DE19834381C2 - Leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Leiterplatte ist aus der DE 37 38 021 A1 bekannt.

Weiterer Stand der Technik ist aus der US 4,553,111 und der US 4,047,132 bekannt.

In der US 4,553, 111 ist eine mehrlagige Leiterplatte beschrieben, bei der die Leiterbahnen auf mehreren Isolationsschichten angeordnet sind. Auf der äußeren Isolationsschicht sind dabei wesentlich mehr Leiterbahnen vorhanden als auf der darunterliegenden Isolationsschicht. In der US 4,047,132 ist eine mehrlagige Leiterplatte beschrieben, bei der zwei Gruppen paralleler Leiterbahnen durch eine Isolationsschicht getrennt und rechtwinklig zueinander angeordnet sind.

Eine gattungsmäßige Leiterplatte ist beispielsweise in im Handel erhältlichen Personalcomputern oder Industrie- Rechengeräten enthalten. Dort wird die Leiterplatte zum Aufbau eines Bussystems für das Rechengerät verwendet. In die Bohrungen der Leiterplatte werden Steckvorrichtungen eingesteckt und verlötet oder verpresst. In die Steckvorrichtungen können dann die Steckkarten des Rechengeräts eingesteckt werden.

Die Bohrungen der Leiterplatte sind derart elektrisch miteinander verbunden, dass durch jede der Steckvorrichtungen dieselbe Schnittstelle zur Verfügung gestellt wird. Dies erfordert es, dass im wesentlichen alle der zu einer bestimmten Steckvorrichtung zugehörigen Bohrungen verbunden sind. Dies stellt einen hohen Verbindungsaufwand dar, der durch die Leiterbahnen auf der Leiterplatte realisiert werden muss.

Zu diesem Zweck ist die bekannte Leiterplatte mit einer Mehrzahl von Isolationsschichten versehen, zwischen denen bzw. auf denen die Leiterbahnen verlegt sind. Die Vielzahl der Leiterbahnen kann damit auf die verschiedenen Isolationsschichten der Leiterplatte verteilt werden. Die Bohrungen bilden sogenannte Durchkontaktierungen, an denen die Leiterbahnen der verschiedenen Isolationsschichten elektrisch miteinander verbunden sind.

Bekannterweise besteht in der gesamten Computer-Technologie die Tendenz, immer höhere Betriebsfrequenzen bei immer geringerem Stromverbrauch zu erreichen. Dies gilt auch für das Bussystem von Rechengeräten.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leiterplatte zur Aufnahme von Steckvorrichtungen eines Bussystems eines Rechengeräts zu schaffen, das ohne besondere Maßnahmen mit einer Frequenz von mehr als 30 MHz und einem Signalstrom von weniger als 10 mA betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Leiterplatte der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Geschwindigkeit, mit der sich ein elektrisches Signal auf einer Leiterbahn vorwärtsbewegt, ist abhängig von dem Material der Leiterbahn, insbesondere dessen elektrischer Leitfähigkeit, sowie von dem die Leiterbahn umgebenden Material, insbesondere von der Dielektrizitätzkonstanten des die Leiterbahn umgebenden Materials. Handelt es sich bei dem Material, das die Leiterbahn umgibt, um ein elektrisch isolierendes Material, so hat dies zur Folge, dass die Geschwindigkeit, mit der sich ein elektrisches Signal auf der Leiterbahn vorwärtsbewegt, geringer ist, als wenn es sich stattdessen z. B. um Luft handeln würde.

Im Falle der eingangs beschriebenen bekannten Leiterplatte sind die zwischen zwei Isolationsschichten befindlichen Leiterbahnen beidseits von isolierendem Material umgeben. Dies hat eine Reduktion der Signalübertragungsgeschwindigkeit unter anderem auch bei den Informationssignalen zur Folge.

Im Unterschied dazu sind bei der Leiterplatte nach der vorliegenden Erfindung zumindest die den Informationssignalen zugeordneten Leiterbahnen nicht zwischen zwei gleichartigen Isolationsschichten angeordnet. Stattdessen weist die äußere Isolationsschicht eine geringere Dicke auf als die darunter liegende Isolationsschicht.

Dies hat zur Folge, dass die Signalübertragungsgeschwindigkeit auf den der äußeren Isolationsschicht zugeordneten Leiterbahnen größer ist als beim Stand der Technik. Die Tatsache, dass bei der Erfindung eine Isolationsschicht mit geringerer Dicke auf die genannten Leiterbahnen einwirkt, hat zur Folge, dass die Geschwindigkeit, mit der elektrische Signale auf diesen Leiterbahnen sich vorwärtsbewegen, wesentlich größer ist als bei zwei angrenzenden Isolationsschichten mit gleicher Dicke.

Die Erfindung nutzt diesen Vorteil für eine möglichst schnelle Übertragung der Informationssignale aus. Entsprechend der Erfindung werden im wesentlichen nur die Informationssignale, also die Datensignale, die Adresssignale, die Steuersignale und dergleichen derartigen Leiterbahnen zugeordnet, die die genannte erhöhte Übertragungsgeschwindigkeit ermöglichen. Spannungsversorgungspotentiale, also beispielsweise Masse oder dergleichen, werden wie bisher solchen Leiterbahnen zugeordnet, die beidseits mit Isolationsschichten versehen sind.

Durch die Erfindung ist es damit möglich, die Betriebsfrequenz des Bussystems zu erhöhen, ohne dass hierzu ein besonderer schaltungstechnischer Aufwand oder eine Erhöhung des für den Betrieb erforderlichen Stroms erforderlich wäre. Bei der Erfindung ist es ausreichend, wenn diejenigen Leiterbahnen, mit denen die den Informationssignalen zugeordneten Bohrungen miteinander verbunden sind, auf einer der unmittelbar unter den äußeren Isolationsschichten liegenden Isolationsschichten angeordnet sind.

Erfindungsgemäß werden die den Informationssignalen zugeordneten Leiterbahnen nicht auf einer der beiden äußeren Isolationsschichten der Leiterplatte, sondern auf einer der beiden darunter liegenden Isolationsschichten angeordnet. Damit sind die den Informationssignalen zugeordneten Leiterbahnen auf der einen Seite nur von einer einzigen, nämlich der äußeren Isolationsschicht bedeckt.

Erfindungsgemäß weist in diesem Fall die darüber liegende äußere Isolationsschicht eine geringere Dicke auf als die darunter liegende Isolationsschicht. Auf diese Weise ist es möglich, nahezu dieselbe Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit zu erreichen wie in einem davon abweichenden Fall, bei dem auf der einen Seite der Leiterbahnen nicht die äußere Isolationsschicht der Leiterplatte, sondern Luft vorgesehen ist.

Ebenfalls ist es besonders vorteilhaft, wenn die äußere Isolationsschicht weniger Leiterbahnen aufweist als die darunter liegende Isolationsschicht. Dadurch wird erreicht, dass die Leiterbahnen der äußeren Isolationsschicht nur eine geringe störende Einwirkung auf die Leiterbahnen der darunter liegenden Isolationsschicht haben.

Vorzugsweise sind die Leiterbahnen der äußeren Isolationsschicht derart angeordnet, dass eine möglichst geringe Abdeckung der Leiterbahnen der darunter liegenden Isolationsschicht vorhanden ist. Damit wird gewährleistet, dass auch auf den Leiterbahnen der unter der äußeren Isolationsschicht liegenden Isolationsschicht eine erhöhte Übertragungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte und

Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Leiterplatte der Fig. 1 entlang der Ebene A-A.

In der Fig. 1 ist eine Leiterplatte 1 in Draufsicht dargestellt. Die Leiterplatte 1 ist zur Bildung eines Bussystems für ein Rechengerät vorgesehen. Die Leiterplatte 1 ist dazu geeignet, daß auf ihr eine Mehrzahl von Steckvorrichtungen montiert werden, in die weitere Bauteile des Rechengeräts, insbesondere Steckkarten des Rechengeräts einsteckbar sind.

Bei dem Rechengerät kann es sich z. B. um einen Personalcomputer oder ein Industrie-Rechengerät oder dergleichen handeln. Bei den Steckkarten des Rechengeräts kann es sich z. B. um analoge oder digitale Ein-/Ausgabekarten oder dergleichen handeln. Die Steckvorrichtungen für die Steckkarten sind alle gleichartig ausgebildet und realisieren alle dieselbe Schnittstelle.

Das Bussystem ist dazu vorgesehen, mit einer Frequenz betrieben zu werden, die größer ist als 30 MHz. Ebenfalls ist das Bussystem dazu vorgesehen, mit einem Signalstrom betrieben zu werden, der kleiner ist als 10 mA. Bei dem Bussystem kann es sich z. B. um einen sogenannten PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect) oder dergleichen handeln. Ausdrücklich wird aber darauf hingewiesen, daß es sich bei dem Bussystem auch um jedes andere Bussystem handeln kann.

In der Leiterplatte 1 sind eine Vielzahl von Bohrungen 2 vorhanden. Die Bohrungen 2 sind in Feldern 3 angeordnet. In jedem der Felder 3 sind die Bohrungen 2 in Reihen 4 ausgerichtet. Jedes der Felder 3 ist mit sieben derartiger Reihen 4 versehen. Die Anzahl von Bohrungen 2 in einer dieser Reihen 4 beträgt z. B. vierundvierzig. Die Abstände der Bohrungen 2 innerhalb einer Reihe 4 und die Abstände der Reihen 4 zueinander beträgt z. B. 2 mm.

Die Bohrungen 2 der Felder 3 sind über Leiterbahnen 5 miteinander verbunden. Da sich diese Leiterbahnen 5 - wie noch erläutert wird - innerhalb der Leiterplatte 1 befinden können, sind sie in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Die Leiterbahnen 5 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. aus Kupfer.

Es sind vorwiegend einander entsprechende bzw. korrespondierende Bohrungen 2 der einzelnen Felder 3 miteinander verbunden. Dies ist in der Fig. 1 dadurch dargestellt, daß die Bohrung 2', die eine bestimmte Position innerhalb ihres Felds 3 hat, über die Leiterbahn 5 mit der entsprechenden Bohrung 2" verbunden ist, die innerhalb des benachbarten Felds 3 dieselbe Position hat. In gleicher Weise sind diese Bohrungen 2', 2" mit entsprechend korrespondierenden Bohrungen 2 der anderen Felder 3 über die Leiterbahn 5 verbunden.

Jede der Bohrungen 2 der Felder 3 ist einem bestimmten Signal zugeordnet. Bei diesem Signal kann es sich um ein Informationssignal handeln, also z. B. um ein Datensignal, ein Adreßsignal, ein Steuersignal oder dergleichen. Damit sind bestimmte Bohrungen 2 der Felder 3 bestimmten Informationssignalen zugeordnet. Ebenfalls kann es sich um ein Spannungsversorgungspotential handeln, also z. B. um Masse oder um beispielsweise +5 V. Damit sind bestimmte andere Bohrungen 2 der Felder 3 derartigen Spannungsversorgungspotentialen zugeordnet.

Auf diese Weise wird von den Bohrungen 2 der jeweiligen Felder 3 immer dieselbe Schnittstelle zur Verfügung gestellt, so daß sich das bereits erwähnte Bussystem ergibt. Die ebenfalls bereits erwähnten Steckvorrichtungen können in die Bohrungen 2 eingesteckt und mit diesen verlötet werden, so daß daraufhin die Steckkarten in die Steckkvorrichtungen eingesteckt und damit über das Bussystem miteinander verbunden werden können.

In der Fig. 2 ist die Leiterplatte 1 geschnitten dargestellt. Die Leiterplatte 1 weist mindestens vier Isolationsschichten 6 auf. Die Isolationsschichten 6 bestehen aus elektrisch isolierendem Material, z. B. aus einem glasfaserverstärktem Epoxidharzgewebe oder dergleichen. Die Dicke der gesamten Leiterplatte 1 beträgt z. B. 3,2 mm. Die Dicke der einzelnen Isolationsschichten 6 der Leiterplatte 1 liegt im Bereich von etwa 0,5 mm.

Die Dicke der beiden äußeren Isolationsschichten 6' ist geringer als die Dicke der darunter liegenden Isolationsschichten 6. Vorzugsweise ist die Dicke der beiden äußeren Isolationsschichten 6' so gering, wie dies technisch machbar ist, z. B. 0,15 mm.

Auf den beiden äußeren Isolationsschichten 6' sind die Leiterbahnen 5' angeordnet. Es sind dort jedoch weniger Leiterbahnen 5 vorgesehen als auf den darunter liegenden Isolationsschichten 6. Vorzugsweise sind auf den beiden äußeren Isolationsschichten 6' weitgehend keine Leiterbahnen 5 vorhanden. Die auf den äußeren Isolationsschichten 6' vorhandenen Leiterbahnen 5' sind dazu vorgesehen, um weitere Bauteile, insbesondere Widerstände oder Kondensatoren, mittels der sogenannten Oberflächenmontage (SMT = Surface-Mount Technology) direkt auf der äußeren Isolationsschicht 6' der Leiterplatte 1 zu verlöten.

Zwischen den äußeren Isolationsschichten 6' und den unmittelbar darunter liegenden Isolationsschichten 6" sind die Leiterbahnen 5" angeordnet. Die Leiterbahnen 5" sind im wesentlichen den Informationssignalen zugeordnet, also den Datensignalen, den Adreßsignalen, den Steuersignalen und dergleichen.

Den Leiterbahnen 5" sind im wesentlichen keine Spannungsversorgungspotentiale zugeordnet. Es ist allerdings möglich, daß zu Zwecken der Vermeidung des Übersprechens zwischen den einzelnen, den Informationssignalen zugeordneten Leiterbahnen 5" weitere Leiterbahnen vorhanden sind, die mit einem Spannungsversorgungspotential, insbesondere mit Masse beaufschlagt sind.

Zwischen den unmittelbar unter den äußeren Isolationsschichten 6' liegenden Isolationsschichten 6" und den weiter innen innerhalb der Leiterplatte 1 liegenden Isolationsschichten 6''' sind die Leiterbahnen 5''' angeordnet. Die Leiterbahnen 5''' sind im wesentlichen den Spannungsversorgungspotentialen zugeordnet. Den Leiterbahnen 5''' sind im wesentlichen keine Informationssignale zugeordnet, also keine Datensignale, keine Adreßsignale, keine Steuersignale oder dergleichen.

Dabei sind die vorstehend beschriebenen Leiterbahnen 5' auf der äußeren Isolationsschicht 6' und die Leiterbahnen 5" auf der unmittelbar darunter liegenden Isolationsschicht 6" derart relativ zueinander angeordnet, daß eine möglichst geringe Abdeckung der Leiterbahnen 5" vorhanden ist.

Zusätzlich zu der Beschreibung der Fig. 2 sind die äußeren Isolationsschichten 6' mit einer Schutzschicht versehen. Die auf den äußeren Isolationsschichten 6' angeordneten

Claims (4)

1. Leiterplatte (1) zur Aufnahme von Steckvorrichtungen eines Bussystems eines Rechengeräts, das mit einer Frequenz von mehr als 30 MHz betreibbar ist, wobei die Leiterplatte (1) mindestens vier Isolationsschichten (6) aus elektrisch isolierendem Material aufweist, wobei auf den äußeren Isolationsschichten (6') und zwischen den Isolationsschichten (6', 6", 6''') der Leiterplatte (1) Leiterbahnen (5) aus elektrisch leitendem Material vorhanden sind, wobei die Leiterplatte (1) mit einer Vielzahl von Bohrungen (2) versehen ist, wobei die Bohrungen (2) in einer Mehrzahl von Feldern (3) angeordnet sind, wobei in jedem der Felder (3) die Bohrungen (2) in Reihen (4) ausgerichtet sind und jedes der Felder (3) mindestens vier Reihen (4) aufweist, und wobei in jedem der Felder (3) bestimmte Bohrungen (2) bestimmten Informationssignalen zugeordnet sind und einander entsprechende Bohrungen (2', 2") der jeweiligen Felder (3) über die Leiterbahnen (5) elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der äußeren Isolationsschicht (6') Leiterbahnen (5') angeordnet sind, mit denen Widerstände oder Kondensatoren direkt auf der äußeren Isolationsschicht (6') angeschlossen sind, dass auf der äußeren Isolationsschicht (6') keine Leiterbahnen angeordnet sind, mit denen die einander entsprechenden Bohrungen miteinander verbunden sind, dass auf der unmittelbar darunter liegenden Isolationsschicht (6") Leiterbahnen (5") angeordnet sind, mit denen die einander entsprechenden Bohrungen (2) miteinander verbunden sind, und dass die darüber liegende äußere Isolationsschicht (6') eine geringere Dicke aufweist als die darunter liegende Isolationsschicht (6").

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Isolationsschicht (6') weniger Leiterbahnen (5') aufweist als die darunter liegende Isolationsschicht (6").

3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5') der äußeren Isolationsschicht (6') derart angeordnet sind, dass eine möglichst geringe Abdeckung der Leiterbahnen (5") der darunter liegenden Isolationsschicht (6") vorhanden ist.

4. Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Isolationsschicht (6') mit einer Schutzschicht versehen ist.