Planarfilter

Abstract

 Um bei einem Planarfilter mit vielen, durch einen Träger (1) geführten Signalstiften, von denen jeder einen Kondensator aufweist, mit einem mit dem Signalstift verbundenen Signalbelag (3), einem mit Masse verbundenen Massebelag (4) sowie einer beide trennenden dielektrischen Schicht, Störkapazitäten zwischen den Signalelektroden zu unterdrücken, wird es monolithisch aufgebaut. Auf den das Dielektricum bildende, aus einer Masse höherer Dielektrizitätskonstante als Block geformte und nach Formung und Lochung gesinterte und geschliffene Träger (1) sind die Elektroden der Kondensatoren aufgebracht, wobei die Masseelektrode (4) die eine der Seitenflächen des Trägers (1), abgesehen von den Stiftdurchführungen (2) der Signalstifte und deren Umgebung, ganzflächig überdeckt, und wobei die Signalelektroden (3) auf der anderen Seitenfläche des Trägers (1) von den Stiftdurchführungen (2) der Signalstifte ausgehende, sich zum Rand des Trägers (1) hin erstreckende, inselförmige Bereiche bilden. Dieses Planarfilter wird vorteilhaft mit einer Stützplatte versehen beispielsweise in auf Platinen aufgelöteten Steckverbindern eingesetzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Planarfilter für Steckverbinder mit einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneter, zu verbindender Signalstifte, mit einem Träger, der für jede dieser Signalstifte eine Öffnung und im Bereich jeder dieser Öffnungen einen Kondensator mit einem ersten Belag, verbunden mit der zugeordneten Signalleitung, einem zweiten Belag, zur Verbindung mit Masse, sowie ein schichtförmiges Dielektricum zwischen erstem und zweiten Belag aufweist.

[0002] Bei vielpoligen Steckverbindern, wie sie für die Übermittlung von digitalen oder analogen Messsignalen von Vielfach-Messeinrichtungen oder bei Hochgeschwindigkeits-Übermittlung von Informationen eingesetzt werden, besteht die Notwendigkeit einer Filterung, um eingestreute Störsignale auszufiltern. Dieses Ausfiltern von eingestreuten Störsignalen erfolgt im allgemeinen mit Kondensatoren, von denen je einer für jede ein Signal führende Leitung vorgesehen ist. Dazu werden die Kondensatoren vorteilhaft in Planarfilter zusammengefasst und in die Steckverbinder eingesetzt, wobei die Planarfilter von den Signalleitungen durchsetzt sind und für jede der Signalleitungen mindestens ein Kondensator vorgesehen ist, die auf einem im allgemeinen aluminiumoxidischen Träger angeordnet sind. Die FR-PS 2 422 268 beschreibt einen solchen Steckverbinder mit einer Filterung für jeden Steckerstift, die in einer mit Löchern versehenen Keramikplatte eingesetzt und von dieser getragen sind. Jede Kondensatoranordnung besteht aus einem dielektrischen Keramikplättchen, das seinerseits auf der einen Seite mit von den Bereichen der Stiftdurchführungen abgesehen durchgehenden Erdungselektroden und auf der anderen Seite mit den Steckerstiften elektrisch verbundenen inselförmigen Signalelektroden versehen ist, wobei der Auftrag der Elektroden - wie aus US-PS 4 007 296 bekannt - im Siebdruckverfahren erfolgt, mit den üblichen Pasten auf Edelmetall-Basis (u.a. auch Palladium). Die Erdungselektroden gehen in laterale Metallisierungen über, die mit dem metallischen Gehäuse verbunden die Masseableitung für die Kondensatoren der Signalelektroden zum Steckergehäuse und dann weiter zum angeschlossenen Gerät darstellen. Ein anderes Filter wird dadurch gebildet, dass auf den Träger entweder eine Masseelektrode mit Aussparungen für die Steckerstifte oder die der Anzahl der Steckerstifte entsprechende Anzahl von Signalelektroden aufgebracht ist, darauf eine dielektrische Schicht und darauf schließlich die andere Elektroden-Belegung. also die der Anzahl der Steckerstifte entsprechende Anzahl von Signalelektroden bzw. eine Masseelektrode mit Aussparungen für die Steckerstifte (EU-PS 0 124 264; US-PS 3 267 342; US-PS 3 544 434); diese Anordnung wird dann mit einem Überzug aus einem beständigen Material, etwa einem Lack vor äußeren Einflüssen geschützt. Jedoch wird auch hier der Träger von einem aluminiumoxidischen Material gebildet, auf den die Elektroden mit dazwischen liegender dielektrischer Schicht im allgemeinen mittels Siebdrucktechnik aufgebracht sind. Bei diesen Filtern werden die leitenden und auch die dielektrischen Schichten nach Art eines "Sandwiches" mittels Siebdrucktechnik aufgebracht, was wegen der dünnen dielektrischen Schichten Probleme bei der Spannungsfestigkeit bedingt. Da benachbarte Signalelektroden einen nur geringen Abstand voneinander aufweisen, kann eine kapazitive Kopplung über unvermeidbare Kreuzkapazitäten nicht ausgeschlossen werden; diese Kopplung ist jedoch bei den bekannten Planarkondensatoren äußerst gering: die einander zugewandten Stirnflächen der Signalelektroden sind wegen deren geringen Schichtdicke äußerst klein, ebenso sind die Schichtdicken der dielektrischen Schichten äußert gering, so dass auch die dadurch gegebene Kreuzkapazität äußert gering ist und das Problem des Übersprechens in den Hintergrund tritt. Die Herstellung solcher Planarfilter erfordert weiter ein abwechselndes Aufbringen metallischer Beläge und dielektrischer Beläge und ist daher (relativ) aufwendig. Desweiteren mangelt es solchen Planarfiltern an Spannungsfestigkeit. Um die Spannungsfestigkeiten zu verbessern, sind dickere dielektrische Schichten notwendig. Dann nehmen allerdings die für eine Kopplung maßgebenden Kreuzkapazitäten Größen an, die ein Übersprechen nicht mehr aussschließen. Eine solche Anordnung, mit als klassische Flächenkondensatoren ausgebildeten Kondensatoren hoher Spannungsfestigkeit, bei der diese Störkapazitäten bilden und in bestimmten Fällen die Signalübertragung stören können, beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster 297 12 001.8.

[0003] Daraus leitet sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ab, nach der ein gattungsgemäßes Planarfilter vorgeschlagen werden soll, bei dem bei erhaltener Spannungsfestigkeit Störkapazitäten zwischen den Signalelektroden unterdrückt werden, das wirtschaftlich und einfach herstellbar und sicher einsetzbar ist.

[0004] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.

[0005] Nach der Erfindung weist das Planarfilter eine monolithische Struktur auf, wobei der Träger eine mechanisch starre und rigide Schicht aus einer keramischen Masse mit einer höheren Dielektrizitätskonstanten ist. Als solche keramischen Massen eignen sich solche mit einer Dielektrizitätskonstanten von nicht unter 5.000; derartige Massen sind beispielsweise Bariumtitanat-Massen; vorteilhaft ist die Dielektrizitätskonstante größer als 10.000.

[0006] Aus dieser Masse wird die Platte geformt, die mit den für das Durchführen der Signalstifte notwendigen Löchern versehen ist, gebrannt und gesindert; nach der thermischen Behandlung wird die so erzeugte Platte geschliffen um Ebenheit zu erreichen. Die Dicke des Trägers stellt dabei dessen Spannungsfestigkeit sicher. Die Kondensatoren für jede der Stiftdurchführungen werden von diesen zugeordneten Signalelektroden und einer Masseelektrode gebildet.

[0007] Die eine Seite dieser so vorbereiteten Platte des keramischen Trägers trägt die Masseelektrode, die andere Seite ist mit den Signalelektroden der Kondensatoren versehen, die mit leitfähiger Druckpaste im Siebdruck aufgebracht wird. Dabei können zur Herstellung eines Anschlusses an das Masse-Gehäuse des Steckverbinders die Masseelektrode zumindest bis an eine der äußeren Schmalseiten des Trägers geführt werden.

[0008] Jede Signalelektrode, die eine Durchführungsöffnung für den zugeordneten Steckerstift umgibt, kann in die Durchführung hineingeführt sein, was eine verbesserte Möglichkeit des Verlötens mit dem betreffenden Steckerstift ergibt. Da die Masseelektrode die eine der Seitenflächen des Trägers, abgesehen von den Durchstoßstellen der Signalstifte und deren unmittelbarer Umgebung, ganzflächig überdeckt, wird eine gute Abschirmung erreicht. Die auf der anderen Seitenfläche des Trägers angeordneten Signalelektroden bilden ausgehend von den Durchstoßstellen der Signalstifte inselförmige Bereiche, die im wesentlichen die Signalstiftdurchführung umgeben und sich lateral zum Rand des Trägers hin erstrecken.

[0009] Um eine möglichst glatte Oberfläche und somit genau definierte elektrische Verhältnisse zu erhalten, werden beiden Seitenflächen vor dem Aufbringen der Beläge der Kondensatoren auf Ebenheit geläppt. Diese so besonders glatte und ebene Oberfläche gewährleistet einen von abweichenden geometrischen Verhältnissen ungestörten Feldverlauf.

[0010] Da die einzelnen Signalelektroden lediglich mit ihren Stirnseiten gegeneinander stehen, deren Flächenanteile vernachlässigbar klein sind, sind auch die eine kapazitive Kopplung zwischen den Signalleitungen bewirkenden Störkapazitäten auch vernachlässigbar klein. Dadurch wird eine kapazitive Kopplung durch Kreuz- oder Störkapazitäten zumindest verringert, wenn nicht gar ausgeschlossen, so dass bei Analog-Übertragungen Übersprechphänomene unterdrückt sind.

[0011] Als Masse für dieses Dielektricum ist vorteilhaft eine Keramik auf Titanat-Basis vorgesehen; dabei werden insbesondere Titanate von Erdalkalien, etwa von Barium. Strontium oder von einem Gemisch davon eingesetzt. Diese Massen haben - als Keramik gesintert - die hinreichende mechanische Festigkeit und sie besitzen höhere Dielektrizitätskonstanten, so dass auch bei größeren Dicken des Trägers die gewünschten Kapazitäten erreicht werden können.

[0012] In einer Anwendung wird dieses Planarfilter durch eine Stützplatte gestützt, die auf einer der beiden Seiten des Planarfilters angeordnet, an dieser flächig anliegt. Vorteilhaft ist die Anwendung auf der Seite, auf der mechanische Beanspruchungen zu erwarten sind. Die Stützplatte - eine isolierende Leiterplatte oder eine vorzugsweise keramische Substratplatte - weist das gleiche Lochbild für die durchzuführenden Signalleiter auf, wie das Planarfilter. Diese Durchführungen sind zumindest im Bereich einer Stirnseite metallisiert, so dass die Signalleiter an der Stützplatte festgelötet werden können. Dabei führt die Metallisierung in die Durchführung hinein, so dass die Kontaktstellen der Signalelektroden des Planarfilter durch kapillar durchgezogenes Lot mit verlötet werden, so dass das Planarfilter mit einer Lötung mit erfasst und kontaktiert wird.

[0013] Das Wesen der Erfindung wird an Hand der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen

Figur 01:

Perspektivische Aufsicht auf die Signalelektrodenseite eines Planarfilters;

Figur 02:

Perspektivische Aufsicht auf die Masseelektrodenseite eines Planarfilters;

Figur 03:

Schnitt durch einen Planarfilter mit Schnittführung durch eine Reihe von Stift-Durchführungen;

Figur 04:

Winkelsteckvorrichtung mit gestütztem Planarfilter (Querschnitt, schematisch).

[0014] Den Träger 1 eines Planarfilters bildet ein Block aus einem Erdalkali-Titanat, etwa Barium-Titanat, Strontium-Titanat oder Barium-Strontium-Titanat, wobei ein Überschuss von Barium bessere Ergebnisse erwarten lässt. Dieser hier rechteckig dargestellte Block mit seinen Stift-Durchführungen 2 ist geformt und gesintert und - zum Erzielen einer ebenen Oberfläche zumindest fein geschliffen. Auf der einen Seitenfläche dieses Trägers 1 sind die Signalelektroden 3 aufgebracht, die bis an, vorzugsweise sogar bis in die Öffnungen der jeweils zugeordneten Stiftdurchführung 2 geführt sind. Die andere Seitenfläche des Trägers 1 ist mit der Masseelektrode 4 durchgehend belegt, wobei die Stiftdurchführungen 2 sowie eine unmittelbare Umgebung davon ausgespart sind. Diese Masseelektrode 4 wird beim Einsetzen des Planarfilters in ein (nicht näher dargestelltes) Gehäuse mit einem metallischen Gegenstück mittels eines Silber- oder eines Palladiumleitklebers verbunden, so dass eine elektrische Masseverbindung hergestellt ist.

[0015] Die - hier rechteckig dargestellten - Signalelektroden 3 bestimmen mit ihrer Fläche, in Verbindung mit der Dicke des Trägers 1 und der Dielektrizitätskonstanten seines Materials. die Kapazität der Filterkondensatoren, Veränderung der Flächen der einzelnen der Signalelektroden 3 erlauben das Herstellen unterschiedlicher Kapazitäten für die einzelnen, mit den Stiften verbundenen Signalleitungen. Die Gesamtkapazität eines Steckverbinders, der mit solchen Planarfiltern versehen ist, kann somit über die Anzahl einzelner, nach diesem Schema aufgebauter Planarfilter als auch über ein Variieren der Flächengröße der Signalelektroden erreicht oder eingestellt werden.

[0016] Die - durchgehend dargestellte - Masseelektrode 4 deckt (nahezu) die gesamte Fläche des Trägers 1, abgesehen von den Durchführungs-Aussparungen 5, die sicher stellen, dass Schlüsse oder Überschläge zwischen den durch die Stiftdurchführungen 2 geführten (nicht dargestellten) Stiften der durchgeführten Signalleitungen und der Masseelektrode 4 unterbunden sind, ab. Diese Masselektrode 4 ist hier als nicht unmittelbar an den Rand der Seitenfläche des Trägers 1 dargestellt. Es versteht sich dabei von selbst, dass diese metallische Schicht auch bis auf zumindest eine der Randflächen geführt sein kann, zum Herstellen des Masseanschlusses zum Gehäuse eines Steckverbinders.

[0017] Die Figur 4 zeigt eine vorteilhafte Anwendung eines gestützten Filters 10 in einem Steckverbinder 15 mit dem Steckergehäuse 16 und den Steckerstiften 17, die mittels des isolierenden Stifthalters 18 gehalten sind: Eine Stützplatte 11, eine Leiterplatte, ein Substrat o.dgl. ist mit Durchführungsöffnungen 11.1 für eine Anzahl von Signalleitern 12 und 13 (bei 3-reihigen Steckverbindern auch die gestrichelt angedeutete unbezeichnete Signalleitung) so versehen, dass das Bild dieser Öffnungen 11.1 mit dem Bild der Öffnungen im Träger des Planarfilters 10 übereinstimmt und die Stützplatte 11 flächig anliegend an das Planarfilter 10 angelegt werden kann. Die Öffnungen 11.1 sind zumindest an den Rändern, vorteilhaft auch im Lumen metallisiert. So kann das Planarfilter 10 mit der Stützplatte 11 gemeinsam (z.B. in einen Steckverbinder 15) eingesetzt werden. Die durch Stützplatte 11 und Planarfilter 10 hindurchgehenden Signalleitungen 12 und 13 sind mit den Metallisierungen im Bereich der Öffnungen 11.1 der Stützplatte 11 verlötet; die Lötstellen 14 legen die Signalleiter 12 bzw. 13 an der Stützplatte 11 fest. Zur Verlötung auch mit den Signalelektroden 3 (Fig. 2) des Planarfilters 10 ist es hinreichend, wenn die Öffnungen 11.1 in der Stützplatte 11 so ausgebildet sind, dass das Lot 14.1 kapillar in den Spalt zwischen Innenwandung der Öffnungen 11.1 und der Außenfläche der jeweiligen Signalleiter 12 bzw. 13 gezogen und so durch die einzelnen mit dem zugeordneten der Signalleiter 12 bzw. 13 versehenen Öffnungen 11.1 bis an die zugeordnete, freiliegende Signalelektrode 3 geführt wird. Der elektrische Anschluss der Signalleiter 12 bzw. 13 an die zugeordnete der Signalelektroden ist so sicher gestellt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass die Signalleitungen 12 zunächst gestreckt eingebaut werden können; nachträgliches Biegen in gewünschte Richtungen beansprucht das Planarfilter 10 mechanisch nicht mehr.

Ansprüche

1. Planarfilter für Steckverbinder mit einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneter, zu verbindender Signalstifte, mit einem Träger, der für jede dieser Signalstifte eine Öffnung und im Bereich jeder dieser Öffnungen einen Kondensator mit einem ersten Belag. verbunden mit der zugeordneten Signalleitung, einem zweiten Belag, zur Verbindung mit Masse, sowie ein schichtförmiges Dielektricum zwischen erstem und zweiten Belag aufweist, gekennzeichnet durch einen monolithischen Aufbau, bei dem der Träger (1) das Dielektricum bildet und aus einer Masse mit höheren Dielektrizitätskonstanten besteht, die zum Block geformt, nach Formung und Lochung gesintert und geschliffen ist, und auf die die Elektroden der Kondensatoren aufgebracht sind, wobei die Masseelektrode (4) die eine der Seitenflächen des Trägers (1), abgesehen von den Stiftdurchführungen (2) der Signalstifte und deren unmittelbarer Umgebung, ganzflächig überdeckt, und wobei die Signalelektroden (3) auf der anderen Seitenfläche des Trägers (1) angeordnet, ausgehend von den Stiftdurchführungen (2) der Signalstifte, inselförmige Bereiche bilden, die sich im wesentlichen von den Signalstiften ausgehend zum Rand des Trägers (1) hin erstrecken.

2. Planarfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Trägers (1) vor dem Aufbringen der Beläge der Kondensatoren auf Ebenheit geläppt ist.

3. Planarfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des Trägermaterials größer als 5.000, vorzugsweise größer als 10.000 ist.

4. Planarfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als dielektrisches Trägermaterial eine Keramik auf Titanat-Basis vorgesehen ist.

5. Planarfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanat-Basis für die Keramik Bariumtitanat oder Strontiumtitanat vorgesehen ist.

6. Planarfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanat-Basis für die Keramik Barium-Strontiumtitanat vorgesehen ist, vorzugsweise mit einem Barium-Überschuss.

7. Vielpolige Winkelsteckvorrichtung mit einem Planarfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere zum Auflöten auf eine Platine, wobei jedem Pol ein durchgehender Signalleiter zugeordnet ist, dessen Enden auf einer Seite mit korrespondierenden Lötpunkten der Platine verlötbar sind, und dessen andere Enden als Steckerstifte oder Steckbuchsen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Planarfilters (10) mit einer an einer seiner Seiten flächig anliegende Stützplatte (11) abgestützt ist, die Durchführungsöffnungen (11.1) in einer Anordnung aufweist, die der Anordnung der Durchführungsöffnungen (2) in dem Träger (1) des Planarfilters (10) bzw. der Anordnung der Signalleitungen (12, 13) entspricht.

8. Winkelsteckvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungsöffnungen (11.1) der Stützplatte (11) zumindest im Bereich einer Stirnseite metallisiert sind.

9. Winkelsteckvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitungen (12, 13) im Bereich der Stützplatte (11) so verlötet werden, dass das Lot jeder der Lötstellen (14) kapillar durch die Spalte zwischen den Signalleitern (12, 13) und der Stützplatte (11) gezogen wird und die dazu korrespondierende metallisierte Anschluss-Stelle der korrespondierenden Signalelektrode (3) des Planarfilters (10) mit erfasst.

Zeichnung