DE69306507T2

DE69306507T2 - Hochfrequenzschaltung und Verfahren zur deren Herstellung

Info

Publication number: DE69306507T2
Application number: DE69306507T
Authority: DE
Inventors: Pierre Chanteau
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2013-08-26
Also published as: FR2695290A1; JPH06224571A; ATE146333T1; DE69306507D1; EP0586010A1; EP0586010B1; JP3456724B2; US5408207A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung für Frequenzen bis zu zwei Gigahertz, bestehend aus einem Gehäuse mit einer gedruckten Schaltung und eventuell aktiven und/oder passiven Bauteilen, die gedruckte Schaltung ist mit metallisierten, elektrische Leitungen bildenden Spuren versehen, die parallel auf einer als Massefläche dienenden elektrischen Leiterplatte angebracht sind.
Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
Eine solche Vorrichtung findet insbesondere in Schaltungen Anwendung, die für Fernsehübertragungen per Kabel vorgesehen sind, in denen die Signale - einschließlich den Satelliten-Fernsehsignalen in Zwischenfrequenz entsprechenden - Frequenzen von 40 bis 2050 MHz aufweisen.
Eine Vorrichtung mit elektrischen, parallel auf einer elektrischen Leiterplatte angebrachten Leitungen ist aus dem Dokument EP-A-0 222 445 bekannt. Dem Dokument zufolge wird die Massefläche wie üblich durch Metallisierung der Rückseite der gedruckten Schaltung gebildet. Mit solch einer Vorrichtung entwickelt sich das elektrische Feld der Leitung hauptsächlich im Material der gedruckten Schaltung, was aufgrund der schlechten Eigenschaften und der Unregelmaßigkeit dieses Materials bei hohen Frequenzen zu Verlusten und zu großen Fehlangleichungen führt, wenn nicht ein sehr hochwertiges Material verwendet wird, was teuer wäre.
Mit der Erfindung wird unter Verwendung von Standardmaterialien und gängigen mechanischen Elementen die Bereitstellung einer Vorrichtung mit guten Leistungen in bezug auf Verluste und die Impedanzangleichung vorgeschlagen.
Sie gründet auf der Idee, den Nichtleiter des Materials der gedruckten Schaltung (mit nichtleitender Konstante und hohen Verlustmerkmalen) mit einem dünnen Luftpinsel (mit Verlustmerkmalen quasi gleich null) derart in Serie zu bringen, daß dessen Wirkung bedeutend, doch die Leistung zwischen den Leitungen und der Masse ausreichend stark bleibt, um die spezifische Impedanz der Leitungen berücksichtigen zu können, ohne die Leitungen übertrieben verbreitern zu müssen.
Eine Vorrichtung laut der Erfindung ist deshalb bemerkenswert, da die besagten Bauteile auf der Oberfläche zu montierenden Typs sind und die gedruckte Schaltung einseitigen Typs ist, mit Metallisierungen auf der sogenannten Vorderseite, während die sogenannte Rückseite nicht metallisiert ist, und die Rückseite der gedruckten Schaltung ist an die elektrische Leiterplatte angebaut, die eine flache Wand des Gehäuses bildet, und es sind Mittel vorgesehen, um zwischen der Rückseite und der Wand einen Abstand zu halten.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung laut der Erfindung ist im Vergleich zu einer Vorrichtung mit einer Massemetallisierung auf der Unterseite der gedruckten Schaltung, daß eine einseitige Schaltung preisgünstiger als eine zweiseitige Schaltung ist.
Ein zusätzlicher Vorteil ist bei gleicher Substratdicke der gedruckten Schaltung, daß die auf die Schaltung gedruckten Induktivitäten bei gleicher Selbstinduktivität eine höhere Eigenresonanz und einen besseren Überspannungskoeffizienten haben.
Das Gehäuse hat vorzugsweise die Form eines ziemlich flachen Parallelipeds, d.h. bei der zwei gegenüberliegende Seiten größer als die anderen Seiten sind, wobei sich die besagte flache Wand im Innern des Gehäuses befindet, nahezu in Mittelposition zwischen den beiden größeren Seiten.
Bei der Verwendung einer gedruckten Standardschaltung mit einer Dicke von praktisch 16/10 Millimetern weist der besagte Abstand vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6 Millimeter auf.
Der Wert des Abstand stellt einen guten Kompromiß zwischen allen gegebenen, mehr oder weniger im Widerspruch stehenden Anforderungen dar, d.h.: Bei einem zu geringen Abstand überwiegt das Material der gedruckten Schaltung bei schlechten Nichtleiterleistungen, dazu sind die auf den Wert des Abstands bezogenen Streuungen größer, und bei einem großen Abstand müssen die Leitungen breiter sein, und die Gesamtabmessungen der Schaltung werden zu groß.
Für den Erhalt eines Abstands zwischen der besagten Rückseite und der besagten Wand wird diese vorzugsweise mit sockelförmigen Abstandshaltern versehen, gegen die die gedruckte Schaltung gebracht wird, und mit Stiften, die einen kleineren Durchmesser als die Abstandshalter haben und in entsprechende Löcher in die gedruckte Schaltung eingeführt werden.
Die gewährt eine einfache und preisgünstige Geräteanordnung.
Die gedruckte Schaltung ist um die für die Einführung der Stifte vorgesehenen Löcher mit metallisierten Bereichen versehen, was eine einfache Befestigung der gedruckten Schaltung auf der Gehäusewand ermöglicht, indem die Schaltung auf die Stifte gelötet wird, wobei mindestens einige dieser metallisierten Bereiche über metallisierte Spuren der gedruckten Schaltung mit Punkten der elektrischen Schaltung verbunden sind, die mit der Masse verbunden werden müssen. So ermöglicht die Befestigung der Schaltung durch Löten zugleich die Verbindung mit der elektrischen Masse.
Ein vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, bei der die gedruckte Schaltung für Bauteile auf der Oberfläche zu montierenden Typs durch Löten an den Abstandshaltern befestigt wird, ist aufgrund folgender Verarbeitungsschritte bemerkenswert:
- Die gedruckte Schaltung wird an den entsprechenden, für die Montage der Bauteile vorgesehenen Stellen und um die für das Einführen der Stifte vorgesehenen Löchern mit Lötfett eingeschmiert,
- die Bauteile werden an den mit Fett eingeschmierten Stellen angebracht,
- die gedruckte Schaltung wird in das Gehäuse gebracht,
- und zuletzt werden in einem einzigen Vorgang die Bauteile auf die gedruckte Schaltung und die gedruckte Schaltung auf die Stifte gelötet.
Diese Aspekte sowie weitere, detailliertere Aspekte der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung nach einer nicht begrenzenden Herstellungsmethode näher verdeutlicht.
Abbildung 1 ist eine Schnittansicht eines Gehäuses mit einer Vorrichtung laut der Erfindung.
Abbildung 2 ist eine Schnittansicht größeren Maßstabs eines Abstandshalters der gedruckten Schaltung im Gehäuse.
Die auf Abbildung 1 dargestellte elektronische Vorrichtung enthält ein Gehäuse 1 in der Form eines relativ flachen Parallelipeds. Zwei gegenüberliegende, mit "oberer" und "unterer" zu bezeichnende, rechtwinklig zur Zeichenebene liegende Seiten mit den Profilen mit der Bezeichnung 5 und 6 sind größer als die anderen, d.h. die "kleinen Seiten" 7, 8, die "großen Seiten" werden nur durch eine Referenz 9 dargestellt. Es befindet sich eine (rechtwinklig zur Zeichenebene liegende) flache Wand 4 bzw. ein "Boden" im Innern des Gehäuses, nahezu in Mittelposition zwischen den beiden größeren Seiten 5 und 6. Das Gehäuse besteht z.B. aus einer unter dem Namen "ZAMAC" bekannten Aluminium-Zink-Legierung, galvanisch verzinnt. Die Seiten 5 und 6 sind aus verzinntem Blech.
Auf dem flache Wand 4 ist ein gedrucktes Schaltung 2 aus Papier angeordnet (z.B. entsprechend dem Typ PF-CP02 nach der Norm DIN 40802) vorgesehen, mit einer Dicke von z.B. 16/10 Millimeter. Die gedruckte Schaltung ist einseitigen Typs, mit Metallisierungen auf der sogenannten Vorderseite 10, während die andere, die Rückseite 11 nicht metallisiert ist. Diese gedruckte Schaltung wird auf Abstandshaltern 3 befestigt, die mit dem Boden 4 geformt werden und mit ihm galvanisch verzinnt werden. Diese Abstandshalter gewähren einen Abstand zwischen der Rückseite der gedruckten Schaltung und der Wand 4.
Abbildung 2 zeigt einen dieser Abstandshalter. Sie bestehen aus einem Sockel 15, gegen die die gedruckte Schaltung gebracht wird, und einem Stift 13, der dünner als der Sockel ist und durch die gedruckte Schaltung führt. Der Stift 13 ermöglicht die Halterung der gedruckten Schaltung, und der Sockel 15 gewährt einen Abstand 12. Der Sockel 15 weist vorzugsweise eine Dicke von 0,4 mm auf, womit er einen Abstand 12 von 0,4 mm gewährt. Der Abstand kann selbstverständlich andere Werte aufweisen, die jedoch vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6 mm liegen. Der Durchmesser der Abstandshalter beträgt z.B. 1,3 mm. Es ist ratsam, relativ eng aneinanderliegende Abstandshalter vorzusehen, um ein Durchbiegen der gedruckten Schaltung zwischen zwei Abstandshaltern zu verhindern, was den Wert des Abstands verfälschen würde. Dies stellt jedoch keine Problem dar, da die Anzahl der mit der Masse zu verbindenden Punkte relativ groß ist, was eine große Anzahl an Abstandshaltern erforderlich macht.
Für die Befestigung in das Gehäuse ist die gedruckte Schaltung 2 um die für das Einführen der Stifte vorgesehenen Löchern mit kreisförmigen metallisierten Bereichen 16 versehen, die an diesen Stellen mit Loterverbindungen 14 an die Abstandshalter gelötet werden. Mindestens einige dieser kreisförmigen Bereiche sind über metallisierte Spuren der gedruckten Schaltung mit Punkten der elektrischen Schaltung verbunden, die mit der Masse verbunden werden müssen.
Der betreffende Lötvorgang könnte von einem Lötroboter übernommen werden, mit Funktionswiederholung nach der Montage einer fertigen Schaltung in ein Gehäuse, d.h. aller gegebenen Montageteilen. Wenn die gedruckte Schaltung für Bauteile zur Montage auf der Oberfläche vorgesehen ist, kann ein vorteilhaftes Verfahren verwendet werden, das die Anzahl an Vorgängen für die Herstellung einer elektronischen Vorrichtung laut der Erfindung vermindert und folgendermaßen verläuft:
- zuerst Aufbringen von Lötfett auf die gedruckte Schaltung, z.B. per Serigraphie, durch selektives Auftragen von Fett an den entsprechenden, für die Montage der Bauteile vorgesehenen
Stellen, d.h. an den Stellen, wo die zu lötenden metallisierten Stellen der Bauteile angebracht werden, und
- im gleichen Vorgang der Serigraphie zugleich Auftragen von Fett um die für das Einführen der Abstandshalter vorgesehenen Löcher, auf den an diesen Stellen auf der gedruckten Schaltung vorgesehenen metallisierten kreisförmigen Bereichen,
- dann Montage der Bauteile an den mit Fett eingeschmierten Stellen,
- Einfügen der gedruckten Schaltung in das Gehäuse,
- und zuletzt Löten in einem einzigen Vorgang der Bauteile auf die gedruckte Schaltung und der gedruckten Schaltung auf die Abstandshalter, z.B. durch Dampfphasenlöten oder durch Erhitzen in einem Ofen.
Der Vergleich der Leistungen einer wie weiter oben beschriebenen Schaltung mit einer ähnlichen Schaltung, jedoch mit der Schaltung direkt auf der Wand 4, zeigt unter Berücksichtigung der Herstellungsschwankungen aller Ebenen (Dicke der gedruckten Schaltung, des Luftpinsels, der Breite der leitenden Spuren) sowie der Nichtleiterkonstanten und den Verlustmerkmalen des Materials der gedruckten Schaltung, daß der Vorteil groß ist: In einem als Beispiel genommenen, besonderen Fall wurde gemessen, daß bei zwei GHz die Verluste dreimal geringer sind als bei einer Leitung selber Impedanz bei einer direkt auf die Wand aufgebrachten gedruckten Schaltung. Die Wertschwankungen der Nennimpedanz dünner Leitungen (Nennimpedanz 135 Q) zur Induktivitätsvornahme erwiesen sich gleich 4,4% gegenüber 8,2% bei direkt auf die Wand aufgebrachten Schaltungen. Der der Erfindung zugrundeliegende Gewinn vom Standpunkt der Schwankungen ist bei hoher Impedanz der gedruckten Leitung umso größer. Dies ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von regellosen Filtern mit gedruckten Induktivitäten, deren Selbstinduktivitätswert von den Impedanzmerkmalen abhängt.

Claims

1. Elektronische Vorrichtung für Frequenzen bis zu zwei Gigahertz, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit einer gedruckten Schaltung (2) und eventuell aktiven und/oder passiven Bauteilen, die gedruckte Schaltung ist mit metallisierten, elektrische Leitungen bildenden Spuren versehen, die parallel auf einer als Massefläche dienenden elektrischen Leiterplatte angebracht sind, mit dem Merkmal, daß die besagten Bauteile auf der Oberfläche zu montierenden Typs sind und die gedruckte Schaltung (2) einseitigen Typs ist, mit Metallisierungen auf der sogenannten Vorderseite (10), während die andere, sogenannte Rückseite (11) nicht metallisiert ist, die Rückseite (11) der gedruckten Schaltung liegt an die elektrische Leiterplatte an, die eine flache Wand (4) des Gehäuses bildet, und es sind Mittel vorgesehen, um zwischen der Rückseite und der Wand einen Abstand (12) zu halten.

2. Eine Vorrichtung laut Anspruch 1, mit dem Merkmal, daß das Gehäuse die Form eines Parallelipeds hat, bei dem zwei gegenüberliegende Seiten (5, 6) größer als die anderen sind, die besagte flache Wand (4) befindet sich im Innern des Gehäuses, nahezu in Mittelposition zwischen den beiden größeren Seiten (5, 6).

3. Eine Vorrichtung laut einem der Ansprüche 1 oder 2, mit dem Merkmal, daß die gedruckte Schaltung (2) praktisch eine Dicke von 16/10 Millimetern aufweist und der besagte Abstand (12) 0,2 bis 0,6 Millimeter beträgt.

4. Eine Vorrichtung laut einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß für den Erhalt eines Abstands (12) zwischen der besagten Rückseite und der besagten Wand diese mit sockelförmigen (15) Abstandshaltern (3) versehen wird, gegen die die gedruckte Schaltung gebracht wird, und mit Stiften (13), die einen kleineren Durchmesser als die Abstandshalter haben und in Löcher in die gedruckte Schaltung eingeführt werden.

5. Eine Vorrichtung laut einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß die gedruckte Schaltung (2) um die für die Einführung der Stifte vorgesehenen Löcher mit metallisierten Bereichen (16) versehen ist und auf die Abstandshalter gelötet wird.

6. Eine Vorrichtung laut einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Merkmal, daß mindestens einige dieser metallisierten Bereiche (16) über metallisierte Spuren der gedruckten Schaltung mit Punkten der elektrischen Schaltung verbunden sind, die mit der Masse verbunden werden müssen.

7. Ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung laut einem der Ansprüche 5 oder 6 mit einer gedruckte Schaltung für Bauteile auf der Oberfläche zu montierenden Typs, das aus folgenden Verarbeitungsschritten besteht:

- Auf die gedruckte Schaltung wird an den entsprechenden, für die Montage der Bauteile vorgesehenen Stellen und um die für das Einführen der Abstandshalter vorgesehenen Löchern Lötfett aufgetragen,

- die Bauteile werden an den mit Fett eingeschmierten Stellen angebracht,

- die gedruckte Schaltung wird in das Gehäuse gebracht,

- und zuletzt werden in einem einzigen Vorgang die Bauteile auf die gedruckte Schaltung und die gedruckte Schaltung auf die Abstandshalter gelötet.