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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platineneinbauvorrichtung, in die Platinen wie etwa MPU (Mikroprozessoren) oder dergleichen eingebaut sind, und insbesondere eine Platineneinbauvorrichtung zur Anordnung in Fahrzeugen, die verbessert wurde, um Betriebsfehler durch elektrisches Rauschen (elektrostatisches Rauschen, Magnetrauschen, elektromagnetisches Rauschen) zu verhindern.
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Allgemeiner Stand der Technik
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An elektronischen Steuervorrichtungen, die Airbag-Vorrichtungen, Gurtvorrichtungen, Radarvorrichtungen, Nachtsichtvorrichtungen oder dergleichen, die in einem Fahrzeug angeordnet sind, steuern, werden Entstörungsmaßnahmen ergriffen, um einen fehlerhaften Betrieb von eingebauten Computern durch elektromagnetisches Rauschen aufgrund von Fahrzeugmotorzündrauschen oder dergleichen zu verhindern. Beispielsweise wird das Eindringen von elektromagnetischem Rauschen verhindert, indem die gesamte Platine der elektronischen Steuervorrichtung mit einem Metallgehäuse abgedeckt und das Gehäuse geerdet wird.
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Andererseits wird zur Steigerung der Kraftstoffeffizienz und zur Kostenreduzierung der Fahrzeuge ein kompakteres und leichteres Metallgehäuse gewünscht, weshalb ein Teil der Metallabdeckung durch eine Kunstharzabdeckung ersetzt wird. Auch mit einer Kunstharzabdeckung ist es notwendig, das Eindringen von elektromagnetischem Rauschen zu verhindern.
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Bei einer elektronischen Steuereinheit zum Anordnen in einem Fahrzeug der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-5244 sind ein kastenförmiges Kunstharzgehäuse, eine Platine und ein Metallgehäuse miteinander kombiniert. Dabei ist die Platine eine Multilayer-Platine, wobei eine von der gesamten Vorderseitenfläche, der gesamten Rückseitenfläche und der gesamten Fläche einer Innenschicht der Platine eine Metallerdungsschicht ist. Indem mit der Erdungsschichtfläche und der Metallabdeckung die gesamte Platine abgedeckt wird, wird verhindert, dass elektromagnetisches Rauschen zur Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und dergleichen gelangt. Bei einer elektronischen Vorrichtung der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-198836 ist eine Platine, die im Inneren eines vollständig aus Kunstharz hergestellten Gehäuses angeordnet ist, in ihrer Gesamtheit mit einem Metallnetzformartikel bedeckt, um ein Eindringen von elektromagnetischem Rauschen zu verhindern.
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Dokumente des Stands der Technik
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Patentschriften
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- Patentschrift 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-5244
- Patentschrift 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-198836
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Indem bei der elektronischen Steuereinheit (Platineneinbauvorrichtung) zum Anordnen in einem Fahrzeug eine ganze Schicht der genannten Multilayer-Platine als Erdungsschicht verwendet und das elektronische Bauelement zwischen der Erdungsschicht und der Metallabdeckung angeordnet wird, ist damit zu rechnen, dass das Eindringen von elektromagnetischem Rauschen verhindert wird. Auch indem die gesamte Platine der elektronischen Vorrichtung, die die Platine aufnimmt (Platineneinbauvorrichtung), mit einem Metallnetz abgedeckt wird, ist damit zu rechnen, dass das Eindringen von elektromagnetischem Rauschen verhindert wird.
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Allerdings ist bei der erstgenannten Vorrichtung eine Multilayer-Platine mit einer besonderen Struktur erforderlich, während bei dem Aufbau der letztgenannten Vorrichtung ein speziell angefertigter Metallnetzformartikel gesondert bereitgestellt werden muss. Indem ferner die gesamte Fläche einer Schicht der Multilayer-Platine oder ein Teil davon in einen so genannten Masseflächen-(ground fill)-Zustand gebracht wird, überlagern sich die Signalleiterbahnen (internen Leiterbahnen) von digitalen Schaltungen oder dergleichen im Platineninneren, die durch Hochfrequenz angetrieben werden, und die Erdungsschicht mit einer Schichtdifferenz, weshalb an den Signalleiterbahnen Streukapazitäten entstehen, wodurch es zu unerwünschten Zuständen wie etwa Signalüberlagerung oder parasitären Kapazitäten kommen kann. Auch wenn die gesamte Platine mit einem Metallnetz abdeckt wird, können leicht Streukapazitäten entstehen.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Platineneinbauvorrichtung zur Anordnung in Fahrzeugen mit einem vergleichsweise einfachen Aufbau bereitzustellen, wobei zum einen verhindert wird, dass elektrisches Rauschen von außen an die elektronischen Bauelemente (CPU) gelangt und es zum anderen nicht leicht zum Auftreten von Streukapazitäten zwischen der Vorrichtung und den Signalleiterbahnen (internen Leiterbahnen) kommt.
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Mittel zum Lösen der Aufgabe
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Lösen der Aufgabe umfasst eine Platineneinbauvorrichtung zur Anordnung in Fahrzeugen mit einer Platine, die mit elektronischen Bauelementen bestückt ist, einem nicht leitfähigen Gehäuse, das eine Fläche der Platine abdeckt, und einer leitfähigen Rückseitenabdeckung, die die andere Fläche der Platine abdeckt, eine Abschirmobjektschaltung, die auf der anderen Flächenseite der Platine angeordnet ist und gegenüber Rauschen von außen abgeschirmt werden soll, und eine Umfangselektrode, die um den Außenrandabschnitt der Platine umlaufend an der Platine angeordnet ist und die Abschirmobjektschaltung umgibt, wobei die Umfangselektrode und die Rückseitenabdeckung einander berühren und elektrisch verbunden sind, derart, dass sie um den Außenrand der Platine herum verlaufen. Die Umfangselektrode kann beispielsweise gebildet werden, indem sie gleichzeitig mit einer Leiterbahnschicht auf der Platine (beispielsweise einer Metallisierungsschicht) strukturiert wird. Auch kann die Umfangselektrode als ringförmige Elektrode gebildet werden, indem ein leitfähiges Pastenmaterial auf eine Isolationsschicht, die das Basissubstrat der Platine und die Schaltungen abdeckt, ringförmig aufgetragen und einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
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Durch den genannten Aufbau wird am Außenumfang der Platine ein (Quasi-)Faradaykäfig gebildet, indem eine ringförmig oder rahmenförmig gebildete Umfangselektrode (elektrischer Leiter) und eine Rückseitenabdeckung, die ein elektrischer Leiter ist, die Zielschaltungen abdecken, wodurch ein Aufbau erlangt wird, wobei vor elektromagnetischem Rauschen abzuschirmende Zielschaltungen wie etwa von einem Mikroprozessor oder dergleichen mit einer Abschirmung (Erdung) umgeben sind. Die Abschirmung wird mit einem auf geeignete Weise ausgewählten Bezugspotenzial (beispielsweise einem Neutralleiter Vss (z. B. 0 Volt) einer Versorgungsschaltung, einem stromführenden Leiter Vdd einer Versorgungsschaltung, einem Karosseriepotenzial oder dergleichen) verbunden und wirkt als Abschirmung gegen statische Elektrizität. Außerdem wirkt die leitfähige Abschirmung (Rückseitenabdeckung, Umfangselektrode) als elektromagnetische Abschirmung, indem sie einen Überstrom erzeugt, der das Magnetfeld von störenden Hochfrequenzmagnetfeldern aufhebt. Wenn ferner die Umfangselektrode am Platinenaußenumfang derart angeordnet ist, dass sie sich nicht mit den Signalleiterbahnen der internen Schaltungen überlagert, kann das Entstehen von Streukapazitäten dazwischen verhindert werden.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Platineneinbauvorrichtung mit einer Platine, die mit elektronischen Bauelementen bestückt ist, einem nicht leitfähigen Gehäuse, das eine Fläche der Platine abdeckt, und einer leitfähigen Rückseitenabdeckung, die die andere Fläche der Platine abdeckt, eine Abschirmobjektschaltung, die auf der anderen Flächenseite der Platine angeordnet ist und gegenüber Rauschen von außen abgeschirmt werden soll, und eine Umfangselektrode, die um den Außenrandabschnitt der Platine umlaufend auf der anderen Flächenseite an der Platine angeordnet ist und die Abschirmobjektschaltung umgibt, und eine Isolationsschicht, die die andere Flächenseite der Platine abdeckt, wobei die Umfangselektrode an der Isolationsschicht entlang dem Außenrandabschnitt der Platine freigelegt ist und die Umfangselektrode an dem freigelegten Abschnitt elektrisch mit der Rückseitenabdeckung verbunden ist. Vorzugsweise sind die Umfangselektrode und die Rückseitenabdeckung mit einem in geeigneter Weise ausgewählten Bezugspotenzialpunkt (Vss, Vdd einer Versorgungsschaltung, Karosseriepotenzial usw.) verbunden, wodurch eine Stabilisierung des Potenzials der Umfangselektrode und der Rückseitenabdeckung erreicht wird.
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Durch den genannten Aufbau wird am Außenumfang der Platine ein (Quasi-)Faradaykäfig gebildet, indem eine ringförmig oder rahmenförmig freiliegende Umfangselektrode (elektrischer Leiter) und eine Rückseitenabdeckung, die ein elektrischer Leiter ist, die Zielschaltungen abdecken, wodurch ein Aufbau erlangt wird, wobei vor elektromagnetischem Rauschen abzuschirmende Zielschaltungen wie etwa von einem Mikroprozessor oder dergleichen mit einer Abschirmung (Erdung) umgeben sind. Die Abschirmung ist mit dem Bezugspotenzial (oder der Karosserie) verbunden und wirkt als Abschirmung gegen statische Elektrizität. Außerdem wirkt die leitfähige Abschirmung (Rückseitenabdeckung, Umfangselektrode) als elektromagnetische Abschirmung, indem sie einen Überstrom erzeugt, der das Magnetfeld von störenden Hochfrequenzmagnetfeldern aufhebt. Beispielsweise kann die Umfangselektrode gebildet werden, indem bei der Platine in der so genannten Massestruktur der Signalsystemleiterbahn oder der Stromversorgungsleiterbahn die Erdungssystemelektrode Vss (die so genannte Massefläche) entlang dem Außenrand der Platine von der Isolationsschicht befreit wird. Es genügt also, wenn die Umfangselektrode ringförmig freiliegt, und es ist nicht erforderlich, dass die Umfangselektrode selbst ringförmig gebildet wird (so ist beispielsweise auch eine Kombination aus Masseflächenblechen möglich). Außerdem ist auch eine Anwendung auf die Elektrodenleiterbahn des Stromversorgungssystems (Vdd) (auch als „Masse-V” bezeichnet) möglich.
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Auch kann die Umfangselektrode durch eine einzelne ringförmige Elektrode oder durch mehrere ringförmig angeordnete Elektroden aufgebaut sein. Wenn die Umfangselektrode als eine einzelne kontinuierliche ringförmige Elektrode gebildet wird, kann das Eindringen von elektrischem Rauschen von außen verhindert werden, doch ist auch eine teilweise Teilung möglich. Auf diese Weise kann das Fließen eines Schleifenstroms um die ringförmige Elektrode verhindert werden. Auch mit mehreren voneinander getrennten Elektroden, die ringförmig konfiguriert sind, kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden (die Umfangselektrode kann auch fein unterteilt sein). Außerdem kann die Platine als Multilayer-(mehrlagige)Platine konfiguriert sein. Auch in diesem Fall kann ebenso wie oben beschrieben eine Umfangselektrode gebildet werden. Auch ist es möglich, einen Teil der Leiterbahnschicht von mehreren eine Ringform bildenden Elektroden durch eine andere Leiterbahnschicht zu ersetzen, was den Vorteil mit sich bringt, dass an diesem Teil eine Verbindung zwischen einem externen Leiter und den internen elektrischen Schaltungen (eine dreidimensionale Überschneidung zwischen dem externen Verbindungsleiter und der ringförmigen Elektrode) durchgeführt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Umfangselektrode auf der anderen Flächenseite der Platine vorgesehen und steht in Kontakt mit der Rückseitenabdeckung. Da auf diese Weise die Umfangselektrode mit der Rückseitenabdeckung ringförmig in Kontakt gelangen kann, gelangen die Umfangselektrode und die Rückseitenabdeckung auf dasselbe elektrische Potenzial, was für das Abschirmen von (elektrostatischem, magnetischem, elektromagnetischem) elektrischem Rauschen vorteilhaft ist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Platine um eine Multilayer-Platine, wobei die Umfangselektrode oder die Innenseitenelektrode an einer beliebigen oder mehreren Schichten der Multilayer-Platine gebildet ist. Wenn die Umfangselektrode, wie zuvor beschrieben, an der Oberfläche der anderen Flächenseite der Platine gebildet ist, ist ein ganzflächiger ringförmiger Kontakt (Massekontakt) mit der Rückseitenabdeckung möglich. Wenn die Umfangselektrode an der Oberfläche der einen Flächenseite der Platine gebildet ist, ist über Schrauben oder dergleichen zum Befestigen der Rückseitenabdeckung und der Platine eine elektrische Verbindung möglich. Wenn die Umfangselektrode an einer inneren Leiterbahnschicht oder an einer geerdeten Leiterbahnschicht der Platine (Multilayer-Platine) gebildet ist, ist über Kontaktlöcher, die in der Platine gebildet sind, eine elektrische Verbindung der Umfangselektrode und der Rückseitenabdeckung möglich. Die Verwendung einer Multilayer-Platine steigert den Freiheitsgrad der Leiterbahnstruktur. Dies erleichtert das Herausziehen der externen Verbindungsleiterbahn oder das Verbinden von Anschlüssen.
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Vorzugsweise umfasst die andere Flächenseite der Platine außerdem eine Innenseitenelektrode, die auf der Innenseite der Umfangselektrode mit einer von der Umfangselektrode gesonderten Struktur angeordnet ist, wobei die Innenseitenelektrode elektrisch mit der Rückseitenabdeckung verbunden ist. Auf diese Weise ist auf der Innenseite der Umfangselektrode ein weiterer Rauschen absorbierender elektrischer Leiterbereich festgelegt, und durch Erdung der Bereiche im Platineninneren (Setzung auf ein Bezugspotenzial) wird statische Elektrizität, die im Inneren der Platine durch Schwankungen des externen elektrischen Feldes erzeugt wird, absorbiert, wodurch sich das Platinenpotenzial stabilisiert und die Rauschabschirmungswirkung gesteigert wird.
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Vorzugsweise ist die Innenseitenelektrode (Inselelektrode) auf der anderen Flächenseite der Platine gebildet. Auf diese Weise kann die Innenseitenelektrode an einer konstanten Fläche in Kontakt mit der Rückseitenabdeckung stehen, wodurch das Potenzial an der Innenseitenelektrode gleichmäßiger wird. Die Innenseitenelektrode (Inselelektrode) kann auch auf der einen Flächenseite der Platine gebildet sein. Durch Schrauben (aus Metall), die die Platine an der Rückseitenabdeckung befestigen, werden die Innenseitenelektrode und die Rückseitenabdeckung elektrisch verbunden und können geerdet werden. Außerdem ist auch ein Aufbau möglich, wobei die Platine eine Multilayer-Platine ist und die Innenseitenelektrode an einer internen Schicht gebildet ist und über Kontaktlöcher oder dergleichen eine Erdung erfolgt. Auch bei einem solchen Aufbau ist mit einer Rauschabschirmungswirkung zu rechnen.
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß der Platineneinbauvorrichtung zur Anordnung in Fahrzeugen der vorliegenden Erfindung ist diese derart aufgebaut, dass durch eine um den Außenrand der Platine umlaufend vorgesehene Umfangselektrode und eine leitfähige Rückseitenabdeckung ein Faradaykäfig gebildet wird, in dem Hochfrequenzbetrieb(-svorrichtungen) wie ein Mikroprozessor und dergleichen angeordnet sind, und ist vorteilhaft, indem ohne zusätzliche gesonderte Bauelemente ein fehlerhafter Betrieb durch externes Rauschen (elektrostatisches, magnetisches oder elektromagnetisches Rauschen) reduziert wird. Da ferner die Umfangselektrode (Erdungselektrode) nicht die gesamte Fläche der Platine bedeckt, kommt es vorteilhafterweise nicht zur Erzeugung von parasitären Kapazitäten wie etwa Streukapazitäten zwischen den internen Leiterbahnen der Platine und der Umfangselektrode. Außerdem ist die vorliegende Erfindung dadurch vorteilhaft, dass sie nicht nur auf Multilayer-Platinen, sondern auch auf Platinen mit Leiterbahnen auf beiden Seiten oder auf einer Seite angewandt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Es zeigen:
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1 veranschaulichende Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2 veranschaulichende Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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3 veranschaulichende Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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4 veranschaulichende Ansichten eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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5 veranschaulichende Ansichten eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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6 eine veranschaulichende Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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7 eine veranschaulichende Ansicht eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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8 eine veranschaulichende Ansicht eines achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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9 eine veranschaulichende Ansicht eines neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Im Folgenden sollen unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist am Außenumfangsbereich einer Platine ein Erdungsbereich ringförmig gebildet, und indem der gesamte ringförmige Erdungsbereich und ein Eintrittsabschnitt einer Metallabdeckung (so weit wie möglich) in enge Anhaftung aneinander gebracht werden, wird eine Struktur erzielt, die analog zu einem Faradaykäfig ist, wodurch Schäden durch elektromagnetische Wellen (elektrisches Rauschen) vermieden werden.
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Ausführungsbeispiele
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<Erstes Ausführungsbeispiel>
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1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Platineneinbauvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei 1(A) ein Beispiel einer (elektrischen) Platine veranschaulicht, die in die Vorrichtung eingebaut ist, und 1(B) eine veranschaulichende Schnittansicht des Beispiels der Platineneinbauvorrichtung ist. Die Schnittansicht zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A' der Platine aus 1(A). In den einzelnen Ansichten sind übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 weist eine Platineneinbauvorrichtung 1 eine Platine 10, die mit einem elektronischen Bauelement wie etwa einer CPU oder dergleichen bestückt ist, ein nicht leitfähiges Gehäuse 20 aus Kunstharz, das eine Vorderseitenfläche (die eine Fläche) der Platine 10 bedeckt, und eine leitfähige Rückseitenabdeckung 30 aus Metall auf, die die Rückseitenfläche (die andere Fläche) der Platine 10 bedeckt (siehe 1(B)). Bei der Platineneinbauvorrichtung 1 handelt es sich beispielsweise um eine elektronische Steuervorrichtung, die eine Platine umfasst, auf der Hochfrequenzbetriebsbauelemente (integrierte Schaltungen (IC), CPUs, GPUs usw.) montiert sind, die eine Airbag-Vorrichtung, eine Gurtvorrichtung, eine Radarvorrichtung, eine Nachtsichtvorrichtung oder dergleichen steuern. Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Steuervorrichtungen beschränkt, sondern kann auf beliebige Vorrichtungen angewandt werden, in die eine Platine eingebaut ist, die vor den Auswirkungen von externem Rauschen geschützt werden soll.
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1(A) zeigt eine Rückseitenfläche der Platine 10. Bei der Platine 10 kann es sich um eine einseitige Platine, eine beidseitige Platine oder eine Multilayer-Platine handeln. Bei der Platine 10 kann es sich um eine Phenolharzplatine, Glas-Epoxy-Platine, Glasverbundplatine, Teflon®-Platine, Keramikplatine oder dergleichen handeln. An der Platine 10 sind beispielsweise mehrere interne Schaltungen 101–106 vorgesehen. In diesem Beispiel ist an der internen Schaltung 101 eine IC1 angeordnet, an der internen Schaltung 102 ist eine IC2 angeordnet und an der internen Schaltung 103 ist eine IC3 angeordnet. Bei IC1–IC3, die die Hochfrequenzbetriebsbauelemente sind, handelt es sich beispielsweise um eine CPU, einen Bildsignalverarbeitungsprozessor, einen Sprachsignalverarbeitungsprozessor, einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder dergleichen, die bzw. der mit Hochfrequenztaktsignalen betrieben wird. Die Hochfrequenzbetriebsbauelemente sind nicht auf digitale Schaltungen beschränkt, und es kann sich auch um Analog-IC wie etwa Operationsverstärker handeln, für die externes Rauschen problematisch ist.
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Auf der Innenseite des Außenrands (Außenumfangs) der Platine 10 ist die Umfangselektrode 111 derart ausgebildet, dass sie um die internen Schaltungen 101–106 herum verläuft. Beispielsweise beträgt die Breite der Umfangselektrode etwa 1 bis 5 mm, doch kann auch bei einer Breite von 1 mm oder weniger eine Wirkung festgestellt werden, und es liegt keine Beschränkung auf einen bestimmten Wert vor (siehe Erörterung von 7 unten). Die Dicke der Umfangselektrode 111 (Schichtdicke) wiederum kann in geeigneter Weise beispielsweise auf etwa 10 bis 40 μm festgelegt sein, doch liegt auch hier keine Beschränkung auf einen bestimmten Wert vor. Die Breite und Schichtdicke der Umfangselektrode 111 werden unter Berücksichtigung der Frequenz des externen Rauschens usw. festgelegt. Für die Umfangselektrode 111 kann eine Schicht gebildet werden, indem auf dem Außenumfangsbereich eines Isolationssubstrats (oder einer Isolationsschicht) Silberpaste mittels Siebdruck aufgetragen und einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Die Umfangselektrode 111 kann auch durch Metallisieren und Ätzen der Platine 10 gebildet werden. Auch kann die Umfangselektrode 111 gleichzeitig mit den Leiterbahnstrukturen der internen Schaltungen gebildet werden. Wie im Folgenden beschrieben, liegen für die Umfangselektrode 111 verschiedene Strukturen vor, und es existieren zudem mehrere Ausbildungsverfahren, die jeweils in geeigneter Weise ausgewählt werden (siehe 4).
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Wie in 1(B) gezeigt, ist die Vorderseite der Platine 10 von einem Gehäuse 20 aus Kunstharz bedeckt. In dem vom Kunstharzgehäuse bedeckten Raum sind vor allem größere Bauelemente wie Spule oder Kondensator (nicht dargestellt) angeordnet. Die Rückseite der Platine 10 ist mit einer konkav gewölbten Rückseitenabdeckung 30 aus Metall bedeckt. Der Innenumfang eines Öffnungsabschnitts des Gehäuses 20 ist befestigt, indem er auf den Außenumfang des Rahmenkörpers der Rückseitenabdeckung gesetzt ist. Auf der Rückseite der Platine 10 sind elektrische Schaltelemente IC1–IC3 angeordnet, die vor externem Rauschen geschützt werden sollen. Die Rückseitenabdeckung 30 ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung (Aluminiumguss) gebildet. An den vier Ecken der Platine 10 sind Durchgangsbohrungen 141–144 für Befestigungsschrauben vorgesehen, und sie ist mithilfe von Schrauben 151, 152, 153, 154 (Schraube 153 und 154 sind nicht dargestellt) an der Oberseite 301 eines Gehäuserahmens angebracht, der den viereckigen Rahmenkörper der Rückseitenabdeckung 30 bildet. Die Breite der Oberseite des Rahmenkörpers 30 ist beispielsweise auf etwa 0,5–2 mm festgelegt. Die Montage wird erleichtert, da die Umfangselektrode 111 im Verhältnis zur Oberseite 301 breiter ist. Die Umfangselektrode 111 auf der Rückseitenfläche der Platine 10 haftet in Form eines viereckigen Rahmens insgesamt eng an der Rahmenoberseite 301 an und ist elektrisch damit verbunden. Die Rückseitenabdeckung 30 ist durch den Erdboden oder die Rahmen der Karosserie geerdet, und die Umfangselektrode 111 ist auf Erdungspotenzial gesetzt. Die vor externem Rauschen zu schützenden elektronischen Bauelemente IC1–IC3 sind in einem von der Umfangselektrode 111 und der Rückseitenabdeckung 30 gebildeten (Quasi-)Faradaykäfig angeordnet. „Quasi” besagt hier, dass sich die Leiterbahnstrukturen der internen Schaltungen 101–106 und die Struktur der Umfangselektrode 111 nicht überlagern und die elektrischen Bauelemente IC1–IC3 nicht durch einen Leiter räumlich vollständig abgeschirmt sind. Da sich die Leiterbahnstrukturen der internen Schaltungen 101–106 und die Struktur der Umfangselektrode 111 nicht überlagern, kann verhindert werden, dass Streukapazitäten zwischen beiden entstehen. Allerdings wurde entdeckt, dass auch in einem solchen Quasi-Faradaykäfig-Zustand (ringförmige Umfangselektrode 111 mit geöffnetem mittlerem Abschnitt) die Wirkung der Verhinderung von Betriebsfehlern durch externes Rauschen erzielt werden kann.
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<Vergleich zwischen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen>
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Der Erfinder hat in einem Versuch die Häufigkeit des Auftretens von Betriebsfehlern einer integrierten Schaltung (CPU) einer Testplatine, die mit der erfindungsgemäßen Umfangselektrode 111 ausgestattet war, und einer integrierten Schaltung (CPU) einer Vergleichsplatine ohne die Umfangselektrode 111 geprüft.
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Zunächst wurden mit einer Vorrichtung zur Erzeugung statischer Elektrizität abwechselnd +25 kV und –25 kV erzeugt und mittels einer Sonde in der Nähe der (Rückseitenabdeckung 30 der) Platineneinbauvorrichtung 1 abgeleitet. Unter solchen äußerst anspruchsvollen Bedingungen, die im Normalfall nicht auftreten, wurde beobachtet, ob während des Testbetriebs der integrierten Schaltungen (CPU) Fehler auftraten.
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Als Ergebnis trat im Fall der Vergleichsplatine beim Test mit +25 kV bei 101 Spannungsanlegevorgängen 22 Mal (21,8% der Fälle) ein Fehler auf. Beim Test mit –25 kV trat bei 101 Spannungsanlegevorgängen 9 Mal (8,9% der Fälle) ein Fehler auf.
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Im Gegensatz dazu trat bei der Testplatine beim Test mit +25 kV bei 101 Spannungsanlegevorgängen 4 Mal (4,0% der Fälle) ein Fehler auf. Beim Test mit –25 kV trat bei 101 Spannungsanlegevorgängen 4 Mal (4,0% der Fälle) ein Fehler auf. Dies zeigt, dass auch bei der nicht vollständig abgeschirmten Vorrichtung des Ausführungsbeispiels (Quasi-Faradaykäfig) die Anzahl der Fehler wesentlich reduziert wird. Da ein tatsächlicher Gebrauch unter solch anspruchsvollen Bedingungen wie bei diesem Test selten ist, liegt die Fehlerzahl bei Anwendung der vorliegenden Erfindung praktisch uneingeschränkt bei nahezu null.
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<Zweites Ausführungsbeispiel>
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2 ist eine veranschaulichende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In der Figur sind gleiche Teile wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet. In diesem Beispiel wird die Umfangselektrode 111 durch die Leiterbahnschicht der internen Schaltungen, insbesondere die Masseflächenelektrode Vss (bzw. Masse-Vdd) gebildet. Die Umfangselektrode 111 wird gebildet, indem entlang dem Außenumfang der Platine 10 ein Teil einer Isolationsschicht 12, die die Leiterbahnen abdeckt, entfernt wird (oder die Isolationsschicht 12 in geeigneter Weise strukturiert wird) und die Masseflächenelektrode Vss der Leiterbahnschicht der internen Schaltungen ringförmig freigelegt wird. In diesem Beispiel genügt es, wenn die Elektrodenform des von der Isolationsschicht 12 befreiten Teils ringförmig ist, ohne dass die Umfangselektrode 111 selbst ringförmig sein muss (die Umfangselektrode 111 kann auch als Masseflächen-Elektrodenblech-Baugruppe gebildet sein). Im montierten Zustand der Vorrichtung stehen der rahmenförmige Oberseitenflächenabschnitt 301 der Metallabdeckung 30 und der ringförmig freiliegende Teil der Umfangselektrode 111 in Kontakt ringförmig, sind elektrisch verbunden und werden auf Bezugspotenzial gehalten. Als Bezugspotenzial kann beispielsweise in geeigneter Weise das Erdungspotenzial Vss, das Versorgungspotenzial Vdd, das Karosseriepotenzial oder dergleichen gewählt werden. Ansonsten entspricht der Aufbau demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels (1).
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<Drittes Ausführungsbeispiel>
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3 ist eine veranschaulichende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In der Figur sind gleiche Teile wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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In diesem Beispiel ist die Umfangselektrode 111 aus mehreren Elektrodenblechen 121–130 aufgebaut. Bei den Elektrodenblechen 121–130 kann es sich auch um die bereits erwähnten Masseflächen-Elektrodenbleche handeln. Die Elektrodenbleche 121–130 sind voneinander beabstandet, aber im montierten Zustand der Vorrichtung werden die Elektrodenbleche 121–130 durch den Vorderseitenabschnitt 301 der Metallabdeckung 30 elektrisch verbunden und auf Erdungspotenzial gebracht. Auch wenn also Abstände in der Umfangselektrode vorliegen, kann die Schutzwirkung gegenüber externem Rauschen erzielt werden. Indem in der Umfangselektrode 111 Abstände vorliegen, kann unter Ausnutzung dieser Abstände eine Verbindung zwischen externen Leitern und den internen Leiterbahnen erfolgen (eine Verbindungsleiterbahnstruktur bereitgestellt werden). Dieser Aufbau ist auch dann vorteilhaft, wenn aus konstruktionsbedingten Gründen eine Abstufung oder Festigkeitsaufrechterhaltung des Gehäusekörpers nötig ist und daher Abstände in der Umfangselektrode vorliegen müssen. Wenn Abstände in der Umfangselektrode 111 vorliegen, fließt kein Schleifenstrom in der ringförmigen Umfangselektrode 111, so dass das Auftreten von durch externe Magnetwellen induzierten Strömen verhindert werden kann.
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<Viertes Ausführungsbeispiel>
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4(A)–4(E) sind veranschaulichende Ansichten eines Beispiels der Anordnung der Umfangselektrode 111 auf der Platine 10 und zeigen Schnittansichten, wobei ein Teil der Platine 10 von der Vorrichtung 1 entfernt wurde. In der Figur sind gleiche Teile wie in 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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4(A) zeigt ein Beispiel, wobei an einem Endabschnitt der Platine 10 ein Anschluss 160 verbunden ist. Der Anschluss 160 verbindet die internen Schaltungen und einen externen Leiter elektrisch miteinander. In diesem Fall ist die Umfangselektrode 111 in Bezug auf den Außenrand der Platine 10 weiter innen angeordnet.
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4(B) zeigt ein Beispiel, wobei die Umfangselektrode 111 unter Verwendung der gleichen elektrischen Leiterschicht wie die Signalleiterbahnschicht 115 der internen Schaltungen der Platine 10 (z. B. einer Kupfer-Dünnschicht) gebildet ist. Wie oben erwähnt, kann die Umfangselektrode 111 durch ringförmiges Strukturieren der elektrischen Leiterbahnschicht gebildet werden. Außerdem ist ein Aufbau möglich, wobei ein oder mehrere zusammen mit der Signalleiterbahn 115 strukturierte Masseflächenelektroden ringförmig aus der Isolationsschicht 12 freigelegt sind.
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4(C) zeigt ein Beispiel, wobei die Umfangselektrode 111 durch Metallisieren oder Bedrucken mit einer Silberpaste (leitfähigen Paste) auf der Isolationsschicht 12 auf der Rückseite der Platine 10 gebildet ist.
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In 4(D) ist die Platine 10 durch eine Multilayer-Platine gebildet. Gezeigt ist ein Beispiel, wobei die Umfangselektrode 111 von den mehreren Schichten unter Verwendung der elektrischen Leiterschicht der Signalleiterbahnschicht 115 gebildet ist. Die Umfangselektrode 111 ist gebildet, indem von der Isolationsschicht 12 derjenige Teil der Signalleiterbahnschicht 115 ringförmig freigelegt ist, der der Umfangselektrode 111 entspricht. Wie bereits erwähnt, kann die Umfangselektrode 111 durch Freilegen von einer oder mehreren Masseflächenelektrodenstrukturen gebildet werden.
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In 4(E) ist die Platine 10 durch eine Multilayer-Platine gebildet. In diesem Beispiel ist die Umfangselektrode 111 von den mehreren Schichten unter Verwendung der Leiterbahnschicht 116 der Versorgungsleiterbahnen (Vdd, Vss) gebildet. Beispielsweise wird zusammen mit der Leiterbahnstruktur der Versorgung Vss die Struktur, die der Umfangselektrode 111 entspricht, an derselben Leiterbahnschicht gebildet, und es wird ein Teil der Leiterbahnschicht 115 oder der Isolationsschicht 12 am Außenumfangsabschnitt der Platine 10 entfernt, oder die Umfangselektrode 111 wird freigelegt, indem der betreffende Teil nicht beschichtet wird. Wie bereits erwähnt, kann die Umfangselektrode 111 durch ringförmiges Freilegen von einer oder mehreren Masseflächen-Elektrodenblechen am Außenumfang der Platine gebildet werden.
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<Fünftes Ausführungsbeispiel>
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Figur sind gleiche Teile wie in 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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In diesem Beispiel ist, wie in 5(A) gezeigt, eine von der Umfangselektrode 111 unabhängige Innenseitenelektrode (Inselelektrode) 132 im mittleren Abschnitt der Platine 10 gebildet. Wie in 5(B) gezeigt, ist in einem mittleren Bereich der Rückseitenabdeckung 30 ein Vorsprungabschnitt 310 gebildet, der der Innenseitenelektrode 132 entspricht. Die Platine 10 ist im montierten Zustand durch fünf Schrauben 151–155 an der Rückseitenabdeckung 30 befestigt. Die Innenseitenelektrode 132 der Platine 10 haftet durch die Schraube 155 eng an der Oberseite des Vorsprungabschnitts 310 im mittleren Abschnitt der Rückseitenabdeckung 30 an und ist elektrisch mit der Rückseitenabdeckung 30 verbunden. Indem die Rückseitenabdeckung 30 geerdet wird, werden die Umfangselektrode 111 und die Innenseitenelektrode 132 der Platine 10 auf Erdungspotenzial gebracht.
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Obwohl in 5 nicht gezeigt, ist es auch möglich, durch Bilden der Isolationsschicht 12 (siehe 2, 4), die die Leiterbahnschicht abdeckt, und Öffnen der Isolationsschicht 12 die an der Signalleiterbahnschicht 115 gebildete Innenseitenelektrode 132 freizulegen. Das heißt, die Innenseitenelektrode 132 kann von der Isolationsschicht 12 bedeckt sein oder von der Isolationsschicht 12 befreit werden. Ebenso ist es möglich, die Innenseitenelektrode 132 durch Bedrucken oder Metallisieren der Isolationsschicht 12 zu bilden (siehe 4(C)).
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Da in diesem Beispiel der Quasi-Faradaykäfig zusätzlich zu der leitfähigen (beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellten) Rückseitenabdeckung 30 und der Umfangselektrode 111 der Platine 10 auch durch die Innenseitenelektrode 132 gebildet ist, die im Öffnungsabschnitt der Umfangselektrode 111 angeordnet ist, wird der elektromagnetisch abgeschirmte Bereich vergrößert, so dass ein Quasi-Faradaykäfig mit hoher Abschirmwirkung gebildet werden kann. Auf der Innenseite der Umfangselektrode ist außerdem ein weiterer Rauschen absorbierender elektrischer Leiterbereich festgelegt, und durch Erdung der Bereiche im Platineninneren (Setzung auf ein Bezugspotenzial) wird statische Elektrizität, die im Inneren der Platine durch Schwankungen des externen elektrischen Feldes erzeugt wird, absorbiert, wodurch sich das Platinenpotenzial stabilisiert und die Abschirmungswirkung gesteigert wird.
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<Sechstes Ausführungsbeispiel>
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Figur sind gleiche Teile wie in 1, 4 und 5 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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In diesem Beispiel sind die Umfangselektrode 111 und die Innenseitenelektrode 132 der Platine 10 über eine Brückenelektrode 133 verbunden, und im mittleren Abschnitt der Rückseitenabdeckung 30 ist kein Vorsprungabschnitt 310 vorgesehen (oder muss nicht vorgesehen sein). Durch Anordnung der Brückenelektrode 133 auf der Rückseite der Platine 10 nimmt der Bereich, in dem interne Schaltungen gebildet sind, entsprechend ab, doch kann ebenso wie in 1(B) und 2(B) die Rückseitenabdeckung 30 verwendet werden.
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<Siebtes Ausführungsbeispiel>
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7 ist eine veranschaulichende Ansicht eines bevorzugten Aspekts der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wobei gleiche Teile wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
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In den oben erörterten Ausführungsbeispielen (siehe 1 und 2) ist die Umfangselektrode 111 ringförmig gebildet. Diese Umfangselektrode 111 wirkt als eine Schleifenantenne. Wenn elektromagnetische Wellen vorliegen, entsteht in dieser Schleife ein Rauschstrom, wodurch eine höhere Empfindlichkeit gegenüber externen Rauscheinflüssen entsteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist daher auf der Platine 10 an einem Teil der Umfangselektrode 111 ein Spalt G gebildet, damit kein Schleifenstrom entsteht.
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Indem ferner in diesem Ausführungsbeispiel die geerdete Umfangselektrode 111 und der Bereich der internen Schaltungen 101–106 einander nicht überlagern, kommt es zwischen der Umfangselektrode 111 und den Leiterbahnen der internen Schaltungen 101–106 weniger leicht zu Streukapazitäten. Wenn eine gesamte Fläche der Platine (oder Multilayer-Platine) 10 als Erdungselektrode dient, überlagern die Erdungselektrode und die Leiterbahnen der internen Schaltungen einander, wodurch es leicht zu Streukapazitäten kommt, woraus sich der Nachteil ergibt, dass bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen oder der Signalverarbeitung unerwünschte Schaltkreise gebildet werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann dies verhindert werden.
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<Achtes Ausführungsbeispiel>
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8 ist eine veranschaulichende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dabei sind gleiche Teile wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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In diesem Beispiel ist gezeigt, dass die Umfangselektrode 111 mit geringerer Breite gebildet ist. Wenn das Material der Umfangselektrode 111 eine hohe Leitfähigkeit aufweist, wird eine Erdungswirkung des Außenumfangs der Platine 10 erzielt, wodurch das Eindringen von externem Rauschen von der Seitenfläche der Platine 10 verhindert (unterdrückt) wird.
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<Neuntes Ausführungsbeispiel>
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9 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In der Figur sind gleiche Teile wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
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In diesem Beispiel ist in die Umfangselektrode 111 auf der Platine 10 eine Trennelektrode 135 eingesetzt, und sie ist durch Abschirmen des Bereichs der internen Schaltungen 101–106 in zwei Teile unterteilt. Indem zum einen die Abschirmwirkung gegenüber externem Rauschen erhöht und zum anderen unter den internen Schaltungen solche Schaltungen, die zur Erzeugung von Rauschen neigen, und solche Schaltungen, die empfindlich gegenüber Rauschen sind, mit einer Erdungselektrode umgeben werden, kann eine gegenseitige Beeinflussung durch internes Rauschen verhindert werden.
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Indem ferner in diesem Beispiel die Umfangselektrode 111 in Bezug auf den Endabschnitt der Platine 10 weiter innen angeordnet ist, wird das Anbringen usw. des Anschlusses 160 an der Platine 10 erleichtert (siehe 4(A)).
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<Weitere Anwendungsbeispiele>
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Umfangselektrode 111 auch geradlinig oder gekrümmt sein. Beispielsweise kann sie verschiedene Formen in Entsprechung zu dem gegossenen Rahmen der Rückseitenabdeckung 30 annehmen und ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt.
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Wie oben beschrieben, wird gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nicht die gesamte Fläche einer Platine zur Anordnung in einem Fahrzeug mit einer Abschirmungselektrode oder einem Metallnetz bedeckt, sondern es wird unter Verwendung der Umfangselektrode im Wesentlichen ein Faradaykäfig gebildet, was vorteilhaft ist, da keine gesondert gefertigten Bauelemente oder Teile (Metallnetz, besondere Multilayer-Platine usw.) verwendet werden müssen, um die Auswirkungen von externem Rauschen auf die Platine zu beseitigen (zu reduzieren). Vorteilhaft ist auch, dass die Abstrahlung von elektromagnetischem Rauschen von der Platine unterdrückt (reduziert) wird.
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Gewerbliche Anwendung
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Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Arten von Platineneinbauvorrichtungen zur Anordnung in Fahrzeugen anwendbar, wobei zum einen ein geringeres Gewicht der Vorrichtung, in der die Platine für das Fahrzeug eingebaut ist, erreicht werden muss (Verwendung einer Kunstharzabdeckung), und zum anderen die Einflüsse von externem Rauschen (abgestrahltem elektromagnetischem Rauschen) von einer Zündsystem-Hochspannungsquelle oder dergleichen beseitigt werden müssen. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf Vorrichtungen zur Anordnung in Fahrzeugen beschränkt und ist auch auf nicht in Fahrzeugen angeordnete Vorrichtungen anwendbar. Vorteilhaft ist die Anwendung in Fällen, in denen das Einwirken von externem Rauschen auf eine Platine, die in der Vorrichtung eingebaut ist, verhindert und das Abstrahlen von elektromagnetischem Rauschen von der eingebauten Platine nach außen unterdrückt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Einbau der Platine
- 10
- Platine
- 12
- Isolationsschicht
- 20
- Gehäuse
- 30
- Rückseitenabdeckung
- 101–106
- interne Schaltung
- 111
- Umfangselektrode
- 121–130
- Umfangselektrode (geteilt)
- 132
- Innenseitenelektrode
- 160
- Anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-5244 [0004, 0005]
- JP 2011-198836 [0004, 0005]
