DE102014207148A1

DE102014207148A1 - Antennenplatine für die Oberflächenmontage

Info

Publication number: DE102014207148A1
Application number: DE102014207148.8A
Authority: DE
Inventors: Guy-Aymar Chakam; Ulf BARTHOLOMÄUS; Martin Gruler; Rainer Wehrlein; Roman Gralla; Bruno Overmann; Thomas Grill; Karl Frosch
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-10-15
Also published as: WO2015158500A1; EP3132496A1; EP3132496B1

Abstract

Im Folgenden wird eine Antennenanordnung beschrieben, die eine Platine mit Vorder- und einer Rückseite aufweist sowie eine auf der Vorderseite und/oder der Rückseite angeordneten Antennenstruktur. Die Antennenanordnung umfasst weiter mindestens eine an einer Stirnseite der Platine angeordnete und mit der Antennenstruktur elektrisch verbundene metallisierte Kontaktfläche zur Oberflächenmontage an einer Oberfläche einer Leiterplatte. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine Montage der Antennenanordnung an einer Leiterplatte mittels Oberflächenmontagetechnik (SMT) ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenplatine, die mit Hilfe von SMD-(surface mounted device)Löttechnik mit einer Elektronikplatine verbindbar ist.
Antennenplatinen, auch als PCB-Antennen bezeichnet (PCB = printed circuit board), werden häufig in Antennenmodulen in der Fahrzeugtechnik eingesetzt. Derartige Antennenmodule werden beispielsweise verwendet, um Funkdienste wie beispielsweise Rundfunkempfang (analog, digital), Fernsehempfang (analog, digital), Mobilfunk (GMS-Bänder, UMTS, LTE), GPS-Information, Fahrzeugzugangskontrollsystem, Steuerung der Wegfahrsperre, Freigabe des Motorstarts, Vornahme von persönlichen Einstellungen, Innenraumüberwachung, Parkhilfe, Reifendruckkontrolle, Standheizung, Fernstart, Bluetooth, WLAN, etc. zu ermöglichen. Derartige Antennenmodule (siehe beispielsweise EP 1 903 632 B1 ) sind üblicherweise am Fahrzeugdach angeordnet und umfassen neben einer oder mehrerer PCB-Antennen auch Sende- und Empfangsschaltungen (Transceiver-Schaltungen), die auf einer oder mehreren Elektronikplatinen angeordnet sind.
Eine oder mehrere PCB-Antennen sind dabei mit einer der Elektronikplatinen (Leiterplatten) verbunden (z. B. durch Löten). Eine PCB-Antenne weist dazu am Platinenrand ausgefräste Pins auf, die durch korrespondierende Öffnungen in der Elektronikplatine, an der die PCB-Antenne befestigt werden soll, gesteckt wird, so dass die PCB-Antenne senkrecht zur Elektronikplatine steht. Das Einstecken der PCB-Platine in die Öffnungen der Elektronikplatine erfolgt bei der Produktion der Antennenmodule meist manuell. Die PCB-Antenne wird anschließend an den in die Elektronikplatine eingesteckten Pins mittels eines selektiven Lötverfahrens oder mit Hilfe eines Lötroboters mit der Elektronikplatine verlötet. Dieser für die Durchsteckmontage (THT, through hole technology) der Antenne notwendige Prozess ist – verglichen mit anderen Bestückungs- und Lötverfahren zur Oberflächenmontage (SMT, surface mounting technology), die beispielsweise bei SMD-Bauteilen verwendet werden können – zeitaufwändig und kostspielig.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine PCB-Antenne zur Verfügung zu stellen, die mit den bei SMD-Bauteilen üblichen Bestückungs- und Lötverfahren verarbeitet werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Folgenden wird eine Antennenanordnung beschrieben, die eine Platine mit Vorder- und einer Rückseite aufweist sowie eine auf der Vorderseite und/oder der Rückseite angeordnete Antennenstruktur. Die Antennenanordnung umfasst weiter mindestens eine an einer Stirnseite der Platine angeordnete und mit der Antennenstruktur elektrisch verbundene metallisierte Kontaktfläche zur Oberflächenmontage an einer Oberfläche einer Leiterplatte. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine Montage der Antennenanordnung an einer Leiterplatte mittels Oberflächenmontagetechnik (SMT) ermöglicht.
Die Stirnseite der Platine weist eine Kante zur Vorderseite und eine Kante zur Rückseite auf, wobei die mindestens eine metallisierte Kontaktfläche beide Kanten zumindest teilweise umgeben kann. Die Antennenplatine kann an ihrer Stirnseite einen Vorsprung aufweisen, der durch eine korrespondierende Öffnung (einen Schlitz) in der Leiterplatte durchsteckbar ist. Dadurch wird eine zuverlässige und korrekte Anordnung der Antennenstruktur an der Leiterplatte vor dem Löten ermöglicht. Der erwähnte Vorsprung kann, muss aber keine Metallisierung aufweisen, da er keine elektrische Funktion erfüllt.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Assemblierung eines Antennenmoduls beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer Leiterplatte mit mindestens einem Lötpad sowie das Bereitstellen einer Antennenanordnung wie oben beschrieben. Auf das Lötpad wird Lötpaste aufgebracht und die Antennenanordnung wird an der Leiterplatte angeordnet, so dass die mindestens metallisierte Kontaktfläche auf der Stirnseite der Antennenplatine das Lötpad kontaktiert und flächig an diesem anliegt. Schließlich wird durch Aufschmelzen der Lötpaste die Lötverbindung zwischen der Leiterplatte und der Antennenanordnung hergestellt. Die Antennenanordnung kann dabei in ähnlicher Weise wie übliche SMD-Bauelemente automatisiert verarbeitet werden.
Bei dem Anordnen der Antennenplatine an der Leiterplatte wird ein an der Stirnseite der Antenne befindlicher Vorsprung durch ein Durchgangsloch (einen Schlitz) in der Leiterplatte gesteckt. Dies ermöglicht eine zuverlässige und korrekte Bestückung der Leiterplatte mit der Antennenanordnung und verhindert ein ungewolltes Verdrehen oder Kippen der Antenne, die im Wesentlichen senkrecht zur Leiterplatte steht. Die Lötverbindung erfolgt beispielsweise mittels Reflow-Löten.
Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel eines Antennenmoduls beschrieben, das eine Leiterplatte mit mindestens einem Lötpad sowie eine Antenne aufweist, die eine Platine mit Vorder- und einer Rückseite umfasst. Auf der Vorderseite und/oder der Rückseite der Platine ist eine Antennenstruktur angeordnet. Auf der Stirnseite der Platine befindet sich mindestens eine metallisierte Kontaktfläche, welche mit der Antennenstruktur elektrisch verbunden ist. Die an einer Stirnseite der Platine angeordnete Kontaktfläche liegt flächig an dem Lötpad an und ist an diesem mittels einer Lötverbindung befestigt.
Sämtliche elektrischen Verbindungen zwischen Antenne und Leiterplatte können mittels Oberflächenmontagetechnik (SMT) hergestellt werden, was eine signifikante Reduktion der Produktionskosten erlaubt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Abbildungen zeigt:
1 mehrere Ansichten eines Beispiels einer zur Oberflächenmontage geeigneten PCB-Antenne;
2 eine Draufsicht auf eine Elektronikplatine mit SMT- Lötpads für die Oberflächenmontage einer PCB-Antenne gemäß 1 und
3 eine Frontansicht der Elektronikplatine aus 2 mit darauf mittels Oberflächenmontagetechnik befestigter PCB-Antenne.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Ausgestaltung oder Funktion.
In 1 ist ein Beispiel einer PCB-Antenne 100 dargestellt, welche zur Montage auf einer Leiterplatte (siehe 2) mittels einer Oberflächenmontagetechnik ausgestaltet ist. Die Leiterplatte kann Bestandteil eines Antennenmoduls sein, welches z. B. wie eingangs beschrieben in oder an einem Fahrzeugdach angeordnet sein kann. 1a zeigt eine Ansicht der unteren Stirnseite der Antenne, 1b eine Ansicht der Rückseite 102, 1c eine Seitenansicht, 1d eine Ansicht der Vorderseite 101 mit darauf angeordneter Antennenstruktur 110 und 1e eine isometrische Darstellung. Die dargestellte PCB-Antenne kann daher als SMD-Bauelement (Surface Mounted Device = SMD) angesehen werden. SMD-Bauelemente haben im Gegensatz zu Bauelementen zur Durchsteckmontage (Through Hole Technology = THT) keine Anschlussdrähte oder Anschlussstifte, sondern werden mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf korrespondierende Lötpads (Lötflächen) einer Leiterplatte gelötet. Die Technik zur Montage von Bauelementen an der Oberfläche einer Leiterplatte wird auch als Oberflächenmontagetechnik (Surface Mounting Technology = SMT) bezeichnet.
Allgemein sind PCB-Antennen mit Hilfe von auf einer Platine angeordneten Leiterbahnen realisiert. Im vorliegenden Fall besteht die Platine 100 aus einem dielektrischen Material, beispielsweise aus faserverstärktem Kunstharz (z. B. FR-4 oder ähnlichem). Auf einer Vorderseite 101 oder einer Rückseite 102 ist eine Antennenstruktur 110 angeordnet. Die Antennenstruktur 110 wird durch auf der Platine angeordnete Streifenleiter gebildet, deren geometrische Ausgestaltung abhängig von den gewünschten Sende-/und Empfangseigenschaften entworfen wird. Die Antennenstruktur 110 kann sich auch über die Vorder- und die Rückseite 101, 102 der Platine 100 erstrecken. Auf der Platine 100 können auch mehrere separate Antennenstrukturen 110 angeordnet sein, beispielsweise zum Empfang von Funksignalen in unterschiedlichen Frequenzbereichen.
Zur elektrischen Verbindung der Antenne mit einer Leiterplatte weist die untere Stirnseite mindestens eine metallisierte Kontaktfläche auf. Im vorliegenden Beispiel sind auf der Stirnseite zwei metallisierte Kontaktflächen 120 und 121 vorgesehen (in 1a schraffiert dargestellt). Um die Kontaktflächen besser mit korrespondierenden Lötpads einer Leiterplatte mittels Löten verbinden zu können, können die Kontaktflächen verzinnt sein. Die metallisierten Kontaktflächen befinden sich nicht nur auf der Stirnseite der Platine 100, sondern können auch die Kante zur Vorderseite 101 sowie die Kante zur Rückseite 102 umschließen (siehe 1b und 1d). Auf der Vorderseite 101 (und ggf. auch auf der Rückseite 102) der Platine 100 sind die metallisierten Kontaktflächen 120 und 121 mit der Antennenstruktur verbunden.
Nicht alle Kontaktflächen müssen zwangsläufig eine elektrische Funktion erfüllen und mit der Antennenstruktur 110 elektrisch verbunden sein. Eine Lötverbindung zwischen einer Kontaktfläche an der Stirnseite der Platine 100 und dem korrespondierenden Kontaktpad einer Leiterplatte kann auch eine rein mechanische Funktion erfüllen, d. h. eine mechanisch stabile Verbindung zwischen Antenne und Leiterplatte gewährleisten.
In 2 ist ein Teil einer Leiterplatte 200 dargestellt, an dem die PCB-Antenne gemäß 1 montiert wird. Die PCB-Antenne 100 wird derart an der Leiterplatte 200 angeordnet, dass die Kontaktflächen 120 und 121 an der Stirnseite der Antennenplatine 100 an korrespondierenden Lötpads 220 und 221 der Leiterplatte flächig anliegen. Vor der Montage wird auf die Lötpads üblicherweise eine Lötpaste aufgetragen, um das anschließende Reflow-Löten zu ermöglichen. Damit die Antennenplatine 100 vor dem Löten annähernd senkrecht auf der Leiterplatte 200 fixiert ist und nicht verrutschen oder umfallen kann, kann die Antenne beispielsweise an der Leiterplatte 200 angeklebt sein. Der Kleber wird dabei, wie bei der Oberflächenmontage üblich, vor dem Bestücken der Leiterplatte 200 auf diese aufgetragen (vor oder nach dem Auftragen der Lötpaste oder von Lot-Preforms). Für die anschließende automatische Bestückung können Antennen gemäß dem in 1 dargestellten Beispiel gegurtet zur Verfügung gestellt werden, was eine einfache automatische Verarbeitung erlaubt.
Um eine einfache und korrekte Platzierung der Antennenplatine 100 auf der gewünschten Stelle einer Leiterplatte 200 zu gewährleisten, kann die Antennenplatine 100 zumindest einen Vorsprung 105 an ihrer unteren Stirnseite aufweisen, welcher in einen korrespondierenden Schlitz 205 der Leiterplatte einsteckbar ist. Der Vorsprung 105 kann eine Metallisierung aufweisen. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig, da dieser Vorsprung 105 keine elektrische Funktion erfüllt, sondern lediglich dazu dient, vor dem Löten die Antenne in der korrekten Sollposition an der Leiterplatte 200 zu halten. Dadurch, dass der Schlitz 205 länglich ist (die Form eines Langlochs hat) und der Vorsprung 105 einen entsprechenden rechteckigen Querschnitt aufweist, wird die Antennenplatine 100 verdrehsicher in dem Schlitz 105 gehalten.
3 ist eine Darstellung einer Leiterplatte 200 und einer Antenne gemäß 1 in montiertem Zustand.
Durch die hier beschriebene Ausgestaltung der PCB-Antenne 100 kann die Antenne wie andere SMD-Bauelemente verarbeitet werden, was eine signifikante Reduktion der Produktionskosten ermöglicht. Die Montage gestaltet sich einfacher als bei bisherigen Antennenbauformen, insbesondere entfällt eine manuelle Bestückung der Leiterplatte mit der Antenne. Ein aufwändiges selektives Lötverfahren ist nicht mehr notwendig. Vielmehr kann die PCB-Antenne 100 zusammen mit anderen SMD-Komponenten beispielsweise mittels Reflow-Löten (Lotschicht 230) mit der Leiterplatte 200 verbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1903632 B1 [0002]

Claims

Antenne, die Folgendes aufweist: – eine Platine (100) mit Vorder- und einer Rückseite (101, 102) und einer auf der Vorderseite (101) oder der Rückseite (102) oder sowohl auf der Vorderseite (101) als auch der Rückseite (102) angeordneten Antennenstruktur (110); – mindestens eine an einer Stirnseite der Platine (100) angeordnete und mit der Antennenstruktur (110) elektrisch verbundene metallisierte Kontaktfläche (120, 121) zur Oberflächenmontage an einer Oberfläche einer Leiterplatte (200).
Antenne gemäß Anspruch 1, wobei die Stirnseite eine Kante zur Vorderseite (101) und eine Kante zur Rückseite (102) aufweist und die mindestens eine metallisierte Kontaktfläche (120, 121) beide Kanten zumindest teilweise umgibt.
Antenne gemäß Anspruch 1 oder 2, die an der Stirnseite der Platine (100) einen Vorsprung (105) aufweist, der durch eine korrespondierende Öffnung (205) in der Leiterplatte (200) durchsteckbar ist.
Antenne gemäß Anspruch 3, bei welcher der Vorsprung (105) keine Metallisierung aufweist.
Verfahren zur Assemblierung eines Antennenmoduls, das Folgendes umfasst: – Bereitstellen einer Leiterplatte (200) mit mindestens einem Lötpad (220, 221); – Bereitstellen einer Antenne gemäß Anspruch 1; – Aufbringen von Lötpaste auf das mindestens eine Lötpad (220, 221); – Anordnen der Antenne (100) an der Leiterplatte (200), so dass die mindestens eine metallisierte Kontaktfläche (120, 121) auf der Stirnseite der Platine (200) der Antenne das mindestens eine Lötpad (220, 221) kontaktiert und flächig an diesem anliegt; – Herstellen der Lötverbindung durch Aufschmelzen der Lötpaste.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das Anordnen der Antenne an der Leiterplatte (200) umfasst: – Durchstecken eines Vorsprungs (105) an der Stirnseite der Antenne (100) durch ein Durchgangsloch (205) in der Leiterplatte (200).
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem die Lötverbindung mittels Reflow-Löten hergestellt wird.
Antennenmodul, das Folgendes aufweist: – eine Leiterplatte (200) mit mindestens einem Lötpad; – eine Antenne umfassend eine Platine (100) mit Vorder- und einer Rückseite (101, 102), eine auf der Vorderseite (101) oder der Rückseite (102) oder sowohl auf der Vorderseite (101) als auch der Rückseite (102) angeordneten Antennenstruktur (110), sowie mindestens eine an einer Stirnseite der Platine (100) angeordnete und mit der Antennenstruktur (110) elektrisch verbundene metallisierte Kontaktfläche (120, 121); wobei die an einer Stirnseite der Platine (100) angeordnete Kontaktfläche (120, 121) flächig an dem Lötpad (220, 221) anliegt und an diesem mittels einer Lötverbindung befestigt ist.
Antennenmodul gemäß Anspruch 8, wobei die Leiterplatte (200) ein Durchgangsloch (205) neben dem mindestens einen Lötpad (220, 221) aufweist, wobei die Antenne an der Stirnseite der Platine (100) einen Vorsprung (105) aufweist, der durch das Durchgangsloch (205) in der Leiterplatte (200) eingesteckt ist.
Antennenmodul gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem sämtliche elektrischen Verbindungen zwischen Antenne (100) und Leiterplatte (200) mittels Oberflächenmontagetechnik (SMT) hergestellt sind.