DE3118313A1

DE3118313A1 - "gedruckte schaltungsplatte"

Info

Publication number: DE3118313A1
Application number: DE19813118313
Authority: DE
Inventors: Luciano Dipl.-Ing. Lodi Milano Inzoli; Gino Dipl.-Ing. Noviglio Piccioni
Original assignee: Italtel SpA; Italtel Societa Italiana Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-02-25
Also published as: US4352994A; PT72918A; ES501565A0; BR8102696A; IT1209218B; ES8205341A1; IT8021934A0; FR2482405A1; GB2078015A; PT72918B

Description

11010/H/Elf

DB 452

ital.Anm. Nr.21934 A/80

vom 9.5.80

ITALTEL

SOCIETA ITALIANA TELECOMUNICAZIONI S.P.A. Mailand (Italien)

Gedruckte Schaltungsplatte

Die Erfindung bezieht sich auf eine gedruckte Schaltungsplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In elektronischen Systemen ist es zweckmässig, die Verteilung des Massepotentials und der Versorgungsspannung zu vereinheitlichen, damit nicht bei jeder einzelnen Schaltungsplatte des Systems erneut deren elektrische Eigenschaften optimiert werden müssen. Die Masse- und Versorgungspotentiale dürfen nämlich nicht willkürlich verteilt werden, da die Platte umso bessere elektrische Eigenschaften hat, je kürzer die Maschen sind, die durch die Leiterbahnen der Signalübertragungsleiter und der an Masse liegenden Rückleiter gebildet werden. Das von dem veränderlichen Strom auf einer solchen Leiterbahn erzeugte elektromagnetische Feld induziert auf anderen Maschen eine elektromotorische Kraft (EMK), deren Stärke zu ihrer Schnittlänge proportional ist. Insbesondere das gleichzeitige Umschalten mehrerer binärer Schaltkreise oder Verknüpfungsglieder ruft auf entsprechend vielen Leitern veränderliche

Ströme hervor, die auf einer magnetisch mit ihnen gekoppelten anderen Masche u.U. eine EMK mit einer Stärke induzieren können, die den Binärwert des an der Masche liegenden Signals verändert.

Eine zweckmässige Maßnahme zur Lösung dieses mit dem Maschenquerschnitt zusammenhängenden Problems besteht darin, die Leiterbahnen zur Verteilung der Versorgungsspannung auf einer oder zwei Flächen der Platte vorzusehen und als Masse für die Platte eine metallisierte weitere Fläche. Dadurch hat jede Masche nur den der Dicke des dielektrischen Materials zwischen den Bahnen und der metallisierten Fläche entsprechenden minimalen Querschnitt, da der Strom spontan auf einem zur Zuleitung parallelen Weg zurückfließt. Diese Maßnahme erfordert jedoch eine mehrschi chtige gedruckte Schaltung, die aufwendig und schwierig realisierbar ist. Insbesondere muß die Platte selbst bei einem geringfügigen Fehler an der Zwischenschicht ausgeschieden werden, da er nicht behoben werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsplatte anzugeben, die bei vielseitiger Verwendbarkeit stets optimale elektrische Eigenschaften ähnlich denjenigen der erwähnten mehrschichtigen gedruckten Schaltungsplatten hat, jedoch einfacher ist und weniger Aufwand insbesondere bei der Herstellung erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsplatte gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine gedruckte Schaltungsplatte 1 mit der für die Erfindung wesentlichen Verteilungs-

bahnanordnung, wobei zur besseren Obersicht alle Bahnen auf einer Seite gezeigt sind. Bei der praktischen Ausführung befinden sich selbstverständlich zur Vermeidung von Überschneidungen die einen, etwa die in der Zeichnung horizontalen Bahnen auf der Oberfläche oder Seite der gedruckten Schaltung und die anderen, bei dem gewählten Beispiel also die senkrechten Bahnen auf der anderen Seite.

Parallel zu dem Rand der Schaltungsplatte 1, der die Anschlußverb inderanordnung aufzunehmen hat, ist ein Paar von Haupt-Verteilungsbahnen 2 bzw. 3 zur Verbindung mit den Masse- bzw. VersorgungsSpannungsanschlüssen vorgesehen. Senkrecht zu den Haupt-Verteilungsbahnen 2 und 3 verlaufen mehrere Paare von Spalten-Verteilungsbahnen 4 und 5, die jeweils mit je einer der Bahnen 2 bzw. 3 verbunden sind. Der Abstand h₁ zwischen zwei benachbarten Paaren von Spalten-Verteilungsbahnen 4,5 ist nicht kleiner als die Länge der Schmalseite des Gehäuses von zu montierenden integrierten Schaltungen. Parallel zu den Haupt-Verteilungsbahnen 2,3 und auf derselben Plattenseite wie diese liegt eine Mehrzahl von Teilen-Verteilungsbahnen 7, welche die auf der anderen Plattenseite befindlichen, an Masse liegenden Spalten-Verteilungsbahnen 4 miteinander verbinden. Der Abstand h« zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeilen-Verteilungsbahnen 7 ist nicht kürzer als die Längsseite der Gehäuse 6.

Die hier beschriebene Anordnung der Verteilungsbahnen gestattet eine Annäherung an das optimale elektrische Verhalten mehrschichtig ausgeführter Schaltungsplatten, denn sowohl beim Signalaustausch zwischen zwei auf der gleichen Spalte angeordneten integrierten Schaltungen als auch in anderen Fällen hat die betreffende Masche dank der Zeilen-Verteilungsbahnen 7 eine geringere Schnittlänge als bei anderen Plattenkonstruktionen. Die Verteilungsbahnen 7 ermöglichen eine wesentliche Verkürzung des Stromrückweges, der über ein entsprechendes Teilstück der Bahnen 7 an die Stromzuführungsbahn, d.h. den

Hinweg angenähert wird.

Bei der (mechanischen) Dimensionierung der Spalten-Verteilungsbahnpaare müssen die Störfrequenzen berücksichtigt werden, welche, auf der Schill tungspl atte aufhreten können. Jcdos P.i.ir von Spalten-Verteilungsbahnen 4,5 kann nämlich als HF-Leitungskreis ("Transmissionsleitung") betrachtet werden, dessen elektrische Merkmale von der Induktivität der Bahnen und von den zu ihnen parallelgeschalteten Kapazitäten abhängen. Bei diesen Kapazitäten handelt es sich um Kondensatoren, die parallel zu jedem Paar von Verteilungsbahnen (also elektrisch zwischen diese) in vorbestimmten Abständen zur Energiespeicherung montiert sind und die gespeicherte Energie bei Strombedarfsspitzen der durch das betrachtete Bahnpaar gespeisten Schaltungen wieder abgeben sollen. Insbesondere beim Umschalten benötigen die vorhandenen binären Schaltkreise u.U. Spitzenströme, die weit über der durchschnittlichen Stromaufnahme liegen können, für welche die Stromversorgung ausgelegt wird, und die deshalb von den genannten Kondensatoren geliefert werden sollen. Das Paar von Spalten-Verteilungsbahnen 4,5 verhält sich infolgedessen wie ein Resonanzkreis, der durch die beim Umschalten der binären Schaltkreise oder dgl. hervorgerufenen Stromaufnahmeschwingungen angeregt wird und mit einer Frequenz schwingt, die von der Induktivität der Bahnpaare und dem Kapazitätswert der genannten Kondensatoren abhängt. Diese Schwingungen sind störend, da sie den Momentanwert der zwischen den Bahnen 4 und 5 angelegten Speisespannung der angeschlossenen Schaltkreise verfälschen.

Da es praktisch nicht möglich ist, die erläuterten Schwingungen zu beseitigen, sind erfindungsaemäß die Bahnen 4 und 5 in besonderer Weise so dimensioniert, daß die Auswirkungen erheblich herabgesetzt werden, was dadurch ermöglicht wird, daß die Schwingungsfrequenz der Leiterbahnen wesentlich höher wird als die Frequenz, mit der die Schaltungen der gedruckten Platte

arbeiten. Zur Erhöhung der Schwingungsfrequenz ist es notwendig, den Wert der erwähnten Kapazitäten bzw. den der Induktivität des Bahnpaares herabzusetzen. Da der Mindestwert der Kapazitäten durch die zu speichernde und bei Bedarf abzugebende Energiemenge bestimmt wird, werden erfindungsgemäß die Bahnen 4 und 5 für eine minimale Induktanz oder Induktivität ausgelegt.

Die Induktivität einer der Spalten-Verteilungsbahnen 4 bzw. kann für relativ niedrige Frequenzen nach der Formel

j. ³ \ Nanohenry (Längen in Zoll) _n ^₁ + j )

berechnet werden, in der 1 die Länge der Spaltenbahn, d den Abstand zwischen den Achsen der Bahnen eines Paares, χ die Bahnbreite und s die Bahndicke bedeuten. Die Induktivität 2L eines Paares von Spalten-Verteilungsbahnen 4 und 5 muß unter Berücksichtigung der erwähnten Kapazitäten einen Wert haben, bei dem die Frequenz von Schwingungen an diesem Paar wesentlich größer ist als die Frequenz, mit welcher die auf der Schaltungsplatte zu montierenden Schaltungen arbeiten. Erfindungsgemäß werden demnach die mechanischen Parameter (l,d,x,s) der Bahnen 4 und 5 so bemessen, daß diese Bedingung im Geltungsbereich der oben angegebenen Formel erfüllt ist. Die Bedingung bleibt auch bei Zunahme der Frequenz gültig, da dann der Skineffekt nicht mehr vernachlässigbar ist und die Induktivität abnimmt.

Es ist zu beachten, daß die integrierten Schaltungen und diskreten Bauelemente für die hier beschriebene Schaltungsplatte über den Bahnen 4 und 5 montiert werden sollen und deshalb der Abstand d zwischen diesen Bahnen kleiner sein soll als der "Einbauschritt" der integrierten Schaltungen, d.h. der Einbauabstand zwischen ihren beiden Anschlußstiftreihen,

und auch als der Abstand zwischen den Elektroden oder Anschlüssen z.B. der genannten Kondensatoren oder sonstigen diskreten Bauelemente. Wenn sehr niedrige Induktivitätswerte notwendig sein sollten, kann es deshalb zweckmässig sein, zur Einhaltung der erwähnten Bedingung bei beschränktem Abstand d die Bahnbreite χ und/oder die Bahndicke s entsprechend zu erhöhen.

Wie auch aus der Zeichnung ersichtlich ist, erlaubt die Montage der integrierten Schaltungen und diskreten Bauelemente über den Bahnen 4 und 5 eines Paares eine Herabsetzung der Länge der Verbindung 8 zwischen den Masse- und Speiseanschlußstiften jeder integrierten Schaltung und den zugehörigen Verteilungsbahnen auf ein Minimum. Außerdem wird die Herstellung dieser Verbindung 8 durch automatische Maschinen erleichtert, wie noch erläutert wird.

Die Abmessungen der Zellen des durch die Bahnen 7 und die Bahnen 4,5 gebildeten Rasters, d.h. die Mindest-Abstände h.. und h₂ bleiben auch dann unverändert, wenn die Abmessungen der gedruckten Schaltung eine Änderung erfahren. Vorzugsweise beträgt der Abstand h₂ mindestens das Doppelte der Längsseite des Gehäuses einer integrierten Schaltung mit 18 Stiften, so daß in jeder Zelle außer den oben genannten Kondensatoren maximal zwei integrierte Schaltungen mit jeweils bis zu 18 Stiften oder eine einzige integrierte Schaltung mit einer höheren Anzahl , beispielsweise 40 Stiften, zu montieren sind. Aus den konstanten Abmessungen der Zellen ergeben sich zahlreiche Vorteile; u.a. ist eine wesentliche Erleichterung bei der Verwendung der schon erwähnten Maschinen zur Ausführung einer automatischen " Verdrahtung" hervorzuheben. Es genügt nämlich, die Maschine mit Daten bezüglich der Anzahl der auf jeder Zelle zu montierenden integrierten Schaltungen sowie der jeweiligenStiftanzahl zu versorgen, worauf die Maschine selbsttätig jede Zelle individuell für die Montage der jeweiligen integrierten Schaltung vorbereitet und auch die

Verbindung 8 von den Masse- und Speiseanschlüssen zu den Bahnen 4,5 durchführt. In der Zeichnung sind diese einheitlichen Zellen speziell für die Montage integrierter Schaltungen mit unterschiedlicher Anzahl von Anschlußstiften dargestellt.

Claims

Patentansprüche :

(1.Jl Gedruckte Schaltungsplatte mit gedruckten Leiterbahnen auf zwei Plattenseiten einschließlich zur Stromversorgung von auf der Schaltungsplatte zu montierenden integrierten Schaltungen und/oder anderen Bauelementen dienender Masse- und Spannungsverteilungsbahnen, die an eine längs eines Plattenrandes vorgesehene Anschlußverbinderanordnung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,

daß auf der ersten Plattenseite parallel zu dem Plattenrand der Anschlußverbinderanordnung ein Paar von zur Versorgung der gesamten Platte dienenden Haupt-Verteilungsbahnen (2,3) für

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 69148-800

Masse bzw. für die Versorgungsspannung angeordnet ist, während sich mehrere senkrecht zu den Haupt-Verteilungsbahnen (2,3) verlaufende, elektrisch mit ihnen verbundene Paare von Spalten-Verteilungsbahnen (4,5) auf der zweiten Plattenseite befindet,

daß auf der ersten Plattenseite eine Mehrzahl von Zeilen-Verteilungsbahnen (7) vorgesehen sind, welche in regelmässigen in Spaltenrichtung gemessenen Abständen (h₂) die an Masse liegenden Spalten-Verteilungsbahnen (4) der zweiten Plattenseite miteinander verbinden,'

und daß die Abstände (h, bzw. h~) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Paaren von Spalten-Verteilungsbahnen (4,5) bzw. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeilen-Verteilungsbahnen (7) mindestens so groß sind wie die Länge der kürzeren Seite bzw. der Längsseite der Gehäuse (6) der auf der Schaltungsplatte zu montierenden integrierten Schaltungen oder Bauelemente .
2.) Schaltungsplatte nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß parallel zu jedem Paar von Spalten-Verteilungsbahnen (4,5) eine Mehrzahl von Kondensatoren schaltbar sind, die zur Energielieferung dienen, wenn die Stromaufnahme der auf der Platte montierten Schaltungen einen vorgesehenen Durchschnittswert überschreitet.
3.) Schaltungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Spalten-Verteilungsbahnen (4 und 5) für eine solche Induktivität bemessen sind, daß die Schwingungsfrequenz des aus der Induktivität des Paares von Spalten-Verteilungsbahnen (4 und 5) und der parallel zu ihnen geschalteten Kapazitäten gebildeten Resonanzkreises wesentlich größer ist als die Frequenz, mit welcher die auf der Platte montierten Schaltungen arbeiten.
4.) Schaltungsplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen den beiden Spalten-Verteilungsbahnen (4 und 5) jedes Paares geringer ist als der Einbauabstand der Anschlußstiftreihen der integrierten Schaltungen oder Bauelemente.
5.) Schaltungsplatte nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß die integrierten Schaltungen oder Bauelemente jeweils über einem Paar der Spalten-Verteilungsbahnen (4 und 5) montierbar sind.
6.) Schaltungsplatte nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungen (8) zwischen den Anschlußstiften für Masse und für die Versorgungsspannung der integrierten Schaltung oder Bauelemente und den jeweiligen Spalten-Verteilungsbahnen (4,5) senkrecht zu diesen geradlinig mit einer Länge verlaufen, die geringer ist als der halbe Einbauabstand der Anschlußstiftreihen der integrierten Schaltungen oder Bauelemente.