球柵陣列跳線裝置的製作方法
2023-12-03 19:14:56
專利名稱：球柵陣列跳線裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及電子印刷電路板，更具體地涉及經由球柵陣列的高密度跳線連接。
背景技術：
通過將電子元件安裝在印刷電路板上，通常可將電子元件組裝在複雜電路中。這些印刷電路板通常是平直的不導電板，且在印刷電路板上或印刷電路板中固定有一層或多層例如銅等的導電材料。在製造工藝中，將銅層蝕刻或以其它方式形成為特定形狀和圖案，確定剩餘的導電銅跡線的路線，以連接待連接到印刷電路板的電氣元件。
例如上述等在電路板的頂側和底側上都具有銅層的印刷電路板不僅是常見的，而且幾層銅跡線或圖案以不同的深度夾在電路板自身中。這些跡線使得在進行電路路線選擇時具有較大的靈活性，且常常為特定電路板設計比以其它方式所可能得到的電路板更緊湊的電路板。各層有時專用於特定目的，例如接地層，僅用於將各種元件接地或信號返回連接分配給各種元件。
用於將元件連接到其它元件的多個層常常必須與連接到不同層(頂層或底層)的元件連接，或各層必須在所選擇的點處彼此連接，這需要使用通常稱之為通路的部件。通常，這些通路實質上是小的導電鍍通孔元件，該鍍通孔元件垂直於電路板的頂面和底面定位，該電路板延伸過電路板的至少兩個導電層，且使至少兩個導電層上的電路跡線彼此電連接。
但是，印刷電路板的每層都顯著地增加了電路板的成本，實際上，可以利用儘可能少的層獲得理想的性能和經濟上理想的構造。例如，據估計，對於具有標準ATX個人計算機主板尺寸的印刷電路板，僅在四層印刷電路板和六層電路板之間的板成本之差約為七美元。不幸地是，用在現代電子系統中的日益密集的元件和這種系統的較複雜的要求使得設計四層電路板實際上不可能。例如，現代個人計算機在處理器、晶片組、存儲器、和附加總線之間具有數百條連線，除了所需要的電壓分配(可能包括12v、5v、3.3v)外，且在電晶體計算和時鐘脈衝速度持續增加時，需要持續增加的高流水平。
接著主板設計者面臨的難題是如何創造成本節約且具有實際上能獲得儘可能少的層的密集布線的主板。理想的是一種使得印刷電路板設計者能設計這樣的電路板，該電路板具有實際上儘可能少的層，同時實現有時需要更大數量的電路板層的布線密度。
圖1示出根據現有技術的典型的四層印刷電路板的截面圖。
圖2示出根據本發明的實施例的球柵陣列跳線裝置。
圖3示出根據本發明的實施例的連接有球柵陣列跳線裝置的印刷電路板。
圖4示出根據本發明的實施例的連接到電路板的球柵陣列跳線裝置的截面圖。
圖5示出根據本發明的實施例的具有主板的個人計算機。
具體實施例方式
在以下本發明的示範性實施例的具體描述中，參考形成其部分的附圖，且其中僅通過例示示出可實施本發明的具體樣本實施例。充分詳細地描述了這些實施例，以使得本領域技術人員能實施本發明，且將理解，也可使用其它實施例，可做出邏輯、機械、電氣、和其它變化，而不偏離本發明的精神或範圍。因此，以下的詳細描述不具有限定的意義，且本發明的範圍僅由所附權利要求限定。
需要這樣的系統，其能使得印刷電路板設計者能以實際上儘可能少的幾個層設計電路板，也實現有時需要更大數量的電路板層的高布線密度。這種需要通過本發明的提供球柵陣列跳線裝置的一些實施例而解決。該球柵陣列跳線裝置包括面積比主電路板小且具有至少一層導電跡線和多個焊球連接器的電路板。球柵陣列跳線裝置經由至少兩個焊球連接器安裝到主印刷電路板上，其還進一步用作主電路板和球柵陣列跳線裝置上的導電跡線之間的電連接。這種電路板組件有效地造成球柵陣列跳線裝置連接到主電路板的位置中的可用電路板層的數量增加，也可以用比具有另外的層的主電路板的生產成本低很多的成本對擁擠區域的更多的導電跡線進行布線。
圖1示出根據現有技術的典型印刷電路板。電路板101用於接收電氣元件，例如，可以將電氣元件安裝在如電路板中的102處所示的通孔中。元件的金屬引線典型地使焊料連接到具有用以接收金屬引線的孔的導電焊盤，如102處所示，但是也常常使用表面安裝技術直接連接到不帶孔的焊盤，如103處所示。這些元件彼此互連，以形成具有如在104處所示的導電跡線的電子電路，該導電跡線通常由銅製成。電路板自身的本體因此一般由良好的絕緣體製成，這樣良好的絕緣體例如用在標準FR4-型電路板中的玻璃纖維合成物。
具有複雜電路、高密度元件、和遍及電路板分布的多電源電壓的現代電路板常常包括多於一層的導電跡線。在圖1的實例電路板中，一層導電跡線位於電路板頂部(例如跡線104)上、位於電路板底部上、和在兩個中間層105中。電路板的各層可通過稱之為通路(如106處所示)的導電元件彼此相連，該通路垂直於電路板表面延伸。多個層和通路用於對複雜而密集的電路進行布線，例如，可以用在需要數量比裝在單個導電層上的導電跡線更多的導電跡線的位置處，和電路跡線需要穿過彼此跨過從而需要多層來完全對電路布線的位置處。
現代計算機系統不僅具有密度不斷增加的元件(例如主板晶片組集成電路、存儲器、和必須互連的處理器)，而且常常也需要分配多個電源電壓信號。例如，典型的現代分壓微處理器需要分壓調節器和導電跡線供應3.3伏的電源信號和更小電壓的電源信號，3.3伏的電源信號用於向外接口電路供應電能，更小電壓的電源信號用於向內部處理電路供應電能。通過分壓調節器提供這些電源電壓信號，而分壓調節器由12伏和5伏的電源信號驅動。
由電壓調節器提供的更小電壓的電源信號通常在1伏和3伏之間，這由微處理器的設計而確定。其上具有這樣的微處理器的計算機主板通常分配5伏和3.3伏的電源信號，以向諸如外設卡和其他被設計為在高電壓下工作的功率器件提供電能。所以，這些複雜程度增加的電路板不僅必須在複雜程度和密度增加的電路元件之間提供選路信號，而且必須將多個電壓供應信號分配給多個元件，以向它們提供電能。通過增加額外的層至電路板可以解決這一問題，例如，在個人計算機中使用六層電路板而不是四層電路板。但是，對於標準的ATX尺寸的主板來說，增加兩層最多將使得每個電路板的成本增加了較大的量，增加了大約每個板七美元。
本發明提供了一種解決該問題的成本更經濟的解決方案，利用了如圖2整體示出的新型的球柵陣列跳線裝置。這種示範性的球柵陣列跳線裝置201包括具有四層的印刷電路板，且具有至少兩個焊球連接器202。每個焊球連接器包括連接至球柵陣列電路板201上的導電元件的焊球，每個焊球連接器均用於將球柵陣列跳線裝置連接至如圖1所示的電路板。各種焊球連接器202均可以電路設計者選擇的布置互連，從而使用諸如203處示出的導電跡線將所選擇的焊球連接器電連接至其它焊球連接器。在本發明的實施例中，使用了諸如此處示出的多層印刷電路板，使用如204處示出的通路再次連接到電材料層。
通過將球柵陣列跳線裝置連接到例如圖3中總體示出的印刷電路板，有效地提高可用於對印刷電路板的所選區域布線的導電跡線的層數。球柵陣列跳線裝置301經由焊球連接器303連接到印刷電路板302。焊球連接器以物理方式將球柵陣列跳線模塊安裝到電路板上，並將球柵陣列跳線裝置301上的導電跡線203電連接到主印刷電路板上的導電跡線304。在本發明的一個更具體的實施例中，電路板302具有分壓調節器，用於提供多個電源電壓給需要多電源電壓的電路板元件。球柵陣列跳線裝置301用於分配電源電壓給位於電路的不同部分中的電路跡線(如電路板302中布置的)，僅使用四層電路板代替六層板實現功率分配。
由於在一些實施例(例如在圖2和3中所示的)中的球柵陣列跳線裝置採用具有多層的印刷電路板的形式，所以可期望在本發明的進一步的實施例中，可將各種電氣元件安裝到球柵陣列跳線裝置。例如，在四層電路板安裝到主電路板時，圖3中所示的旁路電容器305安裝到四層電路板的相對側，並對跨過球柵陣列跳線裝置傳導的電壓源設置旁路或穩壓。通過在球柵陣列跳線裝置上安裝這種元件，可將其從主板去除，為其它元件和電路跡線留出空間，同時在主板上實現更密集和更有效的電路布置。
在本發明的一些實施例中的球柵陣列跳線裝置是面積小於主印刷電路板的印刷電路板，其中該印刷電路板將連接到該主印刷電路板。球柵陣列跳線裝置因此用於提高跨過主印刷電路板(球柵陣列跳線裝置將連接到它)的一部分區域的導電跡線的布線密度。因此，通過確定上面希望有較大的布線密度的主印刷電路板的面積確定在本發明的一些實施例中的球柵陣列跳線裝置的面積。
在圖4的截面圖中更詳細地示出電路板和球柵跳線裝置之間的連接。電路板401通過兩個或多個焊球403連接到球柵跳線裝置402。焊球最初連接到球柵跳線裝置的表面上的導電焊盤404，且將焊料加熱和回流，以電氣地和物理地將焊料球連接到主電路板401的導電焊盤405。在本發明的一些進一步的實施例中，印刷焊料層406在加熱或回流期間進一步熔化，並便於球柵陣列和電路板之間的連接。本發明的其它實施例利用軟膏或焊劑材料407進一步便於焊球403和印刷電路板導電焊盤405之間的連接。在使用焊劑407的實施例中，焊劑促進焊料在加熱或回流時流動，從而在焊球403和導電焊盤405之間形成可靠的連接。在材料407是導電膏的實施例中，導電膏用於確保焊料塊403和導電焊盤405之間的可靠的電連接。
在球柵陣列跳線裝置402中，例如在層408中所示的導電跡線、在409處所示的通路、和其它傳統的電路板元件用於形成導電電路元件和使電路的其它元件互連。球柵陣列跳線裝置因而類似於電路板自身進行工作，在實現球柵陣列跳線裝置的區域中提供另外的電路板布線和互連能力。
儘管這裡示出的球柵陣列連接利用焊料凸塊，可想到，也存在其它球柵陣列技術，和將能開發這些技術，且與本發明一致。例如，球柵陣列導電焊盤404可連接到金柱式凸塊403(gold stud bump)，該金柱式凸塊403利用導電膏407連接到電路板的電焊盤405。這僅是可用於產生根據本發明的球柵陣列跳線裝置的其它材料的一個實例。
圖5總體示出具有主板501和處理器502的計算機。計算機還具有存儲器503、擴展槽504、和電源505。通過例如CD-ROM驅動器506、軟盤驅動器507、和一個或多個硬碟驅動器等存儲裝置提供存儲。圖5的個人計算機的各種實施例與本發明一致，例如這裡示出的實例實施例，其中球柵陣列跳線裝置508提供例如分壓調節器電路等電路的各個部分之間的連接。
儘管這裡已經示出和描述了本發明的具體實施例，但是本領域的技術人員將理解，用於實現相同目的的任何方法、設備、或其它設置可代替所示出的具體實施例。本申請意在覆蓋本發明的任何修改或改變。本發明因此僅由所附權利要求及其等價物的整個範圍所限制。
權利要求
1.一種電路板組件，包括第一電路板；以及球柵陣列跳線裝置，所述球柵陣列跳線裝置包括面積小於所述第一印刷電路板的面積的第二電路板，並具有至少一層導電跡線和至少兩個焊料球連接器，且所述球柵陣列跳線裝置經由至少兩個焊球連接器安裝到所述第一印刷電路板。
2.根據權利要求1所述的電路板，所述第二電路板包括FR4電路板。
3.根據權利要求1所述的電路板，所述第二電路板包括多層電路板。
4.根據權利要求3所述的電路板，所述第二電路板包括四層電路板。
5.根據權利要求3所述的電路板，其中一個或多個電氣元件安裝到所述第二多層電路板的至少一層。
6.根據權利要求1所述的電路板，所述至少兩個焊球連接器包括低共熔焊料。
7.根據權利要求1所述的電路板，其中所述第一電路板包括分壓調節器，且所述球柵陣列跳線裝置用於跨過所述第一電路板分配至少一個電源電壓。
8.一種球柵陣列跳線裝置，包括跳線裝置電路板，其尺寸小於主電路板，且具有至少一層導電跡線和至少兩個焊球連接器，且所述球柵陣列跳線裝置經由所述至少兩個焊球連接器安裝到所述主電路板。
9.根據權利要求8所述的球柵陣列跳線裝置，所述跳線裝置電路板包括FR4電路板。
10.根據權利要求8所述的球柵陣列跳線裝置，所述跳線裝置電路板包括多層電路板。
11.根據權利要求10所述的球柵陣列跳線裝置，所述多層跳線裝置電路板包括四層電路板。
12.根據權利要求10所述的球柵陣列跳線裝置，所述跳線裝置電路板還包括安裝到所述多層跳線裝置電路板的至少一層的一個或多個電子元件。
13.根據權利要求8所述的球柵陣列跳線裝置，所述至少兩個焊球連接器包括低共熔焊料。
14.根據權利要求8所述的球柵陣列跳線裝置，其中所述主電路板包括分壓調節器，且所述球柵陣列跳線裝置用於穿過所述主電路板分配至少一個電源電壓。
15.一種製造印刷電路板組件的方法，包括將球柵陣列跳線裝置安裝到主電路板，所述球柵陣列跳線裝置包括尺寸小於所述主印刷電路板的尺寸的跳線裝置電路板，並具有至少一層導電跡線和至少兩個焊球連接器，所述球柵陣列跳線裝置經由所述至少兩個焊料球連接器安裝到所述第一印刷電路板。
16.根據權利要求15所述的方法，所述跳線裝置電路板包括FR4電路板。
17.根據權利要求15所述的方法，所述跳線裝置電路板包括多層電路板。
18.根據權利要求17所述的方法，所述跳線裝置電路板包括四層電路板。
19.根據權利要求17所述的方法，所述跳線裝置電路板還包括一個或多個安裝到多層跳線器電路板的至少一層的電子元件。
20.根據權利要求15所述的方法，所述至少兩個焊料球連接器包括低共熔焊料。
21.如權利要求15所述的方法，其中所述主電路板包括分壓調節器，所述球柵陣列跳線裝置用於跨過所述主電路板分配至少一個電源電壓。
22.一種計算機化系統，包括母板；處理器；至少一個球柵陣列跳線裝置，該至少一個球柵陣列跳線裝置包括面積小於所述母板的電路板，並具有至少一層導電跡線和至少兩個焊料球連接器，所述至少一個球柵陣列跳線裝置經由所述至少兩個焊料球連接器安裝到母板。
23.如權利要求22所述的計算機化系統，其中所述球柵陣列跳線裝置在分壓調節器電路的元件之間提供連接。
24.如權利要求22所述的計算機化系統，其中所述球柵陣列跳線裝置還包括安裝到球柵陣列跳線裝置電路板的至少一層的一個或多個電子元件。
全文摘要
本發明提供了一種電路板組件，包括第一電路板(302)和球柵陣列跳線裝置(301)。球柵陣列跳線裝置(301)包括尺寸小於第一印刷電路板(302)的第二電路板，並具有至少一層導線跡線和至少兩個焊球連接器(303)。球柵陣列跳線裝置(301)經由焊球連接器(303)安裝到第一印刷電路板(302)。
文檔編號H05K3/34GK1666582SQ03815916
公開日2005年9月7日 申請日期2003年7月2日 優先權日2002年7月3日
發明者J·斯普裡特斯馬, L·黃, H·克爾岑 申請人:英特爾公司