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Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein mit einer Massefläche einer Leiterplatte über wenigstens eine Pressverbindung an wenigstens einer Kontaktstelle verbundenes Schirmblech zur Abschirmung elektromagnetischer Felder, insbesondere zur Hochfrequenzabschirmung.
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Elektronische Vorrichtungen, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, weisen häufig auf einer Leiterplatte angeordnete elektronische Komponenten auf, die störempfindlich für externe elektromagnetische Felder, beispielsweise Hochfrequenzfelder, sind. Ein Beispiel hierfür können Touchpads sein, die über Kondensatoren Feldschwankungen messen sollen, die durch einen Finger eines Bedieners hervorgerufen werden. Dafür können beispielsweise entsprechende Sensoren auf der Leiterplatte (häufig auch PCB – Printed Circuit Board) angeordnet sein, die auch den Einflüssen äußerer elektromagnetischer Felder, beispielsweise eines neben dem Touchpad abgelegten Mobiltelefons, ausgesetzt sein können.
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Daher wird an solchen für äußere elektromagnetische Felder empfindlichen elektronischen Vorrichtungen häufig ein Schirmblech, insbesondere zur Abschirmung von Hochfrequenz, angeordnet. Diese Schirmbleche sind üblicherweise mit den Leiterplatten bzw. Elektronikplatinen verlötet, um einen einwandfreien Kontakt zu gewährleisten. Wenn aus Gründen der Herstellung, der Teilekosten oder anderen Gründen ein Schirmblech nur über eine Pressverbindung, beispielsweise eine Verschraubung, Verklemmung oder ähnliche Kontaktierung, verbunden werden kann, ergibt sich eine neue Problematik. Je nach Materialkombination (Material der auf der Leiterplatte vorgesehenen Massefläche und des Schirmblechs) erhöht sich der Kontaktwiderstand an der Kontaktstelle des Schirmbleches zur Leiterplatte auf mehrere kΩ. Dieser Widerstand verändert das Abschirmverhalten an einer ungünstigen und sich indifferent verändernden Art und Weise, was unerwünscht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wurde vorgeschlagen, die Materialkombination an der Kontaktstelle zu verändern, beispielsweise indem Kontaktmaterialien wie Gold oder dergleichen eingesetzt werden. Dies resultiert jedoch in einer enormen Verteuerung der Herstellung der elektronischen Vorrichtung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Kontaktwiderstand bei einer solchen elektronischen Vorrichtung mit einem über eine Pressverbindung an einer Leiterplatte befestigten Schirmblech auf eine preiswerte und produktionstechnisch einfach zu realisierende Art gering zu halten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektronischen Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass Mittel zur wenigstens zeitweisen Erzeugung eines Frittstroms durch wenigstens einen Teil der Kontaktstelle zwischen der Massefläche und dem Schirmblech vorgesehen sind.
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Es wird also vorgeschlagen, durch Einleitung eines geringen so genannten Frittstroms (englisch „wetting current”), beispielsweise in der Größenordnung von 100 μA bis 10 mA, insbesondere 1 mA, in die Kontaktstelle dafür zu sorgen, dass der durch Aufpressen des Schirmblechs auf die Massefläche gegebene Kontakt niederohmig bleibt und nicht durch Oberflächeneffekte wie Oxidation und/oder Verschmutzung erhöht wird. Auf diese Weise wird eine bessere Kontaktierung und eine bessere Wirksamkeit der Schirmung erreicht. Letztlich wird also ein geringer Strom von der Leiterplatte in das Schirmblech und durch das Schirmblech zurück auf die Leiterplatte geleitet. Eine derartige Ausgestaltung ist kostengünstig im Rahmen der Herstellung zu realisieren und stellt keine komplizierte Erweiterung dar. Der Einsatz teurer Materialien wird vermieden.
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Zur konkreten Realisierung der Mittel zur wenigstens zeitweisen Erzeugung eines Frittstroms kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Schirmblech über die wenigstens eine Pressverbindung mit wenigstens einer Massefläche und wenigstens einer Einspeisefläche verbunden ist, wobei der Frittstrom über die Einspeisefläche in das Blech einspeisbar ist. Es wird also von der bisherigen Ausgestaltung abgegangen, dass lediglich eine Massefläche vorgesehen ist, auf die das Schirmblech über die Pressverbindung aufgepresst wird. Stattdessen ist eine von der Massefläche isolierte Einspeisefläche vorgesehen, über die der Frittstrom in das Schirmblech eingespeist wird. Dabei handelt es sich bei der Massefläche und der Einspeisefläche um leitende Flächen, die bereits bei der Herstellung der Leiterplatte mit erzeugt werden können. Zweckmäßigerweise kann ferner vorgesehen sein, dass die Einspeisefläche über einen Widerstand und/oder einen Kondensator mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Neben der Einspeisefläche gehören damit auch der Widerstand und/oder der Kondensator sowie die Spannungsquelle zu den Mitteln zur Erzeugung des Frittstroms. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es bereits ausreichend sein kann, den Frittstrom nur zeitweise – beispielsweise für eine vorbestimmte Zeitspanne bei der Aktivierung der elektronischen Vorrichtung – vorzusehen, es sind jedoch auch Ausgestaltungen denkbar, in denen ständig ein Frittstrom durch das Schirmblech geleitet wird. Wichtig ist dabei, wie beschrieben, dass der Frittstrom an wenigstens einem Kontaktpunkt wenigstens einer Kontaktstelle zwischen dem Schirmblech und der Massefläche auf der Leiterplatte fließt.
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Grundsätzlich sind dabei im Übrigen verschiedene Ausgestaltungen denkbar, die mit der Zahl der durch eine Pressverbindung erzeugten Kontaktstellen zusammenhängen. Sind mehrere Kontaktstellen vorhanden, beispielsweise wenigstens zwei Kontaktstellen, so kann an einer Kontaktstelle eine Einspeisefläche vorgesehen werden, durch die der Frittstrom in das Schirmblech eingeleitet wird, wobei der Frittstrom dann über eine andere, von der zur Einleitung vorgesehenen Kontaktstelle entfernt gelegene Kontaktstelle vom Schirmblech in die Massefläche wieder abfließt. Üblicherweise ist jedoch vorgesehen, insbesondere um die Produktionskosten weiter gering zu halten und die Herstellung möglichst einfach zu realisieren, dass nur eine einzige Pressverbindung an einer einzigen Kontaktstelle vorgesehen ist. Hier schlägt die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil vor, dass der Frittstrom durch ein spezielles Leiterplattenlayout nur durch eine einzige Kontaktstelle in das Schirmblech hinein und aus dem Schirmblech wieder hinausgeleitet wird. Dazu kann vorgesehen sein, dass die insbesondere symmetrisch aufgebaute Kontaktstelle leiterplattenseitig jeweils im Wesentlichen zur Hälfte die Massefläche und die Einspeisefläche umfasst. Es wird also an einer Kontaktstelle das Schirmblech nicht nur auf eine Fläche, also beispielsweise die Massefläche oder die Einspeisefläche, gepresst, sondern auf beide Flächen, sodass an der Kontaktstelle der Frittstrom durch das Schirmblech von der Einspeisefläche zur Massefläche fließen kann. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils die Hälfte der Gesamtkontaktfläche von der Massefläche und der Einspeisefläche gebildet werden.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Massefläche und die Einspeisefläche mehrere verbundene flächige Bereiche, insbesondere jeweils vier bis sechs Bereiche, aufweisen, wobei an der Kontaktstelle alternierend ein Bereich der Massefläche und ein Bereich der Einspeisefläche aufeinander folgen, insbesondere um ein Verbindungsmittel herum. Auf diese Weise werden also eine Vielzahl von geometrisch unterschiedlichen Positionen geschaffen, an denen der Frittstrom in das Schirmblech gelangen kann oder an denen er das Schirmblech wieder verlassen kann. Auf diese Weise wird sehr viel besser sichergestellt, dass auch bei beispielsweise in eine Richtung geneigtem Schirmblech, beispielsweise aufgrund der Art der Pressverbindung, eine Möglichkeit geschaffen wird, dass der Frittstrom durch das Schirmblech fließen kann. Ist beispielsweise die Pressverbindung eine Schraubverbindung, so können beispielsweise eine Bohrung in der Leiterplatte für die Schraube umschließend jeweils abwechselnd Bereiche der Massenfläche und der Einspeisefläche vorgesehen sein, beispielsweise insgesamt zehn Bereiche, die auf jeweils fünf Bereiche der beiden Flächen aufgeteilt sind.
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Wie bereits erwähnt, kann im allgemeinen vorgesehen sein, dass die Pressverbindung eine Schraubverbindung ist. Dabei ist folglich am Schirmblech und an der Leiterplatte ein Durchgangsloch bzw. eine Durchgangsöffnung vorgesehen, durch die eine Schraube greifen kann. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar, andere Pressverbindungen, beispielsweise eine Klemmverbindung, zu wählen. Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Ausgestaltung der Pressverbindung derart sein kann, dass über die gegenständlichen Komponenten der Pressverbindung selber, beispielsweise die Schraube, keine Kontaktierung hergestellt wird; das bedeutet, die Schraube, wenngleich sie auch aus einem leitfähigen Material besteht, ist in einer solchen Ausgestaltung weder in leitendem Kontakt mit dem Schirmblech noch mit einer Massefläche oder Einspeisefläche auf der Leiterplatte.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße elektronische Vorrichtung,
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2 eine mögliche Ausgestaltung der Leiterplatte an der Kontaktstelle,
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3 eine weitere mögliche Ausgestaltung der Kontaktstelle an der Leiterplatte,
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4 einen Teil des Schirmblechs, und
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5 einen Querschnitt im Bereich der Kontaktstelle.
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1 zeigt ein Beispiel für eine elektronische Vorrichtung 1 in einer Prinzipskizze. Sie umfasst eine Leiterplatte 2 mit darauf angeordneten elektronischen Komponenten 3 und Leiterbahnen 4. Die elektronischen Komponenten 3 können beispielsweise Kondensatoren sein, die Feldschwankungen sensieren sollen, weshalb in einer Abdeckplatte 5 den Komponenten 3 entsprechende Durchgangsöffnungen 6 vorgesehen sind. Beispielsweise kann es sich bei der elektronischen Vorrichtung 1 um ein Touchpad handeln.
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Um die Einflüsse externer Hochfrequenzfelder abzuschirmen, ist ferner ein Schirmblech 7 über eine Pressverbindung 8, hier umfassend eine Schraube 9, an der Leiterplatte 2 derart befestigt, dass wenigstens ein Teil des Schirmblechs 7 mit der Masse der Leiterplatte 2 über eine Massefläche 10 in Kontakt steht. Mit anderen Worten ist an der Pressverbindung 8 eine Kontaktstelle gebildet.
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Dabei ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur eine einzige Pressverbindung 8 und mithin eine einzige Kontaktstelle vorgesehen.
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Es sei noch angemerkt, dass, um eine Schirmung auch nach unten hin zu ermöglichen, die Unterseite der Leiterplatte 2 mit einer durchgehenden Massebeschichtung versehen sein kann.
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Zur Erhaltung eines niedrigen Widerstands zwischen Schirmblech 7 und Massefläche 10 an der Kontaktstelle wird nun vorgeschlagen, obwohl nur eine einzige Kontaktstelle vorgesehen ist, einen Frittstrom durch das Schirmblech 7 und damit auch durch den Übergang vom Schirmblech 7 zur Massefläche 10 zu leiten, sodass Oxidationen und/oder Verschmutzungen beseitigt und die Kontaktierung verbessert wird. Dazu ist erfindungsgemäß eine spezielle Ausgestaltung der Leiterplatte 2 an der Kontaktstelle vorgesehen, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel durch 2 dargestellt wird. Dort ist zunächst das Durchgangsloch 11 für die Schraube 9 zu erkennen. Um das Durchgangsloch 11 herum sind die Massefläche 10 und eine Einspeisefläche 12 gebildet. Jede der beiden Flächen 10, 12 umfasst in etwa die Hälfte der insgesamt zur Verfügung stehenden Kontaktfläche.
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Die Einspeisefläche 12 ist dabei über einen Widerstand 13 und Leiterbahnen 14 mit einer hier nur angedeuteten Spannungsquelle 15 verbunden. So wird es ermöglicht, dass, wenn das Schirmblech 7 durch die Pressverbindung 8 auf die Flächen 10, 12 gepresst wird, durch die Einspeisefläche 12 der Frittstrom, der hier etwa 1 mA beträgt, in das Schirmblech 7 eintreten kann und dann über die Massefläche 10 wieder abfließt. Durch die spezielle Auslegung der Leiterplatte 2 geschieht dies an ein und derselben Kontaktstelle.
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Eine alternative Ausgestaltung ist in 3 dargestellt. Auch dort sind wiederum die Massefläche 10 und die Einspeisefläche 12 vorgesehen, wobei die Einspeisefläche 12 über einen Widerstand 13 mit einer Spannungsquelle 15 verbunden ist, jedoch sind die Flächen 10, 12 hier in miteinander verbundene Bereiche 10a, 12a aufgeteilt, die jeweils alternierend in Umfangsrichtung um das Durchgangsloch 11 aufeinander folgen. Im Beispiel nach 3 sind jeweils fünf Bereiche 10a und 12a vorhanden. Auf diese Weise wird verbessert sichergestellt, dass auch bei beispielsweise schräg aufgepresstem Schirmblech 7 immer der Kontakt zu mindestens einem Bereich 12a und einem Bereich 10a hergestellt wird.
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4 zeigt den Verbindungsbereich des Schirmblechs 7, welches ein dem Durchgangsloch 11 entsprechendes Durchgangsloch 16 aufweist.
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5 zeigt schließlich die Pressverbindung 8 in einem Querschnitt in größerem Detail. Ersichtlich ist die Schraube 9 durch die Durchgangslöcher 11, 16 geführt. Eine Mutter mit einem der Schraube 9 entsprechenden Innengewinde sorgt für die Haltekräfte, zusätzlich kann optional eine Scheibe 18 zur Vermittlung der Presskraft auf das Schirmblech 7 vorgesehen werden.
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Ersichtlich kontaktiert in 5 das Schirmblech 7 sowohl die Einspeisefläche 12 als auch die Massefläche 10, sodass der Frittstrom durch das Schirmblech 7 fließen und somit eine Erhöhung des Widerstands auf zu hohe Werte verhindern kann.
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Der Frittstrom kann dabei sowohl zeitweise erzeugt werden, beispielsweise für eine vorbestimmte Zeitdauer nach jedem Aktivieren der elektronischen Vorrichtung 1, es ist jedoch auch denkbar, einen dauerhaft fließenden Strom zu realisieren.
