DE69500170T2

DE69500170T2 - Schutzvorrichtung für eine elektromagnetische strahlungsempfindliche Vorrichtung

Info

Publication number: DE69500170T2
Application number: DE69500170T
Authority: DE
Inventors: Jean Marc Cosquer; Alain Jean Fabre; Robert Poirier
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2015-05-18
Also published as: JP2761363B2; FR2720216A1; JPH07326883A; EP0688158A1; US5566040A; DE69500170D1; EP0688158B1; ES2100099T3; FR2720216B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine gegen elektromagnetische Strahlung empfindliche elektronische Vorrichtung. Sie eignet sich zur Anwendung bei allen elektronischen Vorrichtungen an Bord von Flugzeugen, insbesondere bei elektronischen Rechnern, für die erhebliche Kosten- und Gewichtsbeschränkungen gelten.
Es ist bekannt, gegen elektromagnetische Strahlung empfindliche elektronische Vorrichtungen dadurch zu schützen, daß man sie mit Abschirmgehäusen aus Metall umschließt und die Eingangs- und Ausgangssignale filtert. Die Filterung erfolgt im allgemeinen in einer ersten Gehäusezone, die durch eine innere Zwischenwand von einer zweiten Gehäusezone getrennt ist, in der sich die elektronischen Schaltungen befinden, die den einzelnen Funktionen der elektronischen Vorrichtung entsprechenden.
Durch US-A-4 739 453 ist eine Abschirmvorrichtung für elektronische Schaltungen bekannt, die auf einer gedruckten Schaltungsplatte montiert sind. Diese Abschirmvorrichtung besteht aus einem Metallgehäuse mit einer inneren Zwischenwand zur elektromagnetischen Trennung zweier elektronischer Schaltungsblöcke. Die beiden elektronischen Schaltungsblöcke befinden sich im Innern der Abschirmvorrichtung.
Die Filterung kann durch diskrete Komponenten erfolgen, die durch Schrauben oder durch Schweißen durch in der inneren metallischen Zwischenwand angebrachte Öffnungen hindurch montiert sind. Diese Lösung ist sehr kostenaufwendig, erfordert erhebliche Montagezeiten und erhöht sowohl den Raumbedarf als auch das Gewicht der elektronischen Vorrichtung außerordentlich.
Die Filterung kann auch in der Weise erfolgen, daß man eine für diese Funktion spezialisierte gedruckte Schaltung verwendet. Diese Lösung erfordert eine zusätzliche Karte für die Filterfunktion sowie zusätzliche Mittel für die Verbindung zwischen der Filterkante und der die elektronische Vorrichtung tragenden Karte. Nun ist die Herstellung von Verbindungen zwichen verschiedenen gedruckten Schaltungen problematisch und kostenaufwendig und vergrößern außerdem den Raumbedarf der elektronischen Vorrichtung.
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und eine wirksame Schutzvorrichtung zu schaffen, die kleineren Raumbedarf hat und niedrigere Kosten verursacht, ohne daß die Zahl der internen Verbinder oder die Zahl der gedruckten Schaltungsplatten erhöht wird.
Zu diesem Zweck besitzt die Schutzvorrichtung nur eine einzige gedruckte Schaltungsplatte, auf der sowohl die elektronische Vorrichtung als auch die Mittel zur Filterung der elektrischen Eingangs- und Ausgangssignale der elektronischen Vorrichtung angeordnet sind. Die gedruckte Schaltungsplatte ist im Inneren eines Metallgehäuses angeordnet und verläuft senkrecht durch ein innere metallische Zwischenrang zur Trennung zwischen einer stromaufwärtigen Zone, in der elektromagnetische Felder herrschen und einer abgeschirmten stromabwärtigen Zone. Die elektrischen Eingangs- und Ausgangssignale werden von der stromaufwärtigen Zone zu der stromabwärtigen Zone über Leiterbahnen transportiert, die auf wenigstens einer inneren Schicht der gedruckten Schaltungsplatte aufgebracht sind. Die Mittel zur Filterung der elektrischen Signale umfassen Komponenten, die durch Oberflächenmontage in der Nähe der metallischen Zwischentrennwand und der in der gedruckten Schaltungsplatte integrierten Kapazitätselemente an dem Durchtritt der Zwischenwand angebracht sind. Die integrierten Kapazitätselemente besitzen einen ersten Anschluß, der von einer Leiterbahn gebildet wird, und einen zweiten Anschluß, der von einer mit der mechanischen Masse verbundenen leitfähigen Fläche gebildet wird. Die Verbindung mit der mechanischen Masse erfolgt durch Kontakt zwischen der leitfähigen Fläche und der metallischen Zwischentrennwand. Die gedruckte Schaltungsplatte besitzt außerdem vorteilhafterweise eine innere leitfähige Ebene, die mit der mechanischen Masse verbunden ist, wobei diese leitfähige Ebene mit jeder der Leiterbahnen an dem Durchtritt der metallischen Zwischentrennwand zusätzliche kapazitive Element bildet.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Schutzvorrichtung für eine gegen elektromagnetische Strahlung empfindliche elektronische Vorrichtung
- ein Metallgehäuse mit einer inneren metallischen Zwischenwand zur Trennung zwischen einer stromaufwärtigen Zone, in der elektromagnetische Felder herrschen, und einer abgeschirmten stromabwärtigen Zone, wobei das Metallgehäuse und die innere Zwischenwand eine mechanische Masse bilden.
- eine mehrlagige gedruckte Schaltungsplatte, die im Inneren des Metallgehäuses senkrecht zu der inneren metallischen Zwischenwand so angeordnet ist, daß sie einen ersten Teil umfaßt, der sich in der stromaufwärtigen Zone befindet, und einen zweiten Teil, der den Träger der elektronischen Vorrichtung bildet und in der stromabwärtigen Zone liegt, wobei die gedruckte Schaltungsplatte wenigstens eine innere Schicht besitzt, auf der Leiterbahnen zur Übertragung von elektrischen Signalen aus der stromaufwärtigen Zone in die stromabwärtigen Zone aufgebracht sind, sowie Mittel zur Filterung der elektrischen Signale, die kapazitive Elemente umfassen, die an dem Durchtritt der inneren Zwischenwand in die gedruckte Schaltungsplatte integriert sind, wobei jedes der integrierten kapazitiven Elemente einen von einer der Leiterbahnen gebildeten ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß aufweist, der von einer mit der mechanischen Masse durch Kontakt mit der metallischen Zwischenwand verbundenen leitfähigen Fläche gebildet ird, wobei die Leiterbahnen an dem Durchgang der inneren Zwischenwand so verbreitert sind, daß sie den kapazitiven Effekt vergroßern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die auf die anliegenden Zeichnungen Bezug nimmt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der elektronischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Metallgehäuse angeordnet ist und Filtermittel umfaßt, in einer Schnittansicht,
Fig. 2a und 2b zeigen zwei detaillierte Ansichten einer gedruckten Schaltungsplatte in der Nähe der inneren metallischen Zwischenwand und ein Beispiel einer Filterzelle gemäß der Erfindung in perspektivischer bzw. geschnittener Darstellung,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der der Filterzelle von Fig. 2b entsprechenden elektrischen Schaltung.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der elektronischen Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Metallgehäuse angeordnet ist und Filtermittel umfaßt, in einer Schnittansicht.
Das Metallgehäuse 10, das aus wenigstens zwei Rahmen 101, 102 besteht, die durch Verbindungsplatten 103, 104 miteinader verbunden sind, besitzt eine innere metallische Zwischenwand 11, die zwei Zonen 12 und 13 gegeneinander abgrenzt, wobei die erste Zone 12, die als stromaufwärtige Zone bezeichnet wird, elektromagnetische Felder enthält, und die zweite Zone 13, die als stromabwärtige Zone bezeichnet wird, abgeschirmt ist. Das Gehäuse 10 und die innere metallische Zwischenwand 11 bilden die mechanische Masse der elektronischen Einheit.
Im Innern des Gehäuses 10 ist senkrecht zu der inneren metallischen Zwischenwand 11 eine mehrlagige gedruckte Schaltungsplatte 14 angeordnet, die eine elektronische Vorrichtung 15 sowie eine Filtervorrichtung 16 zur Filterung der Eingangs- und Ausgangssignale trägt. Die innere metallische Zwischenwand 11 klemmt die gedruckte Schaltungsplatte 14 also über ihre gesamte Breite ein. Die Schaltungsplatte 14 umfaßt einen ersten Teil, der in der stromaufwärtigen Zone 12 liegt, und einen zweiten Teil, der den Träger der elektronischen Vorrichtung 15 bildet und in der abgeschirmten stromabwärtigen Zone 13 liegt. Die elektronische Vorrichtung befindet sich so vollständig in der abgeschirmten Zone 13. die Filtermittel 16, die im Laufe der Beschreibung von Fig. 2a, 2b und 3 ausführlich erläutert werden, befindet sich in der Nähe der inneren metallichen Zwischenwand.
Die elektrischen Eingangs- und Ausgangsverbindungen werden durch einen externen elektrischen Verbinder 17 hergestellt, der auf einer Vorderseite 18 des Metallgehäuses befestigt ist. Die elektrischen Signale werden dann über auf eine Zwischenplatte 19 aufgebrachte gedruckte Leiterbahnen bis zu einem von der Zwischenkarte 19 getragenen internen Verbinder 20 geführt, der die elektrischen Verbindungen mit den Leiterbahnen der mehrlagigen gedruckten Schlatungsplatte 14 herstellt. Die Zwischenkarte 19 und der interne Verbinder 20 befinden sich in der stromaufwärtigen Zone 12 des Gehäuses. Fig. 2a und 2b zeigen zwei detaillierte Ansichten einer gedruckten Schaltungsplatte in der Nähe der inneren metallischen Zwischenwand und ein Beispiel einer Filterzelle gemäß der Erfindung in perspektivischer bzw. geschnittener Darstellung.
Die gedruckte Schaltungsplatte besitzt zwei Außenseiten 21, 22 mit Leiterbahnen, auf denen elektronische Komponenten montiert sind, sowie innere Schichten 23, 24 mit Leiterbahnen 25, 26, 27, 28, die die elektrischen Eingangs- und Ausgangssignale aus der stromaufwärtigen Zone 12 zu der stromabwärtigen Zone 13 leiten sollen. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden inneren Schichten 23, 24 ist eine innere Masseebene 29 angeordnet, die mit der mechanischen Masse der elektronischen Einheit verbunden ist. Die innere Masseebene 29 besteht aus einer leitfähigen Schicht, die sich über die gesamte Fläche der gedruckten Schaltung erstreckt und eine Trennung der in den beiden aufeinanderfolgenden Schichten 23, 24 transportierten Signale ermöglicht. Die einzelnen Schichten 21, 23, 29, 24, 22 der gedruckten Schaltung sind durch isolierende Schichten 30, 31, 32, 33 au dielektrischem Werkstoff elektrisch gegeneinander isoliert. Die einzelnen Leiterbahnen und die interne Masseebene 29 können beispielsweise aus Kupfer hergestellt sein. Als dielektrischer Werkstoff kann beispielweise Polyimid verwendet werden.
Die elektrischen Eingangs- und Ausgangssignale werden durch Filterzellen entkoppelt, die auf den einzelnen Leitungen in der Nähe der metallischen Zwischenwand angeordnet sind.
Jede Filterzelle umfaßt Komponenten 34, 35, 36, die auf den Außenseiten der gedruckten Schaltungsplatte oberflächenmontiert sind, sowie zwei kapazitive Elemente, die unter der metallischen Zwischenwand 11 in die Wandstärke der gedruckten Schaltung integriert sind. Jedes der integrierten kapazitiven Elemente besitzt einen von einer mit der mechanischen Masse verbundenen leitfähigen Fläche gebildeten Anschluß und einen Anschluß, der von der Leiterbahn 25, 26, 27, 28 gebildet wird, die das zu entkoppelnde Signal transportiert.
Für einen der integrierten Kondensatoren besteht der mit der mechanischen Masse verbundene Anschluß aus der internen Masseebene 29. Für den anderen integrierten Kondensator besteht der mit der mechanischen Masse verbundene Anschluß aus einer leitfähigen Fläche 37, 38, die auf eine der Außenseiten der gedruckten Schaltungsplatte unter der inneren metallischen Zwischenwand 11 angeordnet ist. Die Verbindung mit der Masse erfolgt durch Kontakt mit der inneren Zwischenwand 11. Zur Vergrößerung des kapazitiven Effekts sind die Leiterbahnen 25, 26, 27, 28 an dem Durchgang der metallischen Zwischenwand 11 verbreitert.
An der Durchtrittsstelle der metallischen Zwischenwand wird die Trennung zwischen zwei Signalen, die über zwei benachbarte Leiterbahnen transportiert werdne, die sich auf ein und derselben inneren Schicht befinden, durch metallisierte Löcher ermöglicht, die durch die Dicke der gedruckten Schaltungsplatte verlaufen und mit der mechanischen Masse verbunden sind, wobei jedes dieser metallisierten Löcher mit einem leitfähigen Streifen 41, 42 in Verbindung steht, der auf derselben Schicht angeordnet ist wie die beiden betreffenden Leiterbahnen und zwischen diesen liegt. Diese Konfiguration gewährleistet ein geringes Nebensprechen und eine Verringerung der Massenimpedanz.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der der Filterzelle von Fig. 2b entsprechenden elektrischen Schaltung.
Die Induktivität L und die Kondensatorn C1 und C2 sind oberflächenmontierte Komponenten, die mit leitfähigen Flächen 43, 44, 45, 37 verbunden sind. Die leitfähigen Flächen sind über metallisierte Löcher mit der zu entkoppelnden Leiterbahn verbunden. Die leitfähige Fläche 37 wird von der inneren metallischen Zwischenwand 11 eingeklemmt, die so die Verbindung dieser Fläche 37 mit der Masse gewährleistet.
Die Kapazitäten C0 sind die Kapazitäten am Durchtritt der Trennwand. Sie sind parallel angeordnet und entsprechenden einer einzigen Kapazität der Größe 2C0.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann insbesondere die gedruckte Schaltung je nach der Anzahl der zu transportierenden elektrischen Signale eine abweichende Anzahl von Schichten und Leiterbahnen aufweisen. Die Filterzellen können eine abweichende Anzahl von oberflächenmontierten Komponenten aufweisen, und diese Komponenten können in abweichenden Konfigurationen angeordnet sein.

Claims

1. Schutzvorrichtung für eine gegen elektromagnetische Strahlung empfindliche elektronische Vorrichtung mit

- einem Metallgehäuse (10) mit einer inneren metallischen Zwischenwand (11) zur Trennung zwischen einer stromaufwärtigen Zone (12), in der elektromagnetische Felder herrschen, und einer abgeschirmten stromaufwärtigen Zone (13), wobei das Metallgehäuse und die innere Zwischenwand (11) eine mechanische Masse bilden.

- einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte (14), die im Inneren des Metallgehäuses (10) senkrecht zu der inneren metallischen Zwischenwand (11) so angeordnet ist, daß sie einen ersten Teil umfaßt, der sich in der stromaufwärtigen Zone (12) befindet, und einen zweiten Teil, der den Träger der elektronischen Vorrichtung (15) bildet und in der stromabwärtigen Zone (16) liegt, wobei die gedruckte Schaltungsplatte (14) wenigstens eine innere Schicht (23, 24) besitzt, auf der Leiterbahnen (25, 26, 27, 28) zur Übertragung von elektrischen Signalen aus der stromaufwärtigen Zone (12) in die stromabwärtige Zone (13) aufgebracht sind, sowie Mittel (16) zur Filterung der elektrischen Signale, die kapazitive Elemente umfassen, die an dem Durchtritt der inneren Zwischenwand in die gedruckte Schaltungsplatte integriert sind, wobei jedes der integrierten kapazitiven Elemente einen von einer der Leiterbahnen (25, 26, 27, 28) gebildeten ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß aufweist, der von einer mit der mechanischen Masse durch Kontakt mit der metallischen Zwischenwand (11) verbundenen leitfähigen Fläche gebildet wird, wobei die Leiterbahnen (25, 26, 27, 28) an dem Durchgang der inneren Zwischenwand (11) so verbreitert sind, daß sie den kapazitiven Effekt vergrößern.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die mehrlagige gedruckte Schaltungsplatte (14) außerdem wenigstens eine zweite innere Schicht (29) aufweist, die von einer mit der mechanischen Masse verbundenen inneren leitfähigen Fläche gebildet wird, wobei die leitfähige Fläche mit den einzelnen Leiterbahnen (25, 26, 27, 28) zusätzliche innere kapazitive Elemente am Durchgang der inneren metallischen Zwischenwand (11) bildet.

3. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Filtermittel (16) außerdem oberflächenmontierte Komponenten (34, 35, 36) umfassen, die in der Nähe der inneren Zwischenwand (11) auf wenigstens einer Außenfläche (21, 22) der gedruckten Schaltungsplatte (14) angeordnet sind.

4. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß am Durchgang der metallischen Zwischenwand (11) metallische Löcher (39, 40) ausgebildet sind, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden, auf ein und derselben inneren Schicht angeordneten Leiterbahnen durch die Dicke der gedruckten Schaltungsplatte verlaufen und mit der mechanischen Masse verbunden sind, wobei jedes metallisierte Loch mit einem leitfähigen Streifen (41, 42) in Verbindung steht, der auf derselben Schicht angeordnet ist wie die beiden Leiterbahnen.

5. Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß sie zwei innere Schichten (23, 24) aufweist, auf denen Leiterbahnen (25, 26, 27, 28) zur Übertragung von elektrischen Signalen aus der stromaufwärtigen Zone (12) in die stromabwärrige Zone (13) aufgebracht sind, und daß zwischen den beiden inneren Schichten (23, 24) eine mit der mechanischen Masse verbundene innere leitfähige Fläche (29) angeordnet ist.