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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mehrfachschicht bedruckte
Schaltplatinen, und genauer auf einen Übergang zwischen einem symmetrischen
und asymmetrischen Streifenleiter in solchen Platinen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Viele
unterschiedliche Arten von Mehrfachschicht bedruckten Schaltplatinen
sind im Stand der Technik bekannt. Eine LTCC (Low Temperature Co-fired
Ceramic) wird hiernach als Beispiel verwendet, obwohl verständlich ist,
dass die Erfindung ebenfalls bei anderen Arten von Mehrfachschicht
bedruckten Schaltplatinen angewendet werden kann.
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Kurz
gesagt, werden Mehrfachschicht bedruckte Schaltplatinen auf die
folgende Weise hergestellt. Dort wird auf Basis von einem Entwurf
einer bedruckten Schaltplatine eine Skizze erlangt, welche eine
notwendige Information enthält,
wie beispielsweise die Anzahl von Schichten, das Erscheinen und die
Ausmaße
der Muster auf den verschiedenen Schichten, die Stellen, bei welchen
unterschiedliche Schichten miteinander in Kontakt kommen sollen, und
so weiter.
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Jede
Schicht wird an sich von einer Keramik-Masse auf eine vorbestimmte
Dicke auf einem Plastik-Film ausgerollt, wobei dies ein so genannter Streifen
ist. Es werden unterschiedliche Muster aus diesen Streifen gemäß dem Entwurf
ausgestanzt, und zwar unter anderem die äußeren Kanten von der Platine,
die Markierungen, welche später
dazu verwendet werden, damit die Schichten zusammen übereinstimmen,
und Löcher
zum Verbinden von unterschiedlichen Schichten zusammen mit so genannten
Durchgängen.
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Zum
Konfigurieren der Schichten werden nachfolgend die Durchgangslöcher mit
einem geeigneten leitfähigen
Material gefüllt.
Die Muster werden dann auf jede der Schichten gedruckt. Ein allgemeines
Verfahren in dieser Hinsicht ist die Verwendung eines Rasterdrucks,
um die Leiter korrekt zu positionieren. Diese Leiter können aus
Gold, Silber oder einem weiteren geeigneten leitfähigen Material
sein. Wenn die Muster an ihrer Stelle sind, werden die verschiedenen
Schichten eine über
die andere platziert, bis alle Schichten in Position sind.
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Die
gesamte bedruckte Schaltplatine wird dann unter Druck gesetzt, in
einen Ofen eingelegt und unmittelbar bei einer relativ niedrigeren
Temperatur gebrannt (Co-fired), nämlich bei 700–800°C (niedrige
Temperatur), wodurch die keramische Masse gesintert und zu einer
Keramik umgeformt wird. Dieser Härtung
oder dem Härtungs-Prozess
folgend, ist es gewöhnlich
von Schichten anstelle von Streifen zu sprechen.
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Im
Falle von Anwendungen bei hohen Frequenzsignalen, insbesondere innerhalb
des Mikrowellen-Feldes, ist es nicht immer möglich, traditionelle Leiter
zu verwenden, da dies zu inakzeptablen Verlusten und Störungen führen würde. Eine
normale Anforderung im Falle von Mikrowellen-Signalen ist das Vorhandensein
von einer Erdungs-Ebene oberhalb oder neben einem Leiter, wobei
diese Erdungs-Ebene dem Leiter folgt. wenn ein Leiter lediglich
eine Erdungs-Ebene an einer Seite hat, wird er ein Mikrostreifen
genannt. Diese Streifen sind normalerweise derart angeordnet, dass
sie die bedruckte Schaltplatine an einer Seite, und Luft oder ein
entsprechendes Dielektrikum an der anderen Seite haben. In anderen
Fällen,
ist es wünschenswert,
dass der Leiter sowohl durch eine obere als auch eine untere Erdungs-Ebene
umgeben ist, wobei dieser Leiter dann ein Streifenleiter genannt
wird. Wenn die Abstände
zwischen einem Streifenleiter und den Erdungs-Ebenen an beiden Seiten
des Leiters gleich sind, wird gesagt, dass der Streifenleiter symmetrisch
ist. Wenn diese Abstände
voneinander unterschiedlich sind, wird vom Streifenleiter gesagt,
dass er asymmetrisch ist.
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Obwohl
symmetrische Streifenleiter am alltäglichsten sind, gibt es Fälle, bei
welchen ein asymmetrischer Streifenleiter bevorzugt ist, beispielsweise wird
die Leistung eines Übergangs
schlechter, je größer der
Abstand zwischen den zwei Streifenleitern ist. Daraus folgend, kann
ein Übergang
zwischen einem asymmetrischen Streifenleiter nahe einer Erdungs-Ebene
zu einem asymmetrischen Streifenleiter, welcher nahe der anderen
Seite von der Erdungs-Ebene ist, wirksamer sein, als ein Übergang zwischen
zwei symmetrischen Streifenleitern. Der Übergang zwischen einem symmetrischen
und asymmetrischen Streifenleiter ist manchmal zwischen derselben
Erdungs-Ebene erstellt, welches im Prinzip in 1 gezeigt
ist.
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Ein
durch Streifenleiter ermöglichter
Vorteil ist, dass eine Strahlung von den Leitern klein ist, wenn
beispielsweise Übertragungssignale
im Mikrowellen-Bereich im so genannten Streifenleiter-Modus sind,
welches ein Grund dafür
ist, warum solche Signale oft auf diese Weise übertragen werden. Mikrostreifen
und Streifenleiter können
einfach in Mehrfachschicht bedruckten Schaltplatinen bereitgestellt
werden, und werden daher oft zu diesem Zweck verwendet. Um zu ermöglichen,
dass Leiter durch Erdungs-Ebenen umgeben werden, werden Leiter-Ebenen
und Erdungs-Ebenen normalerweise abwechselnd in der bedruckten Schaltplatine
angeordnet.
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Es
ist notwendig, bei der Produktion von Mehrfachschicht bedruckten
Schaltplatinen speziellen Aufbauregeln zu folgen. Beispielsweise
wird, um die Regeln zu befolgen, eine vorgegebene kleinste Streifen-Dicke
für eine
kleinste Leiter-Breite
von einem 50-Ohm Leiter erfordert. Die Regel erfordern ebenfalls,
dass der Durchmesser der Durchgänge
in der gleichen Größenordnung
wie die Dicke des Streifens ist. Daraus folgend, ist im Falle des
in 1 gezeigten Übergangs,
der Durchmesser des Durchgangs größer als die Breite vom asymmetrischen Streifenleiter.
Um dies auszugleichen, und um lediglich einen kleinen Fehlerbereich
sicherzustellen, so dass der Durchgang sicher den Leiter treffen
wird, ist es normal, eine Abdeck-Zwischenlage auf einem Ende des
Leiters zu platzieren, siehe hierzu 2. Das Vorliegen
der Abdeck-Zwischenlage
führt zu
einer Fehlanpassung zwischen dem Durchgang und dem Leiter.
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Fehlanpassungsprobleme
treten tatsächlich nicht
im Falle von Niedrigfrequenz-Signalen auf. Eine Fehlanpassung ist
jedoch ein Problem im Falle von beispielsweise RF-Signalen. Da es
andererseits üblich
ist, RF-Signale in einem so genannten Streifenleiter-Modus zu leiten,
welches eine Strahlung von den Leitern reduziert, ist es wünschenswert,
Probleme in Zusammenhang mit einer Fehlanpassung zu lösen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf das Problem gerichtet, eine Anpassung
des Übergangs
zwischen einem symmetrischen und asymmetrischen Streifenleiter zu
verbessern.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Übergang zwischen einem symmetrischen
und asymmetrischen Streifenleiter bereitzustellen, welcher zu einer
guten Anpassung führt.
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Kurz
gesagt, stellt die vorliegende Erfindung eine Anordnung mit einem Übergang
zwischen einem symmetrischen und einem asymmetrischen Streifenleiter
bereit, bei welcher die Erdungs-Ebene, welche
dem Übergang
am nächsten
ist, um einem Abstand eines Pegels in der Nähe des Durchgangs wegbewegt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist durch die Merkmale gekennzeichnet, welche im begleitenden Anspruch
1 angegeben sind.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden anhand der abhängigen
Ansprüche
2–8 deutlich.
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Ein
Vorteil bei dieser Lösung
hinsichtlich des Problems ist, dass Übergänge zwischen einem symmetrischen
und asymmetrischen Streifenleiter mit einer besseren Anpassung erstellt
werden können, welches
bedeutet, dass die bedruckte Schaltplatine eine bessere Leistung
und weniger Verlust hat.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf begleitende Ausführungsformen
derer, und ebenfalls mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Schnittansicht von einer Mehrfachschicht bedruckten Schaltplatine
und zeigt einen Übergang
zwischen einem symmetrischen und einem asymmetrischen Streifenleiter.
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2 zeigt
an, wie ein Durchgang die Abdeck-Zwischenlage eines Leiters trifft,
und zwar von oben aus gesehen.
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
der Ansicht von 1, welche die erfindungsgemäße Anordnung zeigt,
d.h., eine lokale Bewegung der Erdungs-Ebene in der Nähe des Durchgangs
und der Abdeck-Zwischenlage.
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BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Schnittansicht von einer Mehrfachschicht bedruckten Schaltplatine,
welche einen Übergang
zwischen einem symmetrischen und asymmetrischen Streifenleiter hat.
Bezugsziffer 1 kennzeichnet eine Anzahl von gegenseitig
gestapelten Trägerelementen,
nämlich
Schichten. Die Schichten 1 sind durch gestrichelte Linien
separat gezeigt, um ihre vertikale Erstreckung darzustellen. Es
ist zu erkennen, dass die Schichten 1 unterschiedliche
Dicken haben. Die Platine kann ebenfalls mehrere Schichten 1 als
jene, wie in 1 dargestellt, enthalten, wobei
lediglich jene Schichten gezeigt sind, welche zum Verständnis der
Erfindung notwendig sind.
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Ein
Leiter von einer bestimmten Art liegt normalerweise zumindest an
einem Teil von jeder Schicht 1. Diese Leiter können Erdungs-Ebenen 2, 10,
symmetrische Streifenleiter 3 und asymmetrische Streifenleiter 4 sein.
Normalerweise sind zwei Erdungs-Ebenen 2, 10 an
jeweiligen Seiten eines Streifenleiters 3, 4 platziert.
Obwohl 1 lediglich ein Paar von Erdungs-Ebenen 2, 10 zeigt,
wird die Anzahl von Erdungs-Ebenen oft höher sein.
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Wie
zuvor erwähnt,
wird einem Streifenleiter 3 nachgesagt, symmetrisch zu
sein, wenn die Abstände
zu den nächsten
umgebenden Erdungs-Schichten 2, 10 zueinander
gleich sind. Andererseits wird dem Streifenleiter 4 nachgesagt,
asymmetrisch zu sein, wenn diese Abstände unterschiedlich sind. Ein
so genannter Durchgang 5 ist erforderlich, um zwei Streifenleiter
in unterschiedlichen Schichten zwischen zu verbinden, beispielsweise
um einen symmetrischen Streifenleiter 3 mit einem asymmetrischen
Streifenleiter 4 zu verbinden. Der Durchgang 5 erstreckt
sich durch zumindest eine Schicht und ist an jedem Ende mit einem
Streifenleiter 3, 4 verbunden.
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Jedoch
haben die Aufbauregeln für
Mehrfachschicht bedruckte Schaltplatinen, beispielsweise LTCC, bestimmte
Restriktionen in Bezug auf eine Leiterbreite, auf Größen von
Durchgängen 5,
und so weiter. Eine vorgegebene kleinste Leiterbreite für beispielsweise
einen 50-Ohm Leiter erfordert eine vorgegebene kleinste Schicht-Dicke.
Da die Regeln ebenfalls erfordern, dass die Durchgänge 5 dieselbe Größe wie die
Dicke der Schicht 1 haben, bestimmt dies wiederum den Durchmesser
der Durchgänge 5. Dies
kann bedeuten, dass der Durchmesser des Durchgangs 5 größer als
die Breite des asymmetrischen Streifenleiters 4 sein wird.
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2 stellt
ein Verfahren zum Ausgleichen eines Durchgangs-Durchmessers, welcher größer als
die Breite d1 des asymmetrischen Streifenleiters 4 ist,
dar, wobei dieses Verfahren ebenfalls eine kleine Fehlergröße bereitstellt,
welches sicherstellt, dass der Durchgang 5 sicher mit dem
asymmetrischen Streifenleiter 4 verbunden ist. Ein Ende
des asymmetrischen Streifenleiters 4 ist mit einer so genannten Abdeck-Zwischenlage 6 bereitgestellt,
welche derart platziert ist, dass der Durchgang 5 mit der
Abdeck-Zwischenlage 6 verbunden ist. Wenn der Durchmesser
d2 der Abdeck-Zwischenlage 6 größer als
die Breite d1 des asymmetrischen Streifenleiters 4 ist,
tritt eine Fehlanpassung dazwischen auf, da ihre Impedanzen unterschiedlich
sind. Der Grad der Fehlanpassung ist abhängig vom Quotienten q = d1/d2 zwischen dem
Durchmesser d2 der Abdeck-Zwischenlage 6 und
der Breite d1 des asymmetrischen Streifenleiters 4.
Je größer dieser
Unterschied in der Größe ist,
d.h., je kleiner q ist, desto schlechter ist die Anpassung im Übergang
zwischen der Abdeck-Zwischenlage 6 und dem asymmetrischen
Streifenleiter 4.
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
der 1, welche die erfindungsgemäße Anordnung darstellt. Ähnlich zu 1,
stellt 3 eine Anzahl von Schichten 1 dar, wobei
diese Schichten eine mehr als zuvor erwähnt enthalten, und zwar aus
den unten angegebenen Gründen.
Die zwei Streifenleiter 3, 4 und der Durchgang 5 sind
unverändert,
mit der Ausnahme, dass die Abdeck-Zwischenlage 6 des asymmetrischen
Streifenleiters 4 angezeigt ist, und zwar, verglichen mit 2,
aus Darstellungsgründen
vergrößert. Die
erfindungsgemäße Anordnung
enthält
einen Wechsel zur Erdungs-Ebene 10, welche dem asymmetrischen
Streifenleiter 4 am nächsten
ist. Diese Erdungs-Ebene 10 hat einen ausgesparten Teil 7 in
der Nähe
der Abdeck-Zwischenlage 6.
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Dieser
ausgesparte Teil 7 enthält
eine sich in Längsrichtung
erstreckende ausgesparte Erdungs-Ebene 8 und einer Anzahl
von Durchgängen 9,
welche die ausgesparte Erdungs-Ebene 8 mit dem Rest der
unteren Erdungs-Ebene 10 verbinden. Die Durchgänge 9 stehen
im allgemeinen senkrecht, und zwar sowohl zur unteren Erdungs-Ebene 10 als
auch zur ausgesparten Erdungs-Ebene 8. Weil die Anpassung
zwischen der Abdeck-Zwischenlage 6 und dem asymmetrischen
Streifenleiter 4 verbessert wird, wenn sich die Zwischenlage
und der Streifenleiter bei unterschiedlichen Abständen zur
nächsten
Erdungs-Ebene 10 befinden, bestimmt dies den Aufbau des
ausgesparten Teils 7 auf ein gewisses Ausmaß. Eine
allgemeine Beschreibung von einem optimalen Entwurf kann nicht gegeben
werden, weil der Aufbau des ausgesparten Teils 7 unter
anderem von der Dicke der Schichten 1, der Leitungsbreite
der Leiter, dem Aufbau von der Abdeck-Zwischenlage 6, dem Abstand
des asymmetrischen Streifenleiters 4 zur Erdungs-Ebene 10 (d
in 3) und dem zuvor genannten Quotienten q abhängt. Jedoch
werden im folgenden einige allgemeine Regeln gegeben. Der ausgesparte
Teil 7 ist am häufigsten
am Mittelpunkt der Abdeck-Zwischenlage 6 zentriert. Normalerweise
ist es wünschenswert,
dass der ausgesparte Teil 7 den Entwurf der Abdeck-Zwischenlage 6 widerspiegelt,
beispielsweise, wenn die Abdeck-Zwischenlage 6 eine runde,
sechseckige, achteckige oder rechteckige Form hat, wird dem ausgesparten
Teil 7 ebenfalls eine ähnliche
Form gegeben. Ferner kann der Abstand der Abdeck-Zwischenlage 6 von
der Erdungs-Ebene 10 sowohl durch ein Vergrößern des Radius
oder Durchmessers des ausgesparten Teils 7, als auch durch
ein weiter entferntes Platzieren der ausgesparten Erdungs-Ebene 8 vergrößert werden, d.h.,
um einen Abstand, welcher mehr als eine Schicht entspricht. Normalerweise
gilt, dass, je asymmetrischer der Streifenleiter 4 ist,
desto größer ist
der Abstand der Abdeck-Zwischenlage 6 vom ausgesparten
Teil 7.
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Da
sich die untere Leiter-Ebene 10 im ausgesparten Teil 7 weiter
von der Abdeck-Zwischenlage 6 entfernt befindet, wird eine
Verbesserung bei der Anpassung im Übergang mit dem Durchgang 5 vom symmetrischen
Streifenleiter 3 zum asymmetrischen Streifenleiter 4 erreicht.
Dies verbessert die Leistung des gesamten Aufbaus.
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Es
ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen
und dargestellten Ausführungsformen
derer beschränkt
ist, und dass Modifikationen innerhalb des Umfanges der begleitenden
Ansprüche
vorgenommen werden können.