專利名稱：閉合力小的就地成形電磁干擾屏蔽墊片的制造技術
背景技術：
本發(fā)明總的涉及在大氣壓力下就地成形和固化在襯底表面上的就地成形(FIP)的電磁干擾(EMI)屏蔽墊片或密封裝置，更具體說涉及制作特別適于應用在蜂窩電話手持機和其它手持電子裝置等小型電子裝置外殼中的閉合力小的FIP墊片的FIP方法。
電視機、收音機、計算機、醫(yī)療器械、商用機器、通信設備等的電子裝置工作時，其電子電路中會產生電磁輻射。正如美國專利No.5202536、5142101、5105056、5028739、4952448、4857668詳細描述的那樣，這種輻射常常發(fā)展成電磁頻譜的射頻波段(即大約10KHz-10GHz)內的場或瞬變，并已被稱為“電磁干擾”或“EMI”，已知其可以干擾附近其它電子裝置的工作。
為了減弱EMI作用，可以使用能夠吸收和/或反射EMI能量的屏蔽，將EMI能量限制在源裝置以內并將此裝置或其它“目標”裝置隔離于其它源裝置。這種屏蔽被提供為插入在源裝置與其它裝置之間的壁壘，通常被構造成封裝著裝置的導電的和接地的外殼。由于裝置的電路通常必須保持可供觸及，故大多數外殼配備有諸如門、窗口、面板、或蓋之類的可開啟或可移動的通道。然而，在這些最平的通道與其相應的配合或結合面的即使最平坦的表面之間，也可能存在間隙，由于存在輻射能量可以通過開口泄漏或進出裝置而降低了屏蔽效率。而且這些間隙在所述外殼或其它屏蔽的所述表面電導率或地面電導率上存在不連續(xù)性，從而甚至可以由于用作一種縫隙天線而產生EMI的二次源。在這方面，外殼內感應的體內體積電流或表面電流，在屏蔽中的任何界面間隙上產生電壓梯度，這些間隙從而用作輻射EMI噪聲的天線。通常，此噪聲的幅度正比于間隙的長度，間隙寬度的作用較不明顯。
為了填充外殼和其它EMI屏蔽結構的配合表面內的間隙，已經提出了墊片和其它密封墊來保持結構上的電連續(xù)性并使裝置內部排除諸如潮濕和塵埃之類的沾污。這種密封墊被鍵合或機械固定到一個配合表面，或壓入到一個配合表面，用來封閉任何的界面間隙，以便借助于在外加壓力下使各個表面之間的不規(guī)則性一致而建立跨越其間的連續(xù)導電路徑。因此，用于EMI屏蔽應用的密封墊被規(guī)定為這樣一種構造，它不僅僅在壓力下提供均勻的表面導電性，而且具有彈力，使密封墊能夠符合間隙尺寸。此密封墊還必須抗磨損，制造經濟，并能夠承受反復的壓縮和松弛循環(huán)。有關EMI屏蔽墊片的進一步信息可參考Severinsen，J.的“Gasket That Block EMI”，Machine Design，Vol.47，No.19，pp.74-77(August7，1975)。
EMI屏蔽墊片通常構造成具有間隙填充能力的用導電成分填充、包覆、或覆蓋的彈性核心元件。可以起泡或不起泡的實心或空心彈性核心元件，通常由諸如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、或聚丙烯-EPDM混合物之類的彈性熱塑材料，或諸如聚丁橡膠、苯乙烯-聚丁橡膠、腈橡膠、磺酸氯橡膠、氯丁橡膠、尿烷橡膠之類的熱塑或熱固化橡膠，或有機硅橡膠組成。
用來填充、包覆或覆蓋的導電材料包括金屬或鍍金屬的顆粒、織物、網狀物、以及纖維。優(yōu)選的金屬包括銅、鎳、銀、鋁、錫、或諸如Monel的合金，而優(yōu)選的纖維或織物包括諸如棉、毛、絲、纖維素、聚酯、聚酰胺、尼龍、聚酰亞胺之類的天然或合成纖維。也可以是，用諸如碳、石墨的其它導電顆?；蚶w維或導電聚合物材料等替代。
EMI屏蔽墊片的常規(guī)制造工藝包括壓制、模制或模切。迄今模制或模切對于特別小或復雜的屏蔽構造是優(yōu)選的。在這方面，模切涉及到用模具等切割或沖壓成所需構造的導電彈性體固化片來制作墊片。模壓涉及到將未固化的或熱塑彈性體壓縮或模制成所需構造。
最近，提出了一種用來制造EMI屏蔽墊片的就地成形(FIP)工藝。如共同轉讓的1997年11月12日提出的申請U.S.S.N.08/967986；美國專利No.5910524和5641438；歐洲專利申請EP 643551和643552；以及PCT申請WO/9622672和WO/9507603；以及美國專利No.5882729和5731541；以及日本專利公開(Kokai)No.7177/1993所述，這一工藝涉及到將分散成液態(tài)的粘滯性可固化的導電組合物的滴珠從噴嘴直接施加到諸如外殼或其它封裝之類的襯底的表面上。此組合物通常是銀填充的或其它的導電硅酮彈性體，然后通過施加熱或用大氣潮氣或紫外線(UV)輻射被就地固化，以便在襯底表面上就地成形導電的彈性體EMI屏蔽墊片。借助于直接在襯底表面上就地成形并固化墊片，免去了分別的制作和安裝步驟。而且，此墊片可以被直接粘附到襯底表面，從而進一步免去了分別的粘附元件或將墊片固定到襯底所需的其它裝置。與更為常規(guī)的模切或模壓工藝相反，無溢料的FIP工藝減少了廢料的產生，還免去了手工裝配復雜的墊片形狀或將墊片安裝到位，從而降低了勞動強度。Chomerics Division of Parker-HannifinWoburn，MA向市場推出的注冊商標為Cho-Form的方法還可修正為自動或機器人控制的操作，并可以用來在大氣壓力下不用模具而制造復雜的墊片幾何形狀。
由于上述的FIP工藝不斷積累商業(yè)認可，故可以理解此工藝和材料的進一步改進將得到電子業(yè)界的完全接受。在這方面，某些應用規(guī)定了較低閉合力負載下，例如每厘米長度墊片大約0.4-10牛頓下，可撓曲的低阻抗、不引入注意的形狀的墊片。通常，規(guī)定最小撓曲，典型約為10％，以便確保墊片與配合外殼或板表面足夠共形，以便在其間提供導電路徑。但已經觀察到，對于某些應用，本技術領域迄今所知的實現(xiàn)FIP墊片形狀的規(guī)定最小撓曲所需的閉合或其它撓曲力，可以高于特定外殼或板裝配設計能夠容許的力。于是，可以理解的是，F(xiàn)IP墊片形狀的制造中的進一步改進將得到電子業(yè)界的完全接受。由于諸如蜂窩電話手機之類的手持電子裝置的尺寸不斷縮小，故特別希望有一種特別適用于正在迅速成為工業(yè)標準的較小電子封裝的閉合力小的FIP墊片形狀。
發(fā)明的概述本發(fā)明的目的是特別適用于較小電子封裝的閉合力小的EMI屏蔽間隔墊片形狀的FIP制造。在滴珠高度局部最大值和最小值交替的周期性“間斷的”圖形中，本發(fā)明的墊片形狀看來表現(xiàn)出比本技術領域迄今所知的FIP墊片形狀更低的閉合力要求。亦即，對于規(guī)定的接合構造，本發(fā)明的間隔墊片形狀在給定的壓縮負載下表現(xiàn)出比常規(guī)形狀更大的撓曲。
通常，如共同轉讓的1998年3月13日提出的申請U.S.S.N.09/042135，Technical Publication上發(fā)表的”EMI Shielding andGrounding Spacer Gasket”，Parker Chomerics Division，Woburn，MA(1996)；以及PCT申請98/54942中進一步所述，此處涉及類型的“間斷的”EMI屏蔽墊片主要用模制方法制作。但本發(fā)明將這些墊片的制造設置為從噴嘴直接分配到諸如外殼或其它封裝的襯底表面上的液態(tài)組合物，然后在大氣壓力下就地固化在襯底表面上的一系列FIP滴珠。此組合物可以被提供為可通過施加熱或用大氣潮氣或紫外線(UV)輻射等就地固化的被填充的硅酮彈性體，以便就地在襯底表面上形成導電的彈性EMI屏蔽墊片。有利的是，借助于直接在襯底表面上就地成形和固化此墊片，免去了分別的制作和安裝步驟。而且，墊片可以被直接粘附到襯底的表面，進一步免去了分別的粘附元件或將墊片固定到襯底的其它裝置。
因此，本發(fā)明包括制作具有交替的高和低接觸點的閉合力小的墊片。此墊片在襯底表面上被就地成形(FIP)為在外加壓力下從噴嘴孔排出的可固化彈性組合物的滴珠。此噴嘴相對于襯底表面至少可沿通常平行于襯底表面設置的第一軸移動，還可以選擇沿通常垂直于襯底表面排列的第二軸移動。噴嘴以預定的速度沿第一軸移動，還可以沿第二軸移動，以便沿襯底上給定的路徑施加滴珠。一個或多個外加壓力、噴嘴沿第一軸運動的速度、以及噴嘴沿第二軸運動的速度被控制，以便將滴珠施加在相對于襯底表面的一系列周期性交替的高和低區(qū)間內。然后，彈性組合物在基本上大氣壓力下被固化，從而在襯底表面上形成墊片，以高的滴珠區(qū)間確定墊片的高接觸點，并以低的滴珠區(qū)間確定墊片的低接觸點。
在一個公開的實施方案中，借助于在相對襯底表面的上下位置中間往返移動噴嘴，而控制噴嘴沿第二軸的運動。這一運動與噴嘴沿第一軸的運動一起確定了噴嘴在橫跨襯底表面排列的平面內的大致正弦運動。通過這一運動，滴珠可以被施加到襯底表面成為具有峰谷交替的一般連續(xù)的波形曲線，以峰確定滴珠的高區(qū)間而谷確定滴珠的低區(qū)間。
在另一個公開的實施方案中，借助于沿路徑確定一系列分隔開的點而控制噴嘴沿第一軸的運動速度。當噴嘴接近各個這些點時，噴嘴的速度被降低，然后當噴嘴在各個點之間行進時被加速。
在另一個公開的實施方案中，當噴嘴沿第一軸移動時，外加壓力被周期性增大和減小。
在再一個公開的實施方案中，借助于沿路徑確定一系列分隔開的點，外加壓力和噴嘴沿第一軸的運動速度二者都被控制。在各個這些點處，噴嘴沿第一軸的運動被停止一段預定的停留期間，并施加壓力，以便從噴嘴排出滴珠。當噴嘴在各個點之間移動時，中斷壓力的施加，以便停止從噴嘴排出滴珠。通過這種控制，滴珠可以被施加到襯底表面，形成確定滴珠的高區(qū)間的不連續(xù)點的圖形。各個點被確定滴珠低區(qū)間的空間分隔開。
本發(fā)明的優(yōu)點包括用于例如小的手持電子裝置中的閉合力小的墊片的制造。額外的優(yōu)點包括制造的方法，利用這種方法可以通過從噴嘴將設置成液態(tài)的粘滯性可固化導電組合物施加到諸如外殼或其它封裝的襯底的表面，而就地成形這種墊片形狀。對本技術領域的技術人員來說，基于這里公開的內容，這些和其它的優(yōu)點是顯然的。
附圖簡要說明為了更充分地理解本發(fā)明的實質和目的，應該結合附圖參照下列的詳細描述，在附圖中

圖1是用來施加本發(fā)明的中斷墊片的代表性系統(tǒng)的示意透視圖；圖2是沿圖1的2-2線所取的剖面圖；圖3是圖1系統(tǒng)的側視圖，示出了用來施加本發(fā)明的中斷墊片的代表性控制方法；圖4是圖1系統(tǒng)的側視圖，示出了用來施加本發(fā)明的中斷墊片的另一可選控制方法；圖5是圖1系統(tǒng)的側視圖，示出了用來施加本發(fā)明的中斷墊片的另一可選控制方法；下面將結合本發(fā)明的詳細描述來進一步對這些附圖予以說明。
發(fā)明的詳細說明為了方便而不是為了任何限制的目的，在說明中可以采用一些術語。例如，術語“向前”、“向后”、“右”、“左”、“上”、“下”表示所參照的附圖中的方向，術語“向內”、“內部”、或“內側”和“向外”、“外面”、或“外側”分別表示向著和離開所參考的元件的中心的方向，而術語“徑向”和“軸向”分別表示垂直于和平行于所參考的元件的中心縱軸的方向。上面特別提到詞語之外的術語的含義同樣應被認為是用于方便的目的而不是任何限制。
為了論述的目的，結合將彈性導電就地成形(FIP)的電磁干擾(EMI)屏蔽墊片施加到電子裝置的外殼或隔片結構上，來描述此處涉及到的本發(fā)明的方案。但可以理解的是，本發(fā)明的各個方面可以在其它的EMI屏蔽應用中，或在環(huán)境密封或傳熱應用的非導電的或導熱的實施方案中得到利用。因此，這些其它應用中的利用應該被認為是明顯地在本發(fā)明的范圍之內。
根據本發(fā)明的一個方面，液態(tài)聚合可固化反應系統(tǒng)被設置成多種組合物，當它們被混合并在可熱加成固化的實施方案中加熱到預定固化溫度。這種系統(tǒng)特別適合于用作可配置成從噴嘴或其它孔口排到電子裝置的外殼等襯底表面上的通常不塌落或形成穩(wěn)定液珠的就地成形的EMI墊片材料。在被加熱到預定溫度或與大氣潮氣反應，或暴露于紫外線(UV)輻射時，此材料可以被就地固化，從而形成粘附到襯底表面的彈性墊片形狀。這樣形成的墊片能夠充滿外殼及與其它EMI屏蔽結構的配合表面間的間隙，以用于其周圍密封，同時相伴提供這些表面之間的電連續(xù)性。
在可熱加成固化的實施方案中，本發(fā)明的反應系統(tǒng)被表示為液態(tài)混合物，它包含(a)具有第一功能團的聚合粘合劑組分，亦即樹脂；(b)具有可與粘合劑組分的第一功能團有反應的第二功能團的交聯(lián)組分；(c)能夠對第一和第二功能團的反應進行催化的催化劑組分；以及(d)導電的填料。此反應系統(tǒng)特別適用于就地成形工藝，其中系統(tǒng)被混合的各個組分的液滴被施加到電子元件外殼或其它封裝等的襯底表面上，然后借助于加熱而被就地固化在表面上，從而形成導電的抗腐蝕的彈性EMI屏蔽墊片。根據本發(fā)明的方案，填料作為顆粒媒質被混合或以其他方式加入到反應系統(tǒng)中。
“液態(tài)”意味著被混合的組合物表現(xiàn)出代表性的流體流動特性，使其能夠在壓力下通過分配噴嘴、針孔、或其它孔口以給定的流速被排出。例如，觀察到了在大約275-400kPa下通過0.5-2mm的孔的流速通常約為0.025-2.75g/min。而且，未被固化的組合物被提供為足夠粘滯，例如在25℃下為1000-10000泊，使得其可以通常連續(xù)的形狀穩(wěn)定的滴珠分配到襯底上，然后在大氣壓力下不用模具而被直接固化在其上?！靶螤罘€(wěn)定的”意味著被施加到襯底的組合物的未被固化的滴珠在其固化之前表現(xiàn)出小于25％的坍塌、凹陷或流動，從而形成彈性墊片材料。
粘合劑組分和交聯(lián)組分可以被提供成通過混合時的熱加成聚合亦即硫化或交聯(lián)機制而形成固化的彈性材料。“固化”意味著組合物的粘合劑被聚合、交聯(lián)，進一步交聯(lián)或聚合、硫化、冷卻、硬化、或以其它化學或物理方式從液體或其它液態(tài)形式轉變成固體彈性或聚合狀態(tài)。此處涉及到的一般類型的發(fā)泡或不發(fā)泡的熱加成固化系統(tǒng)是眾所周知的，且其特征是采用的固化機制涉及相鄰分子(也可以是低聚物或聚合物)上的功能團物質的直接交聯(lián)反應。交聯(lián)反應被熱加速，并具有一定固化曲線，該固化曲線可以包括對于給定加熱時間的預定固化或臨界溫度。
固化反應可以在相同的分子或功能團之間發(fā)生，也可以在環(huán)境溫度下被潮氣或紫外線催化。在熱固化的硅基實施方案中，此系統(tǒng)包括具有諸如乙烯基原子團等第一功能物質的彈性硅基粘合劑組分以及具有諸如氫化物基團之類不同于第一功能物質但與其反應的第二功能物質的硅基交聯(lián)劑。亦即，第一和第二物質表現(xiàn)出高于一定激活能級的反應親合勢，使得熱引發(fā)的交聯(lián)反應在特定的固化溫度或高于固化溫度的溫度發(fā)生，使得反應系統(tǒng)固化，從而形成形狀穩(wěn)定的彈性材料。如此處所使用的那樣，術語“彈性的”被解釋為其常規(guī)意義，即表現(xiàn)出柔度、彈性、低壓縮形變、撓性以及在形變之后恢復的能力即應力松弛等的類似橡膠的性質。通常利用有機硅彈性體，優(yōu)選的硅樹脂材料表現(xiàn)出諸如在寬廣的溫度范圍內抗熱和抗氧化性能以及抵抗許多化學品和天氣影響的性質，這使其特別適合于用作EMI屏蔽墊片。除了改進了的抗腐蝕性之外，此材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的電學性質，包括在廣的溫度和濕度范圍內抗電暈擊穿的性質。
各自的加權平均分子量約為70000-90000的粘合劑和交聯(lián)組分一起，可以被分類為硅酮基可熱加成固化或交聯(lián)的彈性組合物。一個特別優(yōu)選的組合包括作為粘合劑組分的線性乙烯基鏈端的硅氧烷聚合物(諸如乙烯基鏈端的聚二甲基硅氧烷等)以及作為交聯(lián)劑的至少一定化學摩爾量的氫化物鏈端的硅氧烷、硅氧烷聚合物、或硅氧烷共聚物。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，粘合劑和交聯(lián)劑組分在單部分系統(tǒng)中被混合。也可以選擇，粘合劑組分可以被包括在雙部分系統(tǒng)的第一部分中，而交聯(lián)劑組分被包括在第二部分中配制成與第一組分部分以相等的體積比混合。無論在那種系統(tǒng)中，一個或二個部分都可以還包括諸如硅酮或可與硅酮相溶的流體等載體，諸如甲苯、乙醇、或其它有機溶劑等稀釋劑或包括第一功能團物質的額外的粘合劑組分。特別優(yōu)選的各種硅酮基的組分由Dow Corning Corp.，Midland，MI和GeneralElectric Co.，Silicone Products Div.，Pittsfield，MA，特別是Shin-Etsu Corp.，Torrance，CA等銷售，以標號為1820和1830表示。
諸如2-甲基、3-丁基20’、聚乙烯甲基硅氧烷或八甲基三硅氧烷之類的抑制劑，也可以包括在單部分或雙部分配制的第二部分中，用來抑制室溫下第一和第二功能團物質之間的反應，從而提高混合物的適用期或敞開時間。但在從大約85-150℃提高固化溫度時，抑制劑被揮發(fā)，從而能夠在第一和第二功能團之間發(fā)生交聯(lián)反應以進行固化。諸如有機金屬鉑催化劑等金屬催化劑也可以包括在單部分或雙部分配制的第一部分中，以便對第一和第二功能團之間的熱加成交聯(lián)反應進行催化。通常第一組分包括根據功能硅氧烷組分總量的大約5-10ppm的這種催化劑。
適合于用作粘合劑組分的其它聚合材料包括Hevea等天然橡膠以及熱塑即可熔體處理或熱固化即硫化的合成橡膠，例如含氟聚合物、氯磺化物、聚丁二烯、丁基、氯丁橡膠、腈、聚異戊二烯、布納N，共聚型橡膠例如乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、腈基丁二烯橡膠(NBR)和苯乙烯-丁二烯(SBR)或混合物例如乙烯或丙烯-EPDM、EPR或NBR等的混合物。術語“合成橡膠”還應該被理解為包括也可以廣義地分類為熱塑或熱固化彈性體的材料，諸如聚氨脂、硅酮、氟硅酮、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)以及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)等，以及其它表現(xiàn)出類橡膠性質的聚合物，例如塑化尼龍、聚酯、乙烯乙酸乙烯脂和聚氯乙烯等。
在一個導電的實施方案中，通過將基于硅酮的或其它彈性的粘合劑組分裝填有導電填料而使其導電。適合的導電填料包括鎳和鍍鎳的襯底例如石墨、基于貴重金屬的填料，特別是基于銀的填料，例如純銀；鍍銀的貴重金屬，例如鍍銀的金；鍍銀的非貴重金屬，例如鍍銀的銅、鎳、鋁和錫以及鍍銀的玻璃、陶瓷、塑料和云母及其混合物。填料的形狀對于本發(fā)明不重要，可以包括此處涉及到的導電材料類型的制造或配方中通常涉及的任何形狀，包括實心球、空心小球、絮狀體、薄片、纖維、桿或不規(guī)則形狀的顆粒。同樣，填料的顆粒尺寸被認為不重要，但通常在大約0.250-250μm的范圍內，最好是在大約0.250-75μm的范圍內。
填料在成分中的填充比例足以在固化的墊片中提供應用中所需水平的電導率和EMI屏蔽效率。對于大多數應用，在大約10MHz-12GHz的頻率范圍內，大約1至50mΩ-cm的條的體積電阻率伴隨有至少為10dB，優(yōu)選為最少20dB，最優(yōu)選為最少80dB或更多的EMI屏蔽效率，被認為是可接受的。根據反應系統(tǒng)的總體積，這種電導率和屏蔽效率對應于通常約為10-80％體積比的填料比例，最好是約為20-70％體積比。但如所知，固化了的墊片的最終屏蔽效率會根據填料中的導電材料量以及施加載荷或撓曲而變化，通常約為墊片的10-50％。
如上所述，在配比的混合過程中可以使用溶劑或其它稀釋劑，以便為了改進混合和輸送而降低材料的粘滯性。諸如顏料、微波衰減或導熱填料、潤滑劑、浸潤劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、著色或遮光劑、防火劑、鏈延伸油、增粘劑、起泡劑、發(fā)泡劑或抗發(fā)泡劑等其它常規(guī)流變劑和添加劑，也可以根據預計的特定應用而被加入到配方中。
如上所述配制的，本發(fā)明的混合熱加成反應系統(tǒng)主要遵從規(guī)定的固化程序進行熱塑。這一固化程序涉及到將組合物暴露于約為85-150℃的固化溫度大約30-60分鐘，或通過其它方式直到實現(xiàn)完全固化。例如，在優(yōu)選的溫度范圍和加熱或固化時間內，壓縮撓曲可以達到大約50％的撓曲，撓曲范圍為30％-50％。當然，傳遞的總熱能是固化溫度和加熱時間二者的函數，固化時間與溫度成反比。亦即，固化被熱加速，致使較低的固化溫度要求較長的加熱時間，較高的固化溫度要求較短的加熱時間。但可以理解的是，若可濕固化即RTV，或可UV固化的硅酮粘合劑系統(tǒng)取代所述實施方案的熱加成系統(tǒng)，則可以免去加熱步驟，或用將材料暴露于UV輻照或環(huán)境濕度來代替加熱步驟。
已經觀察到，本發(fā)明的固化墊片材料表現(xiàn)出對包括鋁、錳、鎳、銅和塑料的各種襯底無需底漆的粘合性。在固化之后立即表現(xiàn)出初始粘合性，此粘合性在室溫下經過3-7天之后有改善。雖然一般不要求，但也可以采用諸如功能化的硅烷、硅酸酯、硅酮基粘合劑、氰尿酸酯等的表面底漆，以便進一步改善墊片對襯底的粘合性。觀察到，具有底漆或無底漆的襯底的失效模式是內聚性的的而不是粘附性的。
至于本發(fā)明的固化墊片材料的性質，墊片通常應該表現(xiàn)出小于大約90的Shore A硬度(ASTM D2240)，最好是約為5-40。在50％壓縮下小于大約12lbf/in，而在25％壓縮下小于大約4lbf/in的閉合力，被認為對大多數應用是優(yōu)選的，使得撓曲足以在接合表面之間提供緊密的接觸和電連續(xù)性。包括壓縮形變的這些和其它的物理性質當然會隨著填料的裝填而改變，也可以借助于加入達到大約10％的增強組分或其它的惰性或反應組分而針對任何特定的應用進行設計。優(yōu)選的增強包括煙化二氧化硅和玻璃，其它可選的添加劑包括常規(guī)的顏料、微波衰減或導熱填料、潤滑劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、著色劑、防火劑、鏈延伸油、增粘劑、起泡劑或發(fā)泡劑等。
對于商業(yè)應用，反應系統(tǒng)的組分可以在球磨機或其它混合器中配制。在配制之后，預先混合的一種或多種組分可以裝填到單獨的管或容器中，并用手持填縫槍存儲用于稍后的反應處理，填縫槍可以是匣式饋送、靜態(tài)混合器的變型、或采用自動噴射裝置，例如具有二個或更多自由度的機器人施加裝置或帶穩(wěn)定分配頭的x-y工作臺。對于二部分或更多部分的系統(tǒng)，各個組分可以恰好在施加之前混合，然后以反應混合物的滴珠的形式分配到外殼或其它封裝或襯底的表面上。然后在基本上大氣壓力下，混合物被就地固化在襯底上。為了縮短周期時間，可以在提高的溫度下進行固化，以便加速硫化反應。各個組分也可以預先混合并冷凍存儲。
現(xiàn)在參照附圖，其中相應的標號被用來表示具有等效元件的所有圖中的相應的元件，這些元件以最初的名稱表示。代表性的商用分配系統(tǒng)總的用10表示，其包括機器人控制的具有帶選定直徑的孔15的噴嘴14的分配臺架12。分配臺架12被設置成與材料供應系統(tǒng)(未示出)處于流體相連的狀態(tài)，材料供應系統(tǒng)可以包括一個或多個按比例的壓縮空氣控制的圓柱，用來通過在線靜態(tài)或動態(tài)混合器等輸送一個、二個、或多個部分系統(tǒng)每部分的按比例的量。然后，被混合的各個組分可以被傳送到另一個按比例的用來控制對臺架12的輸送的壓縮空氣圓柱。
臺架12被運行，以便沿相對于有關工作臺16的一個或多個軸運動?？梢韵鄬τ谂_架12靜止或沿一個或多個軸運動的平臺16，支持著工件或襯底18，如圖所示，其可以是電子裝置的外殼或其它封裝。外殼18具有上表面20，上表面具有周邊22，臺架12和/或工作臺16沿周邊22以預定路徑24運動。當臺架12或平臺16中的一個或二者彼此相對移動時，包含在臺架12中的混合材料27的未固化的粘彈性滴珠在施加的壓力“P”下從臺架12的噴嘴14大致沿路徑24排出，這里為說明目以虛線26表示這些滴珠。
另外參照圖2可見，不塌落的或其它形式穩(wěn)定的滴珠26可以如圖所示被直接施加到外殼18的表面20，或施加到其溝槽(未示出)中。對于諸如蜂窩電話外殼、基站之類的典型應用，滴珠26的寬度“w”約為0.2-10mm，而寬度w對高度“h”的形狀比約為0.25∶1-3∶1或更高。
在完成滴珠施加之后，外殼18可以被分批加熱或在鏈條式平爐中根據預定的固化程序加熱，以便使滴珠26就地固化成一體地粘附到外殼18表面20的導電的彈性EMI屏蔽墊片28。在共同轉讓的1997年11月12日提出的申請U.S.S.N.08/967986；美國專利No.5910524和5641438；歐洲專利申請EP 643551和643552；以及PCT申請WO/9622672和WO/9507603中，進一步描述了這里涉及類型的分配系統(tǒng)。
接著參照圖3，控制系統(tǒng)10的根據本發(fā)明的代表性手動或可編程方法用來形成閉合力小的各種FIP墊片28，其被示意地示為10’。如圖所示，圖1的FIP墊片以28’重現(xiàn)，其被形成為相對于外殼18表面20具有交替的高接觸點50’和低接觸點52’。
根據圖10’的方法，噴嘴14被設置成可相對于表面20移動，以確定沿至少位于平行于表面20的平面內的第一水平軸“x”的路徑24。如圖所示，噴嘴14還可以在這一平面內沿正交于x軸的“y”軸移動。噴嘴14也可以在垂直于表面20的平面內沿橫向即垂直軸“z”移動。
以一般恒定的壓力P施加到組合物27以便從噴嘴14的孔15排出滴珠，噴嘴隨臺架12(圖1)以預定的速度沿著路徑24沿x軸移動，并可以沿y軸移動。伴隨著沿x和y軸的運動，噴嘴14沿z軸的運動被控制。具體地說，噴嘴14相對于表面20在上部位置60與下部位置62之間的z軸平面內往返，從而確定噴嘴14沿x軸的運動為垂直于外殼表面20的z軸平面內的大致正弦運動，以64表示。噴嘴14沿z軸的這一運動確定一個給定的位移“d”。第一和第二位置60和62到外殼表面20的距離一般為0.01-0.2英寸(0.25-5mm)，下部位置62的距離一般為上部位置60的距離的大約10-50％。作為噴嘴14的所述被控制的運動的結果，滴珠26’以一系列周期性交替的高區(qū)間Δxh’和低區(qū)間Δx1’被施加到表面20。
在圖3所示的實施方案10’中，滴珠26’的高和低區(qū)間被形成為確定滴珠高區(qū)間Δxh’與低區(qū)間Δx1’的交替的峰和谷的一般連續(xù)的波形曲線。由峰和谷確定的墊片28相對于外殼表面20的第一高度“h1’”的高接觸點50’以及確定墊片28的第二高度“h2’”的低接觸點52’的絕對高度或幅度，通常依賴于滴珠的寬度w(圖2)，并依賴于諸如外加壓力P、噴嘴14沿x、y、z軸的運動相對速度、噴嘴位移d以及組合物27的粘滯性或其它材料性質之類的變量。通常，第一和第二高度h1’和h2’為0.01-0.09英寸(0.25-2.3mm)，第二高度h2’比第一高度h1’小大約10-50％。
至于間距可能規(guī)則或不規(guī)則的區(qū)間Δxh’和Δx1’沿路徑24的縱向或軸向的間距，已知只要沿墊片接縫保持最小電連續(xù)性，通常約為0.1歐姆或更小，若墊片中各個間隙之間的間距小于大約25％，最好是小于大約20％的被屏蔽輻射波長，則屏蔽效率就被保持。于是，本發(fā)明的墊片26’考慮了一個小于大約10MHz-10GHz內一定值的給定頻率波長的大約25％的區(qū)間Δx1’。
當如圖3所示形成時，固化的墊片28’通常被觀察出在大約10-50％的壓縮下呈現(xiàn)出一定撓力，其比可比尺寸的常規(guī)“不中斷的”墊片小到大約50％。有利的是，墊片28’的采用使設計者可以確定壁厚更薄且螺釘或其他固定元件更少的封裝，且重量、尺寸和成本減小。而且，隨著使墊片撓曲到可以確保用于適當EMI屏蔽性能的充分界面電接觸的程度所必須的力減小，利用封裝的撓曲元件在墊片被壓時彎曲的任何趨勢的相應降低，可以得到更高的可靠性。
現(xiàn)在參照圖4，可以單獨使用或與圖3的控制方法10’組合使用的形成閉合力小的FIP墊片變量的另一種控制方法，被示意地示為10”。如前述那樣，圖1的FIP墊片28以28”重現(xiàn)，其還是被形成為相對于外殼表面20具有交替的高接觸點50”和低接觸點52”。
根據圖10”的方法，噴嘴14再次被設置為至少沿x軸相對于表面20可移動，從而確定路徑24。以一般恒定的壓力P施加到組合物27以便從噴嘴14的噴嘴小孔15排出滴珠26”，噴嘴14隨臺架12(圖1)以預定的速度沿x軸移動，也可以沿y軸移動，從而沿著路徑24前進。然而，在沿x和/或y軸確定的一系列分隔開的點70a-d每一點附近，噴嘴14沿此軸的速度在區(qū)間Δxh”中被減速，然后在區(qū)間Δx1”中被加速。噴嘴沿x和/或y軸的運動還可以在各個點70處停止一個預定的時間即停留期間Δt。這一控制再次在區(qū)間Δxh”和Δx1”中分別提供高度為h1”和h2”的局部高接觸點50”和低接觸點52”。利用沿x和/或y軸的通常恒定的噴嘴速度，或與變化的速度組合，借助于提高施加的壓力P以相應地提高區(qū)間Δxh”中材料27的施放量，并降低區(qū)間Δx1”中的外加壓力P以相應地減小材料27的施放量，也可以得到相似的效果。
最后參照圖5，可以單獨使用或與圖3和4的控制方法10’和10”組合使用的形成閉合力小的FIP墊片的另一種控制方法，被以10示意地表示。如以前那樣，圖1的FIP墊片28以28重現(xiàn)，其還是被形成為相對于表面20具有交替的高接觸點50和低接觸點52。低接觸點52現(xiàn)在被確定為高接觸點50之間沒有材料的空間。
根據圖10的方法，噴嘴14再次被設置為相對于襯底20至少可沿x軸運動以確定路徑24。通過再次沿x和/或y軸被確定的點70，在靠近各個點70時將壓力P施加到的組合物27，以便在區(qū)間Δxh中從噴嘴孔15排出滴珠26。因此，壓力P是不連續(xù)的，以便在區(qū)間Δx1中停止排放滴珠26。這一控制再次在區(qū)間Δxh’和Δx1’中分別提供了高度為h1和h2的局部高接觸點50和低接觸點52，高度為h2為高接觸點50之間無材料空間處的高度h2為0。利用僅僅在停留期間施加而之后終止施加的壓力P，當噴嘴在前進中在一個點70與下一個相鄰的點之間移動時，噴嘴沿x和/或y軸的運動在各個點70處可以被減速或停止一個預定的時間或停留期間Δt。
在圖5示意地示出的實施方案10中，這樣制作的墊片26的特征是其被施加為區(qū)間Δxh中的一系列不連續(xù)的材料區(qū)域或“脈沖”。對于噴嘴在各個點70處停留的情況，根據執(zhí)行的噴嘴速度的控制，此區(qū)域通?？梢允菆D5所示的球形?；蛘?，在施加壓力P的過程中噴嘴沿x或y軸的運動被維持的情況下，此區(qū)域可以是橢圓形或細長的。
由于可以預料，不脫離本發(fā)明的方案可以對本發(fā)明作出某些改變，故認為包含在前述描述中的所有內容應該被認為是示例性的而不是限制性的。這里引用的所有參考都作為參考資料明確地包括進來。
權利要求
1.一種在襯底表面上就地成形具有交替高接觸點和低接觸點的閉合力小的墊片的方法，所述方法包括下列步驟(a)提供具有孔的噴嘴，所述噴嘴可相對于襯底表面至少沿通常平行于襯底表面設置的第一軸運動以確定一條路徑，并可選地沿通常垂直于襯底表面設置的第二軸運動；(b)在施加的壓力下，從所述噴嘴的孔排出可固化的彈性組合物滴珠；(c)以預定速度沿所述第一軸，并可選地沿所述第二軸移動所述噴嘴，以便將所述組合物的所述滴珠施加到襯底表面；(d)控制步驟(b)的一個或多個壓力、步驟(c)的所述噴嘴沿所述第一軸的運動速度、以及步驟(c)的所述噴嘴沿所述第二軸的運動，以便在步驟(c)中以便在相對于襯底表面的一系列周期性交替的高和低區(qū)間中施加所述滴珠；(e)基本在大氣壓力下固化所述彈性組合物，以便在襯底表面上形成所述墊片，所述滴珠的所述高區(qū)間確定所述墊片的所述高接觸點，而所述滴珠的所述低區(qū)間確定所述墊片的所述低接觸部分。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于通過使所述噴嘴在相對于襯底表面的上位置與下位置之間往返，在步驟(d)中控制步驟(c)的所述噴嘴沿所述第二軸的運動，以便與所述噴嘴沿所述第一軸的運動一起確定所述噴嘴在與襯底表面橫向設置的平面內的通常正弦運動；在步驟(c)中，所述滴珠被施加為具有交替的峰和谷的通常連續(xù)的波形曲線，所述峰確定所述滴珠的所述高區(qū)間，而所述谷確定所述滴珠的所述低區(qū)間。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，通過沿所述路徑確定一系列分隔開的點，在靠近各個所述點處將所述噴嘴的運動減速，而在各個所述點之間將所述噴嘴的運動加速，在步驟(d)中控制步驟(c)的所述噴嘴沿所述第一軸的運動速度。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，步驟(c)的所述噴嘴沿所述第一軸的運動在各個所述點處停留一個預定的停留期間。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，通過周期性地增大和減小施加的壓力而在步驟(d)中控制步驟(b)的所述壓力。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于通過沿所述路徑確定一系列分隔開的點、施加所述壓力以便在靠近各個所述點處從所述噴嘴排出所述滴珠，以及在各個所述點之間中斷所述壓力以便使所述滴珠停止從所述噴嘴排出，在步驟(d)中控制步驟(b)的所述壓力；在步驟(c)中，將所述滴珠施加在一系列確定所述滴珠的所述高區(qū)間的不連續(xù)的區(qū)域中，所述區(qū)域被確定所述滴珠的所述低區(qū)間的空間分隔開。
7.根據權利要求6的方法，其特征在于，通過在各個所述點處停止所述噴嘴沿所述第一軸的運動一個預定的停留期間，在步驟(d)中控制步驟(c)的所述噴嘴沿所述第一軸的運動速度。
8.根據權利要求1的方法，其特征在于，步驟(b)的所述組合物包括聚合粘合劑組分以及導電填料組分。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于，步驟(e)中形成的所述墊片的所述高接觸點被所述低接觸點分隔開一個小于給定頻率的波長的約25％的距離，所述給定頻率選自大約10MHz-10GHz。
10.根據權利要求9的方法，其特征在于，步驟(e)中形成的所述墊片大致在大約10MHz-10GHz的頻率范圍內表現(xiàn)出至少大約80分貝的電磁干擾屏蔽效率。
11.根據權利要求8的方法，其特征在于，組合物具有大約1-50mΩ-cm的條形體積電阻率。
12.根據權利要求1的方法，其特征在于，步驟(e)中形成的所述墊片的所述高接觸點確定所述墊片相對于襯底表面的第一高度，且所述低接觸點確定所述墊片相對于襯底表面的第二高度，第二高度小于所述第一高度的約50％。
全文摘要
一種形成具有交替的高和低接觸點的閉合力小的墊片的方法。此墊片在襯底表面上被就地成形(FIP)為在施加的壓力下從噴嘴孔排出的可固化彈性組合物滴珠。此噴嘴可相對于襯底表面至少沿通常平行于襯底表面設置的第一軸移動，還可以選擇沿通常垂直于襯底表面設置的第二軸移動。噴嘴以預定的速度沿第一軸移動，還可以選擇沿第二軸移動，以便給定的路徑在襯底上施加滴珠。一個或多個施加的壓力、噴嘴沿第一軸運動的速度以及噴嘴沿第二軸的運動可以被控制，以便將滴珠施加在相對于襯底表面的一系列周期性交替的高和低區(qū)間內。然后，彈性組合物基本上在大氣壓力下被固化，從而在襯底表面上形成墊片，以高的滴珠區(qū)間確定墊片的高接觸點，并以低的滴珠區(qū)間確定墊片的低接觸點。
文檔編號F16J15/14GK1435076SQ00819080
公開日2003年8月6日 申請日期2000年10月26日 優(yōu)先權日2000年2月18日
發(fā)明者G·R·沃奇科, T·E·索薩, D·R·加尼, D·P·波蘭德, R·N·沙 申請人:帕克-漢尼芬公司