DE69915874T2

DE69915874T2 - Gedruckte leiterplatte und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69915874T2
Application number: DE69915874T
Authority: DE
Inventors: S. Thomas COHEN; W. Mark GAILUS; P. Philip STOKOE
Original assignee: Teradyne Inc
Current assignee: Amphenol Corp
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: US6181219B1; CN1329812A; JP4743965B2; EP1138180A1; DE69915874D1; CN1199528C; CA2352820A1; ATE262775T1; JP2002531960A; WO2000033624A1; JP2011040785A; JP2007243205A; EP1138180B1; AU1930000A; JP4669496B2

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Leiterplatten und Herstellungsverfahren und insbesondere Leiterplatten, die so ausgeführt sind, daß sie Signale mit sehr hohen Datenübertragungsraten übertragen.
Wie im Fachgebiet bekannt ist, werden Leiterplatten verwendet, um Daten zwischen elektrischen Bauteilen zu koppeln, die auf einer Oberfläche einer derartigen Leiterplatte montiert sind. Diese Daten werden durch Signalleiter gekoppelt, die auf verschiedenen Ebenen in der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte überträgt ebenfalls Bezugspotentiale, wie beispielsweise Erdungs- und Bauteilversorgungsspannungen. Um eine Trennung zwischen Signalleitern in den verschiedenen Ebenen zu bewirken, werden leitende Ebenen des Bezugspotentials zwischen den Ebenen der Signalleiter durchsetzt.
Wie es ebenfalls im Fachgebiet bekannt ist, um die Bauteile zu verbinden, werden leitende Kontaktlöcher bereitgestellt, die von der Oberfläche der Leiterplatte zu deren Innenbereich für eine Verbindung mit den Signalleitern verlaufen. Diese Kontaktlöcher bilden das, was manchmal als „Signal-Launch" bezeichnet wird. Außerdem ist es in vielen Fällen erforderlich, die Bauteile auf einer Leiterplatte mit Bauteilen auf einer anderen Leiterplatte elektrisch zu verbinden. Das erfolgt typischerweise mit einer elektrischen Verbinderanordnung. Die Verbinderanordnung weist zwei Teile auf, wobei jedes Teil auf einer entsprechenden der Leiterplatten montiert ist. Wenn es gewünscht wird, eine Leiterplatte mit der anderen zu verbinden, werden daher die Verbinderteile ineinander gesteckt.
Außerdem, wie es im Fachgebiet bekannt ist, werden die Datenübertragungsraten der Signale, die sich durch die Leiterplatten ausbreiten, ständig größer. Während derartige Datenübertragungsraten größer werden, ist es erforderlich, den Wirkungsgrad der elektrischen Kopplung der Daten zu verbessern, die durch eine der Leiterplatten zur anderen Leiterplatte passieren. Genauer gesagt, der Signalleiter, die Bezugspotentialebene oder -schicht und Abschnitte des Dielektrikums der Leiterplatte dazwischen bilden eine Übertragungsleitung mit einer vorgegebenen Impedanz, typischerweise 50 Ohm. Die Wirkung des Kontaktloches bringt eine Impedanzfehlanpassung an die Impedanz der Übertragungsleitung. Ein Verfahren, das angewandt wird, um diese Impedanzfehlanpassung auszugleichen, ist die Bereitstellung von Kompensationselementen im Verbinder. Für Kontaktlöcher mit einer Impedanz von unterhalb der Impedanz der Signalleiterbahnen in den Leiterplatten sind bestimmte Verbinder konstruiert, die eine höhere Impedanz aufweisen, so daß im Durchschnitt die Impedanz die gleiche ist wie die Verbindung, während sie sich in der Leiterplatte befindet. Signalreflexionen, die die Leistung einer Verbindung begrenzen können, hängen jedoch von Veränderungen bei der Impedanz ab.
Die Japanische Patentanmeldung Nummer 05-127650 (Veröffentlichungs-Nr. 06-338687) spricht das Problem der Impedanzfehlanpassung an, indem der Abstand zwischen der Erdungsleiterwand und einem leitenden Durchgangsloch gesteuert wird. Die Erdungsleiterwand liegt innerhalb der Leiterplattenkonstruktion und ist im allgemeinen nahe der Eintritts- und Austrittswände des Durchgangsloches kegelförmig.
Das WO8505529 offenbart eine mehrschichtige Leiterplattenkonstruktion, die die Zuverlässigkeit von metallisierten Bohrungen erhöhen soll. Die Leiterplatte weist Durchgangslöcher auf, die gebohrt sind, so daß die äußeren Schichten einen größeren Durchmesser als die Zwischenschichten aufweisen, bevor sie metallisiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Leiterplatte der vorliegenden Erfindung wird im vorliegenden Patentanspruch 1 definiert.
Bei einer derartigen Anordnung wird die Impedanzanpassung intern an die Leiterplatte bewirkt, wodurch eine Verbindung einer derartigen Leiterplatte mit einer anderen Leiterplatte mit verringerten Reflexionen ermöglicht wird, die durch die Impedanzfehlanpassung durch den Verbinder-Launch hervorgerufen werden. Wir haben erkannt, daß eine Anpassung der mittleren Impedanz einer Verbindung an die Impedanz der Leiterplatte die Leistung einer Verbindung begrenzen kann, insbesondere bei Signalen von hoher Frequenz. Wir haben die Vorteile von Kontaktlöchern mit einer Impedanz erkannt, die der Impedanz der Leiterplatte mehr gleicht.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das leitende Kontaktloch einen breiteren Bereich in einem Oberflächenbereich des Dielektrikums auf als in einem Innenbereich des Dielektrikums. Eine Bezugspotentialschicht ist im Innenbereich des Dielektrikums angeordnet. Ein Signalleiter ist im Dielektrikum parallel zur Bezugspotentialschicht angeordnet, um eine Übertragungsleitung mit einer vorgegebenen Impedanz bereitzustellen. Der Signalleiter ist mit dem leitenden Kontaktloch verbunden. Das leitende Kontaktloch ist so konfiguriert, daß es der Übertragungsleitung eine Impedanz verleiht, die im wesentlichen auf die Impedanz der Übertragungsleitung abgestimmt ist. Genauer gesagt, der breitere Oberflächenabschnitt des hohlen leitenden Kontaktloches wird ausgewählt, um einen Klemmenstift des Verbinders aufzunehmen, während der schmalere Innenbereich des leitenden Kontaktloches für eine Impedanzanpassung ausgewählt wird.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführung der Erfindung weist eine Vielzahl der Schichten Ränder auf, die in verschiedenen Abständen vom leitenden Kontaktloch enden.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine Leiterplattenanordnung bereitgestellt, die ein Paar Leiterplatten aufweist. Eine jede der Leiterplatten weist ein leitendes Kontaktloch auf, das von einer Oberfläche eines Dielektrikums in einen Innenbereich des Dielektrikums verläuft. Eine jede der Leiterplatten weist eine Bezugspotentialschicht und einen Signalleiter auf, der im Dielektrikum davon parallel zu deren Bezugspotentialschicht angeordnet ist, um eine Übertragungsleitung mit einer vorgegebenen Impedanz bereitzustellen. Der Signalleiter einer jeden der Leiterplatten ist mit deren leitendem Kontaktloch verbunden. Das leitende Kontaktloch in einer jeden der Leiterplatten ist so konfiguriert, daß eine Impedanz an deren Übertragungsleitung bereitgestellt wird, die im wesentlichen auf die Impedanz von deren Übertragungsleitung abgestimmt ist. Ein erster elektrischer Verbinder, der einen Signalkontakt aufweist, der mit dem leitenden Loch der einen der Leiterplatten verbunden ist, und ein zweiter elektrischer Verbinder, der einen Signalkontakt aufweist, der mit dem leitenden Kontaktloch der anderen der Leiterplatten verbunden ist, werden bereitgestellt. Der erste Signalkontakt des ersten elektrischen Leiters ist für eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Kontakt des zweiten elektrischen Verbinders angepaßt.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein Paar Leiterplatten mittels eines elektrischen Leiters elektrisch miteinander verbunden. Eine jede der Leiterplatten weist ein leitendes Kontaktloch auf, das von einer Oberfläche eines Dielektrikums in einen Innenbereich des Dielektrikums verläuft. Eine Bezugspotentialschicht ist im Innenbereich des Dielektrikums parallel zur Oberfläche angeordnet. Ein Signalleiter ist im Dielektrikum parallel zur Bezugspotentialschicht angeordnet, um eine Übertragungsleitung mit einer vorgegebenen Impedanz bereitzustellen. Das leitende Kontaktloch ist so konfiguriert, daß an der Übertragungsleitung eine Impedanz bereitgestellt wird, die im wesentlichen auf die Impedanz der Übertragungsleitung abgestimmt ist. Die Impedanz von einer der Leiterplatten durch den elektrischen Verbinder zur anderen der Leiterplatten ist im wesentlichen konstant.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere charakteristische Merkmale der Erfindung ebenso wie die Erfindung selbst werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich werden, wenn sie zusammen mit den folgenden Zeichnungen gesehen wird, die zeigen:
1 eine auseinandergezogene Schnittskizze einer Leiterplattenanordnung entsprechend der Erfindung;
2 eine Schnittskizze einer Leiterplattenanordnung aus 1 entsprechend der Erfindung im zusammengebauten Zustand;
3 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes der Anordnung aus 2, wobei ein derartiger Abschnitt in einem Kreis 3-3 in 2 eingeschlossen ist;
4 eine vergrößerte Darstellung eines weiteren Abschnittes der Anordnung aus 2, wobei ein derartiger Abschnitt in einem Kreis 4-4 in 2 eingeschlossen ist; und
5 eine grafische Darstellung, die dem Verständnis für ein Verfahren des Konstruierens einer Leiterplatte entsprechend der Erfindung dient.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Mit Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine Leiterplattenanordnung 10 gezeigt. Die Anordnung umfaßt eine Paar Leiterplatten 12, 14 mit mehreren Ebenen, wobei eine typischerweise eine Trägerplattenleiterplatte 12 und die andere eine Tochterleiterplatte 14 ist. Eine jede der Leiterplatten 12, 14 umfaßt ein Dielektrikum 16, das im Innenbereich 17 davon eine Vielzahl von elektrischen Leitern 18 aufweist, die in verschiedenen Ebenen der Leiterplatte angeordnet sind, wobei ein Beispiel von derartigen Ebenen der Signalleiter 18 im Detail in 3 und 4 gezeigt wird. Zwischen den Ebenen der elektrischen Leiter 18 sind Bezugspotentialschichten oder Schichten 20 aus elektrisch leitendem Material angeordnet. Diese Bezugspotentialschichten 20 werden benutzt, um Erdungspotential- oder Bezugsspannungen den elektrischen Bauteilen zu liefern, die nicht gezeigt werden, die auf der Oberfläche der Leiterplatte 12, 14 montiert sind. Leitende Kontaktlöcher 22, von denen ein Beispiel gezeigt wird, gelangen von der Oberfläche 24 des Dielektrikums 16 in den Innenbereich 17 des Dielektrikums 16. Der elektrische Leiter 18 ist mit dem leitenden Kontaktloch 22 verbunden, wie gezeigt wird.
Wie es vorangehend bemerkt wird, ist eine Vielzahl von Bezugspotentialschichten 20 im Dielektrikum 16 zwischen und parallel zu den Bezugspotentialschichten 20 angeordnet. Diese Bezugspotentialschichten 20 bewirken ebenfalls eine elektrische Abschirmung zwischen dem Signalleiter 18, angeordnet zwischen einem Paar Bezugspotentialschichten 20. Es wird bemerkt, daß eine Bezugspotentialschicht 20, der darunterliegende Signalleiter 18 und der Abschnitt des Dielektrikums 16 dazwischen eine Mikrostreifenübertragungsleitung 25 mit einer vorgegebenen Impedanz liefern, wie beispielsweise 50 Ohm. Es wird ebenfalls bemerkt, daß der Signalleiter 18 mit dem leitenden Kontaktloch 22 verbunden ist. Hierbei ist das leitende Kontaktloch 22 so konfiguriert, daß an der Mikrostreifenübertragungsleitung 25 eine Anschlußimpedanz bereitgestellt wird, die im wesentlichen auf die Impedanz der Mikrostreifenübertragungsleitung 25 abgestimmt ist. Genauer gesagt, die Form des leitenden Kontaktloches 22 und die Trennung zwischen dem leitenden Kontaktloch 22 und den Rändern 28 der Bezugspotentialschichten 20 werden ausgewählt, um die Mikrostreifenübertragungsleitung 25, die durch eine derartige leitende Schicht 20, den Leiter 18 und den Abschnitt des Dielektrikums 16 dazwischen gebildet wird, in einer abgestimmten Last anzuschließen, d. h., in einer Anschlußimpedanz, die auf die Impedanz einer derartigen Mikrostreifenübertragungsleitung 25 abgestimmt ist, wodurch der Wirkungsgrad der Übertragung von Daten über den Signalleiter 18 zum leitenden Kontaktloch 22 maximiert wird.
BEISPIEL
Eine Versuchsleiterplatte wurde bei Anwendung der Konfiguration aus 4 konstruiert. Die Leiterplatte zeigte eine Dicke von 0,564 cm (0,222 in.). Der breitere Abschnitt 29 des Kontaktloches 22 zeigte einen Durchmesser von 0,66 mm (0,026 in.) mit einem Innendurchmesser nach Aufbringung einer leitenden Schicht auf die Oberflächen des Loches von 0,559 mm (0,022 in.). Das Loch wurde bis Zu einer Tiefe von 0,635 mm (0,025 in.) gebildet. Der schmalere Abschnitt 31 des Kontaktloches 22 zeigte einen Durchmesser von 0,356 mm (0,014 in.). Der Abstand S1 und S2 wurden mit 0,33 cm und bzw. 0,546 mm (0,13 und bzw. 0,0215 in.) eingestellt. Die Impedanz des Kontaktloches wurde für Signale mit einer Anstiegszeit von 100 psec gemessen. Die Impedanz wurde mit 45,3 Ohm gemessen, was innerhalb von 10% des Zielwertes von 50 Ohm lag. Als Vergleich wurde ein separates Kontaktloch auf der Leiterplatte mit einem konstanten Durchmesser hergestellt, wobei der Setback zur Erdungsebene gleichmäßig mit 0,33 cm (0,13 in.) ist. Dieses Kontaktloch zeigte eine gemessene Impedanz von 35 Ohm.
Die Anordnung 10 (1 und 2) umfaßt eine elektrische Verbinderanordnung 30 mit einem Paar elektrischer Verbinder 32, 34. Der elektrische Verbinder 32 weist eine Vielzahl von Signalkontakten 36 auf, die mit den leitenden Kontaktlöchern 22 der einen der Leiterplatte verbunden sind, hierbei der Trägerplattenleiterplatte 12. Ein elektrischer Verbinder 34 weist Signalkontakte 38 auf, die mit dem leitenden Kontaktloch 22 der anderen der Leiterplatten verbunden sind, hierbei der Tochterleiterplatte 14. Die Signalkontakte 36 des elektrischen Leiters 32 sind für eine elektrische Verbindung mit den Kontakten 38 des elektrischen Verbinders 34 in einer konventionellen Weise angepaßt, wie gezeigt wird, um die Leiterplatten 12, 14 elektrisch zu verbinden.
Genauer gesagt und mit detaillierterer Bezugnahme auf 3 und 4 betreffs der Leiterplatten 12 und bzw. 14 und unter Betrachtung eines Beispiels der leitenden Kontaktlöcher 22 in jeder von derartigen Leiterplatten 12 und bzw. 14 gelangt ein derartiges leitendes Kontaktloch 22 von der Oberfläche 24 des Dielektrikums 16 in einen Innenbereich 17 des Dielektrikums 16. Das leitende Kontaktloch 22 ist hohl, wobei es einen oberen Oberflächenabschnitt 29 aufweist, der breiter ist als der untere Innenabschnitt 31. Der obere Abschnitt 29 weist eine Breite auf, die so ausgewählt wurde, daß ein Klemmenstift 40 des Verbinders 32 aufgenommen wird. Zwei Arten von derartigen Klemmenstiften 40 werden hier gezeigt. Der Klemmenstift 40 für das Kontaktloch 22 in der Trägerplattenleiterplatte 12 (3) ist ein elastischer Klemmenstift mit einem darin ausgebildeten hohlen Bereich 41, um zu ermöglichen, daß sich ein derartiger Klemmenstift 40 etwas zusammendrückt, während er in den breiteren Oberflächenabschnitt 29 des Kontaktloches 22 gedrückt wird. Der Klemmenstift 40 für das Kontaktloch 22 in der Tochterleiterplatte 14 (4) ist ein Stift 40, der in den breiteren Oberflächenabschnitt 29 des Kontaktloches 22 eingesetzt wird, und danach wird der breitere Oberflächenabschnitt 29 des Kontaktloches 22 mit Lötmittel 43 gefüllt. Die Verbindung zwischen dem Signalleiter 18 und dem Klemmenstift 40 des Verbinders 32, 34 wird als Signal-Launch bezeichnet.
Wie es vorangehend bemerkt wird, ist eine Vielzahl von Bezugspotentialschichten 20 im Innenbereich 17 des Dielektrikums 16 parallel zur Oberfläche 24 angeordnet. Die Schichten 20 weisen Ränder 48 auf, die benachbart zum leitenden Kontaktloch 22 enden. Der Abstand S₁ zwischen den Rändern 48 und den Seiten des leitenden Kontaktloches 22 wird typischerweise vom Hersteller der Leiterplatte so ausgewählt, daß er ein bestimmter Mindestabstand ist, um einen Grad an Toleranz zu liefern, der einen unbeabsichtigten Kurzschluß zwischen dem leitenden Kontaktloch 22 und der Bezugspotentialschicht 20 verhindern wird. Daher wird typischerweise der gleiche Mindestabstand S₁ längs der gesamten inneren Tiefe 17 des Dielektrikums 16 angewandt. Beispielsweise beträgt der Abstand S₁ hierbei 0,33 mm (0,013 in.). Hierbei wird der Abstand S₂ zwischen den Rändern 48 der Bezugspotentialschichten 30 und den Seiten des leitenden Kontaktloches 22 ausgewählt, wie es vorangehend bemerkt wird, um die Mikrostreifenübertragungsleitung 25, die durch eine derartige leitende Schicht 20, den Leiter 18 und den Abschnitt des Dielektrikums 16 dazwischen gebildet wird, in einer abgestimmten Last anzuschließen, d. h., in einer Anschlußimpedanz, die auf die Impedanz einer derartigen Mikrostreifenübertragungsleitung 25 abgestimmt ist, wodurch der Wirkungsgrad der Übertragung von Daten über den Signalleiter 18 zum leitenden Kontaktloch 22 maximiert wird. Genauer gesagt, wird bemerkt, daß die Vielzahl der Bezugspotentialschichten 20 Ränder 48 aufweist, die mit unterschiedlichen vorgegebenen Abständen S₁, S₂ vom leitenden Kontaktloch 22 enden. Genauer gesagt werden die Ränder 48 der Bezugspotentialschichten 20 benachbart dem unteren Innenbereich 31 des Dielektrikums 16 vom leitenden Kontaktloch 22 über einen Abstand S₂ getrennt, der größer ist als der minimale Zwischenabstand S₁ der Bezugspotentialschichten 20, die dem breiteren Oberflächenabschnitt 29 des leitenden Kontaktloches 22 benachbart sind. Der Abstand S₂ wird ausgewählt, um die Kapazität zwischen den Rändern 48 der Bezugspotentialschichten 20 und dem leitenden Kontaktloch 22 zu reduzieren. S₂ kann jedoch nicht willkürlich groß gestaltet werden, wegen des Verlustes an Abschirmung zwischen einem Paar Signalleitern 18, die auf beiden Seiten einer derartigen Bezugspotentialschicht 20 angeordnet sind.
Es wird ebenfalls bemerkt, daß die Kontaktlöcher 22 in sowohl der Trägerplattenleiterplatte 12 als auch der Tochterleiterplatte 14 so ausgewählt werden, daß die Mikrostreifenübertragungsleitungen 25 in jeder von derartigen Leiterplatten 12, 14 in einer Impedanz angeschlossen werden, die auf derartige Mikrostreifenübertragungsleitungen 25 abgestimmt ist. Bei einer elektrischen Verbinderanordnung, die als eine Übertragungsleitung mit einer Impedanz konstruiert ist, die auf die Impedanz der Mikrostreifenübertragungsleitungen 25 in jeder der Leiterplatten 12, 14 abgestimmt ist, übertragen sich daher Daten über die Signalleiter 18 zwischen den Leiterplatten 12, 14 durch die Verbinderanordnung 30 mit einem maximalen Wirkungsgrad, wenn der Verbinder mit einer Impedanz konstruiert ist, die eng auf die Impedanz der Signalleiterbahnen in den Leiterplatten abgestimmt ist. Daher ist die Impedanz von einer der Leiterplatten durch den elektrischen Verbinder zu der anderen der Leiterplatten im wesentlichen konstant.
Daher wird der breitere Oberflächenabschnitt 29 des hohlen leitenden Kontaktloches so ausgewählt, daß der Klemmenstift 40 aufgenommen wird, während der schmalere Innenabschnitt 31 des leitenden Kontaktloches für einen Impedanzanpassungsanschluß der Mikrostreifenübertragungsleitung 25 ausgewählt wird.
Ein Verfahren für das Konfigurieren der leitenden Kontaktlöcher 22 umfaßt das Ermitteln einer Impedanz der Übertragungsleitungen 25 in den Leiterplatten 12, 14, beispielsweise mit einem konventionellen Time-Domain-Reflektometer. Wie es vorangehend bemerkt wird, weist die Übertragungsleitung 25 einen Signalleiter 18 auf, der von der Bezugspotentialschicht 20 durch einen Abschnitt eines Dielektrikums 16 getrennt ist. Danach wird die Konfiguration des leitenden Kontaktloches 22 (d. h., die Breite des breiteren Oberflächenabschnittes 29, die Tiefe des breiteren Oberflächenabschnittes 29 und die Breite des schmaleren Innenabschnittes 31) zusammen mit dem Abstand S₂ zwischen den Rändern 48 der Bezugspotentialschicht 20 und dem leitenden Kontaktloch ausgewählt, um die Übertragungsleitung mit einer Anschlußimpedanz zu versehen, die im wesentlichen auf die Impedanz der Übertragungsleitung 25 abgestimmt ist, wobei jeglicher Verlust an Abschirmung bei einem derartigen Abstand S₂ in Betracht gezogen wird. Eine gleiche Verfahrensweise wird für die anderen Leiterplatten durchgeführt.
Hierbei liegt beispielsweise die von den Kontaktlöchern gelieferte Impedanz innerhalb von 10% der Impedanz der Leiterplatte, die ein derartiges Kontaktloch aufweist. Die Impedanz durch den Verbinder liegt innerhalb 10% der Impedanz des Kontaktloches, mit dem ein derartiger Verbinder verbunden ist.
Es wird erkannt werden, daß die hierin angegebenen Zahlen nur der Veranschaulichung dienen. Die genauen Abmessungen, die für die Setbacks zwischen den Erdungsebenen und den Kontaktlöchern zur Anwendung gebracht werden, werden von mehreren Faktoren abhängig sein. Die Dicke der Leiterplatte wird die Abmessungen für S1 und S2 beeinflussen. Für dickere Leiterplatten werden größere Setbacks erforderlich sein.
Die Erfindung wird besonders für dicke Leiterplatten nützlich sein. Leiterplatten mit einer Dicke von weniger als 0,318 cm (0,125 in.) könnten Impedanzen innerhalb 10% der gewünschten liefern, ohne daß sie einen Abschnitt mit verringerter Dicke aufweisen, und ohne daß sie vom Standard-Setback von den Erdungsebenen abweichen. Für Leiterplatten mit einer Dicke von mehr als 0,508 cm (0,200 in.) wird die Erfindung besonders vorteilhaft sein.
Die Abmessungen für S1 und S2 werden ebenfalls von der Häufigkeit abhängig sein, mit der die Leiterplatte betrieben wird. Die Häufigkeit wird oftmals als die Anstiegszeit der schnellsten Signale ausgedrückt, die von der Leiterplatte übertragen werden. Leiterplatten, die mit Anstiegszeiten betrieben werden, die langsamer sind als 300 psec, könnten nicht unterschiedliche Setbacks erfordern, um Kontaktlochimpedanzen innerhalb von 10% zu erreichen. Die Erfindung wird jedoch besonders für Leiterplatten nützlich sein, die mit Anstiegszeiten von unterhalb 300 psec betrieben werden, und insbesondere nützlich, wenn die Anstiegszeiten unter 200 psec absinken.
Aus dem Vorangegangenen sollte erkannt werden, daß die Abmessungen S1 und S2 auf der Basis der Dicke der Leiterplatte und der Betriebsgeschwindigkeit variieren werden. Es wird erwartet, daß eine Person, die eine Leiterplatte konstruiert, die Abmessungen für S1 und S2 auf der Basis von mehreren Faktoren entsprechend der folgenden Methode auswählen wird: Der Durchmesser D2 wird typischerweise durch das kleinste Loch bestimmt, das der Hersteller der Leiterplatte in einer Leiterplatte zuverlässig fertigen kann. Die Abmessung S1 wird ebenfalls typischerweise ein Standardparameter im Herstellungsprozeß der Leiterplatte sein.
Der Durchmesser D1 und die Höhe H werden vom Konstrukteur der Leiterplatte basierend auf dem Typ des Verbinders ausgewählt, der in das Loch eingesetzt werden soll.
Mit diesen festgelegten Parametern kann eine Impedanzberechnung mit verschiedenen Werten von S2 durchgeführt werden, um die Impedanz des gesamten Signal-Launch zu ermitteln. Impedanzberechnungen dieser Art werden typischerweise bei Verwendung eines kommerziellen Softwarepaketes durchgeführt, das für Impedanzberechnungen entwickelt wurde. Der Wert von S2, der die gewünschte Impedanz liefert, wird dann für die Herstellung der Leiterplatte ausgewählt.
5 veranschaulicht eine Möglichkeit, die das Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte vereinfachen könnte. 5 zeigt eine grafische Darstellung, die ein Hersteller von Leiterplatten für ein Oberflächenloch anfertigen könnte, das eine spezifische Tiefe und Durchmesser aufweist. Jeder Wert von S2 wird einen Signal-Launch mit der gewünschten Impedanz für bestimmte Kombinationen von Leiterplattendicke und Betriebshäufigkeit liefern. 5 veranschaulicht, daß diese Werte für verschiedene Werte von S2 grafisch dargestellt werden können, was als Sa, Sb, Sc und Sd veranschaulicht wird.
Um diese grafische Darstellung zu benutzen, würde eine Person, die eine Leiterplatte konstruiert, die Leiterplattendicke und die Betriebshäufigkeit identifizieren. Aus dieser Information würde die Person dann den genauesten Wert von S2 ermitteln. 5 veranschaulicht einen Punkt, der eine Leiterplattendicke von B1 und eine Häufigkeit von F1 verkörpert. Dieser Punkt ist der Kurve mit einem Wert von Sc am nächsten. Daher würde Sc als die Abmessung für S2 ausgewählt. Es sollte erkannt werden, daß Sc einen tatsächlichen Zahlenwert in Verbindung damit aufweisen würde, der aus einer Impedanzberechnung abgeleitet wird.
Der Vorgang des Auswählens von S2 würde für jede Lochgröße auf jeder Leiterplatte wiederholt. Um die grafische Methode des Auswählens der Werte von S2 anzuwenden, wäre eine unterschiedliche grafische Darstellung für jede Lochgröße erforderlich.
Beispielsweise wird beschrieben, daß die Impedanzkontrolle nur durch Verändern der Abmessung S2 erreicht wird. Die Impedanzkontrolle könnte ebenfalls durch Verändern der Abmessung S1 erreicht werden. Ein Vergrößern von S1 wäre jedoch weniger wünschenswert, weil die Größe der Fläche auf der Leiterplatte, die für das Führen von Signalleiterbahnen nützlich ist, verringert wird. Als Faustregel, die Signalleiterbahnen sollten nicht näher am Rand einer benachbarten Erdungsebene geführt werden als das Doppelte des vertikalen Abstandes zwischen der Signalleiterbahn und der Erdungsebene. Wo es jedoch, um einen Signal-Launch mit der gewünschten Impedanz zu erhalten, erforderlich wäre, S2 so groß auszuführen, daß die Erdungsebenen benachbart dem Kontaktloch 22 weiter von der Mitte des Kontaktloches 22 als die Erdungsebenen entfernt wären, die dem Oberflächenloch 29 benachbart sind, könnte bevorzugt werden, die Abmessung S1 zu vergrößern. Unter diesem Umstand könnte bevorzugt werden, S1 und S2 auf ein Niveau einzustellen, das die Erdungsebenen benachbart dem Kontaktloch 22 und dem Loch 29 mit dem gleichen Abstand von der Mitte des Kontaktloches 22 anordnet.
Ebenfalls wird eine grafische Verfahrensweise beschrieben, mittels der ein Hersteller von Leiterplatten einem Konstrukteur die Information zur Verfügung stellen könnte, die zur Konstruktion einer Leiterplatte benötigt wird. Es wird erkannt werden, daß die gleiche Information und Unterstützung als ein Computerprogramm bereitgestellt werden könnte. Das Computerprogramm würde die Leiterplattendicke und die Betriebshäufigkeit als Eingabe akzeptieren. Die Leiterplattendicke könnte in Inches, Millimetern, der Anzahl von Schichten in der Leiterplatte oder in irgendwelchen anderen zweckmäßigen Einheiten angegeben werden. Das Computerprogramm würde ebenfalls als eine Eingabe eine Angabe der Abmessungen des oberen Oberflächenloches erfordern. Diese Daten könnten in Längeneinheiten angegeben werden, oder sie könnten in Form der Art des Bauelementes angegeben werden, das am Loch angebracht werden soll.
Ein derartiges Computerprogramm könnte dann die erforderliche Abmessung für S2 berechnen und, wenn es gewünscht wird, für S1. Das Computerprogramm könnte laufen, indem im wesentlichen die Operationen durchgeführt werden, die in Verbindung mit 5 veranschaulicht werden. Alternativ könnte das Computerprogramm programmiert werden, um die erforderlichen Abmessungen bei Anwendung mathematischer Verfahren zu lösen.

Claims

Leiterplatte (12, 14), die aufweist: (a) ein Dielektrikum (16) mit einer Fläche (24); (b) ein leitendes Kontaktloch (22), das von der Fläche (24) in einen Innenbereich (17) des Dielektrikums verläuft; (c) eine Vielzahl von verschiedenen Niveaus von Bezugspotentialschichten (20), die im Innenbereich (17) des Dielektrikums und parallel zur Fläche (24) angeordnet sind; und (d) einen Signalleiter (18), der im Dielektrikum zwischen und parallel zu den Bezugspotentialschichten (20) angeordnet ist, um eine Übertragungsleitung mit einer vorgegebenen Impedanz bereitzustellen, wobei ein derartiger Signalleiter (18) mit dem leitenden Kontaktloch (22) verbunden ist; worin ein Rand (48) einer jeden der Bezugspotentialschichten (20) vom leitenden Kontaktloch (22) über einen Abstand beabstandet ist, der ausgewählt wird, um der Übertragungsleitung eine Impedanz zu liefern, die im wesentlichen auf die vorgegebene Impedanz der Übertragungsleitung abgestimmt ist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, bei der das leitende Kontaktloch (22) einen breiteren Bereich in einem Oberflächenbereich des Dielektrikums aufweist als in einem Innenbereich des Dielektrikums.
Leiterplatte nach Anspruch 2, bei der das leitende Kontaktloch (22) einen Hohlraum in dessen breiteren Bereich aufweist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Impedanz zur Übertragungsleitung auf innerhalb 10% der vorgegebenen Impedanz der Übertragungsleitung abgestimmt ist.
Leiterplatte nach Anspruch 2, bei der ein Abstand zwischen einer ersten Bezugsebene und einem Abschnitt des leitenden Kontaktloches im Innenbereich größer ist als ein Abstand zwischen einer zweiten Bezugsebene und dem breiteren Bereich des leitenden Kontaktloches.
Leiterplattenanordnung; die eine erste Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und eine zweite Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, und die außerdem aufweist: einen ersten elektrischen Verbinder mit einem ersten Signalkontakt, der mit dem leitenden Kontaktloch der ersten Leiterplatte verbunden ist; und einen zweiten elektrischen Verbinder mit einem zweiten Signalkontakt, der mit dem leitenden Kontaktloch der zweiten Leiterplatte verbunden ist; worin der erste Signalkontakt des ersten elektrischen Verbinders für eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Kontakt des zweiten elektrischen Verbinders angepaßt ist.
Anordnung nach Anspruch 6, bei der die erste Leiterplatte eine Trägerplatte und die zweite Leiterplatte eine Tochterleiterplatte ist.
Anordnung nach Anspruch 7, die Leiterplatten nach Anspruch 5 aufweist, wobei der Abstand zwischen dem leitenden Kontaktloch in der Trägerplatte und der ersten Bezugsebene größer ist als der entsprechende Abstand in der Tochterleiterplatte.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Trägerplatte eine Dicke von über 0,508 cm (0,2 in.) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Tochterleiterplatte eine Dicke von mehr als 0,318 cm (0,125 in.) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der ein Abstand zwischen dem breiteren Bereich des Kontaktloches in der Trägerplatte und der zweiten Bezugsebene gleich dem Abstand zwischen dem breiteren Bereich des Kontaktloches in der Tochterleiterplatte und einer entsprechenden vierten Bezugsebene ist.
Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei der die abgestimmte Impedanz der Übertragungsleitung auf der ersten Leiterplatte die gleiche ist wie die abgestimmte Impedanz der Übertragungsleitung auf der zweiten Leiterplatte.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei der die erste und zweite Leiterplatte eine unterschiedliche Dicke und Schichtkonstruktion aufweisen.