DE69504232T2

DE69504232T2 - Abgeschirmtes Schaltungsmodul

Info

Publication number: DE69504232T2
Application number: DE69504232T
Authority: DE
Inventors: Gael Diane South Lyon Michigan 48178 Lindland; Sylvester Paul Canton Michigan 48187 Porambo
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2015-04-07
Also published as: US5414597A; DE69504232D1; EP0681424A3; EP0681424A2; EP0681424B1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit einem abgeschirmten Gehäuse für eine gedruckte Schaltungsplatine, und insbesondere mit einem Gehäuse mit mehreren Abteilen, die von der äußeren Umgebung und gegeneinander abgeschirmt sind, wobei das Gehäuse leicht und kostengünstig aus Blechteilen zusammengesetzt werden kann.
Hochfrequenz- bzw. sog. Radiofrequenz-(RF)-Abschirmungseigenschaften von Modulen mit elektronischen Schaltungen sind ein überaus wichtiger Aspekt bei der Konstruktion von Elektronikteilen. Schaltungen, die empfindlich gegen elektromagnetische Interferenzen durch andere Quellen sind, werden zur Sicherung eines ordnungsgemäßen Betriebes abgeschirmt. Schaltungen, die unbeabsichtigte RF- Strahlung erzeugen können, werden abgeschirmt, so daß sie elektromagnetische Interferenzen (EMI) klein halten bzw. reduzieren, die in anderen Vorrichtungen hervorgerufen werden könnten.
Schaltungen mit Digitalbausteinen sind besonders abschirmbedürftig. Die relativ hochfrequenten Digitalimpulse, die bei Digitalbausteinen eingesetzt werden, enthalten Rechteckwellen, die elektromagnetische Breitbandinterferenzen erzeugen. Zwar sind Digitalbausteine von Natur aus weniger empfindlich gegen Interferenzen von anderen Quellen, aber typische elektronische Schaltungen verwenden Kombinationen von digitalen und analogen Bauteilen. So werden z. B. sowohl bei Rundfunkempfängern als auch bei Zellentelefon-Senderempfängern analoge RF-Bauteile zur Verarbeitung von Funksignalen eingesetzt (z. B. zum Mischen der Funksignale) sowie digitale Bauteile zur Steuerung des Betriebes der Schaltungen bzw. zur digitalen Verarbeitung der Tonsignale.
Zur Verringerung der Interferenzen zwischen digitalen und analogen Bauteilen in ein und demselben Schaltkreis werden separate gedruckte Schaltkreisplatinen oder mehrschichtige Schaltkreisplatinen verwendet, um die Digital- und Analogbausteine physisch von einander zu trennen bzw. gegeneinander abzuschirmen. Solche Maßnahmen erhöhen jedoch die Kosten für ein Schaltungsmodul. Es ist also wünschenswert, eine einzelne Schaltungsplatine von minimaler Größe zu verwenden, um so die Kosten der Schaltplatine selbst und des zugehörigen Moduls zu verringern.
Neben der Trennung von analogen und digitalen Bausteinen sind auch abgeschirmte Abteile nützlich bei der Verhinderung von Interferenzen zwischen hochpegeligen Ausgangsteilen und niederpegeligen Eingangsteilen in zahlreichen elektronischen Vorrichtungen, wie z. B. bei Tonausrüstungen.
Ebenso ist es bekannt, ein Schaltkreisgehäuse mit Teilkammern zu verwenden, um so Bauteile auf einer gedruckten Schaltung zu isolieren, wie dies in der US-Patentschrift 5,107,404 von Tam beschrieben ist. Tam offenbart dort einen gegossenen oder gespritzten Rahmen und Abdeckplatten. Eingegossene Schraubenlöcher im Rahmen und selbstschneidende Schrauben dienen zur Befestigung einer gedruckten Schaltung an dem Rahmen. Innenwände bilden Unterkammern zur Aufnahme besonderer Bauteile wie z. B. eines Antennensteckers. Die Innenwände sind durch physischen Kontakt mit Erdleiterbahnen auf der gedruckten Schaltung geerdet. Ein Satz Schrauben erstreckt sich durch die Abdeckplatten und den Rahmen und hält so das ganze Gehäuse zusammen.
Das bei Tam verwendete Gußteil ist teuer und unerwünscht schwer für viele Anwendungsfälle wie z. B. Anwendungsfälle bei Kraftfahrzeugen. Der Oberflächenkontakt zwischen den Innenwänden und den Erdleiterbahnen bietet bei weitem keine optimale Erdungsstruktur bei Tam. Auch das Montageverfahren mit dem Einsatz von zahlreichen Montageschrauben ist sehr arbeitsaufwendig. Es besteht somit ein Bedarf an einem abgeschirmten Schaltungsmodul, welches eine externe RF-Abschirmung und eine interne Abschirmung bietet, welches billig, leichtgewichtig und einfach zusammensetzbar ist, und zwecks Wartung interner Bestandteile geöffnet werden kann.
Die Offenlegungsschrift GB-A-2151411 beschreibt ein Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung, welches einen metallenen Rahmen zur Aufnahme einer gedruckten Schaltung aufweist. Der Rahmen wird von vier Seiten und oberen und unteren Deckplatten gebildet. Das Gehäuse wird von einer Schirmplatte in zwei Hälften unterteilt, die die Bauteile in den beiden Hälften von einander abschirmt: Die gedruckte Schaltung hat Ecken, welche über Lötkörper an Innenflächen des Rahmens befestigt sind. Der Rahmen besteht aus separat zusammengesetzten Platten, und die gedruckte Schaltung muß in den Rahmen eingesetzt und dort gehalten werden, während die Lötkörper über die Schaltplatine verfließen, um diese Schaltung vor Ort zu halten.
Die vorliegende Erfindung minimiert die vorgenannten Nachteile und erreicht die vorstehend beschriebenen gewünschten Merkmale.
Die vorliegende Erfindung schafft ein RF-abgeschirmtes Elektronikmodul, welches folgendes aufweist:
erste, zweite, dritte und vierte Seitenwände, wobei besagte erste und dritte Seitenwand einander im wesentlichen gegenüber liegen und sich besagte zweite und vierte Seitenwand im wesentlichen gegenüber liegen, so daß sie ein Rechteck bilden
einen gestanzten Blech-Quersteg, welcher sich zwischen besagter zweiter und vierter Seitenwand erstreckt, wobei besagter gestanzter Blech-Quersteg eine fünfte Wand mit mehreren davon abstehenden Lappen enthält,
eine zwischen den ersten, zweiten, dritten und vierten Wänden aufgenommene Schaltungsplatine, wobei besagte Schaltungsplatine eine erste Reihe von Löchern aufweist, die je einen entsprechenden abstehenden Lappen aufnehmen, und erste und zweite Bereiche, wobei besagter erster Bereich wenigstens einen Baustein darauf enthält, und besagter zweiter Bereich wenigstens einen zweiten Baustein darauf enthält, der von besagtem erstem Baustein abgeschirmt werden muß, wobei besagte fünfte Wand und besagte erste Reihe von Löchern zwischen besagtem erstem und zweitem Bereich angeordnet ist, und
ein Paar gestanzte Blechabdeckungen, welche mit besagten ersten, zweiten, dritten und vierten Wänden verbunden sind und im wesentlichen besagte fünfte Wand und besagte Schaltungsplatine einschließen,
so daß besagte erste, zweite, dritte und vierte Wände sowie besagte gestanzte Blechabdeckungen ein extern abgeschirmtes Gehäuse bilden und zusammen mit besagter fünfter Wand intern abgeschirmte Abteile bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß
besagte erste, zweite, dritte und vierte Wände aus einer gestanzten Blechzarge geformt sind, die eine Überlappung aufweist, so daß die besagten Seitenwände in der Nähe je einer der vier Ecken des von besagten Wänden gebildeten Rechteckes aneinander befestigt werden können,
daß besagte Blechzarge hakenförmige Lappen aufweist, die jeweils von Abschnitten der Wände derselben gebildet werden, wobei besagte Schaltungsplatine eine zweite Reihe von Löchern aufweist, die je einen entsprechenden hakenförmigen Lappen aufnehmen,
daß besagte Blechzarge Faltlappen aufweist, die von Teilen der besagten Wände gebildet werden, wobei besagte Faltlappen um besagte Schaltungsplatine gelegt werden, nachdem besagte abstehende Lappen und besagte hakenförmige Lappen in besagte zweite Reihe von Löchern eingeführt wurden, und
daß besagte abstehende Lappen, besagte hakenförmige Lappen und besagte Faltlappen an besagter Schaltungsplatine festgelötet werden.
Die Erfindung wird nun beispielartig näher erläutert, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; dabei zeigt:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht des abgeschirmten Schaltkreismoduls nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2: eine perspektivische Explosionsdarstellung des Moduls:
Fig. 3: eine Darstellung im Querschnitt des Quersteges und der Blechzarge längs den Linien 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4: eine Seitenansicht im Querschnitt des Quersteges und der Blechzarge entlang der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5: eine Teilansicht in Draufsicht der Verbindung zwischen Quersteg und Blechzarge entlang der Linie 5-5 der Fig. 3; und
Fig. 6: eine Draufsicht auf den Quersteg vor dem Abkanten.
Das abgeschirmte Schaltkreismodul nach der vorliegenden Erfindung wird von mehreren gestanzten Blechteilen gebildet, die eine Blechzarge 10 mit rechteckiger Form beinhalten, mit abgewinkelten Seiten zur Erzeugung einer ersten Wand 11, einer zweiten Wand 12, einer dritten Wand 13 und einer vierten Wand 14. Im Bereich der ersten Wand 11 und der vierten Wand 14 ist eine Überlappung 15 vorgesehen, mit welcher die Blechzarge in sich selbstbefestigt wird. Eine obere Abdeckung 16 und eine untere Abdeckung 17 schließen die offenen Seiten der Zarge ein, so daß ein nach außen abgeschirmtes geschlossenes Gehäuse entsteht. Ein Quersteg 18 erstreckt sich zwischen der zweiten Wand 12 und der vierten Wand 14 innerhalb des Gehäuses. Der Quersteg 18 ist ebenfalls aus gestanztem Blech geformt und wirkt mit der Zarge 10 und den Abdeckungen 16 und 17 derart zusammen, daß er intern gegeneinander abgeschirmte Abteile bildet, die durch den Quersteg 18 von einander getrennt werden.
Das abgeschirmte Schaltkreismodul beinhaltet weiterhin eine gedruckte Schaltkreisplatine (PCB) 20, welche innerhalb des geschlossenen Raumes an der Zarge 10 und dem Querträger 18 befestigt ist. Die PCB-Platine 20 weist einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22 auf, so daß der Quersteg 18 zwischen dem ersten Bereich 21 und dem zweiten Bereich 22 liegt, wie weiter unten noch erläutert wird. Eine Isolatorplatte 24 ist zwischen der PCB-Platine 20 und dem unteren Deckel 17 angeordnet und besteht vorzugsweise z. B. aus Faserkunststoff.
Der Quersteg 18 ist ein L-förmiger Blechstreifen. Ein Schenkel der L-Form bildet eine fünfte Wand 25, welche eine Abschirmung zwischen den intern abgeschirmten Abteilen bildet. Der andere Schenkel der L-Form ist eine Oberwand 26 zur Versteifung der fünften Wand 25 und zur Befestigung am oberen Deckel 16. Ein Paar zurückgebogener Befestigungsabschnitte 27 und 28 stehen von jeweils gegenüberliegenden Enden der fünften Wand 25 ab und sind jeweils mit der zweiten Wand 12 und der vierten Wand 14 verschweißt, wie dies durch die kleinen x angezeigt ist. Desgleichen ist die Wand 11 an der Überlappung 15 mit der Wand 14 verschweißt. Die Schweissungen sind vorzugsweise Ultraschallschweißungen, sie können jedoch auch von anderen Schweiß- oder Befestigungsmitteln gebildet werden, wie z. B. von Punktschweißungen.
Die fünfte Wand 25 hat mehrere vorstehende Lappen 30, 31 und 32, die von dieser in Richtung auf die PCB-Platine 20 abstehen. Eine erste Reihe von Löchern 34, 35 und 36 nimmt jeweils abstehende Lappen 30, 31 und 32 auf. Eine Reihe von hakenförmigen Lappen 37, 38 und 39, die an den Seitenwänden der Zarge 10 angeformt sind, werden in einer zweiten Reihe von Löchern 40, 41 und 42 in der PCB- Platine 20 aufgenommen. Nach dem Einführen der abstehenden Lappen und der hakenförmigen Lappen in ihre entsprechenden Löcher in der PCB-Platine 20 werden mehrere Faltlappen 43, 44, 45 und 46, die durch Einschnitte in der Zarge 10 gebildet werden, nach innen in bezug auf die Zarge umgebogen, um so die PCB-Platine 20 zu fixieren, so daß diese zwischen den abstehenden Lappen und den hakenförmigen Lappen auf der einen Seite und den Faltlappen auf der anderen Seite eingeklemmt wird.
Der obere Deckel 16 ist über eine Reihe von Verriegelungssegmenten 50 an jeder seiner vier Seiten an der Zarge 10 befestigt. Bestimmte Verriegelungssegmente wie z. B. das Segment 51 enthalten eine Ausbuchtung 52, die in eine Rastöffnung 53 in der Zarge 10 eingreift, wenn der Deckel 16 angebracht wird. Zur weiteren Sicherung einer festen Halterung des Deckels 16 werden zwei Schrauben 54 und 55 jeweils durch die Löcher 56 und 57 eingeführt, so daß sie in die Schraubenlöcher 58 und 59 in der oberen Wand 26 eingreifen.
Der untere Deckel 17 beinhaltet mehrere Verriegelungssegmente 60, die auch dazu verwendet werden, den Deckel 17 auf der Zarge 10 zur verrasten. Bestimmte Verriegelungssegmente bringen auch Ausbuchtungen zum Einsatz, die in Rastöffnungen in der Zarge 10 eingreifen. An anderen Strukturen kann das abgeschirmte Schaltkreismodul unter Verwendung von Schrauben oder anderen Befestigungselementen angebracht werden, die durch entsprechende Löcher 61 in der PCB-Platine 20 und durch Montage-Ausbuchtungen 62 am Boden 17 gesteckt werden.
Betrachtet man nun die PCB-Platine 20 weiter im einzelnen, so ist dort eine Erdungsleiterbahn aufgebracht, die vorzugsweise wenigstens mit den Bereichen der Löcher 34-36 und 40-42 übereinstimmt, welche die abstehenden Lappen und die hakenförmigen Lappen aufnehmen, so daß eine gute Erdung der Zarge 10 und der Quersteg 18 nach dem Verlöten der abstehenden Lappen und der hakenförmigen Lappen auf der Platine 20 gewährleistet ist. Desgleichen fallen (nicht dargestellte) Erdungsleiterbahnen auf der PCB-Platine 20 mit den Bereichen zusammen, die in Kontakt mit den Faltlappen 43-46 sind, um den Erdungskontakt durch Löten weiter zu verstärken.
In der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Bereich 21 hauptsächlich Analogbausteine und insbesondere wenigstens einen Analogbaustein 70. Der zweite Bereich 22 beinhaltet Digitalbausteine mit einem Digitalbaustein 71 wie z. B. einem Mikroprozessor oder einem Digitalsignalprozessor (DSP). Damit ist der Analogbauteil 70 in einem Abteil untergebracht, während der Digitalbauteil 71 in einem anderen Abteil untergebracht ist, womit die Bauteile von einander abgeschirmt sind. Analogsteckverbinder 72 und 73 sind im ersten Bereich 21 an der PCB- Platine 20 angebracht und mit den Analogkomponenten verbunden. Da die Analogsteckverbinder 72 und 73 vom Digitalbauteil 71 abgeschirmt sind, können billigere "nicht entstörte" Stecker verwendet werden. Die dritte Wand 13 weist dabei Schlitze 80 und 81 für den Durchgang der Steckverbinder 72 und 73 auf.
Digitalsteckverbinder 74 und 75 sind im zweiten Bereich 22 an der PCB-Platine 20 angebracht und mit den Digitalbausteinen verbunden. Ein Flachbandstecker 76 ist mit einem Stecker 75 verbunden, so daß eine externe Verbindung für den Durchgang digitaler Signale nach außen in bezug auf das abgeschirmte Schaltkreismodul über ein Flachbandkabel 77 hergestellt werden kann. Durch einen Schlitz 80 in der oberen Fläche der vierten Wand 14 gelangt das Flachbandkabel 77 nach draußen, außerhalb des abgeschirmten Schaltkreismoduls. Der Flachbandstecker und das Flachbandkabel, welche am Stecker 74 anzuschließen sind, sind in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Claims

1. Hochfrequenzabgeschirmtes elektronisches Modul mit:

ersten, zweiten, dritten und vierten Seitenwänden (11-14), wobei besagte erste und dritte Seitenwände (11, 13) einander im wesentlichen gegenüber liegen, und besagte zweite und vierte Seitenwände (12, 14) einander im wesentlichen gegenüber liegen, so daß sie ein Rechteck bilden;

mit einem gestanzten Blechquersteg (18), welcher sich zwischen besagten zweiten und vierten Seitenwänden (12, 14) erstreckt, wobei besagter Blechquersteg (18) eine fünfte Wand (25) mit mehreren davon abstehenden Lappen (30-32) aufweist;

mit einer Schaltungsplatine (20), die zwischen besagten ersten, zweiten, dritten und vierten Seitenwänden (11-14) aufgenommen wird, wobei besagte Schaltungsplatine eine erste Reihe von Löchern (34-36) aufweist, die je einen entsprechenden abstehenden · Lappen aufnehmen, und die erste und zweite Bereiche (21, 22) aufweist, wobei besagter erster Bereich (21) wenigstens ein erstes Bauteil (70) darauf aufweist, und besagter zweiter Bereich (22) wenigstens ein zweites Bauteil (71) darauf aufweist, das von besagtem erstem Bauteil (70) abgeschirmt ist, wobei besagte fünfte Wand (25) und besagte erste Reihe von Löchern (34-36) zwischen besagten ersten und zweiten Bereichen (21, 22) angeordnet ist; und

mit einem Paar gestanzter Blechabdeckungen (16, 17), die mit besagten ersten, zweiten, dritten und vierten Wänden (11-14) verbunden sind und besagte fünfte Wand (15) und besagte Schaltungsplatine (20) im wesentlichen einschließen;

so daß besagte erste, zweite, dritte und vierte Wände (11- 14) und besagte gestanzte Blechabdeckungen (16, 17) ein nach außen abgeschirmtes Gehäuse bilden und zusammen mit besagter fünfter Wand (25) intern abgeschirmte Abteile bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß

besagte erste, zweite, dritte und vierte Wände (11-14) von einer gestanzten Blechzarge (10) geformt werden, mit einer Überlappung (15) zur Befestigung der besagten Seitenwände (11-14) im Bereich einer der vier Ecken des von den besagten Wänden (11-14) gebildeten Rechtecks,

daß besagte Zarge (10) hakenförmige Lappen (37-39) aufweist, die von Abschnitten der Wände (11-14) derselben gebildet werden, wobei besagte Schaltungsplatine (20) eine zweite Reihe von Löchern (40-42) enthält, die je einen entsprechenden hakenförmigen Lappen aufnehmen,

daß besagte Zarge (10) Faltlappen (43-46) aufweist, die von Abschnitten der Wände (11-14) gebildet werden, wobei besagte Faltlappen um besagte Schaltungsplatine gelegt werden (20), nachdem besagte abstehende Lappen (30-32) und besagte hakenförmige Lappen (37-39) in besagte erste und zweite Reihe von Löchern eingeführt wurden, und

daß besagte abstehende Lappen, besagte hakenförmige Lappen und besagte Faltlappen mit besagter Schaltungsplatine verlötet werden.

2. Modul nach Anspruch 1, worin besagtes erstes Bauteil (70) von einem analogen elektrischen Bauteil gebildet wird, und besagtes zweites Bauteil (71) von einem digitalen elektrischen Bauteil gebildet wird.

3. Modul nach Anspruch 2, außerdem einen nicht entstörten Steckverbinder (72, 73) aufweisend, der an besagter Schaltungsplatine (20) in besagtem erstem Bereich angebracht ist, in Verbindung mit besagtem analogem elektrischem Bauteil (70), wobei besagter nicht entstörter Steckverbinder sich durch besagte Zarge (10) erstreckt.

4. Modul nach Anspruch 2 oder 3, außerdem folgendes aufweisend:

einen Flachbandkabelverbinder (76), der an besagter Schalt platine (20) in besagtem zweitem Bereich mit dem besagten digitalen elektrischen Baustein (71) angebracht ist; und

ein Flachbandkabel (77), welches mit besagtem Flachbandkabelverbinder (76) verbunden ist und durch besagte Zarge (10) tritt.

5. Modul nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagter gestanzter Blechquersteg (18) aus einem Blechstreifen mit L-förmigem Querschnitt und zwei nach hinten abgebogenen Befestigungsabschnitten (27, 28) besteht, die sich von jeweils entgegengesetzten Enden des besagten Blechstreifens her erstrecken, wobei besagte nach hinten abgebogene Befestigungsabschnitte (27, 28) jeweils mit besagten zweiten und vierten Seitenwänden (12, 14) der besagten Blechzarge (10) verschweißt sind.

6. Modul nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagte gestanzte Blechzarge (10) an besagter Überlappung (15) mit sich selbst verschweißt ist.

7. Modul nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagtes Paar gestanzter Blechabdeckungen (16, 17) entlang ihrem Umfang Verriegelungssegmente (50, 60) aufweisen, die in besagte gestanzte Blechzarge (10) einrasten.

8. Modul nach Anspruch 7, worin eine der beiden besagten gestanzten Blechabdeckungen (16, 17) an besagtem L-förmigem Blechstreifen des besagten gestanzten Blechquersteges (18) befestigt ist.