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Dokumentenidentifikation DE10303446A1 19.08.2004
Titel Vorrichtung zum Schutz von auf Flachbaugruppen verwendeten elektronischen Bauteilen vor einer Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Westhoff, Ludger, 46354 Südlohn, DE
DE-Anmeldedatum 29.01.2003
DE-Aktenzeichen 10303446
Offenlegungstag 19.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.08.2004
IPC-Hauptklasse H05F 3/02
IPC-Nebenklasse H01L 23/60   H02H 9/04   H01R 13/648   
Zusammenfassung Zum Schutz von elektronischen Bauteilen (8) auf einer Flachbaugruppe (1) vor der Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge zum Beispiel bei elektrischen Kontaktierungen von elektrischen Kontaktierungsstellen (2) auf der Flachbaugruppe (1) durch elektrische Kontaktierungsmittel (6) zwecks z. B. elektrischer Messungen, wobei die elektrischen Kontaktierungsmittel (6) elektrostatisch aufgeladen sein können, wird vorgeschlagen, elektrische Bauelemente (9) auf der Flachbaugruppe (1) als Blitzableiter einzusetzen, durch die sichergestellt ist, dass elektrostatische Entladungsvorgänge auf die Blitzableiter geführt und von den zu schützenden elektronischen Bauteilen (8) abgezogen sind. Es ist dadurch nicht mehr nötig, Mindestabstände zur Vermeidung von elektrostatischen Entladungen einzuhalten. Als Folge davon ist es möglich, eine fortgeschrittene Miniaturisierung (13) von Geräten (5) und weiter neue Designgestaltungen zu realisieren.

Beschreibung[de]

Vorrichtung zum Schutz von auf Flachbaugruppen verwendeten elektronischen Bauteilen vor einer Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei elektronischen Bauteilen auf Flachbaugruppen besteht das Problem, dass es zu Zerstörungen der elektronischen Bauteile kommen kann, wenn zum Beispiel bei einem externen Heranführen von elektrischen Kontaktierungsmitteln an elektrische Kontaktierungsstellen auf der Flachbaugruppe zum Beispiel zu Messzwecken elektrostatische Entladungen (ESD; Electro Static Discharges) auftreten.

Der Mensch lädt sich bei Bewegungen elektrostatisch auf. Die bei einer solchen Aufladung entstehende Spannung kann mehrere Tausend Volt betragen. Die durch die elektrostatische Ladung verursachte Spannung ist für den Menschen nicht gefährlich. Für elektronische Bauteile auf Flachbaugruppen, die sich im Nahbereich von elektrischen Kontaktierungsstellen auf der Flachbaugruppe befinden bzw. selbst eine solche elektrische Kontaktierungsstelle aufweisen, kann jedoch eine solche Spannung gefährlich sein. Sie kann unter anderem dann gefährlich sein, wenn die elektronischen Bauteile und die dazugehörigen technischen Strukturen für eine wesentlich geringere Spannung, zum Beispiel 3 bis 5 Volt, als die mögliche elektrostatische Spannung ausgelegt sind.

Flachbaugruppen müssen bei ihrer Herstellung mehrfach unter anderem auch elektrisch geprüft werden. Dazu sind auf der Flachbaugruppe die elektrischen Kontaktierungsstellen mit elektrischen Kontaktierungsmitteln zu kontaktieren, um durch Messung dort auftretender elektrischer Größen die Funktionsfähigkeit der Flachbaugruppe zu prüfen. Die Kontaktierungsstellen können dabei, wie wenigstens implizit schon erwähnt, im Nahbereich von elektronischen Bauteilen liegen oder ihnen sogar direkt zugeordnet sein. Beim Heranführen von elektrischen Kontaktierungsmitteln an die Kontaktierungsstellen durch einen Anwender, der elektrostatisch aufgeladen ist und durch den die elektrostatische Aufladung auf die elektrischen Kontaktierungsmittel übertragen ist, kann es zu elektrostatischen Entladungsvorgängen auf die elektronischen Bauteile kommen, durch die sie in der Regel dann zerstört werden.

Zum Schutz der elektronischen Bauteile auf Flachbaugruppen vor einer Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge können durch mechanische Maßnahmen Vorkehrungen getroffen sein, durch die sichergestellt sind, dass Mindestabstände zwischen einem herangeführten Gegenstand und den zu schützenden elektrischen Bauteilen nicht unterschritten werden. Das kann zum Beispiel durch ein Gehäuseteil eines Gerätes realisiert sein, das Führungskanäle aufweist, durch die unter Einhaltung der Mindestabstände gegenüber kritischen Gegenpunkten ein gelenkter Zugriff auf entsprechende elektrische Kontaktierungsstellen möglich ist. Als Mindestabstand kann beispielsweise ein Abstand von 10 mm angesehen werden.

Ein Nachteil einer solchen Lösung ist, dass damit einer Miniaturisierung von Geräten, beispielsweise mobilen oder stationären Kommunikationsendgeräten, Grenzen gesetzt sind. Heute geht aber der Trend verstärkt zu immer kleineren Geräten hin. Außerdem können durch die Vorgabe des Einhaltens vorgegebener Maße vielfach vorteilhafte Designgestaltungen nicht realisiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Schutz von elektronischen Bauteilen vor der Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge anzugeben, durch die unter Aufrechterhaltung der elektrischen Prüfbarkeit eine fortgeschrittene Miniaturisierung der Geräte möglich ist, in denen die elektronischen Bauteile vorkommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die danach konzipierte Vorrichtung weist zum Schutz von elektronischen Bauteilen vor einer Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge als Blitzableiter verwendete Bauelemente auf, die in der Weise positioniert und ausgebildet sind, dass sie die elektrostatischen Entladungsvorgänge nicht nur auffangen sondern mit Wirkung auf sich selbst sogar regelrecht auslösen, und zwar bevor diese auf ein zu schützendes elektronisches Bauteil einwirken kann. Dies ist möglich, weil der Strom stets den Weg des geringsten Widerstandes geht und weil ihm ein solcher Weg bewusst angeboten wird.

Damit wird im Gegensatz zu einer Lösung auf der Basis des Einhaltens von Mindestabständen mit mechanischen Mitteln ein Weg beschritten, der die elektrostatische Entladung grundsätzlich nicht verhindert sondern bewußt in Kauf nimmt. Sie wird allerdings in der Weise in Kauf genommen, dass sie, gegebenenfalls erst im letzten Augenblick, von einem zu schützenden elektronischen Bauteil abgezogen wird.

Da auf diese Weise sichergestellt ist, dass elektrostatische Entladungen von einem zu schützenden elektronischen Bauteil ferngehalten sind, brauchen Mindestabstände zur Vermeidung von elektrostatischen Entladungen nicht mehr eingehalten werden. Dadurch kann ein fortgeschrittener Grad an Miniaturisierung bei einem betreffenden elektrischen Gerät erreicht werden. Außerdem können vormals durch die Einhaltung von Mindestabständen verhinderten Designvarianten nunmehr umgesetzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Als Blitzableiter bieten sich alle Bauelemente an, insbesondere metallische Bauelemente, die mit dem Massepotential in Verbindung stehen und die durch einen elektrostatischen Entladevorgang nicht zerstört werden. Derartige Bauelemente können für ihre Aufgabe erst explizit vorzusehen sein. Sie können aber auch durch Bauteile realisiert sein, die bereits bei einer elektrischen Schaltung vorhanden sind. Solche Bauteile stellen zum Beispiel Hochfrequenz-Rahmen oder Hochfrequenz-Deckel dar, die für Hochfrequenz-Schaltungsteile häufig ohnehin vorhanden und geerdet sind. Außerdem sind die Hochfrequenz-Rahmen bzw. Hochfrequenz-Deckel robust genug, dass sie eine elektrostatische Entladung auf sie unbeschadet überstehen.

Es reicht für eine Schutzwirkung gegebenenfalls aus, wenn ein geerdetes schirmartiges Teil, beispielsweise von einem verwendbaren benachbarten elektrischen Bauteil abstehend, vorhanden ist, das wenigstens bis an eine Zugriffslinie bezüglich einer elektrischen Kontaktierungsstelle reicht. Unter Zugriffslinie ist eine solche Linie zu verstehen, auf der ein elektrisches Kontaktierungsmittel an eine betreffende elektrische Kontaktierungsstelle zwecks einer elektrischen Kontaktierung herangeführt ist.

Das schirmartige Teil kann mit seinem freien Ende quasi in der Art eines abstehenden Zeigefingers mit seiner Spitze genügend nah in den Bereich eines zu schützenden elektronischen Bauteils gebracht werden, so dass eine ansonsten auf das zu schützende elektronische Bauteil überspringende elektrostatische Entladung jetzt auf das schirmartige Teil überspringt.

Befindet sich das schirmartige Teil teilweise oder ganz im Weg einer oben angesprochenen Zugriffslinie kann das schirmartige Teil ohne weiteres mit einer entsprechenden Aussparung oder Durchführung versehen sein, so dass die zu der zugehörigen Kontaktierungsstelle führende Zugriffslinie selbst nicht unterbrochen wird.

Insgesamt sind die Blitzableiter in der Weise ausgeführt und positioniert, dass ein elektrisches Kontaktierungsmittel auf seinem Weg zu einer elektrischen Kontaktierungsstelle zur Herstellung eines elektrischen Kontakts wenigstens einmal so nah an einem Blitzableiter vorbeigeführt wird, dass es im Falle einer elektrostatischen Aufladung der elektrischen Kontanktierungsmittel zu einer elektrostatischen Entladung auf den betreffenden Blitzableiter kommt, bevor die elektrostatische Entladung auf ein zu schützendes elektronisches Bauteil überspringt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 einen Stand der Technik in einer Detaildarstellung und in einem Schnitt,

2 einen Stand der Technik gemäß der 1 in einer umfassenderen dreidimensionalen und an einer Seite geschnittenen Darstellung,

3 einen Stand der Technik gemäß der 2 in einer Seitendarstellung und in einem Schnitt,

4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Draufsicht auf eine Flachbaugruppe,

5 eine dreidimensionale Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß der 4, und

6 eine im Schnitt angegebene Seitenansicht eines elektrischen Geräts mit einer eingebauten Flachbaugruppe gemäß der 4 bzw. 5.

In der 1 ist eine Flachbaugruppe 1 zu sehen mit einer elektrischen Kontaktierungsstelle 2, der ein Prüfdom bzw. Prüfschafft 3 zugeordnet ist.

Der Prüfdom bzw. Prüfschafft 3 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Teil eines Kunststoffgehäuses 4 eines elektrischen Geräts 5 (2, 3 und 6), das in der 1 nur andeutungsweise dargestellt ist.

Der Prüfdom bzw. Prüfschafft 3 endet im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,5 mm vor der Flachbaugruppe 1. Der Prüfdom bzw. Prüfschafft 3 hat gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Innendurchmesser von mindestens 3,2 mm und einen Außendurchmesser von 5 mm. Die Höhe bzw. Tiefe des Prüfdoms bzw. Prüfschaffts 3 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mindestens 10 mm.

Der Prüfdom bzw. Prüfschafft 3 ist nach außen hin offen und hat zur elektrischen Kontaktierungsstelle 2 hin eine Durchführung. Insgesamt kann auf diese Weise mittels einer zum Beispiel elektrischen Messspitze bzw. Kontaktierungsspitze eines elektrischen Kontaktierungsmittels 6 von extern kommend durch den Prüfdom bzw. Prüfschafft 3 hindurch gegriffen werden und es kann eine Kontaktierung mit der elektrischen Kontaktierungsstelle 2 auf der Flachbaugruppe 1 beispielsweise zwecks elektrischer Messungen hergestellt werden.

In der 2 ist ein elektrisches Gerät 5 zu sehen, das im Ausführungsbeispiel durch eine auf die Oberseite gelegte stationäre Kommunikationsbasisstation gebildet ist. Die Kommunikationsbasisstation ist in der 2 an einer Seite aufgeschnitten gezeigt. Dadurch ist ein Blick in das Innere der Kommunikationsbasisstation möglich. Im Inneren sind mehrere elektrische Kontaktierungsstellen 2 auf der Flachbaugruppe 1 sowie den Kontaktierungsstellen 2 zugeordnete Prüfdome bzw. Prüfschäffte 3 zu sehen. Das Gehäuse des elektrischen Geräts 5 ist ein Kunststoffgehäuse 4, so wie es in der 1 angesprochen worden ist. Die Prüfdome bzw. Prüfschäffte 3 sind in das Kunststoffgehäuse 4 eingeformt. Gemäß der 2 sind die Prüfdome bzw. Prüfschäffte 3 in einer Bodenwanne 7 des Kunststoffgehäuses 4 eingeformt. Auf diese Weise ist auch bei einem geschlossenen Kuststoffgehäuse 4 ein Zugriff von außen kommend auf die auf der innenliegenden Flachbaugruppe 1 angeordneten Kontaktierungsstellen 2 mit entsprechenden Kontaktierungsmitteln 6 möglich.

Wie in der 2 ferner gezeigt, sind auf der Flachbaugruppe 1 mehrere elektronische Bauteile 8 angeordnet.

Die 3 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß der 2 in einer seitlichen Schnittdarstellung. Zu sehen sind insbesondere die Prüfdome bzw. Prüfschäffte 3 in der Bodenwanne 7 des Kunststoffgehäuses 4 und die Flachbaugruppe 1 mit elektronischen Bauteilen 8.

In den 4 und 5 ist eine Draufsicht bzw. eine perspektivische Sicht auf eine Flachbaugruppe 1 mit elektronischen Bauteilen 8 zu sehen. Weiter ist ein Hochfrequenz-Rahmen bzw. Hochfrequenz-Deckel 9 gezeigt, der eine hochfrequenztechnische Schaltungsbaugruppe auf der Flachbaugruppe 1 abschirmt und zu diesem Zweck auch geerdet ist.

Der Hochfrequenz-Rahmen bzw. Hochfrequenz-Deckel 9 weist ein schirmartiges Teil 10 auf, das mit seinem freien Ende von den übrigen Teilen des Hochfrequenz-Rahmens bzw. Hochfrequenz-Deckels 9 absteht. Das schirmartige Teil 10 überdeckt elektrische Kontaktierungsstellen 2 auf der Flachbaugruppe 1 und zwar über eine Zugriffslinie 11 hinaus, auf der ein direkter Zugriff mittels zum Beispiel elektrischer Kontaktierungsmittel 6 (in den 4 und 5 nicht näher dargestellt) von entfernt her auf die Kontaktierungsstellen 2 der Flachbaugruppe 1 möglich ist. Damit dieser Zugriff auch tatsächlich möglich ist, weist das schirmartige Teil 10 Durchgangsöffnungen 12 auf, durch die eine ununterbrochene Zugriffslinie 11 sichergestellt ist.

Die 6 zeigt nochmal ein elektrisches Gerät 5, in dem eine Flachbaugruppe 1 mit zu schützenden elektronischen Bauteilen 8 gemäß der 4 bzw. 5 eingebaut ist. Die Flachbaugruppe 1 weist einen Hochfrequenz-Rahmen bzw. einen Hochfrequenz-Deckel 9 auf mit einem schirmartigen Teil 10, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel einerseits wie ein Zeigefinger von dem Hochfrequenz-Rahmen bzw. Hochfrequenz-Deckel 9 absteht und andererseits Kontaktierungsstellen 2 auf der Flachbaugruppe 1 überdacht. Direkt über den Kontaktierungsstellen 2 auf der Flachbaugruppe 1 weist das schirmartige Teil 10 eine Durchgangsöffnung 12 auf. Direkt über der Durchgangsöffnung 12 des schirmartigen Teils 10 wiederum weist das Kunststoffgehäuse 4 des elektrischen Geräts 5 eine Öffnung auf. Ein elektrisches Kontaktierungsmittel (6) (1) kann durch diese Öffnung und durch die Durchgangsöffnung 12 des schirmartigen Teils 10 hindurchgreifen und die auf der Flachbaugruppe 2 angeordneten elektrischen Kontaktierungsstellen 2 elektrisch kontaktieren. Die Umrandung der Durchgangsöffnung 12 ist dabei so bemessen, dass es beim Hindurchgreifen des elektrischen Kontaktierungsmittels 6 (1), welches elektrostatisch aufgeladen ist, zu einem Überspringen der elektrostatischen Ladung auf das schirmartige Teil 10 und damit auf den geerdeten Hochfrequenz-Rahmen bzw. Hochfrequenz-Deckel 9 kommt. In weiterer Folge kommt es dann zu einem Ableiten der elektrostatischen Ladung auf das Massepotential der Flachbaugruppe 1. Dieser Vorgang ist in der 6 durch einen Blitz-Pfeil kenntlich gemacht.

Durch das Vorsehen von Blitzableitern zum Ableiten von elektrostatischen Ladungen ist es nicht mehr notwendig, Mindestabstände einzuhalten. Es ist deshalb möglich, das Kunststoffgehäuse des elektrischen Geräts 5 zu verkleinern. Dieser Umstand ist durch die gestrichelte Linie kenntlich gemacht, auf welche ein Pfeil zeigt, der mit dem Bezugszeichen 13 markiert ist.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Schutz von auf Flachbaugruppen verwendeten elektronischen Bauteilen vor einer Zerstörung durch elektrostatische Entladungsvorgänge insbesondere bei einem externen Heranführen von mit elektrostatischer Ladung beaufschlagten elektrischen Kontaktierungsmitteln an elektrische Kontaktierungsstellen auf der Flachbaugruppe, dadurch gekennzeichnet , dass als Blitzableiter verwendete Bauelemente (9) vorgesehen sind, durch die die elektrostatische Ladung vor einem Überschlag auf ein zu schützendes elektronisches Bauteil (8) auf sich gezogen und auf ein Massepotential abgeleitet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Blitzableiter verwendete Bauelemente (9) wenigstens in Teilbereichen metallische Bauelemente sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein einziges der als Blitzableiter verwendeten Bauelemente (9) durch einen geerdeten Hochfrequenz-Rahmen bzw. Hochfrequenz-Deckel gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein einziges der als Blitzableiter verwendeten Bauelemente (9) ein schirmartiges Teil (10) aufweist, das wenigstens bis an eine Zugriffslinie (11) einer elektrischen Kontaktierungsstelle (2) reicht, auf der ein herangeführtes elektrisches Kontaktierungsmittel (6) für einen Zugriff auf die betreffende zugehörige elektrische Kontaktierungsstelle (2) bewegt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bis zu einer Zugriffslinie (11) und gegebenenfalls darüber hinaus reichenden schirmartigen Teil (10) an dem schirmartigen Teil (10) an entsprechenden Positionen eine Aussparung bzw. eine Durchgangsöffnung (12) vorgesehen ist zum Freihalten der jeweils betreffenden Zugriffslinie (11) für einen Zugriff auf eine zugeordnete Kontaktierungsstelle (2) durch ein betreffendes Kontaktierungsmittel (6).
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
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D Textilien; Papier
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F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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H Elektrotechnik

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