DE69502084T2

DE69502084T2 - Elektromagnetische oder thermische Abschirmung mittels eines Vakuumkopfes montierbar

Info

Publication number: DE69502084T2
Application number: DE69502084T
Authority: DE
Inventors: Jack L Dais; Khalil N Nikmanesh
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: CA2164532A1; AU4081596A; EP0721294B1; EP0721294A3; DE69502084D1; CN1138287A; US5530202A; JPH08236981A; TW353856B; SG34369A1; EP0721294A2; KR960030763A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochfrequenz(HF-) und Wärmeabschirmungen.

Stand der Technik

HF-Abschirmungen werden auf Leiterplatten dazu verwendet, elektromagnetische Beeinflussung (EMB) sowohl durch als auch von Vorrichtungen und Brücken auf den Leiterplatten zu verhindern. Bei Bestückungsverfahren nach dem Stand der Technik wird Automation benutzt, wodurch Bauteile automatisch von einer Maschine auf Leiterplatten plaziert und dann automatisch angelötet werden. Herkömmliche durchbohrte Leiterplatten weisen Bauteilbefestigungslöcher auf, die sich zur Befestigung von Anschlußdrähten der Bauteile durch die Platte hindurch erstrecken. Automatische Bestückungsverfahren für diese Platten beruhen auf Robotik, wobei fingerähnliche Vorrichtungen die Bauteile einschließlich der HF-Abschirmungen aufnehmen und ihre Anschlußdrähte in die entsprechenden Löcher einfügen.
Durchbohrte Leiterplatten sind jüngst durch Oberflächenmontagetechnik ersetzt worden. Bei der Oberflächenmontagetechnik werden Befestigungslöcher durch Bauteilbefestigungsinseln ersetzt, die auf der Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet werden. Während der Bestückung werden diese Inseln mit Lötpaste bedeckt, Bauteile werden mittels Vakuumplazierungsmaschinen automatisch auf die Inseln plaziert und die Baugruppe wird erwärmt, um die Lötpaste zu schmelzen und dadurch die Bauteile an der Leiterplatte anzubringen. Die Ausübung der Oberflächenmontagetechnik ist kostengünstiger. Unter anderem hat der Wegfall robotischer automatischer Bestückungsmaschinen und deren Austausch gegen Vakuumplazierungsmaschinen bedeutende Ersparnisse während der Bestückung zufolge.
Wie im US-Patent Nr. 5 235 131 offenbart, sind metallische HF-Abschirmungen leider als zu schwer für Vakuumplazierung während der Oberflächenmontagebestückung erachtet worden. Es wurde infolgedessen als notwendig erachtet, die metallischen HF-Abschirmungen entweder mit der Hand oder durch robotische Maschinen zu plazieren oder metallische HF-Abschirmungen durch andere Arten von HF-Abschirmungen zu ersetzen, die für Vakuumplazierung geeignet sind, beispielsweise entsprechend der Lehre in US-Patent Nr. 5 235 131. Handplazierung von HF-Abschirmungen ist kostspielig und verletzt auch das Konzept der automatisierten Bestückung. Automatische Plazierung ist kostspielig, da sie die Hinzufügung einer automatischen Plazierungsmaschine zu den herkömmlichen Vakuum-Plazierungsmaschinen in einer automatisierten Oberflächenmontagebestückungsstraße erfordert. Und Ersetzen herkömmlicher metallischer HF-Abschirmungen durch esoterische neue Arten von HF-Abschirmungen verhindert die Verwendung dieser zeiterprobten, effektiven und kostengünstigen Bauteile bei der automatisierten Vakuumplazierungs- Oberflächenmontagebestückung.
Bei vielen bestückten Leiterplatten wird eine große Mischung von Oberflächenmontagebauteilen mit im weiten Rahmen schwankenden thermischen Massen benutzt.
Während der Aufschmelzlötoperation ist es wichtig, den Lötzinn an allen Verbindungen zu schmelzen und dabei keinen Bauteil durch übermäßige Erwärmung zu beschädigen. Dafür ist es manchmal notwendig, Wärmeabschirmungen über ausgewählte Bauteile zu plazieren, um Wärmebeschädigung zu vermeiden. Bestückung mit Wärmeabschirmungen von Hand oder Roboter ist kostspielig und verletzt das Konzept der automatisierten Bestückung.

Zusammenfassung der Erfindung

In der Annahme des Standes der Technik, daß metallische HF-Abschirmungen für Vakuumplazierung zu schwer sind, ist ein Irrtum erkannt worden. Insbesondere ist erkannt worden, daß die im Stand der Technik erfahrene Schwierigkeit bei der Verwendung von Vakuumplazierung für metallische HF-Abschirmungen eine Folge des physikalischen Aufbaus der metallischen HF-Abschirmungen des Standes der Technik ist. In der Figur 1 ist eine herkömmliche metallische HF-Abschirmung 100 dargestellt. Die Oberflächen der herkömmlichen HF-Abschirmung sind mit Durchlöcherungen 101 bedeckt, die die Abschirmung relativ leichter als eine nichtdurchlöcherte Abschirmung machen und auch den Eintritt von Wärmeenergie in die Abschirmung erlauben, um das Aufschmelzen von Lötpaste in der HF-Abschirmung während der Leiterplattenbestückung zu erleichtern. Es ist erkannt worden, daß dieser physikalische Aufbau nur geringen oder keinen nichtdurchlöcherten Bereich für die Vakuumaufnahme der Abschirmung bereitstellt. Die vorliegende Erfindung richtet sich dementsprechend auf die Lösung der Aufgaben und Nachteile des Standes der Technik durch Bereitstellung eines nichtdurchlöcherten Bereichs auf der HF- oder Wärmeabschirmungsoberfläche, die den Massenschwerpunkt umgibt und im wesentlichen auf dem Massenschwerpunkt einer metallischen Abschirmung oder einer solchen aus anderem Material zentriert ist, wobei dieser nichtdurchlöcherte Bereich für das Gewicht der Abschirmung ausreichend bemessen ist, Aufnahme und Plazierung der Abschirmung durch Vakuumplazierungsverfahren zu erlauben. Der nichtdurchlöcherte Bereich ist vorzugsweise wesentlich größer als andere nichtdurchlöcherte Bereiche der Oberfläche, die den Massenschwerpunkt umgibt, oder sogar aller Oberflächen der Abschirmung.
Eine erfindungsgemäß aufgebaute Abschirmung erlaubt eine automatische Vakuumaufnahme und Plazierung der Abschirmung, selbst wenn die Abschirmung metallisch ist. Sie erlaubt daher die Verwendung zeiterprobter, effektiver und kostengünstiger HF- und Wärmeabschirmungen in Oberflächenmontagebestückungsverfahren, die die herkömmlichen Vakuum-Aufnahme- und Plazierungsverfahren verwenden. Trotzdem ermöglicht sie der Abschirmung, die zur Verringerung des Gewichts der Abschirmung und für den Eintritt ausreichender Wärmeenergie in die Abschirmung zur Bewirkung eines hinreichenden Lötpastenaufschmelzens wünschenswerten Durchlöcherungen beizubehalten. Zur gleichen Zeit bietet die Abschirmung genügende Wärmeabschirmung der durch die Abschirmung überdeckten Bauteile, um während der Lötzinnaufschmelzoperation eine Wärmebeschädigung derselben zu vermeiden. Auch kann die Wärmeabschirmung wenn gewünscht nach Abschluß des Lötverfahrens entfernt werden, und die Wärmeabschirmung kann wieder verwendet werden. Als Alternative kann die Wärmeabschirmung festgelötet werden und genau wie eine HF-Abschirmung zu einem permanenten Teil der bestückten Leiterplatte werden.
Diese und sonstige Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung offenbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung einer metallischen HF-Abschirmung des Standes der Technik;
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer HF- oder Wärmeabschirmung, die eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung umfaßt;
Figur 3 ist eine Draufsicht einer HF- oder Wärmeabschirmung, die eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung umfaßt;
Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Wärmeabschirmung, die eine dritte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung umfaßt;
Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Wärmeabschirmung, die eine vierte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung umfaßt.

Ausführliche Beschreibung

Figur 2 zeigt eine beispielhafte HF- oder Wärmeabschirmung 200, die eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt. Die Oberflächen 208 der Abschirmung 200 sind abgesehen von einem Bereich 202, der den Massenschwerpunkt 204 der Abschirmung 200 umgibt und darauf zentriert ist, mit Durchlöcherungen 201 bedeckt. Wie in der Technik gut bekannt wird die Größe der Durchlöcherungen 201 unter einem Zwanzigstel der Wellenlänge von Hochfreguenzen gehalten, die die HF-Abschirmung 200 blockieren soll. Der nichtdurchlöcherte Bereich 202 ist viel größer als andere nichtdurchlöcherte Bereiche 205, die zwischen den Durchlöcherungen 201 liegen. Der Bereich 202 ist flach und glatt und weist einen Durchmesser 203 auf, der für das Gewicht der Abschirmung 200 groß genug ist, so daß ein Vakuumaufnahmekopf 206, der diese. Gewicht aufnehmen kann, in den Bereich 202 passen kann. Anders gesagt ist der Durchmesser 203 größer als ein Innendurchmesser 207 des entsprechenden Vakuumaufnahmekopfes 206.
Obwohl das Gewicht der Abschirmung 200 die kritischste Determinante des entsprechenden Durchmessers 203 ist, ist erkannt worden, daß die physikalischen Abmessungen der Abschirmung 200 gleichermaßen eine Rolle bei der Bemessung des Durchmessers 203 spielen. Die Tabelle A unten drückt die Verhältnisse zwischen Gewicht und Abmessungen der HF-Abschirmung 200 und dem Durchmesser 203 aus, wobei diese Verhältnisse empirisch bestimmt wurden. In der Tabelle A sind die Abmessungen (Höhe H, Breite W, Länge L) der Abschirmung 200 und der Durchmesser (D) 203 des nichtdurchlöcherten Bereichs 202 in Millimetern ausgedrückt und das Abschirmungsgewicht (M) ist in Gramm ausgedrückt. TABELLE A
Der Bereich 202 muß nicht kreisförmig sein. Beispielsweise kann er rechteckig sein und kann weiterhin mit 45 Grad (oder einem beliebigen anderen Winkel) zu den Rändern der HF-Abschirmung 200 orientiert sein, um wie in Figur 3 gezeigt eine attraktive und charakteristische Auslegung zu bieten. Weiterhin kann der Bereich 202 für Zwecke eines attraktiven Aussehens und/oder einer Ursprungsidentifikation eine Beschilderung führen. Die Beschilderung kann gedruckt, geprägt oder angeklebt werden, ohne die Glattheit des Bereichs 202 zu beeinflussen, die für eine Vakuumaufnahme notwendig ist.
Die Figur 4 zeigt den Abschirmungsaufbau als abnehmbare Wärmeabschirmung 200'. Zur Erleichterung der Darstellung sind die Durchlöcherungen 201 nicht dargestellt; als Alternative können einige oder sogar alle Durchlöcherungen 201 wegfallen und die Abschirmung 200' kann massive nichtdurchlöcherte Oberflächen aufweisen. Um unerwünschte Bewegung der Abschirmung 200' relativ zu einer Leiterplatte 400 während der Lötoperation zu verhindern, enthält die Abschirmung 200' Einbuchtungen 401, die in Öffnungen 402 in der Leiterplatte 400 eingreifen.
Die Figur 5 zeigt einen alternativen Aufbau der Wärmeabschirmung, der mit 200" bezeichnet ist. Ungleich der Wärmeabschirmung 200' der Figur 4 soll die Wärmeabschirmung 200" der Figur 5 an die Leiterplatte 400 angelötet werden und zu einem permanenten Teil der bestückten Leiterplatte werden. Die Wärmeabschirmung 200" behält die Durchlöcherungen 201, die eine Sichtkontrolle der Lötverbindungen der durch die Abschirmung 200" bedeckten Bauteile 500 erlauben. Um eine verbesserte Sichtkontrolle der Lötverbindungen zu erlauben, definiert die Abschirmung 200" weiterhin eine (relativ zu den Durchlöcherungen 201) große Öffnung 501. Sollte ein Bauteil 500, dae durch die Abschirmung 200" bedeckt ist, beispielsweise ein Detektor oder ein Emitterbauteil (z.B. eine Leuchtdiode) sein, dient die Öffnung 501 auch der Funktion der Freilegung des Bauteils 500 zur funktionellen Wechselwirkung mit Instanzen der Außenwelt. Die Abschirmung 200" kann natürlich mehr als eine Öffnung 501 in einer beliebigen oder in mehreren der Oberflächen der Abschirmung 200" definieren.
Dem Fachmann werden natürlich verschiedene Änderungen und Modifikationen an der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform offenbar sein. Beispielsweise muß die Abschirmung und ebensowenig der nichtdurchlöcherte Bereich nicht rechteckig sein, sondern kann jede gewünschte Form annehmen. Auch muß sie nicht metallisch sein.

Claims

1. Metallische Abschirmung (200) zum Dämpfen von Hochfrequenz und/oder thermischer Energie mit einem Massenschwerpunkt (204), einer durchlcherten (201) Oberfläche (208), die den Massenschwerpunkt umgibt, und einem durch die Oberfläche definierten nichtdurchlöcherten Bereich (202), der im wesentlichen auf den Massenschwerpunkt zentriert und so bemessen (203) ist, daß er die Aufnahme und Plazierung der Abschirmung durch eine automatische Vakuum-Aufnahme- und Plazierungsmaschine (206) erlaubt, wobei der nichtdurchlöcherte Bereich ein durch die Oberfläche definierter größter nichtdurchlöcherter Bereich ist.

2. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei alle Oberflächen der Abschirmung durchlöchert sind.

3. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei alle Oberflächen der Abschirmung durchlöchert sind und der nicht- durchlöcherte Bereich (202) ein durch alle besagten Oberflächen definierter größter nichtdurchlöcherter Bereich ist.

4. Abschirmung nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Abschirmung metallisch ist.

5. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei der nicht- durchlöcherte Bereich entweder kreisförmig oder rechteckförmig ist.

6. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei sowohl die Oberfläche als auch der nichtdurchlöcherte Bereich rechteckförmig sind und der nichtdurchlöcherte Bereich in einem Winkel von 45º zur Oberfläche orientiert ist.

7. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung eine HF-Abschirmung ist und jede Lochung (201) nicht größer als ein Zwanzigstel einer Wellenlänge der Hochfrequenz ist, die die Hochfrequenzabschirmung blockieren soll.

8. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung eine wiederverwendbare thermische Abschirmung ist und die thermische Abschirmung entlang einer Oberfläche derselben mindestens einen Haltestift (401) definiert, der während der Zusammenbauoperationen eine Leiterplatte (400) kontaktiert, um in eine entsprechende mindestens eine Öffnung (402) in der Leiterplatte einzugreifen.

9. Abschirmung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche der Abschirmung eine Öffnung (501) definiert, durch die entweder ein durch die Abschirmung abgeschirmter Bauteil (500) mit einer außerhalb der Abschirmung gelegenen Instanz in Wechselwirkung treten kann oder eine Lötstelle eines durch die Abschirmung abgeschirmten Bauteils (500) kontrolliert werden kann.

10. Abschirmung nach Anspruch 3, wobei die Abschirmung eine oberflächenmontierte Abschirmung ist.