DE10125744A1 - Verfahren zur Abschirmung einer auf einer Leiterplatte realisierten elektrischen Schaltung und eine entsprechende Kombination einer Leiterplatte mit einer Abschirmung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschirmung einer auf einer Leiterplatte (1) realisierten elektrischen Schaltung, wobei die elektrische Schaltung mittels einer Folie (5), die mindestens eine elektrisch leitende (7), abschirmend wirkende, vorzugsweise metallische und mindestens eine elektrisch isolierende (6) Schicht aufweist, derart abgedeckt wird, dass keine elektrischen Kurzschlüsse zwischen der elektrischen Schaltung und der Folie (5) entstehen können. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung eine Kombination einer Leiterplatte (1), auf der mindestens eine elektrische Schaltung realisiert ist, mit mindestens einer Abschirmung (5) für die mindestens eine elektrische Schaltung, wobei die Abschirmung (5) durch eine Folie (5) realisiert ist, die mindestens eine elektrisch leitende (7), abschirmend wirkende, vorzugsweise metallische und mindestens eine elektrisch isolierende (6) Schicht aufweist und derart angeordnet ist, dass die der elektrischen Schaltung zugewandte Seite der Abschirmung vollständig durch die elektrisch isolierende Schicht (6) der Folie (5) gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abschirmung einer auf einer Leiterplatte realisierten elektrischen Schal­ tung. Elemente, die zur Abschirmung von elektrischen, hochfrequenten, abstrahlenden Schaltungen dienen, sind im Allgemeinen aus metallischen Materialien, welche zum Beispiel aufgelötet werden. Alternativ könnte man auch metallisierte Kunststoffgehäuse einsetzen. Diese werden über Dispensstrei­ fen auf der Leiterplatte aufgebracht bzw. kontaktiert. Aller­ dings sind diese Kunststoffgehäuse aufgrund der Fertigung meist teurer, weshalb sie hier nur wenig Einsatz finden. Fer­ ner weisen die bislang verwendeten Abschirmelemente eine recht formstabile Geometrie auf. Sie bilden eine Art formfes­ tes Gehäuse. Bei einer auf einer Leiterplatte realisierten elektrischen Schaltung sind meist verschieden hohe Bauelemen­ te vorhanden. Bei einer metallischen Abschirmung ist darauf zu achten, dass alle Bauelemente einen ausreichenden Abstand zur metallischen Abschirmung haben, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Das zur Abschirmung dienende Gehäuse ist von daher derart geformt, dass auch nach seinem Aufsetzen auf die Schaltung ein zusätzlicher Sicherheitsabstand zwischen dem Gehäuse und den einzelnen Bauelementen gewährleistet ist.

Bisher gibt es im Wesentlichen zwei grundlegende Ausführungs­ formen einer Abschirmung. Zum einen ist eine Abschirmung häu­ fig in Form einer Haube ausgeführt, die über die abzuschir­ mende elektrische Schaltung gestülpt wird. Diese Haube wird im Allgemeinen mittels Schrauben auf der Leiterplatte fi­ xiert. Alternativ dazu kann sie auch auf die Leiterplatte aufgelötet werden. Ein Nachteil dieser Ausführungsform be­ steht darin, dass diese Haube erst nach Prüfung der Funkti­ onsfähigkeit der elektrischen Schaltung aufgesetzt werden kann. Durch eventuell auftretende mechanische Belastungen bei einer Fixierung mittels Schrauben oder durch thermische Be­ lastungen beim Auflöten ist stets die Gefahr gegeben, dass die elektrische Schaltung einen Schaden erleidet. Eine zweite Ausführungsmöglichkeit einer Abschirmung bietet das Vorsehen eines auf die Leiterplatte aufgelöteten Rahmens, der nach dem Prüfen der Funktionsfähigkeit der elektrischen Schaltung mit einem geeigneten Deckel verschlossen wird. Gegenüber der zu­ erst vorgestellten Variante zeigt diese Ausführungsmöglich­ keit den Vorteil, dass die elektrische Schaltung im Falle ei­ ner Reparatur recht einfach durch Abnehmen des Deckels zu­ gänglich ist. Ein Nachteil ergibt sich dabei allerdings durch die daraus eventuell resultierende unzufriedenstellende Be­ festigung des Deckels, der unter Berücksichtigung einer leichten Abnahmefähigkeit gegebenenfalls auch unkontrolliert bzw. unbeabsichtigt abfallen bzw. sich lösen kann.

Derartige Abschirmungen werden beispielsweise für Technolo­ gien wie DECT, GSM sowie auch bei sonstigen Schaltungen im Basisband angewendet. Ferner werden sie auch für Schaltungs­ teile der Hochfrequenz angewendet.

Ein Nachteil der erläuterten Ausführungsbeispiele von Ab­ schirmungen für elektrische Leitungen ist dadurch gegeben, dass die Abschirmung, wie bereits kurz erwähnt, über das höchste Bauteil der abzuschirmenden elektrischen Schaltung mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand angeordnet werden muss, um mögliche Kurzschlüsse zu elektrisch leitenden Bau­ elementanschlüssen zu vermeiden. Der notwendige Sicherheits­ abstand beträgt im Allgemeinen mehrere 1/10 mm, mindestens aber 0,2 mm. Neben dem geeigneten Sicherheitsabstand ist da­ bei ferner die formstabile Ausführung der Abschirmung wich­ tig, um bei der Handhabung die Abschirmung nicht zu verfor­ men, sei es zu verbiegen oder zu verbeulen. Bei Verwendung einer Haube ist ferner zu berücksichtigen, dass diese eine Toleranz von bis zu 0,5 mm besitzen kann.

Ein weiterer Nachteil ist bei den bekannten und hier erwähn­ ten Ausführungsbeispielen von Abschirmungen darin zu sehen, dass sich bei starken Temperaturschwankungen mechanische Spannungen ergeben können. Diese Spannungen wiederum wirken auf die Leiterplatte und beanspruchen dabei möglicherweise beispielsweise die Lötanschlüsse. Insofern fallen hier repa­ raturanfällige Stellen an. Ferner besteht die Gefahr, dass es bei einem schnellen Temperaturanstieg zum Niederschlag von Kondensfeuchtigkeit auf der elektrischen Schaltung und auf der Abschirmung kommen kann, was insbesondere bei hochohmigen elektrischen Schaltungen zu Fehlfunktionen bis hin zum Total­ ausfall der elektrischen Schaltung führen kann. Es kann auf­ grund auftretender Feuchtigkeit zu Kurzschlüssen kommen.

Es war eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Abschir­ mung einer auf einer Leiterplatte realisierten Schaltung be­ reitzustellen, mit dessen Hilfe einfach und schnell oben ge­ nannte Nachteile der bisher verwendeten Abschirmungen umgan­ gen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den entsprechenden Unteransprüchen aufge­ führt.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Abschirmung einer auf einer Leiterplatte realisierten elektrischen Schaltung be­ reitgestellt, wobei die elektrische Schaltung mittels einer Folie, die mindestens eine elektrisch leitende, abschirmend wirkende, vorzugsweise metallische und mindestens eine elekt­ risch isolierende Schicht aufweist, derart abgedeckt wird, dass keine elektrischen Kurzschlüsse zwischen der elektri­ schen Schaltung und der Folie entstehen können. Die elekt­ risch leitende Schicht muss dabei niederohmig sein.

Vorzugsweise wird dabei die elektrische Schaltung mittels der Folie derart abgedeckt, dass die mindestens eine elektrische isolierende Schicht der Folie zwischen der elektrisch leiten­ den, abschirmend wirkenden, vorzugsweise metallischen Schicht der Folie und der elektrischen Schaltung angeordnet ist. Das bedeutet, dass im Falle, dass die Folie nur zwei Schichten aufweist, die der elektrischen Schaltung bzw. der Leiter­ platte zugewandte Seite der Folie durch die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht gebildet wird und die der e­ lektrischen Schaltung abgewandte Seite der elektrisch leiten­ den, abschirmend wirkenden, vorzugsweise metallischen Schicht entspricht. Als Metalle sind hier beispielsweise Nickel, Alu­ minium, Kupfer, eine Kupfer/Zinn-Mischung oder Messing ein­ setzbar. Ein geeignetes Material wäre beispielsweise auch Graphit. Die elektrisch isolierende Schicht kann beispiels­ weise aus PE oder PPE bestehen. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Abschir­ mung für die elektrische Schaltung in unterschiedlichen Ab­ laufzuständen bzw. Fertigungszuständen des Herstellungsver­ fahrens der elektrischen Schaltung erfolgen kann. Die Ab­ schirmung kann sowohl während der laufenden Fertigung als auch nach dem letzten Arbeitsgang, d. h. im Allgemeinen nach dem Prüfen bzw. dem Abgleich der elektrischen Schaltung, auf der Leiterplatte aufgebracht werden.

Die Folie wird dabei über die elektrisch leitende Schicht mit der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden. In einer be­ vorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei die Folie auf die Leiterplatte aufgelötet. Vor­ zugsweise wird die Folie mittels Heiß- bzw. Bügellöten auf der Leiterplatte aufgebracht. Unter Bügellöten versteht man dabei ein partielles Löten mittels eines Bügels. Der Bügel kann eine komplexe Form aufweisen. Mittels des Bügels wird beispielsweise eine an der zur Verbindung vorgesehenen Stelle aufgebrachte Paste aufgeschmolzen, die Zinnperlen enthält, wodurch beim Aufschmelzen eine leitende Verbindung zwischen der Folie und der Leiterplatte hergestellt wird. Es ist fer­ ner denkbar durch den Heiß- bzw. Bügellötvorgang die elekt­ risch isolierende, der Leiterplatte zugewandte Schicht der Folie aufzuschmelzen und zu verdrängen, so dass die elekt­ risch leitende, abschirmend wirkende Schicht freigelegt wird und mit der Leiterplatte verbunden wird. Der Aufschmelzvor­ gang der elektrisch isolierenden Schicht bewirkt eine Adhäsi­ on dieser Schicht und somit der gesamten Folie am Rande des verdrängten Bereichs der isolierenden Schicht mit der Leiter­ platte.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass eine erfindungsgemäß eingesetzte Folie als Abschirmung für eine elektrische Schaltung, die auf die Leiterplatte kontaktiert wird, im Falle einer Reparatur leicht entfernbar ist, da die Folie im Gegensatz zu einer formstabilen Haube, die starr befestigt werden muss, weich kontaktiert wird. Nach der eventuell vorgenommenen Reparatur kann eine neue Folie der beschriebenen Art zur Abschirmung der elektrischen Schaltung einfach und gut aufgebracht wer­ den. Dies resultiert aus der Tatsache, dass beispielsweise beim Entfernen einer aufgelöteten Folie keine Lötrückstände auf der Leiterplatte verbleiben. Dadurch ist die Kontaktflä­ che bzw. die zur Verlötung vorgesehene Fläche der Leiterplat­ te für eine erneute Aufbringung einer Folie als Abschirmung plan und muss nicht vorbehandelt bzw. neu präpariert werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren anstelle von massiven metallischen Teilen für die Ab­ schirmung, wie beispielsweise eine einführend beschriebene Haube oder ein Rahmen mit Deckel, eine flexible Folie mit ab­ schirmender bzw. metallischer Beschichtung eingesetzt wird. Dies macht zum einen die Handhabung der Leiterplatte mitsamt der Abschirmung wesentlich einfacher. Zum anderen muss bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Abschirmung der elektrischen Schaltung bei ausreichender Dicke der elektrisch isolierenden Schicht der Folie nicht darauf geachtet werden, dass ein ausreichender Sicherheitsabstand zwischen der ab­ schirmenden Folie und den einzelnen Bauteilen der abzuschir­ menden elektrischen Schaltung eingehalten wird. Eine Dicke der elektrisch isolierenden Schicht im µm-Bereich, vorzugs­ weise im Bereich von 20-100 µm, reicht im Allgemeinen aus. Bei Verwendung formstabiler metallischer Abschirmungen musste demgegenüber stets ein ausreichender Sicherheitsabstand zu den Bauteilen der elektrischen Schaltung gewahrt bleiben, um das Auftreten von Kurzschlüssen zu vermeiden. Durch das er­ findungsgemäße Verfahren kann somit Platz, d. h. insbesondere Bauhöhe und Volumen eingespart werden. Bislang musste auch bei der Handhabung der Leiterplatte mitsamt der Abschirmung stets darauf geachtet werden, dass es zu keiner Verformung der Abschirmung kommt, die gegebenenfalls das Auftreten von Kurzschlüssen nach sich ziehen konnte. Diese vorsichtige Handhabung ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls nicht mehr nötig.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird die Folie vollständig um die elektri­ sche Schaltung umlaufend auf der Leiterplatte befestigt. Das bedeutet, dass die abzuschirmende Schaltung nach außen hin völlig abgeschirmt ist. Somit ist die elektrische Schaltung auch vor eindringender Feuchtigkeit bzw. vor Feuchtigkeit durch Kondensbildung geschützt. Zudem ergibt sich eine besse­ re Abschirmwirkung.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorteilhafterweise zwischen der abzuschirmenden elektrischen Schaltung und der Abschirmung ein Vakuum geschaffen werden, was den Vorteil des Korrosionsschutzes bietet.

Ferner ist die Schaltung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Fremdzugriff geschützt bzw. lässt sich anhand der beschädigten oder entfernten Folie ein Fremdeingriff sehr leicht nachweisen. Eventuell geltend gemachte Gewährleis­ tungsansprüche können in diesem Fall zurückgewiesen werden.

Aufgrund der Flexibilität der erfindungsgemäß verwendeten Fo­ lie entstehen keine Belastungen einzelner Baugruppen durch eventuell auftretende Spannungen über die Befestigungs- bzw. Lötstellen, da diese von der Folie abgefangen bzw. ausgegli­ chen werden können. Ebenso werden Spannungen durch Tempera­ turschwankungen minimiert.

Ferner kann es bei weitest gehend direkter Auflage der Ab­ schirmung auf den einzelnen Bauelementen zu keinem Wärmestau zwischen Abschirmung und elektrischer Schaltung kommen, wie dies bei Verwendung einer formstabilen Abschirmung unter Be­ rücksichtigung eines notwendigen Sicherheitsabstandes unum­ gänglich ist.

Ferner war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, bei der die bis­ lang auftretenden Nachteile bei der Abschirmung von elektri­ schen, auf einer Leiterplatte realisierten Schaltungen nicht auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 5. Weitere vorteil­ hafte Ausführungsformen sind in den entsprechenden Unteran­ sprüchen angeführt.

Gemäß Anspruch 5 ist erfindungsgemäß eine Kombination einer Leiterplatte, auf der mindestens eine elektrische Schaltung realisiert ist, mit mindestens einer Abschirmung für die min­ destens eine elektrische Schaltung vorgesehen, wobei die Ab­ schirmung durch eine Folie realisiert ist, die mindestens ei­ ne elektrisch leitende, abschirmend wirkende, vorzugsweise metallische und mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aufweist, und derart angeordnet ist, dass die der e­ lektrischen Schaltung zugewandte Seite der Abschirmung voll­ ständig durch die elektrisch isolierende Schicht der Folie gebildet ist.

Vorzugsweise ist dabei die Folie vollständig um die elektri­ sche Schaltung umlaufend auf der Leiterplatte befestigt. So­ mit ist die abzuschirmende elektrische Schaltung von außen her vollkommen unzugänglich. Die Schaltung wird dadurch gegen eindringende Feuchtigkeit und somit gegen damit oft einherge­ hende Fehlfunktionen geschützt.

Die Leiterplatte weist vorzugsweise einen um die abzuschir­ mende elektrische Schaltung umlaufenden metallischen Bereich auf, über den die Folie mit der Leiterplatte kontaktiert ist. Vorzugsweise ist die Folie, wie bereits erläutert, auf die Leiterplatte aufgelötet. Ferner kann sie aber auch mittels einer leitfähigen Paste und/oder eines leitfähigen Klebers aufgebracht sein.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren dargelegt. Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kombination einer Leiterplatte, auf der ei­ ne elektrische Schaltung realisiert ist, mit einer Abschir­ mung für die elektrische Schaltung.

Fig. 2 Schematische Darstellung eines Teils einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kombination einer Leiterplatte, auf der eine elektrische Schaltung realisiert ist, mit einer Abschirmung für die elektrische Schaltung.

Fig. 1 zeigt eine Kombination einer Leiterplatte 1, auf der eine elektrische Schaltung mit drei verschiedenen Bauelemen­ ten 2, 3, 4 realisiert ist, mit einer Abschirmung 5 für die elektrische Schaltung. Die Abschirmung 5 ist erfindungsgemäß als eine Folie ausgebildet. Die Folie weist eine elektrisch isolierende Schicht 6 und eine elektrisch leitende, vorzugs­ weise metallische Schicht 7 auf. Ferner ist auf der Leiter­ platte 1 ein metallisch umlaufender Rand 8 dargestellt, auf den die Abschirmung 5 aufgebracht bzw. kontaktiert wird. Die Abschirmung 5 ist so angeordnet, dass die elektrisch isolie­ rende Schicht 6 der Folie der abzuschirmenden elektrischen Schaltung bzw. den einzelnen Bauelementen 2, 3, 4 zugewandt ist. Die elektrisch leitende, vorzugsweise metallische Schicht 7 der Folie ist hingegen den Bauelementen 2, 3, 4 ab­ gewandt. Das bedeutet, dass zwischen den Bauelementen 2, 3, 4 und der elektrisch leitenden Schicht 7 der Folie die elekt­ risch isolierende Schicht 6 der Folie angeordnet wird. Da­ durch wird es möglich, die Abschirmung 5 bzw. die Folie ohne Wahrung eines Sicherheitsabstandes unmittelbar über den Bau­ elementen 2, 3, 4 anzuordnen. Wie hier dargestellt liegt im vorliegenden Beispiel ein unmittelbarer Kontakt der Folie bzw. der elektrisch isolierenden Schicht 6 mit dem höchsten Bauelement 4 der elektrischen Schaltung vor. Trotz dieses un­ mittelbaren Kontaktes kann es aufgrund der elektrisch isolie­ renden Wirkung der Schicht 6 zu keinen Kurzschlüssen kommen. Die Abschirmung 5 kann beispielsweise auf die Leiterplatte 1 aufgelötet sein. Die Leiterplatte 1 weist einen metallisch umlaufenden Rand 8 auf. Der Rand 8 liegt im Allgemeinen auf Masse. Die Verlötung der Abschirmung 5 mit dem Rand 8 muss über die elektrisch leitende und verlötbare Schicht 7 der Ab­ schirmung 5 erfolgen. Hierzu ist ein Übergang 9 von der e­ lektrisch leitenden Schicht 7 und dem Rand 8 nötig. Der Über­ gang 9 wird im Falle des Auflötens durch Lötzinn gebildet. Ferner lässt sich ein Übergang 9 zwischen der Schicht 7 und dem Rand 8 auch durch Heißsiegeln bzw. Heißkleben herstellen. Bei der Verbindung bzw. dem Übergang 9 muss es sich auf alle Fälle um eine leitende Verbindung zwischen der Leiterplatte 1 und der elektrisch leitenden Schicht 7 handeln.

Ferner wäre es auch möglich, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, anstelle eines Übergangs 9 an einer entsprechenden Stel­ le 10 der Abschirmung 5 bzw. der Folie, die oberhalb des Ran­ des 8 der Leiterplatte 1 angeordnet ist und über welche der Kontakt zwischen der Folie und der Leiterplatte 1 hergestellt werden soll, die elektrisch isolierende Schicht 6 der Ab­ schirmung 5 zu verdrängen, so dass an dieser Stelle 10 nur die elektrisch leitende Schicht 7 vorhanden ist, die dann un­ mittelbar mit dem Rand 8 kontaktiert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Abschirmung einer auf einer Leiterplatte (1) realisierten elektrischen Schaltung, wobei die elektrische Schaltung mittels einer Folie (5), die mindestens eine e­ lektrisch leitende (7), abschirmend wirkende, insbesondere metallische und mindestens eine elektrisch isolierende (6) Schicht aufweist, derart abgedeckt wird, dass keine elekt­ rischen Kurzschlüsse zwischen der elektrischen Schaltung und der Folie (5) entstehen können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung mittels der Folie (5) derart ab­ gedeckt wird, dass die elektrische isolierende Schicht (6) der Folie (5) zwischen der elektrisch leitenden, abschir­ mend wirkenden, insbesondere metallischen Schicht (7) der Folie (5) und der elektrischen Schaltung angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (7) der Folie (5) mit der Leiterplatte (1) elektrisch leitend verbunden, insbeson­ dere verlötet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) vollständig um die elektrische Schaltung um­ laufend auf der Leiterplatte (1) kontaktiert wird.

5. Kombination einer Leiterplatte (1), auf der mindestens ei­ ne elektrische Schaltung realisiert ist, mit mindestens einer Abschirmung (5) für die mindestens eine elektrische Schaltung, wobei die Abschirmung (5) durch eine Folie (5) realisiert ist, die mindestens eine elektrisch leitende (7), abschirmend wirkende, insbesondere metallische und mindestens eine elektrisch isolierende (6) Schicht auf­ weist, und derart angeordnet ist, dass die der elektri­ schen Schaltung zugewandte Seite der Abschirmung vollstän­ dig durch die elektrisch isolierende Schicht (6) der Folie (5) gebildet ist.

6. Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (5) vollständig um die elektrische Schaltung um­ laufend auf der Leiterplatte (1) kontaktiert ist.

7. Kombination nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende abschirmend wirkende Schicht (7) der Folie (5) mit der Leiterplatte (1) elektrisch leitend verbunden, insbesondere verlötet ist.

8. Kombination nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) einen um die elektrische Schaltung umlaufenden metallischen Bereich (8) aufweist, über den die Folie (5) mit der Leiterplatte (1) kontaktiert, insbe­ sondere verlötet ist.