DE19904105C1 - Abgeschirmte Schaltungsanordnung eines Hörgeräts - Google Patents
Abgeschirmte Schaltungsanordnung eines HörgerätsInfo
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Abstract
Eine Schaltungsanordnung eines Hörgeräts, bei der eine Halbleiterbaugruppe (22) mehrseitig gegen elektromagnetische Störstrahlung abgeschirmt ist, ist dadurch weitergebildet, daß die Halbleiterbaugruppe (22) in eine Ausnehmung (24) einer Multilayer-Platine (10) eingesetzt und von einer Abschirmung abgedeckt ist. Die erfindungsgemäße Anordnung trägt bei guter Abschirmwirkung insbesondere den beengten Platzverhältnissen in einem Hörgerät Rechnung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines Hörge
räts, bei der eine Halbleiterbaugruppe mehrseitig gegen
elektromagnetische Störstrahlung abgeschirmt ist. Insbeson
dere kann die Schaltungsanordnung einen Hörgeräteverstärker
oder eine Übertragungsschaltung oder sonstige aktive Bauele
mente enthalten. Die Erfindung ist für alle Hörgeräteaus
führungen und -technologien einsetzbar, zum Beispiel für Hin
ter-dem-Ohr- oder Im-Ohr-Hörgeräte, die in analoger oder di
gitaler Schaltungstechnik oder in Mischformen aufgebaut sein
können.
Allgemein besteht bei Hörgeräten das Problem, daß elektro
magnetische Störstrahlung an Halbleiterübergängen in der Hör
geräteschaltung demoduliert und in entsprechende elektrische
Signale umgewandelt wird. Diese Signale können sich für den
Hörgeräteträger als Störgeräusche bemerkbar machen oder sogar
zu einem Ausfall des Hörgeräts führen. So ist zum Beispiel
die Benutzung von Mobiltelefonen für Hörgeräteträger proble
matisch.
Aus der DE 195 44 345 C1 ist ein Hörgerät bekannt, bei dem
aktive Bauelemente einer Verstärker- und Übertragungsschal
tung eine elektromagnetische Abschirmung aufweisen. Als Bei
spiele für eine solche Abschirmung sind ein Überzug aus Leit
lack, eine Metallfolienummantelung und eine Kunststoffbe
schichtung mit eingelagertem leitfähigen Kunststoff genannt.
Das DE 296 08 215 U1 zeigt ein Hörgerät, bei dem eine inte
grierte Schaltung von einem zweischaligen Käfig aus hochper
meablem Material umgeben ist. Alternativ kann die integrierte
Schaltung mit Ferritpulver beschichtet sein.
Aus der EP 0 835 041 A1 ist ein Hörhilfegerät bekannt, bei
dem Filterelemente in elektrischen Anschlüssen einer Ver
stärkerschaltung und unmittelbar an einem integrierten
Schaltkreis vorgesehen sind.
Die EP 0 852 451 A2 offenbart ein Hörhilfegerät mit einer
Multilayer-Leiterplatte, die auf einer Seite mit elektroni
schen Bauelementen bestückt ist. Die Bestückungsseite weist
Kontaktanschlüsse zur Kontaktierung dieser Bauelemente auf
und ist im übrigen mit einer auf Massepotential liegenden
Leiterfläche versehen.
Aus der US 5,376,759 ist eine Multilayer-Leiterplatte für
allgemeine Anwendungen bekannt, die eine Abschirmung auf der
Ober- und Unterseite sowie an den Rändern aufweist. Inte
grierte Schaltungen sind außen auf die Leiterplatte aufge
setzt, wobei die Anschlüsse durch Aussparungen in der Ab
schirmung geführt werden.
Zur Bildung einer kompakten Verstärkerbaueinheit für Hörge
räte ist nach der DE 43 19 599 C1 vorgesehen, daß eine starre
Leiterplatte eine Induktionsspule trägt, die versenkt in ei
ner Ausnehmung der Leiterplatte angeordnet wird, wobei die
Leiterplatte eine flexible Beschichtung aufweist, die zum
Einsatz der Spule im Bereich der Ausnehmung der Leiterplatte
ausgespart ist.
Die genannten Dokumente enthalten wünschenswerte Maßnahmen
zur EMV-Abschirmung eines Hörgeräts. Es besteht jedoch nach
wie vor ein Bedürfnis nach hochwirksamen und zuverlässigen
Abschirmungen, die kostengünstig sind und den beengten Platz
verhältnissen in einem Hörgerät Rechnung tragen. Die Erfin
dung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung mit einer sol
chen Abschirmung vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 1-10 kennzeichnen
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung beruht auf der Grundidee, eine Halbleiterbau
gruppe des Hörgeräts in eine Ausnehmung einer Multilayer-Pla
tine einzusetzen und durch eine Abschirmung abzudecken. Die
Halbleiterbaugruppe wird somit einerseits durch die Multi
layer-Platine und andererseits von der Abschirmung vor elek
tromagnetischer Störstrahlung geschützt. Dadurch, daß die
Halbleiterbaugruppe zumindest teilweise (und vorzugsweise
vollständig) in die Ausnehmung der Multilayer-Platine ein
gesetzt ist, ist die Schaltungsanordnung robust und sehr
kompakt. Außerdem wird die abschirmende Wirkung der Multi
layer-Platine besonders effektiv genutzt.
Bevorzugt ist die Ausnehmung in der Multilayer-Platine eine
Vertiefung, die nur nach einer Seite (beispielsweise der
Oberseite) offen ist. Die andere Seite der Multilayer-Platine
kann dann eine vorzugsweise flächig-ununterbrochene, abschir
mende Lage aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen ist
eine derartige abschirmende Lage (beispielsweise eine Leiter
fläche oder eine Metallisierung) auch auf der Oberseite und/
oder an seitlichen Rändern der Multilayer-Platine angeordnet.
Die seitlichen Ränder der Multilayer-Platine können ferner
geeignete Filterelemente zum Anschluß externer Bauelemente
aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die die Halbleiter
baugruppe abdeckende Abschirmung aus einer geeigneten Masse,
zum Beispiel einer Ferritmasse, gebildet. Diese Masse kann
die gesamte Ausnehmung ausfüllen und allseitig mit der ab
schirmenden Lage in Kontakt stehen. In einer anderen bevor
zugten Ausführungsform ist die Multilayer-Platine zweiteilig
als Basisplatine und weitere Platinenlage aufgebaut. Die
Halbleiterbaugruppe ist in die in der Basisplatine befindli
che Ausnehmung eingelegt und durch die weitere Platinenlage
als Abschirmung abgedeckt. Vorzugsweise sind seitliche
Schirmklemmen vorgesehen, um die Basisplatine mit der weite
ren Platinenlage zu verbinden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter
Hinweis auf die schematischen Zeichnungen genauer beschrie
ben. Es zeigen:
Fig. 1A eine Draufsicht auf eine Multilayer-Platine mit einer
eingesetzten Halbleiterbaugruppe in einem ersten Ausführungs
beispiel der Erfindung,
Fig. 1B einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1A, wobei
die Multilayer-Platine ferner eine Randabschirmung und Fil
terelemente aufweist,
Fig. 1C einen Schnitt wie in Fig. 1B, wobei die Halbleiter
baugruppe ferner von einer abschirmenden Masse abgedeckt ist,
Fig. 2A eine Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung in einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2B einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2A,
Fig. 2C eine Seitenansicht der in Fig. 2A gezeigten Schal
tungsanordnung, und
Fig. 2D einen Schnitt wie in Fig. 2B während der Fertigung
der Schaltungsanordnung.
Zunächst wird auf die Schnittansichten in Fig. 1B und Fig. 1C
verwiesen. Dort ist eine Multilayer-Platine 10 mit einer
Oberseite 12, einer Unterseite 14 und seitlichen Rändern 16
gezeigt. Die Multilayer-Platine 10 ist Bestandteil einer
Schaltungsanordnung eines Hörgeräts und weist drei Träger
schichten 18A, 18B, 18C sowie vier Leiterebenen 20A, 20B,
20C, 20D auf. Die Leiterebene 20A ist an der Oberseite 12 und
die Leiterebene 20D an der Unterseite 14 der Multilayer-Pla
tine 10 angeordnet. Zwischen je zwei Leiterebenen 20A, 20B,
20C, 20D befindet sich je eine Trägerschicht 18A, 18B, 18C.
In Ausführungsalternativen sind andere Anzahlen von Träger
schichten und Leiterebenen vorgesehen. Die Konstruktion von
derartigen Multilayer-Platinen ist an sich bekannt.
Eine Halbleiterbaugruppe 22 ist in eine Ausnehmung 24 der
Multilayer-Platine 10 eingesetzt. Die Halbleiterbaugruppe 20
kann beispielsweise ein Hybrid oder eine integrierte Schal
tung sein, die alle oder die meisten aktiven Bauelemente des
Hörgeräts enthält. Extern brauchen nur noch eine Stromversor
gung, ein Mikrofon und ein Hörwandler angeschlossen zu wer
den. Somit dient die Halbleiterbaugruppe 20 als Steuer-, Ver
stärker- und Übertragungsschaltung des Hörgeräts.
Die Ausnehmung 24 in der Multilayer-Platine 10 ist nur zur
Oberseite 12 hin offen und stufenförmig ausgebildet. In der
oberen Trägerschicht 18A ist die Ausnehmung 24 deutlich brei
ter und länger als die Halbleiterbaugruppe 22. In der mittle
ren Trägerschicht 18B ist die Ausnehmung 24 ungefähr so groß
wie die Halbleiterbaugruppe 22. Die Ausnehmung 24 endet in
der mittleren Trägerschicht 18B und ragt nicht in die untere
Trägerschicht 18C hinein. Die Stufenform und seitliche Aus
dehnung der Ausnehmung 24 ist in Fig. 1A nochmals verdeut
licht.
Wie in Fig. 1B und Fig. 1C gezeigt ist, hat die Halbleiter
baugruppe 22 ungefähr dieselbe Höhe wie die mittlere Träger
schicht 18A und ist in den in der mittleren Trägerschicht 18B
befindlichen Bereich der Ausnehmung 24 eingepreßt. Durch den
Preßsitz ist eine zusätzliche Verklebung der Halbleiterbau
gruppe 22 nicht erforderlich. Die Halbleiterbaugruppe 22 ragt
nicht oder nur wenig in den in der oberen Trägerschicht 18A
befindlichen Bereich der Ausnehmung 24 hinein. Kontaktan
schlüsse der Halbleiterbaugruppe 22 sind durch Lötverbin
dungen 26 an Leiterbahnen in der Leiterebene 20B angeschlos
sen. Diese Leiterbahnen sind in Fig. 1A beispielhaft mit Be
zugszeichen 20B1, 20B2, ..., 20Bn dargestellt. Bei Bedarf
können entsprechende Leiterbahnen in der Leiterebene 20C (und
Durchkontaktierungen in der mittleren Trägerschicht 18B) vor
gesehen sein.
Die Leiterbahnen 20B1, 20B2, ..., 20Bn in der Leiterebene 20B
verbinden die Halbleiterbaugruppe 22 mit Filterelementen 28,
die an den seitlichen Rändern 16 der Multilayer-Platine 10
ungefähr in Höhe der Leiterebene 20B angebracht sind. Die
bereits genannten externen Bauelemente (nicht gezeigt) sind
ihrerseits über die Filterelemente 28 an die Schaltungsanord
nung angeschlossen. Die Filterelemente 28 sind an sich be
kannt. Sie können beispielsweise als Kondensatoren oder RC-
Glieder ausgebildet sein, durch die hochfrequente Störungen
ausgefiltert werden.
Die untere Leiterschicht 20D ist als durchgehende, ununter
brochene Leiterfläche ausgebildet und weist einen Massepegel
auf. Somit bildet die untere Leiterschicht 20D eine abschir
mende Lage für die Schaltungsanordnung. Die obere Leiter
schicht 20A ist ebenso eine durchgehende, abschirmende Flä
che, die nur von der Ausnehmung 24 unterbrochen ist. An den
seitlichen Rändern 16 der Multilayer-Platine 10 ist auf an
sich bekannte Weise eine Metallisierung 30 angebracht, die
ebenfalls als abschirmende Lage für die Schaltungsanordnung
und gleichzeitig zum Herstellen eines Massekontakts für die
Filterelemente 28 dient.
Insgesamt weist somit die in Fig. 1B gezeigte Anordnung eine
abschirmende Lage an der Unterseite 14, den seitlichen Rän
dern 16 und (bis auf die Ausnehmung 24) der Oberseite 12 auf.
Um eine vollständige Abschirmung zu erzielen, ist die Halb
leiterbaugruppe 22 in der Ausnehmung 24 ferner von einer ab
schirmenden Masse 32 abgedeckt. Die abschirmende Masse 32 ist
eine Ferritmasse und enthält als Hauptbestandteile ein Fer
ritpulver sowie ein geeignetes Bindemittel. Wie in Fig. 1C
gezeigt ist, füllt die abschirmende Masse 32 den nach dem
Einsetzen der Halbleiterbaugruppe 22 noch verbleibenden Raum
der Ausnehmung 24 aus und ragt pilzförmig etwas über die
Oberseite 12 hinaus. Hinsichtlich der Seitenausdehnung über
lappt sich die abschirmende Masse 32 etwas mit der oberen
Leiterebene 20A, reicht aber nicht bis zu den seitlichen Rän
dern 16. Dadurch wird bei minimaler Baugröße eine allseitige
Abschirmung der Schaltungsanordnung ohne wesentliche Lücken
bereitgestellt.
Zur Herstellung der in Fig. 1C dargestellten Schaltungsanord
nung wird zunächst ein Rohling für die Multilayer-Platine 10
hergestellt. In den Rohling wird die stufige Ausnehmung 24
eingefräst, und die Halbleiterbaugruppe 22 wird in den in der
mittleren Trägerschicht 18B befindlichen Bereich der Ausneh
mung 24 eingepaßt. Die Lötverbindungen 26 werden in dem in
der oberen Trägerschicht 18A befindlichen Bereich der Ausneh
mung 24 hergestellt. Dieser Bereich der Ausnehmung 24 wird
dann mit der pastösen abschirmenden Masse 32 vergossen, wobei
auf einen allseitigen Überstand der abschirmenden Masse 32
über die Seitenränder der Ausnehmung 24 geachtet wird. Die
abschirmende Masse 32 wird nun gehärtet. Vor, nach oder par
allel zu den geschilderten Schritten werden die Filterelemen
te 28 an den seitlichen Rändern 16 der Multilayer-Platine 10
angelötet, und die seitliche Metallisierung 30 wird aufgetra
gen.
Die in Fig. 2A bis 2D gezeigte Ausführungsalternative ent
spricht in vielen Aspekten der Ausführungsalternative von
Fig. 1A bis Fig. 1C, so daß auf die obige Beschreibung ver
wiesen wird. Jedoch ist in der Schaltungsanordnung nach
Fig. 2A bis 2D die Multilayer-Platine 10 zweiteilig aufge
baut. Eine Basisplatine 34 weist die Leiterebenen 20B, 20C,
20D und die dazugehörigen Trägerschichten 188, 18C auf, wie
dies besonders deutlich in Fig. 2D gezeigt ist. Die obere
Leiterebene 20A und die obere Trägerschicht 18A bilden eine
weitere Platinenlage 36 (Fig. 2B). Wieder sind Leiterbahnen
20B1, 20B2, ..., 20Bn in der Leiterebene 20B angeordnet, und
auch die Leiterebene 20C kann bei Bedarf Leiterbahnen enthal
ten. Die Leiterebenen 20A und 20D sind durchgehend metalli
siert, so daß sie jeweils ununterbrochene Abschirmflächen
bilden.
Die Ausnehmung 24 befindet sich im vorliegenden Ausführungs
beispiel nur in der Basisplatine 34. Genauer ist die Ausneh
mung 24 quaderförmig in der Trägerschicht 18B ausgebildet und
ragt nicht in die untere Trägerschicht 18C hinein. Die Halb
leiterbaugruppe 22 ist in die Ausnehmung 24 eingesetzt. Die
Höhe der Halbleiterbaugruppe 22 ist etwas geringer als die
der Ausnehmung 24, so daß genügend Freiraum für die Lötver
bindungen 26 bleibt. Die weitere Platinenlage 36 ist auf die
Basisplatine 34 mit eingesetzter Halbleiterbaugruppe 22 lose
aufgelegt, um insgesamt die Multilayer-Platine 10 zu bilden.
Zur Fixierung der genannten Bauteile und zur seitlichen Ab
schirmung sind die weitere Platinenlage 36 und die Basispla
tine 34 durch seitliche Schirmklemmen 38A, 38B, 38C, 38D mit
einander verbunden.
Die Schirmklemmen 38A, 38B, 38C, 38D bestehen aus federndem
Metall mit einem ungefähr U-förmigen Querschnitt. Ihr Mittel
teil deckt den seitlichen Rand 16 ab, und ihre Schenkel ragen
auf die Oberseite 12 und die Unterseite 14 der Multilayer-
Platine 10 und stehen dort in elektrischem Kontakt mit den
Leiterebenen 20A beziehungsweise 20D. Die Filterelemente 28
sind durch geeignete Öffnungen 40 in den Schirmklemmen 38A,
38B, 38C, 38D geführt. Insgesamt bilden die vier Schirmklem
men 38A, 38B, 38C, 38D einen Rahmen, der um die Multilayer-
Platine 10 umläuft. Eine zusätzliche seitliche Metallisierung
der Multilayer-Platine 10 (wie die Metallisierung 30 in
Fig. 1B und Fig. 1C) ist nicht erforderlich, kann aber zur
weiteren Verbesserung der Abschirmeigenschaften vorgesehen
sein.
Zur Herstellung der Schaltungsanordnung nach Fig. 2A bis
Fig. 2C wird die Ausnehmung 24 in die Basisplatine 34 einge
fräst, und die Halbleiterbaugruppe 22 wird in die Ausnehmung
24 eingepaßt. Die Lötverbindungen 26 werden hergestellt. Die
se Fertigungsstufe ist in Fig. 2D gezeigt. Nun werden die
Filterelemente 28 angelötet, und die weitere Platinenlage 36
(bestehend aus der Leiterebene 20A und der Trägerschicht 18A)
wird aufgelegt. Die vier Schirmklemmen 38A, 38B, 38C, 38D
werden über die seitlichen Ränder 16 geschoben. In alternati
ven Herstellungsverfahren können die genannten Schritte in
anderer Reihenfolge oder teilweise parallel durchgeführt wer
den.
In Ausführungsalternativen des gerade beschriebenen zweiten
Ausführungsbeispiels werden die Basisplatine 34 und die wei
tere Platinenlage 36 nach dem Einlegen der Halbleiterbaugrup
pe 22 miteinander verklebt, um eine sichere mechanische
Verbindung herzustellen. Die Schirmklemmen 38A, 38B, 38C, 38D
dienen dann nur noch als Abschirmung und gegebenenfalls zur
elektrischen Verbindung der beiden abschirmenden Leiterebenen
20A und 20D. In weiteren Ausführungsalternativen ist die Aus
nehmung 24 teilweise auch von unten in die Trägerschicht 18A
der weiteren Platinenlage 36 eingearbeitet. Dadurch kann der
für die Halbleiterbaugruppe 22 und die Lötverbindungen 26 be
reitstehende Platz vergrößert werden, ohne daß die Dicke der
gesamten Schaltungsanordnung zunimmt. Die oben beschriebenen
Merkmale können in weiteren Ausführungsbeispielen kombiniert
werden. So kann beispielsweise eine erfindungsgemäße Schal
tungsanordnung sowohl eine abschirmende Masse 32 als auch
seitliche Schirmklemmen 38A, 38B, 38C, 38D aufweisen.
Claims (10)
1. Schaltungsanordnung eines Hörgeräts, bei der eine Halb
leiterbaugruppe (22) mehrseitig gegen elektromagnetische
Störstrahlung abgeschirmt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiterbaugruppe (22) in eine Ausnehmung (24) einer Multi
layer-Platine (10) eingesetzt und von einer Abschirmung
abgedeckt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiterbaugruppe (22) vollständig in der Ausnehmung (24)
der Multilayer-Platine (10) angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmung (24) in der Multilayer-Platine (10) stufenförmig
ausgebildet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmung (24) vor dem Einsetzten der Halbleiterbaugruppe
(22) nur einseitig, vorzugsweise an der Oberseite (12) der
Multilayer-Platine (10), offen ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß an
mindestens einem seitlichen Rand (16) der Multilayer-Platine
(10) Filterelemente (28) zum Anschluß externer Bauelemente
vorgesehen sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest die Unterseite (14) der Multilayer-Platine (10),
und vorzugsweise auch die Oberseite (12) und/oder mindestens
ein seitlicher Rand (16), mit einer abschirmenden Lage ver
sehen ist/sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Abschirmung aus einer abschirmenden Masse (32), insbesondere
aus einer Ferritmasse, gebildet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die
abschirmende Masse (32) die Halbleiterbaugruppe (22) und die
Ausnehmung (24) in der Multilayer-Platine (10) abdeckt, aber
nicht bis zu den seitlichen Rändern (16) der Multilayer-Pla
tine (10) reicht.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Multilayer-Platine (10) eine Basisplatine (34) und eine wei
tere Platinenlage (36) aufweist, wobei die weitere Platinen
lage (36) die Basisplatine (34) und die darin befindliche
Halbleiterbaugruppe (22) als Abschirmung abdeckt.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Basisplatine (34) und die weitere Platinenlage (36) durch
seitliche Schirmklemmen (38A, 38B, 38C, 38D) miteinander ver
bunden sind, wobei die seitlichen Schirmklemmen (38A, 38B,
38C, 38D) vorzugsweise einen um die Multilayer-Platine (10)
umlaufenden Rahmen bilden.
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