DE102019216221A1 - Shielding device for electromagnetic shielding - Google Patents
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Abstract
Abschirmungseinrichtung (200) zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens einer Komponente (104) auf einem Substrat (103) aufweisend einen Deckel (101); und an dem Deckel (101) angeordnete Fußstrukturen (201), welche auf dem Substrat (103) befestigbar sind. Die Abschirmungseinrichtung (200) weist weiterhin in den Deckel (101) eingeprägte biegsame Elemente (202, 301) auf.Shielding device (200) for electromagnetic shielding of at least one component (104) on a substrate (103) having a cover (101); and foot structures (201) which are arranged on the cover (101) and can be fastened on the substrate (103). The shielding device (200) also has flexible elements (202, 301) embossed in the cover (101).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmungseinrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens einer Komponente auf einem Substrat, ein Lasermodul für einen LIDAR-Sensor umfassend die Abschirmungseinrichtung, eine Verwendung der Abschirmungseinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Abschirmungseinrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens einer Komponente auf einem Substrat.The present invention relates to a shielding device for electromagnetic shielding of at least one component on a substrate, a laser module for a LIDAR sensor comprising the shielding device, a use of the shielding device and a method for producing a shielding device for electromagnetic shielding of at least one component on a substrate.
Stand der TechnikState of the art
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Abschirmungseinrichtung, zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens einer Komponente auf einem Substrat. Die Abschirmungseinrichtung weist einen Deckel und an dem Deckel angeordnete Fußstrukturen auf. Die Fußstrukturen sind auf dem Substrat befestigbar.The present invention is based on a shielding device for the electromagnetic shielding of at least one component on a substrate. The shielding device has a cover and foot structures arranged on the cover. The foot structures can be attached to the substrate.
Erfindungsgemäß weist die Abschirmungseinheit weiterhin in den Deckel eingeprägte biegsame Elemente auf.According to the invention, the shielding unit also has flexible elements embossed in the cover.
Das Substrat ist insbesondere das Substrat einer Leiterplatte. Das Material, aus dem das Substrat ausgebildet ist, kann aus einer Reihe verschiedener Materialien ausgewählt werden. Der Deckel der Abschirmungseinrichtung ist insbesondere wenigstens aus einem leitfähigen Material ausgebildet. Der Deckel kann beispielsweise aus Metall oder einem metallisiertem Material wie Kunststoff, Keramik oder Glas ausgebildet sein. Die Fußstrukturen der Abschirmungseinheit sind insbesondere wenigstens aus einem leitfähigen Material ausgebildet. Die Fußstrukturen können beispielsweise aus Metall oder einem metallisiertem Material wie Kunststoff, Keramik oder Glas ausgebildet sein. Die Fußstrukturen sind insbesondere auf einer Seite des Deckels angeordnet, welche bei einem Platzieren der Abschirmungseinrichtung auf ein Substrat dem Substrat zugewandt ist. Die Fußstrukturen sind auf dem Substrat insbesondere mittels Löten oder Kleben befestigbar. Andere Bezeichnungen für die biegsamen Elemente wären auch verformbare Elemente oder Federstrukturen. Die biegsamen Elemente können beispielsweise mittels Laserschneiden in den Deckel eingeprägte biegsame Elemente sein. Die biegsamen Elemente sind insbesondere reversibel verformbar.The substrate is in particular the substrate of a printed circuit board. The material from which the substrate is formed can be selected from a number of different materials. The cover of the shielding device is in particular formed from at least one conductive material. The cover can for example be made of metal or a metallized material such as plastic, ceramic or glass. The foot structures of the shielding unit are in particular formed from at least one conductive material. The foot structures can for example be made of metal or a metallized material such as plastic, ceramic or glass. The foot structures are arranged in particular on one side of the cover which faces the substrate when the shielding device is placed on a substrate. The foot structures can be attached to the substrate, in particular by means of soldering or gluing. Other names for the flexible elements would also be deformable elements or spring structures. The flexible elements can be flexible elements embossed in the cover by means of laser cutting, for example. The flexible elements are in particular reversibly deformable.
Ist eine Abschirmungseinrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens einer Komponente auf einem Substrat angeordnet, und insbesondere leitend mit dem Substrat verbunden, so kann unter bestimmten Umständen thermischer Stress auftreten. Thermischer Stress kann zum Beispiel dann auftreten, wenn aufgrund von Temperaturschwankungen unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Materialien des Substrats und des Deckels zu erwarten sind. Dies kann zu Verformungen oder im schlimmsten Fall zu einem Ablösen der Abschirmungseinrichtung vom Substrat führen. Hierdurch kann die elektromagnetische Abschirmung verschlechtert oder im schlimmsten Fall nicht mehr gewährleistet werden. Der Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass eine verbesserte thermische Stressentkopplung ermöglicht wird. Es wird eine Möglichkeit zur elektromagnetischen Abschirmung bereitgestellt, welche auch unter erhöhtem thermischen Stress zuverlässig für alle Materialien, sowohl des Substrats, als auch des Deckels, funktioniert. Alle leitfähigen Materialien des Deckels, insbesondere metallische Materialien, können dabei mit allen Materialien des Substrats kombiniert werden. So ist beispielsweise eine Kombination aus metallischem Deckel und keramischem Substrat möglich bzw. einfacher zu realisieren. Insbesondere bei großen Temperaturschwankungen (> 20 °C) ist es nicht mehr notwendig, besonders angepasste Materialien zu verwenden. Die Abschirmungseinrichtung kann somit kostengünstiger realisiert werden. Mittels der biegsamen Elemente können thermomechanische Verformungen aufgenommen werden, ohne zu einem Verzug des gesamten Deckels oder des Substrats zu führen. Mittels der biegsamen Elemente können Zonen ausgebildet sein, in denen eine verstärkte Verformung stattfinden kann. Treten beispielsweise Temperaturschwankungen auf, so können sich die biegsamen Elemente verformen.If a shielding device for electromagnetic shielding of at least one component is arranged on a substrate and, in particular, is conductively connected to the substrate, thermal stress can occur under certain circumstances. Thermal stress can occur, for example, if, due to temperature fluctuations, different thermal expansions of the materials of the substrate and the cover are to be expected. This can lead to deformations or, in the worst case, to detachment of the shielding device from the substrate. As a result, the electromagnetic shielding can deteriorate or, in the worst case, no longer be guaranteed. The advantage of the invention is that an improved thermal stress decoupling is made possible. A possibility for electromagnetic shielding is provided which functions reliably for all materials, both of the substrate and of the cover, even under increased thermal stress. All conductive materials of the cover, in particular metallic materials, can be combined with all materials of the substrate. For example, a combination of metallic cover and ceramic substrate is possible or easier to implement. Especially with large temperature fluctuations (> 20 ° C) it is no longer necessary to use specially adapted materials. The shielding device can thus be implemented more cost-effectively. By means of the flexible elements, thermomechanical deformations can be absorbed without leading to a distortion of the entire cover or of the substrate. By means of the flexible elements, zones can be formed in which increased deformation can take place. If, for example, temperature fluctuations occur, the flexible elements can deform.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die biegsamen Elemente derart im Deckel angeordnet sind, dass sie an den Fußstrukturen angrenzend enden. Insbesondere sind die biegsamen Elemente derart im Deckel angeordnet, dass an jeder Fußstruktur wenigstens ein biegsames Element angrenzend endet. Die Fußstrukturen sind somit insbesondere über die biegsamen Elemente mit dem Deckel verbunden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass thermomechanische Verformungen in den biegsamen Elementen aufgenommen werden können. Hierdurch kann ein zu hoher Stress in den Fußstrukturen, und insbesondere an den Stellen, an denen die Fußstrukturen auf dem Substrat befestigt sind, vermieden werden.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the flexible elements are arranged in the cover in such a way that they end adjacent to the foot structures. In particular, the flexible elements are arranged in the cover in such a way that at least one flexible element ends adjacent to each foot structure. The foot structures are thus connected to the cover in particular via the flexible elements. The advantage of this configuration is that thermomechanical deformations can be absorbed in the flexible elements. This can cause excessive stress in the foot structures, and in particular at the points at which the foot structures are attached to the substrate can be avoided.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die biegsamen Elemente gebogen und/oder gerade ausgebildet sind. Der Vorteil gebogener biegsamer Elemente besteht darin, dass thermomechanische Verformungen einfach und zuverlässig in den biegsamen Elementen aufgenommen werden können. Gerade ausgebildete biegsame Elemente können beispielsweise als gerade Öffnungen in einer Außenseite des Deckels ausgebildet sein. Gerade biegsame Elemente sind zum Beispiel dann von Vorteil, wenn Vibrationen in einem Niederfrequenzbereich zu erwarten sind, da ihre Resonanzfrequenz deutlich höher liegt als die Resonanzfrequenz gebogener biegsame Elemente. Gerade biegsame Elemente lassen sich einfach und kostengünstig in den Deckel einprägen. Gerade biegsame Elemente sind auch dann von Vorteil, wenn nur kleine Biegekräfte aufgenommen werden müssen.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the flexible elements are curved and / or straight. The advantage of curved, flexible elements is that thermomechanical deformations can be easily and reliably absorbed in the flexible elements. Straight flexible elements can be designed, for example, as straight openings in an outside of the cover. Flexible elements in particular are advantageous, for example, when vibrations in a low frequency range are to be expected, since their resonance frequency is significantly higher than the resonance frequency of bent, flexible elements. Flexible elements in particular can be easily and inexpensively embossed into the cover. Flexible elements in particular are also advantageous when only small bending forces have to be absorbed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fußstrukturen umlaufend um den Deckel herum angeordnet sind. Insbesondere sind die Fußstrukturen umlaufen um den gesamten Deckel herum angeordnet. Weist der Deckel beispielsweise eine viereckige Grundfläche und vier Seitenflächen auf, so können an allen vier Seitenflächen des Deckels Fußstrukturen angeordnet sein. Gleiches gilt, wenn der Deckel eine andere Grundfläche und eine andere Anzahl Seitenflächen aufweist. Hierdurch kann die Abschirmungseinrichtung an mehreren Stellen leitfähig mit dem Substrat verbunden werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine verbesserte Abschirmung erreicht werden kann. Neben einer erhöhten mechanischen Stabilisierung kann eine verbesserte Abschirmung und eine präzisere Einstellung eines Spalts, der zwischen dem Deckel und dem Substrat ausgebildet sein kann, ermöglicht werden.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the foot structures are arranged circumferentially around the cover. In particular, the foot structures are arranged around the entire cover. If the cover has, for example, a square base and four side surfaces, then foot structures can be arranged on all four side surfaces of the cover. The same applies if the cover has a different base area and a different number of side surfaces. As a result, the shielding device can be conductively connected to the substrate at several points. The advantage of this configuration is that improved shielding can be achieved. In addition to increased mechanical stabilization, improved shielding and more precise adjustment of a gap that can be formed between the cover and the substrate can be made possible.
Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Fußstrukturen unterdefiniert um den Deckel herum angeordnet sind. Weist der Deckel beispielsweise eine Grundfläche mit n Ecken und n Seitenflächen auf, so können an n - x Seitenflächen des Deckels Fußstrukturen angeordnet sein. Hierbei kann n eine ganze Zahl größer gleich drei und x eine ganze Zahl < n sein.Alternatively, it can be provided that the foot structures are arranged around the cover in an under-defined manner. If the cover has, for example, a base area with n corners and n side surfaces, then foot structures can be arranged on n − x side surfaces of the cover. Here, n can be an integer greater than or equal to three and x can be an integer <n.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die biegsamen Elemente einen Wert einer Steifigkeit aufweisen, der bewirkt, dass eine mechanische Resonanz der biegsamen Elemente in einem Frequenzbereich auftritt, welcher verschieden ist zu einem Frequenzbereich einer Vibrationsbelastung der wenigstens einen Komponente. Insbesondere tritt die mechanische Resonanz der biegsamen Elemente in einem Frequenzbereich auf, der verschieden ist zu einem Frequenzbereich einer Vibrationsbelastung des Substrats. Insbesondere tritt die mechanische Resonanz der biegsamen Elemente in einem Frequenzbereich auf, der verschieden ist zu einem Frequenzbereich einer Vibrationsbelastung der Abschirmungseinrichtung. Bevorzugt tritt die mechanische Resonanz der biegsamen Elemente in einem Frequenzbereich von über 1 kHz auf, besonders bevorzugt von über 10 kHz. Als eine Vibrationsbelastung ist hierbei eine Belastung eines Bauteils, sprich der wenigstens einen Komponente, des Substrats und/oder der Abschirmungseinrichtung durch Schwingungen zu verstehen. Die Schwingungen können durch eine jeweilige Anwendung der Komponente bzw. der Abschirmungseinrichtung verursacht werden. So treten beispielswiese bei einer Anwendung in einem Fahrzeug Vibrationen mit Frequenzen von 1 Hz bis ca. 10 kHz auf. Bei anderen Anwendungen können Vibrationen mit Frequenzen bis zu 1 MHz auftreten. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass eine elektromagnetische Abschirmung zuverlässig gewährleistet werden kann. Eine Resonanz des Deckels kann vermieden werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the flexible elements have a stiffness value which causes mechanical resonance of the flexible elements to occur in a frequency range that is different from a frequency range of a vibration load on the at least one component. In particular, the mechanical resonance of the flexible elements occurs in a frequency range that is different from a frequency range of a vibration load on the substrate. In particular, the mechanical resonance of the flexible elements occurs in a frequency range which is different from a frequency range of a vibration load on the shielding device. The mechanical resonance of the flexible elements preferably occurs in a frequency range of over 1 kHz, particularly preferably over 10 kHz. A vibration load is to be understood here as a load on a component, that is to say the at least one component, the substrate and / or the shielding device due to vibrations. The vibrations can be caused by a particular application of the component or the shielding device. For example, when used in a vehicle, vibrations with frequencies of 1 Hz to approx. 10 kHz occur. In other applications, vibrations with frequencies up to 1 MHz can occur. The advantage of this configuration is that electromagnetic shielding can be reliably ensured. A resonance of the cover can be avoided.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die biegsamen Elemente einen Wert einer Steifigkeit aufweisen, der ein Platzieren der Abschirmungseinrichtung auf dem Substrat ohne eine plastische Verformung der biegsamen Elemente ermöglicht. Insbesondere wird das Befestigen der Fußstrukturen auf dem Substrat ohne eine plastische Verformung der biegsamen Elemente ermöglicht. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass hierdurch ein automatisches Platzieren der Abschirmungseinrichtung auf dem Substrat mittels geeigneter Maschinen ermöglicht wird, ohne die Funktionsfähigkeit der Abschirmungseinrichtung negativ zu beeinflussen.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the flexible elements have a stiffness value which enables the shielding device to be placed on the substrate without plastic deformation of the flexible elements. In particular, the fastening of the foot structures on the substrate is made possible without plastic deformation of the flexible elements. The advantage of this embodiment is that it enables the shielding device to be automatically placed on the substrate by means of suitable machines without adversely affecting the functionality of the shielding device.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Sendeeinheit für einen LIDAR-Sensor umfassend eine erfindungsgemäße Abschirmungseinrichtung. Die Sendeeinheit kann wenigstens einen Laser aufweisen.The invention is further based on a transmission unit for a LIDAR sensor comprising a shielding device according to the invention. The transmission unit can have at least one laser.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Verwendung der erfindungsgemäßen Abschirmungseinrichtung in einem Sensor, insbesondere einem LIDAR-Sensor oder einem Radar-Sensor, zur Erzeugung von Daten für eine Fahrzeugfunktion, insbesondere eine Fahrzeugsicherheits- und/oder Fahrerassistenzfunktion und/oder eine automatisierte Fahrfunktion. Die erfindungsgemäße Abschirmungseinrichtung kann beispielsweise auch für ein Steuergerät mit Keramikleiterplatte verwendet werden.The invention is also based on a use of the shielding device according to the invention in a sensor, in particular a LIDAR sensor or a radar sensor, for generating data for a vehicle function, in particular a vehicle safety and / or driver assistance function and / or an automated driving function. The shielding device according to the invention can also be used, for example, for a control device with a ceramic circuit board.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Abschirmungseinrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung wenigstens einer Komponente auf einem Substrat. Das Verfahren weist die Schritte des Bereitstellens eines Deckels, des Einprägens biegsamer Elemente in den Deckel und des Bereitstellens von an dem Deckel angeordneten Fußstrukturen auf. Das Einprägen der biegsamen Elemente in den Deckel erfolgt insbesondere mittels Laserschneidens. Die biegsamen Elemente werden hierbei insbesondere derart eingeprägt, dass sie gebogen und/oder gerade ausgebildet sind. Die Fußstrukturen werden insbesondere derart an dem Deckel angeordnet, dass die biegsamen Elemente an die Fußstrukturen angrenzend enden. Der Deckel und die an den Deckel angeordneten Fußstrukturen können einteilig ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt beim Ablauf des Verfahrens zunächst das Bereitstellen des Deckels und das Bereitstellen der an dem Deckel angeordneten Strukturen, bevor die biegsamen Elemente in den Deckel eingeprägt werden. Alternativ können die Fußstrukturen an den Deckel angebracht werden. Das Anbringen der Fußstrukturen an den Deckel kann beispielsweise durch Löten oder Kleben geschehen. In diesem Fall erfolgt beim Ablauf des Verfahrens zunächst das Bereitstellen des Deckels. Im zweiten Schritt werden die biegsamen Elemente in den Deckel eingeprägt und darauf folgend die Fußstrukturen an den Deckel angebracht. Alternativ werden im zweiten Schritt die Fußstrukturen an den Deckel angebracht und darauf folgend die biegsamen Elemente in den Deckel eingeprägt.The invention is also based on a method for producing a shielding device for electromagnetic shielding at least one component on a substrate. The method has the steps of providing a cover, embossing flexible elements in the cover and providing foot structures arranged on the cover. The flexible elements are embossed in the cover in particular by means of laser cutting. The flexible elements are in particular embossed in such a way that they are curved and / or straight. The foot structures are arranged in particular on the cover in such a way that the flexible elements end adjacent to the foot structures. The cover and the foot structures arranged on the cover can be designed in one piece. In this case, during the course of the method, the cover is first provided and the structures arranged on the cover are provided before the flexible elements are embossed into the cover. Alternatively, the foot structures can be attached to the lid. The foot structures can be attached to the cover, for example, by soldering or gluing. In this case, the cover is initially provided during the course of the method. In the second step, the flexible elements are embossed into the lid and then the foot structures are attached to the lid. Alternatively, in the second step, the foot structures are attached to the cover and then the flexible elements are embossed into the cover.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren den weiteren Schritt des Befestigens der Fußstrukturen auf dem Substrat auf.In a further advantageous embodiment of the invention, the method has the further step of fastening the foot structures on the substrate.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:
-
1 : Beispiel eine Abschirmungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik; -
2 : Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen - Abschirmungseinrichtung;
-
3 : zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abschirmungseinrichtung; -
4 : Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Abschirmungseinrichtung.
-
1 : Example of a shielding device according to the prior art; -
2 : Embodiment of an inventive - Shielding device;
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3 : second embodiment of a shielding device according to the invention; -
4th : Embodiment of a method according to the invention for producing a shielding device.
Optional weist das Verfahren den weiteren Schritt des Befestigens der Fußstrukturen auf einem Substrat auf.Optionally, the method has the further step of fastening the foot structures on a substrate.
Der Deckel und die an den Deckel angeordneten Fußstrukturen können einteilig ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt beim Ablauf des Verfahrens
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