專利名稱：電磁輻射的降低的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用屏蔽(物)降低電磁輻射。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會，電磁輻射越來越多的滲透和侵入已經(jīng)造成電子設(shè)備和微電子設(shè)備之間干擾的增加，可能造成安全性喪失、設(shè)備之間的干擾，還可能威脅到健康。這樣就需要用屏蔽(物)來防止向內(nèi)和向外的輻射。大的空間，例如整個房間，通常通過法拉第籠(Faraday cage)或包含圍繞空間的接地金屬屏障的防護物來進行屏蔽。這些防護物可能是笨重的、昂貴的，并且難以安裝。例如機箱等小空間通常用鋁、鋼、或涂有金屬層的塑料來屏蔽，這些材料是笨重的，難以形成，且易于損壞或是昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供屏蔽電磁輻射的屏蔽物，同時適用于大空間和小空間，可用于電子元件或電路。
下面將說明本發(fā)明的其它目的。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于塑料或彈性體材料的填充物，包括粉狀物，這種粉狀物包含含量占總重量20％以上的鐵磁材料和含量占總重量20％以上的硅石，該粉狀物涂有導(dǎo)電金屬材料。
根據(jù)本發(fā)明的填充物可以用在塑料或彈性體材料中，以提供非常高效的屏蔽形式。
本發(fā)明的屏蔽效果是這樣實現(xiàn)的在電磁傳輸快速衰減時，利用根據(jù)本發(fā)明的厚度很小的材料實現(xiàn)屏蔽。例如，厚度約為4毫米的混合材料可以在高達(dá)幾個GHz的頻率上降低90dB的輻射。當(dāng)材料是以薄片的形式提供時，可以通過僅僅把薄片覆蓋到現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上并利用適合的粘合劑加固，就可以覆蓋大面積的天花板和墻壁。
優(yōu)選地，粉狀物以超過總重量的50％的比例與聚合物或彈性體材料混合。
當(dāng)屏蔽諸如微芯片等小元器件時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的屏蔽(物)便于以封裝的形式應(yīng)用到微芯片。令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，連到外殼內(nèi)的微芯片上的導(dǎo)線之間的電傳導(dǎo)率也可以忽略不計。
還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在微芯片的外殼內(nèi)使用本發(fā)明的材料時，改善了散熱。當(dāng)本發(fā)明用于封裝電子電路時，也起到了類似的作用。
用IDA2000粉狀物的形式提供粉末狀的氧化物是方便的，IDA2000粉狀物是本申請人/受讓人公司的專有粉末產(chǎn)品，包括約占總重量的2.0％的氧化鈣(CaO)，約占25-50％的二氧化硅(SiO2)，約占1.1％的氧化鐵(FeO)、三氧化二鐵(Fe2O3)、或四氧化三鐵(Fe3O4)，約占1.35％的氧化鋅(ZnO)，約占1.7％的碳化硫(SC3)，以及諸如少量的(少于1％)氧化錳(MnO)、氧化鉀(K2O)、氧化鉛(PbO)、氧化鉻(Cr2O3)、和/或氧化鈦(TiO2)等的氧化物。IDA2000包含氧化物、磁的和電的材料的健康分布和其它對用在壓鑄塑料封裝內(nèi)的填充物有用的成分。雖然存在一些離子材料，但是這些成分在它們的氧化物內(nèi)是無害的。不存在鹵化物。當(dāng)使用IDA2000時，對于在1到8MeV范圍內(nèi)的能量，在超過1000個小時的時間段內(nèi)在本底之上(above background)沒有檢測到α粒子級的發(fā)射。當(dāng)被壓縮時，所測量的IDA2000的導(dǎo)電性約為兆歐姆數(shù)量級。當(dāng)用作填充物時，IDA2000能以無壓縮的形式分散，含量占總重量的70％到95％，這將導(dǎo)致導(dǎo)電性接近109歐姆。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，IDA2000的膨脹系數(shù)顯著小于目前微電子壓鑄封裝所要求的最大值15×106。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠易于電鍍的可模壓塑料產(chǎn)品。
本發(fā)明的其它方面是提供使用根據(jù)本發(fā)明的可被電鍍的填充物的塑料或彈性體材料產(chǎn)品。
從申請人獲得的IDA2000是工業(yè)流程中的廢品，因此使用該產(chǎn)品很經(jīng)濟。


現(xiàn)在將參照附圖以范例的方式描述根據(jù)本發(fā)明的實施例，其中在附圖中圖1是裝有根據(jù)本發(fā)明的屏蔽物樣品的同軸空腔測試設(shè)備的縱向橫截面；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于圖1的測試設(shè)備內(nèi)的有負(fù)載測量的屏蔽物樣品的橫向正視圖；圖3是用于圖1的測試設(shè)備內(nèi)的無負(fù)載測量的屏蔽物樣品的橫向正視圖；圖4是使用圖1的測試設(shè)備的測試臺的框圖；
圖5示出裝入根據(jù)本發(fā)明的用于屏蔽其中的電子電路的典型的箱子；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的被屏蔽的典型的半導(dǎo)體部件；圖7是根據(jù)本發(fā)明的被屏蔽的電纜的橫截面；圖8是示出使用圖1到圖4的設(shè)備和測試臺，在典型測試結(jié)果中的根據(jù)本發(fā)明的屏蔽物的屏蔽效率的曲線圖；圖9是示出使用根據(jù)本發(fā)明的鍍有1到2微米銅的Myranite粉狀填充物的屏蔽效率的曲線圖；圖10是示出使用根據(jù)本發(fā)明的鍍有2到3微米的銅的Myranite粉狀填充物的屏蔽效率的曲線圖；圖11是示出與圖9和10中顯示的測試相比較使用標(biāo)準(zhǔn)已知填充物的較差屏蔽效率的曲線圖；以及圖12是示出由根據(jù)本發(fā)明的塑料材料構(gòu)成的風(fēng)擋刮水器電動機。
具體實施例方式
如下面的表1中所顯示的不同比重的Myranite的幾個例子中使用鍍銅的Myranite粉狀物構(gòu)成的屏蔽物被壓制到直徑為133毫米、厚度約為4毫米的圓盤中，并安裝到圖1的測試設(shè)備中。
表1符號 名稱％含量樣品1樣品2Fe 離子，如氧化鐵(FeO)、三氧化二鐵(Fe2O3)、 25至50 25至50四氧化三鐵(Fe3O4)SiO2二氧化硅 25至50 25至50CaO 鈣氧化物 2.5 9.0MgO 鎂氧化物 1.1 -Al2O3鋁氧化物 4.4 4.5K2O 鉀氧化物 0.52 0.1Sn 錫 -0.2Zn 鋅，如鋅氧化物(ZnO)1.35 4.0S硫，如硫氧化物(SO3) 1.7 ＜0.2Mn 錳 -0.5MnO 錳氧化物 0.3 1.9Pb 鉛，如鉛氧化物(PbO)0.2 0.3P2O5氧化二磷 -＜0.2Bi 鉍 -＜0.1Cr2O3鉻，如鉻氧化物(Cr2O3)0.15 微量＜0.1Cd 鎘 -微量＜0.1TiO2二氧化鈦 0.2 -As 砷 -微量＜0.1Sb 銻 -微量＜0.1Ni 鎳 -微量＜0.1對比微量 微量(Balance) (Trace) (Trace)
雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)取樣的Myranite有比重一般超過25％的鐵含量，但是也有可能只有20％。此外，也有可能存在其它諸如[Ni(en)2]3[Fe(CN)6]2這樣的鐵磁材料。2H2O能構(gòu)成鐵含量的至少部分。硅石含量可能只有20％。
然后，將根據(jù)圖4的測試設(shè)備連接到圖1的設(shè)備。用于產(chǎn)生信號的Rohde L Schwarz RF生成器在每一測試頻率上提供0dBm振幅的未調(diào)制信號。如圖8所示，頻率范圍是1-1000MHz。利用HewlettPackard HP8526A頻譜分析器測量通過同軸空腔的信號級別，數(shù)據(jù)被存儲起來。設(shè)備遵循ASTM D 4935(測試規(guī)范)。
表1中的適當(dāng)鍍有一層或兩層金屬的Myranite粉狀物，通常密度大約為3.5g/ml，當(dāng)經(jīng)過幾千小時后發(fā)現(xiàn)它低于1和8MeV之間的α粒子發(fā)射測量閾值。
測試樣品由具有涂層的Myranite粉狀物構(gòu)成，涂層厚度在1到2微米和2到3微米之間，涂層是銅，但也可以使用其它諸如鉻、鎳、鋁、鋅、釹、金、銀、和鍶鐵素體(strontium ferrite)等涂層。粉狀物上的涂層相當(dāng)大地改進了沒有涂層的粉狀物的屏蔽性能。涂層可以通過干燥混合工藝、等離子體涂覆、電解或非電解鍍應(yīng)用到多層上。
Myranite粉狀物可以被加熱處理，可以與聚合物、樹脂、和彈性體混合和冷卻混合，其所占比重至少為92％。被測試的樣品所占比重在50％和92％之間。測試樣品的粒子大小在10和180微米之間。
圖8中顯示的典型測試結(jié)果表明圖2中的4毫米的測試樣品導(dǎo)致在略低于150MHz的情況下，電磁輻射的減少低于40dB，而在350-1000MHz之間時，電磁輻射的減少高于50dB。被測試的樣品被認(rèn)為在屏蔽來自移動電話中的電子元件的輻射方面是非常有用的。
為了降低屏蔽物和/或可以接受較低效率的場所的成本，本發(fā)明的粉末狀的材料可以與未涂層的鐵硅酸鹽混合。
根據(jù)本發(fā)明，在測試中用來產(chǎn)生高性能注塑元件的典型Myranite混合物是15％的樹脂8％的硬化劑1.5％的溴化有機阻燃劑0.1-0.2％的催化劑(accelerator)0.7％的無機阻燃劑0.3％的偶合劑(coupling agent)0.15％的脫模劑0.15％的碳黑顏料74％的鍍銅Myranite粉狀物用于連續(xù)測試的Myranite粉狀物一般小于200微米粒子大小，被分成四種粉狀物大小(0-50、50-100、100-150、和150+微米)。測試表明Myranite粉狀物作為填充物性能良好，沒有剝離的趨勢。Myranite混合物適用于微封裝(參看圖6)和風(fēng)擋刮水器電動機護蓋，表明它用于微電路和自動元件的良好性能。Myranite填充物所占比重可能在70和80％之間。
在進行受測試的微封裝應(yīng)用中，集成電路芯片封裝到類似于上面所述的Myranite混合物中，形成四方扁平封裝(Quad Flat Pack，QFP)，并與使用傳統(tǒng)硅石填充物(Dexter Hysol混合物)的標(biāo)準(zhǔn)QFP比較。根據(jù)本發(fā)明的Myranite QFP在溫度為108℃、相對濕度(RH)為90％的條件下，在高度加速的壓力測試(HAST)室中測試240個小時(相當(dāng)于在溫帶氣候中使用40年)。在240個小時之后Myranite QFP不發(fā)生故障。已發(fā)現(xiàn)電性能幾乎等于標(biāo)準(zhǔn)QFP內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)IC。
在Myranite粉狀物涂層不好的樣品最初出現(xiàn)的問題之后，由如上所述的Myranite混合物提供的電磁(EM)屏蔽證明是非常有效的-分別參看圖9中的樣品325(Teesside樣品2)和圖10中的樣品326(Teesside樣品3)。這可以與圖11中所示的使用一種標(biāo)準(zhǔn)已知Dexter Hysol混合物的樣品327(Teesside樣品4)進行比較。
當(dāng)混合Myranite混合物時，要注意避免能把Myranite粉狀物上鍍的銅刮掉的剪力效應(yīng)，試驗表明必須在輪輾機(mill roller)之間設(shè)置寬間隔來避免EM屏蔽效率的降低。
一完成測試，發(fā)現(xiàn)在幾乎每一方面，Myranite是混合物中用于壓鑄微電子封裝的理想的低成本填充物。它在電、物理、化學(xué)、機械、和放射性方面都是一個好的解決方案。Myranite混合的很好，可進行模壓和均勻散布。僅用Myranite填充的混合物壓鑄的部件表明分層的數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)樹脂的數(shù)量相當(dāng)。最后的測試造成在整個頻譜范圍EM屏蔽達(dá)90dB之多，而測試中使用的標(biāo)準(zhǔn)微電子設(shè)備沒有任何的短路。
對風(fēng)擋刮水器電動機的殼體(圖12)的測試，由于測試小組面臨的壓力而不得不減少。然而，最初的測試表明，由于發(fā)動機定子能直接模壓到Myranite混合物殼內(nèi)，因而避免必要的金屬密封，所以除了Myranite混合物良好的EM屏蔽(EMS)性能外，它也是非常適合的。而且，因為屏蔽材料遍布?xì)ど希捎诠尾恋葘ね獠吭斐傻膿p壞不會影響它的EMS性能。
對Myranite混合物的最初測試表明它適用于為了反射或裝飾目的用金屬電鍍。當(dāng)用于比圖12中所示的殼體更大的殼體中時，這種機械屬性提供了一種非常有吸引力的材料。
對彈性體材料中包含的Myranite的測試已經(jīng)由申請人說明但還未完成。
權(quán)利要求
1.一種用于塑料或彈性體材料的填充物，包括粉狀物，所述粉狀物包含含量占總重量20％以上的鐵磁材料和含量占總重量20％以上的硅石，所述粉狀物涂有導(dǎo)電金屬材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充物，其中所述鐵磁材料是FeO、Fe2O3、或Fe3O4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的填充物，其中所述鐵磁材料的含量占總重量的25％到50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的填充物，其中所述硅石的含量占總重量的25％到50％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的填充物，其中所述粉狀物的顆粒大小通常在200微米之下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的填充物，其中所述導(dǎo)電金屬材料是銅、鎳、或鉻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的填充物，其中所述導(dǎo)電金屬涂層的厚度在0.5微米和4微米之間。
8.一種適于模壓的塑料材料，至少包含樹脂和硬化劑以及含量占總重量的50％到92％的根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的填充物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的塑料材料，其中所述填充物的含量占總重量的70％到80％。
10.一種彈性體材料，包含根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的填充物。
11.一種屏蔽、封裝、或密封在根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的材料中的電或電子部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的部件是集成芯片。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的部件是電動機。
14.一種基本上如上文中所描述的填充物。
15.一種基本上如上文中所描述的塑料或彈性體材料。
16.一種基本上如上文中所述或參照附圖所述的電或電子部件。
17.一種通過把根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的填充物與至少一種樹膠和硬化劑混合并模壓由此產(chǎn)生的混合物來形成產(chǎn)品的方法。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的形成產(chǎn)品的方法，還包括電鍍所述模壓混合物的步驟。
19.一種基本上如上文中所描述的形成產(chǎn)品的方法。
全文摘要
一種用于塑料或彈性體材料的填充物，由粉狀物構(gòu)成，粉狀物包含含量占總重量20％以上的鐵磁材料和含量占總重量20％以上的硅石，粉狀物表面涂有導(dǎo)電金屬材料。該填充物用于提供對電磁輻射的屏蔽。
文檔編號H05K9/00GK1586099SQ02822607
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者托馬斯·威廉·哈珀, 肯尼思·杰勒德·巴頓, 戴維·朱利安·拉克斯, 科林·托馬斯·梅特卡夫 申請人:Ida(Emc)有限公司