DE10023354A1

DE10023354A1 - Leiterplatte

Info

Publication number: DE10023354A1
Application number: DE2000123354
Authority: DE
Inventors: Michael Ludwig
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-09-13

Abstract

Zur Absorption von elektromagnetischen Feldern sind antennenwirksame Strukturen auf Leiterplatten (17), insbesondere Schlitze (20) zur Segmentierung von Stromversorgungslagen (21), mit jeweils mindestens einem Widerstand (22) zumindest annähernd reflexionsfrei abgeschlossen.

Description

Leiterplatten bestehen aus mindestens einer Isolierschicht und darauf zumindest einseitig ausgebildeten leitfähigen Strukturen. Bei Mehrlagen-(Multilayer-)Leiterplatten sind die leitfähigen Strukturen in mehreren übereinander liegenden und durch Isolierschichten voneinander getrennten Lagen ausgebil det und an vorgegebenen Stellen mittels Durchkontaktierungen untereinander verbunden. Die leitfähigen Strukturen verbinden die Bauelemente der bestückten Leiterplatte (Baugruppe) zu einer elektrischen Schaltung.

Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) können durch geeignete Maßnahmen an der elektrischen Schaltung und/oder durch äußere Abschirmung der elektrischen Schaltung verringert werden. Zu den üblichen Maßnahmen an der Schaltung zählen die Filterung von Signalen, die Beschaltung von Stör quellen, lokale Abschirmmaßnahmen und eine EMV-gerechte Lay outgestaltung der Schaltung und der Leiterplatte. Die äußere Abschirmung der elektrischen Schaltung umfasst üblicherweise deren Anordnung in einem leitfähigen Gehäuse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere, auf wandsarme EMV-Maßnahme anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Leiterplatte mit mindestens einer Isolierschicht und darauf zumindest ein seitig ausgebildeten leitfähigen Strukturen dadurch gelöst, dass in mindestens einem vorgegebenen Bereich der Leiterplat te die dortige leitfähige Struktur in Form einer planaren An tenne ausgebildet ist, die mit mindestens einem Widerstand zumindest annähernd reflexionsfrei abgeschlossen ist. Die Energie von elektromagnetischen Feldern im Bereich der Lei terplatte wird zu einem Teil von der Antenne aufgenommen und in dem Abschlusswiderstand in Wärme umgesetzt, so dass die elektrische Feldstärke in der Umgebung der Leiterplatte bzw. der darauf realisierten elektrischen Schaltung in einem sich aus der Antennencharakteristik ergebenden Frequenzbereich reduziert wird. Da die Antenne durch eine leitfähige Struktur auf der Leiterplatte gebildet wird, ist der mit dieser EMV- Maßnahme verbundene Aufwand minimal. Planare Antennen, z. B. Streifenleitungsantennen, die ein- oder mehrlagig auf Lei terplatten ausgebildet sind, sind zwar allgemein bekannt, je doch dienen die bekannten Antennen ausschließlich zum Senden bzw. Empfangen von Nutzsignalen und sind entsprechend be schaltet. Im übrigen wird jedoch aus EMV-Gründen für das Design von elektrischen Schaltungen, Leiterplatten und sie aufnehmenden Gehäusen ausdrücklich empfohlen, Strukturen, insbesondere Schlitze, zu vermeiden, die als Antennen bzw. Resonatoren wirksam werden können. Gemäß der Erfindung werden dagegen solche als Antennen wirksame Strukturen bewusst vor gesehen bzw. solche, aus irgendwelchen Gründen vorhandene antennenwirksame Strukturen genutzt, um in Verbindung mit einem möglichst reflexionsfreien Antennenabschluss eine Absorption von elektromagnetischen Wellen zu erreichen. Die Antenne kann dabei in beliebigen geeigneten Ausführungen ausgebildet sein, wie sie z. B. von Streifenleitungsantennen her bekannt sind; insbesondere bei Mehrlagen-Leiterplatten kann die Antenne auch mehrlagig aufgebaut sein, um ihre Band breite zu vergrößern. Vorzugsweise ist sie als Schlitzantenne ausgebildet. Der Vorteil der Schlitzantenne liegt insbeson dere darin, dass sie in einer flächenhaften leitfähigen Struktur ausgebildet sein kann, wie sie bei Leiterplatten in der Regel als Stromversorgungslage, insbesondere als elek trische Masse vorgesehen ist; von der Schlitzantenne oder mehreren Schlitzantennen in einer Stromversorgungslage wird daher kein Platz beansprucht, der für die Ausbildung der eigentlichen elektrischen Schaltung auf der Leiterplatte fehlen würde.

Wie bereits erwähnt, muss im Rahmen der Erfindung nicht zwingend eine Antenne separat vorgesehen werden, sondern es ist ebenso möglich und sogar besonders vorteilhaft, bereits aus irgendwelchen anderen Gründen vorhandene bzw. vorzusehen de antennenwirksame Strukturen durch reflexionsfreien Ab schluss zur Dämpfung von elektromagnetischen Feldern zu nut zen. Dies gilt insbesondere für Schlitze, die zur Segmentie rung von Stromversorgungs- bzw. Masselagen in diesen vorge sehen sind. Längere antennenwirksame Strukturen, hier z. B. längere Schlitze in einer Masselage, können dabei durch meh rere reflexionsarme Abschlusswiderstände in Antennensegmente unterteilt werden.

Der die Antenne abschließende Widerstand kann beispielsweise als SMD-Bauelement beim Bestücken der Leiterplatte auf die leitfähige Struktur der Antenne aufgebracht werden. Vorzugs weise wird der Widerstand auf die leitfähige Struktur der Antenne aufgedruckt, so dass er z. B. auch in den Innenlagen einer Mehrlagen-Leiterplatte untergebracht werden kann.

Neben einer Antenne können auch weitere Antennen vorgesehen werden, um einen breiteren Frequenzbereich bei der Absorption von elektromagnetischen Feldern abdecken zu können. In diesem Zusammenhang ist die Antenne vorzugsweise innerhalb eines Arrays angeordnet, das aus weiteren, ebenfalls jeweils zumin dest annähernd reflexionsfrei abgeschlossenen Antennen besteht.

Weiterhin kann die Antenne eine fraktale Struktur aufweisen, um so die Dämpfungsbandbreite zu erhöhen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zei gen,

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Leiterplatte im Querschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Bereich der Leiterplatte, in dem eine Schlitzantenne zur Absorption elektromagnetischer Wellen ausgebildet ist, die

Fig. 3, 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele für EMV-wirk same Antennen auf der Leiterplatte und

Fig. 6 ein Beispiel für die Nutzung einer vorhan denen antennenwirksamen Struktur zur Dämpfung elektromagnetischer Felder.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Mehrlagen-(Multi layer-)Leiterplatte mit einer ersten Isolierschicht 1 (Kern schicht), die beidseitig mit durch Ätzen von Kupferschichten gebildeten leitfähigen Strukturen 2 bzw. 3 versehen ist. Auf einer Leiterplattenseite sind übereinander zwei weitere Lagen mit leitfähigen Strukturen 4 und 5 ausgebildet, die gegenüber den jeweils darunter liegenden leitfähigen Strukturen durch weitere Isolierschichten 6 und 7 (Prepregs) isoliert sind. Die leitfähigen Strukturen 3, 4 und 5 in den verschiedenen Lagen sind an vorgegebenen Stellen über Durchkontaktierungen 8 miteinander verbunden. Innerhalb der einzelnen Lagen können Widerstände 9, insbesondere pull-up-Widerstände, auf die leitfähigen Strukturen, z. B. 3 aufgedruckt sein.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dient die mit 2 be zeichnete leitfähige Struktur als elektrische Masse und ist dementsprechend im Wesentlichen flächenhaft ausgebildet. In dieser leitfähigen Struktur 2 ist eine planare Antenne 10, hier in Form einer Schlitzantenne, ausgebildet und mit einem aufgedruckten Widerstand 11 zumindest annähernd reflexions frei abgeschlossen.

Fig. 2 zeigt den betreffenden Bereich der Leiterplatte in Draufsicht, wobei die Schlitzantenne 10 rechteckförmig mit der Länge λ/2 ausgebildet ist und der Widerstand 11 in der Mitte der Schlitzantenne 10 auf dieser aufgedruckt ist.

Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Schlitzantenne 12 ringförmig ausgebildet.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für doppel-T-förmig ausgebildete Schlitzantennen 13, die in einem Array 14 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Schlitzantenne 15 mit fraktaler Struktur.

Fig. 6 zeigt eine mit Bauelementen 16 bestückte Leiterplatte 17, deren Schaltung in einen digitalen Schaltungsteil 18 und einen analogen Schaltungsteil 19 aufgeteilt ist. Beide Schal tungsteile 18 und 19 sind durch einen Schlitz 20 in einer Stromversorgungs-(Masse-)lage 21 voneinander getrennt, um Ausgleichsströme zwischen beiden Schaltungsteilen 18 und 19 zu verhindern. Der Schlitz 20 bildet eine antennenwirksame Struktur, die mit Widerständen 22 reflexionsfrei abgeschlos sen ist. Dabei wird der Schlitz 20 als aus mehreren Antennen segmenten bestehend betrachtet, von denen jedes Antennenseg ment durch jeweils einen der Widerstände 22 reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Claims

1. Leiterplatte mit mindestens einer Isolierschicht (1, 6, 7) und darauf zumindest einseitig ausgebildeten leitfähigen Strukturen (2, 3, 4, 5), wobei in mindestens einem vorgegebe nen Bereich der Leiterplatte die dortige leitfähige Struktur (2) in Form einer planaren Antenne (10) ausgebildet ist, die mit mindestens einem Widerstand (11) zumindest annähernd reflexionsfrei abgeschlossen ist. (Fig. 2, 2, 3)

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Antenne (10) als Schlitzantenne ausgebildet ist. (Fig. 1, 2, 3)

3. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schlitzantenne (20) in einer als Stromversorgungslage, insbesondere als elektrische Masse, dienenden, flächenhaften, leitfähigen Struktur (21) ausge bildet ist. (Fig. 6)

4. Leiterplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die An tenne (10) abschließende Widerstand (11) auf die leitfähige Struktur (2) aufgedruckt ist. (Fig. 1, 2, 3)

5. Leiterplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (13) innerhalb eines aus weiteren, ebenfalls jeweils zumin dest annähernd reflexionsfrei abgeschlossenen Antennen beste henden Arrays (14) angeordnet ist. (Fig. 4)

6. Leiterplatten nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (15) eine fraktale Struktur aufweist. (Fig. 5)