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Gebiet des Gegenstands
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Die vorliegend offenbarte Technik betrifft geräuscharme Kondensatoren und entsprechende Verfahrenstechniken. Genauer betrifft die vorliegend offenbarte Technik Konstruktion und Oberflächenmontage von Kondensatorbauteilen auf Substraten, wie etwa Leiterplatten, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen (d. h. Reduktion elektromechanischer Geräusche).
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Hintergrund des Gegenstands
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Hochdichte Bestückung elektronischer Bauelemente auf Leiterplatten und anderen Substraten ist in der Elektronikindustrie gebräuchlich. Miniatur-Keramikkondensatoren für Oberflächenmontage mit mehreren Schichten werden schon seit einiger Zeit in elektronischen Vorrichtungen eingesetzt, wie etwa Mobiltelefonen, Netzwerkroutern, Computern und dergleichen. Die Fertigungstechniken solcher Bauelemente müssen präzise sein, um die weit verringerte Baugröße dieser Bauelemente zu ermöglichen, während sie immer noch erwünschte elektrische Betriebseigenschaften bieten.
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In jüngerer Zeit wurde es wünschenswert, weitere Arten von Bauelementen und verschiedenen Unterschaltkreisen in Leiterplatten-bestückbarer Form vorzusehen. Mehrere US-Patente richten sich auf vielfältige Aspekte von Fertigungs- und Bestückungstechniken für elektronische Bauelemente. Zum Beispiel offenbart das gemeinschaftlich gehaltene
US-Patent Nr. 5,889,445 (Ritter et al., mit dem Titel „Vielschicht-Keramik-RC-Bauteil”) RC-Bauteile, die eine Vielzahl erster und zweiter Keramikschichten enthalten, die so verschachtelt sind, dass sie einen Stapel bilden. Die Keramikschichten enthalten jeweils eine geeignete Elektrodenstruktur entgegengesetzter Polarität, und bilden das Äquivalent von vielfachen Zweiplatten-Kondensatoren. Bekannte Ausführungsformen von Mehrschicht-Keramik-Kondensatoren (MLCCs) sind auch beispielsweise in
2 und
3 des gemeinschaftlich gehaltenen
US-Patents Nr. 7,352,563 (Pelcak et al., mit dem Titel „Kondensatorbaueinheit”) gezeigt.
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Die Vielfalt moderner technischer Anwendungen verursacht einen Bedarf an effizienten elektronischen Bauelementen und integrierten Schaltkreisen, die darin verwendet werden. Kondensatoren sind grundlegende Bauelemente, die zum Filtern, Entkoppeln, Überbrücken und für weitere Aspekte solcher moderner Anwendungen eingesetzt werden, welche die drahtlose Kommunikation, die schnelle Datenverarbeitung, Vernetzung, Leitungsvermittlung und viele andere Anwendungen umfassen können. Ein drastischer Anstieg der Geschwindigkeit und der Packungsdichte von integrierten Schaltkreisen ergab Verbesserungen der Technik der Entkopplungs-Kondensatoren.
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Wenn Entkopplungs-Kondensatoren hoher Kapazität den hohen Frequenzen vieler aktueller Anwendungen ausgesetzt werden, werden die Leistungsdaten immer wichtiger. Da Kondensatoren für eine solche Vielfalt von Anwendungen grundlegende Bauelemente sind, ist ihre Präzision und Effizienz zwingend erforderlich. Viele spezielle Aspekte des Kondensator-Aufbaus standen daher im Blickpunkt der Verbesserung der Leistungsdaten von Kondensatoren.
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Heute ist am Markt eine Vielfalt herkömmlicher Kondensatoren erhältlich, und jeder sieht eine einzigartige Kombination von Leistungsdaten vor, die für bestimmte Anwendungen gut geeignet sind. Zum Beispiel sind Mehrschicht-Keramik-Kondensatoren (MLCCs) typischerweise recht effektiv für Frequenzfilter-Anwendungen. Es ist üblich, dass diese und andere spezielle Kondensator-Typen in einer einzigen Umgebung mit integrierten Schaltungen benutzt werden. In solchen Fällen können die verschiedenen Kondensatoren beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte als diskrete Bauteile parallel geschaltet werden. Ein solcher Ansatz kann eine relativ große Fläche des Schaltkreises und getrennte Bestückungsfelder für jeden Kondensator erfordern.
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Seit einiger Zeit wird die Konstruktion verschiedener elektronischer Bauelemente durch einen allgemeinen Trend der Branche in Richtung Miniaturisierung und einfache Einbeziehung von Bauelementen in neue oder bestehende Anwendungen vorangetrieben. In dieser Beziehung besteht ein Bedarf an kleineren elektronischen Bauelementen mit außergewöhnlichen Betriebseigenschaften. Zum Beispiel erfordern einige Anwendungen die Verwendung passiver Bauelemente, die verschiedene Eigenschaften zeigen, einschließlich kapazitiver, induktiver und/oder resistiver Eigenschaften oder Kombinationen davon, jedoch stark beschränkt sind beim Platzbedarf, den solche Bauelemente auf einer Leiterplatte beanspruchen können. Es ist wichtig, dass solche Bauelemente oder Kombinationen für besonders leichtes physisches und elektrisches Anbringen an solchen Leiterplatten ausgestaltet sind, während sie das geringstmögliche Ausmaß an Grundfläche einnehmen. Als Folge davon werden weiterhin Anstrengungen unternommen, die Bauelemente zu miniaturisieren, die Ausrichtungs-Effizienz zu erhöhen und andere Wege zur Platzeinsparung zu finden und den Leiterplattenplatz in einer Leiterplatten-Umgebung zu maximieren.
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Es kann auch wünschenswert sein, andere Leistungseigenschaften von Kondensatoren zu verbessern, wie z. B. den ESR (effektiven Reihenverlustwiderstand), welcher der Eigenwiderstandswert eines Kondensators ist.
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Weitere Kondensator-Eigenschaften, die Schaltkreisanwendungen beeinflussen können, sind piezoelektrische Geräusche oder elektromechanische oder akustische Geräusche, die in vielen bestückten MLCC-Anwendungen vorherrschend sind. Piezoelektrische Geräusche mit kleinem Pegel können beispielsweise erzeugt werden, wenn Wechselspannungen an die Kondensator-Keramik angelegt werden, die mechanische Schwingungen im Kondensator verursachen können. Durch die Natur des Keramik-Materials werden die mechanischen Schwingungen in elektrische Störungen mit im Allgemeinen kleinen Pegeln umgewandelt. Beträchtliche piezoelektrische Geräusche können eine Wirkung auf die Signalqualität haben, insbesondere bei Hochfrequenz-Anwendungen. Somit ist es oft wünschenswert, die piezoelektrischen Geräusche in Schaltkreisen zu verringern.
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Kondensatoren verformen sich entsprechend der angelegten Spannung (dem elektrischen Feld) aufgrund des allen dielektrischen Materialien innwohnenden elektrostriktiven Verhaltens, ausgedrückt durch die folgende bekannte Gleichung: Verzerrung = Mij·Elektrisches Feld2
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Im Allgemeinen weisen Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante hohe elektrostriktive Koeffizienten auf. Ein CV-Wert (Kapazität mal Spannung) hängt teilweise von der volumetrischen Effizienz eines Kondensators ab. Allgemein gilt: je höher die Kapazität, desto größer das Volumen des Kondensators. Bei gegebenem Kapazitätswert ist, je höher die Nennspannung, das Volumen des Kondensators umso größer. Somit bedeutet es, wenn ein Kondensator einen „hohen CV-Wert” aufweist, dass er volumetrisch effizient ist und eine geringe physische Größe bietet, verglichen mit anderen Kondensatortypen. Kondensatoren mit hohem CV haben sich zu solchen mit sehr dünnen inneren Schichten entwickelt, was sehr hohe elektrische Feldstärken selbst bei mäßiger Betriebsspannung ergibt.
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Mechanische Spannung (Schwingungen) kann vom Kondensator über die Lötanschlüsse auf Leiterplattensubstrate übertragen werden. Der Kondensator wirkt als Treiber, im Wesen als Trommelstock, während sich die Leiterplatte als Klangkörper verhält, wie etwa als Trommelboden. Daher werden die vorherrschenden hörbaren Geräusche durch Schwingungen von der Leiterplatte erzeugt, nicht vom Kondensator selbst.
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Ein umgekehrter Effekt, das heißt, über Anschlüsse auf den Kondensator gekoppelte Schwingungen auf der Leiterplatte, kann auch eine Welligkeit der Spannung auf dem Kondensator verursachen. Ein solcher Effekt wird „Mikrofonie” genannt und kann in bestimmten Fällen ein Problem darstellen.
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Verschiedene Ansätze wurden bisher bei Versuchen vorgesehen, mit bestückten MLCC-Bauelementen verknüpfte elektromechanische Geräusche zu verringern, und umfassen etwa Minimieren der Lotmenge (zum Bestücken eines Bauelements auf einer Leiterplatte), Drehen der Ausrichtung der inneren MLCC-Schichten parallel zur Leiterplatte, Verwenden dielektrischer Materialien mit niedrigerem K, Vergrößern von Abständen (Zuleitungen), Vorbestücken von Kondensatoren auf dem Substrat, Erhöhen der Spannkraft (zum Vorsehen größerer inaktiver Ränder) und einfach Ersetzen der MLCC-Bauelemente durch einen anderen Bauelementtyp, wie etwa einen Tantal-Kondensator. Solche Ansätze bringen verschiedene Nachteile mit sich, beispielsweise in einigen Fällen erhöhte Kosten oder erhöhte Komplexität der MLCC-Bauelement-Konstruktionen oder Bestückungstechniken.
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Zusätzliche Patentstellen umfassen das
US-Patent Nr. 5,629,578 (Winzer et al., mit dem Titel „Integrierte Verbund-Akustikwandleranordnung”), das sich auf eine Vielschichtstruktur bezieht, die zugehörige Geräuschbeseitigungsmerkmale aufweist, und das
US-Patent Nr. 8,665,059 (Korony et al., mit dem Titel „Hochfrequenzwiderstand”), das sich auf einen Widerstand mit flexiblem Anschlussmaterial bezieht. Siehe auch die US-Anmeldungsoffenlegung von Korony Nr. 2011/0090665 mit dem Titel „Dünnfilmbauelemente für Oberflächenmontage” und die US-Anmeldungsoffenlegungen von Hattori Nr. 2014/0016242 mit dem Titel „Elektronisches Bauelement”, 2013/0299224 mit dem Titel „Elektronisches Keramikbauelement und elektronische Vorrichtung” und 2013/0284507 mit dem Titel „Elektronisches Bauelement”.
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Der vorliegend offenbarte Gegenstand betrifft allgemein elektronische Bauelemente, geeignet, auf einer größeren Leiterplatte oberflächenmontiert zu werden. Genauer kann sich der Gegenstand auf ein Oberflächenmontage-Kondensatorbauteil zur Verwendung in einer Vielfalt von Anwendungen beziehen. Gemäß der Praxis der Branche ist die Größe eines Oberflächenmontagebauelements allgemein als eine Zahl „XXYY” ausgedrückt, wobei XX und YY die Länge bzw. Breite in hundertstel Zoll sind.
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Während verschiedene Umsetzungen von Kondensatorbauteilen und zugehörigen Baugruppen sowie Bestückungsverfahren dafür entwickelt wurden, ist keine Konstruktion aufgekommen, die allgemein alle gewünschten Eigenschaften umfasst, wie sie nachstehend gemäß der vorliegenden Technik dargestellt ist.
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Zusammenfassung des Gegenstands
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Der vorliegend offenbarte Gegenstand berücksichtigt und bezieht sich auf verschiedene der vorstehenden Punkte sowie andere, die bestimmte Aspekte von Kondensatorbauteilen betreffen. Somit ist es grob gesagt ein Ziel bestimmter Ausführungsformen der vorliegend offenbarten Technik, verbesserte Konstruktionen für bestimmte Kondensatorbauteile und Bauteilgruppen vorzusehen, die mit der Ausführung von Oberflächenmontagebauteilen verknüpft sind. Andere Ziele betreffen grob gesagt das Vorsehen von geräuscharmen Kondensatoren und zugehörigen Verfahren.
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Andere vorliegende Ziele betreffen Konstruktion und Oberflächenmontage von Kondensatorbauteilen auf Substraten, wie etwa Leiterplatten, um sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung mit verbesserten, relativ geräuscharmen Eigenschaften bereitzustellen (d. h. Minderung elektromechanischer Geräusche).
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Aspekte anderer beispielhafter Ausführungsformen des vorliegend offenbarten Gegenstands schaffen eine verbesserte elektrische und mechanische Kopplung bestimmter Oberflächenmontagebauelemente an Schaltkreise oder Leiterbahnen auf einer Leiterplatte, auf der das Bauelement bestückt werden kann, zu verbesserten Eigenschaften beim Geräuschverhalten.
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Noch weitere Aspekte noch anderer Ausführungsformen des vorliegend offenbarten Gegenstands schaffen Verbesserungen bei Fertigungs- und/oder Bestückungsverfahren, die mit der Verwendung von Oberflächenmontagebauelementen verknüpft sind.
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Noch weiter versteht es sich, dass sich die vorliegend offenbarte Technik gleichfalls auf die sich ergebenden Vorrichtungen und Strukturen, die hiermit offenbart und/oder beschrieben sind, sowie die entsprechenden angewendeten Verfahren bezieht.
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Noch weitere Aspekte noch anderer Ausführungsformen des vorliegend offenbarten Gegenstands schaffen nachgiebige Anschlüsse zur Geräuschminderung. Andere vorliegend offenbarte Ausführungsformen betreffen die vorteilhafte Verlagerung von Anschlüssen eines Oberflächenmontagekondensators. Noch zusätzliche, vorliegend offenbarte Ausführungsformen betreffen die Umhüllung eines Kondensators, wie etwa in einem Epoxidgehäuse. Noch andere vorliegend offenbarte Ausführungsformen können das Vorbestücken von Kondensatoren auf einem so genannten Transposer-Bauteil oder -Element betreffen.
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Es ist ein weiteres allgemeines Ziel, relativ niedrige Fertigungskosten vorzusehen, kombiniert mit relativ verbesserter Geräuschreduktion bei Oberflächenmontage-Kondensatorbauteilen.
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Noch weiter sollte einzusehen sein, dass bestimmte Aspekte des vorliegend offenbarten Gegenstands auf einzelne aktive Bauelemente oder Kombinationen davon mit passiven Bauelementen angewendet werden können. Zum Beispiel können aktive Kombinationen, die Verstärker, Oszillatoren und andere Funktionsblockgruppen enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind, aus der vorliegend offenbarten Technik Nutzen ziehen.
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Es ist auch ein Ziel, verbesserte Bauelemente und/oder zugehörige Verfahren zu schaffen, die geräuscharme Oberflächenmontage-Kondensatorbauteile ergeben, die beispielsweise in Audio-Schaltkreisen in elektronischen Handgeräten, in Automobilelektronik, in Computerlaufwerken und außerdem in Anwendungen der Spezial-, Luft- und Raumfahrt- und Medizintechnikindustrie nützlich sind.
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Eine vorliegend offenbarte beispielhafte Ausführungsform betrifft eine oberflächenmontierbare, relativ geräuscharme Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit). Eine solche Kondensatorbaueinheit umfasst vorzugsweise einen Hauptteil mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; und Anschlüsse erster bzw. zweiter Polarität an entgegengesetzten Enden des Hauptteils, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden. Weiter enthalten die Anschlüsse eine nachgiebige Schicht zum relativen Dämpfen von Schwingungen zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche, auf der sie bestückt wird, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern.
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In einigen solchen Ausführungsformen kann die nachgiebige Schicht eine Schicht aus nachgiebigem Polymer umfassen. In verschiedenen solchen Ausführungsformen kann das nachgiebige Polymer ein allgemein leitfähiges Polymer oder ein leitfähiges Polymer, das eine Silber-Polymer-Schicht ist, oder eins, das eins aus Silber-, Kupfer- oder Nickel-gefüllten Polymeren ist, umfassen.
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In anderen Alternativen dieser Ausführungsform kann die Oberfläche ein Trägersubstrat umfassen. In verschiedenen solchen Ausführungsformen kann das Trägersubstrat eine Leiterplatte umfassen, und die nachgiebige Polymerschicht kann einen Elastizitätsmodul von allgemein weniger als 5 GPa aufweisen, sodass die Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit eine verminderte Amplitude der auf die Leiterplatte übertragenen Schwingungen aufweist, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen.
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In verschiedenen Alternativen solcher Ausführungsformen können solche Anschlüsse ein Silberpolymer über einer relativ dünneren Abdeckschicht umfassen, und/oder die Abdeckschicht kann eine Kupferschicht umfassen, oder weiter alternativ können solche Anschlüsse ein Silberpolymer über einer relativ dünneren Kupfer-Abdeckschicht umfassen, mit einer Plattierungsschicht über der Silberpolymerschicht. In einigen Alternativen kann eine solche Plattierungsschicht Nickel-Zinn-Plattierung umfassen.
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Der vorliegend offenbarte Gegenstand soll gleichfalls entsprechende und/oder zugehörige Verfahren betreffen. Eine solche vorliegend offenbarte beispielhafte Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum relativen Verringern elektromechanischer Geräusche, die mit einer oberflächenmontierbaren Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit) verknüpft sind. Ein solches beispielhaftes Verfahren umfasst vorzugsweise einen Hauptteil mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; und Anschlüsse erster bzw. zweiter Polarität an entgegengesetzten Enden des Hauptteils, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden. Weiter enthalten die Anschlüsse vorzugsweise eine nachgiebige Schicht zum relativen Dämpfen von Schwingungen zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche, auf der sie bestückt wird, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern.
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In einigen Alternativen des beispielhaften Verfahrens kann die nachgiebige Schicht eine Schicht aus nachgiebigem Polymer umfassen. Nach anderen Alternativen kann ein solches nachgiebiges Polymer ein allgemein leitfähiges Polymer umfassen, das eins aus Silber-, Kupfer- oder Nickel-gefüllten Polymeren umfasst.
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Abwandlungen des beispielhaften Verfahrens können weiter die Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit auf einem Trägersubstrat enthalten, das eine Leiterplatte umfasst, sodass die Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit auf die Leiterplatte übertragene Schwingungen verminderter Amplitude aufweist, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen.
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In anderen vorliegend offenbarten Abwandlungen können solche Anschlüsse ein Silberpolymer über einer relativ dünneren Abdeckschicht umfassen, oder können ein leitfähiges Silberpolymer über einer relativ dünneren Kupfer-Abdeckschicht umfassen, mit einer Plattierungsschicht über der leitfähigen Silberpolymerschicht.
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Nach noch einer weiteren vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform umfasst eine oberflächenmontierbare, relativ geräuscharme Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit) vorzugsweise einen Hauptteil mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; Anschlüsse erster bzw. zweiter Polarität an entgegengesetzten Enden des Hauptteils, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden; und ein Vergussgehäuse, in dem der Hauptteil mit den auf einer Fläche gelagerten Anschlüssen aufgenommen ist, zum relativen Dämpfen von Schwingungen zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche, auf der sie bestückt wird, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern.
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In einigen Abänderungen der beispielhaften Ausführungsform kann das Vergussgehäuse ein Epoxidgehäuse umfassen, das den Hauptteil vollständig einkapselt. In einigen Fällen können die leitfähigen Schichten vertikal bezüglich einer Fläche angeordnet sein, auf der die Anschlüsse gelagert sind, obwohl die Anordnung in anderen Fällen anders als vertikal sein kann. In weiteren der Abwandlungen kann das Vergussgehäuse ein A-Gehäuse umfassen, das wie ein Land-Grid-Array-Gehäuse auf Lötfeldern einer vorgegebenen Größe bestückt wird. In anderen Alternativen kann das Gehäuse vorgegebener Größe Maße eines Gehäuses der Baugröße 1206A umfassen, wobei die Maße die Länge bzw. Breite des Gehäuses umfassen, ausgedrückt in hundertstel Zoll. Wie gewöhnliche Fachleute verstehen, ist A-Gehäuse eine brancheninterne Bezeichnung für ein gleichwertiges Bauteil mit der Größe 1206. Es sollte einzusehen sein, dass der vorliegend offenbarte Gegenstand gleichfalls auf andere Größen und Anordnungen anwendbar ist. Zum Beispiel kann er auch mit B-Gehäuse (mit 1210 gleichwertige Größe) und R- und N-Gehäuse (mit 0805 gleichwertige Größe) verwendet werden. Auch kann der vorliegend offenbarte Gegenstand zum Bestücken von Teilen im A-, B-, R- und N-Gehäuse auf Bestückungsfeldern nach Industriestandard (1206, 1210, 0805 bzw. 0805) und auch zum Bestücken derselben A-, B-, R- und N-Gehäuse auf eine Nummer kleineren Bestückungsfeldern (1206, 0805, 0603 bzw. 0603) angewendet werden. Das letztere Verfahren setzt die Lötfelder unter das Teil (auch als Art eines Land Grid Arrays bekannt) und beseitigt wirksam die große Lötkehle vom Ende des eingegossenen Kondensators, was wiederum Klemmspannungen und Schwingungen verringert, die vom Kondensator zum Bestückungssubstrat gekoppelt werden.
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Nach anderen Alternativen kann die Oberfläche ein Trägersubstrat umfassen. In einigen Fällen kann das Trägersubstrat eine Leiterplatte umfassen, und das Vergussgehäuse kann ein vergossenes Gehäuse mit einer Polymerbeschichtung und einem Leiterrahmen umfassen. In einigen Fällen kann der Hauptteil so aufgenommen sein, dass die leitfähigen Schichten vertikal bezüglich einer Fläche angeordnet sind, auf der die Anschlüsse gelagert sind, obwohl die Anordnung in anderen Fällen anders als vertikal sein kann, um Kondensatorverzerrung von der Leiterplatte zu entkoppeln, um Geräusche des Bauteils zu dämpfen, indem die Amplitude von auf die Leiterplatte übertragenen Schwingungen verringert wird, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung damit mit relativ niedrigen Geräuscheigenschaften vorzusehen.
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In anderen Abwandlungen können die Anschlüsse eine Nickel-Zinn-Plattierung über einer Kupferschicht umfassen.
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Eine weiter vorliegend offenbarte beispielhafte Ausführungsform kann ein entsprechendes Verfahren zum relativen Reduzieren elektromechanischer Geräusche betreffen, die mit einer oberflächenmontierbaren Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit) verknüpft sind. Ein solches beispielhaftes Verfahren kann umfassen: Vorsehen eines Hauptteils mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; Ausbilden von Anschlüssen erster bzw. zweiter Polarität an entgegengesetzten Enden des Hauptteils, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden; und Einsetzen des Hauptteils in ein Vergussgehäuse mit den auf einer Fläche gelagerten Anschlüssen, zum relativen Dämpfen von Schwingungen zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche, auf der sie bestückt wird, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern.
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In Abänderungen des Vorstehenden kann das Vergussgehäuse ein Epoxidgehäuse umfassen, das den Hauptteil vollständig einkapselt. In einigen Fällen können die leitfähigen Schichten vertikal bezüglich einer Fläche angeordnet sein, auf der die Anschlüsse gelagert sind, obwohl in anderen Anordnungen Anderes als vertikal ausgeführt sein kann. In einigen anderen Abwandlungen kann das Vergussgehäuse ein A-Gehäuse umfassen, das wie ein Land-Grid-Array-Gehäuse auf Lötfeldern einer vorgegebenen Größe bestückt wird.
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Nach anderen Abwandlungen kann die Fläche ein Trägersubstrat umfassen, und/oder das Trägersubstrat kann eine Leiterplatte umfassen, und das Vergussgehäuse kann ein vergossenes Gehäuse mit einer Polymerbeschichtung und einem Leiterrahmen umfassen. In einigen Fällen kann der Hauptteil so aufgenommen sein, dass die leitfähigen Schichten vertikal bezüglich einer Fläche angeordnet sind, auf der die Anschlüsse gelagert sind, obwohl die Anordnung in anderen Fällen anders als vertikal ausgeführt sein kann, um Kondensatorverzerrung von der Leiterplatte zu entkoppeln, um Geräusche des Bauteils zu dämpfen, indem die Amplitude von auf die Leiterplatte übertragenen Schwingungen verringert wird, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung damit mit relativ niedrigen Geräuscheigenschaften vorzusehen.
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In noch anderen Abwandlungen können die Anschlüsse eine Nickel-Zinn-Plattierung über einer Kupferschicht umfassen, und/oder die Länge der Anschlüsse und die Stelle ihrer Anbringungspunkte können vorgegeben sein, um von der Kondensatorbaueinheit zur Leiterplatte übertragene Schwingungen weiter zu entkoppeln.
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Eine weitere vorliegend offenbarte beispielhafte Ausführungsform betrifft eine oberflächenmontierbare, relativ geräuscharme Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit), vorzugsweise umfassend einen Hauptteil mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; und Anschlüsse erster bzw. zweiter Polarität an entgegengesetzten Seiten des Hauptteils, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden, wobei die Anschlüsse auf einer Fläche gelagert sind, um die Halte- und Verbindungsgrundfläche zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche relativ zu verringern, auf der sie bestückt wird, um Schwingungskraftübertragung dazwischen relativ zu verringern, um elektromechanische Geräusche zu verringern.
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In einigen Abwandlungen des Vorstehenden kann die Fläche ein Trägersubstrat umfassen, und/oder das Trägersubstrat kann eine Leiterplatte umfassen, sodass die Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit die übertragenen Schwingungen auf die Leiterplatte von verminderter Amplitude aufweist, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen.
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In anderen vorliegenden Alternativen können die Anschlüsse eine Schicht von Nickel-Zinn-Plattierung umfassen oder können Nickel-Zinn-Plattierung über einer Kupferschicht umfassen, und/oder die Kupferschicht kann eine relativ dicke Schicht aus Kupfer umfassen.
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Ein vorliegend offenbartes beispielhaftes entsprechendes Verfahren kann ein Verfahren zum relativen Verringern von mit einer oberflächenmontierbaren Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit) verknüpften elektromechanischen Geräuschen betreffen, vorzugsweise umfassend: Vorsehen eines Hauptteils mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; Ausbilden von Anschlüssen erster bzw. zweiter Polarität an entgegengesetzten Seiten des Hauptteils, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden; und Lagern der Anschlüsse auf einer Fläche, wobei eine relativ verringerte Halte- und Verbindungsgrundfläche zwischen der Kondensatorbaueinheit und der Fläche gebildet ist, auf der sie gelagert wird, um Schwingungskraftübertragung dazwischen relativ zu verringern, um elektromechanische Geräusche zu verringern.
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In Alternativen dazu kann die Fläche ein Trägersubstrat umfassen, und/oder das Trägersubstrat kann eine Leiterplatte umfassen, sodass Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit Schwingungen verminderter Amplitude aufweist, die auf die Leiterplatte übertragen werden, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen.
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In anderen Abwandlungen können die Anschlüsse eine Schicht einer Nickel-Zinn-Plattierung umfassen und/oder können Nickel-Zinn-Plattierung über einer Kupferschicht umfassen. In einigen Fällen kann die Kupferschicht eine relativ dicke Schicht aus Kupfer umfassen.
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Noch eine weitere vorliegend offenbarte beispielhafte Ausführungsform kann eine oberflächenmontierbare, relativ geräuscharme Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit) betreffen, vorzugsweise umfassend einen Hauptteil mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; Anschlüsse erster bzw. zweiter Polarität am Hauptteil und mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden; und eine an der Kondensatorbaueinheit angebrachte Transposer-Montageplatte, wobei die Transposer-Montageplatte auf einer Fläche gelagert ist, um die Halte- und Verbindungsgrundfläche zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche relativ zu verringern, durch die sie gelagert wird, um Schwingungskraftübertragung dazwischen relativ zu verringern, um elektromechanische Geräusche zu verringern.
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Nach einigen Alternativen des Vorstehenden kann eine Seite des Hauptteils, die zu der Fläche weist, ein Kondensator-Montagefeld bilden; und die Kondensatorbaueinheit kann weiter eine Lötmaske zwischen dem Kondensator-Montagefeld und der Transposer-Montageplatte enthalten.
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Nach anderen Alternativen können die Anschlüsse erster und zweiter Polarität an entgegengesetzten Enden des Hauptteils ausgebildet sein.
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In noch anderen Abwandlungen kann die Fläche ein Trägersubstrat umfassen, und/oder das Trägersubstrat kann eine Leiterplatte umfassen, sodass Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit verminderte Amplitude der auf die Leiterplatte übertragenen Schwingungen aufweist, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen.
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In noch anderen Alternativen können die Anschlüsse eine Schicht einer Nickel-Zinn-Plattierung umfassen und/oder können Nickel-Zinn-Plattierung über einer Kupferschicht umfassen.
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In anderen Abwandlungen kann die Fläche der Transposer-Montageplatte ungefähr die Hälfte oder weniger der Fläche des Kondensator-Montagefelds ausmachen, um die Größe der Montagefelder bezüglich der Kondensatorbaueinheit wirksam zu verringern.
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Ein beispielhaftes entsprechendes und/oder zugehöriges Verfahren kann ein Verfahren zum relativen Verringern von mit einer oberflächenmontierbaren Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbaueinheit (MLCC-Baueinheit) verknüpften elektromechanischen Geräuschen betreffen, vorzugsweise umfassend: Vorsehen eines Hauptteils mit einer Vielzahl leitfähiger Schichten erster bzw. zweiter Polarität, verschachtelt mit einer Vielzahl keramischer Schichten, um jeweilige Paare gegenüberliegender Kondensatorplatten in einer gestapelten Anordnung zu bilden; Ausbilden von Anschlüssen erster bzw. zweiter Polarität am Hauptteil, mit den leitfähigen Schichten erster bzw. zweiter Polarität elektrisch verbunden; und Anbringen einer Transposer-Montageplatte an der Kondensatorbaueinheit und Lagern der Transposer-Montageplatte auf einer Fläche, um eine Halte- und Verbindungsgrundfläche zwischen der Kondensatorbaueinheit und einer Fläche relativ zu verringern, durch die sie gelagert wird, um Schwingungskraftübertragung dazwischen relativ zu verringern, um elektromechanische Geräusche zu verringern.
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In Abwandlungen des Vorstehenden kann das Anbringen und Lagern ein Vormontieren der Transposer-Montageplatte an der Kondensatorbaueinheit vor dem Lagern der Transposer-Montageplatte auf einer Fläche enthalten.
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Nach anderen Alternativen kann eine Seite des Hauptteils, die zu der Fläche weist, ein Kondensator-Montagefeld bilden; und das Verfahren kann weiter das Vorsehen einer Lötmaske zwischen dem Kondensator-Montagefeld und der Transposer-Montageplatte enthalten.
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Weiter alternativ können die Anschlüsse erster und zweiter Polarität an entgegengesetzten Enden des Hauptteils ausgebildet sein.
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Für andere Alternativen kann die Fläche ein Trägersubstrat umfassen, und/oder das Trägersubstrat kann eine Leiterplatte umfassen, sodass Oberflächenmontage der Kondensatorbaueinheit auf die Leiterplatte übertragene Schwingungen verminderter Amplitude aufweist, um sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung mit relativ geräuscharmen Eigenschaften vorzusehen.
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In anderen Abwandlungen können die Anschlüsse eine Schicht einer Nickel-Zinn-Plattierung umfassen und/oder können Nickel-Zinn-Plattierung über einer Kupferschicht umfassen. Nach anderen Abwandlungen des Vorstehenden kann die Fläche der Transposer-Montageplatte ungefähr die Hälfte oder weniger der Fläche des Kondensator-Montagefelds ausmachen, um die Größe der Montagefelder bezüglich der Kondensatorbaueinheit wirksam zu verringern.
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Zusätzliche Ziele und Vorteile des vorliegend offenbarten Gegenstands sind hier in der genauen Beschreibung dargelegt oder sind jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen daraus ersichtlich. Dabei sollte weiterhin jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen klar sein, dass Änderungen und Abwandlungen an dessen spezifisch dargestellten, herangezogenen und diskutierten Merkmalen und/oder Schritten in verschiedenen Ausführungsformen und Anwendungen der offenbarten Technik mit Bezug darauf praktiziert werden können, ohne von deren Sinn und Umfang abzuweichen. Zu solchen Abwandlungen können das Ersetzen der gezeigten, bezogenen oder beschriebenen Mittel, Schritte, Merkmale oder Materialien oder durch äquivalente sowie die funktionelle, einsatzmäßige Umkehr oder die der Position von verschiedenen Teilen, Merkmalen, Schritten oder Ähnlichem gehören, sind jedoch nicht beschränkt darauf.
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Noch weiter versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen, ebenso wie verschiedene im Vorliegenden bevorzugte Ausführungsformen dieser Technik verschiedene Kombinationen oder Ausführungen vorliegend dargelegter Schritte, Merkmale oder Elemente oder ihrer Äquivalente enthalten können (einschließlich Kombinationen von Merkmalen, Ausgestaltungen oder Schritten davon, die nicht ausdrücklich in den Figuren gezeigt oder in der genauen Beschreibung angegeben wurden).
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine vollständige und erhellende Beschreibung des vorliegend offenbarten Gegenstands einschließlich dessen bester Form, die sich an jemanden mit gewöhnlichem Fachwissen wendet, ist in der Spezifikation gegeben, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, in denen:
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1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften, vorliegend entworfenen Prüfanordnung zum Prüfen entweder von Bauteilen nach dem Stand der Technik oder von Bauteilen darstellt, die gemäß der vorliegend offenbarten Technik konstruiert und/oder montiert sind;
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2A, 2B, 2C und 2D verschiedene perspektivische und Schnittansichten von Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbauteilen (MLCC-Bauteilen) nach dem Stand der Technik sind;
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3 eine Kurve einer Schalldruck-Vergleichsprüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung ist, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an bestehenden MLCC-Bauteilen, wie sie durch die vorliegenden 2A bis 2D dargestellt sind;
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4A und 4B schematische Darstellungen von Aspekten des Bestückens von MLCC-Bauteilen auf Leiterplatten sind;
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5A eine Schnittansicht einer beispielhaften ersten Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Technik mit nachgiebiger Anschlussausbildung ist, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern, und 5B eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung ist, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an bestehenden MLCC-Bauteilen, wie sie durch die vorliegende 5A dargestellt sind;
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6A und 6B perspektivische bzw. Schnittansichten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Vergussgehäusetechnik sind, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern, und 6C eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung ist, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegenden 6A und 6B dargestellt sind;
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6D bis 6F skizzenhafte Schnittansichten jeweils dreier verschiedener beispielhafter Ausführungsformen von Kondensatoren und Lötfeldern auf Bestückungssubstraten zeigen; und 6G grafisch akustische Abgaben beispielhafter Ausführungsformen als Spitzen-Schalldruckpegel in dB zeigt;
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7A ein repräsentatives Beispiel eines MLCC-Bauteils mit 8 Anschlüssen gemäß den Bauteilentwürfen nach dem Stand der Technik der vorliegenden 2A bis 2D ist;
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7B eine perspektivische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Seitenanschlusstechnik ist, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern, und 7C eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung ist, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegende 7B dargestellt ist;
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8A bis 8C eine perspektivische Ansicht, eine bauelementseitige bzw. eine leiterplattenseitige Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Technik mit vormontiertem MLCC-Transposer sind, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern, und 8D eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung ist, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegenden 8A bis 8C dargestellt ist; und
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9 eine Kurve einer Schalldruck-Vergleichsprüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung ist, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an vorliegend offenbarten, auf einem Substrat vormontierten MLCC-Bauteilen, wie sie durch die vorliegenden 8A bis 8C dargestellt sind.
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Wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der gesamten vorliegenden Beschreibung und der angefügten Zeichnung soll dieselben oder analoge Merkmale, Elemente oder Schritte des vorliegend offenbarten Gegenstands darstellen.
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Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie im Abschnitt „Zusammenfassung des Gegenstands” beschrieben, betrifft der vorliegend offenbarte Gegenstand allgemein bestimmte Geräuschaspekte bestückter Kondensatorbauteile und zugehörige Technik und Fertigungs- und/oder Bestückungsverfahren. Genauer betrifft der vorliegend offenbarte Gegenstand verbesserte Konstruktionen für bestimmte Kondensatorbauelemente und -bauelementanordnungen, die mit der Ausführungsform von Oberflächenmontage-Bauteilen verknüpft sind, insbesondere bezüglich geräuscharmer Kondensatoren und zugehöriger Verfahrenstechniken.
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Ausgewählte Kombinationen von Aspekten der offenbarten Technik entsprechen einer Vielzahl verschiedener Ausführungsformen des vorliegend offenbarten Gegenstands. Es sollte beachtet werden, dass jede der hierin dargestellten und beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen keine Einschränkungen des vorliegend offenbarten Gegenstands andeuten sollte. Merkmale und Schritte, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, können in Kombination mit Aspekten einer anderen Ausführungsform benutzt werden, um noch weitere Ausführungsformen zu ergeben. Zusätzlich können bestimmte Merkmale gegen ähnliche, nicht ausdrücklich erwähnte Bauteile oder Merkmale ausgetauscht werden, welche dieselbe oder eine ähnliche Funktion erfüllen.
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Nun ist im Einzelnen Bezug auf beispielhafte vorliegend bevorzugte Ausführungsformen genommen; dafür stellt 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften, vorliegend entworfenen Prüfanordnung, allgemein 10, zum Prüfen entweder von Bauteilen nach dem Stand der Technik oder Bauteilen dar, die gemäß der vorliegend offenbarten Technik konstruiert und/oder montiert sind. Ein solches Kondensatorbauteil, allgemein 12, kann oberflächenmontiert oder anderweitig bezüglich eines Substrats, allgemein 14, wie etwa einer Leiterplatte, positioniert sein. In der ausgelegten Anordnung sind Kupferträger, allgemein 16, auf jeweiligen Seiten der Leiterplatte 14 vorgesehen und können während der Prüfung mit Strom versorgt werden, wie durch die angedeuteten Anschlussdrähte dargestellt, und wie es ein gewöhnlicher Fachmann aus den Darstellungen der vorliegenden 1 verstehen wird.
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Ein hoch präzises Mikrofon, allgemein 18, kann in einem bestimmten Abstand, allgemein 20, vom Substrat 14 montiert sein. In einer beispielhaften Anordnung kann ein Abstand von 2 mm zum Substrat 14 verwendet sein, das eine Leiterplatte von 100 × 40 × 1,5 mm umfassen kann. Das zu prüfende oberflächenmontierte Bauteil, allgemein 12, kann verschiedene Gehäusegrößen umfassen, wie etwa 0201 bis 1206.
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Der Prüfling kann beispielsweise auf Felder in der Mitte des Substrats Reflow-gelötet sein. Verwendung der Kupferhalterungen 16 erleichtert reproduzierbares Einsetzen von Prüfsubstraten, wobei das Mikrofon auf der Seite gegenüber der Seite positioniert ist, wo der Prüfling montiert ist. Eine Schaumstoffhülle (nicht gezeigt) kann um die gesamte Anordnung vorgesehen sein, um Streugeräusche zu verringern. Bei einer solchen Anordnung kann das Grundrauschen etwa –6 dB über einen interessierenden Frequenzbereich von ca. 1 bis 10 kHz betragen.
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In einer beispielhaften Anordnung wurden ein ½''-Mikrofon und Vorverstärker von Brüel & Kjaer in Verbindung mit einem Signalanalysator Photon+ von Brüel & Kjaer benutzt. Ein Funktionsgenerator HP 33120A wurde in Verbindung mit einem Verstärker Model 7500 von Krohn-Hite verwendet, um den Prüfling mit einer gewobbelten Sinuswelle von 1 bis 5 kHz; 3,15 VAC; 3,15 VDC; 0,1 s Durchlaufrate zu speisen. Die meisten geprüften Kondensatoren mit hohem CV wiesen eine Nennspannung von 6,3 V auf; daher wurden die Prüfwellenformen für Betrieb zwischen 25% und 75% von 6,3 V (ca. 1,6 bis 4,7 V) eingestellt.
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Während verschiedene Einstellungsanordnungen ausgeführt sein können, werden gewöhnliche Fachleute einsehen, dass diese Mikrofongeometrie und -anbringung eine wirksame Anordnung zum Prüfen von elektromechanischen Geräuschen bei Kondensatoren vorsehen, wie sie durch die in 1 dargestellten konzentrischen Halbkreis-Schwingungswellen repräsentiert sind, die sowohl vom geprüften Bauteil 12 als auch von der Leiterplatte 14 ausgehen.
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Wie anderweitig hier beschrieben, sind die vorliegenden
2A,
2B,
2C und
2D verschiedene perspektivische und Schnittansichten von Mehrschicht-Keramik-Kondensatorbauteilen (MLCC-Bauteilen) nach dem Stand der Technik, wie etwa durch
2 und
3 des gemeinschaftlich gehaltenen
US-Patents Nr. 7,352,563 gezeigt. Ein solcher MLCC kann beispielsweise eine Ni-Sn-Plattierung über einem Dickschicht-Cu-Anschluss aufweisen, in Verbindung mit einem Hauptteil mit verschränkten oder verschachtelten vielfachen Sätzen von Elektrodenstrukturen
22 und
24 entgegengesetzter Polarität, wie gewöhnliche Fachleute verstehen werden.
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3 ist eine Kurve einer Schalldruck-Vergleichsprüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an bestehenden MLCC-Bauteilen, wie sie durch die vorliegenden 2A bis 2D dargestellt sind. In ihr ist der Schalldruckpegel (SPL) (in dB) über angelegten Frequenzen (in Hz) aufgetragen. Das Grundrauschen ist das, was durch eine leere Prüfkammer dargestellt ist. Wie gezeigt, tritt gemäß dieser Prüfung eine maßgebliche Spitze bei 49,3 dB innerhalb des geprüften Frequenzbereichs zwischen 1 und 9 kHz auf. Eine entsprechende Angabe der Gütezahl ergibt sich aus der Fläche unter der SPL-Kurve und beträgt in diesem Fall ca. 2,0 Pa·Hz. Im Wesentlichen dieselbe Prüfanordnung ist in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen des vorliegend offenbarten Gegenstands verwendet, wie anderweitig hier beschrieben.
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4A und 4B sind einfache schematische Darstellungen von Aspekten des Bestückens von MLCC-Bauteilen auf Leiterplatten gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand, die zu Verringerungen elektromechanischer Geräusche von solchen Kombinationen beitragen. Wie dargestellt, ist ein repräsentatives vorliegend offenbartes MLCC-Bauteil, allgemein 26, bezüglich eines Trägersubstrats, allgemein 28, (wie etwa einer Leiterplatte) aufgenommen (montiert und/oder gelagert). 4A stellt technische Ansätze dar, die einen Dämpfungsaspekt in solchen Kombinationen vorsehen, wie etwa zwischen Bauteil 26 und Substrat 28. 4B stellt sich ergebende Kraftminderungen dar, die sonst mechanische Kräfte und resultierende Geräusche im Trägersubstrat verursachen können. Wie schematisch durch die Ausführungsformen gezeigt, gibt es eine Verringerung der Trage-Verbindungsgrundfläche, wie etwa zwischen dem Bauteil 26 und dem Substrat 28, was zu vereinzelten Anordnungen mit verringerter Schwingungskraftübertragung zwischen den beiden führt.
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5A ist eine Schnittansicht einer beispielhaften ersten Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Technik mit nachgiebiger Anschlussausbildung, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern. 5B ist eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegende 5A dargestellt ist, und ein Vergleich der Ergebnisse mit Ergebnissen für ein Bauteil nach dem Stand der Technik mit Anschlüssen mit dicker Cu-Schicht, wie in der vorliegenden 2D nach dem Stand der Technik dargestellt.
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Im Gegensatz zur Dickschicht-Kupfer-Anschlussausbildung der 2D nach dem Stand der Technik weist die vorliegend offenbarte beispielhafte Ausführungsform nach 5A einen Ag-Polymer-Anschluss über einer relativ dünneren Cu-Schicht (oder „Abdeckung”) auf. Solch ein nachgiebigerer Polymer-Anschluss wirkt als „Polster” und dämpft gegen das Koppeln von Schwingungen zwischen dem Kondensatorbauteil und der Leiterplatte. Während Ag-Polymer als bestimmtes Beispiel gezeigt ist, versteht es sich für Fachleute aus der vollständigen Offenbarung hiermit, dass allgemeiner leitfähiges Polymer oder Polymer angewendet werden kann, statt allein auf Ag-Polymer beschränkt zu sein.
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Wie durch die vorliegende 5B gezeigt, sind Prüfergebnisse für die vorliegend offenbarte Ausführungsform der vorliegenden 5A durch die Datenpunkte der rechten Seite dargestellt und zu vergleichen mit den Datenpunkten der linken Seite vom Bauteil nach dem Stand der Technik (von 2D). Eine Verringerung um etwa 6 dB ist erreicht. Da die dB-Achse logarithmisch ist, liegt die dargestellte Verringerung in der Größenordnung einer Halbierung des übermittelten Geräuschs (SPL oder Rauschen). Die Ausführungsform nach dem Stand der Technik mit Dickschicht-Kupferanschluss (2D) weist einen Modul von ungefähr 120 GPa auf, während die beispielhafte Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands nach 5A einen Modul von weniger als 5 GPa aufweist. Die beispielhaften Ausführungsformen für Prüfzwecke umfassten 0805-MLCC-Bauteile mit 10 Mikrofarad. Somit ist gezeigt, dass die vorliegend offenbarte Ausführungsform mit nachgiebigen Anschlüssen eine bedeutende Geräuschminderung gegenüber der Ausführungsform nach dem Stand der Technik aufweist.
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6A und 6B sind perspektivische bzw. Schnittansichten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Vergussgehäusetechnik, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern. 6C ist eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegenden 6A und 6B dargestellt ist.
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Die vorliegende Ausführung mit Vergussgehäuse verwendet einen Leiterrahmen zum Entkoppeln der Kondensatorverzerrung von der Leiterplatte. Die Länge des Drahtwegs und die jeweiligen oberen und End-Anbringungspunkte, wie gezeigt, sehen eine solche Entkopplung vor. Auch trägt eine Polymerbeschichtung dazu bei, Geräusche des Bauteils zu dämpfen. Weiter wird ein so genanntes A-Gehäuse als Gehäuse nach Art eines LGA (Land Grid Array) auf 0805-Lötfeldern bestückt.
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6C stellt Prüfergebnisse eines Standard-0805-MLCC-Bauteils (nach der Art, wie sie durch die 2D nach dem vorliegenden Stand der Technik dargestellt ist) gegenüber einem 0805-A-Gehäuse-Muster, das die vorliegend offenbarte Vergussgehäusetechnik verwendet, für ein Bauteil mit 22 Mikrofarad grafisch dar. Wie gezeigt, sieht die vorliegend offenbarte Technik eine Verringerung des Spitzen-SPL irgendwo zwischen 12 und 28 dB vor und stellt eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar.
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6D bis 6F zeigen skizzierte Schnittansichten jeweils dreier verschiedener beispielhafter Ausführungsformen von Kondensatoren und Lötfeldern auf Bestückungssubstraten. 6D ist ein Mehrschicht-Keramik-Kondensator-Bauteil auf entsprechenden Bestückungsfeldern, das heißt, ein 0402-MLC wird auf Feldern bestückt, die für ein 0402-Bauteil ausgelegt sind, ein 0603-MLC auf 0603-Feldern und so weiter. 6E zeigt einen MLC-Kondensator, der in ein Vergussbauteil eingesetzt ist, das physisch größer ist als der MLC selbst, sodass das Vergussbauteil auf Lötfeldern bestückt wird, die für das Vergussteil dieser Gehäusegröße ausgelegt sind. Nach EIA-Industriestandards werden Vergussbauteile der R- und N-Gehäusegröße auf 0805-Lötfeldern bestückt, Vergussbauteile der A-Gehäusegröße werden auf 1206-Lötfeldern bestückt, Vergussbauteile der B-Gehäusegröße werden auf 1210-Feldern bestückt und so weiter. Insbesondere lässt der Industriestandard zu, dass sich Lötkehlen an den Enden der Vergussbauteile bilden, wie in 6E skizziert. Wenn jedoch Vergussbauteile auf Lötfeldern bestückt werden, die für einen um eine Gehäusegröße kleineren Chip ausgelegt sind, wie in 6F skizziert, sind Lötkehlen am Ende des Vergussbauteils im Wesentlichen beseitigt. Mit anderen Worten, Vergussbauteile der R- und N-Gehäusegröße würden auf 0603-Feldern bestückt werden, Vergussbauteile der A-Gehäusegröße auf 0805-Feldern, Vergussbauteile der B-Gehäusegröße auf 1206-Feldern und so weiter.
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Wie grafisch in 6G gezeigt, ist es möglich, die akustische Abgabe als Spitzen-Schalldruckpegel in dB zu vergleichen für einen typischen 0603-MLC mit Kapazität im Bereich von 2,2 bis 22 μF, bestückt auf 0603-Bestückungsfeldern; ein A-Gehäuse-Vergussbauteil, enthaltend MLC-Einsätze desselben Wertebereichs, bestückt auf Industriestandard-1206-Bestückungsfeldern; und diese A-Gehäuse-Bauteile, bestückt auf kleineren 0805-Feldern, die Lötkehlen beseitigen. Die akustische Abgabe von A-Gehäuse-Vergussbauteilen ist bezüglich der bloßen MLC-Einsätze verringert, und weiter ist die akustische Abgabe des auf Lötfeldern, die die Lötkehlen beseitigen, bestückten Vergussbauteils bezüglich des mit Lötkehlen bestückten Vergussbauteils verringert.
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Wie grafisch in
6G gezeigt, ist es möglich, die akustische Abgabe als Spitzen-Schalldruckpegel in dB zu vergleichen für einen typischen 0402-MLC mit Kapazität im Bereich zwischen 0,1 und 10 μF, bestückt auf 0402-Bestückungsfeldern; ein R-Gehäuse-Vergussbauteil, enthaltend MLC-Einsätze desselben Wertebereichs, bestückt auf Industriestandard-0805-Bestückungsfeldern; und diese R-Gehäuse-Bauteile, bestückt auf kleineren 0603-Feldern, die Lötkehlen beseitigen. Die akustische Abgabe von R-Gehäuse-Vergussbauteilen ist bezüglich der bloßen MLC-Einsätze verringert, und weiter ist die akustische Abgabe des auf Lötfeldern, die die Lötkehlen beseitigen, bestückten Vergussbauteils bezüglich des mit Lötkehlen bestückten Vergussbauteils verringert. Tabelle 1 führt verschiedene Beispiele von Industriestandard-Vergussbauteilen und MLCs und ungenormte Land-Grid-Array-(LGA-)Bestückungsfeldgeometrien auf, die Lötkehlen minimieren, um die akustische Abgabe zu verringern. Tabelle 1
| Vergussteilgröße | Größe des EIA-MLC-Einsatzes | Industriestandard-Bestückungsfeldgröße für Vergussteil | Geräuscharme „LGA”-Bestückungsfeldgröße für Vergussteil |
| A-Gehäuse | 0603 | 1206 | 0805 |
| B-Gehäuse | 0805 | 1210 | 1206 oder 0805 |
| R-Gehäuse | 0402 | 0805 | 0603 |
| N-Gehäuse | 0402 | 0805 | 0603 |
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7A ist ein repräsentatives Beispiel eines MLCC-Bauteils mit 8 Anschlüssen gemäß den Bauteilkonstruktionen nach dem Stand der Technik der vorliegenden 2A bis 2D. 7B ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Seitenanschlusstechnik, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern. 7C ist eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegende 7B dargestellt ist, und ein Vergleich von Ergebnissen aus der Prüfung mit Ergebnissen aus der Prüfung an einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik, wie in der vorliegenden 7A gezeigt. Die beispielhafte Ausführungsform mit Seitenanschlüssen verwendet Funktionalität und Gegenstand wie allgemein durch die vorliegende 4B dargestellt, mit einer relativ verringerten Koppelgrundfläche. Wieder ist eine Verringerung um etwa 6 dB durch die Vergleichsprüfungsergebnisse der vorliegenden 7C gezeigt.
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8A bis 8C sind eine perspektivische Ansicht, eine bauelementseitige bzw. eine leiterplattenseitige Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des vorliegend offenbarten Gegenstands unter Anwendung von Technik mit vormontiertem MLCC-Transposer, um elektromechanische Geräusche relativ zu verringern. 8D ist eine Kurve einer Prüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung, wie durch die vorliegende 1 dargestellt, durchgeführt an der vorliegend offenbarten beispielhaften Ausführungsform, wie sie durch die vorliegenden 8A bis 8C dargestellt ist, und ein Vergleich mit einer MLCC-Ausführungsform nach dem Stand der Technik, wie der Konstruktion der vorliegenden 2D. Wieder ist ein Bauteil der Größe 0805 für einige der Vergleichs-Datenpunkte verwendet, während (wie gezeigt) in einigen Fällen Ausführungsformen der Größe 0603 verwendet sind. Der Begriff „Transposer” (Umsetzer) ist verwendet, weil buchstäblich die Stelle der Bestückungsfelder für ein MLCC gegebener Gehäusegröße zu Feldern für Bauteile kleinerer Gehäusegröße umgesetzt ist. Dies führt zu einer Verringerung der effektiven Verbindungsfläche, Verkleinerung des Abstands zwischen Bestückungsfeldern, Verkleinerung der LGA-artigen Lötkehle und einer Vergrößerung des Abstands des MLCC-Bauteils.
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Zum Beispiel stellt
8B von der Bauelementseite her eine 0603-Grundfläche allgemein für das Kondensator-Bestückungsfeld, allgemein
30, dar, wie sie mit der Lötmaske
32 zum Bestücken auf einem repräsentativen Substrat
34 verwendet wird. Jedoch zeigt
8C als Darstellung von der Leiterplattenseite (oder Substratseite) her, dass die Transposer-Montageplatte, allgemein
36, eine 0201-Grundfläche (allgemein die Fläche mit gestrichelten Linien
38) ergibt. Somit ist die Bestückungsgröße der Electronic Industries Alliance (EIA) durch diese Ausführungsformen umgesetzt. Zu beachten ist, dass die EIA-Gehäusegrößenbezeichnungen hier auf Zoll beruhen. Die folgende Tabelle 2 gibt die verschiedenen Reduktionen effektiver Verbindungsflächen wieder, die mit der Anwendung des vorliegend offenbarten Gegenstands erreicht werden können. Weiter stellt
8D eine grafische Darstellung der bedeutenden Spitzen-SPL-Datenreduktionen dar (in der Größenordnung von 12 bis 20 dB), die durch vorliegend offenbarte Bauteile gegenüber MLCC-Bauteilen nach dem Stand der Technik erreicht sind. Die Kurve der
8D stellt auch Verringerungen der Gütezahl-Daten (FOM-Daten) von 60 bis 90% dar. Tabelle 2
| EIA-MLC-Baugröße | Umgesetzte Bestückungsgröße |
| 1206 | 0603 |
| 0805 | 0402 |
| 0603 | 0201 |
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Die vorliegende
9 ist eine Kurve einer Schalldruckpegel-Vergleichsprüfung unter Verwendung einer Prüfanordnung, wie durch die vorliegende
1 dargestellt, durchgeführt an vorliegend offenbarten, auf einem Substrat vormontierten MLCC-Bauteilen, wie sie durch die vorliegenden
8A bis
8C dargestellt sind. Wie gezeigt, beträgt der über den Bereich von 1 bis 9 kHz gezeigte Spitzen-SPL ungefähr 23,8 dB, was weit weniger ist als der in der Kurve der vorliegenden
3 gezeigte Spitzen-SPL von 49,3 dB. Ebenso ist die Gütezahl auf eine Flächenbestimmung von ungefähr 0,4 Pa·Hz reduziert, herunter von dem Datenpunkt von ungefähr 2,0 Pa·Hz, der in Verbindung mit der Prüfung von
3 erhalten ist. Die Zusammenfassung der Vergleichsprüfung bezüglich der Kurve von
3 für die vier verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen des vorliegend offenbarten Gegenstands ist in der folgenden Tabelle 3 dargelegt. Tabelle 3
| | Reduktion des Spitzen-SPL | Reduktion des FOM |
| Nachgiebiger Anschluss | 7,5 dB | 23 |
| Vergossener MLC | 12–28 dB | 70–97% |
| Seitenanschluss | 5 dB | 49 |
| Transposer | 12–19 dB | 60–90% |
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Die folgende Tabelle 4 fasst die relative Effizienz der vorliegend offenbarten Ausführungsformen der Verringerung elektromechanischer Geräusch (Spitzen-SPL) bezüglich Größenanpassung und Kostenfaktoren zusammen. Die Vergleichsaspekte können dazu neigen, zur Auswahl einer bestimmten vorliegend offenbarten Ausführungsform gegenüber einer anderen für eine bestimmte Anwendung oder eine Menge von Benutzeranforderungen/-Kriterien zu führen. Tabelle 4
| EM-Geräusch-Technik | SPL-Reduktion | Größenanpassungsfaktor | Kostenanpassungsfaktor |
| Nachgiebige Anschlussausbildung
(Fig. 5A) | Gut | Niedrig | Niedrig |
| Vergossener MLC
(Fig. 6A–6C) | Ausgezeichnet | Hoch | Hoch |
| Seitenanschluss
(Fig. 7B) | Gut | Niedrig | Mäßig |
| MLC-Transposer
(Fig. 8A–8C) | Sehr gut | Mäßig | Hoch |
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Während der vorliegend offenbarte Gegenstand mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon genau beschrieben wurde, ist zu beachten, dass ein Fachmann, nachdem er das Vorstehende verstanden hat, die vorliegend offenbarte Technik leicht für Änderungen oder Erweiterungen, Abwandlungen und/oder Äquivalente dieser Ausführungsformen anpassen kann. Dementsprechend besteht der Umfang der vorliegenden Offenbarung eher als Beispiel denn als Einschränkung, und der Gegenstand der Offenbarung schließt nicht die Einbeziehung solcher Änderungen, Abwandlungen und/oder Ergänzungen zum vorliegend offenbarten Gegenstand aus, die jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen offensichtlich wären.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5889445 [0003]
- US 7352563 [0003, 0083]
- US 5629578 [0015]
- US 8665059 [0015]
