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Halterung für ein Substrat in einer Mikrowellenbaugruppe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für ein isolierendes
Substrat, beispielsweise Keramik oder Glas, in einer Mikrowellenbaugruppe, bei der
gemäß dem Hauptpatent . ... ...
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(Akt.Z. P 24 56 351) im Gehäuseboden der Baugruppe ein Halteelement
fest montierbar ist mit einem in der Höhe definierten Ansatz, der auf der Oberseite
des Substrats anliegt, und zwischen Gehäuseboden und Substrat ein federndes Kontaktblech
angeordnet ist, das das Substrat gegen den Ansatz drückt.
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Hochfrequenz-Schichtschaltungen (MIC's) werden in zunehmendem Maß
zur Lösung von Mikrowellenproblemen eingesetzt. In erster Linie kommen dafür Dünn-
und Dickschichttechnik in Betracht.
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Die Schichtschaltungen werden dabei im allgemeinen auf einem Substrat
aus Keramik oder Glas aufgebracht. Technologische Besonderheiten, z.B. Grenzen der
möglichen Substratabmessungen sowie hoher Kostenaufwand für Entwicklung und Herstellung
bringen es mit sich, daß die Anwendung dieser hochwertigen Techniken auf solche
Schaltkreise beschränkt wird, für die sie aufgrund erhöhter hochfrequenztechnischer
oder sonstiger Anforerungen erforderlich sind.
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Treten diese erhöhten Anforderungen nur in einzelnen Teilen einer
kompexeren Schaltung oder eines Systems auf, so wird man deshalb bemUht sein, nur
diese Teile als HF-Schichtschaltung
auszuführen und alle anderen
möglichst in billigeren Standardtechniken zu realisieren. Dabei entsteht neben dem
Problem, die in verschiedenen Techniken ausgeführten Teilschaltkreise auf wirtschaftliche
und raumsparende Weise unter Gewährleistung guter elektrischer und mechanischer
Eigenschaften miteinander zu verbinden auch das Problem, das Substrat in einfacher
Weise in einer Trägerplatte oder innerhalb einer Mikrowellenbaugruppe zu befestigen.
Häufig ist es dabei von Vorteil, wenn sich die Schichtschaltung nicht nur leicht
und schonend einbauen, sondern auch ebenso mühelos wieder ausbauen läßt. Diese gilt
beispielsweise für Reperaturzwecke, den Austausch defekter Schaltkreise oder für
Messungen und Kontrollen, die in eingebautem Zustand nicht durchführbar sind.
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Zur Lösung dieses Problems wurde gemäß dem Hauptpatent eine Halterung
vorgeschlagen mit einem im Gehäuseboden der Baugruppe fest kmontierbaren Halteelement
mit einem in der Höhe definierten Ansatz, der auf der Oberseite des Substrates anliegt'und
einem zwischen Gehäuseboden und Substrat angeordneten federnden Kontaktblech, das
das Substrat gegen den Ansatz drückt. Das Halteelement besteht dabei beispielsweise
aus einer Schraube, deren Kopf einen an der Oberseite des Substrats anliegenden
exzentrischen Ansatz aufweist und auf die von der Unterseite des Gehäusebodens her
eine Mutter aufschraubbar ist oder aus einem stufenförmig abgesetzten Halteklotz,
der mit seinem stufenförmigen Absatz an der Oberseite des Substrats anliegt, und
einer in den Halteklotz und den Gehäuseboden eingreifenden Schraube.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterung der eingangs
beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß bei bruchsicherem und platzsparendem
Einbau und leichter Auswechselbarkeit des Substrates und einem guten Massekontakt
des Substrates mit dem Gehäuseboden eine spielfreie und genaue Einbaulage der Substrate
auch bei den gegebenen mechanischen und thermischen Beanspruchungen gewährleistet
und durch genaue
Rzitionierung der Substrate zueinander und zu den
MF-Ausgängen eine Minimierung der elektrischen Reflexion gegeben ist. Die Substrate
sollen dabei in den üblichen, platten- und wannenförmigen Gehäuseformen auf der
Gehäusevorder- und -Rückseite befestigt werden können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß das
Halteelement aus einem stufenförmig abgesetzten Halteklotz mit einem Schaft und
einem in der Einbaulage auf dem Substrat aufliegenden Ansatz über den Schaft drehbar
und axial spielfrei gelagert ist und daß der Schaft zur Drehachse exzentrisch geformt
ist, derart, daß in der Einbaulage der Bereich der gekrtirnmten Außenkontur mit
größerem Abstand zur Drehachse am Substrat anliegt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen,
daß der Halteklotz auf einem Schraubstift, einem Nietstift, oder in den Gehäuseboden
eingesetzten Preßstift gelagert ist oder daß der Halteklotz einen stiftförmigen,
im Gehäuseboden gelagerten Ansatz aufweist. Die Elemente für die Lagerung des Halteklotzes
können dabei in vorteilhafter Weise auch in eine in den Gehäuseboden eingepreßte
Buchse eingesetzt sein.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausfhhrungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen Figuren 1 bis 10 verschiedene Ausführungsformen des Halteelementes
Jeweils in einem Längsschnitt und einer Draufsicht und Figur 11 ~inen Ausschnitt
eines Gehäuses mit eingesetztem und betestigtem Substrat.
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Die Positionierung sowie das Niederhalten der Substrate 11 wird mit
Hilfe von Halteelementen bewirkt, die aus stufenförmig ab-
gesetzten
Halteklötzen 1, 8 mit einem Schaft und einem im Bereich A auf dem Substrat 11 aufliegenden
Ansatz 5 bestehen. Die Haltklötze können beispielsweise aus zwei übereinander angeordneten,
in der Längsachse gegeneinander versetzten Zylindern unterschiedlichen Durchmessers
und gegebenenfalls Querschnitts aufgebaut sein, wobei der den Ansatz bildende Abschnitt
mit dem größeren Durchmesser an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ist, und
dieser abgeflachte Teil nicht über das Substrat hinwegragt. Die Halteklötze sind
über den Schaft drehbar und axial spielfrei auf einem im Gehäuseboden 3 befestigten
Verbindungsstift gelagert, der aus einer Zylinderschraube 2 (Ausführungsbeispiele
nach den Figuren 1, 2 und 5, 6), einem Preßstift (Ausführungsbeispiel nach den Figuren
3, 4), einem Nietstift 4 (Ausführungsbeispiel nach den Figuren 7, 8) oder einem
stiftförmigen Ansatz 9 am Haltklotz 8 (Ausführungsbeispiel nach den Figuren 9, 10)
besteht. Der Halteklotz 1 weist in seinem seitlich am Substrat anliegenden Schaft
eine Längsbohrung zur Aufnahme des als Lagerung dienenden Verbindungsstiftes auf.
Der Schaft, dessen Außenkontur wenigstens im Bereich der Anlage am Substrat bogenförmig
verläuft, ist in Bezug auf die Drehachse exzentrisch geformt, derart, daß in der
Einbaulage des Substrats der Bereich mit größerem Abstand zur Drehachse am Substrat
anliegt. Dadurch wird bei der Montage eine genaue Positionierung des Substrates
erreicht, indem dieses beim Verdrehen des Halteklotzes über den zunehmenden Durchmesser
des Schaftes in die richtige Lage gebracht wird. Gleichzeitig wird dabei der über
den Schaft (Fig. 1 bis 8) bzw. den Drehachsendurchmesser (Fig. 9, 10) hinwegragende
Ansatz 5 über das Substrat 11 geschoben, das durch den Federdruck des zwischen dem
Substrat 11 und dem Gehäuseboden 3 angeordneten Kontaktbleches 12 is Auflagebereich
A gegen den Ansatz 5 gedrückt wird. Der Halteklotz 1 bzw. 8 kann aus Kunststoff
gespritzt oder aus Metall gedreht werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ist die Schraube
2 zur Führung des Halteklotzes in eine Gewindebohrung des Gehäusebodens 3 eingeschraubt.
In der Betriebslage kann der
Halteklotz durch Festziehen der Schraube
2 auf den Gehäuseboden 3 gepreßt werden. Bei den Ausführungsformen nach den Figuren
3 bis 8 ist Jeweils eine Buchse 6 vorgesehen, die in eine Bohrung des Gehäusebodens
eingepreßt ist und eine exzentrisch angeordnete Bohrung zur Aufnahme der Schraube
2 bzw. eines Verbindungsstiftes aufweist. Die Schraube 2 wird dabei über eine an
der Unterseite der Buchse 6 aufgeschraubte Mutter 7 (Fig. 5) befestigt, während
der Verbindungsstift 2 in Fig. 3 in die Buchse 6 eingepreßt wird. Der Außendurchmesser
der in den Gehäuseboden 3 eingepreßten Buchse 6 ist auf seiner halben Länge profiliert.
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Dieses ähnlich einem Rändel ausgebildete Profil ist so dimensioniert,
daß trotz grober Tolerierung des Preßsitzes, selbst bei härtesten Umweltbedingungen
in mobilen Geräten, eine sichere Halterung der Substrate gewährleistet ist. Der
übrige Buchsenaußendurchmesser ist geringfügig kleiner als die Gehäusebohrung, wodurch
sich die Buchse leicht und schnell positionieren und einpressen läßt.
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Die Ausflihrurigsform nach den Figuren 3 und 4 kann man dahingehend
abändern, daß die Befestigung des Verbindungsstiftes in der Buchse anstelle von
Einpressen in der Weise erfolgt, daß der Verbindungsstift in diesem Bereich mit
einem Abschnitt verminderten Durchmessers versehen wird, also eine Eindrehung aufweist,
und die Buchse in diesem Bereich an der Seite der geringeren Wandstärker derart
eingekerbt wird, daß der eingedrückte Teil an der Eindrehung des Verbindungsstiftes
anliegt.
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Bei der Ausführungsform nach den Figuren 7 und 8 ist als Verbindungselement
ein Nietstift 4 vorgesehen, der in einer in den Gehäuseboden 3 eingepreßten Buchse
6 eingesetzt ist.
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Bei der Ausführungsform nach den Figuren 9 und 10 ist der Halteklotz
8 auf einer Achse 9 gelagert, die in der seitlichen Bohrung einer Buchse 6 geführt
und Bestandteil des Halteelementes ist. Das aus einem Stück bestehende Halteelement,
also Halteklotz mit Achse, weist in seinem Längsschnitt einen mehrfach abgestuften
Aufbau
auf. Der obere Bereich mit dem größten Durchmesser bildet den auf dem Substrat 11
aufliegenden Ansatz. Daran schließt sich ein zur Drehachse exzentrisch geformter
Absatz geringeren Durchmessers an, der in der Einbaulage an der Seite des Substrats
11 anliegt. Der weitere, im Querschnitt kreisförmige Abschnitt, der in einer Bohrung
der Buchse 6 geführt ist, bildet die Lagerung (Achse 9) des Halteelementes. An diesen
schließt sich ein Abschnitt mit einer über den Drehachsendurchmesser ragenden Nase
10 an. Im montierten Zustand greifen die Nase 10 und der sich an den oberen Abschnitt
anschließende exzentrische Abschnitt über die Buchsenstirnseiten, wodurch das Halteelement
in axialer Richtung geführt wird. Das Halteelement kann aus Kunststoff gespritzt
oder aus Metall gedreht werden. Es kann auch aus Verbundmaterial bestehen. Dabei
kann für das tragende Gerippe ein Neusilberdraht verwendet werden, der in der Kunststoffspritzmaschine
mitgeführt und zweckentsprechend umspritzt wird.
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Die jeweilige Befestigungsart hinsichtlich der direkten Befestigung
im Gehäuseboden oder mittels einer Buchse hängt vom Werkstoff der Gehäuse ab. In
allen Fällen Jedoch sind nur Bohrungen bzw. Gewinde im Gehäuseboden erforderlich.
Damit ist die Befestigung und die Lage der Halteelemente unabhängig vom Gehäuseaufbau
und den Gehäusetoleranzen. Die Positionsgenauigkeit der Substrate zueinander und
in Bezug auf ihre elektrischen Anschlüsse hängt hierbei im wesentlichen von den
Bohrungsabstandstoleranzen ab. Diese Abstandstoleranzen lassen sich mit Bohrschablonen
oder auf einer NC-Machine problemlos mit der notwendigen Genauigkeit erreichen.
Zur Einhaltung der gewünschten Höhenlage der Leiterbahnebenen der Substrate ist
zwischen dem Substrat 11 und dem Gehäuseboden 3 jeweils ein Kontaktblech 12 angeordnet.
Dieses Kontaktblech 12 drückt mit Hilfe seiner geschränkten Federlamellen 13 das
Substrat 11 gegen die Fläche A am Halteklotz bzw. Halteelement und stellt gleichzeitig
den elektrischen Massekontakt vom Substrat zum Gehäuse her. Durch das Andrücken
des Substrates 11 an die Fläche A des Halteklotzes wird ein geringer Höhenversatz
der
Leiterbahnen gewährleistet. Darüberhinaus hat der Einbau des
Kontaktbleches 12 den Vorteil, daß mechanische Einwirkungen gedämpft werden. Durch
die Verwendung des Exzenters am Halteklotz können die Toleranzen der Substrate,
der Bohrungsabstände und die Toleranzen des Halteklotzes selbst völlig ausgeschlossen
werden. Mit dem Exzenter lassen sich die Substrate in Bezug auf ihre Lage Justieren
und damit der seitliche Versatz der zu verbindenden Leiterbahnen auf ein Minimum
reduzieren. Somit kann der Reflexionsfaktor an der Verbindungsstelle von Substraten
und von den Substraten zu den Geräteein- und -ausgängen minimiert werden. Für den
Ein- und Ausbau der Substrate sind die Halteklötze nur um 90° zu drehen, wodurch
ein schneller Substratwechsel möglich ist. Die erfindungsgemäße Halterung, die sehr
einfach und rationell herstellbar ist, gewährleistet eine sichere Funktion über
einen großen Temperaturbereich (von ca.
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- 600C bis + 1250C) und bei großen Stoßbeanspruchungen.
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Fig. 11 zeigt in einer Teildarstellung ein Gehäuse mit eine; Rahmen
14 und einem Gehäuseboden 15, auf dem ein Substrat 11 aufliegt, das mittels Halteelementen
gemäß den Figuren 9 und 10 gehalten ist. Neben dem auf dem Gehäuseboden 15 aufliegenden
Substrat 11 ist in einer Explosivdarstellung ein weiteres Substrat 11 und ein zwischen
Substrat und Gehäuseboden angeordnetes Kontaktblech 12 dargestellt. Mit der beschriebenen
Halterung lassen sich mehrere Substrate gleichzeitig nebeneinander und hintereinander
anordnen und sicher befestigen. Durch den einfachen Drehverschluß ist ein schneller
und sicherer Einbau und Ausbau der Substrate möglich, ohne daß das Halteelement
selbst aus seiner Verankerung gelöst werden muß.
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7 PatentansprUche 11 Figuren
L e e r s e i t e