DE4326989A1 - Leiterplatte - Google Patents

Description

Leiterplatten dienen zum einen als Träger von elektrischen Bauteilen und zum anderen der Verbindung von elektrischen Anschlüssen der Bauteile. Eine weitere Verwendung von Lei­ terplatten besteht als Rückwandleiterplatte, beispiels­ weise in Vermittlungsgestellen, zur Bereitstellung von elektrischen Verbindungen zwischen Baugruppen, die wie­ derum mit Bauteilen bestückten Leiterplatten gebildet sind. Bei der Weiterleitung von Signalen mit einer in den GHz-Bereich reichenden Datenrate ist es erforderlich, Hochfrequenzeigenschaften der Signalausbreitung mit zu berücksichtigen. Ein Signal mit der genannten Datenrate wird symmetrisch, d. h. als Gegentaktsignal, über zwei Signalleiter einer Doppelleitung geführt. Die Dämpfung eines Signals entlang einer Doppelleitung ist mit der Breite der einzelnen Signalleiter korreliert.

Mit dem Raster der elektrischen Anschlüsse der zum Einsatz kommenden Bauteile ist zwischen den Durchkontaktierungen der Leiterplatte eine Gassenbreite vorgegeben, die zur Durchführung von Signalleitern zur Verfügung steht. Bei einem Raster der elektrischen Anschlüsse der Bauteile von beispielsweise 1,27 mm verbleiben etwa 0,9 mm Gassenbrei­ te. Werden nun die beiden Signalleiter einer Doppelleitung in Fortbildung herkömmlicher Technik schmalseitengekoppelt in einer Gasse geführt, so verbleibt für einen einzelnen Signalleiter - bei Einhaltung von notwendigen Abständen - eine Breite von 0,125 mm (Fig. 3). Diese geringe Signal­ leiterbreite bringt einen hohen Dämpfungsbelag der Doppel­ leitung mit sich, was einer Überbrückung von längeren Ver­ bindungsstrecken, wie sie in Rückwandleiterplatten auftre­ ten können, zuwiderläuft. Das JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNO­ LOGY, VOL. 10, No. 6 JUNE 1992, enthält auf Seite 813 den Hinweis, daß bei einer durch einen Abschlußwiderstand ab­ geschlossenen Leitung durch Erhöhung der Breite und der Dicke des Signalleiters der Dämpfungsbelag der Leitung so weit reduzierbar ist, daß Datenraten im GHz-Bereich handhabbar sind. Die Anwendung dieses Hinweises auf eine Leiterplatte mit vorgegebenem Raster führt zu einer Lei­ terplatte, bei der die Signalleiter einer Doppelleitung in getrennten Gassen geführt sind (Fig. 2). Eine solche Aus­ gestaltung führt, wie in der Literaturstelle angegeben, zu einer Reduzierung der Verbindungsdichte. Die Reduzierung der Verbindungsdichte ist zum einen in dem erhöhten Flä­ chenbedarf der nebeneinander angeordneten, verbreiteten Signalleiter und zum anderen in der Notwendigkeit vergrö­ ßerter Abstände zu benachbarten Doppelleitungen auf Grund der verringerten Verkoppelung der Signalleiter einer Dop­ pelleitung begründet.

Bei Verwendung einer Leiterplatte mit niedriger Verbin­ dungsdichte ist es zur Erzielung einer gegebenen Anzahl von Verbindungen notwendig, eine erhöhte Anzahl von Lei­ terplatten zu einer Multilayer-Leiterplatte zusammenzu­ fügen, was einerseits einen erhöhten Aufwand mit sich bringt und andererseits an technologiebedingte Grenzen stößt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Leiterplat­ te zur Weiterleitung von eine Datenrate im GHz-Bereich aufweisenden Signalen anzugeben, deren Verbindungsleitun­ gen bei einer hohen Verbindungsdichte einen niedrigen Dämpfungsbelag aufweisen.

Das Problem wird bei einer an sich bekannten Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Weiterbil­ dung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge­ löst.

Die Erfindung bringt zum einen den Vorteil mit sich, daß bei gegebener Gassenbreite ein Signalleiter etwa zweiein­ halbmal so breit sein kann wie bei einer Anordnung, bei der die Signalleiter einer Doppelleitung schmalseitengekoppelt durch dieselbe Gasse geführt sind, wobei gleichzeitig der Dämpfungsbelag etwa um den gleichen Faktor reduziert ist. Zum anderen bringt die Erfindung eine um etwa 50% erhöhte Koppelung der Signalleiter einer Doppelleitung mit sich, wobei sich eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Ein­ koppelungen von benachbarten Signalleitern ergibt; diese verringerte Empfindlichkeit gegenüber Einkoppelungen ist entweder zur Erhöhung des Fremdspannungsabstandes oder zur Erhöhung der Verbindungsdichte nutzbar. Die deckungsglei­ che Führung der Signalleiter einer Doppelleitung bringt den weiteren Vorteil von - auch bei Abbiegungen - gleichen Weglängen für die beiden Signalleiter mit sich. Durch die starke Verkoppelung und durch die gleichen Weglängen der Signalleiter einer Doppelleitung sind Laufzeitunterschiede der Gegentaktsignale auf den Signalleitern von vornherein vermieden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun als Ausführungsbeispiel in zum Ver­ ständnis erforderlichem Umfang anhand von Figuren be­ schrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Führung der beiden Signalleiter einer Doppelleitung in einer Leiterplatte,

Fig. 2 eine denkbare Ausführungsform einer Doppelleitung in einer Leiterplatte,

Fig. 3 die Darstellung einer herkömmlichen Führung der beiden Signalleiter einer Doppelleitung in einer Leiterplatte.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Leiterplatte LP. Die Leiterplatte ist mit drei Lagen L dielektrischen Materials gebildet, das vorzugsweise durch Epoxidharz gegeben ist. Die Lagen weisen jeweils konstante Dicke auf. Die Leiter­ platte weist in einem gleichabständigen Raster r hülsen­ förmige, metallische Durchkontaktierungen DK auf, die sich von der einen zur anderen äußeren Planoberfläche der Lagen erstrecken. Das Raster ist beispielsweise durch die Abstän­ de der elektrischen Anschlußstifte (pins) von die Leiter­ platte bestückenden Bauteilen vorgegeben. Auf die äußeren Planoberflächen der Lagen ist jeweils eine elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise eine Kupferkaschierung, aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Schicht weist in an sich bekannter Weise zu der Längsache der Durchkontak­ tierungen konzentrische Aussparungen auf, die der Vermei­ dung von Kurzschlüssen dienen. Der Querschnitt zwischen zwei benachbarten Durchkontaktierungen und zwei aufein­ anderfolgenden elektrisch leitfähigen Schichten bildet eine Gasse. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Durch­ kontaktierungen weist die Gassenbreite g auf. Die Trenn­ ebene zwischen zwei aneinandergrenzenden Lagen steht für die Aufnahme von elektrischen Signalleitern SL zur Ver­ fügung. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die bei­ den Signalleiter SL1, SL2 einer Doppelleitung DL im Groß­ teil des Gesamtverlaufs der Doppelleitung in denselben Gassen geführt sind, wobei die Breitseiten der Signallei­ ter planparallel zu den elektrisch leitfähigen Schichten ausgerichtet sind. Die Breitseite der Signalleiter nehmen einen Großteil der Gassenbreite g ein. Bei einem Raster­ maß von 1,27 mm und nach Abzug eines Durchmessers einer Durchkontaktierung verbleibt beispielsweise eine Gassen­ breite von 0,9 mm. Die Signalleiter weisen zu den benach­ barten Durchkontaktierungen einen aus Gründen von Her­ stellungstoleranzen, Übersprecherscheinungen und der elek­ trischen Durchschlagfestigkeit vorzusehenden Abstand auf. Für jeden Signalleiter steht also eine Gassenbreite, ver­ mindert um zwei solcher Abstände, zur Verfügung. Die Si­ gnalleiter einer Doppelleitung werden im übrigen, soweit dies wie z. B. im Bereich von Anfangs- und Endkontaktierun­ gen der Signalleiter nicht möglich ist, deckungsgleich in denselben Gassen geführt. In Fig. 1 ist eine Abbiegung der Doppelleitung im rechten Winkel dargestellt, wobei die Signalleiter im Außenbereich der Abbiegung in an sich be­ kannter Weise abgeschrägt sind. Aus Fig. 1 ist weiter zu erkennen, daß beide Signalleiter auch bei einer Abbiegung untereinander gleiche Weglängen aufweisen. Bei der erfin­ dungsgemäßen Anordnung der beiden Signalleiter einer Dop­ pelleitung sind die Signalleiter stark miteinander ver­ koppelt.

Die Doppelleitung möge nun mit ihren beiden Signalleitern mit zwei Ausgängen einer an ihren beiden Ausgängen ein Ge­ gentaktsignal abgebenden Signalquelle verbunden sein. Un­ ter einem Gegentaktsignal wird ein Signal verstanden, das auf den beiden Signalleitern jeweils eine entgegengesetzte Signalpegellage aufweist. Die Gegentaktsignale, die eine an den GHz-Bereich heranreichende Datenrate aufweisen kön­ nen, breiten sich entlang den stark miteinander verkoppel­ ten Signalleitern der Doppelleitung in Form einer einzi­ gen Welle aus.

Bei der Leiterplatte nach Fig. 2 sind die Signalleiter einer Doppelleitung in nur einer Ebene geführt. In der Trennebene zwischen den beiden Lagen dielektrischen Ma­ terials wird in jeweiligen Gassen nur ein Signalleiter ge­ führt. Die Signalleiter weisen jeweils eine Breite auf, die unter Berücksichtigung der einzuhaltenden Abstände einen Großteil der Gassenbreite einnimmt. Diese Anord­ nung weist eine niedrige Dämpfung der Signale auf den Signalleitern auf, die Kopplung der beiden Signalleiter einer Doppelleitung ist gering. Weiter ist ersichtlich, daß Signale auf den Signalleitern einer Doppelleitung bei einer Abbiegung unterschiedlich lange Wege zurück­ legen.

Bei der Leiterplatte nach Fig. 3 sind die Signalleiter ebenfalls in nur einer Ebene geführt. In den Gassen sind jeweils die beiden Signalleiter einer Doppelleitung ge­ führt. Bei einer vorgegebenen Gassenbreite und unter Berücksichtigung dreier einzuhaltender Abstände - nämlich einmal zwischen den Signalleitern und zweimal zwischen den Signalleitern und den Durchkontaktierungen - verbleibt für jeden Signalleiter eine geringe Breite, die eine erhöhte Signaldämpfung mit sich bringt. Die schmalseitig gekop­ pelten Signalleiter dieser Doppelleitung weisen eine mitt­ lere Kopplung auf. Weiter ist ersichtlich, daß die Signa­ le auf den Signalleitern dieser Doppelleitung bei einer Abbiegung unterschiedlich lange Wege zurücklegen.

Claims (9)

1. Leiterplatte (LP)

• - die mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Lagen (L) dielektrischen Materials jeweils konstanter Dicke gebil­ det ist
• - die von der einen zu der anderen äußeren Planoberfläche der Lagen sich erstreckende, in einem vorgegebenen Raster (r) angeordnete, hülsenförmige Durchkontaktierungen (DK) aufweist
• - auf deren äußeren Planoberflächen jeweils eine elektrisch leitfähige, die Durchkontaktierungen ausnehmende Schicht (K) aufgebracht ist
• - bei der die Querschnittsfläche zwischen zwei benachbarten Durchkontaktierungen und zwischen zwei aufeinanderfolgen­ den elektrisch leitfähigen Schichten eine Gasse bildet
• - bei der in den Gassen zwischen zwei Lagen dielektrischen Materials Leitungen (SL) angeordnet sind, deren Breitsei­ ten zu den elektrisch leitfähigen Schichten planparallel sind
• - bei der die beiden Signalleiter (SL1, SL2) einer Dop­ pelleitung (DL) mit den Ausgängen einer an ihren Aus­ gängen Gegentaktsignale abgebende Signalquelle verbun­ den sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte drei Lagen aufweist und die beiden Signalleiter der Doppelleitung im Großteil des Verlaufs der Doppelleitung in denselben Gassen mit zueinander un­ versetzten Breitseiten beiderseits der mittleren Lage der Leiterplatte breitseitenparallel geführt sind.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen untereinander gleiche Dicke aufweisen.

3. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material durch Epoxidharz gegeben ist.

4. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Schichten durch eine Kup­ ferkaschierung gegeben sind und mit Massepotential ver­ bunden sind.

5. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster 1,27 mm und der Abstand (g) zweier benach­ barter Durchkontaktierungen 0,9 mm beträgt.

6. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleiter in ihrer Breite einen Großteil des Abstandes zweier benachbarter Durchkontaktierungen ein­ nehmen.

7. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Leiterplatten, die mit ihren elek­ trisch leitfähigen Schichten aneinandergrenzen, eine Mul­ tilayer-Leiterplatte bilden, wobei zwei aneinandergrenzen­ den Leiterplatten eine elektrisch leitfähige Schicht ge­ meinsam ist.

8. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegentaktsignale eine in den GHz-Bereich reichende Datenrate aufweisen.