DE102006058000B4

DE102006058000B4 - Platinenanordnung

Info

Publication number: DE102006058000B4
Application number: DE200610058000
Authority: DE
Inventors: Dr. Dressel Wolfgang; Uwe-Peter Pfeil
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2026-12-09
Also published as: DE102006058000A1

Abstract

Platinenanordnung mit einer Hauptplatine (2) und einer Hilfsplatine (1),
wobei die Hilfsplatine (1) auf ihrer Vorderseite einen Masserand (12) mit seitlichen Aussparungen für die Durchführungen zumindest einer Streifenleiter-Kontaktierung (13) hat, die mit einer auf der Vorderseite der Hilfsplatine (1) angeordneten Streifenleitung (10) in Verbindung steht, und auf ihrer Rückseite eine mit dem Masserand (12) auf der Vorderseite verbundene Massefläche (14) besitzt,
wobei die Hauptplatine (2) eine Ausnehmung (5) und auf der Vorderseite am Rand entlang der Ausnehmung (5) zumindest eine Streifenleiter-Kontaktierung (4), die mit einer auf der Vorderseite der Hauptplatine (2) angeordneten Streifenleitung (9) in Verbindung steht, sowie mehrere Masse-Kontaktierungen (3), die mit einer Massefläche auf der Rückseite der Hauptplatine (2) verbunden sind,
aufweist und
wobei die Hilfsplatine (1) mit ihrer Vorderseite auf der Vorderseite der Hauptplatine (2) so aufliegt, dass jede Streifenleiter-Kontaktierung (13) an der Vorderseite der Hilfsplatine (1) mit jeweils einer Streifenleiter-Kontaktierung (4) an...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Platinenanordnung insbesondere für einen Mikrowellenfilter.
Die Druckschrift DE 197 21 141 A1 betrifft eine Schaltungsanordnung für den Mikrowellenbereich, mit einer auf der Vorderseite eines Schaltungssubstrats angeordneten planaren Schaltung, wobei das Schaltungssubstrat mit seiner Rückseite auf einem Trägersubstrat angeordnet ist, das eine Trägerschaltung aufweist, die mit der planaren Schaltung verbunden ist. Um die gewünschte Hochfrequenz-Verbindung ohne Bonddrähte bzw. Feldkopplungsleitungen bewerkstelligen zu können, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass das Schaltungssubstrat auf seiner Rückseite eine metallische Kontaktfläche aufweist, die zum einen mit der Trägerschaltung und zum anderen über erste metallische Durchkontaktierung mit der planaren Schaltung galvanisch verbunden ist.
Nachteilig an dieser Platinenanordnung ist insbesondere, dass an den Übergängen zwischen zwei Platinen Stufen entstehen, weil die Signalleitungen über eine Kante verlaufen. Das wird bei einer Mikrowelle mit einer Wellenlänge in der gleichen Größenordnung wie die Stufe zu unerwünschten Reflexionen in den Signalen führen.
Die WO 2005/004572 zeigt, wie elektronische Bauelemente und Schaltungen auf einer Leiterplattenanordnung EMV-geschirmt werden, indem die kritischen Komponenten auf eine zweite Leiterplatte aufgebracht werden. Diese wird upside-down an der Oberfläche der ersten Leiterplatte befestigt, so dass die Bauelemente zwischen den Leiterplatten geschirmt sind.
Die DE 21 23 041 A zeigt eine Trägerplatte, die eine Aushöhlung zur Aufnahme des isolierenden Substrates aufweist. In dieses wird ein metallisches gut leitendes Passstück eingesetzt, auf dem das isolierende Substrat aufliegt und das mit den Masseleitungen der Trägerplatte und mit den Masseleitungen des isolierenden Substrates verbunden ist.
In DE 24 56 367 A wird eine Schichtschaltung vorgestellt, in der bestimmte Komponenten auf einer Leiterplatte aufgebracht werden, indem weitere Schaltungsteile auf weiteren Leiterplatten auf ersterer befestigt werden, um eine bessere Austauschbarkeit von Baugruppen zu erreichen.
Eine Schaltungsanordnung für den Mikrowellenbereich wird in der DE 197 21 141 A1 diskutiert. Auf der Vorderseite eines Schaltungssubstrates ist eine planare Schaltung angeordnet. Auf seiner Rückseite ist das Schaltungssubstrat auf einem Trägersubstrat angeordnet, das eine Trägerschaltung aufweist, die mit der planaren Schaltung verbunden ist.
Die DE 40 08 658 A1 beschreibt eine Mikrowellenschaltung. Auf der Hilfsplatine befindet sich ein Teil einer Schaltung. Des Weiteren weist sie eine Ausnehmung in Form eines rechteckigen Fensters auf. In dieses wird ein zweiter Teil der Schaltung aufgebracht, so dass einerseits die Massen der Leiterplatten kontaktiert sind und andererseits die Schaltungen der beiden Leiterplatten verbunden sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Platinenanordnung zu schaffen, welche geeignet für eine kostengünstige, zuverlässige, fehlerfreie Produktion von Hochfrequenzschaltungen mit möglichst geringem Ausschuss ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Vorteilhafterweise besteht die Platinenanordnung aus einer Hauptplatine und einer Hilfsplatine aus dem gleichen Substrat. Die Vorderseite der Hilfsplatine weist einen Masserand auf mit seitlichen Aussparungen für die Durchführungen einer Streifenleiter-Kontaktierung, die mit einem auf der Vorderseite befindlichen Streifenleiter in Verbindung steht. Die Hauptplatine hat eine Ausnehmung, die von der Ausdehnung her etwas kleiner als der Masserand der Hilfsplatine ist. Auf der Vorderseite weist sie einen Masserand entlang der Ausnehmung auf. Die Hauptplatine besitzt zumindest eine Streifenleiter-Kontaktierung, die mit einer auf der Vorderseite der Hauptplatine angeordneten Streifenleitung in Verbindung steht. Zudem besitzt sie auf dem Masserand mehrere Massekontaktierungen, die mit der Massenfläche auf der Rückseite verbunden sind.
Die Hauptplatine und Hilfsplatine werden verbunden, indem die Hauptplatine mit ihrer Vorderseite auf der Vorderseite der Hilfsplatine aufliegt. Die Streifenleiter-Kontaktierungen auf der Vorderseite der Hilfsplatine werden mit den Streifenleiter-Kontaktierungen auf der Vorderseite der Hauptplatine verbunden. Damit sind die Streifenleiter-Kontaktierungen auf den einander zugewandten Seiten miteinander verbunden, so dass keine Stufen entstehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Masse-Kontaktierungen mit der Massefläche der Rückseite der Hauptplatine über metallisierte Bohrungen verbunden. Der Masserand der Hilfsplatine ist mit der Massefläche der Rückseite der Hilfsplatine über ebensolche metallisierten Bohrungen verbunden. Die Massekontaktierungen der Hauptplatine sind in Form von Massepads als Lötkontakte zur Verbindung mit dem Masserand der Hilfsplatine ausgebildet. Die Massenflächen sind damit durchgängig auf den einander abgewandten Seiten durchkontaktiert und damit auf dem gleichen Potential.
Die Verbindung der Hilfsplatine mit der Hauptplatine erfolgt vorzugsweise mit dem besonders kostengünstigen Reflow-Prozess. Die Kostenersparnis ist gegeben, weil für die Platinen die gleichen Materialien verwendet werden können und die Verlötung der Platinen in einem einzigen Prozessschritt unternommen wird, anders als z. B. beim Bonden, das als separater Prozessschritt die Kosten steigert.
Auf der Hilfsplatine ist durch einen Ätzprozess auf dem Platinensubstrat das Dielektrikum freigelegt worden. Dieses teflonähnliche Dielektrikum besteht vorzugsweise aus dem Material Rogers 4350^®.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Hilfsplatine in Streifenleitungstechnik ausgebildet. Die Ausbildung der Hilfsplatine zu einem Mikrowellenfilter ist mit der Geometrie und der speziellen Anordnung der Streifenleiter auf dem Dielektrikum vorgegeben. Dafür können die einzelnen produzierten Mikrowellenfilterplatinen mit einem Waferprober vermessen und vorselektiert werden, was den Ausschuss von Material und damit Kosten im Vorfeld reduziert.
Nachfolgend werden anhand der Figuren vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:
1: eine Mikrowellenfilterplatine von der Vorderseite und Rückseite und die Filterplatine über der Hauptplatine auf die sie gelötet wird;
2; die Mikrowellenfilterplatine mit Streifenleitern und Masserand von vorn;
3: eine Vergrößerung der rechten unteren Kante der Mikrowellenfilterplatine. Man sieht die Kontaktierung der Streifenleiter im Masserand, die metallisierten Bohrungen und den Masserand;
4: die Hauptplatine von vorn auf die Ausnehmung mit Masserand und Leiterbahn geschaut und
5: eine Vergrößerung der linken unteren Kante der Hauptplatine. Zu sehen sind die Signalpads, Massepads, metallisierte Bohrungen sowie der Masserand.
In der 1 ist die Hilfsplatine 1, im Ausführungsbeispiel mit einem Mikrowellenfilter, einmal von der Vorderseite und gedreht (Pfeil) von der Rückseite dargestellt. In der Darstellung von der Vorderseite erkennt man die Streifenleiter 10 verteilt über die Fläche des Dielektrikums 11. Das Dielektrikum 11 ist auf der Oberfläche freigelegt und wird von dem Masserand 12 umgeben. In der Auslassung des Massenrands 12 sind die Kontaktierungen 13 der Streifenleiter 10 angebracht. Auf der Rückseite der Mikrowellenfilterplatine 1 erkennt man die Massenfläche 14 mit den metallisierten Bohrungen, die die Masse auf der Vorderseite kontaktieren.
Unterhalb der Mikrowellenfilterplatine 1 ist die Hauptplatine 2, mit der Ausnehmung 5 dargestellt. Am Rand der Ausnehmung 5 sind die einzelnen Massepads 3 und die beiden Signalpads 4 zu erkennen. Die Signalpads 4 befinden sich genau gegenüber den Kontaktierungen 13 der Streifenleiter 10, so dass beim Auflegen der Hilfsplatine 1 mit dem Mikrowellenfilter auf die Ausnehmung 5 und Anlöten, die Streifenleiter 10 der Hilfsplatine mit den Streifenleitern der Hauptplatine 2 direkt verbunden sind. Die Massepads 3 der Hautplatine 2 verbinden über den Masserand auf der Hilfsplatine 1 mit dem Mikrowellenfilter die Masse der Hauptplatine 2 mit der Masse des Mikrowellenfilters der Hilfsplatine 1. Der senkrechte Pfeil deutet an, wie der rückseitig gedrehte Mikrowellenfilter 1 auf die Ausnehmung der Hauptplatine 2 zu legen ist, mit der er dann vorzugsweise im Reflow-Prozess verlötet wird.
In der 2 ist die Vorderansicht des Mikrowellenfilters der Hilfsplatine 1 zu erkennen. Zu sehen ist die Anordnung der Streifenleiter 10 auf dem Dielektrikum 11. Um das Dielektrikum 11 ist der Masserand 12 zu erkennen. Die Kontaktierungen 13 der Streifenleiter 10 sind in der 3 vergrößert dargestellt.
Die Vergrößerung der unteren rechten Kante in der 3 stellt die Kontaktierungen des Mikrowellenfilters der Hilfsplatine 1 dar. Die Kontaktierungen 13 der Streifenleiter 10 sind nicht zinnabweisend und von der Masse 12 deutlich isoliert. Die ebenfalls nicht zinnabweisenden kleinen Flächen 8 sind im Masserand 12 integriert. Sie sind die Gegenstücke der Massepads 3 der Hauptplatine 2, mit denen sie verlötet werden. Zudem sind die metallisierten Bohrungen 7 zu erkennen, die die vorderseitigen Masseverbindungen zu der rückseitigen Massefläche 14 durchkontaktieren.
Die 4 zeigt die vordere Ansicht der Hauptplatine 2. Zu erkennen ist die Ausnehmung 5, die von einem Masserand umgeben ist, in dem sich die Massepads 3 und in Aussparungen die Signalpads 4 befinden. Versetzt an den gegenüberliegenden kurzen Kanten führt jeweils eine Leiterbahn zu einem Signalpad 4, genau dort, wo die Streifenleiter-Kontaktierung nach dem Verlöten die Hauptplatine 2 erreicht. In diese Ausnehmung 5 in der Hauptplatine 2 wird die Hilfsplatine 1 mit den Mikrowellenfilter angepasst und verlötet. Es lässt sich daraus ableiten, dass die Streifenleiter und die Signalpads mit den Leiterbahnen nach dem Verlöten einander zugewandt auf den Innenseiten sind und die Massenflächen einander abgewandt auf den Außenseiten liegen. Die untere linke Kante der 4 ist vergrößert in der 5 dargestellt.
In der 5 erkennt man die von der Masse 22 isolierten Signalpads 4, die über geätzte Leiterbahnen 9 die Signale z. B. an Steckerbuchsen weitergeben. Die Signalpads 4 sind nicht zinnabweisend und verbinden sich im Reflow-Prozess mit den Kontaktierungen 13 der Streifenleiter 10. Der Rand der Ausnehmung 5 ist von einem nicht zinnabweisenden Masserand 21 umgeben, der lediglich an den beiden Stellen ausgespart ist, wo die Signalpads 4 aufgebracht sind. Weiterhin sind die Massepads 3 ebenfalls nicht zinnabweisend und verbinden sich mit dem Masserand 12 der Mikrowellenfilter-Hilfsplatine 1. Es sind um den Masserand 21 herum in definierten Abständen metallisierte Bohrungen 23 vorhanden, die die Masse von der Vorderseite auf die gegenüber liegende Rückseite durchkontaktieren. Der zinnabweisende Rand 22 umgibt schließlich die Kontaktierungen der Hauptplatine 2.
Wie bereits erwähnt, trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel die Hilfsplatine 1 ein Mikrowellenfilter, welches in Mikrostreifenleitungstechnik auf einer Leiterplatte realisiert ist. Im Gegensatz zur bisher üblichen Realisierung von Mikrowellenfiltern auf Keramik-Substraten ist die Realisierung von Mikrowellenfiltern auf Platinenmaterial wesentlich kostengünstiger. Allerdings ist aufgrund der geringeren Homogenität des Materials und der geringeren zu erreichenden Fertigungsgenauigkeit die Bauteilstreuung erheblich größer. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch begegnet, dass die Mikrowellenfilter nicht auf der Hauptplatine prozessiert werden, sondern auf einer von dieser separat gefertigten Hilfsplatine. Die Mikrowellenfilter können dann auf der Hilfsplatine beispielsweise durch eine Kopplung mit einem Nadeladapter vermessen werden und vorselektiert werden. Bei der Vorselektierung werden nur solche Mikrowellenfilter ausgewählt, die die Anforderungen beispielsweise an die Resonanzfrequenz, die Bandbreite und die Einfügedämpfung hinreichend erfüllen. Filter, die diesen Anforderungen nicht entsprechen, werden verworfen.
Durch die erfindungsgemäße „upside-dow”-Verbindung der Hilfsplatine mit der Hauptplatine wird es ermöglicht, die Mikrowellenfilter in die Hauptplatine so einzufügen, dass eventuelle Reflexionen an der Stoßstelle zwischen der Streifenleitung der Hauptplatine und der Streifenleitung der Hilfsplatine, auf welcher sich das Mikrowellenfilter befindet, gegenuber dem Stand der Technik auf ein Minimum reduziert werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle beschriebenen und gezeichneten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Platinenanordnung mit einer Hauptplatine (2) und einer Hilfsplatine (1), wobei die Hilfsplatine (1) auf ihrer Vorderseite einen Masserand (12) mit seitlichen Aussparungen für die Durchführungen zumindest einer Streifenleiter-Kontaktierung (13) hat, die mit einer auf der Vorderseite der Hilfsplatine (1) angeordneten Streifenleitung (10) in Verbindung steht, und auf ihrer Rückseite eine mit dem Masserand (12) auf der Vorderseite verbundene Massefläche (14) besitzt, wobei die Hauptplatine (2) eine Ausnehmung (5) und auf der Vorderseite am Rand entlang der Ausnehmung (5) zumindest eine Streifenleiter-Kontaktierung (4), die mit einer auf der Vorderseite der Hauptplatine (2) angeordneten Streifenleitung (9) in Verbindung steht, sowie mehrere Masse-Kontaktierungen (3), die mit einer Massefläche auf der Rückseite der Hauptplatine (2) verbunden sind, aufweist und wobei die Hilfsplatine (1) mit ihrer Vorderseite auf der Vorderseite der Hauptplatine (2) so aufliegt, dass jede Streifenleiter-Kontaktierung (13) an der Vorderseite der Hilfsplatine (1) mit jeweils einer Streifenleiter-Kontaktierung (4) an der Vorderseite der Hauptplatine (2) verbunden ist und jede Masse-Kontaktierung (3) der Hauptplatine (2) mit dem Masserand (12) der Hilfsplatine (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsplatine (1) als Mikrowellenfilter (1) ausgebildet ist, das in Streifenleitungstechnik hergestellt ist, und dass die Hauptplatine (2) eine durchgehende Ausnehmung (5) hat, die von der Ausdehnung kleiner ist als der Masserand (12) der Hilfsplatine (1), und die Hilfsplatine (1) mit der Hauptplatine (2) reflowgelötet ist.
Platinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse-Kontaktierungen (3) der Vorderseite der Hauptplatine (2) mit der Massefläche der Rückseite der Hauptplatine (2) und der Masserand (12) der Hilfsplatine (1) mit der Massefläche (14) der Rückseite der Hilfsplatine (1) über metallisierte Bohrungen (23, 7) verbunden sind.
Platinenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse-Kontaktierungen (3) der Hauptplatine (2) in Form von Massepads (3) als Lötkontakte zur Verbindung mit dem Masserand (12) der Hilfsplatine (1) ausgebildet sind.
Platinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs-Kontaktierungen (4) der Hauptplatine (2) in Form von Signalpads (4) als Lötkontakte zur Verbindung mit den Streifenleitungs-Kontaktierungen (13) der Hilfsplatine (1) ausgebildet sind.
Platinenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Lötkontakte durch einen Reflow-Prozess erfolgt.
Platinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (11) der Hauptplatine (2) und/oder der Hilfsplatine (1) auf dem die Streifenleiter (10) aufgebracht sind, aus dem Platinen-Material Rogers 4350^®. besteht.
Platinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Masserand (12) der Hilfsplatine (1) außer an den Aussparungen für die Durchführungen der Streifenleiter-Kontaktierungen (13) nicht unterbrochen ist.