DE69016441T2

DE69016441T2 - Mehrschichtleiterplatte, welche hochfrequenzinterferenzen von hochfrequenzsignalen unterdrückt.

Info

Publication number: DE69016441T2
Application number: DE69016441T
Authority: DE
Inventors: Jozef B. Moreno Ca 92388 Baran
Original assignee: AST Research Inc
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: DE69016441D1; EP0489118B1; HK93795A; SG26408G; EP0489118A1; WO1991003144A1; US4954929A; CA2064859C; ATE117868T1; CA2064859A1; EP0489118A4; JPH05502977A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft digitale, elektronische Systeme und insbesondere eine Schaltung, die bei digitalen Computern und dergleichen verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung die Unterdrückung eines abgestrahlten elektrischen Rauschens, das durch Hochfrequenzsignale dieser Systeme erzeugt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Schaltung von digitalen, elektronischen Systemen ist typischerweise auf gedruckten Leiterplatten angeordnet. Beispielsweise umfassen bei kleinen Geschäfts- oder Personal-Computern diese Leiterplatten eine Hauptsystem platte (häufig als Mutterplatte bezeichnet) und eine Anzahl kleinerer Leiterplatten, die in Verbindern auf der Mutterplatte eingesetzt sind. Typischerweise sind diese Leiterplatten Mehrschichtleiterplatten. Das heißt, die Verbindung zu integrierten Schaltkreisen und anderen Bauteilen auf der Oberfläche einer Leiterplatte und die Verbindungen zwischen diesen integrierten Schaltkreisen und anderen Bauteilen auf der Oberfläche einer Leiterplatte sind durch metallische Spuren auf den Oberflächenschichten der Leiterplatte sowie durch zusätzliche Spuren auf inneren Schichten der Leiterplatte geschaffen. Des weiteren umfassen beispielsweise Mehrschichtleiterplatten Schichten, die für eine besondere Bezugsspannung ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Bezugsmasse (d.h. Null Volt) auf einer Innenschicht der Leiterplatte verteilt werden, und zusätzlich kann auch die Hauptsversorgungsspannung (beispielsweise + 5 Volt) ebenfalls auf einer dafür bestimmten separaten Schicht auf der Leiterplatte verteilt werden. Verbindungen zwischen den Schichten der Leiterplatte sind durch Durchgänge geschaffen (häufig bezeichnet als Wege). Verbindungen zwischen integrierten Schaltkreisen auf einer Oberflächenschicht und Schaltungsbahnen auf der gegenüberliegenden Oberflächenschicht sind insbesondere durch Wege gebildet. In gleicher Weise sind die Strom- und Masseverbindungen zu den integrierten Schaltkreisen über Wege geschaffen, die an die jeweiligen Bezugsspannungsschichten elektrisch angeschlossen sind.
Digitale, elektronische Schaltkreise arbeiten im allgemeinen synchron mit einem oder mehreren Taktsignalen, die an die integrierten Schaltkreise auf den gedruckten Leiterplatten verteilt werden. Beispielsweise machen kleine Geschäfts/Personal-Computer wie Computer, die von der Mikroprozessor-Familie Intel (Warenzeichen) 80x86 Gebrauch machen, von einem Taktsignal Gebrauch, das ein Mehrfaches der Nenn-Arbeitsfrequenz des Mikrnprozessors ist. Als ein besonderes Beispiel macht ein Computer auf der Basis eines Mikroprozessors Intel (Warenzeichen) 80386, der mit 25 MHz arbeitet, von einem Systemtaktsignal mit einer Frequenz von 50 MHz Gebrauch. Eine solche Arbeitsfrequenz liegt nahe bei dem unteren Ende des Fernsehsendebandes, das bei 54 MHz beginnt. Wenn es zugelassen wird, daß das Taktsignal erhebliche Energie abstrahlt, kann es den Betrieb von Fernsehempfängern und anderen Hochfrequenzkommunikationseinrichtungen stören. Diese Hochfrequenzinterferenz (RFI) ist durch die von der Federal Communications Commission (FCC) herausgegeben Vorschriften nicht zugelassen. Daher ist es notwendig, die Strahlung des elektromagnetischen Rauschens von dem Taktsignal und anderen Signalen, die bei Hochfrequenzen arbeiten, zu unterdrücken, um die FCC-Vorschriften zu erfüllen.
Ein Verfahren zur Unterdrückung der Strahlung der elektromagnetischen Energie eines digitalen Computers besteht darin, den gesamten Computer innerhalb einer metallischen Umschließung abzuschirmen. Diese metallischen Umschließungen dienen dem zweifachen Zweck der Schaffung einer elektromagnetischen Abschirmung sowie der Schaffung eines Strukturträgers für Leiterplatten, Laufwerkantriebe und andere Bauteile innerhalb des Computers. Jedoch kann dieses Verfahren nur die direkte Strahlung zur äußeren Umgebung des Computers unterdrücken und nicht die Strahlung dieses Rauschens zu anderen Signalleitungen innerhalb des Computers verhindern. Da es im allgemeinen notwendig ist, Signalleitungen vorzusehen, um einen Computer mit einem äußeren Gerät, beispielsweise einem Drucker oder dergleichen zu verbinden, kann das von einem Hochfrequenzsignal erzeugte Rauschen auf einer Signalleitung aufgenommen und somit außerhalb des Computers abgestrahlt werden.
Bei Systemen, bei denen die Hochfrequenztaktsignale auf besonderen Karten oder besonderen Abschnitten einer einzelnen Karte lokalisiert sind, kann der Hochfrequenztaktschaltkreis auf den Karten oder Kartenabschnitten gegenüber anderen Schaltkreisen abgeschirmt werden, indem herkömmliche Abschirmtechniken verwendet werden, wie das Umgeben der Karte oder Kartenabschnitte mit einer metallischen Umschließung. Auch dies ist wiederum nur wirksam, wenn Signalleitungen, die die Hochfrequenztaktsignale tragen, gegenüber anderen Signalen isoliert sein können, die über die Grenzen der Abschirmungsumschließung hinaus geführt sind. Des weiteren sind mechanische Abschirmungsstrukturen im allgemeinen sperrig, und vergrößern sie die Gesamtgröße des Computersystems, bei dem sie verwendet werden.
Ein anderes Verfahren, das verwendet worden ist, besteht darin, die Abschirmung als Teil der gedruckten Leiterplatte auszubilden (s. beispielsweise US-A-4 658 334 oder EP-A-0 027 047). Beispielsweise können die Hochfrequenztaktleitungen auf einer inneren Schicht einer Leiterplatte in der Nähe einer oder zweier Bezugsspannungsschichten angeordnet sein. Die Bezugsspannungsschicht oder - schichten arbeiten in der Weise, daß sie die Taktleitungen abschirmen, um die Abstrahlung elektromagnetischer Energie zu unterdrücken. Diese Technik schafft eine bedeutsame Verbesserung gegenüber den zuvor beschriebenen Techniken da die Abschirmung direkt auf die gedruckten Leiterplatten mit den Hochfrequenztaktleitungen angewandt wird. Obwohl diese Technik eine wesentliche Verbesserung bei der Unterdrückung einer abgestrahlten RFI von den Taktleitungen schafft, wird der Fachmann schätzen, daß eine zusätzliche Schicht der gedruckten Leiterplatte die Kosten der Schaltung sowohl hinsichtlich des Materials als auch hinsichtlich der Entwurfs- und Herstellungskosten erhöht. Des weiteren vergrößert die zusätzliche Schicht die Dicke der Leiterplatte. Die zusätzliche Dicke kann inakzeptabel sein, insbesondere dann, wenn die gedruckte Leiterplatte einen an ihr ausgebildeten Randverbinder aufweist. Ein solcher Randverbinder kann zu groß sein, um in einen herkömmlichen Kartenrandverbinder, wie er bei typischen Computern verwendet wird, eingesetzt zu werden. Daher besteht ein Bedürfnis für eine Technik zur Unterdrückung einer RFI, die mit den vorhandenen Standards für gedruckte Leiterplatten kompatibel ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist eine gedruckte Mehrschichtleiterplatte, die an eine erste und eine zweite Bezugsspannungsquelle anschließbar ist. Die gedruckte Leiterplatte unterdrückt eine durch in dem elektronischen Schaltkreis auf der gedruckten Leiterplatte vorhandene Hochfrequenzsignale erzeugte Hochfrequenzinterferenz. Die gedruckte Leiterplatte umfaßt eine Verbindungsschicht, die elektrisch leitendes Material umfaßt, das zu einer Vielzahl elektrisch leitender Bahnen zum Anschließen des elektronischen Schaltkreises auf der Leiterplatte ausgebildet ist.
Die Leiterplatte umfaßt weiter eine erste Bezugsspannungsschicht, die an die erste Bezugsspannungsquelle anschließbar ist. Die erste Bezugsspannungsschicht ist parallel zu der Schicht des elektrisch leitenden Materials angeordnet. Eine zweite Bezugsspannungsschicht ist an die zweite Bezugsspannungsquelle anschließbar. Die zweite Bezugsspannungsschicht ist parallel zu der ersten Bezugsspannungsschicht angeordnet.
Die gedruckte Leiterplatte der vorliegenden Erfindung umfaßt weiter Mittel zum selektiven Anschließen der ersten Bezugsspannungsschicht an den elektronischen Schaltkreis und Mittel zum selektiven Anschließen der zweiten Bezugsspannungsschicht an den elektronischen Schaltkreis.
Mindestens eine Signalleitung ist auf der ersten Bezugsspannungsschicht ausgebildet und gegenüber der ersten Bezugsspannungsquelle elektrisch isoliert. Die Signalleitung ist durch die erste Bezugsspannungsschicht und die zweite Bezugsspannungsschicht abgeschirmt, um eine Hochfrequenzinterferenz zwischen einem Signal auf der Signalleitung und Signalen auf den Verbindungsbahnen auf der Verbindungsschicht zu unterdrücken.
Vorzugsweise ist eine der ersten und zweiten Bezugsspannungen, an der die entsprechende Bezugsspannungsschicht angeschlossen ist, eine Versorgungsspannungsquelle und die andere der ersten und zweiten Bezugsspannungen eine Bezugsmasse.
Ebenfalls bevorzugt umfaßt das Mittel für den Anschluß der ersten Bezugsspannungsschicht an der Verbindungsschicht und das Mittel für den Anschluß der zweiten Bezugsspannungsschicht an der Verbindungsschicht Durchgänge, die die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht und die Verbindungsschicht durchdringen.
Bevorzugte Ausführungsformen der gedruckten Leiterplatte der vorliegenden Erfindung umfassen eine zweite Verbindungsschicht parallel zu der ersten Verbindungsschicht. Die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht sind zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsschicht angeordnet.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfaßt die Leiterplatte weiter eine Vielzahl von Verbindungsleitungen, die in der zweiten Bezugsspannungsschicht ausgebildet und gegenüber der zweiten Bezugsspannungsquelle elektrisch isoliert sind. Die Verbindungsleitungen in der zweiten Bezugsspannungsschicht überspannen die Signalleitung, die in der ersten Bezugsspannungsschicht ausgebildet ist. Die Verbindungsleitungen in der zweiten Bezugsspannungsschicht sind an die erste Bezugsspannungsquelle elektrisch angeschlossen. Vorzugsweise sind die Verbindungsleitungen in der zweiten Bezugsspannungsschicht an die erste Bezugsspannungsschicht über Versorgungsdurchgänge elektrisch angeschlossen, die die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht durchdringen.
Die Leiterplatte umfaßt vorzugsweise eine Vielzahl von auf der Leiterplatte angeordneten Kondensatoren. Jeder der Kondensatoren besitzt erste und zweite Leitungen, wobei die erste Leitung an die erste Bezugsspannungsquelle über die erste Bezugsspannungsschicht elektrisch angeschlossen ist und die zweite Leitung an die zweite Bezugsspannungsquelle über die zweite Bezugsspannungsschicht angeschlossen ist. Bei beispielhaften Leiterplatten gemäß diesem Aspekt der Erfindung verbindet eine erste Vielzahl von Durchgängen die ersten Leitungen der Kondensatoren mit der ersten Bezugsspannungsschicht und eine zweite Vielzahl von Durchgängen die zweiten Leitungen der Kondensatoren mit der zweiten Bezugsspannungsschicht. Die erste und die zweite Vielzahl von Durchgängen ist in der Nähe der Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht angeordnet und gegenüber der Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht elektrisch isoliert. Die erste und die zweite Vielzahl von Durchgängen sorgt für eine zusätzliche Abschirmung der Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht gegen eine Hochfrequenzinterferenz.
Die vorliegende Erfindung ist ideal für digitale, elektronische Hochgeschwindigkeitsschaltungen geeignet, bei denen die Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht an eine Hochfrequenzsignalquelle anschließbar ist und bei denen die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht die Abstrahlung elektrischer Hochfrequenzenergie von der Signalleitung aus zu den Verbindungsbahnen auf der zweiten Verbindungsschicht blockieren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften, gedruckten Mehrschichtleiterplatte, wie sie bei einem Computersystem verwendet werden kann;
Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Ansicht der gedruckten Mehrschichtleiterplatte der Fig. 1 unter Darstellung von zwei Verbindungsschichten, einer Bezugsmasseschicht und einer Versorgungsspann ungsschicht;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die gedruckte Mehrschichtleiterplatte von Fig. 1 und 2 entlang der Linien 3-3 in Fig. 2 unter Darstellung von Einzelheiten der Gestaltung der Durchgänge oder Wege;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Durchgang der Fig. 3 entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der Bezugsmasseschicht und der Versorgungsspannungsschicht von Fig. 3 mit einer Taktleitung, die in der Versorgungsspannungsschicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
Fig. 6 ist ein Querschnitt durch die Taktleitung, die Versorgungsspannungsschicht und die Bezugsmasseschicht entlang der Linie 6-6;
Fig. 7 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Versorgungsspannungsschicht und der Bezugsspannungsschicht von Fig. 5 unter weiterer Darstellung der Versorgungsspannungsbrücke, die in der Bezugsmasseschicht ausgebildet ist, um die Versorgungsspannung über den Taktleitungen anzuschließen
Fig. 8 ist eine fertiggestellte, gedruckte Mehrschichtleiterplatte, bei der die erste Schicht und der Bezugsmasseteil aus Kupfer teilweise weggelassen sind, um die räumliche Beziehung zwischen den Brücken und den Taktleitungen zu zeigen;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereichs 9 von Fig. 8, die die räumliche Beziehung zwischen den Brücken und den Taktleitungen klarer zeigt;
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch eine beispielhafte Brücke entlang der Linie 10- 10 in Fig. 9 und zeigt auch die erste, die zweite, die dritte und die vierte Schicht aus Gründen der Klarheit;
Fig. 11 zeigt die durch die vorliegende Erfindung geschaffene Abschirmwirkung, wobei die von dem Hochfrequenztaktsignal auf der Taktleitung erzeugten elektromagnetischen Felder durch das um gebende Kupfer der Versorgungsspannung und der Bezugsmasseschicht eingeschränkt sind;
Fig. 12 zeigt die Hinzufügung der Kondensatoren, die an eine Energieschicht und eine Masseschicht angeschlossen sind
Fig. 13 ist eine bildhafte Erläuterung der rund um die Taktleitung erfindungsgemäß ausgebildeten Hohlleiter.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Kurzerörterung der Struktur von gedruckten Mehrschichtleiterplatten

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte, gedruckte Mehrschichtleiterplatte 100, die bei einem Computer 104 (mittels eines Phantomumrisses teilweise dargestellt) verwendet werden kann. Zusätzliche gedruckte Leiterplatten 106 und 108 sind ebenfalls dargestellt. Gemäß Darstellung umfaßt die Leiterplatte 100 eine Komponentenfläche 110, auf der eine Vielzahl elektronischer Bauteile, beispielsweise integrierte Schaltkreise, Transistoren, Widerstände, Kondensatoren und dergleichen, angebracht ist. Die Bauteile auf der Leiterplatte sind bildhaft dargestellt und in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 120 bezeichnet. Die Bauteile 120 sind mittels einer Vielzahl von Schaltkreisbahnen 124 verbunden, die typischerweise durch Ätzen einer Kupferbeschichtung aus der Oberfläche 110 während des Herstellungsverfahrens ausgebildet sind. Das nach dem Ätzverfahren verbleibende Kupfer bildet die Verbindungsbahnen. Obwohl nur wenige Verbindungsbahnen 124 in Fig. 1 dargestellt sind, ist es selbstverständlich, daß die gedruckte Leiterplatte 100 Hunderte von Verbindungsbahnen 124 aufweist. Es ist weiter zu beachten, daß gedruckte Mehrschichtleiterplatten, wie die Leiterplatte 100, des weiteren Verbindungsbahnen auf einer zweiten Oberfläche gegenüber der Kornponentenfläche 110 aufweisen. Die zweite Oberfläche ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Bei vielen gedruckten Leiterplatten können zusätzliche Bauteile ebenfalls an der zweiten Oberfläche angebracht sein. Zusätzlich können Verbindungsbahnen auf sandwichartig zwischen den beiden Oberflächenschichten angeordneten Schichten vorgesehen sein.
Wenn die gedruckte Leiterplatte 100 in eine Mutterplatte des Computers 104 oder dergleichen einzustecken ist, besitzt sie einen Verbinder. Obwohl viele unterschiedliche Verbindungssysteme zur Verfügung stehen, ist eine der meistverbreiteten Techniken die Verwendung von Kartenrandverbindern, die an der Mutterplatte (nicht dargestellt) angebracht sind. Ein beispielhafter, herkömmlicher Kartenrandverbinder 130 ist in Fig. 1 phantomhaft dargestellt. Der Kartenrandverbinder 130 besitzt eine Vielzahl von Kontakten (nicht dargestellt), die Verbindungen für Spannungen und Signale schaffen, die für die Bauteile 120 der gedruckten Leiterplatte vorgesehen und durch die Bauteile 120 der gedruckten Leiterplatte erzeugt werden. Gemäß Darstellung besitzt die gedruckte Leiterplatte 100 einen Randbereich 140, der eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten metallischen Fingern 142 besitzt, die rechtwinklig zum Rand der Karte 100 ausgebildet sind. Die Finger 142 erfassen Kontakte des Kartenrandverbinders 130, wenn die Leiterplatte 100 in den Computer 104 eingesetzt wird. Die Finger 142 sind durch das Ätzverfahren ausgebildet, das die Verbindungsbahnen 124 wie oben erörtert ausbildet. Die Finger 142 sind an die Bauteile 120 über die Verbindungsbahnen 124 angeschlossen.
Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Ansicht der gedruckten Leiterplatte 100 und zeigt vier Schichten 150, 152, 154 und 156. Wie in der Technik bekannt, umfaßt jede der Schichten ein Isoliersubstrat, beispielsweise ein Phenolsubstrat, auf dem eine Metallschicht, beispielsweise Kupfer, aufgeklebt ist. Wie oben erörtert, sind Bereiche der Kupferschicht von jeder der Schichten zur selektiven Freilegung des Phenolsubstrats weggeätzt. Das nach dem Ätzverfahren verbleibende Kupfer bildet die Verbindungsbahnen für die jeweiligen Schichten. Es ist zu beachten, daß jede der Schichten separat geätzt und dann zur Bildung der in Fig. 1 dargestellten Mehrschicht-Verbundplatte zusammengeklebt ist.
Gemäß Darstellung in Fig. 2 trägt die erste Schicht 150 die Komponentenfläche 110, die die Verbindungsbahnen 124 aufweist. Die Komponentenfläche 110 besitzt auch eine Vielzahl von Anbauflächenelementen 158, an denen die Bauteile 120 (Fig. 1) durch Löten oder im Wege anderer herkömmlicher Verfahren angebracht werden. In gleicher Weise ist die vierte Schicht 156 in einer ähnlichen Weise ausgebildet, um Verbindungsbahnen zu schaffen. Die Verbindungsbahnen sind typischerweise auf der unteren Oberfläche der vierten Schicht 156 vorgesehen und in Fig. 2 nicht dargestellt.
Die zweite Schicht 152 und die dritte Schicht 154 in Fig. 2 sind Bezugsspannungsschichten. Beispielsweise ist die zweite Schicht 152 vorteilhafterweise eine Bezugsmasse (Null Volt), und ist die dritte Schicht 154 vorteilhafterweise eine energieführende Versorgungsspannungsschicht (beispielsweise +5 Volt). Bei typischen, bekannten, gedruckten Leiterplatten besitzen die Masseschicht 152 und die Versorgungsspannungsschicht 154 wesentliche Kupferbereiche, die nach dem Ätzverfahren zurückgeblieben sind, um für eine sehr gleichmäßige Verteilung der jeweiligen Energie und Massespannungen innerhalb der gedruckten Leiterplatte 100 zu sorgen. Grundsätzlich ist an der Energieschicht 154 und der Masseschicht 152 Kupfer nur in Bereichen entfernt, wo Durchgangsverbindungen durch die gedruckte Leiterplatte 100 ausgebildet sind, und die Durchgangsverbindungen sind gegenüber der jeweiligen Bezugsspannung elektrisch zu isolieren.
Die vorstehenden Angaben sind in Fig. 3 mittels eines beispielhaften Querschnitts durch die fertiggestellte, gedruckte Leiterplatte 100 dargestellt, die zusätzliche Einzelheiten der Gestaltung jeder der Schichten zeigt. Gemäß Darstellung verfügt die erste Schicht 150 über eine Schicht 160 aus Phenol oder dergleichen und über eine dünne Schicht 162 aus Kupfer. Die Kupferschicht 162 ist zur Bildung eines ersten Verbindungsflächenelements 164 und eines zweiten Verbindungsflächenelements 166 geätzt, an denen jeweilige Leitungen einer integrierten Schaltung 120 angelötet sind. Die zweite Schicht 152 (d.h. die Bezugsmasseschicht) verfügt über eine Schicht 170 aus Phenol und über eine dünne Schicht 172 aus Kupfer. Ein Teil der Kupferschicht 172 ist zur Freilegung eines Bereichs 174 der Phenolschicht 170 entfernt. (Der ausschließlich aus Phenol bestehende Bereich 174 ist vorteilhafterweise rund und in Fig. 4 deutlicher dargestellt). Der ausschließlich aus Phenol bestehend Bereich 174 ist fluchtend mit dem ersten Verbindungsflächenelement 164 angeordnet, wie dargestellt ist. In ähnlicher Weise verfügt die dritte Schicht 154 (d.h. die Versorgungsspannungsschicht) über eine Schicht 180 aus Phenol und über eine dünne Schicht 182 aus Kupfer. Ein Teil der Kupferschicht 182 ist zur Freilegung eines kreisförmigen Bereichs 184 der Phenolschicht 180 entfernt. Der ausschließlich aus Phenol bestehende Bereich 184 ist fluchtend mit dem ersten Verbindungsflächenelement 164 angeordnet, wie dargestellt ist. Schließlich verfügt die vierte Schicht 156 über eine Schicht 190 aus Phenol und über eine dünne Schicht 192 aus Kupfer. Ein drittes Verbindungsflächenelement 194 ist aus dem nach dem Ätzen der vierten Schicht 156 verbleibenden Kupfer ausgebildet. Gemäß Darstellung fluchtet das dritte Verbindungsflächenelement 194 mit dem ersten Verbindungsflächenelement 164 und den ausschließlich aus Phenol bestehenden Bereichen 174 und 184. Das dritte Verbindungsflächenelement 154 ist vorteilhafterweise der Anschluß eines Verbindungsflächenelement 156, wie dargestellt ist. Das Verbindungsfiächenelement 196 kann beispielsweise das Flächenelement 194 mit einem anderen Flächenelement (nicht dargestellt) elektrisch verbinden, das über einen Durchgang (nicht dargestellt) an einem anderen integrierten Schaltkreis (nicht dargestellt) angeschlossen ist.
Das erste Verbindungsflächenelement 164 und das dritte Verbindungsflächenelement 194 sind über einen Durchgang (oder Weg) 200 elektrisch angeschlossen, der in einer herkömmlichen Weise durch Bohren eines Lochs 202 durch die Verbundleiterplatte 100 durch das erste Verbindungsflächenelement 164, den ausschließlich aus Phenol bestehenden Bereich 174, den ausschließlich aus Phenol bestehenden Bereich 184 und das dritte Verbindungsflächenelement 194 ausgebildet ist. Danach wird das Loch 202 mit Kupfer, Lötzinn oder einem anderen geeigneten leitenden Material plattiert, um eine durchgehende Leiterbahn zwischen dem ersten Verbindungsflächenelement 164 und dem dritten Verbindungsflächenelement 194 zu schaffen.
Das zweite Verbindungsflächenelement 166 ist mit der Masseschicht 152 in einer Weise ähnlich der vorstehend beschriebenen Verbindung angeschlossen. Jedoch ist kein ausschließlich aus Phenol bestehender Bereich in der Kupferschicht 172 ausgebildet. Stattdessen bleibt der Teil der Kupferschicht 172, der mit dem zweiten Verbindungsflächenelement 166 fluchtet, an einer Stelle 210 intakt. Ein ausschließlich aus Phenol bestehender Bereich 220 ist in der Kupferschicht 182 der Versorgungsschicht 154 wie oben beschrieben ausgebildet. In ähnlicher Weise ist ein Flächenelement 224 in der Kupferschicht 192 der vierten Schicht 156 ausgebildet. Wiederum ist ein Durchgang oder Weg 230 durch Bohren eines Lochs 232 durch das zweite Verbindungsflächenelement 166, die Stelle 210, den ausschließlich aus Phenol bestehenden Bereich 220 und das Flächenelement 224 ausgebildet. Das Loch 232 ist plattiert, um eine elektrische Bahn zwischen dem zweiten Verbindungsflächenelement 166 und dem Flächenelement 224 zu schaffen. Es ist ersichtlich, daß der so ausgebildete Durchgang 230 an die Bezugsmasseschicht 152 wie gewünscht elektrisch angeschlossen ist.

Beschreibung der Verbesserung durch die vorliegende Erfindung

Wie oben im Abschnitt der Hintergrund der Erfindung erörtert worden ist, können zusätzliche Leiterkartenschichten vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine zusätzliche Verbindungsschicht (nicht dargestellt) zwischen der Masseschicht 152 und er Energieschicht 154 vorgesehen sein. Wenn Hochfrequenztaktleitungen auf dieser zusätzlichen Schicht ausgebildet werden, können sie gegenüber den anderen Verbindungsschichten durch den Abschirmungseffekt der Energie- und Masseschichten 154, 152 wirkungsvoll isoliert werden. Wie oben ausgeführt worden ist, vergrößert die zusätzliche Schicht jedoch die Größe (d.h. die Dicke), und erhöht sie die Kosten der gedruckten Leiterplatte. Die vorliegende Erfindung sorgt für eine wesentliche Unterdrückung des erzeugten Hochfrequenzrauschens ohne das Erfordernis einer zusätzlichen Schicht.
Fig. 5 zeigt die Masseschicht 152 und die Versorgungsspannungsschicht 154 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, besitzen die Masseschicht 152 und die Versorgungsspannungsschicht 154 eine wesentliche Menge der verbleibenden jeweiligen Kupferschichten 172, 182 wie im Stand der Technik. (Der Einfachheit halber sind die Löcher in dem ausschließlich aus Phenol bestehenden Bereich für Durchgänge in Fig. 5 nicht dargestellt.) Jedoch besitzt die Kupferschicht 182 der Versorgungsspannungsschicht 184 anders als bei den gedruckten Leiterplatten des Standes der Technik geätzte Bereiche 250, die eine Vielzahl von Taktleitungen 254 bilden. Die Taktleitungen 254 sind in Fig. 5 alle miteinander verbunden; jedoch ist zu beachten, daß zusätzliche Taktleitungen sofern benötigt vorgesehen sein können. Die geätzten Bereiche 250 isolieren die Taktleitungen 254 gegenüber den verbleibenden Bereichen der Kupferschicht 182 der Energieschicht 154, so daß ein Hochfrequenzsignal auf die Taktleitungen 254 aufgebracht werden kann, ohne die Versorgungsbezugsspannung, die auf die Versorgungspannungsschicht 154 zur Einwirkung gebracht wird, zu kürzen.
Fig. 6 ist ein Querschnitt durch die Taktleitung 254, die Versorgungsspannungsschicht 154 und die Bezugsmasseschicht 152. Die Bereiche der Kupferschicht 182 der Energieschicht 154, die an die Bezugsspannung (beispielsweise +5 Volt) angeschlossen sind, sind mit dem Bezugszeichen 260 bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Taktleitung 254 auf beiden Seiten durch Bezugsspannungsbereiche 260 umgeben und unter der Kupferschicht 182 der Masseschicht 152 angeordnet ist. Somit ist jedes von der Taktleitung 254 abgestrahltes Hochfrequenzrauschen entweder durch die benachbarten Bezugsspannungsschichtbereiche 260 oder durch die Bezugsmasseschicht 172 aufgenommen. Die Vorteile der Abschirmung der Taktleitungen auf einer separaten Schicht sind somit ohne die Nachteile einer separaten Schicht für die Taktleitungen erreicht.
In Fig. 5 und 6 ist die Abschirmung durch zwei Schichten mit unterschiedlichen Spannungspotentialen geschaffen. Es wird bevorzugt, daß die Abschirmung auf einem einzigen Spannungspotential liegt. Fig. 7 zeigt eine weitere Verbesserung der Ausführungsform der Fig. 5 und 6, bei der die Wirkung einer Abschirmung auf einem einzigen Spannungspotential geschaffen ist. Gemäß Darstellung in Fig. 7 ist eine Vielzahl von leitenden Brücken 270 in der Kupferschicht 172 der Bezugsmasseschicht 152 ausgebildet, indem Bereiche der Kupferschicht 172 entfernt sind, um die Brücken 270 gegenüber den übrigen Bereichen der Kupferschicht 172 zu isolieren. Die übrigen Bereiche der Kupferschicht 172 sind an die Bezugsmasse (beispielsweise Null Volt) wie zuvor angegeben angeschlossen und mit dem Bezugszeichen 274 bezeichnet. Jedes Ende jedes der Brücken 270 ist an die Kupferschicht 182 der Versorgungsspannungsschicht 154 über ein Paar Durchgänge angeschlossen (in Fig. 7 nicht dargestellt), so daß die Brücken 270 auf dem Spannungsbrückenteil 2 auf dem Spannungspotential (beispielsweise +5 Volt) der Versorgungsspannungsschicht 150 lieben.
Wenn die Bezugsmasseschicht 152 und die Versorgungsspannungsschicht 154 bei der fertiggestellten Leiterplatte 100 nahe beieinander angeordnet sind, wie in Fig. 8 dargestellt ist, überspannt jede der Brücken 270 die Taktleitungen 254. In Fig. 8 sind die erste Schicht 150 und die Bezugsmassebereiche 274 der Kupferschicht 172 teilweise entfernt, um die räumliche Beziehung zwischen den Brücken 270 und den Taktleitungen 254 darzustellen. Ein vergrößerter Bereich von Fig. 8 ist in Fig. 9 dargestellt, um deutlicher die räumliche Beziehung der Brücken 270 zu den Taktleitungen 254 darzustellen.
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch eine der Brücken 270 in Fig. 9. Der Schnitt in Fig. 10 umfaßt der Klarheit wegen Bereiche der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Schicht 150, 152, 154, 156. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß ein erster Durchgang 280 ein Ende der Brücke 270 mit der Kupferschicht 182 der Energieschicht 154 verbindet und daß ein zweiter Durchgang 282 das andere Ende der Brücke 270 mit der Kupferschicht 182 verbindet. Wie weiter in Fig. 10 dargestellt ist, besitzt somit an jeder Brücke 270 die Taktleitung 254 das gleiche Spannungspotential (beispielsweise +5 Volt) über sich, da sie es auf beiden Seiten besitzt. Die Durchgänge 280, 282 schaffen eine zusätzliche Abschirmung für die Seite der Taktleitung 254. Der Abschirmungseffekt ist in Fig. 11 bildhaft dargestellt, wobei das von dem Hochfrequenztaktsignal auf der Taktleitung 254 erzeugte elektromagnetische Feld (dargestellt durch eine Vielzahl von Pfeilen 288) durch das Spannungspotential auf benachbarten Bereichen der Versorgungsspannungsschicht 154 der Durchgänge 280, 282 und der Brücke 270 eingeengt dargestellt ist, wobei somit die Abstrahlung der elektromagnetischen Energie wirkungsvoll unterdrückt wird.
Da die Brücken 270 voneinander um eine kurze Strecke beabstandet sind (beispielsweise 1,27 cm bis 2,54 cm - 1/2 Zoll bis 11/2 Zoll - bei den bevorzugten Ausführungsformen), scheinen die Brücken keine durchgehende Abschirmung mit bei Bezugsspannungspotential zu schaffen. Der Fachmann wird jedoch schätzen daß bei den betroffenen Frequenzen (d.h. 50 bis 100 MHz), die Brücken im wesentlichen den gleichen Effekt wie ein durchgehende Streifenlinienhohlleiter besitzen. Somit besteht keine Notwendigkeit zur Schaffung eines durchgehenden Bezugsspannungsbereichs in der Bezugsmasseschicht 152.
Obwohl es vorstellbar ist, daß die Brücken 270 in einer solchen Weise angeordnet sind, daß kein Spalt zwischen benachbarten Brücken 270 entlang der Taktleitungen 254 besteht, ist dies nicht immer praktisch. Die Brücken besitzen die Wirkung des Aufbrechens der Bezugsmasseschicht 152. Zusätzlich macht jede Brücke 270 ein Paar Durchgänge 280, 282 erforderlich, um sie mit der Bezugsspannungsschicht 154 zu verbinden. Wenn Reihen von Durchgängen 280, 282 entlang der gesamten Länge der Taktleitung 254 vorgesehen sind, sind erhebliche Bereiche des Raums auf der gedruckten Leiterplatte 100 für eine andere Verwendung nicht verfügbar. Dieses Problem tritt nicht nur bei der Bezugsmasseschicht 152 und der Versorgungsspannungsschicht 154 auf, sondern auch bei der ersten und der vierten Schicht 150, 156, da die Durchgänge 280, 282 auch diese Schichten durchdringen.
Obwohl die vorliegende Erfindung Brücken beschreibt, die in der Bezugsmasseschicht 152 ausgebildet sind, um die Taktleitungen 254 abzuschirmen, die auf der Versorgungspannungsschicht 154 liegen, wird der Fachmann schätzen, daß diese Erfindung ebenso bei Brücken zur Anwendung gebracht werden kann, die in der Versorgungsspannungsschicht 154 ausgebildet sind, um Taktleitungen 254 abzuschirmen, die auf der Bezugsmasseschicht 152 liegen. Als eine weitere Alternative kann ein Bereich der Taktleitungen 254 in der Versorgungsspannungsschicht 154 ausgebildet sein, und kann ein zweiter Bereich der Taktleitungen in der Bezugsmasseschicht 152 ausgebildet sein, wobei die Abschirmung durch die andere Bezugsschicht in jedem Fall geschaffen wird.
Eine weitere Verbesserung beim Betrieb der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt. Wie oben erörtert schaffen die Bereiche der Bezugsmasseschicht 152 zwischen den Brücken 270 eine zusätzliche Abschirmung; jedoch befinden sich diese Bereiche nicht auf dem gleichen Spannungspotential wie die Brücken 270.
Um die voneinander beabstandeten Brücken 270 (Fig. 8) anzuschließen, um die Wirkung eines durchgehenden Hohlleiters über den Taktleitungen 254 zu schaffen, ist eine Vielzahl von Kondensatoren 290 mit 0,01 Microfarad auf der oberen Oberfläche 110 der gedruckten Leiterplatte 100 angeordnet. Gemäß Darstellung in Fig. 22 sind die Leitungen 292 und 294 jedes Kondensators 290 an der Bezugsmasseschicht 152 und der Versorgungsspannungsschicht 154 über ein Paar Durchgänge 296 und 298 angeschlossen. In bevorzugter Weise sind die Kondensatoren 290 so angeordnet, daß die Durchgänge 296 und 298 die Versorgungsspannungsschicht 154 und die Bezugsmasseschicht 152 nahe bei der Taktleitung 254 durchdringen. Der Durchgang 296 und die entsprechende Kondensatorleitung 292 sind gegenüber der Masseschicht 152 elektrisch isoliert und an der Versorgungsspannungsschicht 154 elektrisch angeschlossen. Umgekehrt sind der Durchgang 298 und die entsprechende Kondensatorleitung 294 an der Bezugsmasseschicht 152 elektrisch angeschlossen und gegenüber der Versorgungsspannungsschicht 154 elektrisch isoliert. Die Durchgänge 296 und 298 entlang der Taktleitung 254 schaffen eine zusätzliche vertikale Abschirmung zwischen den Durchgängen, die die Brücken 270 anschließen. Wie der Fachmann verstehen wird, besteht die Wirkung der Kondensatoren 290 im Frequenzbereich von 10-100 MHz in der Schaffung eines Niederimpedanzwegs zwischen der Versorgungsspannungsschicht 154 und der Bezugsmasseschicht 152, wodurch eine wirksam durchgehende Abschirmung über den Taktleitungen 254 ausgebildet wird.
Die Gesamtwirkung der vorliegenden Erfindung ist bildhaft in Fig. 13 dargestellt, die eine Hohlleiter 300 zeigt, die um die Taktleitung 254 ausgebildet ist. Gemäß Darstellung verfügt der Hohlleiter 300 über benachbarte Bereiche der Kupferschicht 182 der Versorgungsspannungsschicht 154, die Brücken 270, die Durchgänge 280, 282, die die Brücken 270 mit der Kupferschicht 182 verbinden, die Bereiche der Kupferschicht 172 der Masseschicht 152 zwischen den Brücken 270 und die Durchgänge 296 und 298, die die Kondensatoren 290 (nicht dargestellt) mit der Bezugsmasseschicht 152 bzw. der Versorgungsspannungsschicht 154 verbinden.

Claims

1. Gedruckte Mehrschichtleiterplatte, die an eine erste und eine zweite Bezugsspannungsquelle anschließbar ist, wobei die gedruckte Leiterplatte eine von Hochfrequenzsignalen der elektronischen Schaltung auf der Leiterplatte erzeugte Hochfrequenzinterferenz unterdrückt, wobei die gedruckte Leiterplatte umfaßt:

eine erste Verbindungsschicht (150), die elektrisch leitendes Material umfaßt, das zu einer Vielzahl elektrisch leitender Bahnen geformt ist, um die elektronische Schaltung an der Leiterplatte anzuschließen;

eine erste Bezugsspannungsschicht (152), die an die erste Bezugsspannungsquelle anschließbar ist, wobei die erste Bezugsspannungsschicht (152) parallel zu der Schicht des elektrisch leitenden Materials angeordnet ist,

eine zweite Bezugsspannungsschicht (154), die an die zweite Bezugsspannungsquelle anschließbar ist, wobei die zweite Bezugsspannungsschicht (154) parallel zu der ersten Bezugsspannungsschicht (152) angeordnet ist;

Mittel zum selektiven Anschließen der ersten Bezugsspannungsschicht (152) an die elektronische Schaltung;

Mittel zum selektiven Anschließen der zweiten Bezugsspannungsschicht (154) an die elektronische Schaltung; und

mindestens eine Signalleitung (254), die auf der ersten Bezugsspannungsschicht (152) ausgebildet ist, wobei die Signalleitung gegenüber der ersten Bezugsspannungsquelle elektrisch isoliert ist, die Signalleitung auf beiden Seiten durch Bereiche der ersten Bezugsspannungsschicht (152) umgeben ist, die an die erste Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, die Signalleitung durch die erste Bezugsspannungsschicht (152) und die zweite Bezugsspannungsschicht (154) abgeschirmt ist, um eine Hochfrequenzinterferenz zwischen einem Signal auf der Signalleitung und Signalen auf den leitenden Bahnen auf der ersten Verbindungsschicht (150) zu unterdrücken.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Vielzahl elektrisch leitender Brücken (270), die in der zweiten Bezugsspannungsschicht (154) ausgebildet und gegenüber der zweiten Bezugsspannungsquelle elektrisch isoliert sind, wobei die leitenden Brücken (270) in der zweiten Bezugsspannungsschicht (154) die in der ersten Bezugsspannungsschicht (152) ausgebildete Signalleitung überspannen, die leitenden Brücken (270) in der zweiten Bezugsspannungsschicht (154) an die erste Bezugsspannungsquelle elektrisch angeschlossen sind.

3. Leiterplatte nach Anspruch 2, wobei die leitenden Brücken (270) in der zweiten Bezugsspannungsschicht (154) an die erste Bezugsspannungsschicht (152) über Durchgänge elektrisch angeschlossen sind, die die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht (152, 154) durchdringen.

4. Leiterplatte nach Anspruch 2, weiter umfassend eine Vielzahl von auf der Leiterplatte angebrachten Kondensatoren, wobei jeder Kondensator eine erste und eine zweite Leitung aufweist, die erste Leitung jedes Kondensators an die erste Bezugsspannungsquelle über die erste Bezugsspannungsschicht (152) elektrisch angeschlossen ist und die zweite Leitung jedes Kondensators an die zweite Bezugsspannungsquelle über die zweite Bezugsspannungsschicht (154) angeschlossen ist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 4, wobei die ersten Leitungen der Kondensatoren an die erste Bezugsspannungsschicht (152) über eine Vielzahl von Durchgängen angeschlossen sind und wobei die zweiten Leitungen der Kondensatoren an die zweite Bezugsspannungsschicht (154) über eine zweite Vielzahl von Durchgängen angeschlossen sind, die erste und die zweite Vielzahl von Durchgängen in der Nähe der Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht (152) angeordnet und gegenüber dieser Signalleitung elektrisch isoliert sind, die erste und die zweite Vielzahl von Durchgängen eine zusätzliche Abschirmung für eine Hochfrequenzinterferenz der Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht (152) schaffen.

6. Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Verbindung der ersten Bezugsspannungsschicht (152) mit der elektronischen Schaltung und das Mittel zur Verbindung der zweiten Bezugsspannungsschicht (154) mit der elektronischen Schaltung Durchgänge umfassen, die die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht (152, 154) und die erste Verbindungsschicht (154) durchdringen.

7. Leiterplatte nach Anspruch 1, weiter umfassend eine zweite Verbindungsschicht (156) parallel zu der ersten Verbindungsschicht (150), wobei die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht (152, 154) zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsschicht (150, 156) angeordnet sind.

8. Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei die Signalleitung auf der ersten Bezugsspannungsschicht (152) an eine Hochfrequenzsignalquelle anschließbar ist und wobei die erste und die zweite Bezugsspannungsschicht (152, 154) die Strahlung elektrischer Hochfrequenzenergie von der Signalleitung aus an die leitenden Bahnen auf der ersten Verbindungsschicht (150) blockieren.

9. Verfahren zur Unterdrückung eines Hochfrequenzrauschens bei einer gedruckten Leiterplatte mit einem darauf arbeitenden Hochfrequenzsignal, wobei die gedruckte Leiterplatte an eine erste und eine zweite Spannungsquelle anschließbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Schaffen einer ersten und einer zweiten Bezugsspannungsschicht (152, 154), die an die erste bzw. die zweite Spannungsquelle anschließbar sind;

Ausbilden einer elektrischen Signalbahn in der ersten Bezugsspannungsschicht (152), die gegenüber dem übrigen Teil der ersten Bezugsspannungsschicht (152) isoliert ist; und

Ausbilden einer Vielzahl von Brücken (270) in der zweiten Bezugsspannungsschicht (154), die an die erste Bezugsspannungsschicht (152) elektrisch angeschlossen sind, wobei jede Brücke (270) die elektrische Signalbahn in der ersten Bezugsspannungsschicht (152) überspannt.