線路板系統的製作方法
2023-05-12 20:31:16 4
專利名稱：線路板系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種線路板系統，尤其是一種第一線路板上無點對點高速差分走線的線路板互連繫統。
背景技術：
線路板系統，是指如交換機、路由器、存儲設備以及計算機或伺服器等設備或裝置中，為各個線路板提供信號互連、電源供給、導向以及物理支撐等功能的一個重要部件。背板通常是由多層印刷電路板、信號/電源連接器、導向機構等組成。多層印刷電路板由多層、有一定厚度的銅皮、印刷銅導線以及絕緣介質組成。其中完整或大塊的銅皮起電源供給和接地參考作用，而銅導線則為板間信號提供互連通路，包括控制總線、高速數據總線等。
隨著信號速率的提高，高速數據總線一般採用點對點互連拓撲結構，所謂點對點互連指從信號發送端到接收端的鏈路上的各個要素串行連接，無分叉。點對點互連通道衰減受互連長度、材料特性、走線截面結構、過孔幾何結構以及過孔殘餘無用部分長度等方面影響。如圖1所示，為現有的背板與線路板的互連結構的側視示意圖，各個線路板平行排列在背板91的同一側，也可以分別分布在背板91的兩側，各個線路板92之間的高速數據總線長度隨對應的連接器93槽位位置的不同而不同，由此造成各個通道的衰減不同。另外如圖2所示，為現有技術的過孔及其所述過孔的無用部分示意圖，多層板各層走線在連接器處的所述過孔的無用部分的長度也不同，而所述過孔無用部分8會引起信號反射，由於上述原因，傳統互連結構各個互連通道的插入損耗、反射特性不同，增加了晶片設計難度、限制了背板速率的提高和平滑升級。
為了克服傳統背板互連方式存在的上述問題，可以採用正交背板結構，如圖3所示，為現有的正交互連結構中前後插板和背板位置的立體示意圖，背板81位於中間，線路板分別插在背板81前面(這裡叫前插板82)和後面(後插板83)，前插板82和後插板83相互垂直，前插板82和後插板83通過安裝在背板81上的普通表貼連接器互連。參見圖4所示，為現有的正交背板正反面上的焊盤及過孔示意圖，和圖5所示，為現有的中正交背板上的布線示意圖，背板走線很短，背板上布線有對稱性，採用埋孔互連。可以使背板上各個互連通道長度相同，並且比較短，因此不存在過孔無用部分產生的影響。
因此現有的線路板系統的背板上仍然走線，不同槽位的走線長度不同、因此對信號的衰減也不同，同時不同層過孔對信號的衰減也不同，從而造成各個通道差異很大，在不重新設計背板的前提下把系統從低速率升級到高速率變得非常困難，從而影響了系統的平滑升級，並且由於背板上有布線，背板層數比較多，加上採用埋孔工藝，加工工藝複雜，加工難度大，成本高。
發明內容
本發明實施例的目的是提供一種線路板系統，實現線路板系統的第一線路板上無點對點走線。
本發明實施例提供了一種線路板系統，包括第一線路板，該第一線路板上設置有數個過孔；第二線路板，設於所述第一線路板的一側，該第二線路板上設有數個第一表面安裝連接器，與所述過孔或者過孔周圍的表貼焊盤相接設；第三線路板，設於所述第一線路板的另一側，該第三線路板所在的平面與所述第二線路板所在的平面相正交，該第三線路板上具有數個分別與該第一表面安裝連接器對應的第二表面安裝連接器，每一個第二表面安裝連接器與對應的第一表面安裝連接器接設於相同的過孔或者表貼焊盤。
因此，本發明實施例的線路板系統中，由於每一個第二表面安裝連接器與對應的第一表面安裝連接器接設於相同的過孔或者表貼焊盤，從而實現了第一線路板上無走線或無點對點高速互連走線的正交互連線路板系統，降低了第一線路板布線密度和層數；前第三線路板高速通道特性不再受第一線路板走線影響，所以，更容易實現平滑升級。在消除了殘餘過孔長度對信號質量的影響的同時，採用普通等直徑過孔或兩端大中間小的過孔，簡化的工藝，降低了第一線路板加工難度以及成本。
下面通過附圖和實施例，對本發明實施例的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為現有技術的背板與線路板的互連結構的側視示意圖；圖2為現有技術的過孔及其所述過孔的無用部分示意圖；圖3為現有的正交互連結構中前後插板和背板位置的立體示意圖；圖4為現有技術的正交背板正反面上的焊盤及過孔示意圖；圖5為現有技術的正交背板上的布線示意圖；圖6為本發明線路板系統實施例的立體示意圖；圖7A為本發明實施例線路板系統的第二線路板和第三線路板與第一線路板連接的示意圖一；圖7B為本發明實施例線路板系統圖7A中A區域的放大圖；圖8A為本發明實施例線路板系統的第二線路板和第三線路板與第一線路板連接的示意圖二；圖8B為本發明實施例線路板系統圖8A中B區域的放大圖；圖9為本發明實施例的線路板系統的第二線路板上的第一表面安裝連接器上的第一管腳排布圖示意圖；
圖10為本發明實施例的線路板系統的第三線路板上的第二表面安裝連接器上的第二管腳排布圖示意圖；圖11為本發明實施例線路板系統上第一管腳和第二管腳排布圖；圖12為本發明實施例線路板系統的第一表面安裝連接器的第一腳管和過孔的排布結構示意圖；圖13為本發明實施例線路板系統的第二表面安裝連接器的第二腳管和過孔的排布結構示意圖；圖14為本發明實施例線路板系統的第一和第二腳管與過孔的排布結構示意圖；圖15為本發明實施例的線路板系統的過孔的剖面示意圖之一；圖16為本發明實施例的線路板系統的過孔的剖面示意圖之二；圖17為本發明實施例的線路板系統的過孔對應的管腳與第一線路板的安裝示意圖之一；圖18為本發明實施例的線路板系統的過孔對應的管腳與第一線路板的安裝示意圖之二；圖19為本發明實施例的線路板系統的過孔對應的腳管與第一線路板安裝的兩個示意圖之一；圖20為本發明實施例的線路板系統的過孔對應的腳管與第一線路板安裝的兩個示意圖之二；圖21為本發明實施例的線路板系統的過孔與第一腳管或第二腳管的裝配示意圖；圖22為本發明實施例的線路板系統的再一結構示意圖。
具體實施例方式
本發明實施例是採用管腳形成的陣列具有對角線對稱性的表面安裝連接器，比如球柵陣列(BGA)形式的連接器，分別安裝在第一線路板的正反面，由於連接器管腳形成的陣列具有對稱性，可以在第一線路板上通過共享的過孔互連，無需在第一線路板上走線，採用普通通孔或臺階孔直接互連，避免了為消除過孔殘餘無用部分而採用埋孔工藝。
如圖6所示，為本發明實施例線路板系統的立體示意圖，該線路板系統具有管腳形成的陣列具有對角線對稱結構的表面安裝連接器與第一線路板的正交互連，包括一個第一線路板，分別插接於第一線路板兩側的第二線路板和第三線路板，且第二線路板所在的平面與第三下路板所在的平面相正交；以下將以第一線路板互連繫統為例對本發明實施例線路板系統加以說明，其中，第一線路板、第二線路板及第三線路板分別以第一線路板1、第二線路板2及第三線路板3為例加以說明。
如圖7A所示，為本發明實施例線路板系統的第二線路板和第三線路板與第一線路板連接的示意圖一，再如圖7B所示，為圖7A中A區域的放大圖，圖中第一線路板1a上具有數個過孔10，第二線路板2上具有數個第一表面安裝連接器21，第三線路板3上具有數個第二表面安裝連接器31，第二線路板2上的第一表面連接器21和第三線路板3上的第二表面連接器31通過過孔10直接連接在第一線路板1a的兩側。
如圖8A所示，為本發明實施例線路板系統的第二線路板和第三線路板與第一線路板連接的示意圖二，再如圖8B所示，為圖8A中B區域的放大圖，圖中第一線路板1b上具有數個過孔10和表貼焊盤11，第二線路板2上具有數個第一表面安裝連接器21，第三線路板3上具有數個第二表面安裝連接器31，第二線路板2上的第一表面連接器21和第三線路板3上的第二表面連接器31通過過孔10和表貼焊盤11連接在第一線路板1b的兩側。
參見圖9所示，為本發明實施例的線路板系統的第二線路板上的第一表面安裝連接器上的第一管腳排布圖示意圖，每一個第一表面安裝連接器21上具有數個具有對角線對稱性的第一管腳20，圖中，Amy/Bmy、Cmy/Dmy、Emy/Fmy、Gmy/Hmy表示差分對第一管腳，m，從1，2，3，4是管腳序號，y表示第二線路板。
如圖10所示，為本發明實施例的線路板系統的第三線路板上的第二表面安裝連接器上的第二管腳排布圖示意圖，每一個第二表面安裝連接器31上具有數個具有對角線對稱性的第二管腳30，圖中，Amx/Bmx、Cmx/Dmx、Emx/Fmx、Gmx/Hmx表示差分對第二管腳30，m，從1，2，3，4是管腳序號，x表示第三線路板。
如圖11所示，為本發明實施例線路板系統上第一管腳和第二管腳排布圖，第一表面安裝連接器21的第一腳管20與第二表面安裝連接器31的第二腳管30按照在第一線路板的表貼焊盤或過孔陣列的一條對角線19對稱分布。
如圖12所示，為本發明實施例線路板系統的第一表面安裝連接器的第一腳管和過孔的排布結構示意圖，第一線路板1上設置有數個過孔10，每一過孔10周圍具有表貼焊盤11；與第一線路板1一側相貼合的第二線路板上的第一表面安裝連接器21的第一腳管20與過孔10的表貼焊盤11相接設。圖中的橢圓方框表示該橢圓方框中的這兩個第一腳管20是一個差分對，並不意味著實際的過孔反焊盤(過孔在印刷線路板平面層上的非金屬化區域)就按照這樣設計，也可以有其他形狀，表層與裡層也可能不同。
如圖13所示，為本發明實施例線路板系統的第二表面安裝連接器的第二腳管和過孔的排布結構示意圖，與第一線路板1另一側相貼合的第三線路板上的第二表面安裝連接器31的第二腳管30與過孔10的表貼焊盤11相接設。
如圖14所示，為本發明實施例線路板系統的第一和第二腳管與過孔的排布結構示意圖，第一表面安裝連接器21上的第一腳管20和第二表面連接器31上的對應第二腳管30與同一個過孔10的表貼焊盤11相接設，即由於第一腳管20和第二腳管30的排布具有對角線對稱性，可以通過共享一個過孔10而互連，從而避免了在第一線路板1上布線。從圖中可以看出，每一個第一表面連接器21和每一個第二表面連接器31所共同接設的過孔10陣列，具有對角線對稱性。
本實施例以4×4對、具有對角線對稱性的表面安裝連接器的腳管為例，給出了對應線路板系統第一表面連接器21上的第一管腳20和第二表面連接器31上的第二腳管30的排布，第一線路板1上過孔10排布以及第一管腳20在第二線路板2上的安裝方式，和第二腳管30在第三線路板3上的安裝方式，但並不意味著本技術方案僅僅針對4×4對規模的腳管。
如圖15和圖16所述，為本發明實施例的線路板系統的過孔的兩個剖面示意圖，圖15中的過孔10為等直徑的通孔，而圖16中的過孔10為兩端大中間小的階梯孔。圖15中的等直徑的通孔加工最方便，但受加工時的厚徑比限制，過孔不能太小；圖16中的階梯孔適用於厚板加工，同時可以儘量減小過孔對信號質量的影響。參見圖17和圖18，為圖15與圖16中的兩種過孔對應的管腳與第一線路板的安裝示意圖，圖中黑色部分為管腳和焊料。圖17和圖18中，僅畫了第一線路板一側的管腳，另外一側類似，下同。
如圖19和圖20所示，分別為圖15與圖16中的兩種過孔對應的腳管與第一線路板安裝的兩個示意圖，圖中箭頭表示外界施加的一個壓力F。採用具有對角線對稱特性的彈力管腳20、30，通過施加一定壓力保持與第一線路板1接觸，利用這種外界施加壓力的方式也可以實現前第三線路板與第一線路板共享過孔10而實現正交互連，第一線路板1的表貼焊盤設計11與前述實施例的技術方案相同，本實施例第一線路板的表面處理方式與前述的實施例不同，前述的實施例都是採用焊接方式，可以用傳統工藝，如化銀、化錫等，而本實施例採用有彈力管腳連接器時，第一線路板1表面需要電鍍金，以增加耐磨性和耐腐蝕性。
圖19和圖20所示的腳管是通過一定壓力而與第一線路板實現電互連，這種採用腳管的表面安裝連接器可以整個安裝在第二線路板或第三線路板上，第一線路板1上只有焊盤和扣緊裝置比如通過螺釘把連接器固定在第一線路板上；或者像普通腳管的連接器一樣安裝一部分安裝在單板上，另外一部分安裝在第一線路板上。
在上述實施例中的表貼連接器是BGA形式的，這種連接器的焊球與第一線路板上的表貼焊盤通過焊錫而互連在一起。除此而外，也可以用另外一種具有對角線對稱特性的、短針的表貼安裝連接器。參見圖21所示，為圖16中的過孔與第一腳管20或第二腳管30的裝配示意圖，與傳統BGA連接器不同，管腳20或30安裝在第一線路板1上的過孔10中，而不是表貼焊盤11上，對於這種連接器，則不需要採用前面的表貼焊盤設計，而採用階梯過孔，如圖22所示，為本發明實施例的線路板系統的再一結構示意圖，本實施例中，第一表面安裝連接器21的第一腳管和第二表面安裝連接器31第二腳管焊接在第一線路板1上的過孔10裡。
因此，本發明實施例的線路板系統採用具有對角線對稱特性的過孔陣列和具有對角線對稱特性腳管陣列的表面安裝連接器，使得位於正交第二線路板和第三線路板能通過共享過孔直接互連，從而實現了第一線路板上無走線或無點對點高速互連走線的正交互連線路板系統，降低了線路板系統的布線密度和層數；前第三線路板高速通道特性不再受第一線路板走線影響，因此，更容易通過只更換前後插單板來提升系統性能，比如通過提高系統速率來增加系統容量，而無需像傳統第一線路板那樣，需要重新設計第一線路板來升級系統，從而實現系統平滑升級。在消除了殘餘過孔長度對信號質量的影響的同時，採用普通等直徑過孔或兩端大中間小的過孔，簡化的工藝，降低了第一線路板加工難度以及成本。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種線路板系統，其特徵在於包括第一線路板，該第一線路板上設置有數個過孔；第二線路板，設於所述第一線路板的一側，該第二線路板上設有數個第一表面安裝連接器，與所述過孔或者所述過孔周圍的表貼焊盤相接設；第三線路板，設於所述第一線路板的另一側，該第三線路板所在的平面與所述第二線路板所在的平面相正交，該第三線路板上具有數個分別與該第一表面安裝連接器對應的第二表面安裝連接器，每一個第二表面安裝連接器與對應的第一表面安裝連接器接設於相同的過孔或者表貼焊盤。
2.根據權利要求1所述的線路板系統，其特徵在於所述第一表面安裝連接器具有數個第一管腳，所述第一表面安裝連接器通過數個第一管腳與所述過孔或者表貼焊盤通過過孔相接設。
3.根據權利要求2所述的線路板系統，其特徵在於所述第一管腳焊接在所述過孔或者表貼焊盤上。
4.根據權利要求2所述的線路板系統，其特徵在於所述第一管腳壓接在所述過孔或者表貼焊盤上。
5.根據權利要求1所述的線路板系統，其特徵在於所述第二表面安裝連接器具有數個第二管腳，所述第二表面安裝連接器通過數個第二管腳與所述過孔或者表貼焊盤相接設。
6.根據權利要求2所述的線路板系統，其特徵在於所述第二管腳焊接在所述過孔或者表貼焊盤上。
7.根據權利要求2所述的線路板系統，其特徵在於所述第二管腳壓接在所述過孔或者表貼焊盤上。
8.根據權利要求1-7任一所述的線路板系統，其特徵在於所述過孔為等直徑的通孔。
9.根據權利要求1-7任一所述的線路板系統，其特徵在於所述過孔為兩端大中間小的階梯孔。
全文摘要
本發明實施例涉及一種線路板系統，包括第一線路板，該第一線路板上設置有數個過孔；第二線路板，設於所述第一線路板的一側，該第二線路板上設有數個第一表面安裝連接器，與所述過孔或者過孔周圍的表貼焊盤相接設；第三線路板，設於所述第一線路板的另一側，該第三線路板所在的平面與所述第二線路板所在的平面相正交，該第三線路板上具有數個分別與該第一表面安裝連接器對應的第二表面安裝連接器，每一個第二表面安裝連接器與對應的第一表面安裝連接器接設於相同的過孔或者表貼焊盤。因此本發明實施例的線路板系統，採用普通等直徑過孔或兩端大中間小的過孔，簡化的工藝，降低了第一線路板加工難度以及成本。
文檔編號H05K7/02GK101068450SQ200710105279
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月31日 優先權日2007年5月31日
發明者賈功賢 申請人:華為技術有限公司