DE112016005793T5

DE112016005793T5 - Gleitende thermische Abschirmung

Info

Publication number: DE112016005793T5
Application number: DE112016005793.8T
Authority: DE
Inventors: Thomas Brey
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: US20170181264A1; WO2017105616A1; CN108370656A; US9854664B2; CN108370656B; DE112016005793B4

Abstract

Eine Anordnung zur Bereitstellung einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI-Abschirmung) und zum Ableiten von Wärme von elektronischen Bauteilen. Die Anordnung enthält: einen Metallrahmen, der eine sich von der Leiterplatte nach oben erstreckende Wand aufweist; eine EMI-Abschirmung, die eine Oberseite mit Löchern aufweist und Seitenwände aufweist, die die Oberseite umgeben, sich nach unten erstrecken und in einer ersten verrasteten Position und in einer zweiten, nicht verrasteten Position an der Wand des Rahmens befestigt werden können; eine Schicht aus wärmeleitender, viskoser Wärmeleitpaste oben auf der EMI-Abschirmung, die Löcher in der Oberseite der EMI-Abschirmung füllt, wobei sich die Wärmeleitpaste in den Löchern in direktem physischem Kontakt mit der oberen Fläche des mindestens einen elektronischen Bauteils befindet, wenn sich die EMI-Abschirmung in der zweiten, nicht verrasteten Position befindet; und eine Wärmeableitvorrichtung oben auf und in direktem physischem Kontakt mit der Wärmeleitpaste oben auf der EMI-Abschirmung.

Description

Hintergrund
Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „elektronische Schaltungsanordnung“ sowohl elektronische Bauelemente wie einzelne Transistoren als auch aus mehreren elektronischen Bauelementen gebildete elektronische Schaltungen an oder in einem Halbleitersubstrat.
Eine elektronische Schaltungsanordnung ist bekanntermaßen empfindlich gegenüber elektromagnetischer Interferenz oder „EMI“. Solch eine Schaltungsanordnung kann durch EMI beeinträchtigt und selbst zerstört werden, wenn nicht sogar ein Versagen des Bauelements oder eine Beeinträchtigung seines Betriebs verursachen. Demgemäß erfordern die gegenüber EMI empfindliche Schaltungsanordnungen und Bauelemente in der Regel eine Abschirmung, damit sie ordnungsgemäß und zuverlässig funktionieren. Solch eine Abschirmung verhindert (oder zumindest reduziert) ein Eindringen und Austreten von EMI bezüglich eines Gehäuses oder einer anderen Einfassung, in dem bzw. der die elektronische Vorrichtung angeordnet ist.
Als Beispiel werden elektronische Schaltungen oder Bauteile auf einer Leiterplatte (PCB) oftmals in einem kleinen Metallkasten oder -käfig, der als Abschirmung bezeichnet wird, eingeschlossen, um EMI innerhalb ihrer Quelle zu lokalisieren und andere Vorrichtungen nahe der EMI-Quelle zu isolieren. Solche Abschirmungen können mit der PCB verlötet oder auf andere Weise daran befestigt sein, wodurch die Gesamtabmessungen der PCB vergrößert werden. Gelötete Abschirmungen müssen jedoch möglicherweise entfernt werden, um das gegenüber EMI abgeschirmte Bauteil zu reparieren oder zu ersetzen, was eine teure und zeitaufwändige Aufgabe sein kann, die sogar zu einer Beschädigung der PCB führen kann.
Elektronische Bauelemente, die eine EMI-Abschirmung erfordern, erzeugen in der Regel bedeutende Wärmemengen. Wenn es in einer elektronischen Schaltung oder in einem elektronischen Bauelement zu einer übermäßigen Wärmeentwicklung kommt, verursacht dies einen Anstieg der Temperatur des Bauelements, was natürlich dazu führen kann, dass ein Bauelement vollständig versagt. Eine Einrichtung und ein Verfahren zum Abschirmen eines elektronischen Bauelements gegenüber EMI und zum Abführen von Wärme wäre eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer EMI-Abschirmungs- und Wärmeableitungsanordnung, die einen Rahmen und eine EMI-Abschirmung mit einem Mehrpositionsrastglied enthält, so dass die EMI-Abschirmung in einer ersten oder einer zweiten verrasteten Position am Rahmen befestigt werden kann;
2 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Rahmens, einer EMI-Abschirmung, einer Wärmeleitpasten schicht und einer Wärmeableitvorrichtung;
3 ist eine Draufsicht einer EMI-Abschirmung, die an einem Rahmen befestigt ist, zwischen denen sich eine Wärmeleitpastenschicht befindet;
4 ist eine Querschnittsansicht der in 3 gezeigten Anordnung durch die Schnittlinien 4-4;
5 ist eine Querschnittsansicht der in den 3 und 4 gezeigten Anordnung, die aber eine oben auf eine Wärmeleitpastenschichtnschicht hinzugefügte Wärmeableitvorrichtung zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht nur der Leiterplatte und des Rahmenteils einer EMI-Abschirmung und Wärmeableitung bereitstellenden Anordnung, die zwei elektronische Bauelemente mit verschiedenen Höhen zeigt; und
7 ist eine Querschnittsansicht einer EMI-Abschirmung und Wärmeableitung bereitstellenden Anordnung, die aber auch zwei elektronische Bauelemente mit verschiedenen Höhen zeigt, die durch Wärmeleitpaste kontaktiert sind.

Detaillierte Beschreibung
1 stellt eine beispielhafte EMI-Abschirmungs- und Wärmemanagementanordnung 100 in flacher Ausführung dar. Die Anordnung 100 enthält eine knickflügelförmige Wärmeableitvorrichtung 102 oben auf einer EMI-Abschirmung 104. Die Oberseite 106 der Wärmeableitvorrichtung 102 ist mit mehreren, gleichmäßig beabstandeten Löchern oder Perforationen 108 versehen.
Nicht sichtbar in 1 ist eine zaunartige Struktur innerhalb der EMI-Abschirmung 104, die hierin als „Rahmen“ bezeichnet wird und die eine oder mehrere vertikale, miteinander verbundene Seitenwände aufweist, die sich von der Oberseite 110 einer herkömmlichen Leiterplatte 112 nach oben erstrecken und die elektronischen Schaltungen oder Bauelemente, die EMI-Abschirmung benötigen, umgeben oder einschließen.
Von Bedeutung, und wie unten ausführlicher erläutert, ist, dass die Seitenwände des Rahmens eine Höhe aufweisen, die, von der Oberseite 110 der Leiterplatte 112 nach oben gemessen, kleiner als die Höhe der von dem Rahmen umgebenen kürzesten elektronischen Schaltung ist. Wie unten ausführlicher erläutert wird, ermöglicht ein Rahmen mit einer kurzen Wandhöhe, das heißt, einer Rahmenwand mit einer Höhe, die kleiner als das kürzeste elektronische Bauelement ist, dass die gesamte elektronische Schaltungsanordnung innerhalb des Rahmens mit einer Wärmeleitpaste überzogen wird, die vor Anbringen der Wärmeableitvorrichtung 102 auf die perforierte Oberseite der EMI-Abschirmung 104 aufgebracht und dann durch die Löcher nach unten in den von dem Rahmen umgebenen Bereich gedrückt wird, wodurch gewährleistet wird, dass jedes von dem Rahmen umschlossene Bauteil mit einem Weg zum Ableiten von Abwärme versehen wird.
2 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer anderen Anordnung 200 zum Bereitstellen von EMI-Abschirmung und Ableiten von Wärme von einem oder mehreren elektronischen Bauteilen 202, 204. Die in 2 gezeigte Anordnung 200 weist einen wärmeaufnehmenden/wärmeableitenden massiven Block aus Metall 228 mit einer zinnenförmigen Oberseite auf. Der Metallblock 228 sitzt oben auf einer Schicht aus Wärmeleitpaste 226, die auf eine EMI-Abschirmung 222 aufgebracht ist. Die Abschirmung 222 bedeckt im Wesentlichen einen EMI unterdrückenden Rahmen 212, der an einer Leiterplatte 206 angebracht ist.
Die elektronischen Bauteile 202, 204, die mit einer EMI-Abschirmung versehen sind, weisen Höhen 208A, 208B, die von der Leiterplatte 206 nach oben gemessen sind, auf. In 2 ist jede Höhe 208A, 208B der elektronischen Bauelemente größer als die oder zu mindestens gleich der Höhe 210 der vertikal ausgerichteten Seitenwände 211 eines im Wesentlichen rechteckigen Metallrahmens 212.
Die Seitenwände 211 des Rahmens 212 sind vorzugsweise mit geerdeten oder Bezugspotenzialleiterbahnen auf der Leiterplatte 206 verlötet. Die Seitenwände 211 umgeben die elektronischen Bauteile 202, 204. Der Rahmen 212 umgibt somit die an der Leiterplatte 206 befestigten elektronischen Bauteile 202, 204 auf die gleiche Weise wie ein Zaun ein Stück Land umgibt.
Die Seitenwände 211 des Rahmens 212 sind mit kleinen Löchern oder Rastungen 214 versehen. Die Rastungen 214 sind dahingehend bemessen, geformt und angeordnet, kleine Vorsprünge 216 aufzunehmen, die in den Seitenwänden 218 der EMI-Abschirmung ausgebildet sind.
Die Seitenwände 218 der EMI-Abschirmung 222 erstrecken sich von einer im Wesentlichen planaren oberen Fläche oder Seite 220 der EMI-Abschirmung 222 nach unten, das heißt, zu der Leiterplatte 206. Die Seitenwände 218 weisen eine Höhe 223 auf, die von der Höhe der Seitenwände des Rahmens verschieden ist und die so ausgewählt ist, dass sie lang genug ist, damit die Vorsprünge 216 in die Rastungen 214 eingreifen, wenn die EMI-Abschirmung 222 oben auf dem höchsten der in dem Rahmen 212 eingeschlossenen Bauteile 202, 204 aufsitzt.
Wenn die Rastungen 214 an den Seitenwänden 211 des Rahmens 212 und die Vorsprünge 216 an den Seitenwänden 218 der EMI-Abschirmung 222 miteinander in Eingriff gelangen, was erfolgt, wenn die EMI-Abschirmung 222 auf den Rahmen 212 platziert und nach unten zu der Leiterplatte 206 geschoben wird, gelangen die Rastungen 214 und die Vorsprünge 216 mechanisch miteinander in Eingriff bzw. „verrasten“ miteinander, wodurch die EMI-Abschirmung 222 bezüglich des Rahmens 212 und bezüglich der Leiterplatte 206 in Position gehalten wird. Die Rastungen 214 und die Vorsprünge stellen somit eine mechanische und eine elektrische Verbindung zwischen der Abschirmung 222 und dem Rahmen 212 bereit. Wenn sich die EMI-Abschirmung 222 in solch einer verrasteten Position befindet, das heißt, wenn die Vorsprünge 216 und die Rastungen 214 mechanisch und elektrisch in Eingriff stehen, bewirkt ein weiteres Nachuntenschieben der EMI-Abschirmung 222 zu der Leiterplatte 206, dass die Vorsprünge in den Blechseitenwänden 218 der EMI-Abschirmung 222 aus den Rastungen 214 getrieben werden, was bewirkt, dass sich die EMI-Abschirmungsseitenwände nach außen durchbiegen, wenn die Vorsprünge aus den Rastungen 214 geschoben werden. Durch ein Schieben oder Drücken der EMI-Abschirmung 222 über die verrastete Position hinaus wird die EMI-Abschirmung 222 in eine zweite, „nicht verrastete“ Position neu positioniert, die sich unter der verrasteten Position, das heißt, näher an der Leiterplatte 206, befindet.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 ist die Oberseite 220 der EMI-Abschirmung 222 mit zahlreichen einen kleinen Durchmesser aufweisenden Löchern 224 versehen, die bezüglich einander gleichmäßig beabstandet sind, das heißt, die über die gesamte Oberseite 220 gleichförmig verteilt sind. Für Kostensteuerungszwecke weisen alle der Löcher 224 den gleichen Durchmesser auf, der so ausgewählt wird, dass er zu klein dazu ist, zu gestatten, dass die EMI-Wellen durch sie hindurch passen, aber groß genug ist, zu gestatten, dass eine herkömmliche viskose Wärmeleitpaste 226 durch einen Druck durch die Löcher gedrückt oder gezwungen wird, der durch Anlegen einer Kraft an den Metallblock/die Wärmeableitvorrichtung 228 an die Wärmeleitpaste 226 angelegt wird, wenn er/sie oben auf die Paste 226 platziert wird.
3 ist eine Draufsicht der in 2 gezeigten Anordnung 200, aber mit entferntem/entfernter Metallblock/Wärmeableitvorrichtung 228, um die Oberseite 220 der EMI-Abschirmung 222 zu zeigen. Die Oberseite 220 weist natürlich eine Fläche A auf, die gleich dem Produkt der Breite w der Oberseite 220 und der Tiefe d der Oberseite 220 ist. Die Fläche A der Oberseite ist somit gleich der Größe w × d.
Jedes Loch 224 weist einen Durchmesser d auf. Somit weist jedes Loch seine eigene Fläche auf, die natürlich proportional zu dem Durchmesser der Löcher ist.
Die Anzahl der Löcher 224 in der Abschirmung 222, ihre Größe, Form und Anordnung sind so ausgewählt, dass es unter der EMI-Abschirmung 222 keinen Teil oder keine Fläche gibt, wo durch die Löcher 224 gezwungene Wärmeleitpaste nicht zumindest einen Teil der Oberseite eines von der EMI-Abschirmung 222 bedeckten elektronischen Bauelements abdeckt oder überzieht. Anders ausgedrückt, die Löcher 224 in der EMI-Abschirmung 222 sind so bemessen, geformt und angeordnet, dass es keinen „Aufnahmebereich“ in der EMI-Abschirmung gibt, wie durch die US-PS 7,623,360 gelehrt. Durch Platzieren einer Wärmeleitpastenschicht auf sämtliche der Löcher 224 und Nachuntenschieben der Wärmeleitpastenschicht werden der gesamte Bereich unterhalb der EMI-Abschirmung 222 und die elektronischen Bauteile darin vollständig mit der Paste bedeckt/überzogen.
Die 4 und 5 stellen im Querschnitt noch eine andere Anordnung 400 zur Bereitstellung einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI-Abschirmung) und zum Ableiten von Wärme von einem oder mehreren an einer Leiterplatte 402 befestigten elektronischen Bauteilen dar. In den 4 und 5 ist die Anordnung 400 auf einem elektronischen Bauteil 404 angeordnet, das eine EMI-Abschirmung und eine Wärmeableitung benötigt, das aber auch an einem Substrat/einer Leiterplatte 402 befestigt ist
Zunächst auf 4, bei der eine Wärmeableitvorrichtung weggelassen ist, Bezug nehmend, weist die darin gezeigte Anordnung 400 einen im Wesentlichen rechteckigen Metallrahmen 406 auf, der im Querschnitt gezeigt wird. Der Rahmen 406 weist wiederum vier im Wesentlichen vertikale Wände (zwei gezeigt) 408, 410 auf, die mit dem Substrat/der Leiterplatte 402 verlötet sind. Die Wände 408, 410 erstrecken sich von der Leiterplatte 402 nach oben bis zu einer Höhe, die mit der Bezugszahl 416 bezeichnet wird und die kleiner als die Höhe 418 des „kürzesten“ elektronischen Bauteils 404 innerhalb des Rahmens 406 ist.
Die Seitenwände 408, 410 weisen untere Ränder neben der Leiterplatte auf, die oberen Rändern 420 bzw. 422 gegenüberliegen. Horizontal erstrecken sich Wandversteifungsflansche 412, 414 von den oberen Rändern 420, 422 der Wände 408, 410 nach innen.
In den Seitenwänden 408, 410 sind knapp unter den Versteifungsflanschen 412, 414 kleine Löcher 424 ausgebildet. Die Löcher 424 in den Seitenwänden (das heißt, die Seitenwandlöcher 424 des Rahmens) sind dahingehend bemessen und geformt, komplementär geformte Vorsprünge 427 aufzunehmen, die sich von den Seitenwänden 426, 428 einer auf dem Rahmen 406 platzierten EMI-Abschirmung 430 nach innen erstrecken.
Die Seitenwände 426, 428 der EMI-Abschirmung 430 erstrecken sich von einer im Wesentlichen planaren Oberseite 432 der EMI-Abschirmung 430 nach unten. Die EMI-Abschirmungsseitenwände 426, 428 erstrecken sich von der Oberseite 432 der EMI-Abschirmung 430 „nach unten“ und „erstrecken sich über“ die Seitenwände 408, 410 des Rahmens 406. Die Seitenwände der EMI-Abschirmung 430 und die Seitenwände des Rahmens 406 stellen somit sowohl einen elektrischen als auch einen mechanischen Kontakt miteinander her, wobei sie eine elektrisch durchgehende Einfassung bereitstellen, die einige als Faraday-Käfig oder Faraday-Abschirmung kennen.
Die Oberseite 432 ist mit Löchern 434 perforiert. Die Löcher 434 weisen den gleichen Durchmesser auf und sind über die gesamte Fläche der Oberseite 432 gleichmäßig verteilt, so dass der Abstand von Lochmitte zu Lochmitte zwischen den Löchern gleichförmig, das heißt, gleich, ist.
In 4 ist die EMI-Abschirmung 430 durch den Eingriff der Vorsprünge 427 mit den Seitenwandlöchern 424 des Rahmens an dem Rahmen 406 befestigt. Die EMI-Abschirmung 430 ist somit in einer ersten Position bezüglich der Leiterplatte verrastet.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, ist eine Schicht aus wärmeleitender und viskoser Wärmeleitpaste 502 auf der Oberseite 423 der EMI-Abschirmung 430 platziert. Die Paste 502 wird mindestens durch das Gewicht einer im Wesentlichen knickflügelförmigen Wärmeableitvorrichtung 504, die oben auf der Paste 502 platziert ist und die sich somit damit in direktem physischem Kontakt befindet, komprimiert und nach unten gedrückt.
Die an die Schicht der Wärmeleitpaste 502 angelegte nach unten gerichtete Kraft bewirkt, dass die Paste 502 die meisten und vorzugsweise alle der Löcher 434 in der perforierten Oberseite 432 der EMI-Abschirmung 430 füllt. Ferner bewirkt die nach unten gerichtete Kraft, dass die EMI-Abschirmung 430 bezüglich des Rahmens 406 nach unten fällt oder gleitet. Die EMI-Abschirmung 430 wird somit als eine gleitende thermische Abschirmung bezeichnet.
Wie in der Figur gezeigt, befindet sich die Wärmeleitpaste 502 in den Löchern 434 in direktem physischem Kontakt mit der Oberseite 504 des von dem Rahmen 406 umgebenen elektronischen Bauteils 404. 5 zeigt ferner, dass an die Paste 502 angelegter Druck die EMI-Abschirmung 430 letztendlich nach unten in eine tiefere, das heißt, näher an der Leiterplatte 406 liegende und „nicht verrastete“ Position, in der die in 5 gezeigte EMI-Abschirmung 430 direkt oben auf dem elektronischen Bauteil 404 aufsitzt, drückt.
Es ist hier wichtig, darauf hinzuweisen, dass bei jeder Ausführungsform der gleitenden thermischen Abschirmung die EMI-Abschirmung mit dem Rahmen eine elektrische Verbindung herstellen muss, damit die EMI-Abschirmung elektromagnetische Interferenz blockieren oder unterdrücken kann. Dazu und damit alle der abgeschirmten Bauteile mit einer Wärmeleitpaste, die eine thermische Verbindung mit der EMI-Abschirmung herstellt, überzogen werden können, muss die Höhe der sich von dem Rahmen nach oben erstreckenden Seitenwände kleiner als die oder gleich der Höhe des abzuschirmenden integrierten Schaltungspackages mit der niedrigsten Höhe sein. Die Höhe der sich von der EMI-Abschirmung nach unten erstreckenden Seitenwände muss jedoch gleich dem oder größer als der Abstand, mit dem sich das höchste Halbleiterpackage über das obere Ende der Seitenwände des Rahmens erstreckt, sein, so dass die Seitenwände der EMI-Abschirmung und die Seitenwände des Rahmens einander elektrisch und mechanisch kontaktieren und somit einen Faraday-Käfig/eine Faraday-Abschirmung bereitstellen. Anders ausgedrückt, die kombinierten Höhen der Seitenwände der EMI-Abschirmung und des Rahmens müssen größer als die oder gleich der Höhe des höchsten Bauteils innerhalb der gleitenden thermischen Abschirmung sein, aber die Höhe der Seitenwände des Rahmens muss kleiner als das kürzeste Bauteil darin sein.
Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass in 5 durch das elektronische Bauteil 404 erzeugte Wärme oder Wärmeenergie durch die EMI-Abschirmung 430 sowie die Wärmeleitpaste 502 in die Wärmeableitvorrichtung 504 geleitet wird. Die Wärmeableitvorrichtung 504 und die EMI-Abschirmung 430 berühren sich jedoch nicht, sondern sind in der Tat physisch voneinander getrennt. Die in den 1-5 gezeigten Anordnungen stellen somit eine EMI-Abschirmung bereit, die Wärme effizient von in dem Rahmen und der EMI-Abschirmung eingeschlossenen elektronischen Schaltungsanordnungen, einschließlich elektronischen Bauelementen, die stark unterschiedliche physische Höhen aufweisen könnten, wie in 6 gezeigt, wegleiten kann.
Nunmehr auf 6 Bezug nehmend, weist ein erstes elektronisches Bauteil 604 bezüglich der Oberfläche eines Substrats/einer Leiterplatte 602 eine erste physische Höhe 608 auf. Ein zweites und verschiedenes elektronisches Bauteil 606 weist bezüglich der Oberfläche des Substrats/der Leiterplatte 602 eine zweite und verschiedene physische Höhe 610 auf. Beide Bauelemente 604, 606 sind höher als die Seitenwände 614 eines Metallrahmens.
Wie in 6 gezeigt, weisen die die Bauelemente umgebenden Seitenwände 614 eines Rahmens 609 eine mit der Bezugszahl 612 bezeichnete Höhe auf. Die Höhe 612 der Seitenwände 614 ist somit kleiner als die Höhen beider elektronischer Bauteile 604, 606. Im Stand der Technik ist eine oben auf dem höheren Bauteil 606 und in direktem Kontakt mit dem höheren Bauteil 606 platzierte Wärmeableitvorrichtung nichtsdestotrotz nicht in der Lage, einen Kontakt mit dem kürzeren Bauteil 604 herzustellen.
Nunmehr auf 7 Bezug nehmend, wird durch allgemein nach oben gerichtete kurze dunkle Pfeile der Wärmeenergiefluss dargestellt. Wie in 7 gezeigt, kann Wärme durch eine Wärmeleitpaste 716 von den verschiedene Höhen aufweisenden Bauteilen 604, 606 weggeleitet und zu einer einzelnen Wärmeableitvorrichtung 702 übertragen werden, indem zunächst ein sich um die Bauteile 604, 606 erstreckender Metallrahmen 708 mit einer EMI-Abschirmung 710 bedeckt wird, die eine Oberseite 712 aufweist, welche gleichmäßig mit Löchern 714 perforiert ist, die dahingehend bemessen, geformt und angeordnet sind, der viskosen Wärmeleitpaste 716 zu gestatten, durch die Löcher 714 zu passieren und über beide Bauteile 604, 606 zu fließen. Somit fließt Wärme von den Bauteilen 604, 606 durch die Wärmeleitpaste 716, einschließlich die die Löcher 174 füllende Paste, und in die Wärmeableitvorrichtung 702, wo sie abgeleitet wird.
Wenn die Wärmeableitvorrichtung 702 oben auf der Wärmeleitpaste 716 platziert ist, wird durch das Gewicht der Wärmeableitvorrichtung 702 eine Klemmkraft erzeugt und zusätzliche mechanische Montagekraft an die Wärmeableitvorrichtung angelegt, um die Wärmeleitpaste gegen die EMI-Abschirmung und die elektronischen Bauteile zusammenzupressen. Die Wärmeleitpaste 716 wird somit mit Druck beaufschlagt und zwischen der EMI-Abschirmung 710 und der Wärmeableitvorrichtung 702, die kontinuierlich Druck an die Wärmeleitpaste 716 anlegt, eingeklemmt, wodurch die Paste 716 durch die Löcher und in Kontakt mit den elektronischen Bauteilen 604, 606 gedrückt wird.
Der Durchschnittsfachmann sollte die Vorteile erkennen, die durch eine EMI-Abschirmungsanordnung geboten werden, welche eine ganz/vollständig perforierte Oberseite aufweist, die gestattet, dass Wärmeleitpaste alle Bauteile bedeckt, die durch die sich nach unten erstreckenden Seitenwände der EMI-Abschirmungsanordnung eingeschlossen werden, welche Seitenwände eines Metallrahmens in Eingriff nehmen, dessen entsprechende Seitenwände niedriger oder kürzer als das kürzeste gegenüber EMI zu schützende Bauteil sind.
Wie oben angeführt, weist die perforierte Oberseite der EMI-Abschirmung eine erste Nennfläche A₁ auf, die durch das Produkt seiner Länge und Breite bestimmt wird. Wie auch oben angeführt, weist jedes Loch eine kleinere zweite Fläche A₂ auf. Bei bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Summe der zweiten Flächen A₂ aller Löcher in der perforierten Oberseite mindestens ca. zwanzig Prozent der Fläche der Oberseite A₁ bis zu ca. fünfundsiebzig Prozent der ersten Fläche A₁.
Der Durchschnittsfachmann sollte erkennen, dass der Rahmen vorzugsweise eine kleinere Fläche als die Seitenwände der EMI-Abschirmung einschließt, damit die die perforierte Oberseite aufweisende EMI-Abschirmung den Rahmen „bedecken“ bzw. sich über diesen erstrecken kann. Anders ausgedrückt, der Metallrahmen umgibt oder umschließt eine Fläche, die kleiner als die durch die Seitenwände der EMI-Abschirmung umgebene oder umschlossene Fläche ist.
Die oben beschriebenen Versteifungsflansche der Rahmenwand sind vorzugsweise horizontal, das heißt, parallel zur Ebene der Leiterplatte, an der der Rahmen und seine Wände befestigt sind. Wie in 7 gezeigt, liegt die Breite 720 der Flansche 722 vorzugsweise zwischen ca. ein Zweiunddreißigstel Zoll bis zu ca. ein Viertel Zoll.
Die vorhergehende Beschreibung dient der Darstellung. Der wahre Schutzumfang der Erfindung wird in den folgenden Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7623360 [0017]

Claims

Anordnung zur Bereitstellung einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI) und zum Ableiten von Wärme von einem oder mehreren an einer Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteilen, wobei jedes elektronische Bauteil eine sich über die Leiterplatte erstreckende Höhe aufweist, die gleich einer oder größer als eine erste Höhe ist, wobei die Anordnung Folgendes aufweist: einen Metallrahmen, der eine sich von der Leiterplatte nach oben erstreckende Wand aufweist, wobei die sich nach oben erstreckende Wand eine zweite Höhe aufweist, die kleiner als die erste Höhe ist, wobei der Metallrahmen die elektronischen Bauteile umgibt; eine EMI-Abschirmung mit einer im Wesentlichen planaren Oberseite, die mit mehreren Löchern perforiert ist, und die perforierte Oberseite umgebende Seitenwände aufweist, wobei sich die Seitenwände um eine Strecke von der Oberseite nach unten erstrecken, die kleiner als die zweite Höhe ist, wobei die sich nach unten erstreckenden Seitenwände der EMI-Abschirmung in einer ersten, verrasteten Position an der Wand des Rahmens befestigt werden können und in einer zweiten, nicht verrasteten Position an der Wand des Rahmens befestigt werden können, wobei die zweite Position näher an der Leiterplatte liegt als die erste verrastete Position; eine Schicht aus einer wärmeleitenden, viskosen Wärmeleitpaste oben auf der EMI-Abschirmung, die mehrere der Löcher in der perforierten Oberseite der EMI-Abschirmung füllt, wobei sich die Wärmeleitpaste in den mehreren Löchern in direktem physischem Kontakt mit der oberen Fläche des mindestens einen elektronischen Bauteils befindet, wenn sich die EMI-Abschirmung in der zweiten, nicht verrasteten Position befindet; eine Wärmeableitvorrichtung oben auf und in direktem physischem Kontakt mit der Wärmeleitpaste oben auf der EMI-Abschirmung; wobei, wenn die EMI-Abschirmung in der zweiten verrasteten Position am Rahmen befestigt ist, elektronische Bauteile innerhalb der Anordnung gegen von außerhalb der Anordnung stammende EMI im Wesentlichen isoliert sind, und wobei von elektronischen Bauteilen innerhalb der Anordnung emittierte EMI im Wesentlichen darin zurückgehalten wird, wobei durch elektronische Bauteile innerhalb der Anordnung erzeugte Wärme durch die die Löcher füllende Wärmeleitpaste zu der Wärmeableitvorrichtung geleitet wird.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeableitvorrichtung und die EMI-Abschirmung physisch voneinander getrennt sind, wenn sich die EMI-Abschirmung in der zweiten, nicht verrasteten Position befindet.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Löcher in der perforierten Oberseite gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Oberseite eine erste Fläche A₁ aufweist und wobei jedes Loch eine kleinere zweite Fläche A₂ aufweist, wobei eine Summe der Flächen A₂ aller Löcher in der perforierten Oberseite mindestens ca. zwanzig Prozent der ersten Fläche A₁ bis zu ca. siebzig Prozent der ersten Fläche A₁ beträgt.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei der Metallrahmen eine Fläche umgibt, die kleiner als die erste Fläche A₁ der perforierten Oberseite ist, und wobei sich die Seitenwände der EMI-Abschirmung außerhalb der Seitenwand des Metallrahmens befinden.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die sich nach oben erstreckende Wand des Metallrahmens einen unteren Rand, der die Leiterplatte berührt, und einen gegenüberliegenden oberen Rand, von dem sich ein im Wesentlichen horizontaler Flansch erstreckt, aufweist, wobei der horizontale Flansch in einem Abstand über der Leiterplatte positioniert ist, der kleiner als die erste Höhe ist.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei der horizontale Flansch eine Breite von einem Zweiunddreißigstel Zoll bis zu ca. einem Viertel Zoll aufweist.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei der horizontale Flansch und die Oberseite voneinander getrennt sind, wenn sich die EMI-Abschirmung in der ersten verrasteten Position befindet, und sich in direktem physischem Kontakt miteinander befinden, wenn sich die EMI-Abschirmung in der zweiten, nicht verrasteten Position befindet.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein erstes elektronisches Bauteil innerhalb des Metallrahmens und ein zweites elektronisches Bauteil auch innerhalb des Metallrahmens, wobei das erste und das zweite elektronische Bauteil verschiedene Höhen aufweisen, die beide größer als die zweite Höhe der sich nach oben erstreckenden Wand des Rahmens sind, wobei sich die Wärmeleitpaste in direktem physischem Kontakt sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten elektronischen Bauelement befindet, und wobei die Wärmeleitpaste Wärme von beiden Bauteilen zu der Wärmeableitvorrichtung leitet.
Anordnung zur Bereitstellung einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI-Abschirmung) und zum Ableiten von von mehreren sich innerhalb der Anordnung befindenden und an einer Leiterplatte befestigten elektronischen Bauteilen emittierter Wärme, wobei jedes elektronische Bauteil eine sich über die Leiterplatte erstreckende Höhe aufweist, wobei die Höhe jedes elektronischen Bauelements gleich einer oder größer als eine erste minimale Höhe ist, wobei die Anordnung Folgendes aufweist: einen im Wesentlichen rechteckigen Metallrahmen, der mehrere sich nach oben erstreckende Seitenwände aufweist, wobei jede Seitenwand eine zweite Höhe aufweist, die kleiner als die erste minimale Höhe ist, wobei der Metallrahmen die elektronischen Bauteile umgibt; eine EMI-Abschirmung, die dahingehend ausgebildet ist, über den Metallrahmen zu passen, wobei die EMI-Abschirmung eine rechteckige und im Wesentlichen planare Oberseite (Oberseite) mit einer ersten Fläche A₁ aufweist, wobei die Oberseite mit mehreren Löchern perforiert ist, die voneinander beabstandet sind und gleichmäßig über die Oberseite verteilt sind, wobei die Oberseite einen Umfangsrand aufweist, von dem sich die EMI-Abschirmungsseitenwände nach unten erstrecken, wobei jede Seitenwand der EMI-Abschirmung eine Höhe aufweist, die kleiner als die oder gleich der zweiten Höhe ist, wobei die Seitenwände der EMI-Abschirmung in einer ersten verrasteten Position an den Rahmenseitenwänden befestigt werden können und in einer zweiten, nicht verrasteten Position an den Rahmenseitenwänden befestigt werden können, wobei die zweite, nicht verrastete Position näher an der Leiterplatte als die erste verrastete Position liegt, wobei die Oberseite der EMI-Abschirmung von den elektronischen Bauteilen mechanisch und elektrisch getrennt ist, wenn sich die EMI-Abschirmung in der ersten verrasteten Position befindet; eine Schicht aus einer wärmeleitenden und viskosen Wärmeleitpaste auf der oberen Fläche der EMI-Abschirmung, die mehrere der Löcher in der Oberseite der EMI-Abschirmung füllt, wobei sich die Wärmeleitpaste in den mehreren Löchern in direktem physischem Kontakt mit den oberen Flächen der elektronischen Bauteile, die von dem Rahmen umgeben sind, befindet, wenn sich die EMI-Abschirmung in der zweiten, nicht verrasteten Position befindet; eine Wärmeableitvorrichtung oben auf und in direktem physischem Kontakt mit der Wärmeleitpaste oben auf der EMI-Abschirmung, aber von der EMI-Abschirmung physisch getrennt; wobei, wenn die EMI-Abschirmung in der zweiten verrasteten Position am Rahmen befestigt ist, elektronische Bauteile innerhalb des Rahmens gegenüber von außerhalb der Anordnung stammender EMI isoliert sind, und wobei von elektronischen Bauteilen innerhalb der Anordnung emittierte EMI darin zurückgehalten wird, wobei durch die elektronischen Bauteile innerhalb der Anordnung erzeugte Wärme durch die Wärmeleitpaste zu der Wärmeableitvorrichtung geleitet wird.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei sich die EMI-Abschirmung in direktem physischem Kontakt mit einer oberen Fläche mindestens eines elektronischen Bauteils befindet, wenn sich die EMI-Abschirmung in einer zweiten, nicht verrasteten Position befindet.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei eine Klemmkraft erzeugt wird, wenn die EMI-Abschirmung in der zweiten verrasteten Position, die die Wärmeleitpaste gegen die EMI-Abschirmung und die elektronischen Bauteile zusammendrückt, am Rahmen befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Wärmeleitpaste dahingehend ausgebildet ist, unter Druck zwischen der EMI-Abschirmung und der Wärmeableitvorrichtung eingeklemmt zu werden, wodurch Druck an die Wärmeleitpaste angelegt wird, wobei der durch die Wärmeableitvorrichtung an die Wärmeleitpaste angelegte Druck die Wärmeleitpaste durch die Löcher und in Kontakt mit den elektronischen Bauteilen drückt.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei: mindestens eines der EMI-Abschirmung und des Rahmens ein erstes Rastglied enthält und das andere der EMI-Abschirmung und des Rahmens eine erste Öffnung enthält, die dahingehend ausgebildet ist, mit dem ersten Rastglied zur Befestigung der EMI-Abschirmung an dem Rahmen in der ersten verrasteten Position in Eingriff zu gelangen; und mindestens eines der EMI-Abschirmung und des Rahmens ein zweites Rastglied enthält und das andere der EMI-Abschirmung und des Rahmens eine zweite Öffnung enthält, die dahingehend ausgebildet ist, mit dem zweiten Rastglied zur Befestigung der EMI-Abschirmung an dem Rahmen in der zweiten verrasteten Position in Eingriff zu gelangen.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die EMI-Abschirmung erste Wandteile, erste Rastungen, die sich bezüglich der ersten Wandteile nach innen erstrecken, zweite Wandteile und zweite und dritte Rastungen, die sich bezüglich der zweiten Wandteile nach innen erstrecken, enthält, und wobei der Rahmen erste Öffnungen zur Ineingriffnahme der ersten Rastungen zur Befestigung der EMI-Abschirmung an dem Rahmen in der ersten verrasteten Position und zweite und dritte Öffnungen zur Ineingriffnahme der jeweiligen zweiten und dritten Rastungen zur Befestigung der EMI-Abschirmung an dem Rahmen in der zweiten verrasteten Position enthält.
Verfahren zur Bereitstellung von Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Interferenz (EMI-Abschirmung) auf Leiterplattenebene und von Wärmemanagement für ein oder mehrere elektronische Bauteile einer Leiterplatte, wobei die elektronischen Bauteile voneinander verschiedene Höhen aufweisen, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Befestigen an der Leiterplatte eines Metallrahmens, der eine Metallseitenwand aufweist, die mehrere elektronische Bauteile umgibt, wobei die Seitenwand eine Höhe aufweist, die kleiner als die Höhen der elektronischen Bauteile innerhalb des Rahmens ist; Befestigen einer EMI-Abschirmung an der Metallseitenwand des Rahmens in einer ersten verrasteten Position derart, dass ein erster Abstand die EMI-Abschirmung und die elektronischen Bauteile innerhalb des Rahmens trennt, wobei die EMI-Abschirmung eine im Wesentlichen planare Oberseite aufweist, die mit mehreren Löchern perforiert ist, welche gleichförmig voneinander beabstandet sind; Aufbringen einer Schicht aus viskoser Wärmeleitpaste auf die EMI-Abschirmung; Aufbringen einer Wärmeableitvorrichtung auf die Wärmeleitpastenschicht; und Bewegen der Wärmeableitvorrichtung nach unten zu der Leiterplatte, wobei Löcher in der EMI-Abschirmung mit Wärmeleitpaste gefüllt werden und die Wärmeleitpaste in direkten physischen Kontakt mit den elektronischen Bauelementen getrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Bewegens der Wärmeableitvorrichtung nach unten ferner Bewegen der EMI-Abschirmung aus einer ersten verrasteten Position in eine zweite, nicht verrastete Betriebsposition, in der der erste Abstand im Wesentlichen beseitigt ist und die Wärmeleitpaste einen wärmeleitenden Wärmepfad von dem einen oder den mehreren elektronischen Bauteilen zu der Wärmeableitvorrichtung bildet, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner aufweisend Durchführen eines Reflow-Lötprozesses zum Montieren des Rahmens an der Leiterplatte vor Befestigen der EMI-Abschirmung an dem Rahmen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei Bewegen der EMI-Abschirmung aus der ersten verrasteten Position in die zweite, nicht verrastete Position eine Klemmkraft erzeugt, die die Wärmeleitpaste gegen die EMI-Abschirmung und mindestens einen Teil des einen oder der mehreren elektronischen Bauteile zusammendrückt.