SE506941C2 - Kretskort med interferensskärmande skikt - Google Patents

Description

506 941 ”f” Det är också föreslaget olika åtgärder för att försöka ned- bringa och helst eliminera de elektromagnetiska störningar som i första hand den ökande signalhastigheten och korta omslags- tider ger.

De störningar som det här är frága om är förutom EMI de som går under beteckningen EMC (Electro Magnetic Compatibility) och EMD (Electro Magnetic Discharge).

Det är därvid känt att kretsar av hithörande slag skall helt "täckas" eller inneslutas av ett elektriskt ledande material för att därav få en effektiv skärmning, dels mot omgivningen dels från omgivningen.

Härvid är det tidigare känt att låta innesluta kretskort helt i ett metalliskt hölje (en kapsling) och anordna begränsade hål i höljet för att därigenom leda kretskorttillhöriga kablar och ledare.

När det då gäller mönsterkort är det tidigare känt att försöka "täcka" och omsluta de signalbärande ledarna som är bildade i en eller flera elektriskt ledande lager, i form av kopparfolier inne i ett mönsterkort med yttre jordpotentialrelaterade elektriskt ledande lager.

Som exempel på känd teknik härvidlag hänvisas till innehållet i publikationen EP-A2-O 238 267.

Sådana åtgärder vidtages för att dels förhindra yttre elektro- magnetiska störfält att få tillträde till kretskortets inre dels försöka förhindra uppträdande elektromagnetiska fält ifrån ledarna inne i kortet att tränga ut som störfält.

För mönsterkort är det därvid tidigare känt att försöka ut- nyttja motställda yttre elektriskt ledande lager och låta jord- potentialförbinda dessa, varvid dessa lager kommer att tjäna som en skärmning. -ß- 506 941 Emellertid kräver sådana mönsterkort vanligtvis en elektrisk ledningsdragning även i dessa skärmningslager.

Sådan ledningsdragning kräver att ledningsrelaterade folie- avsnitt måste isoleras från det elektriskt ledande lagret eller folien i övrigt, varvid det är känt att låta den erforderliga ledningsdragningen få bildas genom att etsa bort valda metallfolieavsnitt, så att nämnda ledare kan bildas utan kontakt med metallfolien i övrigt.

Härvid är det känt att låta den andel eller de andelar av metallfolien eller de yttre kopparlagren, som ej använts som ledningar i förbindningssyfte och som ej etsats bort, att vara kvar på kortet och genom en jordningsanslutning av denna andel eller andelar så kan lagret fungera som en delvis skärmning.

Det ligger i sakens natur att ett sådant etsat skärmningslager icke kan erbjuda en fullständig eller maximal skärmning, enär däri har utformats olika avskilda ledningsmönster, med en kringvarande friläggning av metallfolien. Även om en kapsling utgör teknikens tidigare ståndpunkt för att kunna förhindra elektromagnetisk interferens beskrives denna teknik inte i förenklande syfte.

Vidare tillhör det teknikens tidigare ståndpunkt den insikten att skärmningsproblemen ökar vid en ökande frekvens för elekt- romagnetiska fält och störfält.

Det har då visat sig, p.g.a. utvecklingen av utnyttjad elektro- nik mot allt högre arbetsfrekvenser och kortare omslagstider, att en skärmningsteknik, av inledningsvis angiven beskaffenhet, icke längre är tillfredsställande.

Skälet till detta torde bl.a. vara att de i det yttre metal- lagret formade ledarna kan komma att bilda strålningskällor.

Bortetsade folieavsnitt ger skärmfria ytor, genom vilka fält 506 941 och störfält kan passera.

Dessa omständigheter kan i vissa fall ge vid handen att ett sålunda utnyttjat skärmningslager kan ge en förstärkt utåtriktad strålning och en hög känslighet för mottagning av yttre strålning eller störfält.

Skälet till detta torde ligga i att valda dimensioner på for- made öppningar i kopparlagret för bildande av nämnda ledare inom det elektriskt ledande lagret och valet av ledarnas längder kommer att kunna motsvara en anpassad antennlängd eller del därav för vissa inom mönsterkortet använda funktioners frekvenser.

Som ett exempel på detta kan nämnas att en svängning av 3 GHz i luft ger en våglängd på 10 cm och en ledningslängd av 2,5 cm skapar en antennfunktion med ett l/4 våglängd.

Det bör också bemärkas att en ledningsstruktur med ovan angiven anpassad längd är reciprok, vilket betyder att den fungerar såväl för en sändning som en mottagning, vilket i det senare fallet sänker den immunitet som en skärmning är avsedd att ge, och vissa längddimensioner kommer att ge goda mottagnings- förutsättningar för motsvarande störande frekvenser utifrån.

När det gäller teknikens tidigare ståndpunkt i övrigt kan hän- visning ske till innehållet i den amerikanska patentpublika- tionen US-A-5,341,274.

Ett undre lager (4) utgöres utav ett lager framställt från ett isolerande material och detta kan bildas lätt med hjälp av ett stenciltryckförfarande. Efter det att det undre lagret (4) bil- dats bildas ett ledande lager (S) med hjälp av ett stencil- tryckförfarande inom ett område (12), beläget under en IC- krets. Därefter appliceras ett övre lager (6) i form utav ett isolerande material, bildat kring hela ytan för ett substrat (l), förutom delar (2a) för en IC-krets anslutningspinnar. "s" 506 941 Det övre lager (6) kan bildas av samma material som det undre lagret (4). I nämnda publikation visas även att det elektriskt ledande lagret (5) bildas, såsom visas i figur 8b, så att de icke kommer i kontakt med IC-kretsens anslutningar (2a) i området mellan pinnarnas anslutningar.

Härigenom kommer frekvenskomponenterna som alstras inom detta område att begränsas och stràlningsbruset kan dämpas. Även innehållet i den amerikanska patentskriften 5,274,193 anvisar ett mönsterkort med flera lager, där det utnyttjas ett elektro-magnetiskt skärmningslager, framställt av en behandlad kopparpasta och applicerad så att detta lager täcker väsent- ligen hela ytan.

I publikationen EP-Al-O 578 888 är det känt att låta ett mönsterkort vara försett med en elektriskt ledande skena sträckande sig längs motsatta sidor och en del av dess bakre sida och därigenom skapas förutsättningar för att ansluta kretskortet eller mönsterkortet till ett jordningsplan för att därigenom skapa förutsättningar för en skärmning av EMI- strålar.

Till teknikens tidigare ståndpunkt hör även innehållet i de amerikanska patentskrifterna US-A-5,323,299, US-A-5,335,l47 samt US-A-5,006,667. n U U IEKELSKI_2BQßLEM Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt, såsom den beskrivits ovan, torde det framstå såsom ett tekniskt problem att med enkla medel kunna skapa sådana förutsättningar att ett mönsterkort, utnyttjat vid höga hastigheter för digitaliserade informationsbärande signaler och korta omslagstider för utnytt- jad signalstruktur, kan bli effektivt skärmat för elektromag- netisk interferens (EMI) genom att låta ett ytterligare elekt- riskt ledande lager få utgöras utav en inuti mönsterkortet 506 941 "ö" belägen, elektro-magnetisk interferens skärmande, lagerfolie.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav och fördelarna förknippade med förenklingen i förfarandet att skapa ett skärmat mönsterkort med en god skärmning, genom att låta ett ytterligare jordpoten- tialrelaterad elektriskt ledande lagerfolie få vara ytnära och heltäckande utan däri formade ledare och endast uppvisa ett antal smärre genomgående hål, vart och ett anpassat och di- mensionerat med ett tvärsnitt som endast något överstiger tvärsnittet för en genom hålet dragen elektrisk ledare, ett stift eller liknande.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att kunna skapa sådana förutsättningar att var och en utav de genom nämnda hål i lagerfolien dragna elektriska ledarna, skall i sin ena ände direkt eller indirekt kunna vara förbunden med en av anslutningsledarna, -padarna eller -stiften för en diskret kom- ponent och i sin andra ände vara direkt förbunden med en ledare i ett ledningsmönster, format i ett elektriskt ledande lager där det elektriskt ledande lagret, utom ledarna, kan vara jordpotentialrelaterat.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta begränsa tvärsnittet för utnyttjade genomgående hål i lagerfolien, så att dessa, vid ett cirkulärt tvärsnitt, får en diameter understigande 1,0 mm.

Speciellt torde det föreligger ett tekniskt problem i att inte bara kunna inse utan även kunna beakta att nämnda hål bildar en resonanskrets med en resonansfrekvens och att dimensioneringen av nämnda hål bör anpassas så att resonansfrekvensen uppträder först vid över några 100-tal GHz och blir därmed anpassad avsevärt över den högsta frekvensen gällande för mönsterkortet och komponenterna.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att '7' 506 941 kunna inse de fördelar som blir förknippade med att låta den genom ett hål dragna ledaren få utgöras utav en förbindnings- hylsa, vars ena ände kan samverka med en anslutningsö eller liknande.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta två, elektromagnetisk in- terferens skärmande, lager, där en av dessa utgör nämnda lager- folie, en folie med enbart små ledaranpassade hål och en folie med däri formade elektriska anslutningsöar och båda elektriskt skilda från varandra av en isolerande folie, få vara jordpoten- tialrelaterade och parvis vara belägna pà var sin sida om ett antal signallager, i form av metallfolier.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att med enkla åtgärder kunna skapa sådana förutsättningar att de två, elektromagnetisk interferens skärmande, lagerfolierna kan vara belägna på vars sin sida om ett antal signallager, med mellanliggande elektriskt isolerande lager och med i vart fall på en sida beläget pad-lager.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att làta nämnda två lagerfolier få vara elektriskt förbundna med varandra och elektriskt förbundna med motställda två elektriskt ledande lager.

Det måste också få anses föreligga ett tekniskt problem i att kunna inse betydelsen utav att låta nämnda skärmande lager- folier får vara förbundna med varandra via genompläterade kant- orienterade hål och att därvid avståndet mellan nämnda hál kan vara valt litet, exempelvis mindre än 3 mm, företrädesvis om- kring l mm, för att därmed ävenledes skärma kretskortets kant- ytor.

Det föreligger också ett tekniskt problem i att kunna inse be- tydelsen utav att nämnda skärmande lagerfolier här skall kunna vara förbundna med varandra genom en kopparplätering. 506 941 fa' LQSNINQEH För att kunna lösa ett eller flera av de ovan angivna tekniska problemen utgår nu föreliggande uppfinning ifrån ett, av flera elektriskt ledande lager och däri bildat ledningsmönster samt mellanliggande elektriskt isolerande lager uppbyggt, mönster- kort med ytrelaterade, för elektromagnetisk interferens, skärm- ande elektriskt ledande lager, varvid ett ytterst beläget led- ande lager är försett med ett antal samordnade anslutningsöar eller liknande, där utvalda anslutningsöar är anpassade för att elektriskt och mekaniskt kunna samverka med anslutningspadar eller liknande för en ytmonterad diskret komponent.

Vid ett sådant mönsterkort anvisar nu föreliggande uppfinning att ett, intill och under det nämnda ytterst belägna ledande lagret orienterat och av ett isolerande skikt àtskilt, ytter- ligare elektriskt ledande lager utgöres utav en, elektro-mag- netisk interferens skärmande, lagerfolie, där nämnda elektriskt ledande lagerfolie uppvisar ett antal genomgående hål, vart och ett anpassat och dimensionerat med ett tvärsnitt som något överstiger tvärsnittet för en genom hålet dragen elektrisk ledare, som i sin ena ände direkt eller indirekt är förbunden med en av nämnda anslutningsledare, -padar eller liknande och i sin andra ände direkt är förbunden med en ledare i ett led- ningsmönster, format i ett inre ytterligare elektriskt ledande lager.

Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för upp- finningstanken, anvisas att nämnda genomgående hål skall vara valda med en diameter understigande 1,0 mm.

Vidare anvisas att den genom ett hål dragna ledaren kan utgöras utav en förbindningshylsa, vars ena ände samverkan med en an- slutningsö.

Speciellt anvisas att två, elektromagnetisk interferens skärm- ande, lagerfolier skall vara belägna på var sida om ett antal signallager, varvid nämnda två lagerfolier är elektriskt direkt '9' 506 941 eller indirekt förbundna med varandra och jordpotentialan- slutna.

Vidare anvisas att nämnda skärmande lagerfolier är förbundna med varandra via genompläterade kantorienterade hàl, där av- ståndet mellan nämnda hål är valt mindre än 3 mm, företrädesvis omkring l mm.

Vidare anvisas att nämnda skärmande lagerfolier skall vara för- bundna med varandra genom en kopparplätering.

" De fördelar som främst kan få anses vara kännetecknande för ett mönsterkort, i enlighet med föreliggande uppfinning, är att härigenom har det skapats förutsättningar för att i ett möns- terkort, uppbyggt av ett flertal elektriskt ledande lager och däri bildade ledningsmönster samt mellanliggande elektriskt isolerande lager, skapa förutsättningar för att få en effektiv skärmning av EMI-strålning, genom att utnyttja en ytterligare, en elektriskt ledande, lagerfolie som en elektromagnetisk in- terferensskärm och därmed kunna skapa förutsättningar för att fà en väl skärmande lagerfolie med smá hàl, anpassade för genomgående ledare.

Vidare kan de formade hålen tilldelas en storlek som gör att en hàlrelaterad resonansfrekvens blir flerfaldigt större, i vart fall mer än 100 gånger större, än den högsta kretskortsrelate- rade frekvensen.

Det som främst kan få anses vara kännetecknande för ett möns- terkort, i enlighet med föreliggande uppfinning, anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del. 506 941 -1°- KQBI_EIGHBBESKEI!HIH§ En för närvarande föreslagen utföringsform av ett, enligt upp- finningen framställt, mönsterkort, skall nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning, där; figur 1 visar i perspektivvy en del av ett mönsterkort med en applicerad diskret komponent, figur 2 visar en, enligt uppfinningen formad, underligg- ande elektromagnetisk interferens väsentligen fullständigt skärmande lagerfolie, figur 3 visar en elektromagnetisk interferens endast delvis skärmande lagerfolie och figur 4 visar i perspektivvy och delvis i genomskärning ett mönsterkort med en diskret komponent för bildande av ett kretskort, med vissa avsnitt av lagerfolierna borttagna för att tydliggöra uppfinningen. Ü U u Med hänvisning till figur l visas således där i perspektivvy en del utav ett mönsterkort 1, med en ytmonterad diskret komponent 2.

Diskreta komponenter 2 av hithörande slag uppvisar normalt ett flertal anslutningsledningar eller -stift, men i förenklande syfte visar figur l endast fem anslutningsledningar till en halvledarkomponent 2. Dessa anslutningsledningar är betecknade 2a _.. 2d och var och en utav dessa anslutningsledningar är förbunden med var sin av ett antal anslutningspadar eller -öar 3a .... 3e, formade i ett överst och ytterst beläget padlager 3.

Padlagret 3 utgöres utav en elektriskt ledande folie och är _11- , 506 941 jordpotentialrelaterad vad avser de avsnitt som inte bildar anlsuningspadar.

Under padlagret 3 förefinns en elektriskt isolerande folie och en enligt uppfinningen anvisad första skärmande elektriskt ledande lagerfolie 4, vilken via en ledare 5 skall vara anslutbar till en jordpotential 5'.

Vidare förefinns en elektriskt isolerande folie och ett jord- potentialrelaterat andra lager 6, i form av en folie och därefter förefinns ett flertal elektriskt ledande lager och däri bildade ledningsmönster samt mellanliggande elektriskt isolerande lager, samordnade till ett område med hänvisningsbe- teckningen 7, enär dessa icke utgör någon del för förståelsen av föreliggande uppfinning.

Mönsterkortet 1 kan med fördel även vara försett med ett ytter- ligare padlager 3', en elektromagnetisk interferens skärmande lagerfolie 4' och ett ytterligare elektromagnetisk interferens delvis skärmande lager 6' på motsatt sida.

Mönsterkortet l uppvisar således ett ytrelaterat, för elektro- magnetisk interferens skärmande, lager 6, varvid ett ytterst beläget ledande lager 3 är försett med ett antal samordnade anslutningsöar 3a ... 3e, där utvalda anslutningsöar är an- passade för att elektriskt och mekaniskt kunna samverka med anslutningsledare 2a ... 2e för en ytmonterad diskret komponent 2, en s.k. halvledarkomponent.

Uppfinningen bygger på utnyttjandet utav ett, närmast intill det nämnda ytterst belägna ledande lagret 3 orienterat, ytterligare elektriskt ledande lager 4, där detta lager skall utgöras utav en ytterst belägen, elektro-magnetisk interferens helskärmande, lagerfolie.

Nämnda elektriskt ledande lagerfolie skall uppvisa ett antal genomgående hål 4a ... 4e, där vart och ett är anpassat och 506 941 'A12 ' dimensionerat med ett tvärsnitt som nàgot överstiger tvär- snittet för en genom hàlet dragen elektrisk ledare, ett stift eller liknande.

Varje sådan elektrisk ledare är i sin ena ände direkt eller indirekt förbunden med en av nämnda anslutningsledare 2a ... 2e och i sin andra ände direkt förbunden med en ledare (6a) i ett ledningsmönster, format i ett än ytterligare elektriskt ledande lager (6) samverkande med ledningsdragningen, inom området 7.

Nämnda genomgående hàl 4a ... 4e är valda med en diameter understigande 1,0 mm och orienteringen utav hålen 4a ... 4e i lagerfolien 4 är sà anpassad att de samordnas med anslutnings- padarna 3a ... 3e.

Speciellt anvisas att den genom ett hål dragna ledaren skall utgöras utav en förbindningshylsa (40), vars ena ände samverkar med en av angivna anslutningspadar 3d.

Speciellt anvisar föreliggande uppfinning att två e1ektro-mag- netisk interferens skärmande lagerfolier 4, 4' skall vara be- lägna på var sida om ett antal mellanliggande signallagerfolier inom omrâdet 7.

De nämnda två lagerfolierna 4, 4' är elektriskt förbundna med varandra.

Nämnda två parvisa lagerfolier 4, 4' samt 6, 6' är vidare jordpotentialanslutna.

Varje förbindningshylsa utgöres utav en pläterad kopparhylsa.

Nämnda skärmande lagerfolier 4, 4', resp. 6, 6' är förbundna med varandra via genompläterade kantorienterade hål Ba ... 8e och där avståndet mellan nämnda hål bör vara valt mindre än 3 mm, företrädesvis omkring 1 mm. '13' 506 941 Nämnda skärmande lagerfolier 4, 4' samt 6, 6' kan vidare vara förbundna med varandra genom en kopparplätering 9.

Den elektriskt ledande folien 6 är formad med ledaravsnitt 6a, 6b och 6c, genom att ett ytavsnitt 6' är bortetsat för att bilda ledaravsnitten.

Ledaravsnitten 6a, 6b och 6c skulle i det visade utförings- exemplet kunna stå i elektrisk samverkan med ledarna 2a, 2b och 2c.

Icke bortetsat ytavsitt 6" tjänar som elektromagnetisk skärm- ning genom en visad anslutning till jordpotential.

I vart fall sålunda erbjuder uppfinningen på var sida krets- kortet belägna dubbla, tätt relaterade, lager av elektromag- netisk skärmning.

Speciellt bör beaktas att ett endast delvis skärmande lager, ett padlager 6, ett helt skärmande lager 4 och ett delvis skärmande lager 6 kan samordnas för önskad skärmning.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinningstanken illustrerad i efterföljande patentkrav.

Det är uppenbart att uppfinningens idé är tillämpbar pà varje slag av förbindning av diskreta komponenter, d.v.s. även sådana som inte redovisats i beskrivet utföringsexempel.

Claims (10)

50 6941 -14- BBIEHIKBBI

1. Ett av flera elektriskt ledande lager och däri bildat led- ningsmönster samt mellanliggande elektriskt isolerande lager uppbyggt mönsterkort (1) med ett ytrelaterat, för elektromag- netisk interferens skärmande, lager (3), varvid ett ytterst beläget ledande lager (3) är försett med ett antal samordnade anslutningsöar (3a-3e) eller liknande, där utvalda anslut- ningsöar är anpassade för att elektriskt och mekaniskt kunna samverka med anslutningspadar (2a-2d) eller liknande för en ytmonterad diskret komponent (2), k ä n n e t e c k n a t därav, att ett intill och under det nämnda ytterst belägna ledande lagret (3) orienterat och av ett isolerande skikt àtskilt ytterligare elektriskt ledande lager (4) utgöres utav en, elektro-magnetisk interferens skärmande, lagerfolie (4), att nämnda elektriskt ledande lagerfolie uppvisar ett antal genomgående hål (4a-4e), vart och ett anpassat och dimensio- nerat med ett tvärsnitt som något överstiger tvärsnittet för en genom hålet (4a) dragen elektrisk ledare (2a), som i sin ena ände direkt eller indirekt är förbunden med en av nämnda an- slutningspadar (2a-2d) och i sin andra ände direkt är förbunden med en ledare (6a) i ett ledningsmönster, format i ett inre ytterligare elektriskt ledande lager (6).

2. Mönsterkort enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda genomgående hål är valda med en diameter understigande 1,0 mm.

3. k ä n n e - t e c k n a t därav, Mönsterkort enligt patentkravet l eller 2, att den genom ett hál dragna ledaren utgöres utav en förbindningshylsa, vars ena ände samverkan med en anslutningsö.

4. k ä n n e t e c k n a t därav, lagerfolier (4,4' resp. 6,6') är belägna på var sida om ett Mönsterkort enligt patentkravet 1, att tvà elektro-magnetisk interferens skärmande antal signal-lager (7). ”15” 596 941

5. Mönsterkort enligt patentkravet l eller 4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att två lagerfolier (4,6) är elektriskt förbundna med varandra.

6. Mönsterkort enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda två lagerfolier är jordpotentialanslutna (5).

7. Mönsterkort enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att förbindningshylsan utgöres utav en pläterad kopparhylsa.

8. Mönsterkort enligt patentkravet l eller 4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att nämnda skärmande lagerfolier är förbundna med varandra via genompläterade kantorienterade hål (Ba).

9. Mönsterkort enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att avståndet mellan nämnda hål är valt mindre än 3 mm företrädesvis omkring 1 mm.

10. Mönsterkort enligt patentkravet 1 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att nämnda skärmande lagerfolier är förbundna med varandra genom en kopparplätering.