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Anordnung zur Erhöhung der Kapazität zwischen zwei durch eine Isolierschicht
getrennten flächenhaften Leiten Die Erfindung hetrifft eine Anordnung mit zwei durch
ein Dielektrikum voneinander getrennten flächenhaften Leitern, zwischen denen eine
hohe Kappazität pro Flächeneinheit erforderlich ist. Solche flachenhaften Leiter
werden z.B. bei der Stromzuführung zu Schaltkreisen auf gedruckten Schaltungskarten
verwendet, in denen sehr schnelle Ein- und Ausschaltvorgange ablaufen (z.B. mit
Impulsanstiegazeiten in der Größepordnung einer Nanosekunde), und in denen die Bauelemente,
insbesondere solche in integrierter Schaltkreistechnik, sehr nahe beieinander Rllf
den Schaltun.qkarten angebracht sind. Solche gedruckten Schaltungen werden in neuerer
Zeit in sogenannter Vielschicht-Technik (multilayer circuits) ausgefübrt, bei der
die Verbindugs- und Stromzuführungsleitungen in mehreren Ehenen angeordnet sind,
die durch Isolierstoffschichten voneinander getrennt aind. Hier besteht die Aufgabe,
die Weiterleitung von Störimpulsen, die hei plötzlichen Ein- und Ausden schalivorgängen
auftreten würden, auf' Stromzuführungsleitungen zu verhindern, da sonst unerwünschte
Beelnflußungen henachharter
Schaltungskomponenten auftreten können.
Aber auch für andere Zwecke, z.B. für die Ausbildung von Fl;achbandkabeln sehr geringen
WeIlenwidstandes, sind solche flächenhaften Leiter mit großer Querkapazität erwünscht.
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Die Erfindung gibt eine Lösung der angedeuteten Probleme und soll
vorzugsweise für die erstgenannte Aufgabe näher erläutert werden. Für schnelle Schaltkreise
(Impulsanstiegsflanken von 1 ns) ist die Zuführung der Versorgungsspannungen über
yesonderte Ehenen einer Vielschicht-Schaltungsplatte bekannt. Obwehl hier die Stromzuführungsebenen
bereits flächenförmig ausgehildet sind, müssen zusätzliche Glättungskondensatoren
als diskrete Bauelemente auf der Oberfläche der Schaltungsplatte verteilt werden,
deren Anschlüsse mit den Stromzuführungsebenen verbunden sind, damit beim Umschalten
der Schaltkreise auftretende Spannungseinbrüche auf den Stromzuführungen in erträglichen
Grenzen gehalten werden. Zwischen den auf der Schaltungsplattenoberfläche angebrachten
integrierten Schaltkreisen, die ihre Versorgungsspannungen aus den in die Vielschicht-Schaltungsplatte
eingebetteten flächenhaften Stromzuführungsleitern erhalten, müssen also Kondensatoren
angeordnet sein, deren Belegung mit den serwähnten Leitern verhunden sind und die
einen zusätzlichen Platzbedarf auf der Schaltungsplattenoberfläche bedingen.
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Eine Erhöhung der Dielektrizitätskonstante des verwendeten Isolationsmaterials
hat hisher keine entscheidende Verbesserung
gebracht und wiirde
außerdem zu Fehlanpassungen bei den senkrecht zur Leiterplatte liegenden Leitungsdurchf<ihrungen
Anlaß gehen. Außerdem sind derartige für die Zwecke der Erhöhung der Dielektrizitätskonstante
geeignete Materialien im allgemeinen sehr hart, wenn sie z.B. aus Bariumtitanat
bestehen und bedingen daher zusätzliche Probleme bei der mechanischen Bearbeitung
der Schaltungsplatten, da sie das Bohren der Durchführungen für die Durchführungsleiter
erschweren.
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Gemäß der Erfindung sind in das die flächenhaften Leiter voneinander
trennende Dielektrikum Bereiche aus einem Material schr hoher Dielektrizitätskonstante
(# > 1000) insbesondere aus einer Bariumtitanatkeramik, Dabei können die Bereiche
hoher Dielektrizitätskonstante derart regelmaflig angeordnet sein, daß sio zwischen
sich ein regelmäßiges, insbesondere schachbrettartiges Raster zur Apbringung der
Durchführungsbohrungen in an sich bekannter Weise freilassen.
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In Anwendung der @ Erfindung werden somit die bisher auf der Leiterplattenoberfläche
angebrachten diskreten Einzelkondensatoren schon heim Herstellungsprozess rasterförmig
verteilt in der Leiterplatte selbst erzeugt, und zwar an solchen Stellen, die e
für eine spätere mechanische Bearbeitung (Durchführungsbohrungen) nicht verwendet
werden. Dadurch wird einerseits erreicht, daß zu jedem Schaltkreis über eine genügend
induktionsarme Verbindung, d.h. auf kürzestem Wege, eine erheblich vergrößerte Kapazität
zur Verfügung steht, was die Ausbreitung
von Spannungssprüngen auf
den Versorgungsspannungsebenen stark reduziert. Zum andern bleibt die unmittelbare
Umgebung der Leitungsdurchführungen durch die Schaltungsplatte in ihrer Dielektrizitätskonstante
unverändert, so daß hier Fehlanpassungen vermieden werden. Damit ergibt sich insgesamt
eine wesentliche Verminderung der Störeinflüsse zwischen auf der gleichen Schaltungsplatte
angebrachten benachbarten Schaltkreisen.
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In Fig. 1 ist eine Schaltungsplatte mit einer Erhöhung der Kapazität
zwischen den Stromzufiihrungsleitern Gemäß der Er-Findung schematisch dargestellt,
und zwar in zwei senkrecht Zueinander orientierten Schnitten A-A und B-R, sowie
einem parallel zur Schaltungsplattenfläche liegenden Schnitt C-C-C.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend C-C-C in Fig. 1 durch eine
Schaltungsplatte mit anders geformten Bereichen hoher .Di elektri7,itätskonstante.
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Zur Herstellung einer Vielschicht-Schaltungsplatte gemäß der Erfindung,
wie sie Fig. l zeigt, wird z.B. auf einem Kupferblech 1 geeigneter Dicke und der
gewünschten Schaltungsplattengröße ein Raster von kreispunktförmigen Bereichen 2
aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante (# > 1000) aufgebracht.
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Dies kann z.B. durch Siebdruckverfahrenf Aufdampfen oder Versprühen
einer einer lochmaske geschehen. Der Rasterabstand der einzeluen Punkte voneinander
ist durch das Bohrraster für die späteren Teitatngsd1lrchfiihrtlngen vorgegeben.
Nach einem evtl.
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Aushärtevorgang wird das erste so vorbehandelte Kupferblech t mit
einem zweiten mit dünnflüssigem Kleber 3 bestrichenen oder besprühten Kupferblech
4 zu einer Folie zusammengefügt und verpreßt. Um Kurzschlüsse zwischen den beiden
Blechen an den Rändern zu vermeiden, können die Kupferbleche 1/und 4 am Rande durch
einan Rahmen aus Isoliermaterial getrennt werden.
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Hierzu eignet sich besonders das gleiche Material hoher Dielektrizitntskanstante,
aus der auch die Rasterpunkte 2 hergestellt sind, so daß der Rahmen im selben Arbeitsgang
wie die Rasterpunkte auf das Blech 1 aufgebracht werden kann.
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flei der weiteren Verarbeitung der Vielschichtplatte werden außen
auf die beiden Kupferbleche 1 hzw. 4 weitere Isolierschichten 5 und 6 aufgebracht,
auf die dann in bekannter Weise durch Druck- und Ätzverfahren die Verbindungsleiter
7 und 8 aufgebracht werden. Dabei sind vorzugsweise die Leiter 7 auf der einen Seite
der Vielschichtplatte senkrecht zum Verlauf der Leiter 8 auf der anderen Seite der
Vielschichtplatte angeordnet. Zur Verbindung der Leiter auf verschiedenen Seiten
der Schaltung und der Schaltkreise mit den im Inneren befindlichen Spannungszufübrungsflächen
1 bzw. 4 sind in an sich bekannter Weise Bohrungen vorgesehen, deren Innenflächen
metallisiert werden, wie das in Fig. 1 durch die Bohrung 9 angedeutet ist. Derartige
Bohrungen können an allen den Stellen der Schaltungsplatte angebracht werden, die
als strichlierte Kreise im Schnitt C-C-C der Fig. 1 angedeutet sind. In der Zeichnung
ist die Bohrung 9 mit einem Schaltkreis 10 durch Lötung verbunden
Damit
Kondensatoren möglichst großer Kapazität erzeugt werden, müssen die verschiedenen
Bedingungen optimal aufeinander abgestimmt werden: 1. Der Kleber muß genügend dünnflüssig
sein und genügend langsam aushärten, damit das Kondensatorraster möglichst an allen
Stellen von beiden Kupferblechen berührt wird.
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2. Der Anpressdruck muß genügend groß sein, so daß das relativ spröde
Kondensatormaterial die Oberfläche des Kupferbleches sogar geringfügig verformt
und damit eine möglichst große Berührungsfläche erzeugt wird.
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3. Das Kupferblech muß eine genügende Steifigkeit aufweisen, damit
trotz des hohen Anpressdruckes Kurzschlüsse in den Zwischenräumen des Kondensators
nicht erzeugt werden können.
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4. Die Höhe des Kondensatorrasters soll an allen Stellen möglichst
gleichmäßig sein.
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5. Die geometrische Form der Einzelkondensatoren (beispielsweise halbkugelförmig)
soll eine schwache Keilwirkung beim Verpressen berücksichtigen, um eine möglichst
gute Berührungsfläche mit dem Kupferblech 4 zu erzeugen.
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Ein geeignetes Material zur Herstellung der Kondensatoren
befindet
sich unter der Typbezeichnung Kondensator-Dielektrikum 8289 der Firma Du Pont im
Handel.
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tS wurde im vorstehenden eine vorteilhafte Art der Herstellung einer
Vielschicht-Schaltungsplatte beschrieben, bei der die Erfindung angewendet ist.
Die Erfindung ist jedoch keineswegs hierauf beschränkt, sondern kann in vielseitiger
Weise abgewandelt werden. So zeigt z.B. Fig. 2 den Parallelschnitt durch eine Platte
entsprechend dem Schnitt C-C-C, bei der die einzelnen Bereiche hoher Dielektrizitätskonstante
als vierzackige Sterne ausgebildet sind, von denen jeweils vier eine Position für
eine Durchführungsbohrung umgeben. Durch eine solche Ausbildung ist noch eine wesentliche
Erhöhung der Kapazität etwa um einen Faktor 2 möglich.
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Nimmt man an, daß zur Erzeugung der Bereiche erhöhter Dielektrizitätskonstante
etwa 10 X der Schaltungsplattenfläche zur Verfügung stehen und daß hiervon wegen
unvermeidlicher Fertigungsfehler etwa 30 X genutzt werden können und nis man weiter
an, daß ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 5000 zur Verfügung
steht, während das übrige Gebiet, das mit dem Kleber 3 ausgefüllt ist, eine Dielektrizitätskonstante
von 5 besitzt, so ergibt sich eine Erhöhung der Kapazität zwischen den beiden Kupferfolien
t und 4 um den Faktor