DE3224271A1 - Als mehrlagige streifenleiteranordnung ausgebildete sammelleitung (bus) mit hoher kapazitaet - Google Patents
Als mehrlagige streifenleiteranordnung ausgebildete sammelleitung (bus) mit hoher kapazitaetInfo
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Description
lANOWeHRSTR. 97 β0OO MÜNCHEN ■
Rogers Corporation, Main Street, Rogers, Conn. O6263,
Vereinigte Staaten von Amerika
Als mehrlagige Streifenleiteranordnung ausgebildete Sam- melleitung (Bus) mit hoher Kapazität
Die Erfindung betrifft eine als mehrlagige Streifenleiteranordnung
ausgebildete Sammelleitung (Bus) mit eingebetteten oder inkorporierten Kondensatoren. Derartige Busstreifenleiter
werden üblicherweise in der Weise zusammengestellt, daß ein Isolierstoffmaterial und Leiter aufeinandergeschichtet
werden, die den Busstreifenleiter bilden und in welche Kapazitäfcselemente unmittelbar eingebracht
werden.
Infolge des Trends, I/O-Einheiten in großem Maßstab zu stapeln
(large scale piling), und wegen der hohen Packungsdichte der elektronischen Bauteile auf gedruckten Leiterplatten
besteht für die Busstreifenleiter zur Stromversorgung und zur Signalübertragung die Forderung nach niedriger
Induktivität und niedriger charakteristischer Impedanz und hoher verteilter Kapazität, um unerwünschte Hochfrequenzstörungen
zu vermeiden.
Als mehrlagige Streifenleiter ausgebildete Vielfachleitungen,
bei denen die leitenden Schichten durch dünne Schichten aus Isolierstoff mit relativ hoher Dielektrizitätskonstanten
voneinander getrennt sind, sind als Komponenten für die Stromversorgung und die Signalübertragung bekannt
und werden als Mehrlagen- oder Multilayer-Bus bezeichnet.
Die Dielektrizitätskonstante des Materials der zwischen den leitenden Schichten angeordneten Isolierstoffschich-
ten ist jedoch begrenzt. Es wurde die Verwendung von Materialien mit sehr hoher Dielektrizitätskonstanten vorgeschlagen,
was jedoch nicht nur Kostenprobleme sondern auch praktische Probleme mit sich bringt, die aus der Höhe und
den Begrenzungen der Dielektrizitätskonstanten"resultieren
In der US-PS k2 66 091 ist ein mehrlagiger Busstreifenleiter
beschrieben, der zu einer wesentlichen Verbesserung von Stromversorgungssystemen führt. Dort wird die direkte
Einlagerung von Kondensatoren in den Busstreifenleiter vor geschlagen, die aus Keramikchips mit Silberelektroden bestehen.
Die Kondensatoren befinden sich in Fenstern oder Ausschnitten der Isolierstoffschicht zwischen den Leitern
und sind elektrisch und/oder mechanisch mit den Busstreifenleitern verbunden. Nach diesem Prinzip hergestellte Busstreifenleiter
besitzen signifikante Vorteile, bringen jedoch das Problem der "Silberwanderung" mit sich, welche
parasitäre Strompfade verursacht, die die Wirkung der eingebetteten Kondensatoren beeinträchtigen. Diese parasitären
Strompfade verringern den Isolationswiderstand der einzelnen Kapazitätselemente spürbar und beeinträchtigen dadurch
die Leistungsfähigkeit des Busstreifenleitersystems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem der Silberwanderung durch Schaffung einer verbesserten als
mehrlagiger Streifenleiter ausgebildeten Vielfachleitung mit hoher Kapazität, zu lösen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Dadurch daß die Elektroden der Kondensatoren aus Nickel
oder Nickellegierung bestehen, wird die Bildung parasitärer Strompfade aufgrund von Silberwanderung vermieden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hier-
mit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer als Mehrlagenstreif enleitung ausgebildete!Vielfachleitung mit inkoporierten
Kapazitäten gemäß US-PS 42 66091,
Fig. 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des mehrlagigen Streifenleiters· von Fig. 1,
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Konstruktion eines Kondensators gemäß US-PS 42 66 092,
Fig. 4 zeigt einen Schnitt eines Kondensators für einen
Streifenleiterbus entsprechend der Erfindung.
Zunächst sei auf Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen. Sie zeigen einen mehrlagigen Streifenleiterbus mit inkorporierten
Kapazitäten zur Verbesserung des Versorgungsspannungs-oder Signalverteilungssystems gemäß der genannten US-PS. Wie aus
Fig. 1 erkennbar ist besitzen die beiden Busleiter 1 und 3 einstückig mit ihnen ausgebildete Anschlußfahnen 2 bzw. 4,
die in den gewünschten Abständen längs des Leiterelementes angeordnet sind. Die Leiter 1 und 3 sind mit der erforderlichen
Versetzung der einstückig mit ihnen ausgebildeten Anschlußfahnen 2 und 4 angeordnet. Zwischen ihnen befindet
sich ein Isolierstoffilm 5. Dieser besitzt Öffnungen oder
Fenster zur Aufnahme von Kondensatoren 6. Die Gesamtstruktur wird geschichtet und anschließend mit einem (nicht dargestellten)
äußeren Isolierstoffilm überzogen. Die Kondensatoren 6 umfassen dünne Keramikplatten 7 mit hoher Dielektrizitätskonstanten
sowie leitende äußere Elektrodenschichten 8 und 9, die aus Silber bestehen. Beim Zusammenbau der
Einheit mit den in den Fenstern des Isolierstoffilms angeordneten
Kondensatoren kontaktiert eine der Elektroden,z.B. die Elektrode 8, die innenseitige Oberfläche des Leiters 1,
während die andere Elektrode, z.B. die Elektrode 9, die in-
nenseitige Oberfläche des Leiters 3 kontaktiert. In der genannten US-PS ist die Verwendung eines leitfähigen Klebstoffes
zur Bildung von Kontaktstellen zwischen den Elektroden 8 und 9 einerseits und den jeweils von ihnen zu kontaktierenden
innenseitigen Oberflächen der Leiter 1 bzw. 3 andererseits empfohlen. Der Isolierstoffilm 5 wird vorzugsweise
durch nichtleitenden Klebstoff mit den Leitern 1 und 3 verbunden.
Der auf diese Weise hergestellte mehrlagige Streifenleiterbus besitzt eine extrem hohe Gesamtkapazität, die - wie aus
Fig. 2 hervorgeht - sowohl die Kapazität der Kondensatoren 6 als auch die verteilte Kapazität 12 des Isolierstoffilms
5 beinhaltet..Selbstverständlich soll die Darstellung in Fig. 2 nicht die relative Größe der Kapazitätswerte der Kondensatoren
6 einerseits und des Isolierstoffilms 5 andererseits
wiedergeben. Die Kapazität der Kondensatoren 6 ist wesentlich, im allgemeinen um einige Größenordnungen, grosser
als die Kapazität "der Isolierstoffschicht 5. Derartige
mit hoher Kapazität behaftete Streifenleiterbusse gemäß der genannten US-PS eignen sich in besonderer Weise zur Verwendung
mit gedruckten Leiterplatten hoher Packungsdichte und bringen signifikante Vorteile gegenüber der Verwendung externer
Kondensatoren.
Trotz dieser herausragenden Vorteile, die mit der bekannten Konstruktion erzielt wurden, tritt in einigen Fällen ein
Problem auf, das im folgenden mit "Silberwanderung" bezeichnet wird. Das Silber in den Elektroden 8 und 9 kann nämlich
bei Anwendung elektrischer Belastung in einer feuchten Umgebung wandern. Auf diese Weise bilden sich parasitäre Strompfade
um die Kanten der Kapazitätschips, (die den Isolationswiderstand des Chips beträchtlich verringern), und zu einer
merklichen Verringerung der Wirkung der Kapazitätselemente führen. Es wurden Versuche unternommen, das durch die Silberwanderung
entstehende Problem zu beseitigen oder zumindest zu verringern, indem dem Silber Palladium beigegeben
wurde, oder indem eine Imprägnierung mit Paraffin oder Polybutadien
aufgebracht wurde, die einen Schutz gegen Feuchtigkeit bieten soll. Es wurde auch vorgeschlagen, einen
dielektrischen Rand um die Kapazitätschips zu legen, wobei die Silberelektroden an den Kanten der keramischen Substrate
enden. Keiner dieser Versuche konnte jedoch grundsätzlich etwas daran ändern, daß die Verwendung von Elektroden
aus Silber oder Silberlegierungen - abhängig von der Wirksamkeit der Maßnahmen zur Unterbindung der Feuchtigkeit
und anderer Bedingungen - das Problem der Silberwanderung mit sich bringt. Die Ausbildung von Kapazität und Strompfaden
und die damit verbundene Beeinträchtigung der Wirkung der Kapazitätselemente treten dann auf. In einer Prüfatmosphäre
mit einer Temperatur von 40° C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% und bei einer Belastung durch 25 V
Gleichspannung sank der Widerstand an einem Kondensator 6 in einer Zeitspanne v<
weniger als 1 Megohm.
weniger als 1 Megohm.
in einer Zeitspanne von 24 Stunden von 10 Megohm auf
Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die voneinander abgewandten Oberflächen einer
flachen Scheibe 7, die aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht (vorzugsweise ein Keramikchip)
mit Elektroden 10 und 11 versehen, die entweder aus Nickel oder einer Metall-Legierung bestehen, welche überwiegend
Nickel enthält. Bei Kondensatorchips, die mit derartigen Elektroden ausgestattet sind, tritt das Problem der Wanderung
von Elektrodenmaterial, das bei Silberelektroden gegeben ist, nicht auf. Daher entstehen bei den in dieser
Weise ausgebildeten kapazitiven Elementen keine parasitären Strompfade, so daß auch keine Verringerung des effektiven
Isolationswiderstandes bei solchen Chips auftritt. Als mehrlagige Streifenleiteranordnungen ausgebildete Busleitungen,
in welche die kapazitiven Chips 12 gemäß Fig. inkorporiert sind, besitzen hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit,
ohne daß die Herstellkosten spürbar ansteigen.
Die Ausbildung der Kondensatoren 12 von Fig. 4 mit Elektroden
aus Nickel oder einer Legierung mit hohem Nickelanteil auf einem Keramikchip vermeidet die mühsamen und teueren
Verfahren, die bisher als Gegenmaßnahmen gegen das Problem der Silberwanderung notwendig waren. So können die feuchtigkeitsabweisenden
Behandlungen und die Notwendigkeit zur Ausbildung isolierender dielektrischer Ränder auf den Kondensatoren
entfallen. Es ist lediglich notwendig, daß die Nickelelektroden gemäß der Erfindung auf den beiden Oberflächen
der Keramikelemente 7 eben angebracht sein müssen. Im übrigen bestehen keine Beschränkungen für die Form, in
welcher die kapazitiven Chips ausgebildet werden. Die mit den bekannten Lösungen verbundenen Probleme machten es häufig
notwendig, daß die keramischen Kondensatoren sorgfältig und genau 'als Quadrate oder Rechtecke mit scharf definierten
Kanten oder Rändern ausgeformt waren. Einer derartigen Beschränkung begegnet man bei Kondensatoren mit den
Nickelelektroden gemäß der Erfindung nicht, woraus eine beträchtlich größere Freiheit beim Entwurf sowie eine spürbare
Steigerung der. Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der mit Kondensatoren gemäß der Erfindung ausgestatteten
mehrlagigen Streifenleiterbusse resultieren.
Claims (6)
- Patentansprüche1y Als mehrlagige Streifenleiteranordnung ausgebildete Sammelleitung (Bus)- mit einem ersten Busleiter (1) der aus einem langgestreckten flachen Streifen von elektrisch leitfähigem Material gebildet ist,- mit wenigstens einem zweiten Busleiter (3), der ebenfalls aus einem langgestreckten flachen Streifen aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist, wobei der erste und der zweite Busleiter (1, 3) im Abstand voneinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert sind,- sowie mit wenigstens einem Kondensator (12), der zwischen den Busleitern (1, 3) eingebettet ist,dadurch gekennzeichnet,daß der Kondensator (12) aus einem flachen Isolierstoffkörper mit voneinander abgewandten Hauptflächen und auf diesen Hauptflächen angeordneten leitenden Elektroden (10, 11) aus Nickel oder einer Legierung mit überwiegendem Nickelanteil besteht und daß die Elektroden (10, 11) elektrisch mit einander gegenüberliegenden inneren Oberflächen der Busleiter (1, 3) verbunden sind.
- 2. Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Isolierstoffkörpers (7) ein keramisches Material ist.
- 3. Sammelleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Busleitern (1, 3) eine Schicht (5) aus Isolierstoff angeordnet ist, in welcher eine Öffnung zur Aufnahme des Kondensators (12) vorgesehen ist.
- 4. Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur mechanischen Fassung der Bus-Streifenleiteranordnung vorgesehen sind.
- 5. Sammelleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der genannten Kondensatoren (12) vorgesehen sind.
- 6. Sammelleitung nach Anspruch 5, d a d u r'c'h gekennzeichnet, daß in der zwischen den Busleitern (1, 3) befindlichen Schicht (5) aus Isolierstoff eine der Zahl der Kondensatoren (12) entsprechende Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme dieser Kondensatoren (12) angebracht ist.
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