产生PCB布线通道的交替微过孔及贯通板的过孔

摘要

一种具有多个电路层的印刷电路板(PCB)，包括外层和内层，其具有互连的通孔和微过孔，以转换部分栅格的信号连接，从而在PCB板的内层中的通孔与安装在PCB板上的BGA封装之间产生一组对角线方向的布线通道。

权利要求

1.一种印刷电路板(PCB)，具有多个电路层，包括外层，所述外层具有至少一个球状栅格阵列(BGA)接触块栅格图案，所述印刷电路板具有第一内层和后续的内层，其具有位于以栅格图案排列的所述球状栅格阵列接触块处的通孔互连和微过孔，用于转换所述球状栅格阵列接触块栅格图案的部分信号连接，从而在所述印刷电路板的至少一个后续的内层中的所述通孔之间产生一个或多个对角线方向的电路布线通道，并在所述球状栅格阵列接触块上产生球状栅格阵列封装，所述球状栅格阵列封装的特征在于电源和接地连接管脚布置为只处于通孔触点处，与通孔触点一致，并且不处于微过孔位置处。

说明书

本发明涉及提高提取来自区域阵列封装(area array packages，BGA和CGA)的信号并将其在装有这些器件的印刷电路板(PCB或电路卡)上发送的效率。

已经充分证实，区域阵列连接(管脚数(pin count))的增加转换为支持器件输出口(escape)和布线所需的印刷电路板布线层的数量的增加。涉及常规布线方法所需的附加层的成本和复杂化是进一步提高布线效率的动机。

在一个极端情况，当区域阵列管脚数相对较低时，与最终较低层数PCB相关的节约成本是促使实施更高效率的布线方法的唯一原因。

当管脚数增加到超过1000个管脚时，高层数PCB制造能力的限制使所述动机变为使总层数最小化，从而，在使给定设计受益于成本节约的同时，提高该设计的PCB的质量和可靠性。

最后，在另一个极端情况下，区域阵列技术正在跟随也许根本没用的向更高管脚数(>2500)和更精细节距(<0.8mm)发展的设计趋势，而不像所提出的本发明一样具备改进布线方案。

现有技术已经采用电源和接地连接共用的排成列的通孔(through-via)以形成布线通道(即，在一行共用过孔(via)和相邻行之间的更大的空间)，通过该布线通道可以布线各个连接(见图1)。

现有技术的解决方法，对区域阵列器件电源和接地管脚的管脚引线结构有附加限制，这些限制需要很大程度地依附特定管脚引线图案，在极端情况下某些区域阵列封装式样可能无法实现该特定管脚引线图案。总之，从信号完整性的角度来看，不希望有这些附加限制。此外，那种解决方案涉及共用相邻电源和接地管脚，由于可能会对器件功能产生负面影响，这也是不利的选择。

发明内容

已经发现通过印刷电路板互连结构的智能重组产生的简单图案使输出口密度增加，从而使区域阵列器件在较少的层中布线。
通过散布微过孔和通孔互连，可以由排列在对角线上的互连寻址对角行的触点。结果，在印刷电路板的第一内层和后续内层上产生对角布线通道。这些对角通道具有一些对高密度布线有利的特性：它们比垂直布线通道更宽，从而使更多电路迹线能够通过。此外，所产生的图案在所述板的第二层和后续层上提供与所述第一内层上的所述通道平行或成直角延伸的对角线方向的一组布线通道。这些更宽的布线通道可以允许相邻层的正交布线，从而使在这些层上的信号迹线之间串扰的可能性减少到最小。最后，本发明中使用的微过孔不再存在于第一内层上，意味着在所有后续层上消除了一半互连，在使用该技术的那些区域中将所述互连减小到其原始密度的一半。
虽然，理论上本发明可采用任何管脚引线结构，实际上，本发明最好用通孔为电源和接地连接布线，留下微过孔用于信号承载连接。假设每个第二过孔指定为通孔，该选择对给定管脚引线的限制不会太难于承受。
附图的简要说明
在参照下面的说明和附图考虑时，本发明的上述及其他目的、优点和特征将更加清楚，其中：
图1为现有技术的印刷电路板解决方案的图示说明；
图2a、2b和2c分别为体现了本发明的PCB的层1、2和3的图示；
图3a为未被改变的区域阵列(BGA)管脚区域的图示说明；图3b为保留(R)了优选的信号管脚用于相应的微过孔的最佳BGA管脚引线的图示说明；图3c为对应于信号管脚位置示出的预计的通道位置的图示；和图3d为需要通孔互连的管脚的其它管脚位置的图示。
发明的详细描述
参照图1，该图为体现了现有技术解决方案的印刷电路板(PCB)的表层的顶视图。球状栅格阵列(BGA)球形接触块10通过连线11连接到贯通板的过孔12。为了提供一个布线通道20，选择出的几行的球形接触块15和16通过连线17和18连接到共用的贯通板的过孔19，在这里，指定贯通板的过孔19作为共用的贯通板的过孔。参见上述讨论可知道该解决方案的缺点。
已经确定通过印刷电路板互连结构的智能重组产生的简单图案使输出口密度增加，从而使区域阵列器件能够在较少的层中布线。
参照图2a、2b和2c，通过散布微过孔MV和通孔12’互连，可以由在对角线上排列的互连寻址对角线行上的触点(参见图2a)。(具有原有标记(prime numeral)的元件对应于图1中的元件)。结果，在印刷电路板的第一内层上产生对角线方向的布线通道DRC(参见图2b)。这些对角线方向的布线通道DRC具有一些对高密度布线有利的特性：它们比垂直布线通道更宽，从而允许更多数量的迹线通过。此外，所产生的图案在所述板的第二层和后续层上提供与第一内层的通道平行或成直角延伸的对角线方向的一组布线通道DRC(参见图2c)。这些更宽的布线通道可以允许相邻层的正交布线，从而使在这些层上的信号迹线之间串扰的可能性减少到最小。应当注意，图2b中的电路线CL-2可以朝下向右呈一定角度，而图2c中的电路线CL-3可以朝下向左呈一定角度。最终，本发明中使用的微过孔MV不再存在于第一内层上，意味着在所有后续层上消除了一半互连，在使用该技术的那些区域中将互连减小到其原始密度的一半(参见图2c)。(在图2a、2b和2c中，根据本发明，假想的构造线FCL描绘出原始BGA节距并且突出了根据本发明的互连转换的效果。)
下面参照图3a-3d，图3a为未被改变的区域阵列(BGA)管脚区域PF的图示说明。图3b为保留优选的信号管脚(R)用于图2a、2b中相应的微过孔的最佳BGA管脚引线的图示说明。BGA封装管脚的特征在于，电源和接地管脚优选布置为在任何给定行不落在交替触点位置，从而使得它们不落在作为示例由R管脚位置表示的微过孔位置上。示于图3d中的其他管脚位置(为清楚起见，未示出保留的管脚位置)为需要通孔互连的管脚。
虽然，理论上本发明可采用任何管脚引线结构，实际上，本发明最好用通孔布线电源和接地连接，留下微过孔用于信号承载连接。假设每隔一个过孔指定为通孔，该选择对给定管脚引线的限制不会太难于承受。
应当理解，使该栅格转换(translation)方法的产生和相关布线自动化的软件工具在本发明的规划中。该软件工具也可以由区域阵列器件的设计师使用以实现最佳管脚引线。
本实施例具有优点：其产生对于信号完整性或者芯片解耦方案具有最小的有害影响的有效布线通道。
本方案的其它优点包括：
1.提供了利用可得到的制板技术布线高管脚数器件(例如，>1200管脚)的能力。在将高复杂性基板成本减少近50％的同时确保了供给。
2.简化芯片输出口并增加布线灵活性，从而使设计时间最小化，并由此使投放市场的整体时间最小化。
3.考虑到高管脚数器件通常不必要地使得层数高于实际布线设计的需要。本方案使该影响最小化，使设计更有效，且更节约成本。
尽管，在最佳设置中，该方案对电源和接地连接的放置设置了一些限制，由于通常所述位置的一半仍可以用于电源和接地，并且通常最多仅有三分之一的连接被用于电源和接地，该限制不会太难于承受。
虽然，参照本发明的优选实施例描述本发明，应当理解，对于本领域技术人员来说，其他实施例，本发明的修正和修改都是显而易见的。
相关专利申请的参考
本申请涉及转让给本申请的受让人的下述美国专利申请：
2004年11月9日申请的No.10/991,360，发明人为Paul Brown，题为“OFF-WIDTH PITCH FOR IMPROVED CIRCUIT CARDROUTING”；以及
2005年1月25日申请的No.11/041,727，发明人为Alex Chan，题为“OFF-GRID DECOUPLING OF BALL GRID ARRAY(BGA)DEVICES”。

发明背景