ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН ОТ РАДИОЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H05K9/00 

Настоящая заявка на изобретение является частично выделенной из патентной заявки США № 09/967777 авторов David Owen West, Michael Berner, поданной 28 сентября 2001 г. (Досье поверенного № 01Р16545US).

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам экранирования для электрических компонентов и в частности к устройству экранирования от радиочастоты для печатной платы.

Экранирование от радиочастоты в таком электронном оборудовании, как мобильные телефоны, необходимо для снижения радиочастотных помех приемника от шума коммутации цифровой схемы и для предотвращения ухудшения функционирования цифровых схем по причине передаваемых в данном месте радиочастотных сигналов. Обычные экранирующие устройства имеют раму, которая припаяна к печатной плате, и крышку, прикрепленную к раме. Рама обычно устанавливается на печатной плате вместе с электронными компонентами с помощью стандартного автоматизированного технологического оборудования - устройств поверхностного монтирования на производственной линии до того, как печатная схема пройдет пайку расплавлением полуды. После этого делается оптический осмотр надлежащего размещения компонентов. После оптического осмотра на печатной плате выполняется функциональная электрическая проверка. После прохождения функциональной электрической проверки отдельная экранирующая крышка механическими средствами устанавливается на раме.

Механическое монтирование крышки на раме после пайки расплавлением полуды и проверок может обусловить изгиб печатной платы и создавать излишние механические напряжения в плате. Эти механические напряжения могут повредить проводники, соединения или компоненты, что приведет к преждевременному выходу из строя печатной платы. Помимо этого, во время проведения проверок может происходить просачивание сигнала, так как экранирующая крышка еще не установлена на раме.

Раму, как правило, изготавливают штамповкой металлической пластины, обычно тонкой. Это часто приводит к тому, что рама изгибается после прикрепления к ней крышки. В результате изгиба рамы металлическая рама может контактировать с внутренними компонентами печатной платы, что может обусловить возникновение короткого замыкания компонентов печатной платы. Изготовители иногда увеличивают толщину сечения всей рамы, чтобы уменьшить изгиб рамы. Но для более толстого сечения требуется больше материала, и при этом жесткость в направлении к центру краев рамы минимальная. Помимо этого, увеличенное сечение не прибавляет материала углам рамы, которые часто скручиваются под нагрузкой, оказываемой крышкой.

Еще один недостаток обычных конструкций рамы заключается в том, что углы штампованных деталей обычно не обеспечивают достаточное экранирование высокочастотных сигналов. Это - результат крупных зазоров в углах рамы, обусловленных конструкционными ограничениями и ограничениями, налагаемыми процессом штамповки.

Поэтому существует необходимость создания экранирующего устройства, которое обеспечит рамы повышенной жесткости и углы, сконструированные с возможностью увеличения до максимума контакта между рамой и крышкой, чтобы сократить поступление или излучение высокочастотных сигналов из экранирующего устройства.

Раскрытие изобретения

Осуществление изобретения обеспечивает устройство для экранирования от радиочастот. Устройство состоит, по существу, из рамы и крышки, прикрепляемой к раме с возможностью съема. Рама проходит, по существу, вокруг периметра электронного компонента. Рама имеет верхнюю стенку, отходящие от нее боковые стенки и множество закраин жесткости, которые проходят от верхней стенки внутрь рамы. Крышка имеет верхнюю поверхность и множество элементов, от нее отходящих, для зацепления с боковыми стенками рамы. Крышка и рама образуют кожух для экранирования электронного компонента.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения, боковые стенки выполнены таким образом, что любой зазор между соседними боковыми стенками, меньше габарита, соответствующего длине волны рабочей частоты. Крышка имеет верхнюю поверхность и множество пружинных элементов, от нее отходящих, для зацепления с рамой и множество центрирующих элементов, расположенных на углах крышки. Крышка и рама образуют кожух для экранирования электронных компонентов и имеют две контактные точки заземления на каждом из угловых сопряжений между рамой и крышкой.

Эти и прочие определенные осуществления настоящего изобретения, а также его признаки и преимущества будут очевидны специалистам в данной области техники из приводимого ниже описания и чертежей, в котором и на которых аналогичные ссылочные обозначения указывают аналогичные детали во всех случаях.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - изображение в перспективе экранирующего устройства согласно приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения.

Фиг.2 - изображение с пространственным разделением деталей экранирующего устройства, показываемого на фиг. 1.

Фиг.3 - горизонтальная проекция рамы экранирующего устройства, показываемого на фиг.1.

Фиг.4 - первая боковая проекция рамы, показываемой на фиг.3.

Фиг.5 - вторая боковая проекция рамы, показываемой на фиг.3.

Фиг.6 - горизонтальная проекция крышки экранирующего устройства, показываемого на фиг.1.

Фиг.7 - боковая проекция крышки, показываемой на фиг.6.

Осуществление изобретения

Приводимое ниже описание излагается для того, чтобы специалист в данной области техники смог осуществить данное изобретение и использовать его. Описания определенных осуществлений и применений изложены только в качестве примера, и специалистам будут очевидны его возможные различные изменения. Излагаемые здесь общие принципы могут быть применены для других осуществлений и применений в рамках объема настоящего изобретения. Поэтому настоящее изобретение не ограничивается поясняемыми осуществлениями и его следует истолковывать в самом широком объеме в соответствии с принципами и признаками, здесь излагаемыми. Для краткости, подробности, относящиеся к техническим материалам, известным из уровня техники данного изобретения, здесь не излагаются.

Обращаясь к чертежам, на фиг.1 показано экранирующее устройство от радиочастоты под общей позицией 20. Устройство 20 используется для экранирования по меньшей мере одного электронного компонента и может использоваться, например, для экранирования электросхем одной или более печатных плат или любых других электронных компонентов, которым необходимо экранирование. Экранирующее устройство 20, по существу, обеспечивает герметичное изолирование радиочастот с помощью крышки, которая легко снимается и заменяется при необходимости доступа к электрическим компонентам внутри устройства. Экранирующее устройство 20 содержит раму 22 и крышку 24, выполненную с возможностью размещения ее над рамой. Рама 22 проходит, по существу, вокруг периметра электронных компонентов; и крышка 24 и рама 22 образуют кожух для экранирования электронного компонента. Как указано выше, крышка 24 имеет множество пружинных элементов 26, выполненных с возможностью зацепления с рамой 22, и множество центрирующих элементов 28 с выступами 30, размер которых обеспечивает возможность вхождения их в центрированные отверстия 32 в раме для надежного прикрепления крышки 24 к раме 22 (фиг.1 и 2). Крышка 24 имеет множество отверстий 34, позволяющих оптический осмотр печатной платы и компонентов без необходимости снятия крышки с рамы 22. Отверстия 34 предпочтительно имеют размер, меньший, чем длина волны самой высокой частоты, обычно применяющейся во время работы. Здесь термин «рабочая частота», по существу, указывает частоты, с которыми данное устройство, вероятно, будет работать. Эти частоты включают в себя любую возможную помеху независимо от происхождения помех. Экранирующее устройство 20 предпочтительно полностью собирается до его размещения на печатной плате, чтобы во время сборки экранирующего устройства какое-либо механическое напряжение не прилагалось на печатную плату. Пружинные элементы 26 и центрирующие элементы 28 предусматривают возможность съема крышки (если нужно переделать печатную плату) с минимальным значением механического напряжения изгиба, прилагаемого к печатной плате.

Фиг.2-5 показывают осуществление рамы 22 экранирующего устройства 20. Рама 22 содержит верхнюю стенку 36 и четыре боковые стенки 38, отходящие вниз от наружных краев верхней стенки. Рама 22 изображена квадратной или прямоугольной, но она может использоваться в любой форме. Рама 22 имеет центральное отверстие 40, в котором размещаются электрические компоненты (например, печатные платы) (фиг.2 и 3). Боковые стенки 38 выполнены таким образом, что могут быть припаяны расплавлением полуды к проводящим участкам печатной платы (не показано). Верхняя стенка 36 проходит, по существу, параллельно верхней поверхности крышки 24, когда крышка установлена на раме 22. Боковые стенки 38 проходят несколько наружу (т.е. от центрального отверстия 40) от верхней стенки 36 под углом около 91 градуса, чтобы обеспечить достаточный пружинный контакт с пружинными элементами 26 крышки 24, согласно приводимому ниже описанию.

Боковые стенки 38 содержат отверстия (центрирующие-вмещающие элементы) 32, размер которых обеспечивает возможность вхождения в них выступов 30, проходящих внутрь от центрирующих элементов 28 крышки 24 (см. фиг.7 и соответствующее описание, приводимое ниже). Согласно фиг.1, 2, 4 и 5, отверстия 32 расположены, по существу, в центре и на концевых частях боковых стенок 38. Отверстия 32, расположенные в центрах края рамы, и отверстия 32, расположенные на концевых частях на двух боковых стенках 38, имеют форму полукруга (фиг.5), согласно данному осуществлению. Отверстия, расположенные на концевых частях других двух боковых стенок 38, имеют форму четверти круга (фиг.4), согласно данному осуществлению. Нужно отметить, что отверстия 32 могут иметь формы, отличающиеся от иллюстрируемых и описываемых здесь; в рамках объема настоящего изобретения. Отверстия 32 также могут проходить только частично через раму (например, углубления, сформированные в металле). Две боковые стенки 38 (фиг.5) также имеют лепестки 42, выполненные с возможностью их вхождения в прорезь 44, сформированную в крышке (см. фиг.7 и соответствующее описание ниже). Лепесток 42 и соответствующая прорезь 44, и выступы 30, и соответствующие отверстия 32, расположенные в каждом углу рамы 22, обеспечивают три точки контакта между рамой и крышкой 24 для осуществления заземления между углами экранирующего устройства 20.

Отверстие 48, выполненное в углу рамы 22 при штамповке, сконструировано таким образом, что крышка и рама перекрывают друг друга на углах, чтобы сводить к минимуму просачивание высокочастотных сигналов (фиг.1). Отверстия на углах рамы могут, например, иметь длину менее 1,97 мм для электрических компонентов при работе с рабочей частотой около 1900 МГц (например, выше частоты ГСМС (Глобальная система мобильной связи) в США). Зазор и заземляющие контакты могут быть выполнены с размером для использования в других условиях, например около 2100 МГц, для высокочастотной ВСМС (Всемирная система мобильной связи). В верхней стенке 36, в каждом углу рамы 22, предпочтительно выполнен полосковый вырез 46.

Рама 22 также имеет шесть закраин 50 жесткости, проходящих во внутреннее пространство 40 рамы 22 от центральной части каждого края рамы и каждого угла рамы (фиг.2 и 3). Закраины 50 проходят несколько вниз (т.е. к боковым стенкам 38) под углом около 10-20 градусов относительно верхней стенки 36. Согласно предпочтительному осуществлению, закраины 50 проходят под углом 15 градусов относительно верхней стенки 36. Закраины 50 создают дополнительную жесткость раме 22, чтобы исключить скручивание рамы и содействовать сохранению компланарности рамы. Согласно одному из осуществлений, закраины 50 края имеют длину около 4,0 мм и ширину около 1,3 мм - для рамы с размерами около 24 мм · 29 мм; и угловые закраины могут иметь длину около 1,85 мм и ширину около 1,1 мм. Закраины 50 предпочтительно плоские и имеют постоянную толщину. Толщина закраины предпочтительно та же, что и толщина верхней стенки 36 (например, 0,20 мм). Согласно фиг.3, стороны закраины могут сужаться в направлении от верхней стенки 36. Нужно отметить, что форма и размер закраин 50 здесь указаны только в качестве примера, и можно использовать также и другие формы и размеры. При этом закраины 50 могут находиться только вдоль краев рамы 22, а не на углах.

Одно из осуществлений крышки 24 экранирующего устройства показано на фиг.6 и 7. Крышка 24 имеет прямоугольную форму и соответствует раме 22, описываемой выше. В соответствии с приводимым выше описанием рамы 22 крышка 24, кроме прямоугольной, может иметь и другую форму. Крышка 24 имеет верхнюю поверхность 54 с множеством выполненных в ней отверстий 34, центрирующие элементы 28, которые центрируют и крепят крышку к раме 22, и множество пружинных элементов (штырей) 26, выполненных с возможностью зацепления с боковыми стенками 38 рамы.

Отверстия 34 предназначаются для обеспечения возможности оптического осмотра печатной платы и компонентов на ней, без съема крышки 24 с рамы 22 после ее прикрепления к печатной плате. Размер отверстий 34 меньше длины волны самой высокой рабочей частоты. Например, экранирующее устройство 20 выполнено с возможностью его использования в условиях рабочей частоты около 1900 МГц и имеет отверстия 34 диаметром менее 1,97 мм. Отверстия 34 расположены с таким интервалом, при котором сводится к минимуму количество материала между отверстиями согласно конструкционным ограничениям и в соответствии с ограничениями, налагаемыми на процесс штамповки металла. Согласно фиг.2 и 6, отверстия 34 могут быть расположены на верхней поверхности 54 с таким интервалом, что центральная часть верхней поверхности не будет иметь отверстий, чтобы обеспечить сопряжение для стандартного автоматизированного технологического оборудования - устройств поверхностного монтирования, например. Число, размер, форма и порядок расположения отверстий 34 могут отличаться от указываемого здесь в рамках объема настоящего изобретения. Например, отверстия могут располагаться таким образом, чтобы охватывать основную часть верхней поверхности 54 согласно Патентной заявке США № 09/967777, поданной 28 сентября 2001 г.

Осуществление крышки 24, показываемое на фиг.2, предусматривает двенадцать центрирующих элементов 28. Восемь центрирующих элементов 28 расположены на углах крышки 24 (по два на каждом углу), и четыре центрирующих элемента размещены центрально вдоль каждого края крышки. Центрирующие элементы 28 проходят вниз от верхней поверхности 54 под углом около 90 градусов. Каждый центрирующий элемент 28 имеет выступ (или впадину) 30, сформированный вдавливанием полукруглой части металла внутрь от поверхности центрирующего элемента. Выступы 30 имеют форму, позволяющую их вхождение в центрирующие отверстия 32 в боковых стенках 38 рамы 22 (фиг.2 и 7). Полукруглая конфигурация выступов 30 и соответствующих отверстий 32 обеспечивают положительное механическое прикрепление между рамой 22 и крышкой 24 и исключает случайное снятие крышки с рамы.

Нужно отметить, что выступы 39 могут иметь и другие формы помимо указываемых здесь; и крышка 24 может содержать иное число центрирующих элементов помимо указываемых здесь. Также нужно отметить, что выступы можно сформировать на раме 22, и отверстия (центрирующие-вмещающие элементы) 32 могут располагаться на крышке 24.

Один из центрирующих элементов 28, расположенных на каждом углу, имеет прорезь 44 для введения в нее лепестка 42, расположенного на каждом углу рамы 22 (фиг.5 и 7). Эта компоновка лепестка и прорези наряду с двумя соединениями центрирующего элемента между рамой 22 и крышкой 24 имеет три контактные точки заземления на каждом углу экранирующего устройства 20, чтобы исключать просачивание радиочастотного сигнала.

Пружинные элементы 26 проходят вниз от верхней поверхности 54 под углом около 90 градусов. Элементы 26 расположены с таким интервалом, что контактные точки заземления вдоль края рамы 22 и крышки 24 меньше длины волны самой высокой рабочей частоты - в целях существенного уменьшения просачивания радиочастотного сигнала. Аналогично, интервал между пружинными элементами 26 и соседними центрирующими элементами 28 меньше длины волны самой высокой рабочей частоты.

Каждый пружинный элемент 26 имеет концевую часть 56, отогнутую внутрь, чтобы элемент зацеплял, с подпружиниванием, боковую стенку 38 рамы 22 (фиг.1 и 2). Изгиб пружинного элемента 26 создает смещение элемента относительно боковых стенок 38 рамы 22. Пружинные элементы 26 выполнены с возможностью обеспечения достаточного контакта между рамой 22 и крышкой 24, без приложения сильного изгибающего напряжения к печатной плате во время снятия и замены крышки (если нужно переделать печатную плату). Элементы 26 предпочтительно имеют такой размер, при котором концы элементов располагаются на некотором расстоянии от нижнего края боковой стенки 38 рамы, чтобы припойная паста не соединяла крышку с рамой (фиг.1). Например, пружинные элементы 26 могут иметь такой размер, чтобы оставался зазор величиной около 0,8 мм между концами элементов и нижним краем боковых стенок 38 рамы. Нужно отметить, что число и форма пружинных элементов 26 могут быть другими помимо указываемых здесь - в рамках объема настоящего изобретения. Например, пружинные элементы 26 можно выполнить согласно Патентной заявке США №09/967777, упоминаемой выше.

Раму 22 и крышку 24 можно выполнить штамповкой из любого соответствующего материала, являющегося электропроводным для радиочастотных сигналов. Материал выбирают с учетом его возможности пайки на печатной плате для пайки расплавлением полуды, например такой сплав, как медно-никелево-цинковый (CuNi₁₈Zn₂₀(F₅₈)).

Крышка 24 предпочтительно прикрепляется к раме 22 до прикрепления экранирующего устройства 20 к печатной плате. После установки собранных вместе рамы 22 и крышки 24 на печатной плате плату и экранирующее устройство 20 припаивают расплавлением полуды вместе со всеми другими компонентами на печатной плате. После выполнения пайки расплавлением полуды и очистки этого узла его можно осмотреть оптически на предмет должного размещения деталей и подвергнуть электрической проверке. После прохождения всех проверок готовый узел можно направить в завершающую сборку. Если оптический осмотр или электрическая проверка будут неудачными, то крышку 24 можно будет легко снять с рамы 22, переделать печатную плату или отремонтировать и затем снова установить крышку. Пружинные и центрирующие элементы 26, 28 выполнены с возможностью сведения к минимуму усилий для снятия и крепления на раме 22 и на печатной плате. Выступы 30 на крышке 24 и отверстия 32 на раме 22 обеспечивают должное центрирование рамы и крышки.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описывается согласно поясняемым его осуществлениям, специалисту в этой области техники будут ясны возможные изменения в этих осуществлениях в рамках идеи и объема изобретения. Соответственно специалист сможет выполнить в нем многие изменения в рамках объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Предложено устройство, обеспечивающее экранирование от радиочастоты. Устройство содержит раму (22) и крышку (24), прикрепленную с возможностью ее съема к раме. Рама проходит, по существу, вокруг периметра электронного компонента. Рама имеет верхнюю стенку (36), отходящие от нее боковые стенки (38) и множество закраин (50) жесткости, проходящих от верхней стенки во внутреннее пространство (40) рамы. Крышка имеет верхнюю поверхность (54) и множество проходящих от нее элементов (26) для зацепления с боковыми стенками рамы. Крышка и рама образуют кожух для экранирования электронного компонента от радиочастот. Изобретение обеспечивает повышенную жесткость устройства и сокращает излучение или поступление в-ч сигналов из экранирующего устройства. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для экранирования от радиочастоты, содержащее

раму (22), проходящую, по существу, вокруг периметра электронного компонента, при этом рама содержит верхнюю стенку (36), отходящие от нее боковые стенки (38), и множество закраин (50) жесткости, проходящих от верхней стенки во внутреннее пространство (40) рамы, и

крышку (24), прикрепленную с возможностью ее съема к раме, при этом крышка содержит верхнюю поверхность (54) и множество элементов (26, 28), проходящих от нее для зацепления с боковыми стенками рамы, при этом крышка и рама образуют кожух для экранирования электронного компонента, отличающееся тем, что боковые стенки (38) отходят от верхней стенки и от центрального отверстия рамы под углом относительно верхней стенки.

раму (22), проходящую, по существу, вокруг периметра электронного компонента, при этом рама содержит верхнюю стенку (36), отходящие от нее боковые стенки (38), и множество закраин (50) жесткости, проходящих от верхней стенки во внутреннее пространство (40) рамы, и

крышку (24), прикрепленную с возможностью ее съема к раме, при этом крышка содержит верхнюю поверхность (54) и множество элементов (26, 28), проходящих от нее для зацепления с боковыми стенками рамы, при этом крышка и рама образуют кожух для экранирования электронного компонента, отличающееся тем, что закраины (50) жесткости проходят вниз от верхней стенки (36) под углом менее 20° относительно верхней стенки.

раму (22), проходящую, по существу, вокруг периметра электронного компонента, при этом рама содержит верхнюю стенку (36), отходящие от нее боковые стенки (38), при этом боковые стенки выполнены таким образом, что зазор между соседними стенками меньше габарита, соответствующего длине волны самой высокой рабочей частоты, и

крышку (24), прикрепленную с возможностью ее съема к раме, при этом крышка содержит верхнюю поверхность (54), множество отходящих от нее пружинных элементов (26) для зацепления с рамой, и множество центрирующих элементов (28), расположенных на углах крышки,

при этом крышка и рама образуют кожух для экранирования электронного компонента, и имеют три контактных точки заземления на каждом из угловых сопряжении между рамой и крышкой.