DE2444228C3

DE2444228C3 - Anordnung zur Erhöhung des Wellenwiderstandes von Streifenleitungen

Info

Publication number: DE2444228C3
Application number: DE19742444228
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 8190 Weidach Braeckelmann; Hansjoerg Dr.-Ing. 8000 Muenchen Fritzsche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2444228A1; DE2444228B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erhöhung des Wellenwiderstandes von Streifenleitungen, bei denen mindestens ein Leiter definierter Breite unter Zwischenlage einer vergleichsweise dünnen isolierenden Schicht über einer leitenden Ebene (Potentialebene) angeordnet ist

Für die Übertragung von kurzen Impulsen oder von Signalen mit hoher Frequenz werden Übertragungsleitungen häufig als Streifenleitungen mit einem definierten Wellenwiderstand ausgeführt Dazu werden die Leiter mit definierter Breite und einer Potentialebene auf einen Träger, z. B. ein Keramiksubstrat aufgebracht Dabei sind im Prinzip zwei Ausführungsformen möglich. Bei der einen Ausführungsform befinden sich die Leiter und die Potentialebene auf verschiedenen Seiten des Substrats und sind durch dieses voneinander isoliert Bei der anderen Ausführungsform befinden sich die Leiter und die Potentialebene auf derselben Seite des Substrats und sind durch eine zusätzlich aufgebrachte Isolierschicht voneinander isoliert

Für technisch interessante Wellenwiderstandswerte der Leitungen, nämlich zwischen 50 Ohm und 100 Ohm, ist eine Isolationslagendicke von etwa der ein- bis achtfachen Leiterbreite nötig, wenn ein übliches Isolationsmaterial mit einer Dielektrizitätskonstante von z. B. e_r=9,7 verwendet wird. Realisierbar sind heute Substratdicken von =250μπι oder aufgedruckte Isolationsschichten von ·=50μπι Dicke und Leiterbreiten von = 100 μιη.

Das bedeutet, daß bei der genannten ersten Ausführungsform,wo sich Leiterund Potentialebene auf verschiedenen Seiten des Substrats befinden, die Leiter unnötig breit ausgeführt werden müssen und somit keine optimale Verdrahtungsdichte gestatten, und daß bei der zweiten Ausführungsform, wo sich Leiter und Potentialebene unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Isolationsschicht auf derselben Seite des Substrats

^r) befinden, die gewünschten Wellenwiderstandswerte nicht realisiert werden können-

Bei Mehrlagenverdrahtungen tritt häufig der Fall auf, daß an sich von ihrer Leiterdimensionierung aus gleiche Streifenleitungen unterschiedliche Wellenwiderstands-

Mi werte aufweisen. Ursache für diese Unterschiede im Wellenwiderstand ist meist der unterschiedliche Abstand der Leiter von der zugeordneten Potentialebene. Der Nachteil des unterschiedlichen Wellenwiderstandes ließ sich bisher nur durch Einführen einer zusätzlichen

'■"> Pctentialebene in die Mehrlagenverdrahtung beseitigen. Eine solche zusätzliche Potentialebene verkompliziert natürlich die Mehrlagenverdrahtung und erhöht nicht unwesentlich ihren Preis.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

-•'ι Anordnung zu schaffen, die eine Erhöhung des Wellenwiderstandes von Streifenieitungen bewirkt und außerdem eine Verringerung des relativen Wellenwiderstandsunterschiedes zwischen mehreren Leitern in unterschiedlicher Höhe über einer Potentialebene

■2"> erreicht

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Potentialebene in demjenigen Bereich, der unmittelbai unter einem Leiter liegt, derart mit öffnungen versehen ist, daß die Leitungskapazität

ι» verringert und die Leitungsinduktivität vergrößert wird. Die beiden Vorzüge einer gelochten Potentialebene gegenüber einer durchgehenden, nämlich hoher Wellenwiderstand bei vergleichsweise kleinem Abstand des Leiters zur Potentialebene und geringerer Wellenwider- · Standsunterschied zwischen Leitungen mit unterschiedlichem Abstand zur Potentialebene können selbstverständlich nicht nur für Schaltungen in Dickschichttechnologie, sondern auch für Schaltungen in anderen Technologien, wie Dünnfilm- und Epoxidätztechnik

·"> oder bei Streifenleitungen in geätzten flexiblen Schaltungen Verwendung finden. Insbesondere bei letzteren kann durch die Lochung der Potentialebene ein geforderter Wellenwiderstand mit einer dünneren Isolationsschicht realisiert werden und damit die

ι") Flexibilität der Schaltung erhöht. Material eingespart und evtl. ein günstigeres Isolationsmaterial verwendet werden.

Für die Dimensionierung der öffnungen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Breite und/oder die

ίο Länge der öffnungen größer zu machen als die Breite der Leiter. Wenn man außerdem den Mittenabstand der öffnungen voneinander wesentlich kleiner macht als die klein^cte Wellenlänge der von der Leitung zu übertragenden Signalschwingungen, wird die Fortpflanzungs-

v> geschwindigkeit der Signale auf den Leitungen durch die gelochte Potentialebene nur unwesentlich verändert.

Die Fig. I und 2 zeigen in prinzipieller Darstellung

ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es besteht im

Falle der Fig. 1 aus einem Leiter L, der in einem

mi bestimmten Abstand über einer Potentialebene P angeordnet ist. Im Falle der Fig.2 befinden sich zwei Leiter L\ und L2 in unterschiedlichem Abstand über einer Potentialebene P. In beiden Ausführungsbeispielen ist zwischen den Leitern L, L 1 bzw. L 2 und den

hi zugehörigen Potentialebenen jeweils noch eine dünne isolierende Schicht zu denken, die in den dargestellten Beispielen zum Zwecke der besseren Übersicht weggelassen worden ist. Die Potentialebene /'ist jeweils

in demjenigen Bereich, der unmittelbar unter dem Leiter liegt, mit Öffnungen O versehen. Wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist die Breite der Öffnungen O größer als die Breite der zugeordneten Leiter. Außer der angestrebten Erhöhung des Wellenwiderstandes der Streifenleitungen tritt durch die in der Potentialebene P unter den Leitern L angeordneten Öffnungen O außerdem eine Verringerung des relativen Wellenwiderstandsunierschiedes zwischen Leitern in unterschiedlicher I lohe über der gelochten Potentialebene, wie z.B. den Leitern L\ und L2 in Fig.2 ein. Die physikalische Begründung für diesen Effekt besieht darin, daß die Längen der elektrischen Feldlinien von den beiden Leitern H und /.2 zu der gelochten potentialebene P einen geringeren gegenseitigen Unterschied haben, als sie ihn zu einer durchgehenden Potentialebene hätten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erhöhung bzw. Angleichung des Wellenwidarstandes von Streifenleitungen, bei denen mindestens ein Leiter definierter Breite unter Zwischenlage einer vergleichsweise dünnen isolierenden Schicht über einer leitenden Ebene (Potentialebene) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialebene in demjenigen Bereich, der unmittelbar unter dem Leiter liegt, derart mit öffnungen versehen ist, daß die Leitungskapazität verringert und die Leitungsinduktivität vergrößert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der öffnungen größer ist als die Breite der Leiter.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der öffnungen größer ist als die Breite der Leiter.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand der öffnungen wesentlich kleiner ist als die kleinste Wellenlänge der von der Leitung zu übertragenden Signalschwingungen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl von in verschiedenen Lagen über der Potentialebene liegenden Leitern, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem zur Anpassung des Wellenwiderstandes die Leiter in unterschiedlichen Lagen unterschiedliche Breite haben.