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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die ein zumindest bereichsweise elektrisch leitendes Gehäuse und eine Leiterplatte umfasst.
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Stand der Technik
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Die 1 zeigt eine bekannte Einrichtung, die ein Gehäuse 21 und eine mehrlagige Leiterplatte 22 aufweist. Die mehrlagige Leiterplatte 22 umfasst eine Masselage 33, die zwischen zwei weiteren, elektrisch nicht leitenden Lagen 25 und 26 eingebettet ist. Auf der Oberseite und der Unterseite der Leiterplatte 22 sind Leiterbahnen 27, 28 angeordnet, die stellenweise mittels Durchkontaktierungen 29 elektrisch miteinander verbunden sind. Auf der Oberseite der Leiterplatte 22 sind mehrere elektronische Bauteile, hier ein DC/DC-FET (Feldeffekttransistor) 24 und eine DC/DC-Drossel 30, angeordnet und mit den Leiterbahnen 27 kontaktiert. Um eine elektrische Trennung der Leiterbahnen 28 auf der Unterseite der Leiterplatte 22 von dem elektrisch leitenden Gehäuse 21 zu gewährleisten, sind mehrere Abstandshalter 23 zwischen der Unterseite der Leiterplatte 22 und der Gehäuseinnenfläche angeordnet.
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Nachteilig an einer derart bekannten Einrichtung ist, dass von den auf der Leiterplatte 22 angeordneten elektronischen Bauteilen oder Leiterbahnen 27, 28 durch elektrische Einkopplung Ströme in dem Gehäuse 21 erzeugt werden. 1 zeigt dies beispielhaft an dem Drain des FETs 24, der mit dem Gehäuse 21 einen parasitären Koppelkondensator 31 ausbildet. Beim Schalten des FETs 24 wird durch den Koppelkondensator 31 ein Strom im Gehäuse 21 erzeugt. Dieser Strom fließt Richtung Masse. Je nachdem, wie das Gehäuse 21 mit der Masse verbunden ist, können sehr große Stromschleifen entstehen, wie in der 1 durch Pfeile 32 angedeutet. Derartige Stromschleifen sind problematisch bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Insbesondere können derartige undefinierte Stromschleifen zu störenden Abstrahlungen führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, die ein zumindest bereichsweise elektrisch leitendes Gehäuse, eine Leiterplatte und mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel umfasst, wobei die Leiterplatte eine Masselage aufweist, das Gehäuse mit der Leiterplatte mittels des elektrisch leitenden Verbindungsmittels mit der Masselage elektrisch verbunden ist, und das Verbindungsmittel zur Kontaktierung der Masselage durch die Leiterplatte zumindest teilweise hindurchgeht.
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Die elektrisch leitenden Verbindungsmittel ermöglichen die Ausbildung von vorteilhaft kurzen Stromschleifen, um im Gehäuse erzeugte, insbesondere parasitäre Ströme aus dem Gehäuse zur Masse zu führen. Durch diese Maßnahme kann die Abstrahlung reduziert und auf diese Weise die EMV der Einrichtung verbessert werden. Das verbesserte Abstrahlverhalten kann dafür genutzt werden, alternative elektronische Bauteile zu verwenden, beispielsweise einen DC/DC-FET durch einen schnellschaltenden, verlustleistungsarmen FET in kleiner Bauform zu ersetzen. Des Weiteren können die elektrisch leitenden Verbindungsmittel als Abschirmung eingesetzt werden, um kapazitive oder induktive Überkopplungen zwischen benachbarten elektrischen Elementen zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt ist, dass das elektrische Verbindungsmittel einen elektrisch leitenden Abstandshalter umfasst. Der Abstandshalter hat den Zweck, die Leiterplatte in Abstand von dem Gehäuse zu halten. Auf diese Weise übernimmt der Abstandshalter eine Doppelfunktion. Liegt die Masselage im Innern der Leiterplatte, was erfindungsgemäß bevorzugt ist, so kann der Abstandshalter mittels einer elektrisch leitenden Durchkontaktierung mit der Masselage verbunden sein.
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Alternativ oder ergänzend können die Abstandshalter den Zweck haben, Wärme aus der Leiterplatte in das Gehäuse abzuleiten.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verbindungsmittel eine elektrische Kontaktierung, die aus einem Loch in der Leiterplatte von der Masselage auf den Rand des Loches herausgeführt ist. Diese elektrische Kontaktierung liegt vorzugsweise auf einer im Bereich der Kontaktierung vorgesehenen Erhebung des Gehäuses auf.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsformen, die durch Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine Einrichtung gemäß Stand der Technik,
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2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung, und
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3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche oder einander entsprechende Bauteile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 gezeigte, bekannte Vorrichtung wurde bereits im Rahmen der Erläuterung des Standes der Technik beschrieben.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Ansicht ist auf einen Teil der Einrichtung reduziert.
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Die Einrichtung umfasst ein zumindest bereichsweise elektrisch leitendes Gehäuse 1, eine Leiterplatte 2 und mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel 3a. Das Gehäuse 1 ist hier ein Aluminium-Gehäuse. Die Leiterplatte 2 ist eine mehrlagige Leiterplatte mit einer Masselage 4, die zwischen zwei weiteren Lagen 5, 6 eingebettet ist. Die Masselage 4 besitzt die Eigenschaft, sehr niederohmig zu sein. Die weiteren Lagen 5, 6 bestehen aus einem nicht leitenden Material, beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff.
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Auf der Oberseite der Leiterplatte 2 sind Leiterbahnen 13, auf der Unterseite der Leiterplatte 2 Leiterbahnen 14 vorgesehen. Die Leiterbahnen 13 und 14 sind zumindest stellenweise über Durchkontaktierungen 15 miteinander elektrisch verbunden.
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Des Weiteren umfasst die Einrichtung mehrere elektronische Bauteile, hier exemplarisch dargestellt durch einen DC/DC-FET 12, die mit der Leiterplatte 2 verbunden und elektrisch durch die Leiterbahnen 13 und/oder 14 kontaktiert sind.
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Die Einrichtung umfasst mehrere Verbindungsmittel 3a, von denen in 2 beispielhaft ein einzelnes Verbindungsmittel 3a gezeigt ist. Ein Verbindungsmittel 3a umfasst einen elektrisch leitenden Abstandshalter 7. Der Abstandshalter 7 ist zwischen der Unterseite der Leiterplatte 2 und dem Gehäuse 1 angeordnet, wobei der Abstandshalter 7 das Gehäuse 1 unmittelbar kontaktiert. Der Abstandshalter 7 hat den Zweck, die Leiterplatte 22 in einem definierten Abstand vom Gehäuse 1 zu halten, insbesondere damit die Leiterbahnen 14 nicht ungewünscht durch das Gehäuse 1 berührt werden.
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Des Weiteren umfasst das jeweilige Verbindungsmittel 3a eine Durchkontaktierung 8. Die Durchkontaktierung 8 geht durch die Lage 6 der Leiterplatte 2 hindurch und verbindet den Abstandshalter 7 elektrisch mit der Masselage 4. Das Gehäuse 1 ist auf diese Weise über den Abstandshalter 7 und die Durchkontaktierung 8 mit der Masselage 4 der Leiterplatte 2 elektrisch verbunden.
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Die Leiterbahnen 14 sind mit dem Drain des FETs 12 verbunden und bilden in Zusammenwirkung mit dem Gehäuse 1 einen parasitären Koppelkondensator 16 aus. Insbesondere bei einem Schaltvorgang des FETs 12 werden über den Koppelkondensator 16 Ströme in dem Gehäuse 1 erzeugt. Über die Verbindungselemente 3a können diese ungewünschten Ströme auf kurzem Wege der Masselage 4 zugeführt werden, wie in der 2 durch Pfeile 17 angedeutet.
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Um möglichst kurze Stromschleifen zu erzielen, sind die Verbindungsmittel 3a im näheren Bereich des FETs 12, insbesondere gegenüberliegend dem FET 12 angeordnet.
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Um derartige kurze Stromschleifen zu gewährleisten, ist es bevorzugt, eine Vielzahl von solchen Verbindungsmitteln 3a vorzusehen. Die Verbindungsmittel 3a können großflächig über die Leiterplatte 2 verteilt sein. Die Abstandshalter 7 sind vorzugsweise lokal begrenzt, beispielsweise in Tropfenform oder in Form eines kurzen Stegs, wie in der 2 gezeigt, ausgebildet. Als Material für einen Abstandshalter 7 eignet sich insbesondere ein Lot.
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In einer alternativen Ausbildung eines Verbindungsmittels 3c ist zwischen Abstandshalter 7 und Masselage 4 zusätzlich ein Dämpfungswiderstand 20 elektrisch in Reihe zwischengeschaltet. Der Dämfpungswiderstand 20 hat den Zweck, Schwingungen insbesondere von parasitären Schwingkreisen zu dämpfen.
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Der Dämpfungswiderstand 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Unterseite der Leiterplatte 2 angeordnet und über eine Durchkontaktierung 8 mit der Masselage 4 verbunden. Mit dem Abstandshalter 7 ist der Dämpfungswiderstand 20 über eine auf der Leiterplatte 2 verlaufende Leiterbahn elektrisch verbunden.
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Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Darstellung der Einrichtung ist auf einen Ausschnitt der Einrichtung beschränkt.
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Entsprechend der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die Einrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ein elektrisch leitendes Gehäuse 1 und eine mehrlagige Leiterplatte 2. Die Leiterplatte 2 setzt sich aus einer niederohmigen Masselage 4 und zwei weiteren, isolierenden Lagen 5, 6, zwischen denen die Masselage 4 eingebettet ist, zusammen.
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In Abweichung von der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die Einrichtung ein Verbindungsmittel 3b, das durch eine elektrische Kontaktierung gebildet wird, die aus einem Loch 9 in der Leiterplatte 2 von der Masselage 4 auf den Rand des Loches 9 herausgeführt ist. Die elektrische Kontaktierung bildet am Rand des Loches 9 eine ringförmige Auflage 18. Das Gehäuse 1 ist im Bereich des Loches 9 mit einer zur Leiterplatte 2 hinweisenden Erhebung 10 ausgebildet, die die ringförmige Auflage 18 des Verbindungsmittels 3b unmittelbar kontaktiert. Die Erhebung 10 weist für den Eingriff einer Schraube 11 ein Loch 19 auf, welches fluchtend mit dem Loch 9 in der Leiterplatte 2 ist. Die Schraube 11 lässt sich in eine nicht näher dargestellte Aufnahme des Gehäuses 1 einschrauben, so dass die Leiterplatte 2 gegen die Erhebung 10 gepresst wird und die Aufrechterhaltung des elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbindungsmittel 3b und dem Gehäuse 1 gewährleistet ist. Beispielsweise kann sich das Gehäuse 1 aus zwei Gehäusehälften zusammensetzen, die durch die Schraube 11 miteinander verschraubt werden und gleichzeitig auf diese Weise mit der Masselage 4 der Leiterplatte 2 verbunden werden.
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Insbesondere kann das Verbindungsmittel 3b mit einem weiteren, der Erhebung 10 gegenüberliegenden ringförmigen Auflagefläche 18 ausgebildet sein, wie auch in 3 dargestellt, so dass von beiden Seiten der Leiterplatte 2 das Gehäuse 1 die Masselage 4 über das Verbindungsmittel 3b kontaktieren kann.
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Die beschriebenen Einrichtungen sind beispielsweise als Steuergeräte mit Metallgehäuse, insbesondere für Kraftfahrzeug-Anwendungen einsetzbar.
