DE10147109A1

DE10147109A1 - Leiter und Basismaterial für Leiterplatten mit reduziertem Skineffekt

Info

Publication number: DE10147109A1
Application number: DE2001147109
Authority: DE
Inventors: Helmut Katzier; Renate Reischl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leiter auf einer Ebene isolierenden Trägermaterials zur Skineffekt-reduzierten Leitung von hochfrequenten Signalen und ein Basismaterial für die Herstellung von Leiterplatten mit einer Skineffekt-reduzierten Leitung hochfrequenter Signale. Der Leiter bzw. eine Schicht des Basismaterials ist aus einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials und Isoliermaterials gebildet. Aus dieser Schicht wird bei der Herstellung von Leiterplatten das Leiterprofil geätzt. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die durch den Skineffekt bedingte Dämpfung von Signalen bei hohen Frequenzen stark reduziert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiter auf einer Ebene isolierenden Trägermaterials zur Skineffekt-reduzierten Leitung von hochfrequenten Signalen und ein Basismaterial für die Herstellung von Leiterplatten mit einer Skineffekt-reduzierten Leitung hochfrequenter Signale.

Die Baugruppen komplexer elektronischer Systeme, wie z. B. Vermittlungsanlagen in der Vermittlungstechnik, werden mit Hilfe von Mehrebenenleiterplatten aufgebaut. Die Ebenen einer Mehrebenenleiterplatte bestehen aus mehreren Lagen. In der Regel wird ein Leitermaterial auf isolierendes Trägermaterial aufgebracht (Fig. 1a). Die Strukturierung des Leiterbilds erfolgt meist durch Ätzung in den Lagen aus Leitermaterial (Fig. 1b).

Bei dem Betrieb von aus Mehrebenenleiterplatten gebildeten Baugruppen treten mit steigender Frequenz zunehmend Verluste durch die dielektrischen Eigenschaften des Isolierstoffs und durch den Skineffekt des Leitermaterials auf. Diese frequenzabhängigen Verluste führen zu einer Dämpfung und Verzerrung der elektrischen Signale. Die dielektrischen Verluste können durch Verwendung von Isolierstoffen mit geringem Verlustfaktor reduziert werden. Eine Reduktion der Skineffekt-Verluste ist durch eine Vergrößerung des Leiterquerschnitts möglich. Für die derzeitigen Baugruppen und Module stellt die Vergrößerung des Leiterquerschnitts nur bedingt eine praktikable Lösung dar, da diese häufig eine erhebliche Leiterdichte zur Übertragung von hochfrequenten Signalen aufweisen.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen Weg zur Reduktion von Verlusten durch den Skineffekt aufzuzeigen, der nicht auf der Vergrößerung des Leiterquerschnitts basiert.

Die Aufgabe wird durch einen Leiter nach Anspruch 1, bzw. durch Basismaterial für die Herstellung von Leiterplatten nach Anspruch 3 und mit Hilfe dieses Basismaterials hergestellte Leiterplatten nach Anspruch 4 und 6 gelöst.

Der erfindungsgemäße Leiter ist mit einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials und Isoliermaterials gebildet (Anspruch 1). Bei dem Leiter treten erheblich geringere Verluste durch den Skin-Effekt als bei herkömmlichen Leitern auf. Die Dicke und die Anzahl der einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials und Isoliermaterials sind nach Maßgabe der Frequenz bzw. der frequenzabhängigen Dämpfung der über den Leiter zu übertragenden Signale gegeben (Anspruch 2). Die Dicke und Anzahl der Lagen wird nach Maßgabe der übertragenen Signale bzw. deren Frequenzen gewählt. Auf diese Weise kann anforderungsabhängig der Aufwand bei der Herstellung des Leiters minimiert werden.

Das erfindungsgemäße Basismaterial ist mit einer Schicht isolierenden Trägermaterials gebildet, auf der einseitig oder beidseitig eine Schicht Leitermaterial aufgebracht ist. Dieses Leitermaterial ist aus einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials und Isoliermaterials gebildet (Anspruch 3). Das Basismaterial erlaubt die Herstellung von Leiterplatten (Anspruch 6) mit reduziertem Skin-Effekt. Das Basismaterial kann beispielsweise durch abwechselndes Bedampfen oder Verkleben hergestellt sein (Anspruch 5).

Eine erfindungsgemäße Mehrebenenleiterplatte weist eine Ebene auf, die mit dem Basismaterial nach Anspruch 3 gefertigt ist, und eine Ebene, die mit herkömmlichem Basismaterial gefertigt ist (Anspruch 7). Es ist vorteilhaft, bei einer Mehrebenenleiterplatte nur die Ebenen mit dem erfindungsgemäßen Basismaterial zu fertigen, bei denen die Frequenzen der übertragenen Signale so hoch sind, dass eine Reduktion der Dämpfung durch den des Skin-Effekts erforderlich ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstands ist in Anspruch 4 angegeben.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a Herkömmliches Basismaterial für Mehrebenenleiterplatten,
Fig. 1b Herkömmliches Basismaterial mit Strukturierung
Fig. 2 Erfindungsgemäßes Basismaterial
Fig. 3 Vergleich des Dämpfungsverlaufs eines homogenen und eines erfindungsgemäß geschichteten Leiters in Abhängigkeit der Frequenz
Fig. 4 Mehrebenenleiterplatte mit herkömmlichen Kupferlagen und Skin-Effekt-reduzierten Lagen
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
In Fig. 1 ist eine Ebene aus isolierendem Trägermaterial TM dargestellt, die beidseitig mit Leitermaterial LM, z. B. Kupfer, kaschiert ist. Aus derartigen, mit Leitermaterial LM kaschierte Isolierstoff IS werden Mehrebenenleiterplatten gebildet, indem man verschiedene Lagen z. B. durch Klebefolien verbindet. In Fig. 1b ist gezeigt, dass durch Strukturierung der Leitermateriallagen, die z. B. durch Ätzung oder Lasertechnik vorgenommen wird, das Leiterbild LB entsteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Basismaterial besteht das Leitermaterial LM aus sich abwechselnden Schichten aus einem leitfähigen Material LFM und einem Isolationsmaterial IM. In Fig. 2 ist eine Ebene isolierendem Trägermaterials TM beidseitig kaschiert mit erfindungsgemäßem Leitermaterial LM und ein vergrößerter Ausschnitt des Leitermaterials LM gezeigt. Als Isolationsmaterial IM kann beispielsweise das Material für die Herstellung des isolierenden Trägermaterials TM verwendet werden. Die Anzahl der Schichten wird je nach Anwendung gewählt. Je nach Anwendung kann die Anzahl der Schichten beispielsweise zwischen 2-32 variieren.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Signaldämpfung D in Abhängigkeit der Frequenz f für einen erfindungsgemäßen, geschichteten Leiter gL und eine herkömmlichen Leiter hL aufgetragen. Im Vergleich des Dämpfungsverlaufs zwischen dem homogenen, herkömmlichen Leiter und dem mit dem erfindungsgemäßen Leitermaterial LM hergestellten Leiter wird deutlich, dass die 3 dB Grenze, die die Halbwertsdämpfung von Signalen anzeigt, bei dem erfindungsgemäßem Leitermaterial LM erst bei deutlich höheren Frequenzen unterschritten wird.
Das erfindungsgemäße Basismaterial wird deshalb vorteilhaft bei hochfrequenter Signalübermittlung eingesetzt. Es empfiehlt sich eine anforderungsabhängige Verwendung herkömmlichen und erfindungsgemäßen Basismaterials, die beispielsweise je nach Anforderung an eine Ebene einer Mehrebenenleiterplatte erfolgt. In Fig. 4 ist eine Mehrebenenleiterplatte mit herkömmlichen hLM und geschichteten Leitermaterial gLM gezeigt. Die einzelnen Ebenen sind mit Hilfe von Klebefolien Prepreg miteinander verbunden.

Claims

1. Leiter auf einer Ebene isolierenden Trägermaterials (TM) zur Skineffekt-reduzierten Leitung von hochfrequenten Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter mit einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials (LFM) und Isoliermaterials (IM) gebildet ist.

2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke und die Anzahl der einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials (LFM) und Isoliermaterials (IM) nach Maßgabe der Frequenz bzw. der frequenzabhängigen Dämpfung der über den Leiter zu übertragenden Signale gegeben sind.

3. Basismaterial für die Herstellung von Leiterplatten mit einer Skineffekt-reduzierten Leitung hochfrequenter Signale, dadurch gekennzeichnet,
dass das Basismaterial mit einer Schicht isolierenden Trägermaterials (TM) gebildet ist, auf der einseitig oder beidseitig eine Schicht Leitermaterials (LM) aufgebracht ist, und
dass das Leitermaterial (LM) aus einander abwechselnden Lagen leitfähigen Materials (LFM) und Isoliermaterials (IM) gebildet ist.

4. Basismaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass das Leitermaterial (LM) mit mehreren Folgen leitfähigen Materials (LFM) und Isoliermaterials (IM) bebildet ist, und
dass bei dem Leitermaterial (LM) die Anzahl der Lagen aus leitfähigen Material (LFM) um eins größer als die Anzahl der Lagen aus Isoliermaterial (IM) ist.

5. Basismaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen aus leitfähigen Material (LFM) und Isoliermaterial (IM) durch abwechselndes Bedampfen oder Verkleben hergestellt sind.

6. Leiterplatte, gebildet mit Basismaterial nach Anspruch 3

7. Mehrebenenleiterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrebenenleiterplatte eine Ebene aufweist, die mit dem Basismaterial nach Anspruch 3 gefertigt ist, und eine Ebene aufweist, die mit herkömmlichem Basismaterial gefertigt ist.