，這是因為它們之間的間隙用作屏蔽孔(保護軌道本身具有太多的自感應(yīng)，從而以高頻提供良好的SE)。當圖1A-1E用于確定通過間隔吋，由于PCB材料的介電常數(shù)大致是空氣的四倍，所以它們的頻率軸應(yīng)該除以2 (PCB介電常數(shù)的平方根)。一些設(shè)計者不會為保護軌道費心，而是僅僅使用通孔來“連同”正被討論的軌道。為了避免諧振，隨機改變所期望空間周圍的通孔行的間隔是個好主意。在帯狀線進入由屏蔽罐封閉的電路區(qū)域處，它們的上下接地層(以及任何保護軌道)在靠近帶狀線的兩側(cè)被連接在屏蔽罐的焊接接頭。只具有單個接地層而另ー側(cè)暴露于空氣中的軌道，就是所謂的“微波傳送帶”結(jié)構(gòu)。當微波傳送帶進入被屏蔽的PCB箱中時，它將由于箱的壁而變得阻抗不連續(xù)。如果微波傳送帶中信號的最高頻率組分的波長比箱壁的厚度(或箱安裝蓋板的寬度)大100倍，那么不連續(xù)性可能太短而無法記錄。但是如果不是這種情況，那么可能發(fā)生性能的某些惡化，因此這種信號最好利用帯狀線來發(fā)送。所有被屏蔽的軌道由于經(jīng)過被屏蔽的PCB區(qū)域，所以必須被濾波。通過有可能利用PCB屏蔽而不是這種濾波來獲得顯著改進，但是這很難預測。因此，濾波應(yīng)該總是被列入計劃的(至少對于原型來說，并且只有在EMC測試成功后才從PCB布圖中移除)。
最好的濾波器是穿通型，但是為了節(jié)省成本避免布線型是有利的。有引線的PCB安裝型是可獲得的，并且能以通常的方式焊接到PCB上。然后，有引線的PCB座在其于后續(xù)階段進行安裝時，用手焊接到屏蔽盒的壁。通過將濾波器的中心觸點焊接到潛在的接地層，可以更快地進行組裝，這使得屏蔽箱和同一接地層之間的焊接接頭在其兩側(cè)非常接近。后ー構(gòu)造也適合表面安裝的穿通濾波器，這能進一歩降低組裝成本。但是，穿通濾波器，即使是表面安裝型的，也仍然比簡單的鐵氧體磁珠或電容器昂貴得多。為了在開發(fā)EMC測試中找到成本最合算的濾波器，同時也最小化延遲和避免PCB布圖反復，可以采用以下任何濾波器結(jié)構(gòu)來容易地創(chuàng)建多目的焊接點型(I)零歐姆鏈接(沒有濾波器，當EMC測試新的設(shè)計時，通常用作起始點)；(2)與信號串聯(lián)的電阻器或鐵氧體磁珠；(3)連接至接地層的電容器；(4)普通型的扼流器；(5)電阻器/鐵氧體/電容器組合(三通管、LC等，更詳細的參見這一系列的部分3) ；(6)穿通電容器(即中心管腳接地，不是真正的穿通)；以及(7)穿通濾波器(三通管、LC等，中心管腳接地，不是真正的穿通)。多目的焊接點也意味著本發(fā)明不限于專有的濾波器，而是能以最低的成本被創(chuàng)建，以最好滿足電路(和作為整體的產(chǎn)品的)需求。
·
在尋找EMI/EMC解決方案中，現(xiàn)有的技術(shù)是笨拙和麻煩的。例如，現(xiàn)有技術(shù)使用匙狀物(它們是一些在伸出部分具有凹痕的小凸狀)，這樣ー來它們就聚在一起并朝著相反方向。一個轉(zhuǎn)變成另ー個，這樣它們就相配并必須做物理接觸。這些結(jié)構(gòu)彎曲，并且當它們中的ー個在平面內(nèi)彎曲并且它們不再接觸吋，它們將失去它們的導電性。于是，現(xiàn)有技術(shù)將開始泄漏EMI。它們的耐受性差，并且非常昂貴。此外，被設(shè)計為解決這些問題的現(xiàn)有制造技術(shù)需要形成外殼，以便它必須具有榫槽接合或其它禁止的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過利用沿著電子設(shè)備外殼內(nèi)部的各種三維體進行電磁干擾屏蔽的一系列選項，其中蓋板中具有對應(yīng)的反向三維體，使得EMI穿過接縫并在箱內(nèi)部通過吸收和反射循環(huán)被消散(衰減)。在主實施例中，凸狀的四分之一球體或扇貝沿著五側(cè)面式箱的內(nèi)部是連續(xù)的，所述五側(cè)面式箱由金屬或?qū)щ娋酆衔?，像是鎳板式碳纖維構(gòu)成，或者由另外的“混合材料”，像是超塑料鋅(SpZ)構(gòu)成。箱中的三維體和蓋板中的三維體(5*1結(jié)構(gòu)中)被形成為彼此相反(“凸的”和“凹的”)。在優(yōu)選實施例中，它們是穿過箱和蓋板的內(nèi)周邊的連續(xù)單個行。在其它實施例中，不規(guī)則間隔和形狀増加了 EMI屏蔽的有效性。在另外ー些實施例中，體大小的改變會増加體的三維表面的復雜性。在其它變體中，本發(fā)明在三維表面(主體)上提供“波紋的”額外層或子體。額外的三維表面提供了跟隨主三維體的總體“曲線”的附加反射和吸收循環(huán)。這樣的子體實際上可以是隨機的，或者是被數(shù)學上圖樣化的(例如，實際上是分形的)。


圖1A-1E示出各種現(xiàn)有技術(shù)的電磁干擾屏蔽原理；圖2示出本發(fā)明可以實現(xiàn)的外殼的樣本模型，其中本發(fā)明具體實施ニ維EMI屏蔽方案中“有效長度”的原理；
圖3示出ニ維EMI衰減方案能實現(xiàn)的不同概念型；圖4 A示出ニ維實施例的三片方案；圖4B示出ニ維實施例的分解視圖；圖5A示出實現(xiàn)三維體的本發(fā)明的第一實施例；圖5B從不同角度不出本發(fā)明的第一實施例；圖6示出本發(fā)明第一實施例中五面式箱的形狀平面的前視圖；圖7示出本發(fā)明第一實施例的沖壓成蓋板的體的平面；圖8A示出“凹狀”部分球體的樣本細節(jié)；圖SB示出“凸狀”部分球體的閉合視圖；圖9示出在本發(fā)明外殼的樣本三維體中經(jīng)由反射和吸收循環(huán)的EMI屏蔽的原理；圖IOA示出在裝配起來的外殼之接縫(空間)中的EMI衰減的原理；圖IOB示出本發(fā)明的在提供EMI屏蔽中的進ー步操作；圖11示出在另一可替代實施例中的立方體體的雙行；圖12示出本發(fā)明可替代實施例的概念構(gòu)思，其中三維體的幾何尺寸被配置在各種維度的參數(shù)之間；圖13示出在五面式箱的三維體的配置中兩個樣本自由度形狀的高度以及(在X方向上)體之間的距離；圖14示出在五面式箱的三維體的配置中三個樣本自由度可替代扇貝高度、可變扇貝深度、扇貝和可變扇貝深度之間的可替代間距；圖15示出具有可替代高度的三維扇貝和可替代翻轉(zhuǎn)體的扇貝；圖16示出具有高度和間距的變化的非周期體的兩個自由度；圖17示出具有可變扇貝高度、扇貝之間的間距和扇貝的不同深度的附加自由度的樣本；圖18不出具有相等間距的交錯扇貝；圖19示出交錯扇貝的連續(xù)扇貝體(周期的)；圖20示出具有周期形狀的可替代交錯扇貝和扇貝之間的間距；圖21示出延伸到密封接縫外面的可變高度的體；圖22示出以不規(guī)則形狀(波動形狀)配置的三維圖的周期型；圖23示出具有各種間距的規(guī)則形狀扇貝的非周期型(為間距的非規(guī)則型)；圖24示出不規(guī)則形狀的重疊“類扇貝”形狀的非周期型；圖25示出橫跨箱和蓋板的接縫的可替代型；圖26示出跨接縫的可替代型(非周期)的第二變體；圖27示出跨接縫的連續(xù)可替代(波動的)型的第二視圖；圖28示出跨接縫的波動型，其中箱的凸狀體具有“彎曲”表面(TORTUREDSURFACE )；圖29示出在箱的凸狀體中具有整個周期型的“不規(guī)則表面”；圖30示出在蓋板凹狀體中的不規(guī)則表面；圖31示出在凸狀和凹狀三維體中的不規(guī)則或不規(guī)則碎片形表面體；圖32示出在具有箱組件的凸狀和凹狀體中的不規(guī)則體的空間；
圖33示出三維表面體的放大樣本；圖34示出“匹配”不規(guī)則體；圖35示出凸狀體中不規(guī)則表面的細節(jié)視圖，其中在凹狀體中具有規(guī)則的廣泛表面；以及圖36示出型不匹配的凸狀和凹狀體中的不規(guī)則體的閉合圖。圖37A不出用于確定屏蔽有效性的樣本系統(tǒng)；以及圖37B為反射、透射和吸收(多次反射)循環(huán)的代表性樣本。
具體實施例方式現(xiàn)在參見圖37A和37B，其表示一些屏蔽有效性限定概念 SEe = 201og10(E(入射)/E(透射))和SEh = 201og1Q(H (入射/H 透射))屏蔽dB =反射い吸收い多次反射dB表I :場分量

E-ィ入射)=ΕΛ (入射)6 0)ζΑ〉χ
Η->(入射)=射)—0V>x -— —— --
E->(反射卜Ea (反射產(chǎn)a->x
E(l)-> = EA(l)e_^a->x
H(l)-> = EA(l)/ne_^a->y
Ε(2)-> = Ελ(2) e~jcfa->x
Η(2) ->=EA(2)/ne_^ a->y
E->(麵) = Ελ (透射)·a->x
H->(蒲)=Ελ (珊)/n(0,j_a->y表2:參數(shù)σ =材料的電導率(S/m)μ = UtlUr =材料的滲透率(H/m)ε = ε。ε r =材料的介電常數(shù)(H/m)y =V (j ω μ ( σ +j ω ε )=無限介質(zhì)的傳播常數(shù)n =V (j ω μ / ( σ + j ω ε )=介質(zhì)的固有阻抗tIq = V Ι^/ε。=自由間阻抗；β ο = ω V μ /ε。=自由空間相位常數(shù)；δ = V 2/ω μ σ =材料的透入深度；針對E->場的評估

權(quán)利要求
1.一種用于需要電磁干擾EMI屏蔽的電子設(shè)備的外殼，所述外殼具有多個側(cè)面，所述側(cè)面包括導電材料，并且每個所述側(cè)面具有一寬度，并且其中所有所述側(cè)面具有沿著所述寬度的容積波衰減部分，其中所述每個容積波衰減部分與EMI波傳播干涉，從而提供足夠的屏蔽，其中所述容積波衰減部分沿著具有所述寬度的所述所有側(cè)面是連續(xù)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外殼，其中所述容積波衰減部分是部分球體或扇貝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外殼，其中所述容積波衰減份部分由雙行體組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外殼，其中所述容積波衰減部分從內(nèi)部容積隆起。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外殼，其中至少一個所述側(cè)面形成具有邊緣的頂面，并且其中所述容積波衰減部分沿著所述邊緣行進。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外殼，其中所述容積波衰減部分包括多個升高的輪廓，所述 多個升高的輪廓適當分布以提供需要屏蔽的波頻率范圍的衰減。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外殼，其中所述導電材料是導電或涂覆聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外殼，其中所述導電材料包括涂覆金屬的碳纖維。
9.一種為電子設(shè)備提供電磁干擾EMI屏蔽的方法，包括以下步驟 提供具有由導電材料構(gòu)成的多片的外殼，所述外殼具有至少一個接縫；并且 沿著至少一個所述片的周邊的至少部分設(shè)立第一系列的三維EMI屏蔽體，使得所述系列的三維EMI屏蔽體穿過由所述至少一個接縫限定的平面， 并且進一步包括以下步驟設(shè)立與所述第一系列的三維體對應(yīng)的且被配置成與所述第一系列體反向的第二系列的三維體，使得在所述多片被組裝時，所述第一組三維體與所述第二組三維體之間存在空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一組體是向外彎曲的部分球形的三維體。
11.一種用于電子設(shè)備的多片外殼，包括 五側(cè)面式基底，具有內(nèi)部空間、開口端以及沿著所述開口端的周邊配置的第一電磁干擾EMI屏蔽型，其中所述第一EMI屏蔽型包括沿著所述周邊連續(xù)的一系列第一三維體；以及 蓋板，被配置成適配到所述基底之上并且設(shè)立六側(cè)面式容器，所述蓋板具有底側(cè)面和頂側(cè)面，并且包括第二電磁干擾EMI屏蔽型，所述第二 EMI屏蔽型具有圍繞所述蓋板的所述底側(cè)面的周邊的一系列第二三維體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多片外殼，進一步包括多個連接片，所述多個連接片通過所述蓋板的頂側(cè)面適配到所述五側(cè)面式基底的所述開口端的周邊中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多片外殼，其中所述第一三維EMI屏蔽型和所述第二三維EMI屏蔽型被配置成互補的，使得在所述蓋板被放置在所述五側(cè)面式基底上時，所述第一三維EMI屏蔽型和所述第二三維EMI屏蔽型適配在一起。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多片外殼，其中所述第一三維體和所述第二三維體是部分球形的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的多片外殼，其中所述第一三維EMI屏蔽型包括圍繞所述五側(cè)面式基底的所述開口端的周邊的至少兩行所述球形體。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多片外殼，其中所述第一三維體是連續(xù)環(huán)繞的，彼此間沒有間隔。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的多片外殼，其中所述第二三維體是連續(xù)環(huán)繞的，彼此間沒有間隔。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多片外殼，其中所述第一三維體中的每一個各包括一組表面體，該組表面體包括額外三維波紋。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的多片外殼，其中所述第二三維體包括與所述第一三維體上的所述波紋相對應(yīng)的波紋。
全文摘要
本發(fā)明涉及形成在電子外殼中用于提供電磁干擾(EMI)屏蔽的具有多個參數(shù)幾何形狀和表面的三維體。本發(fā)明提供了一種包括計算機機殼的電子設(shè)備外殼的結(jié)構(gòu)，其中可以為部分或四分之一球形或立方形或其它周期性“型”形式的三維體可以被沖壓、模制、切割或擠壓成蓋子和五側(cè)面式“箱”，以提供增強的EMI屏蔽，使得對襯墊的需要被減少或消除。
文檔編號H05K9/00GK102858144SQ20111021158
公開日2013年1月2日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者保羅·道格拉斯·科克拉內(nèi), 圖姆·斯米, 大衛(wèi)·博加特·多爾特 申請人:保羅·道格拉斯·科克拉內(nèi), 圖姆·斯米, 大衛(wèi)·博加特·多爾特