过孔短截线的端接结构及其制造方法转让专利

申请号 : CN200610163554.9

文献号 : CN1972556B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 弗朗兹·吉希恩克里斯托夫·赫里克

申请人 : 圣米纳-SCI公司

摘要 :

在多层印刷电路板中使用过孔来实现层间的电互连。某些过孔结构实例会导致形成过孔短截线部分。过孔短截线部分会使经互连传输的信号失真并降低互连的可用带宽。为了最小化失真并增大带宽,可以在过孔短截线部分无终端接头的一端连接一个或多个端接元件。作为非限制性的例子,阻抗端接元件包括在过孔短截线和接地层之间的一个或多个电阻器、电容器和/或电感器。阻抗端接元件可以形成在PCB的内部或安装在PCB的表面。

权利要求 :

1.一种印刷电路板,包括:

多层板结构,其包含由多个非导电层分隔开的多个导电层,所述多层板结构具有从至少第一导电层延伸超出第二导电层的至少一个过孔;

导电材料,其布置在所述过孔中以电互连所述至少两个导电层,所述导电材料具有延伸超出所述第二导电层的短截线部分;以及端接元件,其电连接到所述短截线部分。

2.如权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括电路。

3.如权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述端接元件是无源元件。

4.如权利要求3所述的印刷电路板,其中,所述无源元件是安装在所述多层板结构上的分立的电阻器、电容器和电感器中的至少一种。

5.如权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述无源元件与导电层基本上共平面地形成。

6.如权利要求1所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括分立组件和共平面元件的组合。

7.如权利要求5所述的印刷电路板,其中,所述无源元件包括一个或多个环形电阻器。

8.如权利要求7所述的印刷电路板,其中,所述一个或多个环形电阻器的形状选自包括圆锥截面和多边形在内的形状。

9.如权利要求5所述的印刷电路板,其中,所述无源元件包括聚合物厚膜材料、薄膜金属、金属合金和电阻性有机材料中的至少一种。

10.如权利要求9所述的印刷电路板,其中,所述元件选择性地或平面地分布在所述印刷电路板上。

11.一种方法,包括:

在包含由多个非导电层分隔开的多个导电层的多层印刷电路板结构中形成过孔;

在所述过孔中设置导电材料以电连接所述导电层的至少两个导电层;以及提供端接元件以电端接所述导电材料的短截线部分。

12.如权利要求11所述的方法,其中,所述端接元件是无源元件。

13.如权利要求11所述的方法,其中,所述无源元件至少是电阻器、电容器和电感器中的一种。

14.一种印刷电路板,包括:

多个导电层;

用来在所述导电层之间传送信号的多个导电过孔;以及电连接到所述多个导电过孔的过孔短截线元件的多个端接元件。

15.如权利要求14所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括电阻器、电容器和电感器中的至少一种。

16.如权利要求14所述的印刷电路板,其中,所述多个导电过孔选自包含通孔、埋孔和盲孔的组。

17.如权利要求14所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括电路。

18.一种印刷电路板,包括:

配置为电路的第一部分的第一导电迹线,用来从源向耦合到所述印刷电路板的目的地传递电信号,所述第一导电迹线在所述印刷电路板的第一层上;

配置为所述电路的第二部分的第二导电迹线,所述第二导电迹线在所述印刷电路板的第二层上;和包含用来连接所述第一导电迹线和所述第二导电迹线的导电材料的过孔;以及用来耦合通过所述过孔由所述电路转移至所述印刷电路板的接地层的能量的端接元件。

19.如权利要求18所述的印刷电路板,其中,所述端接元件是无源端接元件。

20.如权利要求18所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括电路。

21.如权利要求18所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括安装在所述印刷电路板表面上的分立组件。

22.如权利要求18所述的印刷电路板,其中,所述端接元件包括与导电层基本上共平面的无源元件。

说明书 :

技术领域

这里所公开的实施例通常涉及印刷电路板(PCB)的生产和设计,更具体地,涉及高性能多层PCB的生产和设计。

背景技术

传统上印刷电路板、底板(backplane)、中板(midplane)、印刷线路板、柔性电路、硬柔性电路、多芯片模块(MCM)等(这里统称为PCB)已被用于提供需要在包括计算机、网络系统和电信设备在内的电子装置中的不同位置之间传输的数字、模拟和RF(射频)信号的互连(一组电路连接)。
图1是根据现有技术的一种典型多层PCB 100的横截面图。PCB100包括由结合在一起的硬的或柔性的平面绝缘介质层115a-e分隔开的多个信号迹线和/或平面导电层100a-f。当在PCB中布设互连时,通常必须在平面层110a-f之间设置互连。过孔(via)是用来实现这一功能的电连接通路。通孔(thru-hole)120完全穿过PCB 100的板体,盲孔(blind via)125只有过孔的一端延伸到PCB 100的表面,而埋孔(bury via)130的两端都不延伸到PCB 100的表面。
称为焊盘(pad)的小的导电区域可以直接连接到一个或多个导电层上的过孔。作为互连的功能性部件的焊盘被称为功能焊盘135a-f。布设在层与层之间但不是完成互连所需的焊盘被称为非功能焊盘140。焊盘可以通过不导电的反焊盘(anti-pad)区145与层的其它部分隔离。
在图1中,层110a和110c上的信号迹线150a和150b分别通过过孔120和功能焊盘135a和135b电连接在一起。包括压入配合式(press-fit)插脚160以及直接连接到过孔焊盘的分立/平面无源组件和电路在内的可选互连方案也可以用来代替信号迹线150a。
在所希望的层之间提供电连接所必需的过孔的连续部分称为过孔穿过(via-thru)部分155a-c。过孔还可能包括向远离功能焊盘135b、135d和135f的方向延伸的非功能部分,称为过孔短截线(via-stub)部分165a、165b和165c。过孔短截线部分没有连接到互连170a-c的功能焊盘的一端是过孔短截线部分的无终端接头的一端。
在互连中出现一个或多个过孔短截线部分会显著地减小它的可用带宽,并不利地使通过互连传播的信号失真。在现有技术中已经采用的一种缓解互连带宽和信号失真限制的技术包括如图1中细部180所示的背向钻孔(back-drilling)。使用直径185大于所完成的孔尺寸的钻头来去除过孔短截线部分的实体部分190a,留下不再明显影响互连性能的短的剩余短截线190b。
然而,背向钻孔费时、昂贵,并且产生的误差会不可恢复地损坏PCB 100。此外,背向钻孔不能应用于过孔短截线部分165b-c没有一直延伸至PCB表面的过孔结构,除非采取预防措施以使基本的互连不会经过将在背向钻孔过程中去除的PCB区域195a-b。

发明内容

作为非限制性的例子,一个实施例包括多层板结构,多层板结构包括由多个非导电层分隔开的多个导电层,并具有至少一个由至少第一导电层延伸至第二导电层的过孔。在过孔中设置导电材料以电连接所述至少两个导电层,该导电材料具有延伸超过第二导电层的短截线部分。端接元件电连接到短截线部分。
作为非限制性的例子,另一实施例包括在包含由多个非导电层分隔开的多个导电层的多层印刷电路板结构中形成过孔;在过孔中设置导电材料以电连接所述导电层的至少两个导电层;以及提供端接元件以便电连接导电材料的短截线部分。
作为非限制性的例子,另一实施例包括多个导电层;多个用来在导电层之间传输信号的导电过孔;以及电连接到多个导电过孔的过孔短截线元件的多个端接元件。
作为非限制性的例子,另一实施例包括作为电路第一部分的第一导电迹线,用来从源向耦合到印刷电路板的目的地传递电信号,第一导电迹线在印刷电路板的第一层上;第二导电迹线作为电路第二部分,第二导电迹线在印刷电路板的第二层上;包含用以耦合第一导电迹线和第二导电迹线的导电材料的过孔;以及端接元件,用来耦合通过过孔由电路转移至印刷电路板的接地层的能量。
这些实施例的一个优点是在不借助昂贵的背向钻孔的情况下提高了互连的可用带宽。另一优点是端接元件可以用于所有类型的过孔,包括通孔、盲孔和埋孔。
可以设置端接元件以降低失真和提高各种基于PCB的传输线互连配置的可用带宽,基于PCB的传输线互连配置包含过孔短截线部分,过孔短截线部分包括单端微带(single-ended microstrip)、单端带状线(single-ended stripline)、边缘耦合差分对微带(edge-coupleddifferential-pair microstrip)、边缘耦合差分对带状线(edge-coupleddifferential-pair stripline)、宽边耦合差分对微带(broadside-coupleddifferential-pair microstrip)、宽边耦合差分对带状线(broadside-coupleddifferential-pair stripline)、以及开槽线(slot-line)。
端接元件可以由下述构成:安装在PCB表面上的一个或多个分立组件,例如电阻器、电容器和电感器;在生产过程中直接形成在PCB中的一个或多个平面电阻性、电容性和电感性元件;或者是所述分立组件和所述平面无源元件的组合。结合在PCB生产过程中的平面元件可以由各种不同的材料构成,包括聚合物厚膜材料、薄膜材料、金属合金和有机材料。
在示范性实施例中,端接元件可以包括电路。在其它示范性实施例中,端接元件可以是有源组件。通过阅读以下说明并研究附图,这些和其它实施例和优点对本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

图1是印刷电路板的横截面图,示出了现有技术中典型的包含过孔的多层印刷电路板;
图2是印刷电路板的横截面图,示出了多个单独的过孔短截线部分是如何结合在电路短截线部分中的;
图3是印刷电路板的横截面图,示出了过孔短截线部分通过分立组件端接的几个实施例;
图4是印刷电路板的横截面图,示出了过孔短截线部分通过位于印刷电路板的导电层中的共面元件端接的几个实施例;以及
图5是平面图,示出了用来减小信号失真的过孔短截线的端接方案。

具体实施方式

这里所讨论的实施例是结构和方法的某些实例的说明。根据结合附图描述的这些实施例,所述方法和/或特定结构的各种修改或改进对本领域技术人员将变得显而易见。所有这种依据所述示范性实施例的教导的修改、改进或变化,以及通过这些教导获得的先进技术,被看作是在本发明的范围之内。因此,这些描述和附图不应被看作是出于限制目的,应当理解本发明决不仅仅局限于这里例举的示范性实施例及其组合。
典型的PCB互连由一个以上的连续导电通路构成。当在PCB的层与层之间布设互连时,必须为每个连续导电通路设置单独的过孔。图2示出了几种实施例。图2显示了直接位于压入配合连接器(为了清楚起见只显示了连接器的插脚160)下面的PCB板的一部分的截面图。设计为在PCB中的被设置为单端微带或带状线传输线的互连一般需要最少两个过孔,一个用于信号通路210a,一个用于信号回路210b。作为差分对微带或带状线传输线的互连通常需要至少三个过孔,两个用于两个差分信号通路215a-b,一个用于共模回路215c或215d。通常两个过孔215c-d都用于差分对的共模回路,以便保持差分对互连的共模和差模之间的电性对称。借助回路信号例如215c-d直接将过孔连接到包含接地层205a-d的所有层220也是一种常规做法。
与用于在PCB层之间布设互连的多个过孔相关的过孔短截线部分的集合构成电路短截线(circle-stub)。电路短截线225a与隔离(信号回路未连接到所有包含地平面的PCB层)的单端互连210a-b的布线相关,单端互连210a-b利用层110a-11c而被配置为带状线传输线。当共模回路215c-d连接到所有包含地平面205a-d的PCB层220,电路短截线225b与利用层110a-c的边缘耦合差分对215a-d的布线相关。对于图2所示的实施例,电路短截线部分的无终端接头的一端出现在层110f上。
图3示出了图2所示的电路短截线225a-b如何使用安装在电路短截线的无终端接头的一端所在的一侧上的分立组件来端接的。对于所示实施例,这是包含层110f的PCB侧。根据电路短截线300、305、310、315、320和325的不同部分的接入阻抗,按需要连接分立的端接元件330a-f。对于包含多个单独的过孔短截线的复杂电路短截线,必须采用电磁模拟程序来量化电路短截线300、305、310、315、320和325的不同部分的接入阻抗。对于多数常用的互连形状,只需要位于位置330b和330e的分立电阻器即可显著降低信号失真并提高可用带宽。如果需要更多的性能改善,那么需要所有位置330a-f上的端接元件。也可以通过将基本上为电阻性的元件替换为更复杂的由一个或多个分立电阻器、电容器和电感器构成的电路来获得更多的性能改善。可以使用常用的PCB组件安装和连接技术,包括直接附着在过孔短截线部分的焊盘上(已示出)以及使用短迹线将组件连接到过孔短截线部分的焊盘上(未示出)。
图4示出了优选的电路短截线实施例,其采用了在生产过程中内置在PCB中的平面无源端接。前面章节所述各实施例中概括的一般原理也同样适用,只是将分立端接元件330a-f替换为位于层110f上的400a-f的平面无源端接元件。
平面端接元件不一定要位于无终端接头的电路短截线的端部,只要剩余的电路短截线410足够短以使其对互连性能的影响最小。例如,即使端接元件405a-f位于层110e上,仍然可以获得互连性能的明显改善。
图5示出了部分接地层(例如,层110e和110f)的放大俯视图,在根据本发明的一个实施例中,所述接地层包含作为环形电阻器510的图4所示阻抗端接元件400a-f和405a-f之一。环形电阻器510在美国专利5,447,258、5,604,847和5,108,569中有详细描述,专利授予Hadco Santa Clara公司,其为Sanmina-SCI公司的全资子公司;在此引入这些专利公开的内容。过孔505a至少部分地被环绕着并耦合到环形电阻器510的内部圆周。环形电阻器510的外部圆周的至少一部分耦合到接地层500。在某些实施例中,环形电阻器510包括电阻性材料,例如聚合物厚膜材料、电阻性薄膜金属、电阻性金属合金、和/或电阻性有机材料,以形成同时电耦合到接地层500和过孔505a的电阻器。
图5还示出了根据本发明可选实施例的作为矩形电阻器515的端接元件400a-f和405a-f。如上述参考引用的专利中所公开的,矩形电阻器515是环形电阻器510的可选实施例。过孔505b至少部分地被环绕着和耦合到矩形电阻器515的内部圆周。矩形电阻器515的外围的至少一部分耦合到接地层500。矩形电阻器515包括电阻性材料,例如聚合物厚膜材料、电阻性薄膜金属、电阻性金属合金、和/或电阻性有机材料,以形成同时电耦合到接地层500和过孔505b的电阻器。
正如本领域技术人员意识到的,端接元件可以具有各种形状,以便在生产过程中形成并调整它们的工作特性。作为非限制性的例子,无源元件可以是圆锥截面,例如圆形或椭圆形。作为进一步非限制性的例子,无源元件可以是多边形,例如正方形、矩形或八边形。
在另一实施例中,端接元件包括将两个过孔焊盘连接在一起的电阻性材料520的区域。这种配置用于例如图4中的元件400b、400e、405b和405e。平面无源元件510、515和520可以结合成为一个结构,以形成例如端接结构400a-c、400d-f、405a-c和405d-f。
本领域技术人员能够理解,阻抗端接元件510、515和520可以具有许多其它的形状。例如,端接元件可以是椭圆形或圆角矩形。圆角矩形形状可以改善层的处理如层500的刻蚀,以及端接元件510、515或520在层500的刻蚀部分中的沉积。
虽然上述示范性实施例只包括单一组件作为端接元件,但这里所使用的“端接元件”也包括端接电路。例如,端接元件可以包括RC电路、LC电路、RL电路、和RLC电路等。此外,虽然上述示范性实施例使用无源组件如电阻器、电容器和电感器作为端接元件,但其它实施例可以包括有源组件如二极管或晶体管。
尽管已经采用特定的术语和装置描述了本发明的优选实施例,但是这种描述只是为了说明的目的。所用词语只是描述性的用语,而不是限制性的用语。应当理解,在不脱离如所附权利要求所述的本发明的精神或范围的前提下,本领域普通技术人员可以作出修改和变化。另外,应当理解,各种其它实施例的不同方面可以在整体上或部分地互相替换。因此,所附权利要求的精神和范围不应被局限于这里所包含的优选方案的描述。