DE2130824A1 - Anordnung zur Erhoehung der Kapazitaet zwischen zwei durch eine Isolierschicht getrennten flaechenhaften Leitern - Google Patents

Anordnung zur Erhoehung der Kapazitaet zwischen zwei durch eine Isolierschicht getrennten flaechenhaften Leitern

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DE2130824A1
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Juergen Dipl-Ing Erlewein
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt entsprechend C-C-C in Fig. 1 durch eine Schaltungsplatte mit anders geformten Bereichen hoher .Di elektri7,itätskonstante.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 3. Das Kupferblech muß eine genügende Steifigkeit aufweisen, damit trotz des hohen Anpressdruckes Kurzschlüsse in den Zwischenräumen des Kondensators nicht erzeugt werden können.
  • 4. Die Höhe des Kondensatorrasters soll an allen Stellen möglichst gleichmäßig sein.
  • 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.
  • Ein geeignetes Material zur Herstellung der Kondensatoren befindet sich unter der Typbezeichnung Kondensator-Dielektrikum 8289 der Firma Du Pont im Handel.
  • 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.
  • 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

Claims (2)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h- e 1.) Anordnung zur Erhöhung der Kapazität zwischen zwei durch ein Dielektrikum voneinander getrennten flächen haften Leitern, insbesondere den Stromzuführungsleitern einer in Vielschichttechnik ausgeführten, eine Vielzahl von aktiven, vorzugsweise in integrierter Schaltkreistechnik hergestellten Bauelementen enthaltenden Schaltungskarte, dadurch gekennzeichnet, daß in das aus Kunststoffkleber hergestellte Isoliermaterial Bereiche aus einem Material sehr hoher Dielcktrizitätskonstante (# > 1000) eingelagert sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Bereiche hoher Dielektrizitätskonstante derart regelmäßig angeordnet sind, daß sie zwischen sich ein regemaßiges, insbesondere schachbrettartiges Raster zur Anbringung von Durchführungsbohrungen freilassen.
DE19712130824 1971-06-22 1971-06-22 Anordnung zur Erhoehung der Kapazitaet zwischen zwei durch eine Isolierschicht getrennten flaechenhaften Leitern Pending DE2130824A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0537667A2 (de) * 1991-10-16 1993-04-21 Circuit Components Inc. Folienmaterial mit hoher dielektrischer Konstante
WO2000074447A1 (en) * 1999-06-02 2000-12-07 Sun Microsystems, Inc. Method and apparatus for reducing electrical resonances and noise propagation in power distribution circuits employing plane conductors

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