DE10301982B4

DE10301982B4 - Wellenleiter

Info

Publication number: DE10301982B4
Application number: DE10301982A
Authority: DE
Inventors: Mario Festag; Daniel Reznik
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Finisar Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: DE10301982A1; US20040134683A1; US6999294B2

Abstract

Wellenleiter mit einem Überspannungsschutzbereich, der durch die geometrische Ausgestaltung des Wellenleiters gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Wellenleiter ein auf einem Substrat (330) angeordneter Coplanarleiter, ein Microstrip-Wellenleiter (300) oder ein Stripline-Wellenleiter ist und
– der Überspannungsschutzbereich durch eine Ausnehmung (340) im Substrat (330) gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Wellenleiter, insbesondere auf einen Wellenleiter zur Übertragung hochfrequenter elektrischer Signale im MHz- und/oder GHz-Bereich, mit einem Überspannungsschutzbereich.

Ein Wellenleiter mit einem Überspannungsschutzbereich ist aus der deutschen Patentschrift DE 195 22 652 bekannt. Bei dem Wellenleiter handelt es sich um einen Koaxialleiter, bei dem der Überspannungsschutzbereich durch eine Abstandsverkleinerung zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter bewirkt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 29 251 ist bekannt, unterhalb eines auf einer Leiterplatte angebrachten Bauelements eine Luftfunkenstrecke als Überspannungsschutzvorrichtung anzuordnen, die von dem darüber befindlichen Bauelement abgedeckt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einen Überspannungsschutzbereich aufweisenden Wellenleiter anzugeben, der zum Übertragen von elektrischen Signalen zwischen bzw. zu und/oder von elektronischen Schaltungen (Schaltkreisen) – beispielsweise zwischen auf einer Leiterplatte angeordneten, integrierten Schaltungen – besonders geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wellenleiter mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wellenleiters sind in Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wellenleiter ein auf einem Substrat angeordneter Coplanarleiter (30), ein Microstrip-Wellenleiter (300) oder ein Stripline-Wellenleiter ist und der Überspannungsschutzbereich durch eine Ausnehmung im Substrat gebildet ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wellenleiters ist darin zu sehen, dass ESD (Electrostatic Discharge)-Probleme bei dem erfindungsgemäßen Wellenleiter sehr einfach vermieden werden; Überspannungen, wie sie beispielsweise infolge elektrostatischer Aufladungen auftreten können, werden bei dem erfindungsgemäßen Wellenleiter durch den wellenleiterseitigen Überspannungsschutzbereich unterdrückt. Der Überspannungsschutz erfolgt erfindungsgemäß wellenleiterseitig, so dass auf zusätzliche, separate Überspannungsschutzeinrichtungen verzichtet werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wellenleiters ist darin zu sehen, dass dieser besonders geeignet für den Einsatz bei elektronischen Schaltungen ist, die mit hochbitratigen Datensignalen beaufschlagt werden. Bei hohen Frequenzen rufen nämlich übliche, durch separate elektrische bzw. elektronische Komponenten gebildete Überspannungsschutzeinrichtungen erhebliche parasitäre Effekte hervor, die nicht mehr vernachlässigbar sind und zu einer Begrenzung der Bandbreite der Signale führen. Derartige parasitäre Effekte werden durch den erfindungsgemäßen Wellenleiter vermieden, weil auf separate elektrische bzw. elektronische Komponenten vollkommen verzichtet wird.

Bei dem Wellenleiter kann es sich beispielsweise um einen Mikrometerwellen-Wellenleiter und/oder einen Millimeterwellen-Wellenleiter handeln. Unter den Begriffen „Mikrometerwellen-Wellenleiter" bzw. „Millimeterwellen-Wellenleiter" werden dabei Wellenleiter verstanden, die zur Übertragung von elekromagnetischen Wellen mit Wellenlängen im Millimeter- bzw. Mikrometerbereich, also im „Submeter"-Bereich, geeignet sind.

Vorteilhaft werden Coplanarleiter, Microstrip-Wellenleiter und Stripline-Wellenleiter auf Substraten, insbesondere auf Leiterplatten angeordnet, bei denen das Substrat bzw. die Leiterplatte mit einem rückseitigen Massekontakt versehen ist.

Um bei solchen Leiterplatten bzw. Substraten mit rückseitigem Massekontakt zu vermeiden, dass bei einer elektrostatischen Entladung im Überspannungsschutzbereich eine entsprechende Störwelle bzw. ein entsprechender elektromagnetischer Störimpuls in den Wellenleiter (Coplanarleiter, Microstrip-Wellenleiter bzw. Stripline-Wellenleiter, usw.) oder in das Dielektrikum des Substrats eingekoppelt wird, ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wellenleiters vorgesehen, dass der rückseitige Massekontakt im Überspannungsschutzbereich fehlt bzw. entfernt ist. Fehlt nämlich im Überspannungsschutzbereich der entsprechende rückseitige Massekontakt, so wird die Einkopplung einer entsprechenden Störwelle erschwert.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Ausnehmung um ein Durchgangsloch, das sich durch das Substrat hindurch erstreckt. Die Ausnehmung sollte bevorzugt eine metallfreie bzw. unmetallisierte Oberfläche aufweisen.

Hochbitratige Datensignale werden insbesondere auch zwischen elektrischen bzw. elektronischen Komponenten einer Leiterplatte übertragen, so dass es als vorteilhaft angesehen wird, wenn der Wellenleiter zusammen mit zumindest einem elektronischen Bauelement auf einer Leiterplatte angeordnet ist.

Bei einer Anordnung des Wellenleiters auf einer Leiterplatte zusammen mit zumindest einem elektronischen Bauelement wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Überspannungsschutzbereich des Wellenleiters derart ausgestaltet ist, dass seine Ansprechspannung kleiner ist als die maximal zulässige Spannung am elektronischen Bauelement.

Die maximal zulässige Spannung am elektronischen Bauelement ist beispielsweise durch die Schutzklasse des jeweiligen Bauelements vorgegeben.

Der Wellenleiter kann dabei vorteilhaft zumindest einen Ein- und/oder Ausgang des elektronischen Bauelements mit zumindest einem Ein- und/oder Ausgang eines weiteren auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelements verbinden. Stattdessen kann der Wellenleiter auch zumindest einen Ein- und/oder Ausgang des elektronischen Bauelements mit einem Ein- und/oder Ausgang der Leiterplatte verbinden. Der Wellenleiter kann dabei mit hochfrequenten Datensignalen, insbesondere mit Frequenzen im MHz- und/oder im GHz-Bereich, beaufschlagt sein.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Wellenleiter, der durch einen Microstrip-Wellenleiter gebildet ist.
In der 1 ist ein Microstrip-Wellenleiter dargestellt, der durch einen streifenförmigen Einzelleiter 310 und die metallisierte Rückseite 320 eines Substrats 330 gebildet ist.
Der Überspannungsschutzbereich wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 durch die geometrische Ausgestaltung des Dielektrikums – also des Substratbereiches – gebildet. Konkret ist in unmittelbarer Nähe zum Einzelleiter 310 im Substrat 330 ein Durchgangsloch 340, beispielsweise eine Bohrung oder ein geätztes Loch, vorhanden, das einen Luftkanal zwischen der Oberseite des Substrats 330 und der metallisierten Rückseite des Substrats 320 bildet. Der Durchmesser des Durchgangslochs 340 kann sehr klein, vorzugsweise kleiner als 1 mm sein.
Steigt nun die Spannung über eine durch den Abstand zwischen dem Einzelleiter 310 und dem Durchgangsloch 340 festgelegte Grenzspannung an, so kommt es zu einer Funkenentladung bzw. zu einem Funkenüberschlag in dem durch das Durchgangsloch 340 gebildeten Luftkanal.
Das Durchgangsloch muss nicht unbedingt mit Luft gefüllt sein. Denkbar ist es auch, dass in dem Durchgangsloch ein Dielektrikum vorhanden ist. In diesem Falle sollte die Dielektrizitätszahl des Dielektrikums vorzugsweise kleiner sein als die Dielektrizitätszahl des Dielektrikums im übrigen Wellenleiterbereich. Die Außenfläche bzw. die Innenseite des Durchgangslochs 340 sollte vorzugsweise nicht mit einer Metallisierung versehen sein, damit sich im Durchgangsloch 340 eine Gasentladung ausbilden kann. Im Falle einer Metallisierung des Lochs 340 würde die für die Gasentladung vorgesehene Strecke kurzgeschlossen werden, wodurch die Auslösespannung deutlich herabgesetzt wäre; denn dann würde sich die Funkenstrecke nur unmittelbar zwischen der Oberseite des Durchgangslochs 340 und dem Einzelleiter 310 ausbilden.
Anstelle eines Durchgangslochs 340 kann auch eine im Substrat 330 gebildete Ausnehmung an der Oberfläche vorhanden sein, also ein nicht durch das Substrat 330 vollständig hindurch durchgehendes Loch.
Anstelle eines Microstrip-Wellenleiters kann auf dem Substrat 330 beispielsweise auch ein Stripline-Wellenleiter angeordnet sein; die Anordnung gemäß der 1 würde im Falle eines Stripline-Wellenleiters entsprechend funktionieren.

300: Microstrip-Wellenleiter
310: Einzelleiter
320: metallisierte Rückseite des Substrats
330: Substrat
340: Durchgangsloch

Claims

Wellenleiter mit einem Überspannungsschutzbereich, der durch die geometrische Ausgestaltung des Wellenleiters gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Wellenleiter ein auf einem Substrat (330) angeordneter Coplanarleiter, ein Microstrip-Wellenleiter (300) oder ein Stripline-Wellenleiter ist und – der Überspannungsschutzbereich durch eine Ausnehmung (340) im Substrat (330) gebildet ist.
Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Coplanarleiter, der Microstrip-Wellenleiter (300) oder der Stripline-Wellenleiter auf einem Substrat (330) angeordnet ist, das mit einem rückseitigen Massekontakt (320) versehen ist.
Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Massekontakt (320) im Überspannungsschutzbereich entfernt ist.
Wellenleiter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung ein Durchgangsloch (340) durch das Substrat (330) bildet.
Wellenleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (340) eine metallfreie bzw. unmetallisierte Oberfläche aufweist.
Wellenleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (300) zusammen mit zumindest einem elektronischen Bauelement auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
Wellenleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsschutzbereich derart gestaltet ist, dass seine Ansprechspannung kleiner ist als die maximal zulässige Spannung am elektronischen Bauelement.
Wellenleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal zulässige Spannung am elektronischen Bauelement durch die Schutzklasse des elektronischen Bauelements vorgegeben ist.
Wellenleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter mit hochfrequenten Datensignalen, insbesondere mit Frequenzen im MHz- und/oder im GHz-Bereich, beaufschlagt ist.
Wellenleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter zumindest einen Ein- und/oder Ausgang des elektronischen Bauelements mit zumindest einem Ein- und/oder Ausgang eines weiteren auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelements verbindet.
Wellenleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter zumindest einen Ein- und/oder Ausgang des elektronischen Bauelements mit zumindest einem Ein- und/oder Ausgang der Leiterplatte verbindet.