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Dokumentenidentifikation DE102005017331A1 17.11.2005
Titel Schaltungsplatine
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Kuzmenka, Maksim, 81829 München, DE
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 14.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005017331
Offenlegungstag 17.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.11.2005
IPC-Hauptklasse H05K 1/02
Zusammenfassung Zur Bereitstellung einer Schaltungsplatine mit verbesserten elektrischen Merkmalen in Bezug auf eine Synchronisierung von Signalen weist eine Schaltungsplatine ein dielektrisches Substrat und eine Leiterbahn auf, die sich entlang einer Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt, wobei die Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei die Leiterbahn an dem ersten Abschnitt durch ein erstes Medium bedeckt ist, wobei das erste Medium durch ein Einkapselungselement aus einem dielektrischen Material gebildet ist, so dass sich die effektive dielektrische Konstante des ersten Mediums von der effektiven dielektrischen Konstante eines Mediums unterscheidet, das sich an dem zweiten Abschnitt über die Leiterbahn erstreckt. So kann eine Ausbreitungsgeschwindigkeitsdifferenz, wenn sich ein Signal entlang des ersten Abschnitts der Leiterbahn bewegt, in Bezug auf eine Signalausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals, das sich entlang des zweiten Abschnitts der Leiterbahn bewegt, erzeugt werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsplatine und insbesondere auf eine Schaltungsplatine mit verbesserten Zeitgebungscharakteristika unterschiedlicher Signale in einem Datenbus.

Oftmals besteht in der Computertechnologie, insbesondere in Computerteilsystemen und anderen Vorrichtungen zur Verteilung eines Signals über einen breiten Datenbus von einer ersten Einheit mit sehr kleinem Anschlussstiftabstand und/oder kleinen Abmessungen zu einer zweiten Einheit mit einem größeren Anschlussstiftabstand und/oder größeren Abmessungen ein topologisches Problem. Insbesondere wenn die erste Einheit zum Beispiel ein Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ist und die zweite Einheit zum Beispiel eine Reihe von Verbindungselementen ist, die beide auf einer Schaltungsplatine angeordnet sind, entsteht ein derartiges Problem, da die Anschlussstifte der ersten Einheit einen kleinen Anschlussstiftabstand aufweisen und die zweite Einheit einen viel größeren Anschlussstiftabstand zur festen und engen Verbindung der Reihe von Verbindungselementen aufweist. 4 zeigt eine derartige Anordnung, bei der eine Steuerung mit fünf Anschlussstiften (c1, c2, c3, c4 und c5 bezeichnet) mit einem DIMM-Speichermodul mit ebenso fünf Anschlussstiften (1d, 2d, 3d, 4d und 5d bezeichnet) verbunden werden muss. Aus Gründen der Einfachheit sind in 4 nur fünf Leitungen gezeigt, wobei ein Bus, der die Steuerung mit den DIMM verbindet, trotzdem mehr als fünf Leitungen aufweisen kann, wie zum Beispiel 64 Datenbusleitungen für 64 Bits. Hier weist die Speichersteuerung zum Beispiel Abmessungen von etwas 25 × 25 mm auf und die Speichersteuerung soll über den 5 (beziehungsweise 64) Bit breiten Datenbus mit dem DIMM-Speichermodul verbunden werden, wobei dort angesichts einer Signalsynchronisierung ein Problem entsteht, wenn das DIMM-Speichermodul zum Beispiel 135 mm lang ist, wie durch die vertikale Erstreckung des DIMM-Speichermoduls in 4 im Gegensatz zu den Abmessungen der Steuerung grob dargestellt ist. Einerseits muss vom Standpunkt einer Synchronisierung aus eine Verzögerung in jeder Bitleitung zwischen der Steuerung und dem DIMM gleich sein, um eine synchrone Schaltdatenübertragungsoperation zu schaffen. Andererseits ist dies sehr schwierig zu realisieren, da zum Beispiel der Anschlussstift c3 der Steuerung eine direkte Länge zu einem Anschlussstift 3d des DIMM aufweist, die offensichtlich kürzer ist als eine direkte Verbindung von dem Anschlussstift c1 der Steuerung zu dem Anschlussstift 1d des DIMM. Um dieses Problem zu überwinden, verwenden herkömmliche Techniken mäanderförmige Strukturen, um die Länge von Datenbusleitungen für Verbindungen zwischen Anschlussstiften des Datenbus, die sich näher aneinander befinden als andere Anschlussstifte des Datenbus, "künstlich" zu vergrößern. In 4 ist eine derartige mäanderförmige Struktur bei der Leitung, die den Anschlussstift c3 der Steuerung mit dem Anschlussstift 3d des DIMM verbindet, zu sehen. Ferner weisen eine Verbindung zwischen dem Anschlussstift c2 der Steuerung und dem Anschlussstift 2d des DIMM sowie eine Verbindung des Anschlussstifts c4 der Steuerung mit dem Anschlussstift 4d des DIMM ebenso mäanderförmige Strukturen auf. Die Summenlänge der mäanderförmigen Leitung jedoch ist nicht so groß wie die Amplitude der Mäander in der Leitung, die den Anschlussstift c3 der Steuerung mit dem Anschlussstift 3d des DIMM verbindet, da die Entfernung zwischen dem Anschlussstift c2 der Steuerung und dem Anschlussstift 2d des DIMM größer ist als die Entfernung des Anschlussstifts c3 der Steuerung zu dem Anschlussstift 3d des DIMM. Wie in 4 zu sehen ist, weisen die Verbindungsleitung zwischen dem Anschlussstift c1 der Steuerung und dem Anschlussstift 1d des DIMM sowie die Verbindungsleitung zwischen dem Anschlussstift c5 der Steuerung und dem Anschlussstift 5d des DIMM keine Mäander auf. Durch ein Bereitstellen einer derartigen mäanderförmigen Struktur in einem Datenbussystem kann eine Synchronisierung der aus der Steuerung ausgegebenen Signale realisiert werden, derart, dass die Signale an den Anschlussstiften des DIMM genau gleichzeitig ankommen und so Laufzeitunterschiede unter Verbindungsleitungen der unterschiedlichen Anschlussstifte der Steuerung und des DIMM ausgeglichen werden. Wenn jedoch eine Entfernung von der Steuerung zu dem DIMM klein ist, wird der Mittelbereich zwischen der Steuerung und dem DIMM durch Leiterbahnserpentinen (oder -mäander) besetzt und nur Leiterbahnen an den Rändern des Bus weisen keine Mäanderstruktur auf. Dies ist in 4 klar zu sehen, da der Raum 402 zwischen der Steuerung und dem DIMM in dem Bereich der Anschlussstifte c2 und c4 der Steuerung und der Anschlussstifte 2d bis 4d des DIMM nahezu vollständig mit Mäanderstrukturen gefüllt ist. Wie in 4 zu sehen ist, erfordern derartige Mäanderstrukturen mehrere Iterationen der Leitungsführung und verbrauchen dennoch zu viel Fläche. In einigen Fällen sind zusätzliche PCB-Schichten erforderlich. In 90% der Fälle jedoch werden derartige Strukturen noch manuell geführt.

So ist, um Führungscharakteristika für einen Speicherdatenbus zu verbessern, ein 64 Bits breiter Bus üblicherweise in Gruppen von 8 unterteilt und eine Zeitgebungs- sowie eine Synchronisierungs-/Längenanpassung wird nur innerhalb dieser kleinen Gruppen durchgeführt und deshalb kann die Leitungsführung der kleinen Gruppe von Leiterbahnen mit den Mäanderstrukturen leichter ausgeführt werden. Für eine Leiterbahnlängenanpassung wird normalerweise eine Mäanderstruktur verwendet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsplatine mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsplatine gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bei einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Schaltungsplatine bereit, die kleiner entworfen sein kann.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine Schaltungsplatine bereit, die eine Masse- oder eine leitende Zuführebene oder ein dielektrisches Substrat und eine Leiterbahn aufweist, die sich entlang einer Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt, wobei die Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei die Leiterbahn an dem ersten Abschnitt durch ein erstes Medium bedeckt ist, wobei das erste Medium durch ein Einkapselungselement aus einem dielektrischen Material gebildet ist, so dass sich eine effektive dielektrische Konstante des ersten Mediums von einer effektiven dielektrischen Konstante eines zweiten Mediums, das sich an dem zweiten Abschnitt über die Leiterbahn erstreckt, unterscheidet.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel basiert auf dem Wissen, dass eine Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals reduziert werden kann, wenn ein erster Abschnitt der Leiterbahn durch das Einkapselungselement bedeckt ist, das aus einem Medium mit einer ersten effektiven dielektrischen Konstante gebildet ist, und ein Medium mit einer zweiten effektiven dielektrischen Konstante sich über den zweiten Abschnitt der Leiterbahn erstreckt, wobei sich die erste effektive dielektrische Konstante von der zweiten effektiven dielektrischen Konstante unterscheidet. Ferner ist es durch ein Variieren einer Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn, der durch das Einkapselungselement bedeckt ist, möglich, die Verzögerungszeit eines Signals, das sich entlang der Leiterbahn ausbreitet, um eine vorbestimmte Menge zu variieren. Deshalb wird durch ein Auswählen einer geeigneten Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn, d.h. einer geeigneten Länge des Einkapselungselements, das den ersten Abschnitt der Leiterbahn bedeckt, eine definite bzw. bestimmte Verzögerung des sich entlang der Leiterbahn ausbreitenden Signals ermöglicht. Da die dielektrischen Konstanten des Substrats und der Abdeckung sowohl gleich als auch unterschiedlich sein könnten, ist die effektive dielektrische Konstante, die sich von der dielektrischen Konstante des Substrats oder der Abdeckung unterscheiden könnte, der relevante Parameter für Ausbreitungsverzögerungen auf der Leitung. Ferner resultiert eine effektive dielektrische Konstante in der relevanten Umgebung der Leiterbahn zum Beispiel, wenn eine Leiterbahn in Kontakt mit Schichten mit unterschiedlichem &egr; steht. Selbst Veränderungen der Geometrie jedoch haben einen Einfluss auf die effektive dielektrische Konstante, wie zum Beispiel eine dünne Abdeckschicht die dielektrische Konstante mehr erhöht als eine dicke.

Ein Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es möglich ist, bestimmte Signalverzögerungszeiten bereitzustellen, ohne Flächen-aufwändige mäanderförmige Strukturen zu verwenden. Um diese bestimmte Verzögerungszeit bereitzustellen, kann nur ein Einkapselungselement, das den ersten Abschnitt der Leiterbahn bedeckt, verwendet werden, wobei durch eine bestimmte Länge des Einkapselungselements, d.h. durch eine bestimmte Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn, eine bestimmte Signalverzögerung für die Leiterbahn auferlegt werden kann. Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine einfachere Leitungsführung der Leiterbahnen, da die Flächen-aufwändigen mäanderförmigen Strukturen weggelassen werden können.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Breite des ersten Abschnitts der Leiterbahn kleiner als eine Breite des zweiten Abschnitts der Leiterbahn. Unter Verwendung dieses Breitenunterschieds des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts der Leiterbahn ist es möglich, Signalreflexionen zu vermeiden, die möglicherweise aufgrund des schrittweisen Übergangs der effektiven dielektrischen Konstanten (und als Folge Stufe der charakteristischen Impedanz der Leiterbahn) des Mediums um den zweiten Abschnitt der Leiterbahn herum zu der effektiven dielektrischen Konstante des Materials, das das Einkapselungselement bildet, das den ersten Abschnitt der Leiterbahn bedeckt, auftreten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die effektive dielektrische Konstante des ersten Mediums im Wesentlichen gleich der effektiven dielektrischen Konstante des dielektrischen Substrats. Deshalb ist es möglich, dass der erste Abschnitt der Leiterbahn vollständig durch ein Material umgeben ist, das nahezu die gleiche effektive dielektrische Konstante aufweist, was zu einem homogenen elektrischen Fluss durch den ersten Abschnitt der Leiterbahn führt. Deshalb kann das elektrische Verhalten eines Signals, das sich entlang des ersten Abschnitts der Leiterbahn ausbreitet, leichter bestimmt werden als in einem Fall, in dem Materialien, die unterschiedliche effektive dielektrische Konstanten aufweisen, um den ersten Abschnitt der Leiterbahn herum positioniert sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung befinden sich das erste Medium und das zweite Medium auf einer Seite der Leiterbahn, die gegenüber von der Oberfläche des dielektrischen Substrats ist. Deshalb besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass das erste Medium, das das Einkapselungselement bildet, ohne Weiteres auf der Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet sein kann. Deshalb ist es möglich, ein billiges Herstellungsverfahren zum Bereitstellen des ersten Mediums, d.h. des Einkapselungselements, und des zweiten Mediums auf der Schaltungsplatine zu verwenden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zweite Medium ein Gas in der Umgebung der Schaltungsplatine auf. Dies bietet den Vorteil, dass fast keine Anstrengung unternommen werden muss, damit sich das zweite Medium über den zweiten Abschnitt der Leiterbahn erstreckt, da z.B. normale Luft als das zweite Medium auf dem zweiten Abschnitt der Leiterbahn verwendet werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Höhe des Einkapselungselements über dem ersten Abschnitt der Leiterbahn zumindest gleich einer Höhe einer dielektrischen Ebene zwischen der Leiterbahn und einer Masseebene oder einer Zuführebene, die üblicherweise 0,1 mm beträgt. Das Auswählen einer Höhe des Einkapselungselements, die höher als dies ist, spielt bei einer Veränderung des effektiven &egr; eine sekundäre Rolle. Das Einkapselungselement kann jedoch dadurch, dass eine Höhe so ausgewählt wird, dass sie über der Höhe zwischen der Leiterbahn und der Masse- oder Zuführebene liegt, robuster gemacht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsplatine ferner eine zweite Leiterbahn auf, die sich entlang der Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt, wobei die zweite Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt der zweiten Leiterbahn durch ein zweites Einkapselungselement bedeckt ist, wobei das zweite Einkapselungselement ein Medium mit einer effektiven dielektrischen Konstante aufweist, die sich von der effektiven dielektrischen Konstante eines Mediums unterscheidet, das sich über den zweiten Abschnitt der zweiten Leiterbahn erstreckt. Ein Vorteil einer so angeordneten Schaltungsplatine besteht darin, dass dies die Möglichkeit liefert, ein sich entlang der Leiterbahn ausbreitendes Signal zu verzögern sowie ein sich entlang der zweiten Leiterbahn ausbreitendes Signal zu verzögern. Deshalb kann eine bestimmte Verzögerung, wie z.B. keine Verzögerung der Signale, die sich entlang der Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn ausbreiten, durch eine geeignete Auswahl der Länge der ersten Abschnitte der ersten und der zweiten Leiterbahn, sowie eine geeignete Auswahl der effektiven dielektrischen Konstanten der Einkapselungselemente, die den ersten Abschnitt der ersten und der zweiten Leiterbahn bedecken, eingerichtet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist das zweite Einkapselungselement ein Abschnitt des durch das erste Medium gebildeten Einkapselungselements. Ein Vorteil eines so gebildeten zweiten Einkapselungselements besteht darin, dass dieses ohne weiteres aufgebaut werden kann, wenn das durch das erste Medium gebildete Einkapselungselement bereitgestellt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich eine Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn von einer Länge des ersten Abschnitts der zweiten Leiterbahn. Deshalb besteht ein Vorteil einer so aufgebauten Schaltungsplatine darin, dass sich eine Verzögerung eines sich entlang der Leiterbahn ausbreitenden Signals von einer Verzögerung eines weiteren Signals, das sich entlang der zweiten Leiterbahn ausbreitet, unterscheiden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Patentanmeldung ist die Länge der Leiterbahn kürzer als die Länge der zweiten Leiterbahn und die Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn ist größer als die Länge des ersten Abschnitts der zweiten Leiterbahn. Eine so aufgebaute Schaltungsplatine liefert den Vorteil, dass ein sich entlang der Leiterbahn ausbreitendes Signal stärker verzögert wird als ein sich entlang der zweiten Leiterbahn ausbreitendes Signal. Dies kann insbesondere realisiert werden, wenn die effektiven dielektrischen Konstanten des Einkapselungselementes auf der Leiterbahn und des Einkapselungselements der zweiten Leiterbahn höher sind als eine effektive dielektrische Konstante eines Mediums, das sich über die zweiten Abschnitte der Leiterbahn und der zweiten Leiterbahn erstreckt. Deshalb kann eine größere Signalverzögerung für ein Signal, das sich entlang der Leiterbahn ausbreitet, im Gegensatz zu einer Signalverzögerung eines sich entlang der zweiten Leiterbahn ausbreitenden Signals realisiert werden. Wenn die zweite Leiterbahn länger ist als die Leiterbahn, ist es durch eine so aufgebaute Schaltungsplatine möglich, die Verzögerungszeiten der Signale derart einzustellen, dass eine Gesamtausbreitungszeit des ersten sich entlang der Leiterbahn ausbreitenden Signals gleich einer Ausbreitungszeit des zweiten sich entlang der zweiten Leiterbahn ausbreitenden Signals ist. Deshalb ist es möglich, eine Einstellung von Zeitgebungs- oder Synchronisierungsaspekten auf die Länge der ersten und der zweiten Leiterbahn, auf denen sich die Signale ausbreiten, bereitzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Patentanmeldung, ist ein erster Anschluss einer ersten Elektronikkomponente über die Leiterbahn mit einem ersten Anschluss einer zweiten Elektronikkomponente verbunden und der zweite Anschluss der zweiten Elektronikkomponente ist über die zweite Leiterbahn mit einem zweiten Anschluss der zweiten Elektronikkomponente verbunden. Eine so angeordnete Schaltungsplatine bietet den Vorteil, dass die Zeitgebungs- oder Synchronisierungsanforderungen der ersten Elektronikkomponente und der zweiten Elektronikkomponente ohne Weiteres eingestellt werden können, ohne unterschiedliche Leiterbahnlängen zu berücksichtigen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schaltungsplatine eine dritte Leiterbahn auf, die sich entlang der Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt, wobei die dritte Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt der dritten Leiterbahn durch ein drittes Einkapselungselement bedeckt ist, wobei das dritte Einkapselungselement ein Medium mit einer effektiven dielektrischen Konstante, die sich von der effektiven dielektrischen Konstante eines Mediums unterscheidet, das sich über den zweiten Abschnitt der dritten Leiterbahn erstreckt, aufweist. Zusätzlich kann das dritte Einkapselungselement als ein Abschnitt des durch das erste Medium gebildeten Einkapselungselements gebildet sein. Ein Vorteil einer so aufgebauten Schaltungsplatine besteht darin, dass diese ein ohne Weiteres erzeugbares Einkapselungselement bereitstellt, da das Einkapselungselement z.B. durch nur ein einzelnes Element, das an der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine zu fixieren ist, bereitgestellt werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn kleiner als die Länge des ersten Abschnitts der dritten Leiterbahn, wobei sich der erste Abschnitt der Leiterbahn zwischen dem ersten Abschnitt der zweiten Leiterbahn und dem ersten Abschnitt der dritten Leiterbahn befindet. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Patentanmeldung weist das Einkapselungselement die Form einer konvexen Linse auf. Ein Vorteil einer so aufgebauten Schaltungsplatine besteht darin, dass das Einkapselungselement ohne weiteres z.B. in einem voraufgebauten Element aufgebaut werden kann, und so Produktionskosten der Schaltungsplatine reduziert werden können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Einkapselungselement an die Oberfläche des dielektrischen Substrats auf den Leiterbahnen geklebt oder auf dieselbe gedruckt. Ein Vorteil einer so aufgebauten Schaltungsplatine besteht darin, dass die Produktionskosten einer derartigen Schaltungsplatine aufgrund der Verwendung üblicher verfügbarer Produktionstechniken für Schaltungsplatinen gesenkt werden können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Patentanmeldung weist das dielektrische Substrat eine weitere Oberfläche gegenüber der Oberfläche, die die Leiterbahn umfasst, auf, wobei die weitere Oberfläche mit einer Masseebene bedeckt ist. Ein Vorteil einer so aufgebauten Schaltungsplatine besteht darin, dass sie eine ohne Weiteres verbindbare Masseschicht bereitstellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsplatine;

2 eine Draufsicht eines Details des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Schaltungsplatine gemäß 1;

3 eine Querschnittsseitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsplatine; und

4 eine Draufsicht einer herkömmlichen Schaltungsplatine mit mäanderförmigen Leiterbahnen.

Es wird angemerkt, dass die folgende Beschreibung der vorliegenden Erfindung sich lediglich beispielhaft auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht.

1 zeigt eine Draufsicht einer Schaltungsplatine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang der Normalachse auf eine Hauptoberfläche eines Substrats der Schaltungsplatine, wobei die Hauptoberfläche deshalb den weißen Hintergrund der Figur bildet und allgemein durch das Bezugszeichen 10 angezeigt ist. 1 zeigt wieder eine Steuerung, wie z.B. eine Schaltungsvorrichtung, die fünf Anschlussstifte aufweist, die durch die Bezugszeichen c1 bis c5 bezeichnet sind, und ein DIMM (DIMM = dual inline memory module = Dual-Inline-Speichermodul) mit fünf Anschlussstiften, die durch die Bezugszeichen 1d bis 5d bezeichnet sind. Ferner ist der Steueranschlussstift c1 durch eine erste Leiterbahn 100 mit dem DIMM-Anschlussstift 1d verbunden. Der Steuerungsanschlussstift c2 ist durch eine zweite Leiterbahn 102 mit dem DIMM-Anschlussstift 2d verbunden. Der Steuerungsanschlussstift c3 ist mit dem DIMM-Anschlussstift 3d durch eine dritte Leiterbahn 104 verbunden, wohingegen der Steuerungsanschlussstift c4 mit dem DIMM-Anschlussstift 4d durch eine vierte Leiterbahn 106 verbunden ist und der Steuerungsanschlussstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d durch eine fünfte Leiterbahn 108 verbunden ist. Zwischen der Steuerung und dem DIMM ist ein Einkapselungselement 110 derart auf der Oberfläche 10 positioniert oder aufgebracht, dass es einen Teil jeder der ersten bis fünften Leiterbahn 100 bis 108 bedeckt. Insbesondere weist die fünfte Leiterbahn 108 z.B. einen ersten Abschnitt 112, der durch das Einkapselungselement 110 bedeckt ist, und einen zweiten Abschnitt 114 auf, der durch das Einkapselungselement 110 nicht bedeckt ist. Das Einkapselungselement 110 ist z.B. aus einem Material aufgebaut, das nahezu die gleiche effektive dielektrische Konstante aufweist wie das Substrat 116 auf der Oberfläche 10, auf der alle in 1 gezeigten Elemente angeordnet sind. Da das Einkapselungselement 110 die Form einer konvexen Linse aufweist, wie in 1 gezeigt ist, weist eine Leiterbahn, die unter dem Einkapselungselement 110 in der Mitte dieses Elements quert, einen größeren (ersten) Abschnitt, der durch das Einkapselungselement 110 bedeckt ist, auf als eine Leiterbahn, die unter dem Einkapselungselement in einer Region, in der das Einkapselungselement 110 eine geringer Breite aufweist, quert. Dies kann exemplarisch Bezug nehmend auf die dritte Leiterbahn 104, die den Steuerungsanschlussstift c3 mit DIMM-Anschlussstift 3d verbindet, sowie die fünfte Leiterbahn 108, die den Steuerungsanschlussstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d verbindet, gezeigt werden. Da die dritte Leiterbahn 104, die den Steuerungsanschlussstift c3 mit dem DIMM-Anschlussstift 3d verbindet, direkt unter dem Einkapselungselement 110 in der Mitte quert, bedeckt das Einkapselungselement 110 einen großen Teil der dritten Leiterbahn 104, die den Steuerungsanschlussstift c3 mit dem DIMM-Anschlussstift 3d verbindet. Im Gegensatz dazu bedeckt das Einkapselungselement 110 nur einen kleinen Teil der fünften Leiterbahn 108, die den Steuerungsanschlussstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d verbindet. Deshalb ist ein erster Abschnitt der dritten Leiterbahn 104, die den Steuerungsanschlussstift c3 mit dem DIMM-Anschlussstift 3d verbindet, größer als ein erster Abschnitt 112 der fünften Leiterbahn 108, die den Steuerungsanschlussstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d verbindet. Wenn eine effektive dielektrische Konstante des Einkapselungselements höher ist als z.B. eine effektive dielektrische Konstante eines Mediums, das sich über die zweiten Abschnitte der Leiterbahnen erstreckt, weist ein Signal, das sich entlang des ersten Abschnitts der dritten Leiterbahn 104 ausbreitet, die den Steuerungsanschlussstift c3 mit dem DIMM-Anschlussstift 3d verbindet, eine größere Verzögerung auf als ein Signal, das sich entlang des ersten Abschnitts 112 der fünften Leiterbahn 108 ausbreitet, die den Steuerungsanschlusstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d verbindet. Deshalb ist es möglich, eine höhere Signalverzögerung auf der dritten Leiterbahn 104 in Bezug auf eine Signalverzögerung auf der fünften Leiterbahn 108 bereitzustellen, derart, dass die Signale zu einer gleichen Zeit an den DIMM-Anschlussstiften 3d und 5d ankommen. Das zweite Medium, das eine niedrigere effektive dielektrische Kostante als das erste Medium aufweist, das das Einkapselungselement 110 bildet, kann z.B. normale Luft sein, die normalerweise die Beziehung der effektiven dielektrischen Konstanten erfüllt. Da das Einkapselungselement eine ovale oder elliptische Form aufweist, wie in 1 gezeigt ist, kann die Aussage getroffen werden, dass das Einkapselungselement durch eine dielektrische Linse gebildet wird, die auf der Oberfläche 10, die die in 1 gezeigte Leiterbahn bedeckt, gebildet ist.

Ferner ist das Segment 118 der fünften Leiterbahn 108, die den Steuerungsanschlussstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d verbindet, in 2 detaillierter gezeigt.

2 zeigt eine Draufsicht des Segments 118 der fünften Leiterbahn 108, die den Steuerungsanschlussstift c5 mit dem DIMM-Anschlussstift 5d verbindet, wie in 1 gezeigt. Die fünfte Leiterbahn 108, die in 2 gezeigt ist, weist den ersten Abschnitt 112 und den zweiten Abschnitt 114 auf, wobei der erste Abschnitt durch das Einkapselungselement 110 bedeckt ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Schnittbreite des ersten Abschnitts 112 der fünften Leiterbahn 108 kleiner als eine Schnittbreite des zweiten Abschnitts 114 der fünften Leiterbahn 108. So können eine charakteristische Impedanz aller abgeglichener Segmente 202, 112, 114 und eine Signalreflexion eines Signals, das von dem Steuerungsseitenende 202 der fünften Leiterbahn 108 kommt, reduziert werden, wenn das Signal in den ersten Abschnitt 112 der fünften Leiterbahn 108 eintritt, der ein dielektrisches Material mit einer höheren effektiven dielektrischen Konstante aufweist, das den ersten Abschnitt 112 der fünften Leiterbahn 108 umgibt. So kann der Signalpegel eines Signals, das sich entlang der fünften Leiterbahn 108 bewegt, verbessert werden, da Signalreflexionen reduziert werden.

3 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsplatine. Eine Schaltungsplatine 300 weist ein dielektrisches Substratmaterial 302 auf, das eine effektive dielektrische Konstante von z.B. &egr; = 4,2 aufweist. Das dielektrische Substrat 302 weist eine erste Hauptoberfläche 304 und eine zweite Oberfläche 306 auf, wobei die erste Hauptoberfläche 304 der zweiten Hauptoberfläche 306 gegenüber liegt. Eine Masseebene 308 ist an der ersten Hauptoberfläche 304 angeordnet. Ferner weist das dielektrische Substrat 302 eine Höhe 303 von 0,087 mm auf. Ferner sind eine erste Leiterbahn 310 und eine zweite Leiterbahn 312 auf der zweiten Oberfläche 306 des dielektrischen Substrats 302 angeordnet. Die erste Leiterbahn 310 weist eine Breite 314 von 0,06 mm auf, wobei die zweite Leiterbahn 312 eine Breite 316 von 0,1 mm aufweist.

Zusätzlich ist die erste Leiterbahn 310 durch ein Einkapselungselement 318 bedeckt. Das Einkapselungselement 318 ist vorzugsweise gleich dem in den 1 und 2 gezeigten Einkapselungselement 110. Vorzugsweise weist das Einkapselungselement eine Höhe 320 von 0,5 mm auf und weist ein dielektrisches Material mit einer effektiven dielektrischen Konstante von z.B. &egr; = 4,2 auf. In dem Fall, dass das Einkapselungselement 318 wie eine konvexe Linse in einer Richtung senkrecht zu der Zeichenrichtung (wie das Einkapselungselement 110 der 1 und 2) gebildet ist, kann die Aussage getroffen werden, dass das Einkapselungselement 318 eine dielektrische Linse ist. So ist die erste Leiterbahn 310 durch das Einkapselungselement mit der effektiven dielektrischen Konstante &egr; = 4,2 bedeckt, wobei die zweite Leiterbahn nicht durch ein derartiges Einkapselungselement bedeckt ist. Im Gegensatz zu der Struktur um die erste Leiterbahn 310 herum ist die zweite Leiterbahn 312 z.B. durch normale Luft umgeben, die eine effektive dielektrische Konstante aufweist, die üblicherweise geringer ist als die effektive dielektrische Konstante des Einkapselungselements 318. Aus diesem Grund weist ein Signal, das sich entlang der zweiten Leiterbahn bewegt, eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit auf als ein Signal, das sich entlang der ersten Leiterbahn 310 bewegt, die durch das Einkapselungselement 318 bedeckt ist. Deshalb kann man sagen, dass die zweite Leiterbahn 312 eine frei laufende Leiterbahn (vorzugsweise eine frei laufende PCB-Leiterbahn) ist, wobei die erste Leiterbahn 310 als eine verzögerte Leiterbahn (vorzugsweise eine verzögerte PCB-Leiterbahn) bezeichnet werden kann.

Ferner offenbart 3 eine unterschiedliche Schnittbreite der ersten Leiterbahn 310 und der zweiten Leiterbahn 312. Wie oben erwähnt wurde, liefern diese unterschiedlichen Schnittbreiten eine Reduktion von Signalreflexionen, wenn das Signal von einer frei laufenden Leiterbahn in den Abschnitt einer verzögerten Leiterbahn übertragen wird, wie z.B. in 2 gezeigt ist. Ferner ist es möglich, die resultierende Struktur z.B. mit einem Lack zu bedecken, um die in 3 gezeigten Elemente vor mechanischen oder chemischen Einflüssen zu schützen. Es ist jedoch auch möglich, zuerst die erste Leiterbahn 310 und die zweite Leiterbahn 312 mit einem Lack zu bedecken und dann einen Abschnitt der ersten Leiterbahn 310 mit einem Einkapselungselement 318 zu bedecken. In einem derartigen Fall ist es möglich, den Lack als eine Art Haftmaterial zur Befestigung des Einkapselungselements 318 über einem Abschnitt der ersten Leiterbahn 310 zu verwenden. Da eine Lackschicht häufig extrem dünn ist und häufig eine unterschiedliche effektive dielektrische Konstante als das dielektrische Substrat 302 aufweist, beeinflusst der Lack die elektrischen Merkmale der ersten Leiterbahn 310 und der zweiten Leiterbahn 312 im Wesentlichen nicht. Er schafft jedoch ein gut vorhersehbares elektrisches Verhalten der Struktur, die das dielektrische Substrat 312, die erste Leiterbahn 310 und das Einkapselungselement 318 aufweist, wobei das Einkapselungselement 318 vorzugsweise die oben erwähnte minimale Höhe aufweisen sollte.

Ferner ist es möglich, das Einkapselungselement durch ein anfängliches Bedecken des Substrats und der Leiterbahn mit einem Material, aus dem die Einkapselung gebildet werden soll, bereitzustellen. Als zweites kann eine Druckprozedur verwendet werden, um das Material an den Abschnitten, die nicht durch das Einkapselungselement bedeckt werden sollen, herauszudrücken. Dies resultiert in einer Struktur, in der ein vollständiger Film des Materials, das das Einkapselungselement bildet, das Substrat und die Leiterbahn bedeckt, wobei an den Abschnitten, an denen das Einkapselungselement gebildet ist, der Film des Materials eine größere Dicke aufweist als an den Abschnitten, an denen kein Einkapselungselement gebildet ist. Durch eine derartige Variation der Dicke des Films weist ein Medium, das das Einkapselungselement an dem ersten Abschnitt der Leiterbahn bildet, eine unterschiedliche dielektrische Konstante auf als ein Medium, das sich über die Leiterbahn an einem zweiten Abschnitt erstreckt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der bevorzugte Ansatz eine elektrische Längenanpassung basierend auf der Feststellung bereitstellt, dass eine Signalausbreitungsgeschwindigkeit in z.B. einer PCB-Leiterbahn von der effektiven dielektrischen Permittivität des Platinensubstrats abhängt. Ein Stück dielektrischen Materials mit z.B. einer linsenartigen Form kann auf die Oberseite der PCB-Leiterbahn geklebt werden, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Als ein Ergebnis leiten Leiterbahnen, die mit der Mitte des DIMM-Moduls verbunden sind, im Wesentlichen über den Platinenbereich mit höherer effektiver dielektrischer Permittivität weiter, wobei als eine Folge Signale, die sich auf diesen Leiterbahnen bewegen, eine höhere Verzögerung pro Längeneinheit aufweisen als Leiterbahnen an den Rändern, die entlang der PCB laufen und die die elektrische Linse fast nicht berühren. Wenn die Form der Linse geeignet berechnet wird, weisen alle Bit-Leiterbahnen die gleiche elektrische Länge auf, selbst wenn die geometrische Länge unterschiedlich ist. Um Signalreflexionen und so Signalreduktionen zu verhindern, sollte die charakteristische Impedanz entlang der Leiterbahn nicht verändert werden. Deshalb muss die Leiterbahnbreite unter der dielektrischen Linse kleiner sein als die Leiterbahnbreite, die nicht durch die dielektrische Linse bedeckt ist, wie in den 2 und 3 der vorliegenden Patentanmeldung gezeigt ist. Der Querschnitt der PCB-Schichtung ist in 3 gezeigt. Die in Bezug auf eine Struktur gemäß Anspruch 3 ausgeführte Simulation lieferte das Ergebnis, dass eine Signalverzögerung und eine charakteristische Impedanz der ersten Leiterbahn 310 und der zweiten Leiterbahn 312 gleich sind (0,7 ns, 60 &OHgr;), wenn die frei laufende Leiterbahn (zweite Leiterbahn 312) eine Länge von 127 mm aufweist und die verzögerte Leiterbahn (erste Leiterbahn 310) eine Länge von 100 m aufweist. Weitere Abmessungen der für die Simulation verwendeten Struktur wurden oben bei der Beschreibung von 3 erwähnt.

Die folgende Liste der Bezugszeichen entspricht den Zeichnungen.

c1erster Anschlussstift der Steuerung c2zweiter Anschlussstift der Steuerung c3dritter Anschlussstift der Steuerung c4vierter Anschlussstift der Steuerung c5fünfter Anschlussstift der Steuerung 1derster Anschlussstift des DIMM 2dzweiter Anschlussstift des DIMM 3ddritter Anschlussstift des DIMM 4dvierter Anschlussstift des DIMM 5dfünfter Anschlussstift des DIMM 100erste Leiterbahn 102zweite Leiterbahn 104dritte Leiterbahn 106vierte Leiterbahn 108fünfte Leiterbahn 110Einkapselungselement 112erster Abschnitt der fünften Leiterbahn 108 114zweiter Abschnitt der fünften Leiterbahn 108 116dielektrisches Substrat 118Detailabschnitt der fünften Leiterbahn 108 202Steuerungsseite der fünften Leiterbahn 108 300Schaltungsplatine 302dielektrisches Substrat 303Höhe des dielektrischen Substrats 302 304erste Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 302 306zweite Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 302 308Masseebene 310erste Leiterbahn 312zweite Leiterbahn 314Breite der ersten Leiterbahn 310 316Breite der zweiten Leiterbahn 312 318Einkapselungselement 320Höhe des Einkapselungselements 318 402Mäanderstrukturen

Anspruch[de]
  1. Eine Schaltungsplatine (300) mit folgenden Merkmalen:

    einem dielektrischen Substrat (302); und

    einer Leiterbahn (310), die sich entlang einer Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt, wobei die Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei die Leiterbahn an dem ersten Abschnitt durch ein erstes Medium bedeckt ist, wobei das erste Medium durch ein Einkapselungselement (318) aus einem dielektrischen Material gebildet ist, so dass sich eine effektive dielektrische Konstante des ersten Mediums von einer effektiven dielektrischen Konstante eines zweiten Mediums, das sich an dem zweiten Abschnitt über die Leiterbahn erstreckt, unterscheidet.
  2. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 1, bei der eine Breite des ersten Abschnitts der Leiterbahn kleiner ist als eine Breite des zweiten Abschnitts der Leiterbahn.
  3. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die effektive dielektrische Konstante des ersten Mediums höher ist als die effektive dielektrische Konstante des zweiten Mediums.
  4. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die effektive dielektrische Konstante des ersten Mediums im Wesentlichen gleich der effektiven dielektrischen Konstante des dielektrischen Substrats ist.
  5. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste Medium und das zweite Medium sich auf einer Seite der Leiterbahn befinden, die gegenüber von der Oberfläche des dielektrischen Substrats ist.
  6. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das zweite Medium in der Umgebung der Schaltungsplatine ein Gas aufweist.
  7. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine Höhe des Einkapselungselements (318) an dem ersten Abschnitt der Leiterbahn zumindest gleich einer Höhe zwischen der Leiterbahn und einer Masse- oder Zuführebene ist.
  8. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner folgendes Merkmal aufweist:

    eine zweite Leiterbahn, die sich entlang der Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt.
  9. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 8, bei der die zweite Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt der zweiten Leiterbahn durch ein zweites Einkapselungselement bedeckt ist, wobei das zweite Einkapselungselement ein drittes Medium mit einer effektiven dielektrischen Konstante aufweist, die sich von der effektiven dielektrischen Konstante eines vierten Mediums unterscheidet, das sich über den zweiten Abschnitt der zweiten Leiterbahn erstreckt.
  10. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 9, bei der das zweite Einkapselungselement einstückig mit dem durch das erste Medium gebildeten Einkapselungselement gebildet ist.
  11. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der sich eine Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn von einer Länge des ersten Abschnitts der zweiten Leiterbahn unterscheidet.
  12. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 11, bei der sich eine Länge der Leiterbahn von einer Länge der zweiten Leiterbahn unterscheidet.
  13. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 12, bei der die Länge der Leiterbahn kürzer ist als die Länge der zweiten Leiterbahn und die Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn größer ist als die Länge des ersten Abschnitts der zweiten Leiterbahn.
  14. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der das zweite Medium dem vierten Medium entspricht.
  15. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die Länge des ersten und des zweiten Abschnitts der ersten und der zweiten Leiterbahn und die Differenz zwischen der effektiven dielektrischen Konstante des ersten Mediums und des zweiten Mediums und zwischen der effektiven dielektrischen Konstante des dritten und des vierten Mediums derart einstellbar sind, dass die elektrische Länge der ersten Leiterbahn im Wesentlichen gleich der elektrischen Länge der zweiten Leiterbahn ist.
  16. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15, bei der ein erster Anschluss einer ersten Elektronikkomponente über die Leiterbahn mit einem ersten Anschluss einer zweiten Elektronikkomponente verbunden ist und der zweite Anschluss der ersten Elektronikkomponente über die zweite Leiterbahn mit einem zweiten Anschluss der zweiten Elektronikkomponente verbunden ist.
  17. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, die ferner folgendes Merkmal aufweist:

    eine dritte Leiterbahn, die sich entlang der Oberfläche des dielektrischen Substrats erstreckt, wobei die dritte Leiterbahn einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei die dritte Leiterbahn durch ein drittes Einkapselungselement bedeckt ist, wobei das dritte Einkapselungselement ein fünftes Medium mit einer effektiven dielektrischen Konstante aufweist, die sich von der effektiven dielektrischen Konstante eines sechsten Mediums unterscheidet, das sich über den zweiten Abschnitt der dritten Leiterbahn erstreckt.
  18. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 17, bei der das dritte Einkapselungselement einstückig mit dem durch das erste Medium gebildeten Einkapselungselement gebildet ist.
  19. Die Schaltungsplatine gemäß Anspruch 17 oder 18, bei der eine Länge des ersten Abschnitts der Leiterbahn länger ist als die Länge des ersten Abschnitts der dritten Leiterbahn, und bei der sich der erste Abschnitt der Leiterbahn zwischen dem ersten Abschnitt der zweiten Leiterbahn und dem ersten Abschnitt der dritten Leiterbahn befindet.
  20. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 9 bis 19, bei der das Einkapselungselement die Form einer konvexen Linse aufweist.
  21. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der das Einkapselungselement auf die Oberfläche des dielektrischen Substrats geklebt oder gedruckt ist.
  22. Die Schaltungsplatine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der das dielektrische Substrat eine weitere Oberfläche aufweist, die der Oberfläche gegenüberliegt, entlang der sich die Leiterbahn erstreckt, wobei die weitere Oberfläche mit einer Masseebene, die ein Metallmaterial aufweist, bedeckt ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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