專利名稱：過孔短截線的端接結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所公開的實施例通常涉及印刷電路板(PCB)的生產(chǎn)和設(shè)計，更具體地，涉及高性能多層PCB的生產(chǎn)和設(shè)計。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上印刷電路板、底板(backplane)、中板(midplane)、印刷線路板、柔性電路、硬柔性電路、多芯片模塊(MCM)等(這里統(tǒng)稱為PCB)已被用于提供需要在包括計算機、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和電信設(shè)備在內(nèi)的電子裝置中的不同位置之間傳輸?shù)臄?shù)字、模擬和RF(射頻)信號的互連(一組電路連接)。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種典型多層PCB 100的橫截面圖。PCB100包括由結(jié)合在一起的硬的或柔性的平面絕緣介質(zhì)層115a-e分隔開的多個信號跡線和/或平面導(dǎo)電層100a-f。當在PCB中布設(shè)互連時，通常必須在平面層110a-f之間設(shè)置互連。過孔(via)是用來實現(xiàn)這一功能的電連接通路。通孔(thru-hole)120完全穿過PCB 100的板體，盲孔(blind via)125只有過孔的一端延伸到PCB 100的表面，而埋孔(bury via)130的兩端都不延伸到PCB 100的表面。
稱為焊盤(pad)的小的導(dǎo)電區(qū)域可以直接連接到一個或多個導(dǎo)電層上的過孔。作為互連的功能性部件的焊盤被稱為功能焊盤135a-f。布設(shè)在層與層之間但不是完成互連所需的焊盤被稱為非功能焊盤140。焊盤可以通過不導(dǎo)電的反焊盤(anti-pad)區(qū)145與層的其它部分隔離。
在圖1中，層110a和110c上的信號跡線150a和150b分別通過過孔120和功能焊盤135a和135b電連接在一起。包括壓入配合式(press-fit)插腳160以及直接連接到過孔焊盤的分立/平面無源組件和電路在內(nèi)的可選互連方案也可以用來代替信號跡線150a。
在所希望的層之間提供電連接所必需的過孔的連續(xù)部分稱為過孔穿過(via-thru)部分155a-c。過孔還可能包括向遠離功能焊盤135b、135d和135f的方向延伸的非功能部分，稱為過孔短截線(via-stub)部分165a、165b和165c。過孔短截線部分沒有連接到互連170a-c的功能焊盤的一端是過孔短截線部分的無終端接頭的一端。
在互連中出現(xiàn)一個或多個過孔短截線部分會顯著地減小它的可用帶寬，并不利地使通過互連傳播的信號失真。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)采用的一種緩解互連帶寬和信號失真限制的技術(shù)包括如圖1中細部180所示的背向鉆孔(back-drilling)。使用直徑185大于所完成的孔尺寸的鉆頭來去除過孔短截線部分的實體部分190a，留下不再明顯影響互連性能的短的剩余短截線190b。
然而，背向鉆孔費時、昂貴，并且產(chǎn)生的誤差會不可恢復(fù)地損壞PCB 100。此外，背向鉆孔不能應(yīng)用于過孔短截線部分165b-c沒有一直延伸至PCB表面的過孔結(jié)構(gòu)，除非采取預(yù)防措施以使基本的互連不會經(jīng)過將在背向鉆孔過程中去除的PCB區(qū)域195a-b。

發(fā)明內(nèi)容
作為非限制性的例子，一個實施例包括多層板結(jié)構(gòu)，多層板結(jié)構(gòu)包括由多個非導(dǎo)電層分隔開的多個導(dǎo)電層，并具有至少一個由至少第一導(dǎo)電層延伸至第二導(dǎo)電層的過孔。在過孔中設(shè)置導(dǎo)電材料以電連接所述至少兩個導(dǎo)電層，該導(dǎo)電材料具有延伸超過第二導(dǎo)電層的短截線部分。端接元件電連接到短截線部分。
作為非限制性的例子，另一實施例包括在包含由多個非導(dǎo)電層分隔開的多個導(dǎo)電層的多層印刷電路板結(jié)構(gòu)中形成過孔；在過孔中設(shè)置導(dǎo)電材料以電連接所述導(dǎo)電層的至少兩個導(dǎo)電層；以及提供端接元件以便電連接導(dǎo)電材料的短截線部分。
作為非限制性的例子，另一實施例包括多個導(dǎo)電層；多個用來在導(dǎo)電層之間傳輸信號的導(dǎo)電過孔；以及電連接到多個導(dǎo)電過孔的過孔短截線元件的多個端接元件。
作為非限制性的例子，另一實施例包括作為電路第一部分的第一導(dǎo)電跡線，用來從源向耦合到印刷電路板的目的地傳遞電信號，第一導(dǎo)電跡線在印刷電路板的第一層上；第二導(dǎo)電跡線作為電路第二部分，第二導(dǎo)電跡線在印刷電路板的第二層上；包含用以耦合第一導(dǎo)電跡線和第二導(dǎo)電跡線的導(dǎo)電材料的過孔；以及端接元件，用來耦合通過過孔由電路轉(zhuǎn)移至印刷電路板的接地層的能量。
這些實施例的一個優(yōu)點是在不借助昂貴的背向鉆孔的情況下提高了互連的可用帶寬。另一優(yōu)點是端接元件可以用于所有類型的過孔，包括通孔、盲孔和埋孔。
可以設(shè)置端接元件以降低失真和提高各種基于PCB的傳輸線互連配置的可用帶寬，基于PCB的傳輸線互連配置包含過孔短截線部分，過孔短截線部分包括單端微帶(single-ended microstrip)、單端帶狀線(single-ended stripline)、邊緣耦合差分對微帶(edge-coupleddifferential-pair microstrip)、邊緣耦合差分對帶狀線(edge-coupleddifferential-pair stripline)、寬邊耦合差分對微帶(broadside-coupleddifferential-pair microstrip)、寬邊耦合差分對帶狀線(broadside-coupleddifferential-pair stripline)、以及開槽線(slot-line)。
端接元件可以由下述構(gòu)成安裝在PCB表面上的一個或多個分立組件，例如電阻器、電容器和電感器；在生產(chǎn)過程中直接形成在PCB中的一個或多個平面電阻性、電容性和電感性元件；或者是所述分立組件和所述平面無源元件的組合。結(jié)合在PCB生產(chǎn)過程中的平面元件可以由各種不同的材料構(gòu)成，包括聚合物厚膜材料、薄膜材料、金屬合金和有機材料。
在示范性實施例中，端接元件可以包括電路。在其它示范性實施例中，端接元件可以是有源組件。通過閱讀以下說明并研究附圖，這些和其它實施例和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。


圖1是印刷電路板的橫截面圖，示出了現(xiàn)有技術(shù)中典型的包含過孔的多層印刷電路板；圖2是印刷電路板的橫截面圖，示出了多個單獨的過孔短截線部分是如何結(jié)合在電路短截線部分中的；圖3是印刷電路板的橫截面圖，示出了過孔短截線部分通過分立組件端接的幾個實施例；圖4是印刷電路板的橫截面圖，示出了過孔短截線部分通過位于印刷電路板的導(dǎo)電層中的共面元件端接的幾個實施例；以及圖5是平面圖，示出了用來減小信號失真的過孔短截線的端接方案。
具體實施例方式
這里所討論的實施例是結(jié)構(gòu)和方法的某些實例的說明。根據(jù)結(jié)合附圖描述的這些實施例，所述方法和/或特定結(jié)構(gòu)的各種修改或改進對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。所有這種依據(jù)所述示范性實施例的教導(dǎo)的修改、改進或變化，以及通過這些教導(dǎo)獲得的先進技術(shù)，被看作是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，這些描述和附圖不應(yīng)被看作是出于限制目的，應(yīng)當理解本發(fā)明決不僅僅局限于這里例舉的示范性實施例及其組合。
典型的PCB互連由一個以上的連續(xù)導(dǎo)電通路構(gòu)成。當在PCB的層與層之間布設(shè)互連時，必須為每個連續(xù)導(dǎo)電通路設(shè)置單獨的過孔。圖2示出了幾種實施例。圖2顯示了直接位于壓入配合連接器(為了清楚起見只顯示了連接器的插腳160)下面的PCB板的一部分的截面圖。設(shè)計為在PCB中的被設(shè)置為單端微帶或帶狀線傳輸線的互連一般需要最少兩個過孔，一個用于信號通路210a，一個用于信號回路210b。作為差分對微帶或帶狀線傳輸線的互連通常需要至少三個過孔，兩個用于兩個差分信號通路215a-b，一個用于共?；芈?15c或215d。通常兩個過孔215c-d都用于差分對的共?；芈?，以便保持差分對互連的共模和差模之間的電性對稱。借助回路信號例如215c-d直接將過孔連接到包含接地層205a-d的所有層220也是一種常規(guī)做法。
與用于在PCB層之間布設(shè)互連的多個過孔相關(guān)的過孔短截線部分的集合構(gòu)成電路短截線(circle-stub)。電路短截線225a與隔離(信號回路未連接到所有包含地平面的PCB層)的單端互連210a-b的布線相關(guān)，單端互連210a-b利用層110a-11c而被配置為帶狀線傳輸線。當共?；芈?15c-d連接到所有包含地平面205a-d的PCB層220，電路短截線225b與利用層110a-c的邊緣耦合差分對215a-d的布線相關(guān)。對于圖2所示的實施例，電路短截線部分的無終端接頭的一端出現(xiàn)在層110f上。
圖3示出了圖2所示的電路短截線225a-b如何使用安裝在電路短截線的無終端接頭的一端所在的一側(cè)上的分立組件來端接的。對于所示實施例，這是包含層110f的PCB側(cè)。根據(jù)電路短截線300、305、310、315、320和325的不同部分的接入阻抗，按需要連接分立的端接元件330a-f。對于包含多個單獨的過孔短截線的復(fù)雜電路短截線，必須采用電磁模擬程序來量化電路短截線300、305、310、315、320和325的不同部分的接入阻抗。對于多數(shù)常用的互連形狀，只需要位于位置330b和330e的分立電阻器即可顯著降低信號失真并提高可用帶寬。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。也可以通過將基本上為電阻性的元件替換為更復(fù)雜的由一個或多個分立電阻器、電容器和電感器構(gòu)成的電路來獲得更多的性能改善?？梢允褂贸Ｓ玫腜CB組件安裝和連接技術(shù)，包括直接附著在過孔短截線部分的焊盤上(已示出)以及使用短跡線將組件連接到過孔短截線部分的焊盤上(未示出)。
圖4示出了優(yōu)選的電路短截線實施例，其采用了在生產(chǎn)過程中內(nèi)置在PCB中的平面無源端接。前面章節(jié)所述各實施例中概括的一般原理也同樣適用，只是將分立端接元件330a-f替換為位于層110f上的400a-f的平面無源端接元件。
平面端接元件不一定要位于無終端接頭的電路短截線的端部，只要剩余的電路短截線410足夠短以使其對互連性能的影響最小。例如，即使端接元件405a-f位于層110e上，仍然可以獲得互連性能的明顯改善。
圖5示出了部分接地層(例如，層110e和110f)的放大俯視圖，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，所述接地層包含作為環(huán)形電阻器510的圖4所示阻抗端接元件400a-f和405a-f之一。環(huán)形電阻器510在美國專利5,447,258、5,604,847和5,108,569中有詳細描述，專利授予Hadco Santa Clara公司，其為Sanmina-SCI公司的全資子公司；在此引入這些專利公開的內(nèi)容。過孔505a至少部分地被環(huán)繞著并耦合到環(huán)形電阻器510的內(nèi)部圓周。環(huán)形電阻器510的外部圓周的至少一部分耦合到接地層500。在某些實施例中，環(huán)形電阻器510包括電阻性材料，例如聚合物厚膜材料、電阻性薄膜金屬、電阻性金屬合金、和/或電阻性有機材料，以形成同時電耦合到接地層500和過孔505a的電阻器。
圖5還示出了根據(jù)本發(fā)明可選實施例的作為矩形電阻器515的端接元件400a-f和405a-f。如上述參考引用的專利中所公開的，矩形電阻器515是環(huán)形電阻器510的可選實施例。過孔505b至少部分地被環(huán)繞著和耦合到矩形電阻器515的內(nèi)部圓周。矩形電阻器515的外圍的至少一部分耦合到接地層500。矩形電阻器515包括電阻性材料，例如聚合物厚膜材料、電阻性薄膜金屬、電阻性金屬合金、和/或電阻性有機材料，以形成同時電耦合到接地層500和過孔505b的電阻器。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到的，端接元件可以具有各種形狀，以便在生產(chǎn)過程中形成并調(diào)整它們的工作特性。作為非限制性的例子，無源元件可以是圓錐截面，例如圓形或橢圓形。作為進一步非限制性的例子，無源元件可以是多邊形，例如正方形、矩形或八邊形。
在另一實施例中，端接元件包括將兩個過孔焊盤連接在一起的電阻性材料520的區(qū)域。這種配置用于例如圖4中的元件400b、400e、405b和405e。平面無源元件510、515和520可以結(jié)合成為一個結(jié)構(gòu)，以形成例如端接結(jié)構(gòu)400a-c、400d-f、405a-c和405d-f。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，阻抗端接元件510、515和520可以具有許多其它的形狀。例如，端接元件可以是橢圓形或圓角矩形。圓角矩形形狀可以改善層的處理如層500的刻蝕，以及端接元件510、515或520在層500的刻蝕部分中的沉積。
雖然上述示范性實施例只包括單一組件作為端接元件，但這里所使用的“端接元件”也包括端接電路。例如，端接元件可以包括RC電路、LC電路、RL電路、和RLC電路等。此外，雖然上述示范性實施例使用無源組件如電阻器、電容器和電感器作為端接元件，但其它實施例可以包括有源組件如二極管或晶體管。
盡管已經(jīng)采用特定的術(shù)語和裝置描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是這種描述只是為了說明的目的。所用詞語只是描述性的用語，而不是限制性的用語。應(yīng)當理解，在不脫離如所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神或范圍的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以作出修改和變化。另外，應(yīng)當理解，各種其它實施例的不同方面可以在整體上或部分地互相替換。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)被局限于這里所包含的優(yōu)選方案的描述。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板，包括多層板結(jié)構(gòu)，其包含由多個非導(dǎo)電層分隔開的多個導(dǎo)電層，所述多層板結(jié)構(gòu)具有從至少第一導(dǎo)電層延伸超出第二導(dǎo)電層的至少一個過孔；導(dǎo)電材料，其布置在所述過孔中以電互連所述至少兩個導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電材料具有延伸超出所述第二導(dǎo)電層的短截線部分；以及端接元件，其電連接到所述短截線部分。
2.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括電路。
3.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述端接元件是無源元件。
4.如權(quán)利要求3所述的印刷電路板，其中，所述無源元件是安裝在所述多層結(jié)構(gòu)上的分立的電阻器、電容器和電感器中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述無源元件與導(dǎo)電層基本上共平面地形成。
6.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括分立組件和共平面元件的組合。
7.如權(quán)利要求5所述的印刷電路板，其中，所述無源元件包括一個或多個環(huán)形電阻器。
8.如權(quán)利要求7所述的印刷電路板，其中，所述一個或多個環(huán)形電阻器的形狀選自包括圓錐截面和多邊形在內(nèi)的形狀。
9.如權(quán)利要求5所述的印刷電路板，其中，所述無源元件包括聚合物厚膜材料、薄膜金屬、金屬合金和電阻性有機材料中的至少一種。
10.如權(quán)利要求9所述的印刷電路板，其中，所述元件可以選擇性地或平面地分布在所述PCB上。
11.一種方法，包括在包含由多個非導(dǎo)電層分隔開的多個導(dǎo)電層的多層印刷電路板結(jié)構(gòu)中形成過孔；在所述過孔中設(shè)置導(dǎo)電材料以電連接所述導(dǎo)電層的至少兩個導(dǎo)電層；以及提供端接元件以電端接所述導(dǎo)電材料的短截線部分。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述端接元件是無源元件。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述無源元件至少是電阻器、電容器和電感器中的一種。
14.一種印刷電路板，包括多個導(dǎo)電層；用來在所述導(dǎo)電層之間傳送信號的多個導(dǎo)電過孔；以及電連接到所述多個導(dǎo)電過孔的過孔短截線元件的多個端接元件。
15.如權(quán)利要求14所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括電阻器、電容器和電感器中的至少一種。
16.如權(quán)利要求14所述的印刷電路板，其中，所述多個過孔選自包含通孔、埋孔和盲孔的組。
17.如權(quán)利要求14所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括電路。
18.一種印刷電路板，包括配置為電路的第一部分的第一導(dǎo)電跡線，用來從源向耦合到所述印刷電路板的目的地傳遞電信號，所述第一導(dǎo)電跡線在所述印刷電路板的第一層上；配置為所述電路的第二部分的第二導(dǎo)電跡線，所述第二導(dǎo)電跡線在所述印刷電路板的第二層上；和包含用來連接所述第一導(dǎo)電跡線和所述第二導(dǎo)電跡線的導(dǎo)電材料的過孔；以及用來耦合通過所述過孔由所述電路轉(zhuǎn)移至所述印刷電路板的接地層的能量的端接元件。
19.如權(quán)利要求18所述的印刷電路板，其中，所述端接元件是無源端接元件。
20.如權(quán)利要求18所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括電路。
21.如權(quán)利要求18所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括安裝在所述印刷電路板表面上的分立組件。
22.如權(quán)利要求18所述的印刷電路板，其中，所述端接元件包括與導(dǎo)電層基本上共平面的無源元件。
全文摘要
在多層印刷電路板中使用過孔來實現(xiàn)層間的電互連。某些過孔結(jié)構(gòu)實例會導(dǎo)致形成過孔短截線部分。過孔短截線部分會使經(jīng)互連傳輸?shù)男盘柺д娌⒔档突ミB的可用帶寬。為了最小化失真并增大帶寬，可以在過孔短截線部分無終端接頭的一端連接一個或多個端接元件。作為非限制性的例子，阻抗端接元件包括在過孔短截線和接地層之間的一個或多個電阻器、電容器和/或電感器。阻抗端接元件可以形成在PCB的內(nèi)部或安裝在PCB的表面。
文檔編號H05K3/40GK1972556SQ20061016355
公開日2007年5月30日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者弗朗茲·吉希恩, 克里斯托夫·赫里克 申請人:圣米納-Sci公司