DE4190697C1 - Abschirmeinrichtung für eine auf einer Leiterplatte angeordnete Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschirmeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine solche Abschirmeinrichtung ist aus der US-PS 48 90 199 be­ kannt. Diese beschreibt eine Abschirmeinrichtung, bei der das Klemmelement an der Leiterplatte angebracht (angelötet) ist. Das Klemmelement muß daher zusammen mit den Bauelementen an der Leiterplatte angebracht und befestigt werden, wobei die Posi­ tion exakt festgelegt sein muß, wenn das Abschirmgehäuse an mehreren Wänden geklemmt werden soll. Die Klemmelemente sind zudem relativ voluminöse Elemente im Vergleich zu den elektri­ schen Bauelementen moderner Art der abzuschirmenden Schaltung, wodurch letztere weniger leicht zugänglich sind, als wenn die Klemmelemente fehlen.

Aus der DE-OS 37 17 009 ist ein Funkgerät für eine Mobilfunkan­ lage bekannt, das die auf Leiterplatten untergebrachten Bau­ gruppen hochfrequenzmäßig dicht abschließt und diese auch im Inneren gegeneinander hochfrequenzmäßig abschirmt. Um die Bau­ gruppen im Bedarfsfall schnell ohne Montage- bzw. Demontageauf­ wand zugänglich machen zu können, setzt sich das Gehäuse des Funkgerätes aus einem wannenförmigen Bodenteil und einem wan­ nenförmigen Deckelteil zusammen, wobei das Bodenteil sowie das Deckelteil je eine Leiterplatte enthalten und zwischen den Lei­ terplatten ein Abschirmrahmen eingebracht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmeinrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die Montage vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung sind die Klemmelemente nicht an der Leiterplatte befestigt, sondern sie sind lose Elemente, die an den Wänden des Abschirmgehäuses an­ geklemmt werden können, so daß nach Ausrüstung des Abschirmge­ häuses mit den Klemmelementen dieses auf der Leiterplatte über der dort befindlichen, abzuschirmenden Schaltung in Position gebracht werden kann. Damit ist durchaus ein gewisses Spiel er­ laubt, es ist lediglich erforderlich, daß die Zunge an einem der Klemmelemente mit der für sie bestimmten, vorzugsweise ge­ erdeten Leiterbahn in Überdeckung und Berührung gelangt.

Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem wärme­ leitenden Material, so daß die Gehäuseoberfläche weiterhin eine Konvektionsoberfläche bildet, an die die im Betrieb der elektrischen Schaltung erzeugte Wärme abgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit den bei­ gefügten Zeichnungen erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht der Abschirmung nach der Erfin­ dung;

Fig. 2 einen Seitenaufriß eines einzelnen Klemmelementes, das einen Bereich der Abschirmung darstellt;

Fig. 3 einen Querschnitt des Klemmelementes aus Fig. 2 entlang der Linien III-III;

Fig. 4 eine aufgeschnittene Explosionszeichnung der Abschirmung, die über einer auf einer Leiter­ platte angebrachten elektrischen Schaltung angeordnet ist, wobei die Lage der Abschirmung gegenüber der elektrischen Schaltung dargestellt wird;

Fig. 5 einen vergrößerten Aufriß, der die Verbindung zwischen dem Klemmelement und einem Strompfad einer auf einer Leiterplatte an­ gebrachten elektrischen Schaltung darstellt;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines tragbaren Hand-Funktele­ fons, in dem die Abschirmung verwendet werden kann, und

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linien VII-VII von Fig. 6, der die Anordnung einer Leiterplatte und der Abschirmung zeigt.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht der Abschirmung 10 gezeigt, die aus einer Deckplatte 12 mit Seitenflächen besteht, deren Längs- und Querabmessungen so sind, daß sie eine elektrische Schaltung wie eine auf einer Leiterplatte angebrachte elektrische Schaltung im wesentlichen abdeckt. Die Abschirmung 10 aus Fig. 1 ist in Längsrichtung verlängert. Es muß jedoch festgestellt werden, daß die Abmessungen der Deckplatte 12 vorzugsweise den Abmessungen der Schaltung (oder der Schaltungen) entsprechen, die die Abschirmung 10 isoliert. Deshalb kann die Deckplatte 12 auch eine von vielen Gestalten an­ nehmen.

Der Seitenrand 14 erstreckt sich um einen Umfang der Abschirmung 10. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Deckplatte 12 und der Rand 14 zusammen während eines Druckguß-Verfahrens hergestellt. Dadurch wird eine einheitliche Kon­ struktion aus einem einzigen Material geschaffen. Die Abschirmung 10 aus Fig. 1 umfaßt weiterhin seitenüberspannende Ränder 15, die eben­ falls bevorzugt zusammen mit der Deckplatte 12 während eines Druckguß- Verfahrens hergestellt werden. Durch die seitenüberspannenden Ränder 15 kann die Deckplatte 12 mehrere verschiedene auf einer Leiter­ platte angebrachte Schaltungen voneinander trennen.

Eine Mehrzahl von Klemmelementen 16 sind mit den Rändern 14 oder 15 an bestimmten Stellen entlang des entsprechenden Randes ver­ bunden. Fig. 1 zeigt auch die an gegenüberliegenden Eckbereichen und an bestimmten Stellen entlang des Umfanges der Deckplatte 12 gebildeten Öffnungen 18. Die Öffnungen 18 erlauben das Einsetzen von Gewinde­ stiften.

Die Deckplatte 12 umfaßt ein Material, das die elektromagnetische Energie von Funkfrequenzen absorbieren und aus irgendeinem von vielen Me­ tallen wie z. B. Zink oder vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierung (oder etwa aus einem Kunststoff mit einem Metallüberzug) bestehen kann. Magnesium ist aufgrund seiner Leichtbau-Eigenschaften ein bevorzugtes Konstruktionsmaterial. Die Ränder 14 und 15 umfassen in ähnlicher Weise ein Material, das elektromagnetische Energie absor­ biert, und werden, wie oben erwähnt, zusammen mit der Deckplatte 12 her­ gestellt.

In Fig. 2 ist ein Seitenaufriß eines einzelnen Klemmelementes 16 ge­ zeigt. Das Klemmelement 16 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und umfaßt den Befestigungsbereich 20 und davon hervorste­ hende Zungen 22. Der Befestigungsbereich 20 erlaubt die Verbin­ dung des Klemmelementes 16 mit den Rändern 14 oder 15. Die Zungen 22 stehen mit einem Strompfad einer unter dem Klemmelement be­ findlichen elektrischen Schaltung in Eingriff, um dadurch einen elektri­ schen Kontakt herzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform und wie in der Querschnittdarstellung von Fig. 3 gezeigt, umfaßt der Befe­ stigungsbereich 20 eine U-förmige Basis mit Schenkeln 24, 26 und 28, die zwischen sich eine Rinne 29 festlegen. Die Abmessungen der da­ durch gebildeten Rinne 29 erlauben die Positionierung des Bereiches 20 des Klemmelementes 16 am Rand 14 oder 15, um daran befestigt zu werden.

Die Zungen 22 stehen vom Schenkel 28 des Bereiches 20 vor. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Klemmelemente 16 mittels eines kontinuierlichen Gießvorganges hergestellt. Die Zungen 22 werden aus Bereichen der Schenkel 28 des U-förmigen, die Basis umfassenden Bereiches 20 gebildet. Die Zungen 22 werden durch Ausstanzen von drei Seiten des Umrisses einer Zunge 22 aus dem Schenkel 28 des Befestigungsbereiches 20 und anschließendes Biegen der Zunge 22, derart, daß sie in die gewünschte Richtung zeigt, erzeugt. Aus dem Schenkel 28 eines jeden Klemmelementes 16 werden in der bevorzugten Ausführungsform drei Zungen 22 ausgestanzt. Da die Klemmelemente 16 lediglich durch Anbringen ihrer Bereiche 20 an den Rändern 14 und 15 an diesen be­ festigt werden, ist vor allem kein Lötvorgang erforderlich, um die Klemmelemente 16 an den Rändern zu befestigen. Zusätzlich können Klemmelemente an jeder Stelle entlang der Ränder 14 oder 15 ange­ bracht und dann befestigt werden. Die Klemmelemente 16 können auch an einer anderen Stelle angebracht und dort wunschgemäß an den Rändern 14 oder 15 befestigt werden, da die Klemmelemente 16 von den Rändern ablösbar angebracht werden können.

In der bevorzugten Ausführungsform be­ stehen die Klemmelemente 16 aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung, die eine wiederholte, große radiale Bewegung der Zungen 22 ohne Ermüdungsdefekt gestattet, wobei die Beschichtbarkeit zur Verringe­ rung der galvanischen und/oder oxidierenden Korrosion erhalten bleibt.

Die Klemmelemente 16 leiten zusätzlich thermische Energie, die während des Betriebes der darunter angebrachten elektrischen Schal­ tungen erzeugt wird, an die Deckplatte 12 weiter. Die Oberfläche der Deckplatte 12 bildet eine Konvektionsoberfläche zur Unterstützung der Abführung der an sie geleiteten thermischen Energie. Die Deckplatte 12 der Abschir­ mung 10 dient dabei nicht nur zur Absorption der elektromagnetischen Energie, sondern zusätzlich auch als Kühlkörper zur Abführung der zugeführten Wärmeenergie.

In der auseinandergezogenen Schnittzeichnung der Fig. 4 ist die Ab­ schirmung 10 über der Leiterplatte 32, auf der elektrische Schaltungen, wie z. B. die elektrische Schaltung oder Leiterbahn 34 an­ geordnet sind, angebracht. Eine Leiterplatte wie die Leiterplatte 32 be­ sitzt herkömmlicherweise einen darauf geätzten gemeinsamen Masse­ pfad 36, an den alle auf der Leiterplatte 32 angebrachten Schaltungen 32 angeschlossen sind. In den bevorzugten Ausführungsformen stehen die Zungen 22 der Klemmelemente 16 mit diesem gemeinsamen Massepfad 36 in Verbindung. Es muß darauf hingewiesen werden, daß natürlich auch andere Kontaktpunkte in ähnlicher Weise möglich sind.

Vorzugsweise entsprechen die zusammen mit der Deckplatte 12 in einem Druckgußverfahren hergestellten Ränder 14 und 15 in ihren Umrissen dem gemeinsamen Massepfad 36 der Leiterplatte 32, auf der die Abschirmung 10 angebracht wird. Durch einfaches Ausrichten der Klemmelemente 16 an der gemeinsamen Masseleitung 36 der Leiter­ platte 32 und durch Anbringen der Abschirmung 10 in einer der Lei­ terplatte 32 gegenüberliegenden Position wird die Abschirmung 10 über den Kontakt der Klemmelemente 16 mit dem gemeinsamen Massepfad 36 mit der Leiterplatte 32 elektrisch verbunden. Die Ab­ schirmung 10 nimmt dabei die von der elektrischen Schaltung 34 er­ zeugte und an diese übertragene elektromagnetische Energie auf. Die von den unter der Abschirmung 10 angebrachten elektrischen Schaltun­ gen erzeugte Wärmeenergie wird über die Ränder 14 und 15 geleitet und von der von der Oberfläche der Deckplatte 12 gebildeten Konvektions­ oberfläche abgeführt. In Fig. 4 ist auch der Gewindestift 38 gezeigt, mit dem, wenn er durch die Öffnung 18 der Abschirmung 10 und durch die Öffnung 40 durch die Leiterplatte 32 eingesetzt worden ist, die Abschirmung 10 mit der Leiterplatte 32 in ausgerichteter, ge­ genüberliegender Anordnung befestigt wird.

Fig. 5 ist ein vergrößerter Aufriß eines einzelnen am Rand 14 der Ab­ schirmung 10 befestigten Klemmelementes 16. Unter den Zungen 22 befindet sich der ausgerichtete gemeinsame Massepfad 36 der Leiterplatte 32. Wie oben bereits erwähnt, umfaßt das Klemm­ element 16 drei Zungen 22, die aus dem Schenkel 28 des Befesti­ gungsbereiches 20 des während eines kontinuierlichen Gießverfahrens hergestellten Klemmelementes 16 ausgestanzt werden. Es sind jedoch selbstverständlich eine andere Anzahl von Zungen bzw. andere Herstellungsverfahren möglich. Wenn das Klemmelement 16 passend am gemeinsamen Massepfad 36 ausgerichtet ist, wird die Abschirmung 10 in einer gegenüberliegenden Position auf der Leiterplatte 32 aufge­ setzt. Die Anbringung der Abschirmung 10 auf der Leiterplatte 32 ver­ ursacht eine radiale Ablenkung der Zungen 22 in die durch die Pfeile 44 der Fig. 5 gezeigten Richtungen. Die Zungen 22 stellen dabei einen elektrischen Kontakt mit dem gemeinsamen Massepfad 36 her, um eine elektrische Verbindung zwischen der Masse 36 und den Oberflächen der Deckplatte 12 der Abschirmung 10 zu schaffen. Die Ab­ schirmung 10 dient dabei der Absorption elektromagnetischer Energie, die von einer darunter angeordneten elektrischen Schaltung 34 erzeugt wird, und der Absorption der von anderen elektrischen Schaltungen erzeugten elektromagnetischen Energie, die an die elektrische Schal­ tung 34 übertragen wird.

Vibrationskräfte, Fallkräfte und Biegebeanspruchungen, die aufgrund einer thermischen Biegung der Leiterplatte 32 auftreten, werden von den Zungen 22 aufgenommen. Kräfte aus Spannungsrelaxationen (Kriechen) des gegossenen (oder extrudierten oder aus Kunststoff ge­ gossenen) Gehäuses werden in ähnlicher Weise von den Zungen 22 aufgenommen. Da in der bevorzugten Ausführungsform das Klemm­ element 16 aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung besteht, verursa­ chen diese Kräfte keinen Ermüdungsdefekt der Zungen 22.

Deshalb ist die wiederholte radiale Bewegung der Zungen 22 auf­ grund der obengenannten Kräfte möglich, ohne die elektrische Verbin­ dung zwischen dem Massepfad 36 und der Deckplatte 12 der Abschirmung 10 zu unterbrechen. Da die Klemmelemente 16, die Ränder 14 und 15 und die Deckplatte 12 ein wärmeleitendes Material umfassen, kann die während des Betriebes einer elektrischen Schaltung wie der Schaltung 34 erzeugte Wärme zur Deckplatte 12 geleitet werden, von der sie ab­ gegeben wird. Deshalb nimmt die Abschirmung 10 nicht nur elektro­ magnetische Energie auf, sondern dient zusätzlich als Kühlkörper zur Abführung der während des Betriebes einer elektrischen Schaltung er­ zeugten Wärme.

In der perspektivischen Ansicht der Fig. 6 ist ein tragbares Funktelefon gezeigt, das mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet wird. Das Funktelefon 50 kann ein Funktelefon sein, das in einem zellen­ förmigen Funktelefonsystem verwendet wird. Funktelefone wie das Funktelefon 50 sind immer mehr miniaturisiert worden, um ihre Tragbarkeit zu erhöhen. Die Abschirmung kann vorteilhaft als Komponente des Funktelefons 50 eingesetzt wer­ den. Die Abschirmung 10 schafft nicht nur eine elektromagnetische Abschirmung und einen Kühlkörper von verringerten Ausmaßen, sondern funktioniert zusätzlich, aufgrund der Konstruktion der Klemmelemente 16, in einer Umgebung, in der häufig Vibrations­ kräfte, Fallkräfte und eine thermische Biegung der im Funktelefon 50 enthaltenen Leiterplatten auftreten.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linien VII-VII der Fig. 6. Dieser Schnitt verdeutlicht die Anbringung der Abschirmung 10 auf der Leiterplatte 32, um die von der elektrischen Schaltung 34 erzeugte sowie die an diese übertragene elektromagnetische Energie aufzunehmen. Da die Abschirmung 10 aus einem wärme­ leitenden Material besteht, wird die während des Betriebes der elektrischen Schaltung 34 erzeugte Wärme an eine von der Oberfläche der Deckplatte 12 der Abschirmung 10 gebildete Konvektionsoberfläche ge­ leitet, von der die thermische Energie durch Konvektion abgeführt wird. Die Leiterplatte 32 ist am Gehäuse 52 des Funktelefones 50 auf herkömmliche Weise befestigt. Die zusammen mit der Deck­ platte 12 in einem Druckgußverfahren hergestellten Ränder 14 und 15 haben die gleichen Umrisse wie ein gemeinsamer Massepfad 36 der Leiterplatte 32. Durch die Öffnungen 18 und 40 erstrecken sich Ge­ windestifte 38, die es ermöglichen, daß die Abschirmung 10 gegenüber der elektrischen Schaltung gehalten werden kann. Die Zungen 22 stehen in elektrischem Kontakt mit dem Massepfad 36, um eine elektrische Verbindung zwischen der verlängerten Deckplatte 12 der Abschirmung 10 und der elektrischen Schaltung 34 zu schaffen. Vibra­ tionskräfte, Fallkräfte und thermische Biegekräfte sowie Spannungsre­ laxationskräfte (Kriechen) werden durch die Ablenkung der Zungen 22 aufgenommen, wobei die elektrische Verbindung zwischen der Deckplatte 12 und der Schaltung 34 bestehen bleibt.

Claims (6)

1. Abschirmeinrichtung für eine auf einer Leiterplatte angeord­ nete Schaltung mit wenigstens einer auf der Leiterplatte ausge­ bildeten Leiterbahn, bestehend aus:
einem einseitig offenen Gehäuse aus einem elektrisch leitfähi­ gen, elektromagnetische Wellen absorbierenden Material mit einer Deckplatte und Seitenwänden, die sich von der gegen die Leiterplatte weisenden Seite der Deckplatte in Richtung auf die Leiterplatte erstrecken,
wenigstens einem Klemmelement von U-förmigem Querschnitt aus einem elektrisch leitfähigen Material mit zwei sich im wesent­ lichen parallel zueinander erstreckenden Seitenschenkeln und einem diese verbindenden Mittelschenkel, wobei der gegenseitige Abstand der Seitenschenkel geringfügig kleiner als die Dicke der Gehäusewände ist, um eine zwischen die Seitenschenkel ein­ geführte Gehäusewand unter elastischer Verformung der Seiten­ schenkel klemmend zu halten, und
eine Verbindungseinrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden des Mittelschenkels des Klemmelements mit einer Leiterbahn der Leiterplatte,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung wenig­ stens eine elektrisch leitfähige Zunge (22) ist, die an dem Mittelschenkel (28) des Klemmelements (16) angebracht und um eine Achse schwenkbar ist, die in einer von dem Mittelschenkel (28) definierten Ebene liegt und im wesentlichen senkrecht zu den Seitenschenkeln (24, 26) verläuft, so daß im an einer Ge­ häusewand (14, 15) montierten Zustand des Klemmelements (16) das Ausrichten einer Gehäusewand (14, 15) auf eine Leiterbahn (34) und Absenken des Gehäuses (10) auf die Leiterplatte (32) eine Schwenkbewegung der Zunge (22) hervorruft, die diese we­ nigstens auf einem Teil ihrer Länge flach auf die Leiterbahn (34) auflegt.

2. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus einem wärmeleitfähigen Material be­ steht.

3. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Klemmelement (16) mit der Gehäusewand (14, 15) lösbar verbunden ist.

4. Abschirmeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (22) als ein Abschnitt des Mittelschenkels (28) einstückig mit dem Klemmelement (16) ausgebildet ist.

5. Abschirmeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Zunge (22) in Berührung befindliche Leiterbahn (34) ein geerdetes Element der elektri­ schen Schaltung ist.

6. Abschirmeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) an der Leiter­ platte (32) mit Hilfe von Gewindestiften (38) befestigt ist, die die Deckplatte (12) durchdringen.