DE19904105C1 - Abgeschirmte Schaltungsanordnung eines Hörgeräts - Google Patents

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.