本发明的一个目的是提供屏蔽电磁辐射的屏蔽物,同时适用于 大空间和小空间,可用于电子元件或
电路。
下面将说明本发明的其它目的。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于塑料或弹性体材料的 填充物,包括粉状物,这种粉状物包含含量占总重量20%以上的
铁 磁材料和含量占总重量20%以上的
硅石,该粉状物涂有导电金属材 料。
根据本发明的填充物可以用在塑料或弹性体材料中,以提供非 常高效的屏蔽形式。
本发明的屏蔽效果是这样实现的:在电磁传输快速衰减时,利 用根据本发明的厚度很小的材料实现屏蔽。例如,厚度约为4毫米 的混合材料可以在高达几个GHz的
频率上降低90dB的辐射。当材 料是以薄片的形式提供时,可以通过仅仅把薄片
覆盖到现有的结构 上并利用适合的
粘合剂加固,就可以覆盖大面积的
天花板和
墙壁。
优选地,粉状物以超过总重量的50%的比例与
聚合物或弹性体 材料混合。
当屏蔽诸如微芯片等小元器件时,已经发现,根据本发明的屏 蔽(物)便于以封装的形式应用到微芯片。令人惊奇地,已经发现, 连到
外壳内的微芯片上的
导线之间的电传导率也可以忽略不计。
还发现,当在微芯片的外壳内使用本发明的材料时,改善了散 热。当本发明用于封装
电子电路时,也起到了类似的作用。
用IDA2000粉状物的形式提供粉末状的
氧化物是方便的, IDA2000粉状物是本
申请人/受让人公司的专有粉末产品,包括约占 总重量的2.0%的
氧化钙(CaO),约占25-50%的
二氧化硅(SiO2), 约占1.1%的氧化铁(FeO)、三氧化二铁(Fe2O3)、或四氧化三铁 (Fe3O4),约占1.35%的氧化锌(ZnO),约占1.7%的
碳化硫(SC3), 以及诸如少量的(少于1%)氧化锰(MnO)、氧化
钾(K2O)、氧 化铅(PbO)、氧化铬(Cr2O3)、和/或氧化
钛(TiO2)等的氧化物。 IDA2000包含氧化物、磁的和电的材料的健康分布和其它对用在压 铸塑料封装内的填充物有用的成分。虽然存在一些离子材料,但是 这些成分在它们的氧化物内是无害的。不存在卤化物。当使用 IDA2000时,对于在1到8MeV范围内的
能量,在超过1000个小 时的时间段内在本底之上(above background)没有检测到α粒子级 的发射。当被压缩时,所测量的IDA2000的
导电性约为兆欧姆数量 级。当用作填充物时,IDA2000能以无压缩的形式分散,含量占总 重量的70%到95%,这将导致导电性接近109欧姆。已经发现, IDA2000的膨胀系数显著小于目前微电子
压铸封装所要求的最大值 15×106。
本发明的另一目的是提供一种能够易于电
镀的可模压塑料产 品。
本发明的其它方面是提供使用根据本发明的可被
电镀的填充 物的塑料或弹性体材料产品。
从申请人获得的IDA2000是工业流程中的废品,因此使用该产 品很经济。
附图说明
现在将参照附图以范例的方式描述根据本发明的
实施例,其中 在附图中:
图1是装有根据本发明的屏蔽物样品的同轴空腔测试设备的纵 向横截面;
图2是根据本发明的用于图1的测试设备内的有负载测量的屏 蔽物样品的横向正视图;
图3是用于图1的测试设备内的无负载测量的屏蔽物样品的横 向正视图;
图4是使用图1的测试设备的测试台的
框图;
图5示出装入根据本发明的用于屏蔽其中的电子电路的典型的 箱子;
图6示出根据本发明的被屏蔽的典型的
半导体部件;
图7是根据本发明的被屏蔽的
电缆的横截面;
图8是示出使用图1到图4的设备和测试台,在典型测试结果 中的根据本发明的屏蔽物的屏蔽效率的曲线图;
图9是示出使用根据本发明的镀有1到2微米
铜的Myranite粉 状填充物的屏蔽效率的曲线图;
图10是示出使用根据本发明的镀有2到3微米的铜的Myranite 粉状填充物的屏蔽效率的曲线图;
图11是示出与图9和10中显示的测试相比较使用标准已知填 充物的较差屏蔽效率的曲线图;以及
图12是示出由根据本发明的塑料材料构成的
风挡刮
水器电动 机。
如下面的表1中所显示的不同比重的Myranite的几个例子中使 用镀铜的Myranite粉状物构成的屏蔽物被压制到直径为133毫米、 厚度约为4毫米的圆盘中,并安装到图1的测试设备中。
表1
符号 名称 %含量
样品1 样品2
Fe 离子,如氧化铁(FeO)、三氧化二铁(Fe2O3)、 25至50 25至50
四氧化三铁(Fe3O4)
SiO2 二氧化硅 25至50 25至50
CaO 钙氧化物 2.5 9.0
MgO 镁氧化物 1.1 -
Al2O3 铝氧化物 4.4 4.5
K2O 钾氧化物 0.52 0.1
Sn
锡 - 0.2
Zn 锌,如锌氧化物(ZnO) 1.35 4.0
S 硫,如硫氧化物(SO3) 1.7 <0.2
Mn 锰 - 0.5
MnO 锰氧化物 0.3 1.9
Pb 铅,如铅氧化物(PbO) 0.2 0.3
P2O5 氧化二磷 - <0.2
Bi 铋 - <0.1
Cr2O3 铬,如铬氧化物(Cr2O3) 0.15 微量<0.1
Cd 镉 - 微量<0.1
TiO2 二氧化钛 0.2 -
As 砷 - 微量<0.1
Sb 锑 - 微量<0.1
Ni 镍 - 微量<0.1
对比 微量 微量
(Balance) (Trace) (Trace)
虽然已经发现取样的Myranite有比重一般超过25%的铁含量, 但是也有可能只有20%。此外,也有可能存在其它诸如[Ni(en)2]3 [Fe(CN)6]2这样的铁磁材料。2H2O能构成铁含量的至少部分。硅 石含量可能只有20%。
然后,将根据图4的测试设备连接到图1的设备。用于产生信 号的Rohde L Schwarz RF生成器在每一测试频率上提供0dBm振幅 的未调制
信号。如图8所示,
频率范围是1-1000MHz。利用Hewlett Packard HP8526A
频谱分析器测量通过同轴空腔的信号级别,数据 被存储起来。设备遵循ASTM D 4935(测试规范)。
表1中的适当镀有一层或两层金属的Myranite粉状物,通常密 度大约为3.5g/ml,当经过几千小时后发现它低于1和8MeV之间 的α粒子发射测量
阈值。
测试样品由具有涂层的Myranite粉状物构成,涂层厚度在1到 2微米和2到3微米之间,涂层是铜,但也可以使用其它诸如铬、 镍、铝、锌、钕、金、
银、和锶铁素体(strontium ferrite)等涂层。 粉状物上的涂层相当大地改进了没有涂层的粉状物的屏蔽性能。涂 层可以通过干燥混合工艺、
等离子体涂覆、
电解或非电解镀应用到 多层上。
Myranite粉状物可以被加
热处理,可以与聚合物、
树脂、和弹 性体混合和冷却混合,其所占比重至少为92%。被测试的样品所占 比重在50%和92%之间。测试样品的粒子大小在10和180微米之 间。
图8中显示的典型测试结果表明图2中的4毫米的测试样品导 致在略低于150MHz的情况下,电磁辐射的减少低于40dB,而在 350-1000MHz之间时,电磁辐射的减少高于50dB。被测试的样品 被认为在屏蔽来自
移动电话中的电子元件的辐射方面是非常有用 的。
为了降低屏蔽物和/或可以接受较低效率的场所的成本,本发明 的粉末状的材料可以与未涂层的铁
硅酸盐混合。
根据本发明,在测试中用来产生高性能注塑元件的典型 Myranite混合物是:
15%的树脂
8%的硬化剂
1.5%的溴化有机阻燃剂
0.1-0.2%的催化剂(accelerator)
0.7%的无机阻燃剂
0.3%的偶合剂(coupling agent)
0.15%的
脱模剂0.15%的碳黑颜料
74%的镀铜Myranite粉状物
用于连续测试的Myranite粉状物一般小于200微米粒子大小, 被分成四种粉状物大小(0-50、50-100、100-150、和150+微 米)。测试表明Myranite粉状物作为填充物性能良好,没有剥离的 趋势。Myranite混合物适用于微封装(参看图6)和风挡刮水器电 动机护盖,表明它用于微电路和自动元件的良好性能。Myranite填 充物所占比重可能在70和80%之间。
在进行受测试的微封装应用中,集成电路芯片封装到类似于上 面所述的Myranite混合物中,形成四方扁平封装(Quad Flat Pack, QFP),并与使用传统硅石填充物(Dexter Hysol混合物)的标准 QFP比较。根据本发明的Myranite QFP在
温度为108℃、
相对湿度 (RH)为90%的条件下,在高度
加速的压
力测试(HAST)室中测 试240个小时(相当于在温带
气候中使用40年)。在240个小时之 后Myranite QFP不发生故障。已发现电性能几乎等于标准QFP内 的标准IC。
在Myranite粉状物涂层不好的样品最初出现的问题之后,由如 上所述的Myranite混合物提供的电磁(EM)屏蔽证明是非常有效 的-分别参看图9中的样品325(Teesside样品2)和图10中的样 品326(Teesside样品3)。这可以与图11中所示的使用一种标准已 知Dexter Hysol混合物的样品327(Teesside样品4)进行比较。
当混合Myranite混合物时,要注意避免能把Myranite粉状物上 镀的铜刮掉的剪力效应,试验表明必须在轮辗机(mill roller)之间 设置宽间隔来避免EM屏蔽效率的降低。
一完成测试,发现在几乎每一方面,Myranite是混合物中用于 压铸微电子封装的理想的低成本填充物。它在电、物理、化学、机 械、和
放射性方面都是一个好的解决方案。Myranite混合的很好, 可进行模压和均匀散布。仅用Myranite填充的混合物压铸的部件表 明分层的数量与标准树脂的数量相当。最后的测试造成在整个频谱 范围EM屏蔽达90dB之多,而测试中使用的标准微电子设备没有 任何的
短路。
对风挡刮水器
电动机的壳体(图12)的测试,由于测试小组面 临的压力而不得不减少。然而,最初的测试表明,由于
发动机定子 能直接模压到Myranite混合物壳内,因而避免必要的金属密封,所 以除了Myranite混合物良好的EM屏蔽(EMS)性能外,它也是非 常适合的。而且,因为屏蔽材料遍布壳上,由于刮擦等对壳外部造 成的损坏不会影响它的EMS性能。
对Myranite混合物的最初测试表明它适用于为了反射或装饰 目的用金属电镀。当用于比图12中所示的壳体更大的壳体中时, 这种机械属性提供了一种非常有吸引力的材料。
对弹性体材料中包含的Myranite的测试已经由申请人说明但 还未完成。