用於印刷電路板的優選非對稱通孔定位的製作方法
2023-06-07 14:45:51
專利名稱：用於印刷電路板的優選非對稱通孔定位的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電路板布局，並更具體地涉及用於高速電子傳輸應用的印刷電路板上的通孔布局。
背景技術：
在數據通信領域中，數據傳輸的速度經年穩定地增長。速度的增長要求用於在電信領域中使用的高速電子部件的發展，例如網際網路的使用和數據傳輸及存儲應用中的使用。為了獲得傳輸電子信號速度的增長，使用差分信號是公知的。
雙絞線導線通常用於傳輸差分信號並在電纜中是最常用的。這些信號電纜具有一個或多個的沿電纜長度方向絞在一起的導線的雙絞線，每個這種雙絞線由相關的接地屏蔽包圍著。這些雙絞線一般接收互補信號電壓，即，雙絞線的一根線將承載1.0伏特的信號，而該雙絞線的另一根線則將承載-1.0伏特的信號。該導線對沿電纜的軸絞在一起以使每根導線沿電纜以螺旋狀的路徑延伸並且這兩根導線沿電纜長度方向的螺旋狀路徑互相隔開相同的距離。
當信號電纜選定路逕到電子器件，它們可經過或鄰近發射自身電場的其它電子器件。這些器件可能在由信號電纜形成的傳輸線中產生電磁幹擾。然而，通過在需要的方向保持兩根導線以使它們電容性地互相耦合併耦合至相關的接地屏蔽或加蔽線，電纜的雙絞線結構最小化或消除任何的感應電場，並且這種結構因此在基本上防止了在電纜中電磁幹擾的發生和影響通過電纜的數據信號的傳輸。
為了從這種傳輸線到相關的電子器件的電路保持電性能完整性，最好在全部傳輸線中獲得基本上恆定的阻抗，從電路到電路並且避免在傳輸線的阻抗中大的不連續。在傳輸線的阻抗中的大的不連續可導致在傳輸線的信號路徑之間的不良串擾或電「噪聲」的產生。這種類型的噪聲和串擾都會負面地影響在高頻(或數據傳輸速度)電傳輸的信號的完整性。在電子器件之間的「傳輸線」不僅包括電纜和使兩個器件相互連接在一起的連接器，還包括器件的印刷電路板。
可控制雙絞線傳輸電纜的阻抗，因為保持信號導體和接地屏蔽的特殊的幾何或物理排列是容易的，阻抗變化通常遭遇在電纜匹配連接器的區域，在此區域中連接器安裝到印刷電路板並且連接器安裝到電路板。這個最後的區域在本技術領域中稱作「發射」區域，其中信號從電路板上(或中)的傳輸線發射進入其上安裝的連接器。同樣地，可將信號從連接器發射進入電路板並且該區域通常也稱作「引出」區域。這些區域是相同的但依賴於信號路徑的方位和方向具有不同的術語，或者從電路板到連接器或者從連接器到電路板。本發明針對在這些電路板發射或引出區域中使用的改進結構。
電路板由多層導電的和非導電材料組成。每層可認作定義了電路板的多個平面中的一個。非導電層可用作電路板的基底，並且其表面(多個)可塗覆導電材料，例如銅箔或鍍層。去除其部分來在板的表面上形成導電區域，該區域在本技術領域中一般稱作「跡線」。這些跡線定義了在板基底層上的電路路徑。然後施加後繼的非導電層到基底的表面並且施加另一導電層到那層並且蝕刻成圖案。施加第三導電層到第二導電層上並且重複該過程直到形成多層電路板。不同的導電層通常由在本技術領域中公知的「通孔」連接在一起。通孔是鑽通電路板的孔並且其內表面受電鍍。該鍍層使各個導電層相互連接。當需要連接跡線到其它跡線時，電路板上的跡線可通向通孔位置。同樣地，也可將通孔用於接收通過孔安裝的引腳或連接器的其它安裝引腳。
可在電路板層中形成跡線對以承載差分信號對並且每對都限定一個電路板的差分信號傳輸線。每個電路板層或平面可支撐一個或更多的這種差分信號傳輸線。控制這些傳輸線的阻抗很重要，其可在器件運作期間最小化串擾和電幹擾，而不過度地複雜化電路板的設計和電路板上電路的布局。
因此本發明針對電路板設計，利用共同限定信號傳輸線的電路板通孔和從通孔引出的導電跡線來提供高水平的操作性能並且其保持需要的電特性，例如電路板信號傳輸線的阻抗。
發明內容
因此，本發明的一般目的是提供在高速信號傳輸中使用的電路板結構，其中為在電路板上的差分信號傳輸線提供接地平面並且在相對於差分信號跡線連接至電路板上通孔的優選位置定位接地平面以使每個差分信號跡線和它相應的通孔對和地進行電耦合而不是和由導電跡線和通孔對組成的鄰近的差分信號傳輸線進行耦合。
本發明的另一個一般目的是提供改進的電路板結構，在該結構中專門配置通向或離開通孔的導電差分信號跡線對以控制構成電路板上差分信號傳輸線的導電跡線的阻抗。
本發明的另一個一般目的是提供可用作用於匹配電子部件例如電連接器的「發射」或「引出」區域的印刷電路板結構，其中這些結構包括通過孔匹配到電路板中的通孔的差分信號跡線對，並且其中在跡線從通孔引出的區域中，跡線具有特殊的結構以使影響差分信號系統的阻抗。
本發明的進一步目的是提供改進的電路板構造，其中緊鄰相關的接地通孔定位差分信號通孔對，該電路板具有形成於其中的至少一個接地平面層，並且該接地平面具有形成於其中的反焊盤(anti-pad)，該反焊盤包圍兩個差分信號通孔並且連接到相關接地通孔和與另一對差分信號通孔相關的另一接地通孔，該接地平面還具有另一反焊盤，該另一反焊盤鄰近那一個反焊盤定位並且包圍第二鄰近的差分信號通孔對，但接觸與該鄰近的差分信號通孔對相關的第二接地通孔。
本發明的進一步目的是提供帶有新的用於導電跡線從差分信號通孔對導出的引出圖案的電路板，該引出圖案在跡線的每個引出部分中包括彎曲部，跡線引出部分之一的一個彎曲部位於另一個外部跡線引出部分的彎曲部半徑的內部，因此一般地從它們限定的傳輸線的主體到跡線之一從相關通孔引出的位置將跡線引出部分之一彼此隔開相似的和一致的距離。
本發明的另一目的是提供用於導電電路板跡線對引出各自的差分信號通孔對並且通向電路板上差分信號傳輸線的圖案，每個跡線包括包圍並接觸相應通孔的導電套圈部分，引出部分從套圈部分引出並且在信號傳輸部分中止，引出部分包括增加寬度的部分，信號傳輸部分沿和差分信號通孔對隔開並且不和通孔交錯的電路板的範圍縱向延伸，引出部分包括至少一個方向的改變以接合信號傳輸線。
本發明的進一步目的是提供具有如上所述的差分信號通孔跡線引出圖案的電路板，並且該電路板包括多個接地平面層，每個接地平面層具有反焊盤，該反焊盤的周界包圍差分信號跡線對的套圈和引出部分。
本發明經由它的結構提供這些目的、優點和好處。在本發明的一基本方面，在電路板上提供四個通孔。指定其中兩個通孔作為差分信號通孔並且同樣地，它們包括在電路板的層內或上從差分信號通孔導出的導電跡線並且這些跡線限定電路板層的差分信號傳輸線。指定剩餘的兩個通孔作為接地通孔並且同樣地，優先地是在電路板的平面或層中而不是在差分信號傳輸線延伸的平面或層中，它們連接到接地基準面。以這樣的方式形成接地基準面使得它具有在其中形成的包圍兩個差分信號通孔的對的開口。接地基準面和兩個接地通孔都連接。在假想的四邊圖形例如正方形、矩形、菱形等的角上設置四個通孔，並且接地基準面可以是實心和平面的，或者它可以是網格或網絡形的結構。
在本發明的另一基本方面中，提供用於跡線從差分信號通孔對導出的新的發射或引出的圖案。引出圖案包括在電路板層或平面中從相關的通孔對，優選為差分信號通孔對延伸的跡線對，並且每個跡線在該跡線的發射或引出部分內包括彎曲部。跡線引出部分之一的一個彎曲部設置在另一(並且外部的)跡線引出部分的彎曲部半徑內，因而通常從相關通孔到傳輸線的主體將跡線引出部分對相互間隔相同並一致的距離。
在本發明的另一基本方面中，提供用於導電電路板跡線對引出(或進入)各自的差分信號通孔對並且通向電路板上差分信號傳輸線的圖案。每個跡線包括包圍並接觸相應通孔的導電套圈部分並且它進一步包括從套圈部分延伸並連接到或終止在信號傳輸線的引出部分。引出部分包括增加寬度的部分，並且在一實施例中，該增加的寬度部分可在從一差分信號通孔的中心延伸到另一差分信號通孔的中心線附近開始。該增加寬度的部分延伸並且可經歷它的路徑中的至少一個彎曲部到信號傳輸線，其中它通過將寬度降低至它連接的信號傳輸線的寬度來終止。在另一實施例中，當從上面或從與導電跡線平面正交的方向看時，增加寬度的部分具有「旗形」的配置。增加寬度的部分出於耦合的目的以密集的間隔互相接近。增加寬度的部分通常沿它們的路徑從它們的通孔到信號傳輸線，經歷至少一個彎曲部或進行方向上的變化。
通過考慮下面的詳細描述，將清晰地理解本發明的這些和其他目的、特徵和優點。
在該詳細描述期間，經常參照附圖，其中圖1是使用本發明的環境的示意圖，即用於高速信號和數據傳輸應用的背板環境。
圖2是帶有兩個通孔形成於其中的公知的電路板結構的平面圖；圖3是在電路板表面上的通孔開口的透視圖；圖3A是帶有形成於電路板主體的適合位置並且延伸完全地通過電路板的通孔的公知印刷電路板的詳細示意圖，電路板在該電路板的主體內或其它層之間具有作為各層排列的多個接地平面；圖4是用於差分信號應用的另一公知電路板設置的平面圖，並且說明電路板的兩個差分信號通孔由非導電區域包圍，該非導電區域在包圍通孔對的導電接地平面中形成；圖5也是帶有兩個通孔形成於其中的另一公知電路板設置的平面圖，和圖4中所顯示的相類似，並且其中對於非導電區域的剩餘部分來擴張包圍通孔的非導電區域的端以給出開口區域「狗骨」或「啞鈴」形狀；圖6是表示可用於差分信號應用的5-管芯通孔圖案的電路板的透視圖；圖7是根據本發明的原理構造的電路板通孔設置的平面圖，說明優選的接地設置；圖8是和圖7相同的視圖，但為了清晰的目的在電路板的頂部適合的位置帶有寬的接地平面層並且連接到兩個接地通孔並且說明包圍差分信號通孔對的開口區域的空間設置；圖9是類似於圖8的通孔設置的透視圖，顯示了在電路板截面的頂表面上說明的接地平面和兩個接地通孔之間的互連點，接地平面具有網格或網狀配置並且具有帶有包圍差分信號通孔對的周界的開口區域；圖10是圖9中通孔的設置的透視圖，但說明了額外的接地平面層作為全部電路板構造的一部分，開口區域通過電路板的高度或深度包圍差分信號對，接地平面選擇性地連接到該設置的接地通孔；
圖10A是圖10的接地平面和通孔設置的頂平面圖，進一步說明了差分信號傳輸線跡線對從相關的差分信號通孔引出；圖11是稍帶角度的頂平面圖，說明差分信號通孔對和導電跡線對引出，或「發射」或從通孔「分離」並接觸差分信號傳輸線；圖11A是相似於圖11所示的結構的頂平面圖，但其中引出部分具有旗形配置並沒有增寬部分；圖12是和圖11相似的視圖，但定位90度並且進行稍多角度的透視，並且說明通孔的深度和連接到信號通孔的信號跡線分接；圖13是圖11的設置的透視圖，其得自不同角度的一端，並且說明電路跡線是如何從它們的兩個相關的通孔引出的並且說明導電跡線的增寬部分；圖13A是根據本發明原理構造的另一導電跡線引出圖案的頂平面圖；圖14是公知差分信號通孔設置和從此引出的電路跡線對的平面圖；圖15是另一公知差分信號通孔設置的平面圖，跡線對從此引出並且形成電路板的信號傳輸線；圖16是差分信號跡線引出圖案的另一實施例的透視圖；和圖16A是帶有接地參考平面重疊在跡線圖案上的圖16的差分信號跡線引出圖案的頂平面圖。
具體實施例方式
圖1是背板組件100的透視圖，其中印刷電路板，這裡稱作「母板」101，經由一個或更多連接器103連接至第二電路板102。作為本技術領域所公知的，連接器103使利用設置在母板101表面的導電跡線105的導電電路104連接到設置在第二電路板102上的相似電路106。這些電路104、106一般引入安裝在電路板上的電子部件110。
可使用電纜連接圖1的組件100到另一電子組件並且這些電纜僅僅是電子信號傳輸線的一種形式。這種傳輸線的其它形式可併入組件的電路板104、106中，並且一種這類形式可採取設置在電路板的平面或層上或內的多個導電跡線的形式。這種傳輸線的一個實例在圖2中顯示並且其是用於現代電子工業的電路板結構的代表。
在圖2中，顯示電路板120具有多個以某種圖案排列的通孔121，用於接收安裝在電路板120上並且未顯示的電子部件的相應導電末端。通孔121一般包括延伸通過電路板120的整個厚度的孔122。沿它們的內表面128電鍍通孔121，並且通孔121一般包括可在孔和電路板120表面的交叉處聚集的電鍍材料的小環形圈123。顯示導電跡線對124、125從通孔121延伸開，並且在差分信號應用中，兩條跡線124、125將共同地限定引入連接器、電子部件或類似物的差分信號傳輸線「ST」。
不但使用通孔121來安裝連接器和部件到電路板120，而且用它來將板上的各種電路互連在一起。如上所述，電路板一般由一系列的玻璃纖維樹脂或類似化合物層構成。將電鍍層施加這些層中的一層，並且在該層表面上蝕刻形成跡線。另一玻璃纖維或樹脂層施加至第一層，形成電路跡線等直到形成具有多個電路延伸通過其不同層上的板的多層電路板。通過在電路板上鑽孔並暴露導電層來形成通孔，接著電鍍通孔的內表面，從而將接觸孔邊緣的所有層連在一起。
圖3放大詳細地顯示了包含通孔121的電路板120的層。電鍍該通孔並且該通孔包括包圍孔122的電鍍材料的內部鍍層128。可在板層上形成間隙G，並且該間隙在通孔鍍層128和包圍通孔121的接地基準面導電層129之間提供間隔。提供間隙G以提供保護防止短路，並且已發現接地平面層可決定性地影響來自差分信號通孔對的差分信號的傳輸。然而，用這種結構，在通孔和基準面的邊緣之間生成的間隙G引起通孔作為朝向基準面的電容。這種影響在帶有包圍單個通孔的間隙或開口的多個接地平面的結構中尤為顯著，它會引起信號反射。這種反射從整個傳輸線系統帶走能量。
圖3A以示意圖的方式說明電路板129的不同層129a、129b和129c，並且說明通孔孔122是如何延伸通過所有層129a-c以與表面跡線124a和內層跡線124b和124c匹配。
改進電路板上差分信號通孔性能的一種方法在圖4中說明，並且在2003年8月19日公開並授權給Teradyne，Inc.的美國專利No.6,607,402中描述。在該專利中，顯示電路板120具有多個通孔121形成於其中。成對設置通孔121用於差分信號傳輸，並且電路板120包含接地基準面129。去除包圍差分信號通孔對的下面的接地平面區域的部分130以形成開口。該被去除的區域或開口130通常在本技術領域稱作「反焊盤」。『402專利說明反焊盤130應包圍兩個通孔121。該結構具有某些相關的缺點。例如，通孔121在通孔121和接地平面開口邊緣之間間隙上的多個位置都起電容的作用。該電容的影響可從連接至通孔121的任何信號傳輸線帶走能量。這種小尺寸通孔反焊盤的使用是嘗試鬆散地將兩個信號通孔121電耦合在一起，但接近周圍的接地焊盤或平面抑制了在兩個差分信號通孔121之間的真正的強差分耦合。
圖5說明對電路板通孔的另一個公知改進，其中反焊盤131在兩個通孔121之間的它的中心部分133變窄以採用大體上「狗骨」或「啞鈴」的外觀。用該外觀，反焊盤131在包圍通孔對121的區域135中是大的，但在兩個通孔之間的區域136之間它接著變窄一點。該變窄導致重新獲得一些在操作中通常會失去的系統能量，但接地平面反焊盤的小區域抑制了這種特有的性能。這種結構代表嘗試平衡系統的電容並且將兩個信號通孔鬆散地耦合在一起，同時仍保持用於它們周圍接地平面的兩個信號通孔的密切關係。
非對稱的優選通孔定位圖6說明另一電路板200具有形成於其中的此處所稱的「5-管芯」通孔圖案。該圖案包括定位在單個居間接地通孔205的對側上的兩對差分信號通孔202、204。每對這種差分信號通孔包括兩個不同的通孔202a、202b和204a、204b。每個這種差分對的兩個通孔一般沿第一軸L1(在圖7中顯示為從左下方延伸到右上方)排列在一起。該圖案沿著第一軸L1的方向橫向重複。差分信號通孔202a-b、204a-b一般具有從它們引入電路板202上的另一個目標的跡線，然而接地通孔205一般連接到定位在其內表面上電路板205內並且未在圖6中顯示的接地平面層。
在這種類型的通孔圖案中，兩對差分信號通孔每個都在圖案的中心共享單個接地通孔。我們已發現這種5-管芯圖案產生串擾並且難以很好地控制這種系統的阻抗。差分通孔對202、204之一和中心接地通孔的組在配置中優選地是呈三角形的，三個通孔定位在由圖6中粗線T表示的虛三角形頂點。
圖7是帶有根據本發明的原理構造的通孔布局的電路板300的頂平面圖，其中通孔的間距錯列以使一對差分信號通孔「AA」比第二對差分信號通孔「BB」更近地位於它們的相關接地通孔302(近似地顯示在圖案的中心)。在電路板300上形成多個通孔301並且提供相關的接地通孔302和差分信號通孔對303相關聯並排在一起。兩個差分信號通孔303優選地沿第一軸L1排列以形成差分信號通孔對，並且將相關的接地通孔302從第一軸隔開，但當以第一軸L1的橫向方向觀察時將其定位在兩個信號通孔之間。
我們將這種結構稱作「優先接地」通孔布局，因為在一差分信號通孔對AA和它的相關接地通孔302之間的間距W1小於在一差分信號通孔對AA和另一相鄰差分信號通孔對306BB之間的間距W2。這樣，一對差分信號通孔AA在它的耦合中偏向它的相關接地302，而不是偏向另一相鄰的差分信號通孔對BB也不偏向和差分信號通孔對BB相關聯的接地通孔302b。
圖8-10說明了本發明的另一實施例，其中給電路板的一個或更多的接地基準面提供包圍構成差分信號通孔對的兩個差分信號通孔的專門配置的反焊盤。在圖8中首先顯示這些設置的尺寸關係，其中參考數字400指電路板，該電路板包括多個信號通孔401，兩個這樣的通孔組合形成差分信號通孔對402。大的接地平面405要麼出現在電路板的表面上要麼出現在其內層。接地平面405具有大的反焊盤410形成於其中，並且可在圖8中看出，反焊盤410一般是矩形，具有如所示的尺寸B和H。由等式AR＝H/B可得，優選開口具有從大約1.2到1.5的高寬比AR。
如所說明，包圍差分信號通孔401的對402的接地平面405可以是大的接地平面。這樣，降低了差分信號對分成多個單端信號的可能性。可以看出差分信號通孔401穿過電路板400的頂部金屬接地平面層405，並且具有小於開口即反焊盤410的外部尺寸B或H的隔開間距(中心到中心)。這樣，反焊盤410有效地從差分信號對去耦並且最小化共模耦合，同時增加在兩個差分信號通孔之間的差模耦合。
如所說明，包圍差分信號通孔401的對402的接地平面405可以是大的接地平面。這樣，降低了差分信號對分成多個單端信號的可能性。可以看出差分信號通孔401穿過電路板400的頂部金屬接地平面層405，並且具有小於開口即反焊盤410的外部尺寸B或H的隔開間距(中心到中心)。這樣，反焊盤410有效地從差分信號對去耦並且最小化共模耦合，同時增加在兩個差分信號通孔之間的差模耦合。
另外，兩個接地通孔403、404中的一個通孔404限定為優選接地，意味著將它放置得比另一個更接近差分對402，並且因此指定成主接地基準。以這種非對稱關係，最小化差分信號通孔對的共模耦合，並且限定其用於隨後的系統阻抗調整，即沿它通過電路板的範圍(extent)。如圖9中所說明，接地平面405和電路板的頂表面和底表面上的接地通孔都連接，如果以那種方式使用接地平面並且如圖10中所說明，優選內接地平面層選擇性地連接到接地通孔。在圖9中，應注意接地平面405採用更多的網格或網絡形結構的形式，而不是大的實心接地平面層。示出這種網格或網絡，以用於具有高密度差分信號通孔對的電路板的區域。
在圖10中顯示了多層或平面的電路板，為了清晰去除了樹脂或其它絕緣材料。接地平面405a、405b放置在電路板的相對的頂和底表面上，並且它們都與接地通孔403和404連接。在內接地基準面層405c和405d中，在接地平面與兩個通孔403、404中的任一個之間都沒有連接。顯示信號跡線對420從在接地平面層405e和405f之間的差分信號通孔對420引出。為了優化通過電路板400和它的層的堆疊的通孔的性能，位於信號跡線420兩邊的兩個接地平面連接到接地通孔403、404。
在圖10A中最好地顯示了導電信號跡線420在三個通孔401-403之間採用的引出路徑。圖10A是圖10的通孔和接地平面結構的頂平面圖，說明了電路板的頂表面上的接地平面(為了清晰去除板結構)並且說明了兩個內信號跡線到差分信號通孔對的連接。這也說明了信號跡線420在它們從差分信號通孔的出路或引出中採用的路徑。
信號跡線從通孔脫離還希望在跡線從通孔引出並且在電路板上繼續它們的傳輸路徑的區域中控制傳輸線的阻抗。問題出現在這些引出區域。以前試圖在環繞在差分信號通孔對之間延續的中心線的對稱設置中保持跡線對的間距是公知的。在圖14中顯示了差分信號通孔對的兩個通孔501、502以距離D相互隔開。導電跡線對503連接到通孔501、502並且從此引出。它們的引出路徑最初以一角度沿跡線的引出部分504朝向隔開兩個通孔501的中心線C延伸出去直到跡線以均勻的間距DD隔開。這些引出部分503具有短的長度並且在它們的範圍內不互相交叉，但它們連接在中心線C的相對兩邊互相平行延伸的相應延長部分505。兩個通孔501、502和它們相關跡線503限定支撐它們的電路板500的信號傳輸線。以單個差分信號通孔對，可保持兩個跡線所需的間隔、幾何形狀和長度對稱以使在引出中的任意變化保持絕對最小值。通過保持電路跡線的幾何形狀和對稱，可在該區域中控制阻抗。然而，不是總能以對稱圖案從通孔導出跡線，特別是在高密度或緊密間隔的差分信號通孔對的電路板區域中。
當從差分信號通孔對引出的跡線交錯使得這些跡線不等長或它們的圖案作為對不對稱時，問題會出現。在圖15中說明了這種問題設置，其中說明電路板500具有在兩條線上成對排列的通孔陣列501、502。兩個通孔501、502形成差分信號對並且顯示了兩個導電跡線505、506從通孔引出到信號傳輸線507。一跡線506具有短的引出部分510，然而另一跡線505具有較長的引出部分511以考慮在兩個通孔501、502之間的間距。跡線的信號傳輸線507部分在兩排通孔之間延伸。為了確保信號傳輸線的阻抗保持在需要的值，必須使傳輸線部分507的長度相等以考慮到在跡線的兩個引出部分510、511的長度和角度差異。通過插入補償部分512來進行，示出為部分環路，該部分增加跡線506的整體長度而不過度地增加橫向長度。然而，這種補償部分512的使用佔據了電路板上原本可用於其它電路的有用空間，因此控制電路板信號傳輸線的這種解決方法是不合乎要求的。
圖11-13和11A說明了具有電路跡線圖案601的電路板600的一實施例，其提供了從差分信號通孔608a、608b的對609引出的信號傳輸線610的需要的阻抗特性。以這種設置，我們發現可能「調整」傳輸系統的性能，從通孔608a、608b直到所有與它們相關的如所示的由兩個導電跡線613a、613b形成的信號傳輸線612。在這些圖中顯示的電路跡線圖案是一般建立在電路板600的內層之上的，並且兩個跡線613a、613b沿它們的電鍍主體部分604與差分信號通孔608a、608b匹配(圖12)。在本發明使用的圖案中，我們發現當跡線從差分信號通孔離開或「出去」時可能會發射系統的能量。這些結構用於向系統返回能量。這樣，本發明可從通孔對之間的普通的點提供連續耦合的差分信號跡線對。
如上所述，能量的大量集中出現在通孔對609，並且為了重新獲得該能量，通孔引出部分620具有擴大寬度的部分或區域621，其經由環形套圈部分622連接到通孔。擴大寬度的部分620以我們描述為「旗形(flag)」部分623進一步連接到通孔鍍層622。這些旗形部分623以及擴張寬度的部分621部分地呈現更多的金屬鍍層區域以增加在電能量集中的通孔之間的區域中的電容。旗形部分623給出正好90度的中心線引出到引出部分的開始處。
正如圖11中所示，放置在電路板600中的兩對通孔沿第一軸L1設置。在圖中的更低的通孔對是差分信號通孔對，並且導電跡線引出部分620具有擴大的寬度並且首先沿第一軸相互朝向延伸，接著以一角度從第一軸向外沿第二軸延伸，該第二軸是在圖11中指定的AX2，如說明地優先地對於第一軸L1橫向延伸。它們接著沿具有半徑的彎曲部(bend)對680、681轉向以使一跡線613a適合另一跡線613b的內部，並且沿通常平行於軸L1並且通常橫向於軸AX2的第三軸AX3繼續。這樣，在從旗形部分623相互朝著引出的區域XX到引出部分連接信號傳輸區域ST的區域的兩個跡線之間獲得恆定的間距EE。這提供了差分信號跡線的連續耦合。
圖11A是跡線對的引出部分的頂平面圖。在該實施例中，兩個差分信號通孔由類似於圖5中所示的狗骨形的開口690包圍。如上所述，如在該實施例中所說明的，跡線的引出部分723採用旗形結構的形式，該結構是代替離開通孔的窄跡線的電鍍形區域。這些電鍍區域增加在通孔區域的跡線之間的電容耦合併且也降低感應係數。旗形部分也相互接近(沿第一軸延伸)來在它們從通孔引出時保持跡線之間的所需間距，並且隨後，引出部分從旗形部分沿著與第一軸相交的第二軸引出。可以發現跡線跟隨三個不同的路徑，首先沿軸L1，然後接著沿軸AX2並且接著最後沿軸AX3。軸L1與AX2相交，AX2與AX3也是如此。
圖13A是本發明的另一實施例的頂平面圖，其顯示了導電跡線對550從通孔對551引出直到它們連接信號傳輸線552的引出路徑。跡線550包括旗形部分555作為它們引出部分的一部分，帶有從通孔沿軸L1相互朝向引出的擴大電鍍區域。當跡線之一550a向後彎曲其自身至通常對於軸L1橫向延伸的信號傳輸線部分552時，跡線之一550a位於另一跡線550b的內部。引出部分進一步經過其中具有約五個彎曲部的路徑，圖13A的結構的每個彎曲部由線B-B標識並且每個彎曲部代表跡線引出部分出現改變方向。
顯示接地基準面590位於跡線引出圖案之上。在電路板的該層中，可找到基準面590和環形套圈部分591。顯示它們定位在跡線引出圖案上面的層中，但它們也可定位在跡線引出圖案下面的層中。有兩個接地通孔593互連到接地平面590並且它們定位在接地平面中形成的包圍兩個差分信號通孔551的開口594的邊緣。接地通孔之一593a是和差分信號通孔對551相關的主接地通孔，並且另一接地通孔593b是和在左邊的並且未在圖13A中顯示的差分信號通孔對相關的通孔。定位差分信號通孔對551更接近它們的相關接地通孔593a，間隔距離W1，該距離比該對與接地通孔593b間隔的距離W2短。如圖13A中的接地通孔的右半部分所示，已去除這些接地通孔的環形套圈部分595以使它們並未沿360度的環形路徑延伸。相反地，優選這些類型的環形套圈部分具有大約150到200度的彎曲範圍，最好大約180度。這樣做減少了在信號跡線引出部分和非相關的接地通孔593b之間的電容耦合。
圖16說明了根據本發明的原理構造的另一類型的電路跡線引出或分離圖案。在該設置中，兩個導電跡線450a、450b從相關的通孔對401、402引出。這些跡線450a、450b的引出部分包括一帶有緊彎曲半徑的嵌套在另一跡線彎曲部分470中的跡線部分471。該內跡線471可看作為向其自身反向彎曲，因為它一開始從通孔401朝向它的另一配對通孔402延伸，而接著向其自身彎曲。該結構的重要部分可見於從通孔401延伸出到另一配對通孔402的初始部分中。該跡線接著繼續至接近外部通孔的引出部分471隔開的彎曲部分。這樣，不但保持兩個跡線的接近而且保持相同的路徑長度。
圖16A是圖16的頂平面圖，並且以類似於圖13A的方式說明位於跡線引出圖案之上或之下的接地基準面。在該接地基準面中，相關的接地通孔比非相關的接地通孔與差分信號通孔對隔開得更近。該圖最好地顯示了引出部分473如何首先從它的通孔401朝向通孔對的另一通孔402延伸出去以使建立間隔距離。它接著在474在它可跟隨外部通孔的內部的點上以需要的間隔距離向其自身迴繞。
權利要求
1.一種具有受控阻抗通孔布局的電路板，通孔貫穿該電路板並且在其內部電鍍，以匹配安裝在所述電路板的連接器的端子，包括導電通孔的重複圖案，該圖案包括導電通孔的至少第一和第二三元組，每個通孔三元組包括形成在電路板上的差分信號導電通孔對和單個接地通孔，所述差分信號導電通孔在第一方向相互隔開，並且所述通孔三元組的所述單個接地導電通孔在不同於所述第一方向的第二方向中和所述差分信號導電通孔對隔開，第一通孔三元組與第二通孔三元組相鄰近得布置在所述電路板中，使得所述第二通孔三元組相關的接地通孔位於所述第一和第二差分信號通孔對之間，第一通孔三元組接地通孔與它的差分信號對的間隔比與所述第二通孔三元組差分信號對更近。
2.如權利要求1的所述電路板，進一步包括與所述電路板表面間隔開的第一導電基準面，該第一基準面包括形成於其中的至少一個非導電開口，第一基準面的一個非導電開口和所述第一差分信號通孔對排在一起，使得在所述非導電開口的周界內包圍所述第一通孔三元組的所述第一差分信號通孔對，並且所述第一基準面進一步接觸第一和第二通孔三元組的所述相關接地通孔。
3.如權利要求2的所述電路板，進一步包括和所述第二差分信號通孔對排在一起的第二非導電開口，使得在所述第二非導電開口的周界內包圍所述第二通孔三元組的所述第二差分信號通孔對，並且所述第二基準面進一步接觸所述第二通孔三元組和另一通孔三元組的相關接地通孔。
4.如權利要求1的所述電路板，其中所述非導電開口具有非環形配置。
5.如權利要求1的所述電路板，其中所述非導電開口具有矩形配置。
6.如權利要求2的所述電路板，進一步包括與所述第一基準面間隔開的第二導電基準面，該第二基準面還包括至少一個形成於其中的非導電開口，第二基準面的一個非導電開口和所述第一通孔三元組的所述第一差分信號通孔對排在一起，使得在所述第二基準面的一個非導電開口的周界內也包圍所述第一通孔三元組的所述第一差分信號通孔對，並且所述第二基準面進一步接觸第一和第二通孔三元組的所述相關接地通孔。
7.如權利要求2的所述電路板，其中由環形套圈部分包圍所述第一和第二通孔三元組的每個接地通孔，該環形套圈部分連接到所述第一導電基準面。
8.如權利要求7的所述電路板，其中所述環形套圈部分在360度的範圍延伸。
9.如權利要求7的所述電路板，其中所述環形套圈部分是部分的環形並且在不到360度的範圍延伸。
10.如權利要求9的所述電路板，其中所述環形套圈部分延伸不超過約180度。
11.一種用於差分信號應用的改進電路板，該電路板具有用於通過所述電路板傳輸差分信號的電鍍通孔對，所述電路板進一步包括從所述通孔引出並且延伸至遠離所述通孔的所述電路板的位置的導電跡線對，改進包括跡線具有引出部分和傳輸部分，跡線引出部分從所述通孔延伸預先選定的距離，所述跡線引出部分具有比所述傳輸部分的相應寬度大的寬度。
12.如權利要求11的所述電路板，其中所述兩個差分信號通孔沿第一軸排列，並且每個所述跡線引出部分沿橫向於所述第一軸方向的第二軸從所述兩個通孔延伸出去。
13.如權利要求12的所述電路板，其中所述跡線的所述傳輸部分沿和所述第一軸隔開並且通常橫向於所述第二軸的第三軸延伸。
14.如權利要求12的所述電路板，其中所述跡線引出部分每個都包括從所述第二軸分離的彎曲部。
15.如權利要求11的所述電路板，其中所述跡線引出部分通過大的連接導電部分連接至所述通孔。
16.如權利要求11的所述電路板，進一步包括兩個不同的接地通孔，這兩個接地通孔沿和所述第一軸相交的假想的線排在一起。
17.如權利要求16的所述電路板，進一步包括接地基準面，該接地基準面包括包圍所述差分信號通孔的開口，所述接地基準面連接至所述接地通孔。
18.一種用於差分信號應用的電路板，該電路板具有用於通過所述電路板傳輸差分信號的電鍍通孔對，所述電路板進一步包括從所述通孔引出並且延伸至遠離所述通孔的所述電路板的位置的導電跡線對，改進包括跡線具有引出部分和傳輸部分，跡線引出部分包括從所述通孔向外延伸並且沿第一軸相互朝向延伸的擴大的區域，所述跡線引出部分進一步包括沿和第一軸相交的第二軸從擴大的區域延伸出的引線部分，並且該引線部分連接至傳輸部分。
19.如權利要求18的所述電路板，其中所述跡線傳輸部分沿和所述第二軸相交的第三軸延伸。
20.如權利要求18的所述電路板，其中所述擴大的區域具有類似旗形的配置。
全文摘要
公開了在使用通孔設置或電路跡線引出結構的高速差分信號應用中有用的電路板(200，300，400)設計。在通孔設置中，差分信號對通孔的集合(301，303，401，403)和相關的接地(302)在重複圖案中設置得相互鄰近。每對的差分信號通孔(301，303，591)與它們的相關接地通孔(302a，593a)的間隔比在鄰近的差分信號對相關的接地(302b，593b)之間的間距更近，以使差分信號通孔展現出優選電耦合到它們的相關接地通孔。電路跡線引出結構包括差分信號通孔(401，402，591)的電路跡線(420，550)的引出部分，以跟隨跡線接著接合併且連接至導電跡線的傳輸線部分(552)的路徑。
文檔編號H01L23/66GK1943286SQ200580011159
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月14日 優先權日2004年2月13日
發明者肯特·E·雷尼爾, 大衛·L·布倫克爾, 馬丁·U·奧布齊裡 申請人:莫萊克斯公司