Leiterplatte im Lagenaufbau Printed circuit board in layer construction
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte in einem Lagenaufbau mit Übertrager zur galvanischen Trennung zwischen einzelnen Stromkreisen. The invention relates to a circuit board in a layer structure with transformer for galvanic isolation between individual circuits.
Mit US 2011/0095620 AI = DE 10 2007 034 750 AI ist ein verbessertes galvanisches Trennglied mit einem induktiven Wandler in einem Lagenaufbau bekannt. Auf der Ober- und Unterseite einer Substratplatte, die eine Barriereschicht ausreichender Dicke und mit ausreichenden With US 2011/0095620 AI = DE 10 2007 034 750 AI an improved galvanic isolator with an inductive converter in a layer structure is known. On the top and bottom of a substrate plate, which has a barrier layer of sufficient thickness and with sufficient
Isolationscharakteristika bildet, sind Leiterbahnen zur Bildung von Spulenwindungen vorgesehen, die von Isolation characteristics forms, tracks are provided to form coil windings, which
Isolationsdeckschichten geschützt werden, auf denen teilweise zuführende Leiterbahnen verlaufen, die in einer ersten Ausführungsform über Vias mit einem Sendechip bzw. einem Empfängerchip verbunden sind. Die Vias durchsetzen die Isolationsdeckschichten und teilweise auch die Insulating cover layers are protected, on which run partially feeding traces, which are connected in a first embodiment via vias to a transmitting chip or a receiver chip. The vias pass through the insulation cover layers and partly also the
Substratplatte. Die Spulenwindungen bilden den induktiven Wandler, der in einer zweiten Ausführungsform über Substrate plate. The coil windings form the inductive converter, which in a second embodiment via
Drahtverbindungen mit dem Sendechip und dem Empfangschip verbunden ist. Die Chips mit den elektrischen oder elektronischen Bauelementen sind somit außerhalb des galvanischen Trenngliedes angeordnet. Wire connections to the transmission chip and the receiving chip is connected. The chips with the electrical or electronic components are thus arranged outside the galvanic isolator.
Ein Breitband-Radiofrequenz-Transformator in Lagenaufbau ist aus US 5,015,972 bekannt, wobei Primärwicklung und Sekundärwicklung zwischen dielektrischen Schichten A broadband radio frequency transformer in layered construction is known from US 5,015,972, wherein primary winding and secondary winding between dielectric layers
angeordnet sind, die wiederum zwischen Ferrit-Deckplatten sitzen. Elektrische oder elektronische Bauelemente sind in den Lagenaufbau nicht einbezogen.
Eine Energieversorgungseinheit zur Übertragung von are arranged, which in turn sit between ferrite cover plates. Electrical or electronic components are not included in the layer structure. A power supply unit for the transmission of
Hilfsenergie ist aus der EP 1 310 036 Bl bekannt und umfasst auf Trägerplatten angebrachte Primär- und Auxiliary energy is known from EP 1 310 036 Bl and comprises mounted on support plates primary and
Sekundärspulen mit Luftspalt dazwischen. Um die Luftstrecke zwischen den Spulen zu verlängern, ist eine die Secondary coils with air gap in between. To extend the air gap between the coils, one is the
Trägerplatten überkragende Isolierplatte im Luftspalt vorgesehen. Ein Lagenaufbau einer Leiterplatte wird dadurch nicht gebildet. Carrier plates overhanging insulating plate provided in the air gap. A layer structure of a printed circuit board is not formed thereby.
Bei elektrischen/elektronischen Geräten müssen teilweise hohe Spannungen bewältigt werden, und zum Schutz gegenüber Überspannungen erfolgt häufig eine galvanische Trennung zwischen einzelnen Stromkreisen oder Potentialgruppen innerhalb des Gerätes. Um elektrische Überschläge in den Geräten zu vermeiden, müssen zwischen den zu trennenden Stromkreisen bestimmte Luft- und Kriechstrecken von For electrical / electronic devices, high voltages sometimes have to be overcome, and to protect against overvoltages there is often a galvanic isolation between individual circuits or potential groups within the device. In order to avoid electrical flashovers in the devices, certain air and creepage distances must be between the circuits to be separated
Entladungsströmen eingehalten werden, oder es muss Discharge currents are respected, or it must
Isolationsmaterial vorbestimmter Qualität und Mindestdicke zwischen die Stromkreise angeordnet werden. Zwischen den einzelnen Stromkreisen gibt es somit eine galvanische Isolation material of predetermined quality and minimum thickness between the circuits can be arranged. There is thus a galvanic connection between the individual circuits
Trennstrecke, über die elektrische Energie ausgetauscht werden soll, welche zur Energieversorgung oder zum Trennstrecke, is to be exchanged over the electrical energy, which for energy supply or the
Datenaustausch bzw. Informationsaustausch dienlich ist. Diese elektrische Energie wird nachfolgend als elektrisches Signal bezeichnet. Data exchange or information exchange is useful. This electrical energy is hereinafter referred to as electrical signal.
Häufig werden als Träger für elektrische/elektronische Bauteile und Baugruppen sowie Leiterbahnen (nachfolgend als „Komponenten" bezeichnet) Leiterplatten eingesetzt, die auch als Leiterkarten oder Platinen bezeichnet werden, flexibel oder starr sein können und in einer als
Lagenaufbau bezeichneten Bauweise vorkommen. Zur Frequently used as a carrier for electrical / electronic components and assemblies and printed conductors (hereinafter referred to as "components") printed circuit boards, which are also referred to as printed circuit boards or boards, can be flexible or rigid and in as Layer structure called construction occur. to
galvanischen Trennung zwischen verschiedenen Stromkreisen oder Potentialgruppen auf der Leiterplatte ist es bekannt, einen „Graben" auf der Leiterplatte vorzusehen, über den sich keine Komponente erstreckt. Die Breite des galvanic isolation between different circuits or potential groups on the circuit board, it is known to provide a "trench" on the circuit board over which no component extends
Isolationsgrabens entspricht dem Mindestabstand in Luft oder der Mindestkriechstrecke über die Oberfläche des Isolation trench corresponds to the minimum distance in air or the minimum creepage distance over the surface of the
Isolationsgrabens, die eingehalten werden müssen, um ausreichenden elektrischen Spannungsschutz zu erzielen. Je breiter der Isolationsgraben auf der Leiterplatte gewählt wird, umso weniger steht Nutzfläche zur Unterbringung von elektrischen/elektronischen Bauelementen zur Verfügung. Isolation trench, which must be adhered to in order to achieve sufficient electrical voltage protection. The wider the isolation trench is chosen on the circuit board, the less usable space is available for the accommodation of electrical / electronic components.
Galvanisch voneinander getrennte Stromkreise werden durch Koppelbauteile miteinander zum Signalaustausch verbunden, und hierzu sind induktive und kapazitive Übertrager bzw. im elektromagnetischen Nahfeld arbeitende Antennensysteme nützlich, die jeweils ein erstes und ein mindestens zweites Koppelelement aufweisen, zwischen denen sich festes Galvanically separate circuits are interconnected by coupling components for signal exchange, and this purpose, inductive and capacitive transformers or operating in the electromagnetic near field antenna systems are useful, each having a first and at least second coupling element, between which solid
Isolationsmaterial erstreckt. Die Spannungsfestigkeit dieses Isolationsmaterials bestimmt die tolerierbare Insulation material extends. The dielectric strength of this insulating material determines the tolerable
Spannungsdifferenz zwischen den Potentialgruppen bzw. Voltage difference between the potential groups or
einzelnen Stromkreisen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte mit galvanischer Trennung zwischen einzelnen Stromkreisen zu schaffen, bei denen relativ hohe Spannungen zwischen den einzelnen Stromkreisen toleriert werden können, ohne dass relativ große Luft- und Kriechstrecken elektrischer individual circuits. The invention has for its object to provide a printed circuit board with galvanic isolation between individual circuits, in which relatively high voltages between the individual circuits can be tolerated without relatively large creepage distances and electrical
Entladungsströme über die Oberfläche der Leiterplatte in Kauf genommen werden müssen. Die Leiterplatte soll ferner
einen möglichst einfachen, günstigen und platzsparenden Aufbau der aufgenommenen Komponenten aufweisen. Discharge currents across the surface of the circuit board must be taken into account. The circuit board should also have a simple, cheap and space-saving design of the recorded components.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet. The invention is characterized in the claims.
Zur galvanischen Trennung zwischen den einzelnen For galvanic isolation between the individual
Stromkreisen weist die Leiterplatte mindestens einen induktiven und/oder kapazitiven Übertrager auf, der jeweils aus einem ersten und einem zweiten Koppelelement unter Zwischenlage einer isolierenden Barriereschicht besteht.Circuits, the circuit board on at least one inductive and / or capacitive transformer, each consisting of a first and a second coupling element with the interposition of an insulating barrier layer.
Diese isolierende Barriereschicht bringt möglichst viel der benötigten Isolation auf. Dadurch können Isolationsgräben für Luft- bzw. Kriechstrecken auf der Leiterplatte zum Großteil entfallen bzw. kann deren Anzahl stark reduziert werden. Dies beruht darauf, dass im Hinblick auf gleiche Isolationswerte die Abmessung von flächigen This insulating barrier layer provides as much insulation as possible. As a result, isolation trenches for air or creepage distances on the printed circuit board can largely be dispensed with or their number can be greatly reduced. This is due to the fact that with regard to the same insulation values, the dimension of planar
Isolationsregionen für Luft- und Kriechstrecken größer ist als die Dicke der isolierenden Barriereschicht. Unter einer flächigen Isolationregion wird ein Oberflächenbereich verstanden, der sich auf der Leiterplatte, auch um den Rand der Leiterplatte herum erstreckt und, gemessen als Luft- und Kriechstrecke von elektrischen Überschlägen oder Insulation regions for clearance and creepage distances is greater than the thickness of the insulating barrier layer. A flat insulation region is understood to mean a surface region which extends on the printed circuit board, also around the edge of the printed circuit board, and, measured as an air gap and creepage distance of electric flashovers or
Kriechströmen, einen Mindestabstand zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen oder Potentialgruppen einnimmt. Eine präzise Definition von Luft- und Kriechstrecken sowie deren Anforderungen können beispielsweise den Leakage currents, a minimum distance between galvanically isolated circuits or potential groups occupies. A precise definition of clearances and creepage distances as well as their requirements can, for example, the
Beschreibungen und Figuren der Normen DIN EN 60664-1, DIN EN 60079-11/15 und DIN EN 61010-1 entnommen werden. Isolierende Anbauten an der Leiterplatte zur Verlängerung der Luft- und Kriechstrecken bzw. Vergrößerung der Descriptions and figures of the standards DIN EN 60664-1, DIN EN 60079-11 / 15 and DIN EN 61010-1 are taken. Insulating attachments on the circuit board to extend the creepage distances and creepage distances or enlarge the
Abmessung der flächigen Isolationsregion werden Dimension of the flat isolation region
entsprechend als Teil der Leiterplatte betrachtet, auch
wenn diese Anbauten keinen Lagenaufbau aufweisen. accordingly considered as part of the circuit board, too if these attachments have no layer structure.
Die Reduzierung des Platzbedarfs auf der Leiterplatte durch Fortfall bzw. Minimierung von Isolationsgräben führt ferner zu einer Reduzierung des Kostenaufwands bei der Herstellung der Leiterplatte. Weitere Kostenersparnis wird durch baulich einfache Koppelelemente ermöglicht, die auf The reduction of the space requirement on the circuit board by eliminating or minimizing isolation trenches also leads to a reduction of the cost in the production of the circuit board. Further cost savings is made possible by structurally simple coupling elements on
Planartechnik beruhen. Dabei werden die Koppelelemente beispielsweise als Leiterbahnenschleifen oder als Planar technology based. In this case, the coupling elements, for example, as conductor track loops or as
Kondensatorplatten hergestellt. Capacitor plates made.
Im Einzelnen wird mit der isolierenden Barriereschicht das Leiterplattenmaterial selber als Isolationsmedium zwischen benachbarten Stromkreisen verwendet. Dabei werden die beiden sich gegenüberliegenden Seiten des Lagenaufbaus für die verschiedenen Stromkreise oder Potentialgruppen Specifically, with the insulating barrier layer, the circuit board material itself is used as the insulating medium between adjacent circuits. The two opposite sides of the layer structure for the different circuits or potential groups
verwendet und die Leiterplatte beidseitig mit den used and the circuit board on both sides with the
elektrischen/elektronischen Bauelementen bestückt. equipped electrical / electronic components.
Durchkontaktierungen durch die Leiterplatte über Vias oder Durchsteiger werden weitgehend vermieden oder nur im seitlichen Abstand von den Übertragern ausgeführt. Through-connections through the printed circuit board via vias or through-risers are largely avoided or executed only at the lateral distance from the transformers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Embodiments of the invention will be described with reference to FIGS
Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: Drawing described. Showing:
Fig. 1 einen induktiven Übertrager in Explosionsansicht der verschiedenen Lagen als Abschnitt einer Leiterplatte, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Leiterplatte, mit beidseitig angebrachten Komponenten, 1 shows an inductive transformer in exploded view of the various layers as a section of a printed circuit board, FIG. 2 shows a longitudinal section through a printed circuit board, with components mounted on both sides,
Fig. 3 einen weiteren Längsschnitt durch eine Fig. 3 shows a further longitudinal section through a
Leiterplatte in schematischer Darstellung, und Circuit board in a schematic representation, and
Fig. 4 eine Draufsicht auf Schichtteile einer weiteren
Leiterplatte . Fig. 4 is a plan view of layer parts of another PCB.
Fig. 1 zeigt den Lagenaufbau einer erfindungsgemäßen Fig. 1 shows the layer structure of an inventive
Leiterplatte mit den einzelnen Schichten des Lagenaufbaus in Z-Richtung auseinandergezogen. Der Lagenaufbau umfasst eine erste Isolationsabstandsschicht 71, eine isolierende Barriereschicht 61 und eine zweite Printed circuit board with the individual layers of the layer structure pulled apart in the Z direction. The ply structure comprises a first insulation spacer layer 71, an insulating barrier layer 61, and a second insulation layer
Isolationsabstandsschicht 72. Die erste Insulation spacer layer 72. The first
Isolationsabstandsschicht 71 bietet eine Montagefläche für Komponenten, d. h. elektrische/elektronische Bauelemente 13 und für Leiterbahnen 14 (siehe Fig. 2) dar. Auch die zweite Isolationsabstandsschicht 72 weist eine Montagefläche für Komponenten, d. h. elektrische/elektronische Bauelemente 23 sowie für Leiterbahnen 24 auf. Elektrische Kontaktierungen 8 führen durch die jeweilige Isolationsabstandsschicht 71 bzw. 72 hindurch, um die jeweiligen Leiterbahnen auf der Oberseite mit der Unterseite der betreffenden Insulation spacer layer 71 provides a mounting surface for components, i. H. electrical / electronic components 13 and for printed conductors 14 (see FIG. 2). Also, the second insulating spacer layer 72 has a mounting surface for components, i. H. electrical / electronic components 23 and for printed conductors 24. Electrical contacts 8 pass through the respective insulating spacer layer 71 or 72, respectively, around the respective conductor tracks on the upper side with the underside of the relevant one
Isolationsabstandsschicht zu verbinden. Auf der Oberseite der Isolationsabstandsschicht 71 erstreckt sich eine spiralförmige Spule 11, welche mit ihrem Anschlussende 82 an elektrische/elektronische Bauelemente kontaktiert werden kann, wobei das andere Anschlussende 81 mittels der Insulation spacer layer to connect. On the upper side of the insulating spacer layer 71 extends a helical coil 11 which can be contacted with its terminal end 82 to electrical / electronic components, wherein the other terminal end 81 by means of
elektrischen Kontaktierung 8 auf die andere Seite der electrical contact 8 on the other side of the
Isolationsabstandsschicht 71 hinüberführt, um von dort ebenfalls an elektrische/elektronische Bauelemente Insulation spacer layer 71 leads over, from there also to electrical / electronic components
kontaktiert zu werden. Unterhalb der isolierenden to be contacted. Below the insulating
Barriereschicht 61 befindet sich ebenfalls eine Barrier layer 61 is also one
spiralförmige Spule 21 mit zwei Anschlussenden 83 und 84, die auf unterschiedlichen Seiten der zweiten helical coil 21 with two terminal ends 83 and 84 on different sides of the second
Isolationsabstandsschicht 72 angeordnet sind, wobei die Verbindung von Oberseite zur Unterseite der Insulation spacer layer 72 are arranged, wherein the connection from top to bottom of the
Isolationsabstandsschicht wiederum durch eine elektrische
Kontaktierung 8 erfolgt. Die Spulen 11 und 21 sind durch die isolierende Barriereschicht 61 voneinander getrennt und stellen die Koppelelemente eines induktiven Übertragers 10 dar. Zur Erhöhung der Wirksamkeit des induktiven Isolation distance layer in turn by an electric Contact 8 takes place. The coils 11 and 21 are separated from each other by the insulating barrier layer 61 and constitute the coupling elements of an inductive transformer 10. To increase the effectiveness of the inductive
Übertragers 10 und zur Abschirmung gegenüber Störeinflüssen können Ferritplatten 41 bzw. 42 in räumlicher Überdeckung mit den Spulen 11 und 21 vorgesehen sein. Um ein Transformer 10 and to shield against interference ferrite plates 41 and 42 may be provided in spatial overlap with the coils 11 and 21. To one
Kurzschließen von Spulenwindungen durch elektrisch leitende Körper zu verhindern, ist zwischen den Ferritelementen und den Spulenwindungen eine zusätzliche, (nicht dargestellte) Isolationsschicht vorhanden, z. B. in Form eines geeigneten Lackes . To prevent shorting of coil windings by electrically conductive body, between the ferrite elements and the coil turns an additional, (not shown) insulating layer is present, for. B. in the form of a suitable paint.
Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte 100. Der durch die Spulen 11, 21 gebildete induktive Übertrager 10 weist einen 2 shows a printed circuit board 100. The inductive transformer 10 formed by the coils 11, 21 has a
Überdeckungs- und Übertragungsbereich auf, welcher der hauptsächlichste Bereich der Ausbreitung der magnetischen Wechselfelder ist, wie in Fig. 2 mit H dargestellt. Mittels des Übertragers 10 kann Energie zwischen einem ersten Cover and transfer area, which is the main area of propagation of the alternating magnetic fields, as shown in Fig. 2 with H. By means of the transformer 10 can energy between a first
Stromkreis 1 und einem zweiten Stromkreis 2 ausgetauscht werden. Diese ausgetauschte Energie wird in vorliegender Anmeldung als Signal bezeichnet und kann dem Datenaustausch nutzbar gemacht werden, wie es bekannt ist. Im Circuit 1 and a second circuit 2 are exchanged. This exchanged energy is referred to in the present application as a signal and can be used for data exchange, as it is known. in the
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Stromkreis 1 und der zweite Stromkreis 2 noch über einen kapazitivenillustrated embodiment, the first circuit 1 and the second circuit 2 is still a capacitive
Übertrager 20 miteinander gekoppelt, der Kondensatorplatten 12, 22 in einem Überdeckungs- und Übertragungsbereich enthält und über elektrische Wechselfelder E die Transmitter 20 coupled together, the capacitor plates 12, 22 in a Überdeckungs- and transmission area contains and electric alternating fields E the
Signalübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Signal transmission between the first and the second
Stromkreis ermöglicht.
Der erste Stromkreis 1 enthält elektrische/elektronische Bauelemente 13, die auf der freien Oberseite der Circuit allows. The first circuit 1 contains electrical / electronic components 13, which on the free top of the
Isolationsabstandsschicht 71 angebracht sind und die über Leiterbahnen 14 mit Spannung/Strom versorgt werden. Die Leiterbahnen 14 erstrecken sich auf beiden Seiten der Insulation spacer layer 71 are attached and which are supplied via tracks 14 with voltage / current. The conductor tracks 14 extend on both sides of the
Isolationsabstandsschicht 71 und sind über Kontaktierungen 8 verbunden, wie dargestellt. Der zweite Stromkreis 2 ist auf der Ober- und Unterseite der zweiten Insulation spacer layer 71 and are connected via contacts 8, as shown. The second circuit 2 is on the top and bottom of the second
Isolationsabstandsschicht 72 angeordnet und umfasst Insulation spacer layer 72 is arranged and includes
elektrische/elektronische Bauelemente 23 und Leiterbahnen 24 in ähnlicher Weise, wie dies hinsichtlich der electrical / electronic components 23 and tracks 24 in a similar manner, as regards the
Bauelemente 13 und der Leiterbahnen 14 für den Stromkreis 1 beschrieben worden ist. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist noch ein zusätzlicher induktiver Übertrager 26 vorgesehen, der den Stromkreis 2 in zwei Abschnitte 2a und 2b unterteilt. Damit sollen die diversen Möglichkeiten der Bestückung und Unterteilung der Leiterplatte illustriert werden . Um die Leiterplatte 100 in ein Gerät einzubeziehen, bedarf es elektrischer Anschlussleitungen 91, 92 zu Zwecken der Energieversorgung und der Signalhandhabung. Solche Components 13 and the tracks 14 has been described for the circuit 1. In the embodiment of Fig. 2, an additional inductive transformer 26 is still provided, which divides the circuit 2 into two sections 2a and 2b. This is intended to illustrate the various possibilities of equipping and subdividing the printed circuit board. In order to include the circuit board 100 in a device, it requires electrical connection lines 91, 92 for purposes of power supply and signal handling. Such
Leitungen können an einer Isolationsabstandsschicht 71 oder 72 befestigt sein. Zur Befestigung solcher Leitungen 91, 92 können aber auch Verankerungen in Form von elektrischenLines may be attached to an insulating spacer layer 71 or 72. For attachment of such lines 91, 92 but can also anchorages in the form of electrical
Durchkontaktierungen 9 vorgesehen sein, die sich durch den Lagenaufbau der Leiterplatte 100 hindurch, erstrecken. Through holes 9 may be provided which extend through the layer structure of the printed circuit board 100 therethrough.
Solche elektrische Durchkontaktierungen schwächen die Such electrical vias weaken the
Spannungsfestigkeit des Lagenaufbaus und insbesondere der isolierenden Barriereschicht 61, und zwar in einem gewissen Umkreis, der als Mindestabstand DO zu „fremden" oder „benachbarten" Stromkreisen zu betrachten ist. Die
Anschlussleitungen 91 zur Strom- und Signalversorgung des Stromkreises 1 können natürlich unmittelbar benachbart zu den Elementen 11, 12, 13, 14 des Stromkreises 1 angeordnet werden, während der Mindestabstand DO, der die Luft- bzw. Kriechstrecke zu dem Stromkreis 2 darstellt, zwischen der elektrischen Durchkontaktierung 9 und der nächstliegenden Komponente des Stromkreises 2 eingehalten werden muss. In gleicher Weise muss die mit den Anschlussleitungen 92 verbundene elektrische Durchkontaktierung 9 den Dielectric strength of the layer structure and in particular of the insulating barrier layer 61, in a certain radius, which is to be regarded as minimum distance DO to "foreign" or "neighboring" circuits. The Connecting lines 91 for power and signal supply of the circuit 1 can of course be arranged immediately adjacent to the elements 11, 12, 13, 14 of the circuit 1, while the minimum distance DO, which represents the creepage distance to the circuit 2, between the electrical via 9 and the nearest component of the circuit 2 must be maintained. In the same way connected to the connecting lines 92 electrical feedthrough 9 must
Mindestabstand DO zu der nächstliegenden Komponente des Stromkreises 1 einhalten. Zum Schutz von Überschlägen zwischen den Stromkreisen ist es ferner notwendig, eine Mindestdicke Di der isolierenden Barriereschicht zwischen den Stromkreisen einzuhalten. Diese Mindestdicke Di hängt von der Güte des Isolationsmaterials und von der Höhe der zu tolerierenden Überspannung ab. Wird beispielsweise das Leiterplattenmaterial FR4 als Isolationsmedium verwendet, kann in etwa mit einer Spannungsfestigkeit von 40 kV pro Millimeter ausgegangen werden. Eine Mindestdicke von 0,2 mm würde demnach einer Spannungsfestigkeit von 8 kV Maintain minimum distance DO to the nearest component of circuit 1. To protect flashovers between the circuits, it is also necessary to maintain a minimum thickness Di of the insulating barrier layer between the circuits. This minimum thickness Di depends on the quality of the insulating material and on the magnitude of the overvoltage to be tolerated. If, for example, the printed circuit board material FR4 is used as the insulating medium, it can be assumed that the withstand voltage is approximately 40 kV per millimeter. A minimum thickness of 0.2 mm would therefore a dielectric strength of 8 kV
entsprechen, während eine Mindestdicke von 0,5 mm while a minimum thickness of 0.5mm
entsprechend 20 kV Spannungsfestigkeit aufweisen könnte. Nach verschiedenen Normen und Richtlinien können erhöhte Sicherheitsaufschläge zu einer Verringerung der correspondingly 20 kV could have dielectric strength. According to different standards and guidelines, increased security surcharges may reduce the
Spannungsfestigkeit bzw. Spannungsklasse bei vorgegebener Mindestisolationsdicke führen. Dielectric strength or voltage class at a given minimum insulation thickness lead.
Durch diese Maßnahmen der Mindestdicke Di bzw. des By these measures, the minimum thickness Di or the
Mindestabstandes DO ist es möglich, die im Lagenaufbau konzipierte Leiterplatte für Hochspannungsanwendungen zur Verfügung zu stellen. Zwischen den Anschlüssen 91 und 92 können somit Spannungsdifferenzen im kV-Bereich bewältigt
werden. Die erfindungsgemäße Leiterplatte kann in Minimum distance DO, it is possible to provide the PCB designed in the layer structure for high voltage applications. Between the terminals 91 and 92 can thus handle voltage differences in the kV range become. The circuit board according to the invention can in
Messgeräten zur Messung hoher Spannungen eingesetzt werden. So kann z. B. eine zu messende Hochspannung in ein Measuring devices for measuring high voltages are used. So z. B. a high voltage to be measured in a
Messsignal umgesetzt werden, das mit vergleichsweise geringen Spannungen und Strömen ausgewertet werden kann. Die Leiterplatte kann auch in Geräten eingesetzt werden, die an sich für Niederspannungen ausgelegt sind, jedoch im Fehlerfall hohen Spannungen ausgesetzt sein können. Fig. 3 zeigt eine Leiterplattenkonstruktion 200 mit drei Stromkreisen 1, 2, 3. Es werden zwei isolierenden Measuring signal can be implemented, which can be evaluated with comparatively low voltages and currents. The circuit board can also be used in devices that are designed for low voltages, but can be exposed to high voltages in the event of a fault. Fig. 3 shows a printed circuit board construction 200 with three circuits 1, 2, 3. There are two insulating
Barriereschichten 61 und 62 sowie drei Barrier layers 61 and 62 as well as three
Isolationsabstandsschichten 71, 72, 73 und drei Gruppen von Anschlussleitungen 91, 92, 93 verwendet. Die Stromkreise 1 aus Fig. 2 und 3 sind konstruktiv identisch. Der Stromkreis 2 ist Teilen der isolierenden Barriereschicht 62 und der Isolationsabstandsschicht 72 zugeordnet. Der Stromkreis 3 erstreckt sich über Teile der Isolationsabstandsschicht 72, der isolierenden Barriereschicht 62 und der Insulation spacers 71, 72, 73 and three groups of leads 91, 92, 93 used. The circuits 1 of FIGS. 2 and 3 are structurally identical. The circuit 2 is associated with parts of the insulating barrier layer 62 and the insulating spacer layer 72. The circuit 3 extends over portions of the insulating spacer layer 72, the insulating barrier layer 62 and the
Isolationsabstandsschicht 73. Der induktive Übertrager 10 verbindet jedoch alle drei Stromkreise miteinander und der kapazitive Übertrager 20 koppelt nur den Stromkreis 1 mit dem Stromkreis 3. Zwischen allen Stromkreisen wird der nötige Isolationsabstand eingehalten, und zwar einerseits durch den Mindestabstand DO der Luft- bzw. Kriechstrecken zwischen den Stromkreisen und der Mindestdicke Di der Insulation distance layer 73. However, the inductive transformer 10 connects all three circuits together and the capacitive transformer 20 couples only the circuit 1 to the circuit 3. Between all circuits the necessary isolation distance is maintained, on the one hand by the minimum distance DO of the creepage distances between the circuits and the minimum thickness Di of
Isolationsschichten zwischen den Stromkreisen. Dadurch werden flächige, sich über die Oberfläche der Leiterplatte erstreckende Isolationsregionen zwischen den Überdeckungs- und Übertragerbereichen der Übertrager 10, 20 gebildet, wodurch Luft- und Kriechstrecken ausreichender Länge zwischen leitenden Komponenten benachbarter Stromkreise
geschaffen werden, die die Mindestabstände DO einhalten oder übersteigen. Die flächigen Isolationsregionen können sich über den Rand der Leiterplatte erstrecken, wie am rechten Rand der Leiterplatte 200 in Fig. 3 angedeutet. Insulation layers between the circuits. As a result, planar insulation regions extending over the surface of the printed circuit board are formed between the covering and transformer regions of the transformers 10, 20, whereby air gaps and creepage distances of sufficient length between conductive components of adjacent circuits are formed be created which exceed or exceed the minimum distances. The flat insulation regions can extend over the edge of the printed circuit board, as indicated on the right edge of the printed circuit board 200 in FIG. 3.
Fig. 4 zeigt eine Leiterplatte mit einem Lagenaufbau wie in Fig. 2, jedoch für drei Stromkreise 1, 2 und 3. Die Fig. 4 shows a printed circuit board with a layer structure as in Fig. 2, but for three circuits 1, 2 and 3. Die
Oberseite des Lagenaufbaus ist mit Diagonalschraffierung dargestellt, während die Unterseite mit karierter Schraffur visualisiert ist. Es werden drei induktive Übertrager 10 zur Kopplung zwischen den Schaltkreisen verwendet, und zwar 10a zur Kopplung der Schaltkreise 1 und 2, 10b zur Kopplung der Schaltkreise 1 und 3 sowie 10c zur Kopplung der Top of the layer structure is shown with diagonal shading, while the underside is visualized with checkered hatching. There are three inductive transformers 10 used for coupling between the circuits, namely 10a for coupling the circuits 1 and 2, 10b for coupling the circuits 1 and 3 and 10c for coupling the
Schaltkreise 2 und 3. Die galvanische Trennstrecke Circuits 2 and 3. The galvanic isolation path
hinsichtlich der Mindestdicke Di wird jeweils über die isolierende Barriereschicht 61 gebildet. Der Mindestabstand DO als Luft- bzw. Kriechstrecke zwischen den Stromkreisen ist überall eingehalten, auch bei dem Übertrager 10b, da die Kriechstrecke sich über den Rand der Leiterplatte hinweg erstreckt, ähnlich wie in Fig. 3 am rechten Bildrand dargestellt. So ist z. B. der Übertrager 10a vom ersten zum zweiten Stromkreis von einer zugehörigen flächigen with respect to the minimum thickness Di is formed in each case over the insulating barrier layer 61. The minimum distance DO as an air gap or creepage distance between the circuits is maintained everywhere, even in the case of the transformer 10b, since the creepage distance extends beyond the edge of the printed circuit board, as shown in FIG. 3 on the right-hand edge of the picture. So z. B. the transformer 10a from the first to the second circuit of an associated planar
Isolationsregion mit Abstand D0+X zu den Anschlussleitungen 92 des zweiten Stromkreises umgeben, der Übertrager 10b vom dritten zum ersten Stromkreis ist von einer zugehörigen flächigen Isolationsregion um den Rand der Leiterplatte herum mit Abstand 2 D0/2+Y zu den Anschlussleitungen 91 des ersten Stromkreises umgeben und der Übertrager 10c des zweiten zum dritten Stromkreises ist von einer zugehörigen flächigen Isolationsregion mit Abstand D0+Z zu den Isolation region with distance D0 + X to the connecting lines 92 of the second circuit surrounded, the transformer 10b from the third to the first circuit is from an associated areal insulating region around the edge of the circuit board at a distance 2 D0 / 2 + Y to the connecting lines 91 of the first circuit surrounded and the transformer 10c of the second to the third circuit is of an associated areal isolation region with distance D0 + Z to the
Anschlussleitungen 92 des zweiten Stromkreises umgeben. X,
Y und Z kennzeichnen Zusatzlängen zur minimalen Luft- und Kriechstrecke DO . Surrounding leads 92 of the second circuit. X, Y and Z indicate additional lengths to the minimum clearance and creepage distance DO.
Zur Konstruktion von Leiterplatten mit vier oder noch mehreren voneinander zu trennenden Stromkreisen werden die Oberflächen der Leiterplatte noch stärker intelligent aufgeteilt und/oder es werden mehrere isolierende For the construction of printed circuit boards with four or more circuits to be separated from each other, the surfaces of the circuit board are split even more intelligently and / or there are several insulating
Barriereschichten verwendet. Wie im Falle der Fig. 4 werden die Komponenten und die Leiterbahnen für manche Stromkreise sowohl auf der Oberseite als auf der Unterseite des Barrier layers used. As in the case of FIG. 4, the components and traces for some circuits will be on both the top and bottom of the circuit
Lagenaufbaus angebracht. Um dabei konform mit den Layer structure attached. To be compliant with the
geforderten Luft- und Kriechstrecken gemäß dem required clearances and creepage distances according to the
Mindestabstand DO zu sein, sind bestimmte Anforderungen zu erfüllen. Innerhalb eines Bereichs mit dem Abstand DO um die Übertrager 10 befinden sich keine Durchbrechungen oder Durchkontaktierungen der Isolationsschichten. Auch Minimum distance DO, certain requirements are met. Within a range with the distance DO around the transducers 10, there are no openings or plated-through holes of the insulation layers. Also
Komponenten benachbarter Stromkreise wahren diesen Abstand DO zu dem Übertrager. Die kreisförmigen Bereiche in Fig. 4 verdeutlichen diesen Sachverhalt. Der Stromkreis 3 verteilt sich auf zwei Seiten der Leiterplatte, die mittels Components of adjacent circuits maintain this distance DO to the transmitter. The circular areas in Fig. 4 illustrate this fact. The circuit 3 is distributed on two sides of the circuit board by means of
Durchkontaktierungen 9 miteinander verbunden sind, welche sich außerhalb der flächigen Isolationsregionen um die Übertrager 10b und 10c befinden. Die geschilderte Methode ermöglicht es somit, auch mehrere galvanisch zu trennende Stromkreise mit möglichst wenigen Durchkontaktierungen auszustatten und nur eine oder wenige isolierende Through holes 9 are connected to each other, which are located outside the flat isolation regions around the transformer 10b and 10c. The described method thus makes it possible to equip even several circuits to be isolated by as few vias as possible and only one or a few insulating ones
Barriereschichten in dem Lagenaufbau zu verwenden. To use barrier layers in the layer structure.
Der Aufbau der beschriebenen Leiterplatte kann modifiziert werden. So ist es möglich, zwei oder mehrere The structure of the printed circuit board described can be modified. So it is possible two or more
Isolationsabstandsschichten übereinander vorzusehen, innerhalb welchen die Komponenten der Stromkreise
untergebracht sind. Dabei können elektrische/elektronische Bauelemente mittels SMD-Technologie (Surface Mounting Devices) angebracht und gegebenenfalls auch eingeschlossen werden. Für die hohe Spannungsfestigkeit der Leiterplatte bleibt jedoch die isolierende Barriereschicht bzw. Isolation spacers to provide one above the other, within which the components of the circuits are housed. In this case, electrical / electronic components by means of SMD technology (Surface Mounting Devices) attached and optionally also included. For the high dielectric strength of the circuit board, however, the insulating barrier layer or
Barriereschichten verantwortlich . Barrier stories responsible.
Bei drei oder mehr zu trennenden Stromkreisen können die Werte Di und DO individuell je nach Anforderungen der Spannungsfestigkeiten an die individuellen Stromkreise auch unterschiedlich gewählt werden. So können beispielsweise für DO bei drei zu trennenden Stromkreisen drei With three or more circuits to be separated, the values Di and DO can also be individually selected differently depending on the requirements of the withstand voltages to the individual circuits. Thus, for example, three can be used for three circuits to be separated
verschiedene Werte D012 für die Trennung von Stromkreis 1 und 2, D013 für die Trennung von Stromkreis 1 und 3 sowie D023 für die Trennung der Stromkreise 2 und 3 verwendet werden. Entsprechendes gilt auch für Di.
different values D012 are used for the separation of circuits 1 and 2, D013 for the isolation of circuits 1 and 3 and D023 for the isolation of circuits 2 and 3. The same applies to Di.