DE102014014776A1 - Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten mit einer Schaltungsträgeranordnung - Google Patents

Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten mit einer Schaltungsträgeranordnung Download PDF

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Abstract

Eine Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten mit einer Schaltungsträgeranordnung (1) ist dazu vorgesehen, das Endgerät drahtlos aufzuladen. Um eine derartige Ablage mit einem geringen technisch-konstruktiven Aufwand, mit einer im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Gesamtbauhöhe und mit hoher mechanischer Stabilität herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsträgeranordnung (1) ein endgeräteseitiges oberes Platinenteil (5) und ein endgerätefernes unteres Platinenteil (12) aufweist, und dass zwischen dem oberen Platinenteil (5) und dem unteren Platinenteil (12) eine Schicht (9) aus einem weichmagnetischen Werkstoff einlaminiert ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten mit einer Schaltungsträgeranordnung, mittels der das Endgerät drahtlos aufladbar ist.
  • Derartige Ablagen kommen häufig in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wobei insbesondere Mobiltelefone dort abgelegt werden, die in der Ablage drahtlos aufgeladen werden sollen.
  • Bekannte derartige Ablagen bzw. deren Schaltungsträgeranordnungen sind aus drei Baugruppen zusammengestellt, nämlich einer Basisbaugruppe, einer Sensorbaugruppe und einer Ladespuleneinheit. Auf der Sensorbaugruppe sind diejenigen Funktionseinheiten realisiert, die aus funktionalen Gründen unmittelbare Nähe zur Außenfläche und damit zu dem sich in der Ablageschale befindlichen Mobiltelefon benötigen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Koppelantennen, Näherungssensoren, Leuchtdioden etc.
  • Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten mit einer Schaltungsträgeranordnung zur Verfügung zu stellen, bei der zum einen die Anzahl der Baugruppen der Schaltungsträgeranordnung reduziert ist, die darüber hinaus mit einer geringeren Gesamtbauhöhe realisiert werden kann, und bei der jedwede mechanische Instabilität der zur Aufladung vorgesehenen Bauteile vermieden ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaltungsträgeranordnung ein endgeräteseitiges oberes Platinenteil und ein endgerätefernes unteres Platinenteil aufweist, und dass zwischen dem oberen Platinenteil und dem unteren Platinenteil eine Schicht aus einem weichmagnetischen Werkstoff einlaminiert ist. Die Schaltungsträgeranordnung der erfindungsgemäßen Ablage ist somit als Spezialleiterplatte ausgestaltet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ablage weist das obere Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung Kupferstrukturen auf, die zumindest eine Planarspule ausbilden.
  • Außerdem kann das obere Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung Kupferstrukturen aufweisen, die einen breitbandigen zellularen Antennenkoppler bilden.
  • Die Ablage ist so gestaltet, dass sie das Endgerät drahtlos an ablageseitige Einrichtungen anschließen kann.
  • Auch kann das obere Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung Kupferstrukturen aufweisen, die eine NFC-Antenne bilden.
  • Die im oberen Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung vorgesehene Planarspule bzw. die dort vorgesehenen Planarspulen können mit der einlaminierten Schicht aus dem weichmagnetischen Werkstoff Induktivitäten hoher Güte bilden. Die Güte der Induktivitäten kann > 10 sein.
  • Vorteilhaft besteht die zwischen dem oberen Platinenteil und dem unteren Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung einlaminierte Schicht aus einem Werkstoff mit einer hohen Permeabilität, z. B. aus Ferrit oder einer Eisenpulverkeramik.
  • Zur stabilen Ausgestaltung der Schaltungsträgeranordnung ist es vorteilhaft, wenn die zwischen dem oberen Platinenteil und dem unteren Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung einlaminierte Schicht in einem Platinenrahmen eingebettet ist, der eine Umrandung bildet.
  • Die zwischen dem oberen Platinenteil und dem unteren Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung einlaminierte Schicht kann in einer zweckmäßigen Ausführungsform als massive Platte ausgebildet sein.
  • Alternativ ist es möglich, die zwischen dem oberen Platinenteil und dem unteren Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung einlaminierte Schicht aus einer Vielzahl mit geringem Abstand zueinander angeordneter kubischer Quader auszugestalten, deren Kantenlängen gleich oder verschieden sind und z. B. 0,5 bis 2,0 mm betragen können.
  • In Verbindung mit der einlaminierten Schicht kann ein Trägermaterial vorgesehen sein.
  • Das untere Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung kann vorteilhaft als Multilayer ausgebildet sein.
  • Auf der Außenseite des unteren Platinenteils der Schaltungsträgeranordnung können Komponentenbestückungen angeordnet sein.
  • Vorteilhaft ist das obere Platinenteil der Schaltungsträgeranordnung mittels Dickschichtkupfertechnologie niederohmig leitfähig ausgebildet.
  • Auch auf der Außenseite des oberen Platinenteils der Schaltungsträgeranordnung können bei vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ablage Komponentenbestückungen z. B. zur Temperaturmessung, zur Zustandssignalisierung mittels LED od. dgl. angeordnet sein.
  • Die äußere Kupferlage des oberen Platinenteils oder des unteren Platinenteils der Schaltungsträgeranordnung können partiell eine geringere Dicke aufweisen.
  • Die Komponentenbestückung auf der Außenseite des oberen Platinenteils oder des unteren Platinenteils der Schaltungsträgeranordnung kann vorteilhaft teilweise auf den eine geringere Dicke aufweisenden Abschnitten der äußeren Kupferlagen ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ablage hat deren Schaltungsträgeranordnung niederohmig leitfähige Durchkontaktierungen, mittels derer Kupferstrukturen auf verschiedenen Lagen der Schaltungsträgeranordnung miteinander verbindbar sind, oder niederohmig leitfähige obere Sacklochkontaktierungen, mittels derer Kupferstrukturen auf verschiedenen Lagen des oberen Platinenteils miteinander verbindbar sind, oder leitfähige untere Sacklochkontaktierungen, mittels derer Kupferstrukturen auf verschiedenen Lagen des unteren Platinenteils miteinander verbindbar sind.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsträgeranordnung einer erfindungsgemäßen Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten; und
  • 2 eine zweite Ausführungsform der Schaltungsträgeranordnung der erfindungsgemäßen Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten.
  • Eine in 1 gezeigte Ausführungsform einer Schaltungsträgeranordnung 1 einer im Übrigen nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ablage zur Lagerung eines aufladbaren Endgeräts, insbesondere einer Ablage zur Lagerung eines Mobiltelefons in einem Kraftfahrzeug, gliedert sich in Dickenrichtung der Schaltungsträgeranordnung 1 gesehen in einen in 1 oberen Bereich 2, mittleren Bereich 3 und unteren Bereich 4. Die Schaltungsträgeranordnung 1 insgesamt ist als Spezialleiterplatte ausgebildet.
  • Der obere Bereich 2 der Schaltungsträgeranordnung 1 ist in Form eines oberen Platinenteils 5 verkörpert. Dieses obere Platinenteil 5 der Schaltungsträgeranordnung 1 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel Kupferlagen 6, 7, zwischen denen eine Isolationslage 8 angeordnet ist. Durch diese Kupferlagen 6, 7 des oberen Platinenteils 5 werden Kupferstrukturen in Form von Planarspulen bzw. Planarinduktivitäten hoher Güte realisiert.
  • Darüber hinaus können durch Kupferstrukturen des oberen Platinenteils 5 der Schaltungsträgeranordnung 1 ein breitbandiger zellularer Antennenkoppler und/oder eine NFC-Antenne ausgebildet werden. Im oberen Platinenteil 5 bzw. durch das obere Platinenteil 5 werden Hochstromlagen der Schaltungsträgeranordnung 1 realisiert. Hierzu ist das obere Platinenteil 5 der Schaltungsträgeranordnung 1 in Dickschichtkupfertechnik hergestellt. Hierdurch können vergleichsweise große Leitungsquerschnitte realisiert werden, was dazu führt, dass der Wirkwiderstand von Spulen etc. vergleichsweise klein ist.
  • Unterhalb des oberen Bereichs 2 der Schaltungsträgeranordnung 1 bzw. unterhalb des oberen Platinenteils 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der mittlere Bereich 3 der Schaltungsträgeranordnung 1 vorgesehen, zu dem im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ferritplatte 9 gehört, die im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsträgeranordnung 1 die Schicht aus weichmagnetischem Werkstoff verkörpert. Die Ferritplatte 9, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Platinenrahmen 30 eingebettet ist, ist zwischen einer Platinenschicht 10 des oberen Platinenteils 5 und einer Platinenschicht 11 eines den unteren Bereich 4 der Schaltungsträgeranordnung 1 verkörpernden unteren Platinenteils 12 einlaminiert. Durch den Platinenrahmen 30, der die Ferritplatte 9 seitlich umgibt und stabilisiert, sind im Folgenden noch beschriebene Durchkontaktierungen 21 möglich.
  • Die die Planarspulen des oberen Platinenteils 5 ausbildenden Kupferstrukturen, welche sich auf den entsprechenden Kupferlagen 6, 7 befinden, bilden im Zusammenwirken mit der zwischen dem oberen Platinenteil 5 und dem unteren Platinenteil 12 einlaminierten Ferritplatte 9 Induktivitäten hoher Güte. Die Güte kann Werte größer 10 betragen.
  • Anstelle von Ferrit, bei dem es sich um einen Werkstoff mit einer hohen Permeabilität handelt, kann für die zwischen dem oberen Platinenteil 5 und dem unteren Platinenteil 12 einlaminierte Schicht auch ein anderer Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften, z. B. eine Eisenpulverkeramik, verwendet werden.
  • Die Ferritplatte 9 kann als massive Platte ausgebildet sein. Alternativ kann die Ferritplatte 9 aus einer Vielzahl mit einem vergleichsweise geringen Abstand zueinander angeordneter kubischer Quader ausgebildet sein. Die Kantenlängen dieser kubischen Quader können gleich oder verschieden sein, sie können z. B. 0,5 bis 2,0 mm betragen.
  • Die Ferritplatte 9 oder insbesondere die diese bildenden kubischen Quader können sich auf Trägermaterial befinden.
  • Auf der dem oberen Platinenteil 5 abgewandten Seite des die Ferritplatte 9 aufweisenden mittleren Bereichs 3 der Schaltungsträgeranordnung 1 ist das untere Platinenteil 12 angeordnet. Das untere Platinenteil 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Multilayer ausgebildet. Zum unteren Platinenteil 12 gehören im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Kupferlagen 13, 14, 15, 16, zwischen denen Zwischen- bzw. Isolationslagen 17, 18, 19 angeordnet sind. Die Kupferlagen 13, 14, 15, 16 sowie die Zwischen- bzw. Isolationslagen 17, 18, 19 sind auf den mittleren Bereich 3 der Schaltungsträgeranordnung 1 auflaminiert. Auf der Außenseite des unteren Platinenteils 12 ist flächig fast die komplette zum Betrieb der Schaltungsträgeranordnung 1 erforderliche Elektronik in Form von Komponentenbestückung 20 bestückt.
  • Zur Verbindung der durch die Kupferstrukturen, welche sich in den Kupferlagen 6, 7 befinden, in Verbindung mit der Ferritplatte 9 ausgebildeten Induktivitäten des oberen Platinenteils 5 bzw. des Dickschichtkupferbereichs der Schaltungsträgeranordnung 1 mit der Elektronik in der im unteren Platinenteil 12 der Schaltungsträgeranordnung 1 vorgesehenen Multilayeranordnung sind Durchkontaktierungen 21 vorgesehen. Diese Durchkontaktierungen 21 sind als sog. Power-Through-Via ausgestaltet, die auf niedrigen ohm'schen Widerstand optimiert sind.
  • Mittels dieser Durchkontaktierungen 21 sind sämtliche Kupferlagen 6, 7; 13, 14, 15, 16 der Schaltungsträgeranordnung 1 miteinander verbindbar.
  • Im oberen Platinenteil 5 sind des Weiteren niederohmig leitfähige obere Sacklochkontaktierungen 22 vorgesehen, mittels derer Strukturen auf den Außen- bzw. Kupferlagen 6, 7 des oberen Platinenteils 5 miteinander verbindbar sind.
  • Im unteren Platinenteil 12 sind des Weiteren leitfähige untere Sacklochkontaktierungen 23 ausgebildet, mittels derer Strukturen auf den Außen- bzw. Kupferlagen 13, 14, 15, 16 des unteren Platinenteils 12 miteinander verbunden sind.
  • Bei der in 2 gezeigten abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsträgeranordnung 1 sind auch auf der Außen- bzw. Kupferlage 6 des oberen Platinenteils 5 Komponentenbestückungen 24, 25 angeordnet, mittels denen funktionale Strukturen, z. B. Antennen, ausgestaltet werden können.
  • Sofern in diesem Bereich Feinleitertechnik zum Einsatz kommen soll, ist die Außen- bzw. Kupferschicht 6 partiell dünner auszugestalten, wobei am ausgedünnten Abschnitt dieser Kupferlage 6 dann die Komponentenbestückung 24 angeordnet sein kann.

Claims (18)

  1. Ablage zur Lagerung von aufladbaren Endgeräten mit einer Schaltungsträgeranordnung (1), mittels der das Endgerät drahtlos aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsträgeranordnung (1) ein endgeräteseitiges oberes Platinenteil (5) und ein endgerätefernes unteres Platinenteil (12) aufweist, und dass zwischen dem oberen Platinenteil (5) und dem unteren Platinenteil (12) eine Schicht (9) aus einem weichmagnetischen Werkstoff einlaminiert ist.
  2. Ablage nach Anspruch 1, bei der das obere Platinenteil (5) der Schaltungsträgeranordnung (1) Kupferstrukturen (6, 7) aufweist, die zumindest eine Planarspule ausbilden.
  3. Ablage nach Anspruch 1 oder 2, bei der das obere Platinenteil (5) der Schaltungsträgeranordnung (1) Kupferstrukturen aufweist, die einen breitbandigen zellularen Antennenkoppler bilden.
  4. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mittels der das Endgerät drahtlos an ablageseitige Einrichtungen anschließbar ist.
  5. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das obere Platinenteil (5) der Schaltungsträgeranordnung (1) Kupferstrukturen aufweist, die eine NFC-Antenne bilden.
  6. Ablage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der zumindest eine Planarspule mit der einlaminierten Schicht (9) aus dem weichmagnetischen Werkstoff Induktivitäten hoher Güte, z. B. > 10, bilden.
  7. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die zwischen dem oberen Platinenteil (5) und dem unteren Platinenteil (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) einlaminierte Schicht (9) aus einem Werkstoff mit einer hohen Permeabilität besteht.
  8. Ablage nach Anspruch 7, bei der der Werkstoff mit der hohen Permeabilität Ferrit oder eine Eisenpulverkeramik ist.
  9. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die zwischen dem oberen Platinenteil (5) und dem unteren Platinenteil (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) einlaminierte Schicht (9) in einem Platinenrahmen (30) eingebettet ist.
  10. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die zwischen dem oberen Platinenteil (5) und dem unteren Platinenteil (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) einlaminierte Schicht (9) als massive Platte ausgebildet ist.
  11. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die zwischen dem oberen Platinenteil (5) und dem unteren Platinenteil (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) einlaminierte Schicht (9) aus einer Vielzahl mit geringem Abstand zueinander angeordneter kubischer Quader besteht, deren Kantenlängen gleich oder verschieden sind und z. B. 0,5 bis 2,0 mm betragen.
  12. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das untere Platinenteil (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) als Multilayer ausgebildet ist.
  13. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der auf der Außenseite des unteren Platinenteils (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) Komponentenbestückungen (20) angeordnet sind.
  14. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das obere Platinenteil (5) der Schaltungsträgeranordnung (1) mittels Dickschichtkupfertechnologie niederohmig leitfähig ausgebildet ist.
  15. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der auf der Außenseite des oberen Platinenteils (5) der Schaltungsträgeranordnung (1) Komponentenbestückungen (24, 25), z. B. zur Temperaturmessung, zur Zustandssignalisierung mittels LED od. dgl., angeordnet sind.
  16. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die äußere Kupferlage (6; 16) des oberen Platinenteils (5) oder des unteren Platinenteils (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) partiell eine geringere Dicke aufweist bzw. aufweisen.
  17. Ablage nach Anspruch 16, bei der die Komponentenbestückung (24, 25, 20) auf der Außenseite des oberen Platinenteils (5) oder des unteren Platinenteils (12) der Schaltungsträgeranordnung (1) teilweise auf den eine geringere Dicke aufweisenden Abschnitten der äußeren Kupferlagen (6; 16) ausgebildet ist.
  18. Ablage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, deren Schaltungsträgeranordnung (1) niederohmig leitfähige Durchkontaktierungen (21), mittels derer Kupferstrukturen (6, 7; 13, 14, 15, 16) auf verschiedenen Lagen der Schaltungsträgeranordnung (1) miteinander verbindbar sind, oder niederohmig leitfähige obere Sacklochkontaktierungen (22), mittels derer Kupferstrukturen (6, 7) auf verschiedenen Lagen des oberen Platinenteils (5) miteinander verbindbar sind, oder leitfähige untere Sacklochkontaktierungen (23) aufweist, mittels derer Kupferstrukturen (13, 14, 15, 16) auf verschiedenen Lagen des unteren Platinenteils (12) miteinander verbindbar sind.
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