DE102006004037B3

DE102006004037B3 - Abschirmung für zumindest eine auf einer Leiterplatte angeordnete elektrische Baugruppe

Info

Publication number: DE102006004037B3
Application number: DE200610004037
Authority: DE
Inventors: Annette Bölcke; Jörg Romahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Thales DIS AIS Deutschland GmbH
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2026-01-28

Abstract

Eine Abschirmung für zumindest eine auf einer Leiterplatte angeordnete elektrische Baugruppe weist einen Schirmrahmen (2) und einen Deckel (4) auf. Der Schirmrahmen (2) hat Kontaktstellen bzw. Lötstellen (10) zum Befestigen des Schirmrahmens (2) auf einer Leiterplatte, zwischen denen zur Leiterplatte hin offene und seitlich zugängige Aussparungen (12) angeordnet sind. Der Deckel ist am Schirmrahmen (2) lösbar befestigbar und hat Haltemittel (24) zum Eingreifen in die Aussparungen (12). Der Deckel (4) hat weiterhin separate Kontaktmittel (26) zum elektrischen Kontaktieren des Schirmrahmens (2).

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik und betrifft eine Abschirmung für zumindest eine auf einer Leiterplatte angeordnete elektrische Baugruppe.
Für einen störungsfreien Betrieb von hochfrequenten elektrischen Schaltungen ist es erforderlich, diese ausreichend gegenüber elektromagnetische Strahlung abzuschirmen. Insbesondere störend ist die nicht zum Nutzband, d.h. nicht zum eigentlichen Frequenzband der elektrischen Schaltung gehörende Fremdstrahlung. Die Anforderungen an eine ausreichende Abschirmung sind dabei sehr hoch. Zum einen muß die Fremd- oder Störstrahlung zuverlässig abgeschirmt werden. Zum anderen sollte die Abschirmung nicht zuviel Platz beanspruchen. Diese Forderung wird insbesondere bei mobilen Endgeräten, wie z.B. Mobiltelefonen, gestellt, da aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung nur wenig Raum für voluminöse Abschirmungen bleibt.
Typischerweise umfaßt eine Abschirmung einen auf einer Leiterplatte befestigten Schirmrahmen, der die abzuschirmenden elektronischen Bauelemente bzw. Baugruppen umschließt. Mittels eines auf den Schirmrahmen aufgesetzten Deckels, wird der Schirmrahmen verschlossen. Dabei sollte zur Erreichung einer guten Abschirmwirkung der Deckel einen möglichst guten und engen Kontakt zum Schirmrahmen haben. Damit die von der Abschirmung abgeschirmte Baugruppe im Bedarfsfall kostengünstig repariert werden kann, sollte ein möglichst einfaches Entfernen der Abschirmung gewährleistet sein. In der Regel wird dazu der Deckel vom Schirmrahmen entfernt.
Moderne elektronische Schaltungen, z.B. Funkmodule für mobile Endgeräte, erfordern einen möglichst flachen und kleinen Aufbau um in das entsprechende Gerät gut und kompakt integriert werden zu können. Daher besteht die Notwendigkeit, die Abschirmung auf eine minimale Bauhöhe zu reduzieren.

Eine einteilige Abschirmung aus integral geformtem Schirmrahmen und Schirmdeckel ist beispielsweise in DE 297 13 412 U1 beschrieben. An einer Unterseite des Schirmrahmens ist eine Vielzahl von Kontaktfedern zur Kontaktierung einer Leiterplatte angeformt.

Eine zweiteilige Abschirmung ist in DE 102 31 145 A1 beschrieben, bei welcher eine Abschirmkappe Laschen zum Befestigen der Abschirmkappe an einer Leiterplatte aufweist. Auf der Leiterplatte ist eine umlaufende Kontakteinrichtung angeordnet, welche über einen elastischen und elektromagnetische Wellen absorbierenden Dichtkörper mit der Abschirmkappe in Kontakt tritt. Zusätzlich kann die elektrische Verbindung zwischen Kontakteinrichtung und Abschirmkappe durch einen elektrisch leitenden Klebstoff verbessert werden.

Aus DE 299 13 199 U1 ist eine Abschirmung bekannt, bei der ein durchgehender, im Querschnitt L-förmiger Schirmrahmen auf einer Leiterbahn einer Leiterplatte aufgelötet ist. In den Schirmrahmen ist ein Schirmdeckel einsteckbar, wobei der Schirmdeckel durch am Schirmdeckel angeformte federnde Seitenteile an der Innenseite des Schirmrahmens verspannt werden kann. Aus Gründen der Lötbarkeit ist ein Mindestabstand zwischen Deckel und Lötfläche erforderlich.

Eine Abschirmung aus einem auf eine Leiterplatte aufgelöteten Schirmrahmen und einem fest mit dem Schirmrahmen verbundenen Deckel ist in DE 102 44 464 B3 offenbart. Entlang von Verbindungsstellen zwischen Schirmrahmen und Deckel sind Sollbruchstellen ausgebildet, die ein bedarfsweises Abreißen des Deckels vom Schirmrahmen gestatten.

In DE 198 40 234 C1 wird eine Abschirmung beschrieben, die einen Schirmrahmen mit vielen separaten Lötstellen zum Auflöten auf einer Leiterplatte aufweist. Zum Auflöten wird der Schirmrahmen mit einem Lötdepot bestückt, dann auf die Leiterplatte aufgesetzt und schließlich das Lot verflüssigt.

Eine weitere bekannte Abschirmung, bei welcher ein Deckel an einem Schirmrahmen verrastet wird, ist in 4 gezeigt. Der Deckel weist dazu Rastarme auf, die in seitliche Ausnehmungen im Schirmrahmen angeordnet sind. Die Verrastung muß mit speziellem Werkzeug gelöst werden, um den Deckel vom Schirmrahmen ohne Verbiegen entfernen zu können, da er sonst nicht wiederverwendbar ist.

Die vorstehend beschriebenen Abschirmungen mit vom Schirmrahmen entfernbar aufsetzbaren Deckeln weisen allerdings eine relativ hohe Bauhöhe auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abschirmung mit verringerter Bauhöhe vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abschirmung für zumindest eine auf einer Leiterplatte angeordnete elektrische Baugruppe, wobei die Abschirmung aufweist: einen Schirmrahmen mit Kontaktstellen zum Befestigen des Schirmrahmens auf einer Leiterplatte, wobei zwischen den Kontaktstellen zur Leiterplatte hin offene und seitlich zugängige Aussparungen angeordnet sind, und einen am Schirmrahmen lösbar befestigbaren Deckel, der Haltemittel zum Eingreifen in die Aussparungen aufweist.

Erfindungsgemäß greifen die Haltemittel des Deckels in die zwischen den Kontaktstellen vorgesehenen und beispielsweise für das Verlöten erforderlichen Aussparungen ein. Daher kann auf separate Ausnehmungen am Schirmrahmen verzichtet werden. Die Aussparungen sind an der zur Leiterplatte hin gewandten Unterseite des Schirmrahmens angeordnet und zur Leiterplatte hin offen ausgeformt.

Außerdem sind die Aussparungen seitlich, z.B. von außen, zugänglich, so daß die Haltemittel dort unmittelbar eingreifen und so den Deckel festlegen können. Die z.B. für das sichere Auflöten des Schirmrahmens erforderlichen Aussparungen übernehmen daher auch noch die Funktion von schirmrahmenseitigen Haltemitteln, die mit den deckelseitigen Haltemittel wechselwirken. Da die Aussparungen in unmittelbarer Nähe zur Leiterbahn angeordnet sind, kann der Schirmrahmen entsprechend flach ausgestaltet und die Abschirmung insgesamt kompakter gehalten werden. Daher lassen sich Abschirmungen herstellen, die lediglich eine Bauhöhe von 1,7 mm und darunter, gemessen von der Oberfläche der Leiterplatte, aufweisen.

Zur Verbesserung des elektrischen Kontakts zwischen Deckel und Schirmrahmen weist der Deckel beispielsweise elektrische Kontaktmittel auf, die einen elektrischen Kontakt zum Schirmrahmen herstellen. Die Kontaktmittel sind in bezug auf die deckelseitigen Haltemittel separat ausgelegt, so daß eine bauliche und räumliche Trennung von mechanischer Halterung und elektrischer Kontaktierung des Deckels erzielt wird. Dadurch lassen sich die Kontaktmittel sowie die Haltemittel an ihre jeweilige Funktion gezielt anpassen. Im Ergebnis wird eine verbesserte mechanische Fixierung und sichere elektrische Kontaktierung des Deckels erreicht. Beispielsweise ist es möglich, die Haltemittel flexibler als die Kontaktmittel auszugestalten, wodurch das Entfernen des Deckels erleichtert wird. Der Deckel kann daher beispielsweise von Hand ohne spezielles Werkzeug entfernt werden.

Die Kontaktmittel greifen – im Gegensatz zu den Haltemitteln – nicht in die zwischen den Kontaktstellen bzw. Lötstellen vorgesehenen Aussparungen ein, sondern stehen bevorzugt mit der Außenseite des Schirmrahmens beispielsweise in punktförmigem Kontakt.

Der Deckel umgreift vorzugsweise den Schirmrahmen an dessen Außenseite. Dazu kann der Deckel einzelne, von einer Grundplatte des Deckels in etwa senkrecht dazu abgebogene Seitenteile bzw. Arme aufweisen. Die deckelseitigen Haltemittel werden beispielsweise durch Höcker auf der Innenseite der Seitenteile gebildet, die sich durch punktweises Prägen herstellen lassen.

Zur Verbesserung des mechanischen und elektrischen Kontakts und der Abschirmwirkung ist es günstig, die deckelseitigen Halte- und Kontaktmittel regelmäßig anzuordnen. Ebenso sollten die schirmrahmenseitigen Kontaktstellen bzw. Lötstellen regelmäßig angeordnet sein.

Bei den Kontaktstellen handelt es sich insbesondere um Kontaktflächen zum oberflächigen Auflöten des Schirmrahmens auf Leiterbahnen der Leiterplatte. Dadurch kann der Schirmrahmen einfach auf die Oberfläche der Leiterplatte als oberflächenmoniertes Bauteil (surface mounted device – SMD) automatisiert aufgelötet und montiert werden.

Die erfindungsgemäße Abschirmung eignet sich insbesondere für hochfrequente Baugruppen und läßt sich aufgrund ihrer geringen Bauhöhe gut in beispielsweise mobile Endgeräte integrieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Abwandlungen und Vorteile ergeben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer Abschirmung,
2 einen Detailausschnitt von 1,
3 einen seitlichen Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Abschirmung und
4 eine vorbekannte Abschirmung mit einem am Schirmrahmen verrasteten Deckel.
1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Abschirmung. Die Abschirmung besteht dabei aus einem Schirmrahmen 2 und einem Deckel 4. Der Schirmrahmen 2 ist als umlaufender, im Querschnitt etwa L-förmiger Metallrahmen ausgebildet. In 1 ist der Schirmrahmen 2 und der Deckel 4 der besseren Darstellung wegen entlang einer Schnittkante 6 aufgetrennt gezeichnet. Ein erster Schenkel 8 des L-förmigen Schirmrahmens ist in bezug auf eine hier nicht dargestellte Leiterplatte senkrecht angeordnet und kann an als Kontaktstellen dienende Lötstellen 10, die an einer Schmalseite des ersten, senkrechten Schenkels 8 angeordnet sind, auf Leiterbahnen oder Lötflächen der Leiterplatte angelötet werden. Die einzelnen Lötstellen 10 weisen dazu zur Leiterplatte hin gewandte Lötflächen auf und sind durch im ersten Schenkel 8 geformte Aussparungen 12 voneinander getrennt. Die Aussparungen 12 sind für das Auflöten des Schirmrahmens 2 auf der Leiterplatte erforderlich und erleichtern beispielsweise ein Benetzen der Lötstellen 8 und der entsprechenden Leiterbahn bzw. Lötstellen der Leiterplatte mit Lot. Ein zweiter Schenkel 14 des L-förmigen Schirmrahmens 2 ist nach innen etwa senkrecht zum ersten Schenkel 8 abgewinkelt, so daß der zweite Schenkel 14 in etwa parallel zur Leiterplatte und zu den Lötflächen verläuft.
Der aus einem Metallblech geformte Deckel 4 besteht aus einer Grundplatte 16, die im aufgesetzten Zustand des Deckels 4 in etwa parallel zur Leiterplatte angeordnet ist und auf dem nach innen weisenden zweiten Schenkel 14 des Schirmrahmens 2 ruht. Die Grundplatte 16 hat Durchgangsöffnungen 18, um einen Kühlluftstrom über die unterhalb des Deckels 4 auf der Leiterplatte angeordneten Bauteile bzw. Baugruppen zu ermöglichen. An seinen Rändern weist der Deckel 4 in etwa senkrecht zur Grundplatte 16 abgebogene Seitenteile 20 auf, die voneinander durch senkrechte, bis zur Grundplatte 16 reichende Einschnitte 22 getrennt sind. Jedes Seitenteil 20 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel entweder ein Haltemittel 24 oder ein Kontaktmittel 26 auf. Die Haltemittel 24 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel eingeprägte Vertiefungen, die an der zum Schirmrahmen 2 weisenden Seite der Seitenteile 20 halbkugelförmige Höcker bilden, welche in die Aussparungen 12 eingreifen. Wie aus 1 erkennbar, greifen die Haltemittel 24 in jede zweite Aussparung 24 ein. Die Kontaktmittel 26 sind ebenfalls durch Prägung erzeugt und bilden zum Schirmrahmen 2 weisende kuppelförmige Kontaktpunke, welche auf die Außenseite des ersten Schenkels 8 des Schirmrahmens 2 gedrückt werden.
Über die von der Grundplatte 16 abgewinkelten Seitenteile bzw. Seitenflächen 20 sind die Haltemittel an der Grundplatte 16 federnd gelagert. Über die Breite der Seitenteile sowie deren Länge läßt sich die Federwirkung einstellen. Die Seitenteile 20 können natürlich auch in Abhängigkeit davon, ob sie Haltemittel oder Kontaktmittel aufweisen, unterschiedlich breit und lang ausgebildet werden.
Dadurch läßt sich der Anpreßdruck für die jeweiligen Halte- bzw. Kontaktmittel entsprechend ihrer Funktion geeignet wählen.
Wie in 1 und 2 erkennbar, reichen die deckelseitigen Haltemittel 24 bis in die Nähe der Leiterplatte und greifen dort in die Aussparungen 12 ein. Dadurch sind flachere Abschirmungen möglich, die einen ausreichend engen Kontakt zum Schirmrahmen bei gleichzeitig festen Abständen der Halte- und Kontaktmittel aufweisen. Die Haltemittel 24 können auch als Haken, Kugeln oder Halbkugeln ausgebildet sein und stellen zusätzlich zu den Kontaktmitteln 26 einen elektrischen Kontakt zwischen Deckel 4 und Schirmrahmen 2 her und führen dadurch zu einem verbesserten elektrischen Kontakt zwischen Deckel und Schirmrahmen, was sich insgesamt in einer verbesserten Abschirmwirkung niederschlägt.
Der Deckel 4 läßt sich leicht, beispielsweise von Hand, vom Schirmrahmen z.B. für Reparaturzwecke entfernen. Dabei kann allerdings der Deckel verbogen werden, so daß er nicht mehr ausreichend sicheren und gleichmäßigen elektrischen Kontakt zum Schirmrahmen hat. Daher sollte ein einmal entfernter Deckel nicht erneut verwendet werden.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem deckelseitige Haltemittel 24, hier in Form von Haken, in jede schirmseitige Aussparung 12 eingreifen. Die Haltemittel 24 sind am Ende von länglichen, von der Grundplatte 16 abgebogenen Haltearmen 28 angeordnet. Zwischen den Haltearmen 28 sind ebenfalls von der Grundfläche 16 abgebogene Seitenflächen 30 angeordnet, an deren zum Schirmrahmen 2 gewandte Seite hier nicht sichtbare Kontaktmittel, beispielsweise Höcker oder Vorsprünge, angeordnet sind. Die Seitenflächen 30 in lateraler Richtung breiter als die Haltearme 28 ausgebildet. Die Haltearme 28 sind daher flexibler als die Seitenflächen 30. Dies gestattet ein einfacheres Aufsetzen bzw. Abnehmen des Deckels 4 vom Schirmrahmen und gewährleistet gleichzeitig, daß die Kontaktmittel ausreichend fest auf die Außenseite des Schirmrahmens 2 gedrückt werden.
3 zeigt weiterhin eine Leiterplatte 32, auf welcher der Schirmrahmen 2 über Lötstellen 10 oberflächenmontiert aufgelötet ist.
In 4 ist ein Detailausschnitt einer vorbekannten Abschirmung bestehend aus einem Schirmrahmen 102 und einem Deckel 104 gezeigt. Über Rastarme 106, welche in seitliche Ausnehmungen 108 des Schirmrahmens 102 eingreifen, ist der Deckel 104 mit dem Schirmrahmen 102 verrastet. Die Unterkante der Rastarme 106 muß bei dieser Abschirmung einen Mindestabstand d von der Leiterplatte und den schirmrahmenseitigen Lötstellen 110 haben, damit die Rastarme die Lötstellen nicht beschädigen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Öffnungen 108 oberhalb der Lötstellen angeordnet sind.
Im Gegensatz dazu greifen erfindungsgemäß die deckelseitigen Haltemittel in die zwischen den Lötstellen angeordneten Aussparungen ein. Der Schirmrahmen kann daher flacher ausgeführt werden.
Wie aus 3 ersichtlich, haben die oberhalb der Lötstellen 10 und die Kontaktmittel tragenden Seitenflächen 30 einen ausreichenden Abstand zu den Lötstellen. Die Haltearme 28 erstrecken sich dagegen zwischen den Lötstellen etwas tiefer, um in die Aussparungen 12 einzugreifen.
Die erfindungsgemäße Abschirmung sichert einen guten und ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen Deckel und Schirmrahmen auch bei fertigungsbedingten Schwankungen der Deckelgeometrien. Fertigungsbedingt läßt es sich nicht generell vermeiden, daß der Deckel bzw. der Schirmrahmen Toleranzschwankungen unterworfen ist. Um diese Schwankungen auszugleichen, liegt der Deckel mit seiner Grundplatte typischerweise nicht unmittelbar auf der Oberseite des Schirmrahmens auf, sondern es verbleibt ein kleiner Spalt zwischen Grundplatte und Schirmrahmen, der diese Toleranzen auffängt. Der elektrische Kontakt wird daher bei den vorbekannten Abschirmungen im wesentlichen nur durch die Verrastungen hergestellt.
Daher sind bevorzugt zu den Haltemitteln zusätzliche Kontaktmittel vorgesehen, welche unabhängig davon, ob die Grundplatte in direktem Kontakt mit dem Schirmrahmen tritt, einen sicheren und regelmäßigen elektrischen Kontakt vermitteln und die Abschirmwirkung der Abschirmung positiv beeinflussen.

2: Schirmrahmen
4: Deckel
6: Schnittkante
8: erster/senkrechter Schenkel
10: Kontaktstellen/Lötstellen
12: Aussparung
14: zweiter Schenkel
16: Grundplatte
18: Durchgangsöffnungen
20: Seitenteile
22: Einschnitte
24: Haltemittel
26: Kontaktmittel
28: Haltearme
30: Seitenflächen
32: Leiterplatte
102: Schirmrahmen
104: Deckel
106: Rastarm
108: Ausnehmung
110: Lötstellen

Claims

Abschirmung für zumindest eine auf einer Leiterplatte angeordnete elektrische Baugruppe aufweisend – einen Schirmrahmen (2) mit Kontaktstellen (10) zum Befestigen des Schirmrahmens (2) auf einer Leiterplatte, wobei zwischen den Kontaktstellen (10) zur Leiterplatte hin offene und seitlich zugängige Aussparungen (12) angeordnet sind, und – einen am Schirmrahmen (2) lösbar befestigbaren Deckel (4), der Haltemittel (24) zum Eingreifen in die Aussparungen (12) aufweist.
Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (10) Lötflächen zum oberflächigen Auflöten auf Leiterbahnen der Leiterplatte sind.
Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (10) regelmäßig angeordnet sind.
Abschirmung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (24) des Deckels (2) federnd ausgebildet sind.
Abschirmung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (4) separate elektrische Kontaktmittel (26) aufweist, die einen elektrischen Kontakt zum Schirmrahmen (2) herstellen.
Abschirmung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontaktmittel (26) zum Schirmrahmen (2) weisende Höcker sind.
Abschirmung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (4) eine Grundplatte (16) und von der Grundplatte (16) abgebogene Seitenteile (20) aufweist, die den Schirmrahmen (2) an seiner Außenseite zumindest teilweise umgreifen.
Abschirmung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenteilen (20) abwechselnd Haltemittel (24) oder Kontaktmittel (26) angeordnet sind.