DE1807127B2 - Elektrischer schaltungsaufbau und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Elektrischer schaltungsaufbau und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schaltungsaufbau und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei den immer weiter verkürzten Schalt- und Taktzeiten, wie man sie in den verschiedenen Anlagen,
beispielsweise in digitalen Datenverarbeitungssystemen, antrifft, sind die Kennwerte der in solchen Anordnungen
verwendeten elektrischen Verbindungen von großer Bedeutung. Während die Kennwerte sol-
eher elektrischer Verbindungen bei niedrigen Frequenzen
nur geringe Bedeutung haben, besitzen sie jedoch großen Einfluß auf das Systemverhalten, wenn
die Einschwingdauer (Anstiegs-und Abfallzeiten) der Signale einen merklichen Bruchteil der Zeit ausmacht,
die das Signal zur Ausbreitung zwischen den Schaltkomponenten benötigt. Außerdem wird das Systemverhalten
sehr stark beeinflußt, wenn die Zeit für die Signalausbreitung zwischen einzelnen Schaltkreiser
im Vergleich zur Systemtaktzeit nicht vernachlässigbar ist. Wenn also die Einschwingdauer mehr als
5-10% der Laufzeit beträgt, die das Signal auf der elektrischen Verbindungsleitern zwischen einzelner
Schaltkreisen benötigt, muß der Schaltungsaufbai selbst als zusätzliches Bestandteil der Schaltung selbst
behandelt werden, wenn genaue und vorausberechenbare Ergebnisse erzielt werden sollen.
Die Leitungen sollten eine definierte Impedan; aufweisen, um Signalreflexionen und Verzerrungen zi
verhindern. Reflexionen wirken sich nachteilig auf da; Systemverhalten aus und äußern sich beispielsweisf
in Schaltverzögerungen. Wenn die Ausbreitungszei auf der Verbindungsanordnung mit der Taktzeit ver
gleichbar wird, bewirken die Reflexionen erhebliche Störungen, da das reflektierte Signal, wenn es nich
genügend gedämpft ist, in den Bereich der folgendei Taktzeit übergreifen und dadurch ein Fehlverhaltei
der Schaltung verursachen kann. Außer diesen, durcl reflektierte Signale hervorgerufenen Verzerrungei
treten bei Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen wegei der Änderungsgeschwindigkeit der elektrischen um
magnetischen Felder während der Einschwingvor gänge Probleme durch Übersprechen auf, das durcl
Kopplung zwischen benachbarten Schaltkreisen ver
ursacht wird. Diese Probleme treten insbesondere dann auf, wenn aufgrund der Mikrominiaturbauweise
eine hohe Leitungsdichte erforderlich wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltungsaufbau und ein Verfahren zu
seiner Herstellung anzugeben, der Leitungen mit definierter Impedanz und geringen Kopplungseigenschaften
aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und y angegebenen Erfindungen gelöst.
Zur Herstellung des Leiters wird zuerst die eine Oberfläche einer leitenden Platte so ausgeätzt, daß
eine in sich geschlossene Vertiefung oder ein Kanal entsteht, der einen leitenden Flächenbereich der
Platte umgibt. Die Vertiefung kann dann mit einem Isoliermaterial ausgefüllt und die gegenüberliegende
Oberfläche der Platte geätzt werden, so daß diese zweite Vertiefung mit der ersten Vertiefung zusammentrifft.
Die zweite Vertiefung wird ebenfalls mit einem Isoliermaterial ausgefüllt, se daß eine elektrisch
leitende, aber von der übrigen Platte durch das Isoliermaterial isolierte Insel entsteht. Diese langgestreckte
Insel kann ais zentraler Leiter für eine koaxiale Übertragungsleitung dienen, indem die Insel
durch eine Grundplatte, die aus den übrigen Abschnitten der Platte besteht, aus der die Insel ursprünglich
geformt wurde, und durch eine obere und untere leitende Platte eingehüllt wird. Die Breite und
Dicke des Leiters läßt sich sehr weitgehend variieren. Die Oberflächen des Leiters können entweder auf einer
Ebene mit der Oberfläche der Platte liegen, aus der der Leiter geformt wurde, oder aber er kann vertieft
in die Platte eingelassen sein. Wenn der Leiter mit einer unmittelbar anschließenden leitenden
Schicht der benachbarten Platte im Stapelaufbau verbunden sein soll, bildet die Leiteroberfläche mit der
umgebenden Plattenobel fläche vorzugsweise eine Ebene. Auf diese Weise kann zwischen dem Leiter
und der anschließenden Schicht des Stapelaufbaus ein elektrischer Kontakt hergestellt werden. Wenn andererseits
der Leiter in die Oberfläche der umgebenden Platte versenkt ist, läßt er sich dadurch von einer benachbarten
leitenden Schicht elektrisch isolieren und trennen.
An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Planarkoaxialleitung,
Fig. 2a eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Planarkoaxialleitung gemäß der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 2b eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Planarkoaxialleitung gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine teilweise abgebrochene Schnittdarstellung entlang der Ebene 3-3 aus Fig. 2a,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Ebene 4-4 aus Fig. 3,
Fig. 5a bis f eine Schnittdarstellung der einzelnen Verfahrensschritte dev erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 eine Schnittdarstellung entlang der Ebene 6-6 auf Fig. 5f,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung entlang der Ebene 7-7 aus Fig. 5f,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung entlang der Ebene 8-8 aus Fig. 5f,
Fig. l)n bis c weitere Verfahrensschritte des erl'indungsgema'ßen
Verfahrens zur Herstellung einer in nur einer Ebene verlaufenden Koaxialleitung.
Im einzelnen besteht die Anordnung aus Fig. I aus einer ersten leitenden Platte 10 und einer zweiten leitenden Platte 12, die so aufeinander geschichtet sind, daß die Unterseite der Platte 10 an der Oberseite der Platte 12 anliegt. Eine erste Vertiefung 14 reicht von der Unterseite der Platte 10 in die Platte hinein, und
Im einzelnen besteht die Anordnung aus Fig. I aus einer ersten leitenden Platte 10 und einer zweiten leitenden Platte 12, die so aufeinander geschichtet sind, daß die Unterseite der Platte 10 an der Oberseite der Platte 12 anliegt. Eine erste Vertiefung 14 reicht von der Unterseite der Platte 10 in die Platte hinein, und
ίο eine zweite Vertiefung 16 leicht von der Oberseite
der Platte 12 in diese hinein. Die Vertiefungen 14 und 16 werden zueinander ausgerichtet und dazwischen
ein zentraler Leiter 18 eingebracht. Der Leiter 18 ist von den Platten 10 und 12 vollständig eingeschlossen;
dabei sind die beiden Platten elektrisch miteinander verbunden und bilden eine Grundplatte
oder -ebene. Der Leiter 18 bildet also zusammen mit den Platten 10 und 12 eine Koaxialleitung. Der Leiter
18 wird durch ein Isoliermaterial 20, beispielsweise
so Epoxydharz, in den Vertiefungen 14 und 16 gehalten
und von den Platten 10 und 12 elektrisch isoliert. Die Platten 10 und 12 können in einem aus mehreren Platten
bestehenden Plattenstapel verwendet werden, der weitere Verbindungen für Hoehgeschwindigkeitsschaltkreise
enthält. Der Leiter 18 soll zwei in einer Ebene liegende, entfernte Punkte miteinander verbinden
und wird in diesem Zusammenhang als ebener Leiter bezeichnet. Der Leiter 18 kann mit einem in
einer anderen Platte verlaufenden ebenen Leiter mit Hilfe eines Durchgangsleiters verbunden werden
(nicht dargestellt in Fig. I), der durch eine Platte hindurchgeführt,
aber elektrisch von dieser isoliert ist. Der Durchgangsleiter kann beispielsweise aus einer
öffnung bestehen, deren Innenfläche mit einem leitenden
Material beschichtet ist.
In Fig. 2a und 2b sind Schaltanordnungen gezeigt,
die Verbindungsanordnungen darstellen, die die gleiche Funktion erfüllen wie die in Fig. 1 gezeigte
Anordnung. Im einzelnen umfaßt die in Fig. 2a dargestellte Anordnung mindestens drei leitende Platten
30,32 und 34. Die Platte 32 liegt zwischen den Platten 30 und 34, und alle drei Platten sind miteinander verbunden,
entweder direkt an den Grenzflächen oder aber auf andere Weise, beispielsweise durch innen
plattierte Öffnungen, die durch alle drei Platten hindurchreichen.
Eine Öffnung 35 reicht durch die Platte 32 hindurch und erstreckt sich in deren Längsrichtung. In der Öffnung
35 wird durch ein Isoliermaterial 38 ein Leiter 36 gehalten, der durch das Isoliermaterial gegen die
Platte isoliert ist.
Wie Fig. 2a zeigt, schließt die obere und untere Fläche des Leiters 36 mit der oberen und unteren Fläche
der Platte 32 ab. Um zu verhindern, daß zwischen den Oberflächen des Leiters 36 und den Oberflächen
der Platten 30 und 34 elektrischer Kontakt herrscht, sind Ausnehmungen 42 und 44 in den entsprechenden
Platten 30 und 34 vorgesehen. Die Ausnehmungen 42 und 44 können mit Isoliermaterial ausgefüllt
werden, das den Leiter 36 von den Platten isoliert.
Fig. 2b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der keine Vertiefungen in der oberen und unteren
Platte erforderlich sind. Die Anordnung aus Fig. 2b
besteht aus den aufeinandergeschichteten Platten 48,
50 und 52. Die Platte 50 enthält eine Öffnung 54, die durch die Platte hindurchreicht und sich in Längsrichtung
der Platte erstreckt. Ein zentraler Leiter 56
wird durch ein Isoliermaterial 58 in der Öffnung gehalten.
Der Leiter 56 aus Fig. 2b ist dünner als der Leiter 36 aus Fig. 2a, so daß seine obere und untere
Fläche tiefer als die Oberflächen der Platte 50 liegen. Die obere und untere Fläche des Leiters 56 liegt also
zwischen den Ebenen der Außenflächen der Platte 50. Das Isoliermaterial 58 isoliert also nicht nur den Leiter
56 von der übrigen Platte 50, sondern hüllt den Leiter 56 vollständig ein, so daß er auch gegenüber den Platten
48 und 52 isoliert ist.
Fig. 3 und 4 zeigen, daß der Leiter 36 in Längsrichtung der Plattcnebenc 32 verläuft. Der Leiter 36 ist
außerdem rings gegen die umgebende Platte 32 durch ein Isoliermaterial 38 isoliert, das sich in einem in sich
geschlossenen Kanal befindet, der die leitende Insel 36 bildet.
Um den in Fig. 3 gezeigten ebenen Leiter 36 mit einem zwischen anderen Platten, beispielsweise zwischen
den Platten 30 und 64 verlaufenden Leiter zu verbinden, kann der Leiter 36 einem Durchgangsleiter
66 angeschlossen werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Der Leiter 66 bildet elektrischen Kontakt mit einem
entsprechenden Leiter 68, der sich durch die Platte 30 bis zur Platte 64 erstreckt. Die Anordnungen aus
Fig. 2—4 zeigen also Koaxialleiter, die in nur einer Ebene verlaufen und die mit Hilfe von Durchgangsverbindungen 66 und 68 an andere ebene Leiter angeschlossen
werden können.
Fig. 5 zeigt die einzelnen Abschnitte eines bevorzugten Herstellungsverfahrens, mit dem drei verschiedene
Leitertypen hergestellt werden können. Der erste, in Fig. 5f dargestellte Leitertyp 72 bildet
mit seiner Ober- und Unterflächc eine Ebene mit den Außenflächen der Platte, aus der er hergestellt wurde.
Der zweite, in Fig. 5f dargestellte Leitertyp 74 liegt nur mit seiner einen Oberfläche in der Ebene der entsprechenden
Plattcnobcrflache, während seine andere
Oberfläche durch das Isoliermaterial 76 von der Bcgrcnzungsebcnc
der Platte getrennt ist. Der dritte, ebenfalls in Fig. 5f dargestellte Leitertyp 78 liegt mit
beiden Außenflächen zwischen den Bcgrenzungscbcnen der Platte. Der Leiter 78 kann also durch das
Isoliermaterial 80 vollkommen umhüllt werden, so daß kein elektrischer Kontakt mit darüber und darunter
befindlichen Platten gebildet wird.
Eine die drei zentralen Leiter 72, 74 und 78 tragende leitende Platte hat vorzugsweise die Dicke von
etwa 0,25 mm (10 mils). Die Abmessungen der zentralen Leiter 72,74,78 werden ihrer jeweiligen Funktion
entsprechend gewählt. Wenn sie als Montageplatten verwendet werden sollen und hohe Ströme zu
führen haben, können sie relativ breit sein, etwa 0,4-2,5 mm (15-100 mils). Meistens sollen die Leiter
jedoch niedrige Ströme führen und können deshalb etwa 0,05-0,1 mm (2-4 mils) breit und 0,025-0,25
mm (1-10 mils) dick sein. Ein Leiter mit einer Querschnittsfläche von 6,25 · 10"'1 mm2 (1 square mil) kunn
einen maximalen Strom von etwa 200 Milliumperc führen.
Die in Fig. 5 f dargestellten Leiter werden aus einer leitenden Platte 82 hergestellt, die in Fig. 5a gezeigt
ist und die beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehen kann. Die Dicke der Plutte 82 hiingt von
der gewünschten Dicke des Leiters ab. Die Plutte sollte natürlich einen geeigneten Rand besitzen und
mit Löchern versehen sein, die eine geeignete Ausrichtung für fotografische Vcrurbeitungsverfuhren ermöglichen.
In du; Oberfläche der Platte 82 werden in sich geschlossene, längliche Vertiefungen geformt,
indem zuerst die Plattcnoberfläche mit einem Material bedeckt wird, das einen lichtelektrischen Widerstand
aufweist, und dann sämtliche Flächen bis auf die Fläehe
der Vertiefung belichtet werden. Die belichteten Flächen werden dadurch widerstandsfähig gegen Ätzen.
Die Vertiefungen werden chemisch ausgeätzt, beispielsweise mit einem Eisenchlorid. Die Vertiefungen
sollen vorzugsweise bis auf eine Tiefe ausgeätzt
ίο werden, die etwas mehr als die halbe Plattenticfe beträgt.
Die Plattenoberfläche wird durch ein geeignetes Lösungsmittel von dem Widerstandsmaterial befreit
und anschließend gereinigt. Die Vertiefungen 84 werden dann mit einem Isoliermaterial 86 gefüllt, wie
Fig. 5c zeigt, und dann mit Hitze behandelt. Das überschüssige Isoliermaterial wird entfernt, beispielsweise
abgeschliffen. Das gleiche lichtelektrische Verfahren kann dann zum Ätzen der Vertiefungen 90 auf
der Unterseite der Platte 82 verwendet werden. Die
ao Vertiefungen 90 werden mit einem Isoliermaterial 92
gefüllt, wodurch die drei Leiter 72,74,78/1 entstehen,
wie Fig. 5e zeigt. Beide Oberflächen der Platte werden
dann erneut mit lichtelektrischer« Material beschichtet und bis auf die Ober- und Unterflächen des
Leiters 78/1 erneut belichtet. Die Oberflächen des Leiters 78/1 werden ausgeätzt und mit einem Isoliermaterial
gefüllt, so daß der Leiter 78 entsteht, wie Fig. 5f zeigt.
Fig. 6, 7 und 8 zeigt die Leiter 72, 74 und 78 in Seitenansicht. Der Leiter 72 wird für spezielle Zwecke
verwendet, bei denen Ströme mittlerer Größe verwendet werden, so daß ein Isolieren gegen ober- und
unterhalb befindliche leitende Schichten nicht erforderlich ist. Der in Fig. 7 gezeigte Leiter 74 hat eine
größere Qucrschnittsflächc und kann also für höhere Ströme verwendet werden, wobei eine elektrische
Isolierung nur an der einen Seite erforderlich ist. Der Leiter 78 aus Fig, 8 wird für niedrige Ströme verwendet,
wobei eine Isolierung von beiden Seiten crfordcrlieh ist. In Fig. 6-8 sind Durchgangsverbindungen 94
dargestellt, die mit den ebenen Leitern 72, 74,78 verbunden sind.
Im Zusammenhang mit Fig. 2a und 2b wurde erwähnt, daß Koaxiallcitungcn dadurch hergestellt werden
können, daß die Platte 80 aus Fig. 5 zwischen eine obere und untere leitende Platte gebracht wird,
die gemeinsam mit dem Material der Plutte 82 den in der Platte 82 gebildeten Leiter einhüllen. Fig. 1J
zeigt dagegen als Beispiel, wie die Platte 82 aus Fig. 5 weiterhin bearbeitet werden kann, um eine Koaxialleitung
herzustellen, ohne daß extra eine Boden- und Deckplatte erforderlich wiiren. Die Verfahrensschritte
aus Fig. 9 beziehen sich uuf die Platte 82, wie
sie beispielsweise in Fig. 8 gezeigt ist. Die Pintle 82
wird auf ihrer Ober- und Unterseite mit einer leitenden
Schicht 100 und 102, beispielsweise aus Kupfer beschichtet. Diese Beschichtung kann uus einer erster
stromlosen Kupfcrbeschlchtung und einer nachfol
gendcn Elcktropluttierung mit Kupfer bestehen
Dunn wird lichtelektrische» Mutcrinl uuf die Oberfl!!
chen 100 und 102 aufgebracht und mit Ausnahme de zur Isolierung dienenden Flächenbereiche 104 bcliclv
tct. Die Flüchen werden dann geätzt, so daß leitend«
Zupfen 106 entstehen, die mit dem Leiter 94 elek
irisch verbunden sind, Die Flüchen 104 werden dam
mit einem Isoliermaterial 108 gefüllt. In Fig. 9c is
uuf diese Weise der Leiter 78 vollständig mit leiten dem Material umgeben, das die benachbarten Ab
schnitte der Platte 82, aus der der Leiter 78 hergestellt wurde, und Abschnitte der Schichten 100 und 102
umfaßt, die auf die Platte 82 aufgebracht worden waren.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der Schaltungsaufbau elektrische Eigenschaften aufweist,
der die Eigenschaften herkömmlicher Koaxialleitungen hat. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen
enthalten alle einen zentralen Leiter, der durch ein
Isoliermaterial in einer öffnung gehalten wird, die siel
durch eine leitende Platte erstreckt, wobei der Leite in einzelnen Ausführungsbeispielen ein Segment dei
Platte darstellt, von der er getragen wird. Obwoh einige der hier beschriebenen Ausführungsformen au:
drei übereinandergeschichteten Platten bestehen, se erwähnt, daß diese Platten ein aus mehreren Schichtei
geeignet zusammengefügtes Schichtelement darstel len können.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
709 532/35
Claims (12)
1. Elektrischer Schaltungsaufbau, gekennzeichnet
durch eine elektrisch leitende Platte'
(32, 50, 82) mit zueinander parallelen Oberflächen, eine durch die Platte von einer zur anderen
Oberfläche hindurchreichenden Öffnung (35, 54), die sich in Längsrichtung der Plattenebene erstreckt,
elektrisch isolierendes Material (38, 58, 86), das sich in der öffnung befindet und einen
langgestreckten elektrischen Leiter (36, 56, 66, 72, 74, 78), der sich in der öffnung befindet und
durch das elektrisch isolierende Material getragen wird und gegen die Platte (32, 50, 82) elektrisch
isoliert ist.
2. Schaltungsaufbau nach Anspruch I, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der Platte (32, 50, 82) eine zweite elektrisch leitende Platte (30 bzw. 34;
48 bzw. 52; 100 bzw. 102) vorgesehen ist, die mit der ersten Platte (32, 50, 82) elektrisch leitend
verbunden ist.
3. Schaltungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Platte (30, 34)
eine entlang dem in der ersten Platte (32) vorgesehenen Leiter (36) verlaufende Ausnehmung (42,
44) vorgesehen ist.
4. Schaltungsaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (42, 44)
durch Isoliermaterial ausgefüllt ist.
5. Schaltungsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter
(36, 56, 66, 72, 74, 78) wenigstens eine sich parallel zu der Oberfläche der ersten Platte (32,
50,82) erstreckende Oberfläche aufweist, die zwischen
den Ebenen liegt, die durch diese Platte gebildet werden.
6. Schaltungsaufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (36, 56, 66, 72,
74, 78) eine sich parallel zu der Oberfläche der ersten Platte (32, 50,82) erstreckende Oberfläche
aufweist, die zwischen den Ebenen liegt, die durch diese Platte gebildet werden.
7. Schaltungsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der
zweiten Platte (30) ein Leiter (68) vorgesehen ist, der mit dem Leiter (66) in der ersten Platte (32)
in elektrisch leitendem Kontakt steht.
8. Schaltungsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in
der ersten Platte (50, 82) vorgesehene Leiter (56, 72, 74, 78, 94) aus einem Segment der Platte besteht.
9. Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsaufbaus nach einem der Ansprüche L bis 8, gekennzeichnet
durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Entfernen von Material aus der ersten leitenden Platte, so daß eine erste in sich geschlossene,
langgestreckte Vertiefung entsteht, die sich von einer Seite aus in die Platte hinein
erstreckt;
b) Einbringen eines Isoliermaterials in diese Vertiefung;
c) Entfernen von Material auf der anderen Seite der Platte, so daß eine zweite in sich geschlossene,
langgestreckte Vertiefung entsteht, die sich bis zu dem in die erste Vertielung
eingebrachten Isoliermaterial erstreckt, so daß zwischen dem in sich geschlossenen
Isoliermaterial ein langgestreckter Leiter gebildet wird, der von der übrigen Platte elektrisch
isoliert ist.
10. Verfahren nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet,
daß in die zweite Vertiefung Isoliermaterial eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß Material von der Oberfläche des Leiters abgetragen wird, so daß
dieser in die Oberfläche der Platte hineinversenkt ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche y bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine
Teiloberflächc der Platte mit einer zweiten elektrisch leitenden Platte abgedeckt wird, die von
dem in der ersten Platte befindlichen Leiter elektrisch isoliert und mit der ersten Platte elektrisch
verbunden ist.
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
US68091367A | 1967-11-06 | 1967-11-06 |
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DE1807127B2 true DE1807127B2 (de) | 1977-08-11 |
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