專利名稱：用于改良的電路板布線的非標(biāo)準(zhǔn)寬度間距的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板布圖設(shè)計(jì)，具體地涉及在球柵陣列(BGA)的陣列內(nèi)的布線信號(hào)走線，例如，用于高密度逃逸(high density escape)、匹配延遲、或差分信號(hào)的需要。
背景技術(shù)：
1mm間距的正交BGA通常代表復(fù)雜度極高的電子設(shè)計(jì)的重負(fù)荷機(jī)器。當(dāng)這些設(shè)計(jì)要求邊緣耦合的差分信號(hào)從或者通過這些1mm間距的BGA的引腳區(qū)域來布線時(shí)，空間約束和制造限制促使產(chǎn)生非常復(fù)雜的印刷電路板(PCB)。當(dāng)以超過0.100″的厚度耦合(正成為慣例)時(shí)，重復(fù)制造可靠產(chǎn)品的能力急劇降低。在工業(yè)領(lǐng)域，關(guān)于所述狀況的難題是公知的。
問題是使用標(biāo)準(zhǔn)電路板制造技術(shù)，提供兩行或更多通過以標(biāo)準(zhǔn)BGA柵格間距(1mm)間隔的兩行穿透孔式(穿透板式)過孔(via)的走線的布線方式，以獲得低成本/低風(fēng)險(xiǎn)的解決方案。
現(xiàn)有技術(shù)中，在BGA柵格內(nèi)提供更高密度的布線方法如下1.美國(guó)專利申請(qǐng)(公開號(hào)US2003/0183419)“Ball Assignment for BallGrid Array package”公開了相鄰電源(或地線)接觸焊點(diǎn)行之間的共享過孔，因此允許從柵格省略掉正常使用的過孔，這為通過柵格的布線路徑留出了額外的空間。該技術(shù)的限制在于其只能應(yīng)用于電源和地線接觸點(diǎn)，其限制了產(chǎn)生的額外布線空間的位置和大小。另一個(gè)限制是減少了到地線/電源的獨(dú)立路徑的數(shù)量，因此影響電氣性能。
2.另外一種在排列的穿透式過孔的行之間增加布線路徑的空間以適應(yīng)BGA封裝器件的技術(shù)是最小化過孔尺寸。該方法包括減小過孔和過孔焊盤的直徑為相鄰過孔之間的走線提供更多的空間。然而，這種改變?cè)黾恿诉^孔的縱橫比(縱橫比AR＝板厚度/過孔直徑)和“逃脫”的可能性(其中過孔沒有按計(jì)劃完全容納在它的俘獲焊盤內(nèi))。這些影響都會(huì)降低PCB的可制造性和過孔的可靠性。(由此得到的過孔顯示過孔在組裝期間更易由于高溫膨脹而因焊料回流(solder reflow)失效，并且由于熱循環(huán)在該區(qū)域失效。)3.使用復(fù)合電路板和盲過孔(blind vias)技術(shù)可以用于在BGA柵格區(qū)域中增加布線密度，但這些是期望避免的代價(jià)高的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明沒有按照正常排列于柵格內(nèi)、與BGA接觸焊盤的過孔間隔相同的規(guī)則的穿透式過孔間隔。相應(yīng)地，本發(fā)明提供以選擇柵格的列或行之間的可變間隔來排列穿透式過孔的柵格。平均起來，柵格間距等于BGA的柵格間距，但單獨(dú)的列或行的間距可大于或小于該平均值。這些區(qū)域的位置依賴于對(duì)于通過柵格的走線進(jìn)行布線的應(yīng)用的特定需要。本發(fā)明包括對(duì)過孔的相鄰柵格列或行及其連接器(connector link)(有時(shí)稱作“狗骨頭”)從其標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則間隔進(jìn)行各種轉(zhuǎn)換動(dòng)作，以在列和行之間獲得所需要的額外的走線布線區(qū)域。過孔連接器轉(zhuǎn)換受到通常的PCB間隔需求的限制。通過累積的連續(xù)的過孔轉(zhuǎn)換，在可用走線空間中獲得的增量相對(duì)變大。
本發(fā)明的目的是在BGA電路板中提供增加用于布置兩條或更多的走線的可用走線空間的低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的方法。本發(fā)明的另外的目的是提供用于BGA的PCB，所述BGA具有通過以標(biāo)準(zhǔn)BGA間距間隔的兩行穿透式過孔布置兩條或更多走線的空間，以致至少一行或一列過孔是非標(biāo)準(zhǔn)間距(off-pitch)。
本發(fā)明的特征是用于在球柵陣列(BGA)多層印刷接線板接線板連接盤模式中的過孔行或列之間提供增大間隔的方法，其中在所述模式中的連接盤通過連接器(link connector)連接到所述過孔，該方法包括旋轉(zhuǎn)、延伸和/或截短選擇的連續(xù)的連接器并且旋轉(zhuǎn)行或列或選擇的連續(xù)的行或列中連接器各自對(duì)應(yīng)的過孔，以在所述BGA連接盤模式中，在過孔的行或列之間獲得增大的間隔。本發(fā)明的特征還在于，在互為相反的方向上旋轉(zhuǎn)、延伸和/或截短連接器的至少兩個(gè)連續(xù)的行或列及其相應(yīng)的過孔。并且，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和分隔以在相鄰的過孔行或列之間獲得更寬的電路走線布線通道。根據(jù)本發(fā)明，將布線通道的不可使用的部分轉(zhuǎn)移到指定的通道，以使所述部分的累加和變?yōu)榭捎玫念~外的布線通道。另外，根據(jù)本發(fā)明，可布線性的優(yōu)化并不局限于最小化層數(shù)來逃逸還包括考慮選擇的電、熱和其它參數(shù)。
本發(fā)明的特征還在于改進(jìn)了過孔和連接器模式的BGA基底以及根據(jù)上述方法的BGA基底和印刷接線板。
本發(fā)明的特征還在于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)程序，用于在布圖設(shè)計(jì)期間自動(dòng)應(yīng)用上面定義的方法，以優(yōu)化最后得到的可布線性。
此外，本發(fā)明提供增加通過兩行或更多行的穿透式過孔走線的布線方法，所述過孔由連接器連接到連接盤的互相垂直導(dǎo)向(orthogonallyoriented)的行，所述行以標(biāo)準(zhǔn)球柵陣列(BGA)多層印刷接線板柵格間距分隔開，所述方法包括在選擇的過孔柵格列或行之間提供增大的間隔，以使得所述過孔的一些柵格間距等于標(biāo)準(zhǔn)BGA的間距，并且至少一些是較大的柵格間距并且其中通過至少兩個(gè)積累的連續(xù)過孔和連接器轉(zhuǎn)換獲得所述較大的柵格間距以使得可用的層間走線空間相對(duì)變大。


考慮下面的詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的上述和其它的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征會(huì)變得更明顯，其中圖1-3是本發(fā)明的三種間距變化(1.4、1.6和2.0)的示圖。改變所述示圖以顯示當(dāng)BGA焊球附著(attach)間距保持不變時(shí)(垂直的黑線)，在該圖的中心部分中的通過過孔柱(barrel)定義的布線通道寬度要更寬。(使用旋轉(zhuǎn)、平移、延伸或截短的不同組合的其它變化也是可能的。)圖4顯示將圖1-3中所示的方法中的一個(gè)應(yīng)用于BGA引腳區(qū)域的最終結(jié)果，由此，變動(dòng)的過孔行現(xiàn)在可容納兩行而不損害PCB的可制造性。
圖5說明了在許多傳輸對(duì)(transmission pairs)必須從指定封裝逃逸的情況下的應(yīng)用，所述指定封裝由特定的IC電氣要求規(guī)定。
圖6顯示了本發(fā)明應(yīng)用于BGA以簡(jiǎn)單增加其可布線性。
圖7顯示使用本發(fā)明以容納從兩個(gè)不連接的IC經(jīng)BGA引腳區(qū)域的傳輸對(duì)通過，以及圖8顯示了芯片A和B通過一個(gè)或更多的傳輸對(duì)連接，所述傳輸對(duì)必須從芯片C的下面通過而實(shí)際上不與芯片3連接。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出在多層電路板上增加通過過孔柵格布線的走線密度的問題，其中過孔的排列要適應(yīng)球柵陣列(BGA)封裝器件的互連需要。特別地，當(dāng)兩個(gè)或更多的走線必須在柵格中的相鄰過孔行(或列)之間布線時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)所述性能的需求，例如對(duì)于邊緣耦合的差分信號(hào)或僅允許局部高密度逃逸。通常，如果不損害過孔盤和/或過孔縱橫比，這種布線在1mm間距的BGA上是不可能的，會(huì)依次導(dǎo)致制造和可靠性的問題。本發(fā)明在過孔間距中提供局部的變化，由此利于2條走線的布線方案，同時(shí)保持了等于標(biāo)準(zhǔn)BGA封裝(例如1mm)間距的平均間距。
參考圖1，多層印刷電路板10具有接觸焊盤或連接盤(land)L1、L2、L3、L4...LN的列為C1、C2、C3、C4...CN和行為R1、R2、R3...RN的陣列，所述焊盤或連接盤通過電連接器EL1、EL2、EL2...ELN連接到相應(yīng)的過孔V1、V2、V3、V4...VN陣列。需要注意的是，導(dǎo)電連接盤L的列和行位于由芯片的焊球接觸點(diǎn)柵格布圖所確定的固定陣列中以固定于印刷電路板，并且每個(gè)芯片通過該固定陣列與位于或不位于印刷電路板10上的其它電路元件相互作用。
具有一些等于標(biāo)準(zhǔn)BGA過孔間距的過孔間距不是實(shí)施本發(fā)明的必要條件。事實(shí)上，可能沒有所述等于標(biāo)準(zhǔn)BGA間距的間距(即所有的都是更大或更小)，只要平均起來的間距等于標(biāo)準(zhǔn)BGA的即可。例如具有十行和十列1mm間距的BGA焊球。如果這些行和列的三分之一加寬到1.2mm而其它三分之二的行和列減窄到0.9mm，也可達(dá)到本發(fā)明的目的。行或列中沒有等于1mm的，但得到的平均值卻正好為1mm。
本發(fā)明提供在BGA連接盤模式中的過孔行和/或列之間獲得可變間隔的方法。通過旋轉(zhuǎn)、延伸或截短來轉(zhuǎn)換起連接作用的連接器L(因?yàn)樗鼈兊囊话阈螤钣袝r(shí)被稱作“狗骨頭”)，這將結(jié)合此處的圖形來顯示和描述。
圖1說明如何通過由連接器(狗骨頭)及其各自過孔V的相鄰行或列的順時(shí)針箭頭AC和逆時(shí)針箭頭ACC所指示的逆方向旋轉(zhuǎn)來獲得額外的空間(1.4X)。在圖2中，通過相鄰“狗骨頭”或連接器EL的相鄰行或列的逆方向旋轉(zhuǎn)和截短(D-)來獲得1.6通道因子增量。在圖3中，通過相鄰的連接器EL或“狗骨頭”的逆方向旋轉(zhuǎn)和同時(shí)截短(D-)和延伸(D+)獲得雙倍通道因子。在圖3中，注意連接器EL1’已經(jīng)被延伸(D+)且連接器EL2已被截短(D-)。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)過孔同時(shí)的截短和延伸。在每種情形中，除了相對(duì)于焊盤或連接盤的連接和定位，過孔結(jié)構(gòu)上保持不變。
當(dāng)顯示柱狀物移動(dòng)時(shí)，很明顯該方法同樣地適用于行方向(row-wise)移動(dòng)。
圖4顯示了將本發(fā)明中的一種方法應(yīng)用到BGA引腳區(qū)的最終結(jié)果通過變動(dòng)過孔的行或列來容納兩條導(dǎo)線T1、T2或走線而不損害印刷電路板的可制造性。
現(xiàn)在參考圖5，顯示了本發(fā)明應(yīng)用于許多傳輸對(duì)TP1、TP2必須從指定的封裝逃逸并且由特定的集成電路的電氣要求規(guī)定的情形。圖6顯示了本發(fā)明應(yīng)用于BGA電路板以增加其可布線性。注意，通過定義，本發(fā)明允許可布線性增加百分之五十而不損害印刷電路板的可制造性。
圖7和8顯示了使用本發(fā)明來容納來自如圖8所示的兩個(gè)不連接的集成電路(IC)經(jīng)過BGA引腳區(qū)域的傳輸對(duì)通過。也就是說芯片A和芯片B連接到一個(gè)或多個(gè)傳輸對(duì)TP，所述傳輸對(duì)必須在芯片C下面通過而實(shí)際不與芯片C相連。
優(yōu)點(diǎn)1.簡(jiǎn)單的、有成本效益的和低風(fēng)險(xiǎn)的解決方案，僅需改變電路板的布圖設(shè)計(jì)來解決可制造性的問題。
2.廣泛適用于電信和其它領(lǐng)域的高性能電子系統(tǒng)。
因此，本申請(qǐng)公開了用于穿透式過孔定位的新穎的方法和裝置，為了由接線板制造業(yè)者，特別是其設(shè)計(jì)車間使用，將所述方法結(jié)合在布圖設(shè)計(jì)工具中。
本發(fā)明包括旨在通過印刷電路板上規(guī)則間隔的穿透式過孔柵格布置兩條或更多走線的方法以及所得到的PCB產(chǎn)品。本發(fā)明的特性化特征在于其為在柵格中的過孔行和列之間的導(dǎo)電走線提供了更大的、額外的可用布線空間，布線空間的增加是通過轉(zhuǎn)變沿柵格的軸的相鄰行或列中的一個(gè)或兩者的位置來獲得的。本發(fā)明也可以結(jié)合到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工具中，用于根據(jù)本發(fā)明自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該方法的性能，并且優(yōu)化最后得到的可布線性。另外，具有由上面定義的方法得到的所述特性(即穿透式過孔的非正常間距柵格)的印刷電路板是有具有新穎性的。
雖然涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的其它實(shí)施例、改變和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于在球柵陣列(BGA)多層印刷接線板連接盤模式中的過孔行之間提供增大間隔的方法，其中在所述模式中的所述連接盤通過連接器連接所述過孔，所述方法包括旋轉(zhuǎn)、延伸和/或截短選擇的連續(xù)的連接器并且旋轉(zhuǎn)行或列或選擇的連續(xù)的行或列中連接器各自對(duì)應(yīng)的過孔，以在所述BGA連接盤模式中的過孔行或列之間獲得所述增大間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在互為相反的方向上旋轉(zhuǎn)、延伸和/或截短連接器的至少兩個(gè)連續(xù)的行或列及其相應(yīng)的過孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，執(zhí)行所述旋轉(zhuǎn)和分隔是為了在過孔的相鄰行或列之間獲得更寬的電路走線布線通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中布線通道的不可使用的部分轉(zhuǎn)移給指定的通道，以使所述部分的積累總和變?yōu)榭捎玫念~外布線通道。
5.一種BGA基底或印刷接線板，其中根據(jù)權(quán)利要求1描述的方法修改過孔和連接器模式。
6.一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)程序，用于在布圖設(shè)計(jì)期間自動(dòng)應(yīng)用權(quán)利要求1定義的方法以便優(yōu)化最后得到的可布線性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中可布線性的優(yōu)化并不局限于最小化層數(shù)來逃逸，還包括考慮被選的電、熱和其它參數(shù)。
8.一種提供增加通過兩行或更多行的穿透式過孔走線的布線的方法，所述過孔由連接器連接到連接盤的互相垂直導(dǎo)向的行，所述行以標(biāo)準(zhǔn)球柵陣列(BGA)多層印刷接線板柵格間距分隔開，所述方法包括在選擇的過孔柵格列或行之間提供增大的間隔，這樣所述過孔的一些所述柵格間距等于所述標(biāo)準(zhǔn)BGA的柵格間距并且至少一些是較大的柵格間距。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中通過至少兩個(gè)累積的連續(xù)的過孔和連接器轉(zhuǎn)換獲得所述較大的柵格間距，以使得能實(shí)現(xiàn)的可用層間走線空間相對(duì)變大。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求8的方法制造的具有列和/或行之間信號(hào)走線空間的球柵陣列電路板。
11.一種具有權(quán)利要求9的方法定義的走線布線通道的BGA電路板。
全文摘要
在球柵陣列(BGA)多層印刷接線板連接盤模式中的過孔行之間提供增大的間隔，其中模式中的連接盤通過連接器連接到過孔，通過旋轉(zhuǎn)、延伸和/或截短選擇的連續(xù)的連接器以及旋轉(zhuǎn)行或列或選擇的連續(xù)的行或列中連接器各自對(duì)應(yīng)的過孔，以在BGA連接盤模式中的過孔行或列之間獲得增大的間隔。在選擇的過孔柵格列或行之間提供增大的間隔，這樣過孔的一些柵格間距等于標(biāo)準(zhǔn)BGA的柵格間距并且至少一些是較大的柵格間距。
文檔編號(hào)H01L23/00GK1805664SQ20051002301
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者P·布朗 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司