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Die
Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Leiterplatte mit einer im Wesentlichen
eine Lage bildenden Masselage und mit mindestens einer Anschlusseinrichtung
zum elektrischen Verbinden der Masselage mit einem elektrisch leitfähigen
Gehäuse, wobei die Anschlusseinrichtung Mittel zum Erhöhen
einer elektromagnetischen Verträglichkeit aufweist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein elektrisches/elektronisches Modul mit
einem elektrisch leitfähigen Gehäuse, in welchem
mindestens eine Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Leiterplatten
als Träger elektronischer Schaltungen werden zur Sicherstellung
der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) üblicherweise
so realisiert, dass zumindest die Masseverdrahtung als eine im Wesentlichen
durchgehende Lage beziehungsweise als Masselage ausgeführt
wird. Hierzu sind die sogenannten Mehrlagen-Leiterplatten mit mindestens
zwei Lagen erforderlich. Takt- und/oder Signalleitungen werden als
Leiterbahnen in einer zweiten Lage beabstandet zu der (durchgehenden)
Masselage als Bezugleiter geführt, sodass auftretende Rückströme über
die Masselage fließen. An die Mehrlagen-Leiterplatte angeschlossene
Leitungen (zum Beispiel über einen Steckerkontakt) werden üblicherweise
mit einem Abblock- beziehungsweise Filter-Kondensator zur Masselage
möglichst dicht am Anschlusspunkt versehen, um mögliche
hochfrequente Störsignale zu dämpfen. Die auf
der Masselage fließenden Rückströme der
Takt- und/oder Signalleitung können in alle über
Kondensatoren abgeblockte Leitungen gleichartig einkoppeln und von
den Leitungen abgestrahlt werden. Dieser Effekt wird als Gleichtakt-Abstrahlung
(englisch: common-mode-radiation) bezeichnet. Aus Gründen
der Reziprozität können gleichartig auf die Leitungen
gestrahlte hochfrequente Felder nach dem gleichen Prinzip in Takt- und/oder
Signalleitungen auf der Mehrlagen-Leiterplatte einkoppeln (Gleichtakt-Einstrahlung)
und zu Störungen einer auf der Mehrlagen-Leiterplatte realisierten
Schaltung führen.
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Zum
Erhöhen der elektromagnetischen Verträglichkeit,
also zur Verringerungen der genannten Gleichtakt-Abstrahlung und/oder
Ausstrahlung sind unterschiedliche Mittel bekannt. Üblicherweise
wird die durchgehende Masselage möglichst entlang des gesamten
Umfangs der Mehrlagen-Leiterplatte möglichst gut mit einem
die Mehrlagen-Leiterplatte aufnehmenden Gehäuse elektrisch
kontaktiert. Dies wird in der Regel mittels eines sogenannten Klemmrandes
ermöglicht. Dieser besteht aus einem einige Millimeter
breiten, elektrisch leitfähigen Streifen auf der Ober-
und Unterseite vom Rand der Mehrlagen-Leiterplatte. Er ist üblicherweise
mittels zahlreichen, dicht beieinander liegenden Durchkontaktierungen
mit der durchgehenden Massefläche elektrisch verbunden,
die sich üblicherweise in einer der inneren Lagen der Mehrlagen-Leiterplatte
befindet. Die Mehrlagen-Leiterplatte wird häufigerweise
zwischen Gehäusehälften derart angeordnet, dass
sie einerseits in ihrer Position fixiert wird und andererseits die
Oberseite und die Unterseite des Klemmrandes mit jeweils einer Gehäusehälfte
in elektrischem Kontakt steht. Im Idealfall verläuft der
Klemmrand entlang des gesamten Umfangs der Mehrlagen-Leiterplatte.
Tatsächlich sind jedoch im Regelfall so viele Leitungen
an die Mehrlagen-Leiterplatte anzuschließen, dass eine
Seite des Gehäuses offen ist, um einen Steckverbinder (Steckerkontakt)
zum Anschluss der Leitungen aufzunehmen. Aus konstruktiven Gründen
ist die Ausführung des Klemmrandes im Bereich des Steckverbinders
relativ aufwendig, sodass der Klemmrand nur dreiseitig, nämlich
auf den beiden Querseiten und auf der dem Verbindungsstecker gegenüberliegenden
Seite vorgesehen ist. Darüber hinaus ist eine zuverlässige
und dauerhaft elektrische Kontaktierung des Klemmrandes auf seiner
gesamten Länge unsicher, da zum Einen die Gehäusehälften
nur mit wenigen Verschraubungen, zum Beispiel in den vier Ecken
eines rechteckigen Gehäuses, zusammengepresst werden, und
zum Anderen zusätzliche, in den Spalt zwischen den Gehäusehälften
eingebrachte Dichtungen den elektrischen Kontakt aufheben können,
und eine elektrische Verbindung des üblicherweise verzinnten
Klemmrandes mit den üblicherweise aus Aluminium bestehenden
Gehäusehälften dauerhaft nicht gewährleistet
werden kann.
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Aus
der Patentschrift
US
6,856,209 B2 ist eine Mehrlagen-Leiterplatte der eingangs
genannten Art bekannt, wobei eine Anschlusseinrichtung vorgesehen
ist, mittels der eine auf der Oberfläche der Mehrlagen-Leiterplatte
angeordnete Masselage elektrisch mit einem die Mehrlagen-Leiterplatte
aufnehmenden Gehäuse verbunden ist. Die Anschlusseinrichtung
weist dabei einen Kondensator auf, der zum Erhöhen der
elektromagnetischen Verträglichkeit dienen soll. Der beziehungsweise
die Vielzahl von verwendeten Kondensatoren erlaubt jedoch nur eine schmalbandige
Dämpfung von Gleichtaktausstrahlungen und -einstrahlungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung sieht vor, dass die Anschlusseinrichtung als Mittel zum
Erhöhen der elektromagnetischen Verträglichkeit
zumindest eine Koppelimpedanz mit mindestens einem ohmschen Widerstand umfasst.
Die Koppelimpedanz mit ohmschem beziehungsweise elektrischem Widerstand
führt zu einer besonders breitbandigen Dämpfung
der Gleichtakt-Abstrahlung und -Einstrahlung, die im Wesentlichen
durch den Widerstandswert des elektrischen beziehungsweise ohmschen
Widerstands erreicht wird. Der Widerstandswert ist um ein Vielfaches
größer als beispielsweise der äquivalente
Serienwiderstand des aus dem Stand der Technik bekannten Kondensators.
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Besonders
bevorzugt ist die Koppelimpedanz als eine Reihenschaltung aus dem
ohmschen Widerstand und einem Kondensator gebildet. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn eine elektrische Isolation zwischen der Masselage
der Mehrlagen-Leiterplatte und einem die Mehrlagen-Leiterplatte
aufnehmenden Gehäuse erforderlich ist. Die Masselage der
Mehrlagen-Leiterplatte ist hierbei also über die Anschlusseinrichtung
mit der Koppelimpedanz, bestehend aus dem ohmschen Widerstand oder
aus der Reihenschaltung aus ohmschen Widerstand und Kondensator,
mit einem die Mehrlagen-Leiterplatte aufnehmenden Gehäuse
elektrisch wirkverbindbar. Vorteilhafterweise sind mehrere derartiger
Anschlusseinrichtungen für die Mehrlagen-Leiterplatte vorgesehen.
Wobei die jeweilige Anschlusseinrichtung dabei insgesamt auf der
Mehrlagen-Leiterplatte oder zumindest teilweise in der Mehrlagen-Leiterplatte
angeordnet sein kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Anschlusseinrichtung
mindestens eine elektrisch leitfähige erste Kontaktinsel
auf, die elektrisch mit der Masselage verbunden ist. Die erste Kontaktinsel
ist bevorzugt auf einer Oberfläche/Außenseite
der Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet, sodass sie auf einfache Art
und Weise – beispielsweise bei der Montage der Anschlusseinrichtung – erreichbar
beziehungsweise benutzbar ist.
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Zweckmäßigerweise
liegt die Masselage in oder im Wesentlichen in der Mehrlagen-Leiterplatte. Das
bedeutet, dass die Masselage eine innere Lage der Mehrlagen-Leiterplatte
bildet und zumindest von der Ober- und Unterseite der Mehrlagen-Leiterplatte her,
wo beispielsweise Leiterbahnen und/oder elektrische/elektronische
Bauelemente anordenbar sind, nicht direkt kontaktierbar ist. Hierzu
dient die erste Kontaktinsel der Anschlusseinrichtung, die elektrisch mit
der Masselage verbunden ist. Über die erste Kontaktinsel
kann nun somit die innen liegende Masselage elektrisch kontaktiert
werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste Kontaktinsel
mittels mindestens einer Durchkontaktierung mit der Masselage elektrisch verbunden.
Die konstruktive Gestaltung und die Funktion einer Durchkontaktierung
sind dem Fachmann bekannt, sodass hier nicht näher darauf
eingegangen werden soll. Die Durchkontaktierung führt durch
die elektrisch nicht leitende(n) Lage(n) der Mehrlagen-Leiterplatte
von zumindest der die erste Kontaktinsel aufweisenden Oberfläche
bis zu der Masselage. Hierdurch wird eine besonders einfache und
kostengünstige elektrische Kontaktierung der Masselage
ermöglicht.
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Weiterhin
ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Anschlusseinrichtung mindestens
eine elektrisch leitfähige zweite Kontaktinsel aufweist,
die vorteilhafterweise eine Gehäusegegenkontaktfläche
bildet. Die Anschlusseinrichtung weist also neben der ersten Kontaktinsel
eine zweite Kontaktinsel auf, wobei letztere eine Gehäusegegenkontaktfläche
aufweist, also eine Kontaktfläche die zum elektrischen
Kontaktieren eines die Mehrlagen-Leiterplatte aufnehmenden Gehäuses
dient. Ein entsprechendes Gehäuse sollte hierzu an der
relevanten Stelle eine Gehäusekontaktfläche aufweisen/bilden,
die zum elektrischen Kontaktieren der Gehäusegegenkontaktfläche
der zweiten Kontaktinsel dient. Die zweite Kontaktinsel wirkt somit
im Wesentlichen als Gegenkontakt zu einem Kontakt eines die Mehrlagen-Leiterplatte
aufnehmenden Gehäuses.
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Zweckmäßigerweise
ist die zweite Kontaktinsel in einem Befestigungsbereich der Mehrlagen-Leiterplatte
angeordnet. Es ist also vorgesehen, dass die zweite Kontaktinsel
in einem Bereich der Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet ist, der
beim Befestigen der Mehrlagen-Leiterplatte in einem Gehäuse
zum Tragen kommt/von Bedeutung ist, beziehungsweise in dem die Mehrlagen-Leiterplatte
bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig gehalten wird.
So können beispielsweise Federelemente vorgesehen sein,
die auf den Befestigungsbereich der Mehrlagen-Leiterplatte wirken
und sie dadurch in dem Gehäuse arretieren beziehungsweise
befestigen.
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Besonders
bevorzugt weist der Befestigungsbereich einen Durchbruch, insbesondere
eine Schraubenöffnung auf. Dadurch ist die Mehrlagen-Leiterplatte
vorteilhafterweise an einem Gehäuse verschraubbar oder
im Bereich einer Verschraubung eines mehrteilig ausgebildeten Gehäuses
zwischen den Gehäuseteilen verspannbar, wobei dann die
zur Verspannung der Gehäuseteile verwendete Schraube durch
die Mehrlagen-Leiterplatte hindurchgeführt werden kann.
Insgesamt führt die Anordnung der zweiten Kontaktinsel
in dem vorteilhaften Befestigungsbereich dazu, dass gerade dort,
wo hohe Kräfte – beispielsweise bei der Verschraubung
der Gehäuseteile – wirken, der elektrische Kontakt
von der Anschlusseinrichtung mittels der zweiten Kontaktinsel zu
dem Gehäuse realisiert ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders
zuverlässiger und dauerhaft gewährleisteter elektrischer
Kontakt zwischen der Masselage der Mehrlagen-Leiterplatte und einem Gehäuse.
Vorteilhafterweise ist eine Kontaktebene zwischen dem Kontakt des
Gehäuses und dem Gegenkontakt der Mehrlagen-Leiterplatte
im Wesentlichen senkrecht zur Wirkungsrichtung der Kraft des Befestigungsmittels
ausgerichtet.
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Zweckmäßigerweise
ist die zweite Kontaktinsel kreisringförmig ausgebildet
und insbesondere koaxial zu der Schraubenöffnung angeordnet.
Die erste Kontaktinsel ist sozusagen bevorzugt unterlegscheibenartig
ausgebildet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste Kontaktinsel und
die zweite Kontaktinsel mittels der Koppelimpedanz elektrisch miteinander verbunden.
Der elektrische Pfad führt somit von der Masselage der
Mehrlagen-Leiterplatte zu der ersten Kontaktinsel und von dieser
mittels der Koppelimpedanz zu der zweiten Kontaktinsel, welche wiederum als
Gegenkontakt für das die Mehrlagen-Leiterplatte aufnehmende
Gehäuse dient.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Anschlusseinrichtung
eine weitere zweite Kontaktinsel auf, die auf der der zweiten Kontaktinsel
gegenüberliegenden Oberfläche beziehungsweise
Seite der Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet ist. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, wenn die Mehrlagen-Leiterplatte zwischen unterschiedlichen Gehäuseteilen
eines Gehäuses verspannt werden soll.
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Zweckmäßigerweise
sind die sich gegenüberliegenden zweiten Kontaktinseln
mittels zumindest einer Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden – Wobei
die Durchkontaktierung hierbei natürlich nicht durch die
Masselage führt beziehungsweise mit dieser in Kontakt steht.
Vorteilhafterweise sind mehrere Durchkontaktierungen zwischen den
zweiten Kontaktinseln und besonders bevorzugt mehrere derartige
Anschlusseinrichtungen vorgesehen, um eine besonders gute Dämpfung
von Gleichtakt-Abstrahlungen und/oder -Einstrahlungen beziehungsweise
eine Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit
zu gewährleisten.
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Das
erfindungsgemäße elektrische/elektronische Modul
weist vorteilhafterweise eine Mehrlagen-Leiterplatte auf, die wie
oben stehend beschrieben ausgebildet ist.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Moduls einteilig ausgebildet
ist oder zumindest zwei Gehäuseteile aufweist, zwischen
denen die Mehrlagen-Leiterplatte zumindest teilweise gehalten ist.
Vorteilhafterweise sind Aussparungen und/oder Vorsprünge
in mindestens einem der Gehäuseteile oder in dem einteilig
ausgebildeten Gehäuse als Haltemittel vorgesehen, mittels
denen die Mehrlagen-Leiterplatte an ihrem zumindest einem Befestigungsbereich
gehalten werden kann. Ebenso ist es denkbar, ein oder mehrere Federelemente
vorzusehen, die die Mehrlagen-Leiterplatte und dadurch die zweite
Kontaktinsel der Anschlusseinrichtung mit der Gehäusegegenkontaktfläche
gegen das Gehäuse beziehungsweise eine Gehäusekontaktfläche
des Gehäuses drücken.
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Vorteilhafterweise
weist das elektrische/elektronische Modul mindestens ein Befestigungsmittel zum
Befestigen der Gehäuseteile aneinander und/oder zum Verspannen
der Mehrlagen-Leiterplatte zwischen den Gehäuseteilen oder
in dem einteilig ausgebildeten Gehäuse auf. Zweckmäßigerweise
ist der Befestigungsbereich derart auf der Mehrlagen-Leiterplatte
angeordnet, dass er sich im montierten Zustand des Moduls im Bereich
des Befestigungsmittels befindet, sodass eine zuverlässige
und dauerhafte elektrische Kontaktierung – wie oben bereits
beschrieben – des Gehäuses gewährleistet
ist.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass das einteilig ausgebildete Gehäuse
oder mindestens eines der Gehäuseteile eine Gehäusekontaktfläche
aufweist oder bildet, die zum elektrischen Kontaktieren und/oder
zum Verspannen der Mehrlagen-Leiterplatte auf der Gehäusegegenkontaktfläche
der Mehrlagen-Leiterplatte aufliegt.
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Vorteilhafterweise
ist die Gehäusekontaktfläche, insbesondere von
einem elektrisch leitfähigen und mit dem Gehäuse
elektrisch wirkverbundenen, Kontaktfederelement gebildet. Über
das Kontaktfederelement wird somit die zweite Kontaktinsel mit dem
einteiligen oder mehrteiligen Gehäuse elektrisch verbunden.
Gleichzeitig oder alternativ kann das Kontaktfederelement zum Befestigen
der Mehrlagen-Leiterplatte, wie oben bereits erwähnt, dienen.
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Ferner
ist vorgesehen, dass das Befestigungsmittel als Verprägung,
Verklemmung und/oder Verschraubung ausgebildet ist. Wobei hierbei
eine Schraube der Verschraubung, wie oben bereits beschrieben, vorteilhafterweise
durch eine entsprechende Öffnung im Befestigungsbereich
der Mehrlagen-Leiterplatte führt und die zweite Kontaktinsel
koaxial zu der Schraubenöffnung angeordnet ist. Bei dem
einteilig ausgebildeten Gehäuse, das beispielsweise eine
Becherform mit einer Öffnung für Steckverbinder
aufweist, wird die Mehrlagen-Leiterplatte bevorzugt mittels Federelementen
oder mittels Verprägen befestigt. Auch hierbei lassen sich
die Befestigungspunkte/Verspannungspunkte gleichzeitig als elektrische
Kontaktpunkte nutzen.
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Vorteilhafterweise
weist das Gehäuse beziehungsweise zumindest eines der Gehäuseteile
mindestens eine Kühlbank, insbesondere für ein
auf der Mehrlagen-Leiterplatte anordenbares Leistungs-Bauelement,
wie zum Beispiel einen Leistungshalbleiter, auf.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Kühlbank mit der zweiten Kontaktinsel
in Berührungskontakt steht. Dies kann sowohl die einzige
elektrische Verbindung als auch eine zusätzliche elektrische
Verbindung von der Mehrlagen-Leiterplatte zu dem Gehäuse
darstellen.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass der Kondensator der Reihenschaltung als Flächenkapazität ausgebildet
ist, die von der mindestens einen Kühlbankoberfläche
und mindestens einer auf der Oberfläche der Mehrlagen-Leiterplatte
angeordneten Metallschicht gebildet wird. Bei der Ausbildung der
Koppelimpedanz als Reihenschaltung aus ohmschen Widerstand und Kondensator
ist also vorgesehen, dass der Kondensator nicht als diskretes Bauelement
ausgeführt ist, sondern als flächige, verteilte
Kapazität, die die Kühlbankoberfläche
zusammen mit der Metallschicht bildet. Die Metallschicht, oder auch
metallische Fläche, ist von sonstigen elektrisch leitfähigen Elementen
und Takt- und/oder Signalleitungen der Mehrlagen-Leiterplatte isoliert
und ausschließlich durch den ohmschen Widerstand mit der
Masselage verbunden, so dass die Reihenschaltung aus Kondensator
und Widerstand entsteht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Zeichnungen näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 einen
Querschnitt durch eine vorteilhafte Mehrlagen-Leiterplatte,
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2 eine
Draufsicht auf eine vorteilhafte Anschlusseinrichtung der Mehrlagen-Leiterplatte,
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3 eine
vorteilhafte Mehrlagen-Leiterplatte in einer Draufsicht und
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4 beispielhafte
Frequenzgänge eines Gleichtaktstroms der Mehrlagen-Leiterplatte.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine
vorteilhafte Mehrlagen-Leiterplatte 1. Die Mehrlagen-Leiterplatte weist
eine eine erste Lage 2 bildende Masselage 3 auf,
die innerhalb der Mehrlagen-Leiterplatte 1 angeordnet ist
und sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche
der Mehrlagen-Leiterplatte 1 erstreckt. Weiterhin weist
die Mehrlagen-Leiterplatte 1 mindestens eine Takt- und/oder
Signalleitung auf, die in einer zu der ersten Lage 2 beabstandeten
zweiten Lage der Mehrlagen-Leiterplatte 1 liegt und in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 nicht
dargestellt ist. Weiterhin weist die Mehrlagen-Leiterplatte 1 eine Anschlusseinrichtung 4 auf,
die zum elektrischen Verbinden der Masselage 3 mit einem
elektrisch leitfähigen, die Mehrlagen-Leiterplatte 1 aufnehmenden Gehäuse
dient. Die Anschlusseinrichtung 4 weist eine erste elektrisch
leitfähige Kontaktinsel 5 auf, die auf einer elektrisch
nicht leitfähigen Oberfläche 6 der Mehrlagen-Leiterplatte 1 aufliegt
beziehungsweise angeordnet ist. Die erste Kontaktinsel 5 ist
mittels einer Durchkontaktierung 7, die im Wesentlichen
von der Oberfläche 6 durch die Mehrlagen-Leiterplatte 1 bis
zur gegenüberliegenden Oberfläche 8 führt
und dabei die Masselage 3 durchdringt, mit der Masselage 3 elektrisch
verbunden. Über die erste Kontaktinsel 5 kann
somit die im Inneren der Mehrlagen-Leiterplatte 1 liegende
Masselage 3 elektrisch kontaktiert werden. Je nach Größe
und Anordung der ersten Kontaktinsel 5 können
natürlich auch mehrere Durchkontaktierungen 7,
wie sie oben beschrieben worden sind, vorgesehen sein. Durch die
im Wesentlichen senkrecht durch die Mehrlagen-Leiterplatte 1 verlaufende
Durchkontaktierung 7 wird ein besonders kurzer (elektrischer)
Weg von der Masselage 3 zu der Kontaktinsel 5 gewährleistet.
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Die
Anschlusseinrichtung 4 weist weiterhin eine zweite elektrisch
leitfähige Kontaktinsel 9 auf, die ebenfalls auf
der Oberfläche 6 der Mehrlagen-Leiterplatte 1 aufliegt
und beabstandet zu der ersten Kontaktinsel 5 angeordnet
ist.
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Die
Anschlusseinrichtung 4 weist weiterhin eine Koppelimpedanz 10 mit
einem ohmschen beziehungsweise elektrischen Widerstand 11 auf,
der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der ersten
Kontaktinsel 5 und der zweiten Kontaktinsel 9 aufliegt
und somit eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktinseln 5, 9 herstellt.
Der ohmsche Widerstand 11 ist vorteilhafterweise als ein in
der Leiterplatten-Technik übliches SMD-Bauelement (Oberflächenmontiertes-Bauelement;
SMD = surface-mounted-device) ausgebildet.
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Die
Anschlusseinrichtung 4 weist weiterhin eine der zweiten
Kontaktinsel 9 gegenüberliegende weitere zweite
Kontaktinsel 12 auf, die auf der Oberfläche 8 aufliegt.
Die beiden zweiten Kontaktinseln 9 und 12 sind
mittels einer Durchkontaktierung 13, die durch die Mehrlagen-Leiterplatte 1 im
Wesentlichen senkrecht führt, miteinander elektrisch verbunden. Zweckmäßigerweise
ist die Durchkontaktierung 13 beabstandet zu der Masselage 3 angeordnet,
sodass kein Kurzschlusskontakt erfolgen kann.
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Die
zweiten Kontaktinseln 9 und 12 bilden an ihren
von der Mehrlagen-Leiterplatte 1 wegweisenden Seite jeweils
eine Gehäusegegenkontaktfläche 14 beziehungsweise 15.
Die Gehäusegegenkontaktflächen 14, 15 dienen
als elektrischer Gegenkontakt 16 beziehungsweise 17 zu
einem hier nicht dargestellten elektrisch leitfähigen Gehäuse
in welchem die Mehrlagen-Leiterplatte 1 gehalten werden
kann.
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Alternativ
kann auch zumindest eine der Gegenkontaktflächen 14, 15 als
eine Gegenkontaktfläche für beispielsweise die
Unterseite eines Schraubenkopfes ausgebildet sein. Die zweiten Kontaktinseln 9 und 12 sind
auf der Mehrlagen-Leiterplatte 1 in einem Befestigungsbereich 18 angeordnet.
Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er beim Anordnen und insbesondere
beim Befestigen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 in einem Gehäuse
zum Befestigen benutzt wird und zumindest bereichsweise mit dem Gehäuse
in Kontakt steht. Ist beispielsweise vorgesehen, die Mehrlagen-Leiterplatte 1 in
einem zweiteiligen Gehäuse anzuordnen, so wird die Mehrlagen-Leiterplatte
vorteilhafterweise zunächst in ein erstes Gehäuseteil
eingelegt, wobei eine der Gehäusegegenkontaktflächen 14, 15 auf
eine entsprechende Gehäusekontaktfläche des Gehäuseteils
gelegt wird, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der entsprechenden
zweiten Kontaktinsel 9, 12 und dem Gehäuseteil
beziehungsweise dem Gehäuse hergestellt ist. Zweckmäßigerweise
wird anschließend ein zweites Gehäuseteil des
mehrteiligen Gehäuses auf dem ersten Gehäuseteil
derart angeordnet, dass die Mehrlagen-Leiterplatte 1 dazwischen mit
ihrem Befestigungsbereich 18 eingespannt wird, wobei dann
die Gehäusegegenkontaktfläche 15, 14 der
zweiten Kontaktinsel 12, 9 mit einer Gehäusekontaktfläche
des zweiten Gehäuseteils in Kontakt gebracht wird, sodass
hier eine zweite elektrische Verbindung von der Anschlusseinrichtung 4 zu
dem Gehäuse erstellt ist. Bevorzugt weist das Gehäuse
zumindest ein Befestigungsmittel auf, mit dem die beiden Gehäuseteile
aneinander befestigt und die Mehrlagen-Leiterplatte 1 dazwischen
verspannt werden kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist als Befestigungsmittel eine Verschraubung 19 vorgesehen,
von der hier nur der Gewindebolzen 20 einer Schraube 21 dargestellt
ist, wobei der Gewindebolzen 20 in einem Durchbruch 22,
der als Schraubenöffnung 23 in der Mehrlagen-Leiterplatte 1 ausgebildet
ist, einliegt und durch die Mehrlagen-Leiterplatte 1 hindurchragt.
Die Schraube 21 kann beispielsweise mittels je einer Mutter
an einem der Gehäuseteile befestigt und somit die Gehäuseteile
gegeneinander und damit die Mehrlagen-Leiterplatte 1 zwischen
den Gehäuseteilen verspannt werden. Natürlich
ist es auch denkbar, nur ein Gehäuseteil vorzusehen, an dem
die Mehrlagen-Leiterplatte 1 mittels einer Schraube festgeschraubt
wird, wobei dann die Schraube 21 mit einem hier nicht dargestellten Schraubenkopf
beispielsweise auf der Gehäusegegenkontaktfläche 14,
die dann entsprechend die oben beschriebene Gegenkontaktfläche
für die Unterseite des Schraubenkopfs bildet, aufliegt,
um somit ein elektrische Verbindung von dem Schraubenkopf über
den Gewindebolzen 20 bis in das andere Gehäuseteil
zu realisieren.
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Die 2 zeigt
die Anschlussvorrichtung 4 der Mehrlagen-Leiterplatte 1 aus
der 1 in einer Draufsicht. Hierbei ist zu sehen, dass
zwei Durchkontaktierungen 7 zum elektrischen Verbinden
der ersten Kontaktinsel 5 mit der Masselage 3 vorgesehen sind.
Die zweite Kontaktinsel 9 ist kreisringförmig ausgebildet
und koaxial zu der Schraubenöffnung 23 beziehungsweise
dem Gewindebolzen 20 angeordnet. Somit befindet sich die
zweite Kontaktinsel 9 im Bereich der höchsten
Kräfte, wenn zwei Gehäuseteile mittels der Schraube 21 aneinander
befestigt beziehungsweise die Mehrlagen-Leiterplatte 1 zwischen
den Gehäuseteilen verspannt wird. Hierdurch wird eine elektrische
Verbindung von der Anschlusseinrichtung 4 zu einem Gehäuse
oder einem Gehäuseteil auf einfache Art und Weise sicher
und dauerhaft gewährleistet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der 2 sind drei Durchkontaktierungen 13 vorgesehen,
die zum elektrischen Verbinden der zweiten Kontaktinsel 9 mit
der hier nicht dargestellten zweiten Kontaktinsel 12 dienen.
Natürlich ist es auch denkbar, lediglich die eine zweite
Kontaktinsel 9 zu verwenden. Die Kontaktinseln 9 und 12 sind vorteilhafterweise
als elektrisch leitende Schichten auf der Oberfläche 6 beziehungsweise 8 der
Mehrlagen-Leiterplatte 1 ausgebildet.
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Alternativ
ist es denkbar, anstelle des Widerstands 11 eine Reihenschaltung
aus einem oder dem ohmschen Widerstand und einem Kondensator vorzusehen.
Der elektrische Widerstand 11 dient dazu, die Gleichtakt-Abstrahlung
und -einstrahlung der Mehrlagen-Leiterplatte 1 oder eines
die Mehrlagen-Leiterplatte 1 aufweisenden Moduls breitbandig zu
dämpfen, um die elektromagnetische Verträglichkeit
der Mehrlagen-Leiterplatte 1 beziehungsweise des Moduls
zu erhöhen. Die Reihenschaltung aus ohmschen Widerstand
und Kondensator ist zweckmäßig, falls eine Isolation
zwischen der Masselage 3 und dem elektrisch leitfähigen
Gehäuse erforderlich ist. Der Widerstandswert des elektrischen
Widerstands 11 wird vorteilhafterweise derart ausgelegt, dass
sich breitbandig bei gegebener Anzahl von Anschlusseinrichtungen 4 auf
der Mehrlagen-Leiterplatte 1 eine bestmögliche
Dämpfung der Gleichtakt-Abstrahlung und/oder -Einstrahlung
ergibt. Die Kapazität des Kondensators ist vorteilhafterweise
derart gewählt, dass sich eine ausreichend niedrige Grenzfrequenz
ergibt, ab der die bestmögliche Dämpfung der Gleichtakt-Abstrahlung
und/oder -Einstrahlung bei Verwendung der Reihenschaltung auftritt.
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Durch
die vorteilhafte Ausbildung der Mehrlagen-Leiterplatte 1 kann
der üblicherweise sonst verwendete Klemmrand vollständig
entfallen, wodurch sich insbesondere die Größe
der Mehrlagen-Leiterplatte und eines die Mehrlagen-Leiterplatte aufnehmenden
Gehäuses reduzieren lässt, wodurch unter Anderem
Herstellungskosten gesenkt werden. Darüber hinaus wird
die Gleichtakt-Abstrahlung und -Einstrahlung gegenüber
einer bekannten Mehrlagen-Leiterplatte breitbandig verringert, die
elektromagnetische Verträglichkeit des Moduls also verbessert.
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Die 3 zeigt
in einer Draufsicht eine Mehrlagen-Leiterplatte 1, die
im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und an ihren vier Ecken
jeweils eine Anschlusseinrichtung 4 aufweist. Die Mehrlagen-Leiterplatte 1 wird
hierbei in einem ebenfalls vorteilhafterweise rechteckigen Gehäuse,
dessen zwei Gehäusehälften mit vier Verschraubungen
im Gehäuse zusammengepresst werden, eingebracht, wobei
die Anschlusseinrichtungen 4, beziehungsweise die Kontaktinseln 9 der
Anschlusseinrichtungen 4 in dem jeweiligen entsprechenden
Befestigungsbereich 18, der durch die Anordnung der jeweiligen
Verschraubung 19 definiert beziehungsweise bestimmt wird,
angeordnet sind.
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Bei
Gehäusen, die Teilbereiche aufweisen, welche zur Kühlung
von beispielsweise Leistungs-Bauelementen dienen, die auf der Mehrlagen-Leiterplatte
angeordnet sind, werden diese Teilbereiche oft als sogenannte Kühlbänke
ausgeführt, die die zu kühlenden Bereiche der
Mehrlagen-Leiterplatte, wie zum Beispiel ein Leistungs-Bauelement, fast
berühren und über ein Wärmeleitmedium
in engem thermischen Kontakt zur Mehrlagen-Leiterplatte beziehungsweise
zu dem Leistungs-Bauelement stehen. Bei derartigen Gehäusen
ist es vorteilhaft, wenn eine zusätzliche Anschlusseinrichtung 4 derart
angeordnet ist, dass sie eine zusätzliche elektrische Verbindung
zwischen der Kühlbank und der Masselage 3 der
Mehrlagen-Leiterplatte über die Koppelimpedanz 10 realisiert,
wobei die Kühlbank zweckmäßigerweise
mit dem Gegenkontakt 16 oder 17 der Kontaktinseln 9 oder 12 in
Berührungskontakt steht. Alternativ kann auch vorgesehen
sein, dass diese elektrische Verbindung zwischen der Kühlbank
und der Masselage 3 die einzige elektrische Verbindung
von der Masselage 3 zu dem Gehäuse darstellt.
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Die 4 zeigt
beispielhafte Frequenzgänge eines Gleichtaktstroms |ICM|, wenn die elektrische Verbindung zwischen
der Masselage 3 und der Mehrlagen- Leiterplatte 1 und
einem die Mehrlagen-Leiterplatte 1 aufnehmenden Gehäuse,
wie oben beschrieben durch die Anschlusseinrichtung 4 mit
der Koppelimpedanz 10 ausgeführt ist. Im Vergleich
ist ein beispielhafter Frequenzgang 24 für ein
stark vereinfachtes, fiktives Steuergeräte-Gehäuse
mit einer Grundfläche von circa 160 × 120 mm2 und einer Schlecht-Anregung (worst-case-Anregung)
des Gleichtaktstroms numerisch dargestellt. Das Referenzmodul weist
eine offene Gehäusekante auf, die durch einen Steckverbinder
bedingt ist, der zum elektrischen Kontaktieren der Mehrlagen-Leiterplatte
in dem Gehäuse dient. Bei einem dreiseitig auf einer Oberfläche
der Mehrlagen-Leiterplatte 1 ideal angeschlossenem Klemmrand
steigt der Referenz-Gleichtaktstrom bis zur ersten Resonanz von 600
MHz mit 40 dB/Dekade an. Es liegt hierbei der aus der Literatur
bekannte, sogenannte „current driven common-mode effect” vor.
Der Frequenzgang 24 dient hier als Referenz, obwohl er
aus den bereits erläuterten Gründen in der Praxis
nicht erreicht werden dürfte.
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Für
eine Ausführung mit vier Anschlusseinrichtungen 4,
die in den Ecken der Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet sind, wie
in der 3 dargestellt, ist ein Frequenzgang 25 beispielhaft
dargestellt, wobei der Wert des ohmschen Widerstands 11 rechnerisch
zu 50 Ω so optimiert ist, dass sich breitbandig eine möglichst
große Dämpfung des Gleichtaktstroms ergibt. Die
Dämpfung des Gleichtaktstroms beträgt bis etwa
zur ersten Resonanzfrequenz von 600 MHz 11 Dezibel und im Frequenzbereich
der Resonanz noch 6 Dezibel, sodass sich wie gefordert die Gleichtakt-Abstrahlung
verringert. Dabei ist der optimale Wert des Widerstands 11 unkritisch.
Vorteilhafte Werte im Bereich von 50 Ω bis 80 Ω führen
zu vergleichbaren Frequenzgängen. Bei Ausführung
der Koppelimpedanz 10 als Reihenschaltung aus Widerstand
und Kondensator lässt sich ein dem Frequenzgang 25 ähnlicher
Frequenzgang 26 erzielen. Lediglich zu sehr tiefen Frequenzen
ist die Dämpfungswirkung etwas geringer, was durch das
Hochpassverhalten der Reihenschaltung bedingt ist. Dies wird aus dem
dargestellten Gleichtakt-Frequenzgang 26 mit einem Widerstandswert
von 50 Ω und 10 nF für den Kondensator deutlich.
Durch einen größeren Kapazitätswert ließen
sich diese Grenzfrequenzen des Hochpassverhaltens zu noch tieferen
Frequenzen verschieben. Dabei ist allerdings zu beachten, dass die
Gleichtakt-Abstrahlung bei den tiefen Frequenzen ohnehin gering
ist.
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Die
Funktion der Koppelimpedanz 10 mit einem ohmschen Anteil
beruht anschaulich darauf, dass einerseits der oben beschriebene
Resonanzkreis gedämpft wird und darüber hinaus
die sich zwischen der anregenden Takt- und/oder Signalleitung und
der zugewandten Gehäusehälfte beziehungsweise
dem zugewandten Gehäuseteil (nur eine Gehäusehälfte
ist durch die durchgehende Masselage 3 geschirmt) ausbreitende
Welle in den Koppelimpedanzen 10 näherungsweise
abgeschlossen wird.
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Weitere
Untersuchungen belegen, dass sich das aufgestellte Modell reziprok
verhält, sodass zum Einen eine Spannungsquelle mit einem
Wert U0 am Beginn einer Signalleitung zu
einem Strom I in einer an die Masselage 3 angeschlossene
Leitung und zum Anderen die selbe Spannungsquelle U0 zwischen
Masselage 3 und der an die Masselage angeschlossenen Leitung
zum gleichen Strom I durch die (unveränderte) Impedanz
am Beginn der Signalleitung führt. Somit wird mittels der
vorteilhaft ausgebildeten Mehrlagen-Leiterplatte 1 auch
die Gleichtakt-Einstrahlung verringert.
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Die
vorteilhafte Mehrlagen-Leiterplatte 1 kann beispielsweise
bei elektronischen Steuergeräten eingesetzt werden, bei
denen die aus dem Gehäuse herausgeführten elektrischen
Leitungen über Abblock- beziehungsweise Filterkondensatoren
an die Masselage 3 angeschlossen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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