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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte zur Verbindung von elektrischen Komponenten sowie eine Kamera mit einer Leiterplatte.
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Stand der Technik
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KAM, G. K. et al. A New Twisted Differential Line Structure on High-Speed Printed Circuit Boards to Enhance Immunity to Crosstalk and External Noise. IEEE Microwave And Wireless Components Letters, Vol. 13, No. 9, September 2003, Seiten 411 bis 413 offenbart eine mehrlagige Leiterplatte mit überkreuz verlaufenden Leiterbahnen, welche abwechselnd auf der ersten und der zweiten Lage angeordnet sind und über Durchkontaktierungen miteinander elektrisch verbunden sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Leiterplatte zur Verbindung von elektrischen Komponenten, wobei die Leiterplatte mehrlagig ausgebildet ist, und wobei jede Lage eine Trägerschicht umfasst, auf der elektrisch leitende Strukturen angeordnet sind. Die Leiterplatte weist auf wenigstens eine erste Lage, auf der elektrisch leitende Strukturen angeordnet sind, welche als Massefläche ausgebildet sind; wenigstens eine zweite Lage, auf der wenigstens eine Signalleiterbahn und benachbart zu einer jeden Signalleiterbahn auf einer ersten Seite eine erste Masseleitung und auf einer zweiten Seite eine zweite Masseleitung angeordnet sind; und wobei die erste und die zweite Masseleitung jeweils mittels mehrerer Durchkontaktierungen elektrisch mit der Massefläche der ersten Lage verbunden sind.
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Eine elektrisch leitende Struktur auf einer Trägerschicht kann beispielsweise als Leiterbahn ausgebildet sein. Die erste Lage der mehrlagigen Leiterplatte kann auf einer ersten Außenseite der Leiterplatte angeordnet sein. In diesem Fall kann die erste Lage beispielsweise auch als Unterseite der Leiterplatte bezeichnet werden. Die Leiterplatte kann eine oder mehrere zweite Lagen aufweisen. Diejenige der zweiten Lagen, die auf einer zweiten Außenseite der Leiterplatte angeordnet ist, kann beispielsweise als Oberseite der Leiterplatte bezeichnet werden.
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Dass die elektrisch leitenden Strukturen auf der ersten Lage als Massefläche ausgebildet sind, kann so verstanden werden, dass ihnen das Potential null zugeordnet ist.
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Als eine Durchkontaktierung kann eine vertikale elektrische Verbindung zwischen der ersten Lage und wenigstens einer der zweiten Lagen der Leiterplatte verstanden werden. Eine solche elektrische Verbindung kann durch eine innen metallisierte Bohrung einer der Trägerschichten der Leiterplatte realisiert werden. Alternativ können auch Niete oder Stifte verwendet werden. Die Durchkontaktierungen können in regelmäßigen Abständen angeordnet sein.
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Durch die oben beschriebene Anordnung der Signalleiterbahn und ersten und der zweiten Masseleitung ergibt sich mit anderen Worten eine Anordnung, bei der die Signalleiterbahn auf der zweiten Lage mittig zwischen der ersten und der zweiten Masseleitung angeordnet ist. Die erste und die zweite Masseleitung sind hierbei insbesondere dazu ausgebildet, die Signalleiterbahn elektrisch abzuschirmen. Die Durchkontaktierungen sind hierbei insbesondere dazu ausgebildet, die Abschirmungswirkung der ersten und zweiten Masseleitung zu verstärken.
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Leiterplatten können eine Quelle für ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte anderer elektrischer Komponenten sein. Die Fähigkeit, nicht durch solche Effekte zu stören oder gestört zu werden, wird auch Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) genannt. Eine wenigstens zweilagige Leiterplatte, bei der eine Lage als Massefläche ausgebildet ist, kann sowohl das EMV-Verhalten als auch die Signalintegrität einer Leiterplatte bereits in gewissem Maße verbessern. Als Signalintegrität kann hierbei eine Qualität eines elektrischen Signals verstanden werden. Der Vorteil der hier beschriebenen Leiterplatte besteht darin, dass das EMV-Verhalten als auch deren Signalintegrität noch weiter verbessert sind im Vergleich zu bekannten Leiterplatten. Hierfür werden keine zusätzlichen Bauteile oder Prozesse benötigt. Vielmehr kann durch die zusätzliche Abschirmung der Signalleiterbahn aufgrund der mittigen Anordnung zwischen der ersten und der zweiten Masseleitung eingestreute und/oder abgestrahlte Störungen kompensiert und weitestgehend neutralisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte als flexible Leiterplatte ausgebildet ist. Eine flexible Leiterplatte ist eine Leiterplatte, welche aus einem flexiblem Material ausgebildet ist. Insbesondere ist/sind die Trägerschicht/en flexibel ausgebildet. Ein flexibles Material kann beispielsweise ein biegsames Material sein. Die hier vorgestellte flexible Leiterplatte kann für eine Verbindung wenigstens zweier Leiterplatten ausgebildet sein. Die wenigstens zwei Leiterplatten können hierbei nicht-flexibel ausgebildet sein. Eine solche Verbindung kann steckbar ausgebildet sein. Die flexible Leiterplatte kann dazu ausgebildet sein, elektrische Signale von einer Leiterplatte zur nächsten Leiterplatte zu übertragen. Die elektrischen Signale können hierbei sowohl differenzielle als auch unsymmetrische (single ended) Signale sein.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass zum Beispiel, wenn die flexibel ausgebildete Leiterplatte als eine Verbindung zwischen wenigstens zwei Leiterplatten ausgebildet ist, das EMV-Verhalten und die Signalintegrität dieser Verbindung wesentlich verbessert sind. Die Signalintegrität ist hier insbesondere dadurch verbessert, dass eine niederinduktive Verbindung bereitgestellt wird. Ein System mit mehreren Leiterplatten und wenigstens einer flexiblen Leiterplatte als Verbindung kann ein wesentlich besseres EMV-Verhalten als auch eine wesentlich bessere Signalintegrität aufweisen. Ein solches System kann beispielsweise eine Kamera mit mehreren Leiterplatten sein. Vorteilhafterweise kann die hier beschriebene Leiterplatte in Sensoren eingesetzt werden, die sich an einer bestimmten Position (z.B. im Sensorsystem an sich oder in einem Fahrzeug) befinden müssen und deren Signale zu einer Hauptleiterplatte geführt werden sollen. Vorteilhaft ist die beschriebene Leiterplatte auch für Systeme, bei denen z.B. aus Platzgründen die elektronische Schaltung in kleine Teile zerlegt und in verfügbare Freiräume platziert/montiert werden muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte dazu ausgebildet ist, unsymmetrische Signale weiterzuleiten. Eine unsymmetrische Signalweiterleitung ist hier vorteilhafterweise mit einem geringeren Verkabelungsaufwand verbunden. Zudem können die unsymmetrischen Signale durch den hier beschriebenen Aufbau der Leiterplatte sehr gut vor einer Einkopplung elektromagnetische Strahlung geschützt werden. Die Leiterplatte weist auch bei der Weiterleitung unsymmetrischer Signale ein sehr gutes EMV-Verhalten und eine sehr gute Signalintegrität auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte zweilagig ausgebildet ist; und wobei die erste Lage und die zweite Lage eine gemeinsame Trägerschicht umfassen; und wobei auf einer ersten Seite und auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der gemeinsamen Trägerschicht jeweils elektrisch leitende Strukturen angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht in der vereinfachten Herstellung der Leiterplatte. So ist beispielsweise weniger Material notwendig als bei der Herstellung einer Leiterplatte mit mehr als zwei Lagen. Der Herstellungsprozess ist insbesondere kürzer und damit kostengünstiger.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrisch leitenden Strukturen, welche auf der ersten Lage ausgebildet als Massefläche angeordnet sind, vollflächig oder als Gitter ausgebildet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Ausgestaltung der Massefläche unterschiedlich sein kann. Je nach Anforderungen z. B. an den Herstellungsprozess oder das benötige EMV-Verhalten kann eine vollflächige oder als Gitter ausgestaltete Massefläche ausgebildet werden. Eine vollflächig ausgestaltete Massefläche führt meist zu einem besseren EMV-Verhalten als eine als Gitter ausgebildete Massefläche. Andererseits ist die Ausgestaltung als Gitter zum Beispiel gut geeignet für eine zweilagige Leiterplatte, welche beispielsweise nicht genügend Platz für eine volle Massefläche hat.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Kamera mit einer oben beschriebenen Leiterplatte, welche dazu ausgebildet ist, eine Hauptleiterplatte mit einem Bildsensor elektrisch zu verbinden. Die Leiterplatte kann beispielsweise an einem ersten Ende in einem Stecker der Hauptleiterplatte und an einem zweiten Ende in einem Stecker des Bildsensors einsteckbar sein. Der Bildsensor kann wiederrum eine Bildsensor-Leiterplatte aufweisen. Die Kamera ist insbesondere dazu ausgebildet in einem Fahrzeug angeordnet zu werden.
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Die Leiterplatte ist darüber hinaus dazu geeignet, in Fotokameras, Druckern, Laptops o.ä. verwendet zu werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte zur Verbindung von elektrischen Komponenten;
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer Kamera mit einer Leiterplatte als Verbindung.
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1 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 101 zur Verbindung von elektrischen Komponenten. Die Leiterplatte 101 kann als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Die Leiterplatte 101 ist mehrlagig ausgebildet, wobei jede Lage eine Trägerschicht umfasst, auf der elektrisch leitende Strukturen z.B. 102, 103, 108 angeordnet sind. Die Trägerschichten sind in der 1 zum besseren Erkennen der elektrisch leitenden Strukturen 102, 103, 108 lediglich angedeutet. Die Leiterplatte 101 weist eine erste Lage auf, auf der elektrisch leitende Strukturen 102 angeordnet sind, welche als Massefläche ausgebildet sind. Im gezeigten Beispiel sind die elektrisch leitenden Strukturen 102 als Gitter ausgebildet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Leiterplatte zweilagig ausgebildet ist. Die Massefläche kann alternativ jedoch auch vollflächig ausgebildet sein. Die erste Lage der hier gezeigten Leiterplatte 101 kann auch als Unterseite der Leiterplatte 101 bezeichnet werden. Weiterhin weist die Leiterplatte 101 wenigstens eine zweite Lage auf, auf der wenigstens eine Signalleiterbahn 103 und benachbart zu einer jeden Signalleiterbahn 103 auf einer ersten Seite eine erste Masseleitung 108-1 und auf einer zweiten Seite eine zweite Masseleitung 108-2 angeordnet sind. Hierbei sind die erste 108-1 und die zweite 108-2 Masseleitung jeweils mittels mehrerer Durchkontaktierungen 104 elektrisch mit der Massefläche der ersten Lage verbunden. Die Durchkontaktierungen 104 sind dazu ausgebildet, elektrische Verbindungen von der ersten Lage zu der wenigstens einen zweiten Lage bereitzustellen.
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Die Durchkontaktierungen 104 der ersten 108-1 und der zweiten 108-2 Masseleitung sind im hier gezeigten Beispiel jeweils in regelmäßigen Abständen 105 zueinander angeordnet. Die Signalleiterbahn 103 auf der zweiten Lage ist mit anderen Worten mittig zwischen der ersten 108-1 und der zweiten Masseleitung 108-2 angeordnet. Die zweite Lage der hier gezeigten Leiterplatte 101 kann auch als Oberseite der Leiterplatte 101 bezeichnet werden.
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Weiterhin zu sehen in 1 sind beispielhaft Kontaktstellen 109, die elektrisch kontaktierbar sind. Hierdurch kann zum Beispiel eine Stromversorgung ermöglicht werden. Hierdurch kann zum Beispiel eine elektrische Verbindung zu wenigstens einer weiteren Leiterplatte ausgebildet werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kamera mit einer Leiterplatte 101 als Verbindung. Die Leiterplatte 101 ist hier dazu ausgebildet, die Hauptleiterplatte 201 mit einem Bildsensor 202 elektrisch zu verbinden.
