帶有反鑽式過孔的共孔正交管腳圖的製作方法

2023-10-11 13:57:44

專利名稱：帶有反鑽式過孔的共孔正交管腳圖的製作方法
帶有反鑽式過孔的共孔正交管腳圖
背景技術：
電子系統可包括互連式(interconnected)電路板，例如子板、母板、後面板 (backplane boards)、中面板(midplane boards)等。電路板可以與一個或多個的連接器 組件互連。典型的用於中面板的連接器組件可包括兩個頭部連接器，每個頭部連接器附著 於中面板的相反側。與中面板互連的兩塊子板，每個可具有與各自的頭部連接器配合的互 補型連接器。典型地，連接器屬於連接器家族的組成部分，按照既定的樣式進行製造。頭部連接器的每個都可具有各自的安裝觸頭。電路板可具有一個或多個接收安裝 觸頭的孔或「過孔(vias) 」。在一些應用中，安裝觸頭從所述電路板的任一側延伸進入相同 的過孔內。所述過孔可被覆鍍以便為各自的安裝觸頭之間、進而各自的子板之間提供導電 性。多層電路板可具有許多通過介電層(dielectric layers)彼此之間絕緣的傳導信 號層。傳導信號層可為零件之間提供高密度的通訊，這是因為多於一層可用於進行的零件 之間的通訊。由於信號層彼此平行，所以在多層板中，被覆鍍的過孔為信號層之間和/或其 中提供傳導通路。這些通路使得複雜電路設計成為可能，並使信號從一層到另一層能夠靈 活的路由(flexible routing)。電子應用會從共用過孔構造和多層中面板中獲益。例如，需要存在一些信號通路， 比如低速通訊通路，從子板路由到中面板的信號層上。但是，這樣的設計可能是有問題的， 特別是對正交定向的標準連接器。因為過孔典型地都是以從一端到另一端的方式來覆鍍， 為中面板提供連通性的共用過孔本質上就會為安裝觸頭之間提供不希望發生的同時連通 (concurrent connectivity)0

發明內容
在電系統中，比如正交的中面板連線構造，反鑽式過孔可以在不使用定製連接器 和/或觸頭的情況下實現與中面板零件的選擇性連通。本發明可包括襯底，所述襯底包 括正交排布的過孔，每個所述過孔從襯底一側延伸到襯底的相反，其中正交排布過孔的其 中兩個是共用尾端過孔(shared tail vias)，每個所述共用尾端過孔限定出穿過襯底的 直接差分信號電通路，而正交排布過孔的另外兩個是共用尾端過孔，所述另外兩個所述共 用尾端過孔每個不限定出穿過襯底的直接差分信號通路。正交排布過孔的兩個中的每個 都從襯底一側到襯底的對側被覆鍍。正交排布過孔的兩個可限定出差分信號對。正交排 布過孔的另外兩個可不從襯底一側到襯底的對側被覆鍍。正交排布過孔的另外兩個中的 一個可與襯底中的跡線(trace)電連接。正交排布的過孔的另外兩個可以是反鑽式的。 襯底可進一步包括兩個相同的電連接器，它們每個都適於由正交排布過孔接收並且每個 都適於分別被安裝在襯底一側或相反側的其中之一上。兩個相同的電連接器每個都可以 不帶金屬屏蔽板，並且每個都可包括邊緣耦合(edge-coupled)差分信號對或寬邊耦合 (broadside-coupled)差分信號對。直接差分信號通路可完全地垂直於襯底的一側和襯底 的相反側。
襯底可具有被限定穿過所述襯底的空隙。第一觸頭可被接收在第一空隙一端處的 內部，而第二觸頭可被接收在第一空隙相反一端處的內部。第一觸頭可與第一頭部連接器 相關聯，而第二觸頭可與第二頭部連接器相關聯。第一頭部連接器可與第二頭部連接器正 交。空隙在其內表面上可具有導電襯層。襯底可具有內部傳導通路和/或層。反鑽法可去 掉導電襯層的一部分，以便在插入時，使得導電襯層和第一觸頭可發生過盈配合，並使得導 電襯層不與第二觸頭發生電連接。因此反鑽式過孔可連接第一觸頭和傳導通路，而使第一 觸頭和第二觸頭彼此電絕緣。


圖1在軸測圖中畫出了與中面板正交配合的子板。圖2在側視圖中畫出了兩個相鄰的共用過孔。圖3A和3B分別畫出了在中面板的前側和後側上正交管腳圖(orthogonal footprint)的實施例。圖4畫出了在共用過孔正交構造中為中面板提供選擇性連通的示例性過程。
具體實施例方式本發明可包括襯底(202 ；圖2)，所述襯底包括正交排布過孔(302，306 ；圖3B)。每 個過孔可從襯底(202 ；圖2)的一側延伸到襯底(202 ；圖2)的相反側。正交排布過孔(通 常指圖3B中的302)的兩個可以是共用尾端過孔，每個所述共用尾端過孔限定出穿過襯底 (202 ；圖2)的直接或線性的差分信號電通路(通常指第二過孔206 ；圖2)，而正交排布過孔 (通常指圖3B中的306)的另外兩個是共用尾端過孔，所述另外兩個共用尾端過孔每個都 不限定出穿過襯底(202;圖2)的直接差分信號通路(通常指第一過孔204;圖2)。正交排 布過孔(圖3B中的302)的所述兩個中的每個都從襯底一側到襯底的相反側被覆鍍(221 ； 圖2)以限定出直接差分信號電通路。正交排布過孔(通常指圖3B中的306)的所述另外 兩個可不是每個都從襯底一側到襯底的相反側全部被覆鍍(通常指圖2中的222)。直接差 分信號通路可完全地垂直於襯底的一側和襯底的相反側。圖1在軸測圖中畫出了與中面板104正交配合的子板102a_b。子板102a_b可彼 此之間及與中面板104正交對齊。一塊子板102a可在中面板104的一側上水平對齊，而另 一塊子板102b可在中面板104的另一側上豎直對齊。子板102a-b和中面板104可包括襯 底和一條或多條的導電跡線和/或層。例如，子板102a-b和中面板104可包括印刷電路板、 多層電路板等。每個子板102a_b可通過各自的電連接器組件連接到中面板104上。每個電 連接器組件可包括頭部連接器106(中面板104另一側上的頭部連接器未畫出)和直 角連接器108a-b(right angle connector)。電連接器組件可包括適合將多個電路板 電連接的任何類型電連接器。連接器可以是正交型連接器、夾層型連接器(mezzanine styleconnectors)、共面型連接器(coplanar style connectors)等。如圖1所示，頭部連接器106可定向為彼此正交。頭部連接器106可被放置在中面 板104的相反側上。每個頭部連接器106可包括連接器殼體和一個或多個的觸頭。頭部連 接器殼體可包括相對於彼此互補的樣式。例如，頭部連接器106可出自相同的連接器家族。頭部連接器106可具有常見觸頭布局(layout)。頭部連接器106可具有常見樣式。例如， 頭部連接器106可彼此相同。頭部連接器106可彼此正交以便彼此對應的觸頭在每個各自 的連接器殼體內部可處於相同的相對位置。連接器殼體可提供與相應直角連接器108a-b 的導向裝置互補的配合導向裝置。連接器殼體可由介電材料如塑料製成。每個連接器殼體可固定和/或容納一個或多個的觸頭。頭部連接器106的每個觸 頭可具有各自的安裝端和各自的配合端。安裝端可以適合於將頭部連接器106安裝在中面 板104上。配合端可以適合於與直角連接器108a-b內部對應的觸頭建立物理和/或電連接 以形成連接器組件。當電連接器組件配合時，觸頭可建立起從一塊子板102a到中面板104 的一條或多條導電通路，以及從中面板104到另一塊子板102b的一條或多條導電通路。在連接器殼體內部，一個或多個觸頭可被形成於一個或多個嵌入成型引線框架組 件(Insert Molded Leadframe Assemblies) (IMLAs)內。IMLA可包括線性觸頭陣列。每個 IMLA可包括一個或多個由介電體固定的觸頭。在一個實施方式中，IMLA內部的觸頭可緊密 地邊緣電耦合。例如，IMLA內部的觸頭橫截面可以是長方形，並且可在存在或不存在對應 接地和/或參照面的情況下邊對邊地對齊。IMLAs可被用於單端信號傳輸(single-ended signaling)、差分信號傳輸、或單端信號傳輸和差分信號傳輸的組合。差分信號對也可包括 兩個相鄰的信號觸頭，所述兩個相鄰信號觸頭是寬邊耦合(長邊對長邊)而不是邊緣耦合 (短邊對短邊)。直角連接器108a-b可包括各自的直角連接器殼體和直角觸頭。直角連接器殼體 可固定和/或容納一個或多個的直角觸頭。直角觸頭可形成於一個或多個的直角IMLAs內 部。每個直角觸頭可具有各自的安裝端和各自的配合端。安裝端可以適合於將直角觸頭安 裝到子板102a-b上。配合端可以適合於與頭部連接器106內部對應的觸頭建立物理和/ 或電連接。頭部連接器106可以彼此之間對齊，以便一些或所有觸頭的安裝端都被中面板 104中的共用過孔所接收。每個過孔可包括延伸穿過中面板104的空隙或孔隙。每個空隙 可具有覆鍍上導電襯層的內表面。因此，電連接器組件可建立起從一塊子板102a——穿過 一塊直角連接器108a、對應頭部連接器106、中面板104、另一塊頭部連接器(未畫出)、及 對應的直角連接器108b——到另一塊子板102b的一條或多條導電通路。中面板104可具有一個或多個導電層和/或通路。導電層和/或通路可存在於襯 底表面或兩個介電層之間。例如，中面板104可以是多層電路板。導電通路可包括一個或 多個限定出了特定的傳導材料通路的跡線。導電通路可將過孔電連接到另一過孔和/或將 過孔連接到安裝在中面板104上的另一電子零件。過孔可垂直於導電層延伸。過孔可起到 相當於導電層和/或通路之間的通路的作用。導電層可包括一個或多個的參照層(即，電 接地層)。電連接器組件可利用共用過孔的方式建立起從一塊子板到中面板104導電層的 導電通路。所公開的共用過孔構造可使得選擇性觸頭能夠通過中面板104的過孔電連接到 對應觸頭上，並使得其它觸頭能夠通過過孔的方式電連接到中面板104內部的導電層和/ 或通路上。為了解釋說明，頭部連接器106中的一些觸頭可通過中面板104電連接到另一 頭部連接器(未畫出)的對應觸頭上。頭部連接器106中的其它觸頭可被電連接到中面板 104內一個或多個的導電層和/或通路上。
利用所公開的帶有反鑽式過孔的共用過孔構造，電系統可以被選擇性地設計成有 效地利用相同的連接器無需交替而使得一些信號路由(route)通過中面板104，而其它信 號路由到中面板104。在一示例實施方式中，電連接通過中面板104的觸頭可提供高速信號傳輸，而電 連接到中面板104內傳導層上的其它觸頭可提供低速信號傳輸、供電、電接地控制信號傳輸等。圖2以橫截面的方式畫出兩個相鄰共用過孔的側視圖。兩個相鄰的共用過孔延伸 通過中面板202。第一頭部連接器208和第二頭部連接器210可以被連接到中面板202的 任一側。第一頭部連接器208可包括第一連接器殼體，所述殼體固定了第一安裝觸頭212。 第二頭部連接器210可包括第二連接器殼體，所述殼體固定了第二安裝觸頭214。第一頭部 連接器208可包括由第一連接器殼體固定的第三安裝觸頭216。第二頭部連接器210可包 括由第二連接器殼體固定的第四安裝觸頭218。每個觸頭可具有安裝端和配合端(未畫出)。觸頭可由任何導電材料製成，比如金 屬。每個觸頭的安裝端可被配置成能與中面板202建立起物理和/或電連接。安裝端可包 括壓配合梢部，比如針眼(aneye-of-the-needle)或任何表面託架。每個觸頭在頭部連接 器內部的配合端可被配置成與直角連接器中的對應觸頭建立起物理和/或電連接。例如， 如圖1所示，在頭部連接器106內的觸頭配合端可以是觸片(blade)，而觸頭在直角連接器 108a-b中的配合端可以是插孔。反之也可預料到。中面板202可包括一個或多個過孔。過孔可包括延伸通過中面板202的空隙。空 隙可包括內表面。所述空隙的內表面可全部或部分地覆鍍上導電材料220。過孔可被連接 到中面板202內部一個或多個導電層和/或通路上，比如傳導通路224。導電通路224可被 定向在中面板202的兩介電層226a-b之間。一個或多個過孔可以是反鑽式過孔。反鑽法(backdrilling)是一種去掉過孔內 部分鍍層(plating)的工藝。例如，過孔的導電材料襯層220可通過反鑽法去掉。切割裝 置，如鑽頭，可被用來形成過孔的放大部分。切割裝置可保留一部分被覆鍍的過孔不發生 改變。反鑽部分222可具有比未發生改變的部分的直徑更大的直徑。切割裝置可以是任 何適合於去掉過孔所覆鍍傳導襯層220的尺寸。例如，切割裝置可具有比過孔直徑大近似 0. 35mm的直徑。切割裝置可形成圓孔、方孔、和橢圓孔等。如圖2中所示，中面板202可具有第一過孔204和第二過孔206。第一過孔204可 以是反鑽式過孔。第一頭部連接器208和第二頭部連接器210可被安裝在中面板202的相 反側。第一安裝觸頭212可從第一頭部連接器208延伸。第二安裝觸頭214可從第二頭部 連接器210延伸。第一安裝觸頭212和第二安裝觸頭214可被接收在第一過孔204的相反端中。第三安裝觸頭216可從第一頭部連接器208延伸。第四安裝觸頭218可從第二頭 部連接器210延伸。第三安裝觸頭216和第四安裝觸頭218可被接收在第二過孔206的相 反端中。第一安裝觸頭212可被壓配合到第一過孔204的傳導襯層220上。取決於反鑽部 分222的直徑，第二安裝觸頭214可在第二安裝觸頭214和反鑽式過孔204內表面之間具 有空氣縫隙。在備選方式中，第二安裝觸頭214可被壓配合到過孔204的反鑽壁上。因此傳導襯層220可沿著第一過孔204的內表面，從中面板202的一側延伸到位於第一安裝觸 頭212和第二安裝觸頭214之間的點。例如，傳導襯層220可延伸超過所述襯層抵接第一 觸頭212的那個點，而又沒到所述襯層抵接第二觸頭214的那個點。第一過孔204為中面板202內的第一安裝觸頭212和傳導通路224之間提供導電 通路。因為第一過孔204已經有一部分鍍層被去除，所以第二安裝觸頭214可與第一安裝觸 頭212電絕緣。第二安裝觸頭214可與過孔204的導電襯層220和位於中面板202內部的 內部傳導通路224電絕緣。傳導通路224可位於中面板202襯底的其它兩層之間。例如， 傳導通路224可位於兩介電層226a-b之間。第一安裝觸頭212可被用於為子板和中面板202之間提供通訊和/或電能。例 如，第一安裝觸頭212可作為低速通訊通道使用。第二安裝觸頭214可被電連接到子板的 接地。未經反鑽的第二過孔206可建立起從第三安裝觸頭216到第四安裝觸頭218之間 的傳導通路。第三和第四安裝觸頭216，218可被電連接到非反鑽式傳導襯層221。第三和 第四安裝觸頭216，218可用於在子板之間提供通訊。例如，第三和第四安裝觸頭216，218 可用於子板之間的高速通訊。第三安裝觸頭216可以是差分信號觸頭對的一部分。非反鑽 式傳導襯層221可與反鑽式傳導襯層220和傳導通路224電絕緣。第三安裝觸頭216可以 是接地觸頭。圖3A&3B分別畫出了在中面板的前側和後側上正交管腳圖的實施例。正交管腳圖 為安裝在中面板任一側的中面板頭部連接器限定出的過孔布局。圖3A中所示的正交管腳 圖畫出了從中面板一側觀察到的布局，而圖3B中所示的正交管腳圖畫出了從中面板相反 一側觀察到的布局。管腳圖可限定出包括多個信號對過孔302、多個接地過孔304、以及多 個反鑽式過孔306的過孔區。信號對過孔302可與差分信號對觸頭相關聯。信號對過孔可通過中面板在頭部連 接器之間提供導電性。每對信號對過孔302可被定位在兩個方向的其中之一上。該兩個方 向可彼此垂直。信號對過孔302的相鄰對可被定向垂直於彼此。管腳圖可限定出一個或多個反墊片(anti-pads) 308。每個反墊片308可與一對信 號對過孔302相關聯。每個反墊片308可代表中面板的在接地層中具有開口的區域。反墊 片308可劃定信號對過孔302的界限。接地過孔304可與信號對過孔302相鄰。每對信號對過孔302可具有四個相鄰的 接地過孔304。接地過孔304可在頭部連接器之間提供穿過中面板的接地導電性。反鑽式過孔306可以是被反鑽過的過孔，使得反鑽式過孔306內表面上的一部分 傳導襯層被去掉。反鑽式過孔306可與由中面板限定出的一條或多條傳導通路相關聯。例 如，中面板可以是限定出一條或多條內部傳導通路的多層電路板。一條或多條傳導通路可 與一個或多個反鑽式過孔306電連接。每個反鑽式過孔306和對應的傳導通路可將子板連 接到中面板的零件上。例如，反鑽式過孔306可用來為子板和中面板之間提供用於低速通 訊通道、供能、接地、控制信號傳輸等的聯接。每個反鑽式過孔306可從中面板的任一側進行反鑽。反鑽式過孔306可提供從 任一子板到中面板的任何連接組合。例如，所有反鑽式過孔306可從中面板的同一側進行 反鑽，進而提供了從一塊子板到中面板的連接並且不提供任何從另一塊子板到中面板的連
7接。在備選實施例中，反鑽式過孔306中的一些可從中面板的一側進行反鑽，而一些從另一 側進行反鑽，進而提供了從一塊子板到中面板的一些連接以及從另一塊子板到中面板的一 些連接。可以用到從中面板任一側進行反鑽的任何組合。反鑽式過孔306可被定位在由管腳圖限定的過孔區中的任何位置。例如，反鑽式 過孔306可沿所述區的周邊定位，以便為從反鑽式過孔延伸的傳導通路提供充分的間隙 (adequate clearance)。類似地，信號對過孔302和接地過孔304可被定位在所述區內部 之內。圖4畫出了在共用過孔正交構造中為中面板提供選擇性連通的示例性過程。在步 驟402，電連接器管腳圖可被限定出來。管腳圖可以是正交的、共用過孔管腳圖。所述管腳 圖可表示出反鑽式過孔的位置。例如，所述位置可以是沿管腳圖周邊定位的。在步驟404，提供第一頭部連接器和第二頭部連接器。例如，第一頭部連接器和第 二頭部連接器可以通過連接器製造商、分銷代理商、系統集成商等提供。第一頭部連接器和 第二頭部連接器可對應於管腳圖。第一頭部連接器和第二頭部連接器可以是所限定的連接 器家族的一部分。第一頭部連接器可包括從其上延伸的第一安裝觸頭。第二頭部連接器可 包括從其上延伸的第二安裝觸頭。管腳圖可以由連接器製造商、分銷代理商、系統集成商等提供。管腳圖可以通過技 術規範文檔、白皮書、設計應用文檔等的形式提供。管腳圖可以以計算機可讀取的樣式提 供。例如，管腳圖可以提供電子版，例如計算機輔助設計(CAD)圖、圖片文件、可攜式文檔樣
式等ο在步驟406，襯底可按照管腳圖進行製備。所述襯底可被鑽出過孔並被覆鍍。在步 驟408，襯底可按照管腳圖進行反鑽。例如，可在由管腳圖指出的那個位置處反鑽出過孔。 襯底可被反鑽從而去除過孔鍍層的一部分又保留過孔鍍層的一部分。反鑽法可以維持保留 下來的過孔鍍層部分和襯底內部傳導通路和/或層之間的連通。反鑽深度可由第一頭部連 接器和第二頭部連接器觸頭的安裝端尺寸決定。在步驟410，第一頭部連接器和第二頭部連接器可被安裝到按照管腳圖進行製備 的襯底上。第一頭部連接器和第二頭部連接器可被安裝在襯底的相反側。第一頭部連接器 和第二頭部連接器可在安裝到襯底上時相對彼此正交定向。第一頭部連接器的第一安裝觸頭可被插入由管腳圖標識的反鑽式過孔中。第二頭 部連接器的第二安裝觸頭可被插入由管腳圖標識的反鑽式過孔的相反端中。按照管腳圖， 反鑽式過孔可為第一安裝觸頭和襯底的內部傳導層之間提供導電性。按照管腳圖，反鑽式 過孔可建立起第二觸頭和第一觸頭之間的電絕緣。由於使用了反鑽法，第一觸頭可抵接反 鑽式過孔的覆鍍部分，而第二觸頭可在它與覆鍍部分之間具有物理縫隙。例如，第二觸頭可 抵接過孔的孔的內表面，在該處的鍍層已經被反鑽法去掉。由於在鍍層被反鑽法去掉的區 域中過孔的孔可以更寬，第二觸頭可獨立於過孔的孔內而不抵接過孔的內表面。所得到的電路板在正交系統構造中，能夠實現對從觸頭到中面板襯底導電通路的 選擇性路由，這種導電通路可適合於進行低速通訊、供能、電接地、控制信號傳輸等。導電通 路可從一個頭部連接器、另一個頭部連接器、或兩個頭部連接器的組合進行路由。與路由到 中面板襯底的觸頭共用過孔的觸頭可用作電接地。正交構造電子系統的系統設計者可從不必使用定製連接器即能夠選擇性使通路路由到中面板中獲益。通路可被路由到中面板，並且部分正交應用可被設計出來，而無需修 正襯底或連接器被覆鍍的常見過孔正交管腳圖的幾何圖形或布局。這些優點不必使用缺失 觸頭、修正觸頭(例如去掉安裝部分)、或帶有與正交電連接器組件分離的另外連接器的定 制連接器即可獲得。
權利要求
一種襯底，包括正交排布的過孔，每個所述過孔從所述襯底的一側延伸到所述襯底的相反側，其中，所述正交排布的過孔的其中兩個是每個限定出穿過襯底的直接差分信號電通路的共用尾端過孔，和正交排布的過孔的另外兩個是每個不限定出穿過襯底的直接差分信號通路的共用尾端過孔。
2.權利要求1所述的襯底，其中，所述正交排布的過孔的所述其中兩個中的每個都從 襯底一側到襯底的相反側被覆鍍。
3.在前權利要求中任一項所述的襯底，其中，所述直接差分信號通路關於襯底的一側 和襯底的相反側完全垂直。
4.在前權利要求中任一項所述的襯底，其中，所述正交排布過孔的所述其中兩個限定 出差分信號對。
5.在前權利要求中任一項所述的襯底，其中，所述正交排布過孔的所述另外兩個不從 襯底一側到襯底的相反側被覆鍍。
6.在前權利要求中任一項所述的襯底，其中，所述正交排布過孔的所述另外兩個中的 一個與襯底中的跡線電連接。
7.在前權利要求中任一項所述的襯底，其中，所述正交排布的過孔的所述另外兩個是 反鑽式的。
8.在前權利要求中任一項所述的襯底，進一步包括兩個相同的電連接器，它們每個都 適於由所述正交排布的過孔接收並且每個都適於被安裝在所述襯底一側或相反側的相應 一個上。
9.權利要求8所述的襯底，其中，所述兩個相同的電連接器每個都不帶金屬屏蔽板。
10.權利要求8或9所述的襯底，其中，所述兩個相同的電連接器每個包括邊緣耦合差 分信號對。
11.權利要求8或9所述的襯底，其中，所述兩個相同的電連接器每個包括寬邊耦合差 分信號對。
全文摘要
在電子系統中，比如正交、中面板構造中，反鑽式過孔可在無需定製連接器和/或觸頭的情況下使能到中面板零件的選擇性連通。相反端處的第一觸頭和第二觸頭可被接收於共用反鑽式過孔內。反鑽式過孔可建立起第一觸頭和中面板內部傳導通路之間的導電性。由於反鑽法去掉了過孔的一部分，使得第一觸頭和第二觸頭可以發生電絕緣。第一安裝觸頭和內部傳導層之間的導電通路可被用作低速通訊通道、供能、接地、控制信號傳輸等。
文檔編號H01R12/50GK101911390SQ200880124388
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月23日 優先權日2008年1月8日
發明者S·米尼克 申請人:Fci公司