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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, auf der ICs befestigt
werden und die dazu ausgelegt ist, in einer Elektronikbaugruppe
verwendet zu werden, die einen verminderten Rauschpegel aufweisen
muss, wie beispielsweise ein IC zur Steuerung einer Fahrzeugbremse.
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Seit
kurzem erfordern verschiedene Elektronik betreffende Bestimmungen
eine Verringerung des Rauschpegels bei ICs, als deren typisches
Beispiel der Prozessor genannt werden kann. Bei einem herkömmlichen
IC weisen zwei gegenüberliegende Anschlussstifte
(zwei Anschlüsse,
die jeweils an zwei gegenüberliegenden
Seiten angeordnet sind, wenn der IC rechteckig ausgebildet ist)
ein Quellen- bzw. ein Massepotential auf. Es ist jedoch angesichts
der das Rauschen betreffenden Bestimmungen üblich geworden, eine Mehrzahl
von Anschlüssen
für das Quellen-
und das Massepotential in einem IC anzuordnen.
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Durch
die erhöhte
Anzahl erforderlicher Anschlussstifte werden in diesem Fall jedoch
auch die Modulgröße und die
Anzahl vorgesehener Ableitkondensatoren erhöht. Dies führt dazu, dass sich die Fläche eines
Substrats, die von den Ableitkondensatoren und den Verdrahtungselementen
zur Verbindung dieser eingenommen wird, vergrößert.
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Ferner
verringert dieser Effekt die Flexibilität bei der Auslegung des Substratmusters
und erschwert dadurch die Rauschgegenmaßnahmen auf dem Substrat. Dies
führt dazu,
dass sich der Rauschpegel vielmehr erhöhen kann. Es ist ferner denkbar, dass
das vorstehend beschriebene Problem durch ein mehrschichtiges Substrat
gelöst
werden kann; das mehrschichtige Substrat ist jedoch mit hohen Kosten
verbunden.
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Es
ist angesichts des vorstehend beschriebenen Problems Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, den Rauschpegel zu verringern und dabei
eine Vergrößerung der
belegten Substratfläche
zu unterdrücken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Leiterplatte bereitgestellt, auf der eine Mehrzahl
von Anschlussstiften derart angeordnet sind, dass sie eine allgemein
polygonale Form bilden, wobei die Anschlussstiften einen ersten
Anschlussstift als Masseanschluss und einen zweiten Anschlussstift
als Quellenanschluss aufweisen. Der Masseanschluss ist an einem
Eckabschnitt der allgemein polygonalen Form angeordnet, und der
Quellenanschluss liegt neben dem Masseanschluss. Ferner erstreckt
sich ein erster Leitungsbereich radial vom Eckabschnitt der polygonalen
Form, wobei er elektrisch mit dem Masseanschluss verbunden ist.
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Da
der Quellenanschluss neben dem Masseanschluss liegt, kann verhindert
werden, dass sich die von einem Ableitkondensator belegte Substratfläche vergrößert. Da
der Masseanschluss elektrisch mit dem ersten Leitungsbereich verbunden
ist, kann ferner die Masseimpedanz verringert werden, was dazu führt, dass
sich das Rauschen verringert.
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Weitere
Aufgaben und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen,
die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde,
näher ersichtlich
sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
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1 eine
Draufsicht einer Leiterplatte, auf der ein QFP-IC befestigt wird,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Draufsicht der in der 1 gezeigten Leiterplatte;
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3A bis 3F schematische
Darstellungen zur Veranschaulichung von Verbindungskonfigurationen
von Ableitkondensatoren;
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4A und 4B schematische
Darstellungen von Beispielen von Leiterplatten zur Untersuchung
von Spannungsschwankungen dieser;
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5 ein
Diagramm eines Verhältnisses zwischen
der Frequenz und der Spannungsschwankung der in den 4A und 4B gezeigten
Leiterplatten;
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6 eine
Draufsicht einer Leiterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
Draufsicht einer Leiterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8A und 8B schematische
Darstellungen von Ausgestaltungen, bei denen ein Massedurchgangsloch
oder ein Durchgangsloch zur Signalübertragung in einem Leitungsbereich
auf der Leiterplatte gebildet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform, wird,
wie in 1 gezeigt, ein QFP-(Quad Flat Package)-IC 2 auf
einer Leiterplatte 1 befestigt. Einzelne Anschlussstifte
(Anschlüsse) 3 sind
in einer allgemein quadratischen Form auf der Leiterplatte 1 angeordnet.
Jeder Anschlussstift 3 ist derart angeordnet, dass er sich
in einer Richtung senkrecht zu einer entsprechenden Seite erstreckt,
die eine quadratische Form bildet. Diese Anschlussstifte 3 sind
jeweils mit elektronischen Teilen und dergleichen (nicht gezeigt) verbunden,
die auf der Leiterplatter 1 und dergleichen angeordnet
sind.
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Unter
diesen Anschlussstiften 3 sind Anschlussstifte 3a an
Eckabschnitten der jeweiligen Seiten angeordnet, welche die allgemein
quadratische Form bilden, wobei die Anschlussstifte 3a als GND-Anschlüsse (Masseanschlüsse) mit
einem Massepotential verwendet werden. Die Anschlussstifte 3b sind
derart angeordnet, dass sie neben den jeweiligen Anschlussstiften 3a liegen,
und werden als Quellenanschlüsse
mit einem Quellenpotential verwendet. Die Anschlussstifte 3a werden
nachstehen als GND-Anschlüsse
und die Anschlussstifte 3b als Quellenanschlüsse bezeichnet.
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Der
QFP-IC 2 wird im mittleren Abschnitt der in der allgemein
quadratischen Form angeordneten Anschlussstifte 3 befestigt,
und die Anschlüsse
des QFP-IC 2 werden durch einen Drahtanschluss über Verdrahtungen 4 elektrisch
mit den Anschlussstiften 3 verbunden. Obgleich 1 nur
Verdrahtungen zeigt, die mit einem GND-Anschluss 3a und mit einem
Quellenanschluss 3b verbunden sind, sind bei einer prak tischen
Anwendung alle Anschlussstifte 3 über die Verdrahtungen 4 elektrisch
mit dem QFP-IC 2 verbunden.
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Auf
die Leiterplatte 1 ist ein Leitungsmuster 5 gedruckt,
um elektrisch mit den GND-Anschlüssen 3a verbunden
zu werden. Ein mit Querstrichen markierter Abschnitt entspricht,
wie in 2 gezeigt, einem Bereich, in dem das Leitungsmuster 5 auf
der Leiterplatte 1 gebildet ist. Das Leitungsmuster 5 wird durch
Set-Solid-Drucken an einer Innenseite der durch die Anschlussstifte 3 gebildeten
allgemein quadratischen Form, an den jeweiligen Eckabschnitten der
allgemein quadratischen Form und an diese Bereiche verbindenden
Abschnitten vorgesehen.
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Bei
dem Leitungsmustern 5 erstrecken sich die an den Eckabschnitten
angeordnete Leitungsbereiche 5a radial von den jeweiligen
Eckabschnitten aus. D. h., an jedem Eckabschnitt der allgemein quadratischen
Form sind zwei GND-Anschlüsse 3a derart
angeordnet, dass sie sich senkrecht zu den jeweiligen Seiten der
quadratischen Form und senkrecht zueinander erstrecken. D. h., die
zwei GND-Anschlüsse 3a definieren
einen Raum mit einer etwa rechtwinkligen Ecke zwischen sich, und
in diesem Raum ist kein Anschlussstift mit einem Anschluss des QFP-IC 2 verbunden.
Jeder Leitungsbereich 5a ist durch Drucken in diesem Raum
gebildet. Ferner erstreckt sich jeder Leitungsbereich 5a bei
der vorliegenden Ausführungsform
radial, d. h. weiter nach Außerhalb
der an den Ecken der Seiten angeordneten GND-Anschlüsse 3a.
Genauer gesagt, die GND-Anschlüsse 3a weisen
keinen Zwischenraum zu dem außerhalb
von ihnen angeordneten Leitungsbereich 5a auf.
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Das
Leitungsmuster 5 weist ferner einen Leitungsbereich 5b auf,
der innerhalb der allgemein quadratischen Form angeordnet ist. Der
Leitungsbereich 5b ist derart durch Drucken gebildet, dass
er einen Bereich enthält,
der fast einer gesamten Fläche der
allgemein quadratischen Form entspricht, d. h. dass er einen Bereich
enthält,
welcher der Rückseitenoberfläche des
in der 1 gezeigten QFP-IC 2 gegenüberliegt,
jedoch eine Seite aufweist, die an der Seite des QFP-IC 2 leicht
kürzer
als die der durch die Ecken der Anschlussstifte gebildeten allgemein quadratischen
Form ist.
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Leitungsbereiche 5c des
Leitungsmusters 5, welche die Leitungsbereiche 5a mit
dem Leitungsbereich 5b verbinden, sind derart durch Drucken
gebildet, dass sie über
Zwischenräume
zwischen den GND-Anschlüssen 3a,
die an den jeweiligen Eckabschnitten angeordnet sind, durch die
Innenseite und die Außenseite
der durch die Anschlussstifte 3 gebildeten allgemein quadratischen
Form laufen. Jeder Zwischenraum, der zwischen den GND-Anschlüssen 3a definiert
ist, die an jedem Eckabschnitt angeordnet sind, kann in Übereinstimmung
mit der Breite des entsprechenden Leitungsbereichs 5c geändert werden.
Der Zwischenraum wird hierbei derart dimensioniert, dass ein Strom über den
Leitungsbereich 5c herausfließen kann und eine geringe Impedanz
zwischen den GND-Anschlüssen 3a erzielt
wird.
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Ferner
sind Ableitkondensatoren 6 zwischen dem Leitungsbereich 5a des
Leitungsmusters 5 und den jeweiligen Quellenanschlüssen 3b angeordnet. Folglich
kann die Länge
eines Verdrahtungselements für
jeden zwischen den Anschlüssen 3a, 3b angeordneten
Ableitkondensator 6 auf einen minimalen Wert verkürzt werden,
da die jeweiligen Quellenanschlüsse 3b neben
den jeweiligen GND-Anschlüssen 3a liegen.
Hierdurch kann verhindert werden, dass die von den Verdrahtungselementen
der Ableitkondensatoren 6 eingenommene Substratfläche deutlich
zunimmt.
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Die
Verbindungskonfigurationen der Ableitkondensatoren 6 werden
wie folgt auf der Grundlage der Größe jedes Ableitkondensators 6 bestimmt.
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Nachstehend
wird das Verhältnis
zwischen der Größe des Ableitkondensators 6 und
den Verbindungskonfigurationen unter Bezugnahme auf die 3A bis 3F beschrieben.
Die Verbindungskonfigurationen des Ableitkondensators 6 werden
in zwei Fälle
unterteilt. Beim ersten Fall entspricht eine Anordnungsrichtung
der benachbarten Anschlüsse GND-Anschluss 3a und
Quellenanschluss 3b einer Längsrichtung des Ableitkondensators 6 (Queranordnung),
und beim zweiten Fall verläuft
die Anordnungsrichtung senkrecht zur Längsrichtung des Ableitkondensators 6 (Längsanordnung).
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Die 3A bis 3F zeigen
schematisch Verbindungskonfigurationen von Ableitkondensatoren 6 verschiedener
Größe für die Fälle, bei
denen jeder Ableitkondensator in einer Quer- oder Längsanordnung
angeordnet ist. Insbesondere zeigen die 3A und
3D einen Fall, bei welchem der Ableitkondensator 6 eine
Abmessung S in der Längsrichtung
aufweist, die ausreichend größer als
das Intervall T zwischen dem GND-Anschluss 3a und
dem Quellenanschluss 3b ist, die 3B und 3E einen
Fall, bei welchem die Abmessung S größer als das Intervall T ist,
und die 3C und 3F einen Fall,
bei welchem die Abmessung S annähernd gleich
dem Intervall T ist. Ferner zeigen die 3A bis 3C den
Fall einer Queranordnung und die 3D bis 3F den
Fall einer Längsanordnung.
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Die
Enden des Ableitkondensators 6 sind, wie in den 3A bis 3C gezeigt,
jeweils mit einer Kontaktstelle 7a, die mit dem Leitungsmuster 5 gebildet
ist, und einer Kontaktstelle 7b verbunden, die sich vom
Quellenanschluss 3b aus erstreckt. Vergleicht man in den
verschiedenen Fällen
der 3A bis 3C die
Längen
der Strompfade vom Quellenanschluss 3b über den Ableitkondensator 6 zum GND-Anschluss 3a,
so ist der Strompfad in der Längsanordnung
kürzer
als der in der Queranordnung, wenn die Abmessung S des Ableitkondensators 6 größer als
das Intervall T zwischen dem GND-Anschluss 3a und dem Quellenanschluss 3b ist.
Wenn die Abmessung S demgegenüber
annähernd
gleich dem Intervall T ist, ist der Strompfad in der Queranordnung
kürzer
als der in der Längsanordnung.
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Folglich
sind der Ableitkondensator 6 und das Leitungsmuster 5 und
der Quellenanschluss 3b über eine Konfiguration elektrisch
miteinander verbunden, die auf der Grundlage des Verhältnisses
zwischen der Abmessung S des Ableitkondensators 6 und dem
Intervall T zwischen dem GND-Anschluss 3a und dem Quellenanschluss 3b gewählt wird,
um den Strompfad kurz auszulegen.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise kein Durchgangsloch (Kontaktloch)
auf dem Strompfad angeordnet, der sich hauptsächlich zwischen der Kontaktstelle 7b des
Ableitkondensators 6 als Quellenanschluss und dem Quellenanschluss 3b erstreckt.
Dies dient dazu, fast den gesamten Quellenstrom durch den Nahbereich
der Kontaktstellen 7b des Kondensators 6 zu führen. Eine
Hauptstromlinie vom Quellenanschluss 3b sollte nicht auf
dem Weg zum Ableitkondensator 6 abzweigen. Kein Durchgangsloch
bedeutet keine Abzweigung auf dem Weg.
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Die
den obigen Aufbau aufweisende Leiterplatte 1 bringt die
folgenden Vorteile hervor.
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Zunächst sind
die GND-Anschlüsse 3a an den
Eckabschnitten der durch die Anschlussstifte 3 gebildeten
allgemein quadratischen Form angeordnet und ist das auf der Leiterplatte 1 gebildete
Leitungsmuster 5 an den Eckabschnitten mit den GND-Anschlüssen 3a verbunden.
Hierdurch kann die Masseimpedanz zwischen den GND-Anschlüssen 3a verringert
werden.
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Folglich
kann das Auftreten einer Massepotentialanhebung (Ground Bounce)
eingeschränkt werden,
wenn ein Signalrückstrom
vom QFP-IC 2 fließt,
und verhindert werden, dass sich das Rauschen auf andere Schaltungen
ausbreitet. Da die Impedanzen zwischen den GND-Anschlüssen 3a des QFP-IC 2 und
zwischen den Ableitkondensatoren 6 verringert werden können, kann
ferner das durch einen Durchführungsstrom
erzeugte Rauschen, das in einem schaltenden MOSFET und dergleichen
erzeugt wird, der im QFP-IC 2 gebildet ist, verringert werden.
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Da
der Quellenanschluss 3b und der GND-Anschluss 3a nebeneinander
angeordnet sind, kann die Gegeninduktivität zwischen den jeweiligen Anschlüssen erhöht werden.
Die Gegeninduktivität arbeitet
derart, dass sie die Selbstinduktivität aufhebt. Folglich kann das
Auftreten einer gegenelektromotorischen Kraft durch Induktivität verringert
werden. Da die Länge
des Verdrahtungselements für
den Ableitkondensator (Entstörkondensator) 6 am
kürzesten
ausgelegt werden kann, wenn der Ableitkondensator 6 zwischen
den benachbarten Anschlüssen Quellenanschluss 3b und
GND-Anschluss 3a angeordnet
wird, kann ferner die ESL (parasitäre Reiheninduktivität) des Kondensators
minimiert werden, was zu einer Rauschminderung führt.
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Ferner
wird der Leitungsbereich 5b durch Set-Solid-Drucken in
einem Bereich gebildet, weicher den unteren Teil des QFP-IC 2 beinhaltet,
und werden die jeweiligen GND-Anschlüsse 3a über den Leitungsbereich 5b miteinander
verbunden, um dadurch eine geringe Impedanz zwischen den GND-Anschlüssen 3a zu
erzielen. Auf diese Weise können
die GND-Anschlüsse 3a stabilisiert
und der Rauschbetrag verringert werden. Ferner kann eine direkte
Strahlungsmenge vom QFP-IC 2 durch die Wirkung eines Bildstroms,
der im Leitungsmuster 5 unmittelbar unter dem QFP-IC 2 fließt, verringert
werden.
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Der
Rauschminderungseffekt bei einer Verwendung der gemäß obiger
Beschreibung aufgebauten Leiterplatte 1 wurde experimentell
mit dem einer herkömmlichen
Leiterplatte verglichen. Insbesondere wurde unter Berücksichtigung
der Leiterplatte 1 der vorliegenden Ausführungsform
eine in der 4A gezeigte Leiterplatte vorbereitet.
Bei der Leiterplatte sind Leitungsbereiche 5a an zwei Eckabschnitten
einer quadratischen Form vorgesehen und ist ein quadratischer Leitungsbereich 5b vorgesehen
und über Leitungsbereiche 5c mit
den Leitungsbereichen 5a verbunden. Ferner wurde eine in
der 4B gezeigte herkömmliche Leiterplatte als Vergleichsbeispiel vorbereitet,
bei der benachbarte zwei Anschlussstifte 3a', 3b', die an einer Seite einer quadratischen
Form angeordnet sind, derart festgelegt sind, dass sie ein Quellen-
bzw. ein Massepotential aufweisen. Anschließend wurde das Rauschen der
zwei Leiterplatten untersucht. Die Ergebnisse sind in der 5 gezeigt.
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Diese
Figur zeigt die Spannungsschwankungen im QFP-IC 2 in einem
bestimmten Frequenzbereich und den dem Rauschen entsprechenden Schwankungsbetrag.
In der 4B wurde die Schwankung an einem
geerdeten Anschluss 3b'' an der gegenüberliegenden
Seite der zwei Anschlussstifte 3a', 3b' gemessen. Die durchgezogene Linie beschreibt
die Spannungsschwankung bei der in der 4A gezeigten
Leiterplatte 1, und die gestrichelte Linie zeigt die Spannungsschwankung
bei der in der 4B gezeigten herkömmlichen
Leiterplatte.
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Das
Ergebnis zeigt, dass das Rauschen bei der in der 4A gezeigten
Leiterplatte 1 verglichen mit dem Rauschen bei der in der 4B gezeigten herkömmlichen
Leiterplatte ausreichend verringert ist. Gemäß obiger Beschreibung kann
das Rauschen bei der Leiterplatte 1 der vorliegenden Ausführungsform
verringert werden, ohne die von den Ableitkondensatoren 6 und
den Verdrahtungselementen dieser eingenommene Substratfläche zu vergrößern.
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Obgleich
die radialen Leitungsbereiche 5a an allen Eckabschnitten
der durch die einzelnen Anschlussstifte gebildeten allgemein quadratischen Form
angeordnet sind, ist es bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
nicht immer erforderlich, dass alle Eckabschnitte die radialen Leitungsabschnitte 5a aufweisen.
Die Leitungsbereiche 5a können beispielsweise, wie in 6 gezeigt,
an nur zwei Eckabschnitten angeordnet sein, die an beiden Enden
einer Seite der allgemein quadratischen Form angeordnet sind. Fernern
können
die Leitungsbereiche 5a, wie in 7 gezeigt,
an nur zwei diagonalen Eckabschnitten der allgemein quadratischen
Form gebildet sein.
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Ferner
sind die zwei an einer Ecke angeordneten GND-Anschlüsse 3a bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit dem Leitungsbereich 5a verbunden;
der Effekt der Verringerung der Masseimpedanz der GND-Anschlüsse 3a kann
jedoch erzielt werden, indem wenigstens ein GND-Anschluss 3a verbunden
wird. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass der Leitungsbereich 5a den
gesamten Raum einnimmt, der einen Winkel von ungefähr 90 Grad
aufweist und zwischen zwei Anschlüssen definiert ist, und es
kann beispielsweise die Hälfte
des Raumes vom Leitungsbereich 5a eingenommen werden. Ferner
ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, bei
welchem jeweilige Ende der einen Eckabschnitt bildenden Seiten mit Masseanschlüssen verbunden
sind, sondern kann auf einen Fall angewandt werden, bei dem nur
ein Ende mit einem Masseanschluss verbunden ist.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Leitungsbereich 5a radial
ausgebildet, mit einem Winkel von ungefähr 90 Grad; die vorliegende
Erfindung ist jedoch dann nicht hierauf beschränkt, wenn die Verdrahtungsbreite
bei einer Anordnung des Ableitkondensators auf W/21/2 gesetzt werden
kann, wobei W die maximale Länge
zwischen den GND-Anschlüssen 3a (2)
ist, d. h., der Leitungsbereich 5a weist eine Abmessung
in radialer Richtung auf, die wenigstens annähernd W/21/2 beträgt. D. h.,
die minimale Verdrahtungsbreite (Massebreite) sollte auch dann sichergestellt
sein, wenn die Leitungsbereiche 5a nicht ideal angeordnet
sind, bedingt durch die verschiedenen Teile, die auf der Leiterplatte
und dem Layout dieser angeordnet sind. Anschließend sollten die Anordnungen
der Ableitkondensatoren 6 (Längsanordnung, Queranordnung) angemessen
bestimmt werden, um das obige Verhältnis zu erfüllen.
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Ferner
kann, wie in 8A gezeigt, ein Massedurchgangsloch 10 gebildet
werden, um den Leitungsbereich 5a elektrisch mit einem
Leitungsmuster zu verbinden, das auf einer anderen Schicht gebildet ist
und ein Massepotential aufweist. Ferner kann, wie in 8B gezeigt,
ein Durchgangsloch 11 zur Signalübertragung für eine elektrische
Verbindung zwischen weiteren Schichten (z. B. zwischen der zweiten
und der dritten Schicht) gebildet werden, obgleich hierdurch keine
elektrische Verbindung des Leitungsbereichs 5a erreicht
wird.
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Obgleich
die vorstehend beschriebene Ausführungsform
beispielhaft den Fall beschreibt, bei welchem die einzelnen Anschlussstifte
derart angeordnet sind, dass sie eine allgemein quadratische Form
bilden, können
die einzelnen Anschlussstifte derart angeordnet werden, dass sie
eine allgemein polygonale Form (beispielsweise ein Viereck) bilden, auf
welche die vorliegende Erfindung ebenso anwendbar ist.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen
offenbart wurde, wird Fachleuten ersichtlich sein, dass sie auf
verschiedene Weisen ausgestaltet werden kann, ohne ihren Schutzumfang
zu verlassen, so wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.