专利名称：具有改善的差分信号对的信号完整性的印刷电路板等的制作方法
技术领域：
这里公开的典型实施例涉及电子印刷电路板，其为电子元件提供 支撑和互连以形成电子电路设备。更具体而言，这里公开的典型实施 例涉及设有差分信号对的印刷电路板。
背景技术：
今天的电子产品，包括计算机、电信设备和网络系统，正在被设 计成以不断增加的数据传输速率工作。传统上认为印刷电路板、底板、
中平面、印刷线路板、柔性电路、刚性柔性电路、多芯片模块(MCM)、 内插结构等(这里总称为"PCB")仅仅是无源的互连，不过人们越 来越认识到PCB对由PCB所承载的信号的完整性或保真度具有潜在 的有害影响。
一种用于改善PCB中的信号完整性的方法包括利用差分信号对。 通常，将差分信号对的两个导体设计成在PCB中彼此靠近地延伸， 使得耦合到差分对的电噪声源表现为"共模噪声"，其相对容易被最 小化或消除。定义差分对的导体之间的分隔距离影响差分对的特性阻 抗。
通常在z轴方向(即，垂直于PCB的x-y平面)上由过孔结构 提供导电层之间的导电通路。由各种技术，包括但不限于激光打孔、 机械打孔和基于照相定义(photo definition)的技术形成过孔。接下 来用导电材料，通常为金属部分地或全部地填充所述过孔。如PCB 设计领域的技术人员所公知的，这些过孔结构可以是盲孔、埋孔、通 孔，并且可以包括或不包括导电层上的焊盘。
用于在PCB的导电层之间传送差分对信号的PCB过孔结构会将 PCB的特性阻抗降低到不可接受的低水平。在PCB过孔结构中，由 于通过过孔结构对差分对布线，因此焊盘(如果有的话)和间隙盘
(antipad)的尺寸和形状影响差分对的特性阻抗。
现有技术的一个局限是缺乏对差分对的阻抗控制，因为焊盘(如 果有的话)和间隙盘的形状主要是圆形的，且尺寸受到PCB设计考 虑的限制。如上所述，这可能会导致不可接受的低阻抗。
美国专利6607402描述了一种用于在通过一组PCB过孔对差分 对布线的情况下通过以下方式增加差分对的特性阻抗的构造去除用 于对导电平面层之间的差分对布线的两个过孔结构之间的导电材料， 使得来自包括差分对的两个过孔结构的间隙盘区形成一个大的间隙 盘区。
现有技术的一个典型局限是缺乏对差分对的阻抗调整 (impedance tailoring)。由于缺乏与差分对上的信号的最佳阻抗匹配， 这会导致系统性能的降低。
通过阅读以下描述并研究附图中的几幅图，现有技术的这些和其 它局限对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
发明内容
在某些典型实施例中， 一个或多个差分信号对的信号完整性得到 改善的印刷电路板(PCB)引入一个或多个导电区。在某些实施例中， 通过被限定为过孔结构周围的非导电区的"间隙盘"将使两个或多个 信号迹线层互连的用于差分对的过孔与导电区隔离开。在一些情况 下，用于过孔的间隙盘区可以包括过孔结构之间的导电"桥"。
通过非限制性例子的方式， 一个实施例包括第一过孔结构，将 其配置为用于差分对的电路的第一部分；第二过孔结构，将其配置为 用于差分对的电路的第二部分；第一间隙盘区，其围绕第一过孔结构 且将第一过孔结构与和间隙盘处于印刷电路板的同一层上的导电区 隔离开；第二间隙盘区，其围绕第二过孔结构且形状和功能类似于第 一间隙盘区；以及导电桥，其设置在与第一和第二过孔结构相关的间 隙盘区之间。导电桥的端部可以连接到围绕整组过孔结构和间隙盘的 导电区。
该桥所提供的一个优点在于能够相对于导电区调整差分对的阻抗，导致电子电路装置性能的提高和信号完整性的改善。
在阅读以下描述并研究附图中的几副图之后，这里所公开的这些 和其它实施例以及所述桥和其它特征的优点对于本领域技术人员而 言将变得显而易见。
现在将参考附图描述几个典型实施例，在附图中类似的元件用类 似的参考标记标注。典型实施例旨在说明本发明，而非限制本发明。 附图包括以下的图
图1示出典型实施例中的多层PCB的截面图2示出图1的导电区的一部分，用于说明典型间隙盘区和导电 桥的进一步细节；以及
图3示出图1的导电区110c的一部分，示出可选典型实施例的 典型间隙盘区130和131以及导电桥132的进一步细节。
具体实施例方式
图1为根据非限制性实例的多层PCB 100实施例的截面图。PCB 100包括分隔若干导电层110的若干电介质层105。差分信号对包括 第一层上的一对信号迹线110a以及第二层上的一对信号迹线110b。 差分对包括正向信号(例如由信号迹线U0a和110b承载)和负向信 号(例如由信号迹线110a'和110b承载)。应该理解的是，也可以使 这些信号互换。此外，虽然被示为处在相邻层上，但是应该理解的是， 信号迹线110a和110b之一或二者可以形成在PCB 100的其它层上。
如这里所用的，"导电区"为由诸如铜的导电材料制成的PCB的 平面或层的一部分或全部。如这里所用的，"过孔结构"包括，但不 限于形成于在PCB的两层或多层之间延伸的过孔内形成的通孔管 (viabarrel)。过孔结构可以任选地包括过孔焊盘等。"过孔管"指过 孔内的导电材料，其常常是空心圆柱体，但可以是其它形状，例如实 心圆柱体、部分圆柱体、条和其它形状。"过孔焊盘"通常由导电或 部分导电的材料制成，其与过孔管电接触。"过孔间隙盘"为围绕或
部分围绕过孔焊盘的非导电区。间隙盘可以包括绝缘材料，或者可以 简单地为设置在过孔周围的空隙。
同样如这里所用，"导电区"指部分或整个的接地平面或电源平 面。导电区可以覆盖整个层或层的一部分。因此，导电区通常具有相 当大的面积，例如至少大约lcm或有时为几百平方厘米，或与导电 迹线相比更大，所述导电迹线通常相当细。即，导电区的面积大于过 孔附近的导电迹线的面积。
导电过孔结构120将差分对的信号迹线110a之一耦合到相应的 信号迹线110b。导电过孔结构121将差分对的另一个信号迹线110a' 连接到另一个相应的信号迹线110b'。第一间隙盘区130配置为将过 孔结构120与PCB 100的导电区110c隔离开。第二间隙盘区131配 置为将过孔结构121与导电区110c隔离开。通常围绕过孔结构110c 的导电区的桥132优选将第一间隙盘区130和第二间隙盘区131隔 开。
图2示出图1的导电区110c的一部分，用于说明根据本发明的 一个实施例中的典型间隙盘区130和131以及桥132的进一步细节。 在本实施例中，过孔结构120和过孔结构121分别被间隙盘区130 和131围绕。这将过孔结构120和过孔结构121与导电区110c隔离 开。
在典型实施例中，过孔结构120包括半径为Rl的导电过孔结构， 类似地，过孔结构121可以包括导电半径R1。在该例中，过孔结构 120和121的中心间隔的距离为Dl。例如，间隙盘区130和131包 括半径为R2和R3的圆形或椭圆形的几何形状，它们的中心彼此间 隔的距离为D2。其它构造构成可选实施例。
作为非限制性实例，并且根据要耦合到过孔120和121的连接器 或其它部件，R2可以等于、大于或小于R3;然而，R2和R3两者都 大于R1。 D1可以等于或小于D2。在典型实施例中，D3小于R2和 R3。
在该例中，间隙盘区130和131表现为导电区110c的有缺块的 圆形非导电区，或蚀刻到导电区110c中的孔，它们相对于桥132的中心左右对称，且相对于过孔120和121的焊盘中心之间的线上下对 称。应该理解的是，对称性为差分信号提供了均衡的阻抗，附带使得 用PCB制造的电子装置的性能提高。
在一些D1-D2的典型实施例中，间隙盘区130和131是这样的 过孔结构120和121与导电区110c之间的距离大于过孔结构120和 121与桥132之间的距离。在一个实施例中，过孔结构120和121与 导电区110c之间的距离为0.008英寸，过孔结构120和121与桥132 之间的距离为0.0055英寸。在该实施例中，桥132为0.005英寸宽， 通过将间隙盘蚀刻到导电区110c中的公知方法形成。
图3示出图1的导电区110c的一部分，用于说明另一个典型实 施例中的间隙盘区域130和131的进一步细节。在该实施例中，间隙 盘区130和131包括矩形或修正矩形形状。其它形状构成另外的实施 例。从过孔结构120到导电区10c的距离D4可以大于、等于或小于 从过孔结构120到导电区110c的距离D5。在该典型实施例中，D3 小于D4和D5。在该实例中，间隙盘区130和131相对于桥132的 中心左右对称，且相对于过孔120和121的焊盘之间的线上下对称。 应该理解的是，对称性再次有利地为差分信号提供了均衡的阻抗。在 典型实施例中，D3小于D4和D5。
在一些实施例中，间隙盘区130和131包括具有圆角的修正矩形 形状。在一些实施例中，间隙盘区130和131包括具有45度(即斜 接或斜削)角的修正矩形形状。应该理解的是，这些实施例的修正矩 形形状可以例如通过提高蚀刻导电区110c以形成间隙盘区130和131 的可靠性，来改善PCB的加工(制造)。此外，所建议的几何形状是 作为非限制性的实例，各种闭合和开放的几何形状，包括多边形、曲 形和复合形状构成各种可选实施例。
在一些实施例中，桥132表现为最小线宽的导电材料(例如铜)， 其仍能够使过孔120和121的焊盘物理上相互靠近但又彼此分开和隔 离。作为非限制性的实例，桥宽度的实施例可以在大约0.1密耳到大 约5密耳的范围内。作为另一非限制性的实例，桥宽度的实施例可以 在大约2密耳到4密耳的范围内。例如，实施例的一个特定的非限制性实例可以是4密耳。在可选实施例的其它非限制性实例中，桥宽度 可以小于.1密耳或大于5密耳。
可以使用常用的3D数值建模和仿真工具，包括基于FEM、 FDTD、 TLM、 MOM的建模和仿真工具，来完成对Dl到D5的优选 值的确定。擅长使用这些建模和仿真工具的技术人员可以利用标准建 模技术确定这些尺寸。
在一些实施例中，通过进一步的非限制性实例进行说明，差分对 的过孔结构120和121之间的桥132包括与导电区110c的导电材料 相同的导电材料(例如，2盎司铜)。在可选实施例中，桥132包括 在从l/4盎司到4盎司范围内的铜重量范围。在其它实施例中，可以 使用铜之外的其它材料，并且可以使用其它重量的铜或其它材料。
虽然使用具体术语和器件描述了各种实施例，但这种描述仅仅是 出于示例性的目的。所用词语为描述性词语而非限制性词语。应该理 解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本领域的技术人员 可以做出修改和变化，所述精神和范围在所附的权利要求中阐明。此 外，应该理解的是，可以完全或部分地互换各种其它实施例的各个方 面。因此，希望根据本发明的真实精神和范围， 而在没有限制和禁止反悔的情况下解释权利要求。
权利要求
1、一种印刷电路板，包括印刷电路板中的第一过孔结构，将其配置为用于差分对的电路的第一部分；所述印刷电路板中的第二过孔结构，将其配置为用于所述差分对的所述电路的第二部分；第一间隙盘区，其围绕所述第一过孔结构并将所述第一过孔结构与所述印刷电路板的导电区隔离开；第二间隙盘区，其围绕所述第二过孔结构并将所述第二过孔结构与所述第一过孔结构和所述导电区隔离开；以及所述导电区中的导电桥，所述桥将所述第一过孔结构和所述第二过孔结构隔开。
2、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述第一过孔结构 和所述导电区之间的间隔大于所述第一过孔结构和所述桥之间的间 隔。
3、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述第一间隙盘区 包括所述导电区中的有缺块的圆形孔。
4、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述第一间隙盘区 包括所述导电区中的矩形孔。
5、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述第一间隙盘区 包括所述导电区中的修正矩形孔。
6、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述修正矩形孔包 括圆角。
7、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述修正矩形孔包括斜接角。
8、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述导电桥的宽度在大约0.1密耳到5密耳的范围内。
9、 根据权利要求1所述的印刷电路板，其中所述导电桥包括铜，并且其中所述导电桥的铜重量在1/4盎司到4盎司的范围内。
10、 根据权利要求l所述的印刷电路板，其中所述过孔结构和所述导电桥之间的距离在大约O.l密耳到10密耳的范围内。
11、 一种用于差分对的导电区结构，包括-电源层；形成在所述电源层中的一对间隙盘；形成在所述一对间隙盘中的相应间隙盘内的一对过孔结构；以及形成在所述导电区中且分开所述一对间隙盘的桥。
12、 如权利要求11所述的用于差分对的导电区结构，其中所述一对过孔焊盘电连接到互补的差分对。
13、 如权利要求12所述的用于差分对的导电区结构，其中所述互补差分对中的每一个包括一对由电介质材料隔开的导电过孔结构。
14、 如权利要求11所述的用于差分对的导电区结构，其中所述间隙盘由绝缘材料形成。
15、 如权利要求11所述的用于差分对的导电区结构，其中所述间隙盘中的至少一个是通过移除所述电源层的一部分而形成的。
16、 如权利要求11所述的用于差分对的导电区结构，其中所述桥是导电的。
17、 一种用于改善差分对的信号完整性的方法，包括提供电源层；在所述电源层中设置一对间隙盘；在所述一对间隙盘中的相应间隙盘内设置一对过孔结构，其中所述一对过孔结构电连接到差分对；以及在所述电源层内设置桥并且将所述一对间隙盘隔开。
18、 如权利要求17所述的用于改善差分对的信号完整性的方法，其中所述间隙盘包括绝缘材料。
19、 如权利要求17所述的用于改善差分对的信号完整性的方法，还包括形成作为所述电源层的一部分的导电桥。
全文摘要
一种一个或多个差分信号对的信号完整性得到改善的印刷电路板引入一个或多个导电区。在典型实施例中，通过围绕过孔结构和导电桥的间隙盘区将使信号迹线互连的用于差分对的过孔结构与导电区隔离开。在可选实施例中，围绕过孔结构的间隙盘区包括过孔结构之间的桥。作为非限制性的实例，间隙盘区可以包括有缺块的圆形孔或修正矩形孔。作为非限制性的实例，所述桥可以包括导电区的一部分，从而允许相对于导电区的差分对阻抗调整。
文档编号H05K1/11GK101176391SQ200680001980
公开日2008年5月7日 申请日期2006年1月9日 优先权日2005年1月10日
发明者F·吉希恩, G·施罗德 申请人:圣米纳-Sci公司