DE69818168T2

DE69818168T2 - Elektronisches Instrument abgeschirmt gegen die elektromagnetischen Störungen und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69818168T2
Application number: DE69818168T
Authority: DE
Inventors: Steve J. Portland Lyford
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: DE69818168D1; KR19990013872A; KR100511650B1; EP0892594B1; EP0892594A3; US6058024A; CN1127734C; JPH1187985A; CN1206199A; EP0892594A2; JP3402448B2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Abschirmung zur Verhinderung elektromagnetischer Interferenzen, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren, um eine Abschirmung an eine bestückte Leiterplatte eines elektronischen Instruments elektrisch anzuschließen.
Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Elektromagnetische Interferenz (EMI) ist ein weit verbreitetes Problem bei elektronischen Instrumenten, deren Schaltungsanordnungen bei hohen Frequenzen arbeiten. Eine unkontrollierte EMI eines Instruments kann störend auf den Betrieb anderer, nahegelegener empfindlicher elektronischer Instrumente einwirken. Dementsprechend ist die EMI gesetzlich geregelt, um die Menge der zugelassenen EMI-Emissionen zu begrenzen.
Um EMI-Emissionen zu steuern, zu begrenzen oder zu vermeiden, werden Instrumente oftmals durch Verwendung von Metallgehäusen oder Metallabschirmplatten innerhalb eines Gehäuses abgeschirmt, um kritische Schaltungsanordnungen einzufassen. Selbst Instrumente, die bei niedrigen Frequenzen arbeiten und keine EMI erzeugen, können auf die Emissionen anderer Instrumente empfindlich reagieren. Insbesondere tragbare Instrumente sind empfindlich, da ein Benutzer während er ein Instrument berührt als Antenne fungiert. Ein besonderes Anliegen ist das 60 Hz Störsignal, das in den meisten Innenraumumgebungen vorkommt, in denen die Verwendung eines Instruments wahrscheinlich ist.
Um eine effektive Abschirmung zu erreichen, muss die Abschirmung an die Schaltungsanordnung elektrisch angeschlossen werden; typischerweise ist die Abschirmung an die Masseplatte angeschlossen. Der Anschluss von Abschirmplatten an einen Knoten auf einer bestückten Leiterplatte (PCB = printed circuit board) weist jedoch Schwierigkeiten auf. Normalerweise werden Bauteile in einem einmaligen effizienten Vorgang wie dem Schwalllöten oder Aufschmelzlöten an eine PCB gelötet. Um Abschirmungen an einen PCB-Knoten anzuschließen, ist hierzu normalerweise ein anschließender manueller Vorgang erforderlich, was die Herstellungskosten erhöht und die Gefahr von Montagefehlern mit sich bringt. Bei einem Ansatz werden einfache Spiralfedern von Hand auf eine PCB gelötet, so dass sie senkrecht von der Platte hervorstehen. Nach Einbau der Abschirmung drückt diese gegen die Federn und stellt somit den elektrischen Kontakt her. Obwohl er Erfolg hat, ist der manuelle Vorgang ineffizient. Eine Automatisierung des Lötverfahrens der Feder ist unpraktisch, da die benötigte Länge der Federn diese während des Lötens instabil macht; das Verbreitern der Federböden zwecks Herstellung von mehr Stabilität ist nicht wünschenswert, da dadurch wertvolle Fläche auf der PCB verbraucht wird. Andere Möglichkeiten zur Kontaktherstellung mit der Abschirmung umfassen konventionelle EMI-Blattfederklemmen, leitfähige Schaumstoffpads und plattierten Stoff, der mit einem leitfähigen Klebstoff angeklebt ist. Alle diese Möglichkeiten erschweren die Herstellung und/oder beeinträchtigen in Bezug auf die Zuverlässigkeit.
Das hierin offenbarte Ausführungsbeispiel überwindet diese Einschränkungen durch Bereitstellen eines elektronischen Instruments mit einem Gehäuse, das eine Schaltkreisanordnung mit einem Loch enthält. Eine erste Abschirmung in dem Gehäuse ist angrenzend an das Loch auf einer Seite der Schaltkreisanordnung angeordnet. Eine zweite Abschirmung ist auf der gegenüberliegenden Seite der Schaltkreisanordnung angeordnet. Eine Feder ist mit einem ersten Teil zwischen der Schaltkreisanordnung und der ersten Abschirmung komprimiert, und ein zweiter Teil, der sich durch das Loch erstreckt, ist gegen die zweite Abschirmung vorgespannt. Die Feder kann eine Spiralfeder sein, wobei der erste Teil einen größeren Durchmesser hat, um einen Absatz zwecks Anliegen am Schaltkreis bereitzustellen, während der zweite Teil einen kleineren Durchmesser hat, um durch das Loch zu verlaufen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Einzelteildarstellung eines tragbaren Instrumentengehäuses gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels von 1.
3, 4 und 5 sind vergrößerte Schnittansichten des Ausführungsbeispiels von 1, die einen Montageablauf zeigen.
Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Einzelteildarstellung eines tragbaren elektronischen Instruments 10, das ein zweischaliges Gehäuse aus Plastik mit einer vorderen Schale 12 und einer rückseitigen Schale 14 aufweist. Ein Plastikrahmen 16 wird in die durch die vordere Schale definierte Vertiefung aufgenommen. Er besitzt eine ebene rechteckige Form, die im Wesentlichen flächengleich mit dem Gehäuse ist. Ein Stift 20 steht senkrecht von dem Rahmen hervor, weg von der vorderen Schale. Eine vordere Abschirmung 22 aus Aluminium ist flächengleich mit der vorderen Schale und laminar an der Rückseite des Rahmens mittels thermischer Verbindung befestigt. Eine Stiftöffnung 24 in der vorderen Abschirmung ermöglicht den Durchgang des Stifts 20.
Eine Spiralfeder 26 wird auf den Stift aufgenommen. Die Feder hat einen T-förmigen Querschnitt mit einem kurzen ersten Teil 30, der einen großen Durchmesser aufweist, und einem langen zweiten Teil 32, der einen kleineren Durchmesser aufweist. Beide Teile sind zylindrisch und auf derselben Achse senkrecht zu den Ebenen des Rahmens und den Schalen des Gehäuses ausgerichtet. Die Feder ist aus einem mit Nickel vorbeschichteten Draht gebildet, der einen Durchmesser von 0,015 Zoll (0,38 mm) aufweist. Der erste Teil hat ca. 4–3 Windungen mit einem Durchmesser von 0,285 Zoll (7,24 mm) und einer Länge von 0,150 Zoll (3,8 mm); der zweite Teil hat ca. 15–20 Windungen mit einem Durchmesser von 0,125 Zoll (3,17 mm) und einer Länge von 0,815 Zoll (20,7 mm). Die Breite des Stifts 20 des Rahmens ist ein wenig geringer als der Innendurchmesser des zweiten engen Teils der Feder, so dass die Feder komprimiert und ausgedehnt werden kann ohne sich zu krümmen oder einen Widerstand durch den Stift zu erfahren. Der Stift dient zum Stützen der Feder gegen seitliche Auslenkung und Knickung. Die Stiftöffnung der vorderen Abschirmung ist so dimensioniert, dass sie den Stift eng umschließt und kleiner ist als der Innendurchmesser des ersten breiten Teils der Feder, so dass die Feder bei Zusammenbau einen ohmschen Kontakt mit der vorderen Abschirmung herstellt.
Eine Leiterplatte 34 mit einer Instrumenten-Schaltungsanordnung weist ein Durchgangsloch 36 mit einem ringförmigen Kontaktsteg 40 auf der Vorderfläche der Platte auf, die der vorderen Schale 12 gegenüber liegt. Das Durchgangsloch hat einen Durchmesser, der ein wenig größer ist als der Außendurchmesser des zweiten engen Teils 32 der Feder, und der im Wesentlichen kleiner als der erste breitere Teil der Feder ist. Folglich verläuft der enge Teil 32 durch das Loch 36, nicht jedoch der weitere Teil 30. Der Kontaktsteg 40 ist auf der Platte elektrisch geerdet, hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des breiten Teils 30 der Feder und ist konzentrisch mit dem Loch 36. Folglich liegt ein Absatz 42, bei dem der erste Teil 30 mit dem zweiten Teil 32 zusammen trifft, an dem Kontaktsteg an und stellt einen elektrischen Kontakt her.
Ein Paar Schrauben 44 befestigt die Platte 34 an der vorderen Schale 12, indem die Schrauben durch Löcher 46 auf der Platte, Löcher 50 in der vorderen Abschirmung und Löcher 52 in dem Rahmen hindurch geführt werden, um mit Vorsprüngen 54 auf der vorderen Schale in Eingriff zu gehen. Eine rückseitige Abschirmung 56 aus Aluminium ist an der rückseitigen Schale 14 befestigt, die mit der vorderen Abschirmung verbunden ist, um eine wie in 2 gezeigte Kammer 60 zu umgeben.
Gemäß der Darstellung in 3 werden zum Zusammenbau des Instruments der Rahmen 16 und die vordere Abschirmung 22 zusammengefügt und innerhalb der vorderen Schale 12 positioniert, wobei sich der Stift 20 von der Schale 12 weg erstreckt und aufwärts ausgerichtet ist. Der Vorsprung 54 des Rahmens wird in das Loch 52 des Rahmens eingeführt. Die Feder 26 wird über den Stift angebracht, wobei das Ende des ersten Teils 30 an der Abschirmung 22 anliegt. Anschließend wird, wie in 4 gezeigt, die Leiterplatte 34 in Richtung des Rahmens 16 heruntergelassen, wobei der zweite Teil 32 der Feder durch das Durchgangsloch 36 verläuft, und der Kontaktsteg 40 am Absatz 42 der Feder anliegt. Die Platte wird nach unten gepresst, bis sie in Berührung mit den Vorsprüngen 54 kommt und mittels Schrauben 44 an den Vorsprüngen befestigt. Hierdurch wird der erste Teil 30 der Feder von seiner unkomprimierten Länge von 0,150 Zoll (3,8 mm) auf eine komprimierte Länge von 0,087 Zoll (2,21 mm) komprimiert. Folglich wird der bis jetzt unkomprimierte zweite Teil 32 nach unten verschoben, wobei sein freies Ende 62 noch um 0,275 Zoll (7,0 mm) über das freie Ende 64 des Stifts hinausragt. Der Zustand in 4 veranschaulicht auch den Zustand, wenn ein Benutzer oder ein Monteur die rückseitige Schale des Geräts abnimmt. Die Feder wird zwischen der Platte und dem Rahmen festgehalten und mittels des Stifts auf einer geeigneten Achse gehalten, um das Wiederverschließen zu erleichtern.
In 5 wurde die rückseitige Schale 14 angeschlossen, um sie mit der vorderen Schale 12 an deren Ecken (gezeigt in 2) zu verbinden. Die rückseitige Abschirmung 56 berührt das freie Ende 62 des zweiten Teils 32 der Feder und komprimiert sie auf eine Länge von 0,719 Zoll (18,2 mm). Die Oberfläche der Abschirmung wird durch einen ausreichenden Zwischenraum 66 von 0,105 Zoll (2,7 mm) vom freien Ende 64 des Stifts getrennt gehalten, um zu gewährleisten, dass die Feder nicht im Zwischenraum eingeklemmt wird, wobei ein derartiges Einklemmen das Schließen der Schale verhindert. Im zusammengebauten Zustand ist im ersten Teil eine größere Druckkraft vorhanden als im zweiten Teil. Der Unterschied zwischen diesen beiden Kräften ist die Kraft, mit der der Absatz 42 gegen den Kontaktsteg 40 vorgespannt ist. Der erste Teil wird auf 58% seiner Länge komprimiert, während der zweite Teil nur auf 88% seiner Länge komprimiert wird.
Obwohl die Offenbarung hinsichtlich eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemacht worden ist, ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können die Teile der Feder konisch und nicht zylindrisch sein, vorausgesetzt, der erste Teil hat einen breiten Teil, um gegen den Kontaktsteg zu drücken ohne hindurch zu verlaufen und der zweite Teil eine ausreichende Länge und einen schmalen Durchmesser, um durch das Loch der Leiterplatte zu verlaufen.

Claims

Verfahren zum Zusammenbauen eines elektronischen Instruments (10), folgende Schritte umfassend: Bereitstellen einer Feder (26) mit einem ersten Endteil (30) mit einer ersten Breite und einem zweiten Teil (32) mit einer kleineren zweiten Breite; Einfügen des zweiten Teils in ein Durchgangsloch (36) einer bestückten Leiterplatte (34); Positionieren der bestückten Leiterplatte angrenzend an eine erste leitfähige Abschirmung (22); Komprimieren des ersten Teils zwischen der ersten Abschirmung und der bestückten Leiterplatte; Positionieren einer zweiten leitfähigen Abschirmung (56) angrenzend an die bestückte Leiterplatte und gegenüber der ersten Abschirmung, einschließlich Vorspannen des zweiten Teils der Feder gegen die zweite Abschirmung.
Verfahren zum Zusammenbauen eines elektronischen Instruments gemäß Anspruch 1, einschließlich des Schritts des Positionierens der Feder, um einen Stift (20) zu umfassen, der sich von der ersten Abschirmung weg erstreckt.
Verfahren zum Zusammenbauen eines elektronischen Instruments gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, einschließlich des elektrischen Verbindens des ersten Teils der Feder mit der bestückten Leiterplatte.
Verfahren zum Zusammenbauen eines elektronischen Instruments gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, einschließlich Komprimieren des ersten Teils der Feder mit einer ersten Kraft und Komprimieren des zweiten Teils der Feder mit einer geringeren zweiten Kraft, so dass der erste Teil gegen die Platte vorgespannt wird.
Elektronisches Instrument (10), folgendes umfassend: ein Gehäuse (12, 14); eine Schaltkreisanordnung (34) innerhalb des Gehäuses, die durch ein Loch (36) gekennzeichnet ist; eine erste Abschirmung (22), die in dem Gehäuse an dem Loch angrenzend auf einer ersten Seite der Schaltkreisanordnung positioniert ist; eine zweite Abschirmung (56), die in dem Gehäuse an dem Loch angrenzend auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Schaltkreisanordnung positioniert ist, und eine Feder (26) mit einem ersten Teil (30) mit einer ersten Breite, der zwischen der Schaltkreisanordnung und der ersten Abschirmung komprimiert ist, und einem zweiten Teil (32) mit einer kleineren zweiten Breite, der sich durch das Loch erstreckt und gegen die zweite Abschirmung vorgespannt ist.
Elektronisches Instrument gemäß Anspruch 5, wobei die Feder eine Spiralfeder ist.
Elektronisches Instrument gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei der erste Teil einen Absatz (42) kennzeichnet, der an den mittleren Teil angrenzt, so dass der Absatz am Schaltkreis anliegt, während der mittlere Teil durch das Loch verläuft.
Elektronisches Instrument gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, einschließlich eines Stifts (20), der mit dem Gehäuse verbunden ist und durch das Loch und mindestens einen Teil der Feder verläuft.
Elektronisches Instrument gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Loch einen ausgewählten Durchmesser hat und ein Teil des Absatzes (42) des ersten Teils, der an den zweiten Teil angrenzt, einen Durchmesser hat, der größer ist als der ausgewählte Durchmesser.
Elektronisches Instrument gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, einschließlich eines leitenden Kontaktstegs (40), der an das Loch angrenzt und sich mit mindestens einem Teil des ersten Teils deckt, so dass der erste Teil mit dem Kontaktsteg elektrisch verbunden ist.