DE4304656A1 - Verfahren zur Vermeidung des elektrischen Übersprechens und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung des elektrischen Übersprechens nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Die Erfindung ist insbesondere für den Hoch- und/oder Höchstfrequenzbereich, insbesondere für den Frequenzbe­ reich größer 1 GHz, verwendbar. Schaltungsanordnungen in diesem Hochfrequenz (HF)-Bereich werden vielfach als Streifenleitungen, z. B. Mikrostreifenleitungen (Microstrip) ausgeführt. Dabei sind auf einem Substrat, z. B. einem Keramiksubstrat, mit möglichst hoher Packungs­ dichte elektrische Leiterbahnen, z. B. Microstrips, und/oder elektrische aktive und/oder passive Bauelemente angeordnet.

Oftmals werden gemäß Fig. 1 mehrere solcher Substrate in einem metallischen Gehäuse nebeneinander angeordnet. Dabei sind die Substrate durch eine metallische (Gehäuse-)Trenn­ wand, welche insbesondere eine elektromagnetische Abschir­ mung zwischen den Substraten bewirken soll, getrennt. Ein derartiges Gehäuse wird mit einem metallischen Gehäusedec­ kel verschlossen. Dieser muß bei hochqualifizierten Schal­ tungs- und/oder Geräteanordnungen aus elektrischen Gründen mechanisch fest mit dem Gehäuse verbunden werden, z. B. durch Schraub-, Kleb- oder Schweißverbindungen. Letztere werden z. B. durch Laserschweißen hergestellt.

Es ist nun erforderlich, die in dem Gehäuse angeordneten Schaltungsanordnungen (Substrate) elektrisch zu prüfen und gegebenenfalls abzugleichen. Für diese Vorgänge muß der Gehäusedeckel zunächst abnehmbar sein.

Es hat sich nun herausgestellt, daß nach dem endgültigen Befestigen des Gehäusedeckels ein störendes elektrisches Übersprechen zwischen den Substraten vorhanden ist. Dieses ist, gemäß Fig. 1 auf störende mechanische Toleranzen zu­ rückführbar, welche einen Luftspalt zwischen der Stirnflä­ che einer oder mehrerer Trennwände und dem Gehäusedeckel bewirken. Dieser Luftspalt wirkt als störender parasitärer Hohlleiter, welcher das Übersprechen bewirkt.

Es ist nun naheliegend, diesen Nachteil dadurch zu vermei­ den, daß bei dem endgültigen Verschließen des Gehäuses der Gehäusedeckel zusätzlich auch an den Stirnflächen der Trennwände befestigt wird, z. B. durch eine der erwähnten Befestigungsarten Schrauben, Kleben oder Schweißen.

Eine solche Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, daß ein einmal endgültig verschlossenes Gehäuse allenfalls un­ ter sehr hohen Kosten und mit einem sehr hohem Zeitaufwand wieder zu öffnen ist. Beispielsweise ist es erforderlich, einen verschweißten Gehäusedeckel durch einen kostenungün­ stigen Fräsvorgang zu entfernen. Ein solches nachträgli­ ches Öffnen kann z. B. bei einer sehr hochwertigen und da­ her wertvollen Anordnung und/oder Anlage erforderlich wer­ den, um diese zu reparieren und/oder mit einem weiterent­ wickelten Substrat nachzurüsten.

Für eine zuverlässige Funktion der Schaltungsanordnungen, insbesondere im GHz-Bereich, ist es vielfach erforderlich, daß innerhalb des Gehäuses, z. B. innen an dem Gehäusedec­ kel, an einer Trennwand und/oder an der Innenseite einer Gehäusewand, ein elektromagnetisch wirksames Dämpfungsma­ terial angebracht wird. Dieses verhindert eine Ausbreitung störender elektromagnetischer Wellen innerhalb eines Ge­ häuseteiles, welcher z. B. eine einzige Schaltungsanordnung (Substrat) umgibt. Dadurch wird ein störendes Übersprechen (Überkoppeln) innerhalb der auf dem Substrat befindlichen Schaltungsanordnung vermieden. Solches Dämpfungsmaterial muß vielfach an der Innenseite des Gehäuses befestigt wer­ den, z. B. durch einen kostenungünstigen Klebevorgang. Eine solche Vorgehensweise hat außerdem noch den Nachteil, daß insbesondere für hochwertige Anwendungsfälle keine ausrei­ chende Temperatur- und/oder Alterungsbeständigkeit vorhan­ den ist, denn eine solche Klebeverbindung kann sich in un­ vorhersehbarer Weise lösen und ein störendes Vagabundieren des Dämpfungsmateriales innerhalb des Gehäuses bewirken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem in kostengünsti­ ger und zuverlässiger Weise bei einem endgültig geschlos­ senen Gehäuse ein elektromagnetisches Übersprechen vermie­ den wird, mit dem in kostengünstiger und zuverlässiger Weise eine temperatur- und alterungsbeständige elektroma­ gnetische Dämpfung erreicht wird und mit dem unter kosten­ günstigen Bedingungen ein eventuelles nachträgliches Öff­ nen des Gehäuses ermöglicht wird. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durch­ führung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sowohl im Prüf- und Abgleichbetrieb, daß heißt bei abnehmbarem und noch nicht endgültig befestigtem Gehäusedeckel eine hohe HF-Übersprechdämpfung zwischen benachbarten HF-Schal­ tungsanordnungen (Substraten) erreicht wird und daß diese hohe Übersprechdämpfung auch nach dem endgültigen Ver­ schließen des Gehäuses erhalten bleibt.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß das Dämpfungsmate­ rial, das im folgenden auch Absorber genannt wird, ledig­ lich in reproduzierbarer Weise durch eine kostengünstige mechanische Klemmverbindung in dem Gehäuse befestigt wird.

Dadurch wird eine hohe Temperatur- und Alterungsbeständig­ keit erreicht.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß zumindest einige Trennwände mit einer geringen Wandstärke ausgebildet wer­ den können, da zwischen diesen Trennwänden und dem Gehäu­ sedeckel keine mechanische Verbindung erforderlich ist. Dadurch wird eine Material- und/oder Gewichtseinsparung erreicht.

Ein vierter Vorteil besteht darin, daß bei dem Gehäuse, zumindest an der offenen Gehäuseseite, das heißt der dem Gehäusedeckel zugewandten Seite, relativ hohe mechanische Fertigungstoleranz zulässig sind, so daß eine kostengün­ stige Fertigung möglich wird.

Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß der Gehäusedeckel aus elektromagnetischen Gründen lediglich an seinem Außen­ rand mit dem Gehäuse verbunden werden muß, z. B. durch einen hermetisch dichten (Laser-)Schweißvorgang, sofern dieses erforderlich ist. Dadurch ist es bei einem eventu­ ellen nachträglichen Öffnen des Gehäuses lediglich erfor­ derlich, diese Befestigungen, z. B. eine (Laser-)Schweiß­ naht, zu entfernen, was kostengünstig ist.

Ein sechster Vorteil besteht darin, daß der Absorber me­ chanisch so ausgebildet werden kann, daß dieser bis auf das Substrat und/oder bestimmte Bauelemente reicht, so daß diese zusätzlich gegen mechanische Erschütterungen ge­ schützt werden können. Mit einem derart ausgebildeten Ab­ sorber ist außerdem eine zusätzliche elektromagnetische Dämpfung von Schaltungsteilen möglich.

Ein siebter Vorteil besteht darin, daß die Wandstärke der Trenn- und/oder HF-Kanalwände sehr dünn ausgeführt werden kann. Dadurch ergibt sich einerseits eine erhebliche Mate­ rial- und/oder Gewichtseinsparung und andererseits eine wesentliche Erhöhung der Packungsdichte der verwendeten HF-Komponenten bei einer gleichzeitig hohen Übersprech­ dämpfung.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschrei­ bung eines Ausführungsbeispieles, das anhand der Fig. 2 näher erläutert wird. Das dort gezeigte Gehäuse besteht z. B. aus einem durch Laserschweißen verschweißbarem Mate­ rial, z. B. Aluminium, hat eine Höhe von ungefähr 20 mm so­ wie eine Boden- und/oder Außenwandstärke von ungefähr 2,5 mm. Das Gehäuse ist durch Trennwände, die z. B. eine Wandstärke von ungefähr 1 mm besitzen, in mehrere Kammern aufgeteilt, in denen jeweils ein Substrat, z. B. ein Kera­ miksubstrat mit einer Länge aus einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 50 mm, einer Breite von ungefähr 5 mm bis 50 mm sowie einer Dicke von ungefähr 0,5 mm angeordnet und befestigt wird, z. B. durch Kleben und/oder Löten. Auf mindestens einem Substrat wird eine Schaltungsanordnung in Planartechnik, z. B. Mikrostreifentechnik (Microstrip), für den HF-Bereich, z. B. den GHz-Bereich, angeordnet. Die Höhe der Trennwände innerhalb des Gehäuses wird nun so bemes­ sen, daß zwischen der Stirnfläche der Trennwände und dem zunächst noch für Prüf- und/oder Einstellvorgänge abnehm­ baren Gehäusedeckel ein Abstand (Luftspalt) (Fig. 1) von ungefähr 2 mm bleibt. Die Toleranz dieses Abstandes kann vorteilhafterweise sehr groß gewählt werden, z. B. ± 0,1 mm, so daß eine kostengünstige Herstellung möglich wird. In das Gehäuse und auf die bezüglich der Außenwände des Gehäuses abgesenkten Trennwände wird nur eine Platte aus Absorbermaterial gelegt (Fig. 2). Diese wird auch Ab­ sorberplatte genannt. Die Absorberplatte hat eine Flächenab­ messung, die an diejenige der Innenfläche des Gehäuses an­ gepaßt ist. An den Rändern der Absorberplatte wird zu den Gehäusewänden ein Wandabstand von ungefähr 0,1 mm einge­ halten. Das plattenförmige Ausgangsmaterial für die Absor­ berplatte hat z. B. eine Dicke von ungefähr 4 mm und besteht aus einem HF-Absorbermaterial, das z. B. im GHz-Bereich aus einem absorbierenden Kunststoffmaterial besteht. Dieses plattenförmige Ausgangsmaterial wird nun derart bearbei­ tet, z. B. vorzugsweise durch einen Fräsvorgang mit einer elektronisch gesteuerten Fräsmaschine (CNC-Fräsmaschine), daß das Ausgangsmaterial im Bereich der Trennwände (Fig. 2) lediglich eine Dicke von ungefähr 2 mm besitzt. Diese Dicke ist geringfügig kleiner als der bereits erwähnte Ab­ stand zwischen den Trennwänden und dem Gehäusedeckel. Auch bei der Wahl der Dicke ist eine relativ große mechanische Toleranz von ungefähr ± 0,1 mm zulässig, so daß die Absor­ berplatte sehr kostengünstig hergestellt werden kann. Be­ sonders vorteilhaft ist, daß das Fräsmuster in der Absor­ berplatte demjenigen der Trennwände, die z. B. ebenfalls durch einen Fräsvorgang hergestellt werden, entspricht. Denn das Fräsmuster für die Absorberplatte entspricht dem Negativ (Komplement) desjenigen für die Trennwände. Eine solche Negativbildung (Komplementbildung) ist jedoch mit einer Datenverarbeitungsanlage, die zur Ansteuerung einer bereits erwähnten CNC-Fräsmaschine benötigt wird, beson­ ders kostengünstig und schnell durchführbar. Bei einer eventuell erforderlichen Änderung der Anordnung der Trenn­ wände und/oder deren Wandstärke kann somit nahezu automa­ tisch auch das Fräsmuster für die Absorberplatte geändert werden.

Zwischen der dem Gehäusedeckel zugewandten, im wesentli­ chen ebenen Fläche der Absorberplatte und dem Gehäusedeckel sind Abstandshalter (Gasket) angeordnet. Diese bestehen z. B. aus einem gummielastischem Material und besitzen eine Dicke von ungefähr 1 mm. Diese Abstandshalter erzeugen bei einem geschlossenen Gehäusedeckel (Fig. 2) eine mecha­ nische Vorspannung in der Absorberplatte und bewirken daher deren genau bestimmbare Lage, die vorteilhafterweise auch bei einer mechanischen Schockbeanspruchung erhalten bleibt, so daß auch dabei die elektronischen Dämpfungsei­ genschaften erhalten bleiben.

Gemäß Fig. 2 ist zwar zwischen der Absorberplatte und dem Gehäuse sowie dem Gehäusedeckel ein relativ großer Luft­ spalt von ungefähr 0,1 mm vorhanden. Dieser führt an sich zu einem unerwünschten elektromagnetischen Übersprechen insbesondere im HF-Bereich. Dieser Effekt tritt jedoch bei der Erfindung in überraschender Weise nicht ein, da der zwischen benachbarten Substraten liegende Weg lang und HF- mäßig stark gedämpft ist. Trotz der erwähnten hohen mecha­ nischen Toleranzen ist daher zwischen den Substraten im GHz-Bereich eine hohe Übersprechdämpfung von größer 60 dB erreichbar.

Es ist ersichtlich, daß diese hohe Übersprechdämpfung weitgehendst unabhängig ist von der Art der Befestigung des Gehäusedeckel an dem Gehäuse. Daher kann der Gehäuse­ deckel sowie die Absorberplatte zunächst für Prüf- und/oder Einstellvorgänge mehrmals in reproduzierbarer Weise von dem Gehäuse entfernt werden. Nach den Prüf- und/oder Ein­ stellvorgängen können dann bei eingelegter Absorberplatte und vorläufig geschlossenem Gehäusedeckel elektronische Messungen, z. B. Prüfprotokolle, durchgeführt werden. Die dabei gewonnenen Meßergebnisse ändern sich auch dann nicht, wenn der Gehäusedeckel in der beschriebenen Weise mit dem Gehäuse verschweißt wird, obwohl bei diesem Schweißvorgang ein mechanischer Verzug des Gehäusedeckels und/oder des Gehäuses auftreten kann. Auf die ansonsten erforderlichen Stützschweißungen zwischen dem Gehäusedec­ kel und den Trennwänden kann bei der Erfindung in vorteil­ hafter Weise weitestgehend verzichtet werden.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend­ bar. Beispielsweise ist es möglich, an der Absorberplatte Trennwände aus Absorber- und/oder Isolationsmaterial anzu­ bringen. Diese Trennwände bewirken eine zusätzliche HF- Dämpfung und/oder einen mechanischen Druck auf die Sub­ strate und/oder die darauf befestigten Bauelemente, so daß diese gegen den Gehäuseboden gedrückt und damit gegen eine mechanische Schockbeanspruchung besonders geschützt wer­ den.

Claims (7)

1. Verfahren zur Vermeidung des elektrischen Überspre­ chens zwischen mehreren Schaltungsanordnungen, insbeson­ dere für Schaltungen der Hochfrequenztechnologie, wobei die Schaltungsanordnungen in einem gemeinsamen durch einen Gehäusedeckel allseits verschließbarem Gehäuse durch mindestens eine Trennwand voneinander getrennt angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zumindest in dem elektrisch zu bedämpfendem Bereich des Gehäuses die Höhe der Trennwände ver­ ringert wird, so daß zwischen diesen und dem me­ tallischen Gehäusedeckel ein vorgebbarer Abstand entsteht,
• - daß der Bereich ganz flächig durch plattenförmiges HF-Absorbermaterial (Absorberplatte) abgedeckt wird, dessen Dicke an sich größer ist als der Ab­ stand zwischen den Trennwänden und dem Gehäusedeckel,
• - daß in das HF-Absorbermaterial ein Vertiefungsmu­ ster entsprechend demjenigen der Trennwände einge­ arbeitet wird,
• - daß das HF-Absorbermaterial an den Vertiefungen eine Dicke besitzt, die kleiner gleich dem Abstand ist, und
• - daß das HF-Absorbermaterial bezüglich des Gehäuses und/oder des Deckels gegen mechanische Verschiebungen gesichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vertiefungsmuster mit einer elektronisch gesteuerten Fräsmaschine erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vertiefungsmuster als Komplement (Negativ) zu dem Muster der Trennwände ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem HF-Absorbermaterial und dem Gehäuse und/oder dem Gehäusedeckel ein Abstand kleiner als 0,2 λ eingehalten wird, wobei λ die Wellen­ länge der zu dämpfenden Frequenz bedeutet.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein HF-Absorbermaterial gewählt ist, das für die zu be­ dämpfende Frequenz aus einem mechanisch bearbeitbarem ge­ fülltem Kunststoffmaterial (Absorberrezeptur) besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem HF-Absorbermaterial Vertiefungen, welche dem Muster der Trennwände entsprechen, angebracht sind und daß an dem HF-Absorbermaterial zusätzliche aus Absorbermaterial und/oder Isolationsmaterial bestehende Trenn- und/oder Stützwände angebracht werden.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur mechanischen Sicherung des HF-Absor­ bermaterials zwischen diesem und dem Gehäusedeckel minde­ stens ein gummielastischer Abstandshalter eingefügt ist.