CN100350821C - 具有穿孔及锡球的信号传输装置 - Google Patents

Abstract

一种具有穿孔及锡球的信号传输装置，包括：至少一核心结构、一第二基板、一第三基板、至少一穿孔、至少一导电层、至少一焊垫以及至少一锡球，该核心结构至少包括具有一第一表面与一第二表面的一第一基板，该第一表面上设有一第一电路层，且该第二表面上设一第二电路层，该第二基板设于该第一电路层上且该第三基板设于该第二电路层上，该穿孔依序贯穿该第二基板、该核心结构及该第三基板，该导电层覆于该穿孔外缘上且延伸出该第二基板表面与该第三基板表面不超过基板长度的适当长度，该焊垫设于该第二基板表面上且与该导电层连接，该锡球设于该焊垫上，该第一电路层以及该第二电路层分别开设对应该穿孔的一环孔，且对应该锡球的位置开设一孔槽。

Description

具有穿孔及锡球的信号传输装置

技术领域

本发明涉及一种信号传输装置，尤其涉及一种具有穿孔及锡球的球格阵列(BGA)封装的信号传输装置。

背景技术

由于近年来高科技技术的突飞猛进，尤其在微电子相关技术制程的领域中更是日新月异，因此电子相关产品已深入于每个家庭及各行各业中，成为现代生活中不可或缺的一部分。

当然由于人类的需求越来越多，相对使得电子装置必须达到更多功能性的使用，且各电子产品更朝向短小轻薄结构以及多元化功效的目标迈进，该短小轻薄结构的电子产品必须具有更密集的电子组件才能减少所占据的空间，由于电路板上的电子组件已占去大部分的电路板面积，在进行布线时考虑传输线阻抗、线与线的间距、信号布线规则等问题时，更使得信号的电路布局日益困难，而制作球格阵列(BGA)封装的技术时，锡球与电路层间会造成的杂散电容，更使得信号传输路径无法形成阻抗匹配，而降低封装后芯片的高频响应，相对限制球格阵列(BGA)封装的技术发展。

请参阅图1A至图1D所示，其为常用具有穿孔及锡球的球格阵列封装结构示意图。常用的具有穿孔及锡球的球格阵列封装结构1以一第一基板11顶面侧上叠合一第一电路层12，且该第一基板11底面侧上也叠合有一第二电路层13，由此以交流电信号使得球格阵列封装结构1进行操作，因此该第一电路层12为一信号层(或为一接地层)，而该第二电路层13相对应为一接地层(或为一信号层)，而以四层的球格阵列封装结构1为例，该第一电路层12上还叠合一第二基板14，且该第二电路层13上也相对叠合一第三基板15，之后为提供顶层与底层的电路导通，此时开设依序贯穿该第二基板14、该第一电路层12、该第一基板11、该第二电路层13以及该第三基板15的至少一穿孔16，该穿孔16覆有一导电层17，该导电层17覆于该穿孔16外缘上且延伸出该第二基板14表面与该第三基板15表面一不超过基板长度的适当长度d，且将一焊垫18设于该第三基板15表面上且与该导电层17相连接，最后将一锡球19设于该焊垫18上。其中该第一电路层12以及该第二电路层13分别开设有相对应该穿孔16的一环孔10，该环孔10的外缘轮廓大于该穿孔16的外缘轮廓。

由于以上该锡球19、第二电路层13以及该第一电路层12为金属材质所制成，而金属与金属间会形成电容，尤其现今将电子产品朝向短小轻薄结构时，更压缩球格阵列封装结构的厚度，相对造成电容效应加强，因此如何去降低锡球造成的杂散电容，以达到确保信号传输路径阻抗匹配的功效问题，为业界急需解决的问题，以降低支付成本及提升产业的竞争力，该问题的解决实为刻不容缓。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具有穿孔及锡球的信号传输装置，其通过延伸该绝缘孔(clearance)降低锡球造成的杂散电容，以达到确保信号传输路径阻抗匹配的功效。

本发明的次要目的是提供一种具有穿孔及锡球的信号传输装置，其通过应用于具有穿孔及锡球的封装，以达到确保封装后芯片的高频响应的功效。

本发明的另一目的是提供一种具有穿孔及锡球的信号传输装置，其不需额外增加电路设计，以达到较佳信号传输路径阻抗匹配的功效。

为达到上述目的，本发明提供一种具有穿孔及锡球的信号传输装置，其包括有：至少一核心结构、一第二基板、一第三基板、至少一穿孔、至少一导电层、至少一焊垫以及至少一锡球。

该核心结构至少包括有具有一第一表面与一第二表面的一第一基板，该第一表面上设有一第一电路层，且该第二表面上设有一第二电路层。

该第二基板设于该第一电路层上。

该第三基板设于该第二电路层上。

该穿孔依序贯穿该第二基板、该核心结构以及该第三基板。

该导电层覆于该穿孔外缘上且延伸出该第二基板表面与该第三基板表面一不超过基板长度的适当长度。

该焊垫设于该第二基板表面上且与该导电层相连接。

该锡球设于该焊垫上。

其中，该第一电路层以及该第二电路层分别开设有相对应该穿孔的一环孔，且相对应该锡球的位置处开设有一孔槽。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该环孔与该孔槽为相互连通。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该环孔与该孔槽还填充有一绝缘材质。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该导电层还延伸出该第三基板表面一不超过基板长度的适当长度。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该环孔的外缘轮廓大于该穿孔的外缘轮廓。

为达到上述目的，本发明提供一种具有穿孔及锡球的信号传输装置的另一较佳实施例，其包括有：一第一核心结构、一第二核心结构、一第三基板、一第四基板、至少一穿孔、至少一导电层、至少一焊垫以及至少一锡球。

该第一核心结构具有一第一基板，该第一基板的一侧表面上设有一第一电路层且另一侧表面上设有一第二电路层。

该第二核心结构具有一第二基板，该第二基板的一侧表面上与该第一电路层相连接，且另一侧表面上设有一第三电路层。

该第三基板设于该第二电路层上。

该第四基板设于该第三电路层上。

该穿孔依序贯穿该第四基板、该第二核心结构、该第一核心结构以及该第三基板。

该导电层覆于该穿孔外缘上，且延伸出该第四基板表面与该第三基板表面一不超过基板长度的适当长度。

该焊垫设于该第三基板表面上，且与该导电层相连接。

该锡球设于该焊垫上。

其中，该第一电路层、该第二电路层分别开设有相对应该穿孔的一环孔，且该第一电路层以及该第二电路层相对应该锡球的位置处开设有一孔槽。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该第三电路层相对应该穿孔处设有另一环孔。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该第三电路层相对应该锡球的位置处开设有另一孔槽。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该另一环孔与该另一孔槽还填充有一绝缘材质。

如上所述的本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该另一环孔与该另一孔槽为相互连通。为使对于本发明的目的、特征及功效有更进一步的认识与了解，现配合附图详细说明如下。

附图说明

图1A为常用的具有穿孔及锡球的球格阵列封装的剖视结构示意图。

图1B为常用的具有穿孔及锡球的球格阵列封装的立体结构示意图。

图1C为常用的球格阵列封装穿孔及锡球连接的立体结构示意图。

图1D为常用的球格阵列封装电路层的上视结构示意图。

图2A为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置第一较佳实施例的剖视结构示意图。

图2B为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置第一较佳实施例的立体结构示意图。

图2C为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置第一较佳实施例的上视结构示意图。

图3A为本发明的电路层第一较佳实施例的上视结构示意图。

图3B为本发明的电路层第二较佳实施例的上视结构示意图。

图3C为本发明的电路层第三较佳实施例的上视结构示意图。

图3D为本发明的电路层第四较佳实施例的上视结构示意图。

图4A为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置第二较佳实施例的剖视结构示意图。

图4B为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置第三较佳实施例的剖视结构示意图。

图5A为本发明多个环孔与孔槽组合尺寸与常用环孔比较的频率-反射损耗示意图。

图5B为本发明多个环孔与孔槽组合尺寸与常用环孔比较的频率-插入损耗示意图。

图5C为本发明多个环孔与孔槽组合尺寸与常用环孔比较的频率-阻抗示意图。

图5D为本发明多个环孔与孔槽组合尺寸与常用环孔比较的频率-电抗示意图。

图号说明：

1～球格阵列封装结构

10～环孔

11～第一基板

12～第一电路层

13～第二电路层

14～第二基板

15～第三基板

16～穿孔

17～导电层

18～焊垫

2～具有穿孔及锡球的信号传输装置

20～核心结构

21～第一基板

211～第一表面

212～第二表面

22～第一电路层

23、23a、23b、23c、23d～第二电路层

24～第二基板

25～第三基板

30、60～穿孔

31、61～导电层

32、62～焊垫

33、63～锡球

34、34a、34b、34c、34d、64～环孔

35、35a、35b、35c、35d、65、65a～孔槽

4～具有穿孔及锡球的信号传输装置

40～第一核心结构

41～第一基板

42～第一电路层

43～第二电路层

44～第三基板

45～第四基板

50～第二核心结构

51～第二基板

52、52a～第三电路层

L～长度

W～宽度

d～长度

具体实施方式

本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置的主要特征在于将电路层对应锡球的位置处开设有一孔槽以延伸该绝缘孔(clearance)，该绝缘孔将降低锡球及焊垫造成的杂散电容，确保信号传输路径阻抗匹配，使得具有穿孔及锡球的封装均可达到确保封装后芯片的高频响应的优点。

以下将举出多个较佳实施例详细说明本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置的详细手段、操作方式、达成功效、以及本发明的其它技术特征。

请参阅图2A至图2C所示，其为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置第一较佳实施例示意图。本发明的一种具有穿孔及锡球的信号传输装置2，包括有：至少一核心结构20、一第二基板24、一第三基板25、至少一穿孔30、至少一导电层31、至少一焊垫32以及至少一锡球33，该核心结构20至少包括有具有一第一表面211与一第二表面212的一第一基板21，该第一表面211上还覆有一第一电路层22，且该第二表面212上相对覆有一第二电路层23，该第一电路层22与该第二电路层23为导电材质制成，且该第一电路层22为一信号层(或为一接地层)，而该第二电路层23相对应为一接地层(或为一信号层)，该第二基板24设于该第一电路层22上且该第三基板25设于该第二电路层23上，该第一基板21、该第二基板24以及该第三基板25为绝缘材质制成将利于进行电路层的叠合以及部分金属间电容的隔离。

之后为提供该信号传输装置2顶层与底层的电路导通形成该穿孔30，该穿孔30依序贯穿该第二基板24、该核心结构20以及该第三基板25开设，且将该导电层31覆于该穿孔30外缘上且延伸出该第二基板24表面与该第三基板25表面一不超过基板长度的适当长度d，再将该焊垫32设于该第三基板25表面上且与该导电层31相连接，最后将该锡球33设于该焊垫32上，由于该导电层31、该焊垫32以及该锡球33皆是导电材质制成，因此可顺利将第二基板24表面与该第三基板25表面的电路(图中未示出)进行导通。

该第一电路层22以及该第二电路层23分别开设有相对应该穿孔30的一环孔34，该环孔34为一圆形形状且该环孔34的外缘轮廓大于该穿孔30的外缘轮廓，且该环孔34的外缘轮廓与该穿孔30的外缘轮廓间还填充绝缘材质以形成绝缘孔(clearance)，该绝缘孔可降低锡球33造成的杂散电容，在本发明较佳实施例中，该第一电路层22以及该第二电路层23相对应该锡球33的位置处还开设有一孔槽35，该孔槽35为一圆形形状，其中该环孔34与该孔槽35为相互导通形成为长度为L而宽度为W的胶囊形状，且该环孔34与该孔槽35还填充有绝缘材质，此结构在进行压合本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置2即可同时完成，无须增加制程步骤。

请参阅图3A至图3D所示，其为本发明的电路层多个较佳实施例的上视结构示意图。以下所述的本发明其它较佳实施例中，因该第一电路层22以及该第二电路层23在上视结构中相同，为便于说明仅标示该第二电路层23，且大部分的组件相同或类似于前述实施例，因此相同的组件将直接给予相同的名称及编号，且对于类似的组件则给予相同名称但在原编号后另增加一英文字母以示区别且不予赘述。在本发明较佳实施例图3A中，该环孔34a与该孔槽35a为相互导通，且该孔槽35a外缘轮廓小于该环孔34a外缘轮廓，因此形成一钥匙形状，而由于该环孔34a与该孔槽35a相连接处具有尖端会产生放电效应，因此图3B将该环孔34b与该孔槽35b相连接处导成圆弧，当然也可为其它形状，而图3C中该环孔34c与该孔槽35c为相互导通，且该孔槽35c外缘轮廓与该环孔34c外缘轮廓相同，因此形成一胶囊形状，图3D中该环孔34d与该孔槽35d并不相互导通，且该孔槽35c外缘轮廓与该环孔34c外缘轮廓相同，也可为不相同，诸如此类形状的变形对于熟悉该项技术的普通技术人员能依据上述说明加以变化实施，因此并不脱离本发明的主旨，也不脱离本创作的精神及范围，在此并不再多加赘述。

请参阅图4A及图4B所示，其为本发明具有穿孔及锡球的信号传输装置其它较佳实施例剖视结构示意图。本较佳实施例的具有穿孔及锡球的信号传输装置4包括有：一第一核心结构40、一第二核心结构50、一第三基板44、一第四基板45、至少一穿孔60、至少一导电层61、至少一焊垫62以及至少一锡球63。该第一核心结构40具有一第一基板41，该第一基板41的一侧表面上设有一第一电路层42且另一侧表面上设有一第二电路层43，该第二核心结构50叠合于该第一核心结构40之上，该第二核心结构50具有一第二基板51，该第二基板51的一侧表面上与该第一电路层42相连接，且另一侧表面上设有一第三电路层52，该第三基板44设于该第二电路层43上，该第四基板45设于该第三电路层52上，该第一电路层42、该第二电路层43以及该第三电路层52为导电材质制成，设计该第一电路层42为一信号层(或为一接地层)，而该第二电路层43相对应为一接地层(或为一信号层)，且该第三电路层52也相对应为一接地层(或为一信号层)，如此设计在制作多层电路板时，可共享一信号层(或为一接地层)以减少多层电路板厚度。

该穿孔60依序贯穿该第四基板45、该第二核心结构50、该第一核心结构40以及该第三基板44，使该导电层61覆于该穿孔60外缘上且延伸出该第四基板45表面与该第三基板44表面一不超过基板长度的适当长度d，该焊垫62设于该第三基板44表面上且与该导电层61相连接，该锡球63设于该焊垫62上，且该导电层61、该焊垫62以及该锡球63皆是为导电材质制成。该第一电路层42、该第二电路层43与该第三电路层52分别开设有相对应该穿孔60的一环孔64，该环孔64为一圆形形状且该环孔64的外缘轮廓大于该穿孔60的外缘轮廓，且该环孔64的外缘轮廓与该穿孔60的外缘轮廓间还填充绝缘材质，在本发明较佳实施例中，由于该第三电路层52对该锡球63的电容效应影响较小，因此仅在该第一电路层42以及该第二电路层43相对应该锡球63的位置处开设有一孔槽65，当然也可是如图4B中在该第一电路层42、该第二电路层43以及该第三电路层52a皆开设有一孔槽65a，使该锡球63的电容效应影响至最小，诸如此类的变形对于本领域普通技术人员能依据上述说明加以变化实施，因此并不脱离本发明的主旨，也不脱离本发明的精神及范围，在此并不再多加赘述。

请参阅图5A至图5D及表1所示，其为本发明多个环孔与孔槽组合尺寸与常用环孔比较的频率-反射损耗、频率-插入损耗、频率-阻抗及频率-电抗示意图及其比较数值表。

	1GHz			2.5GHz			5GHz
										Zin(Ω)	S11(dB)	S21(dB)	Zin(Ω)	S11(dB)	S21(dB)	Zin(Ω)	S11(dB)	S21(dB)
	a.5-1	48.8-J3.5	-28.6	-0.04	43.8-J6.1	-20.6	-0.11	34.9-J1.8	-15.0										-0.26
b.5-2										49.4-J1.9	-34.0	-0.03	46.5-J3.5	-25.8	-0.07	41.0-J0.8	-20.0	-0.15
	c.5-3	49.5-J1.3	-37.1	-0.04	47.4-J2.3	-29.1	-0.07	43.4+J0.3	-23.1										-0.13
d.5-4										49.8-J0.4	-46.9	-0.03	48.6-J0.4	-36.8	-0.06	46.9+J2.4	-28.0	-0.11

                           表1

图中所示常用单用环孔所测量的数值如a线所表示，发现当频率在2.5千兆赫时，常用单用环孔能使架构输入阻抗的实部保持比40欧姆更大，而在更高的频率如5千兆赫时阻抗的实部却在约35欧姆，而反射损耗在5千兆赫减少到15分贝以下，而输入阻抗在5千兆赫前比50欧姆明显地低，因此能够断定锡球引起更大的电容和因此低信号路径的阻抗，因此减少由焊球引起的电容是改进信号路径阻抗相匹配的一个直接方法。图中如b线、c线、d线所表示该环孔34与该孔槽35为相互导通形成为长度为L而宽度为W的胶囊形状所测量的数值，该b线(L＝0.68mm，W＝1.295mm)、c线(L＝0.8mm，W＝1.415mm)、d线(L＝1.0mm，W＝1.615mm)在图5A至图5D及表1中显示这些架构的响应和比较数值。从这些结果发现制作更大的绝缘孔可大幅改善阻抗，即当频率在5千兆赫以下时，以d线为例输入阻抗的实部比45欧姆更大和更接近系统阻抗，而反射损耗在5千兆赫时约在30分贝，因为改进反射损耗肯定地减少调整基板结构的插入损耗。此外补偿不仅改善输入阻抗的实部而且也同时减少阻抗虚部，因此调整基板结构输入阻抗更接近系统阻抗，且除实验数据的改进以外，这个补偿方法也有保存电路尺寸的优点，因为不需要任何额外电路架构，能具有使这个信号传播架构保持简单并且它的尺寸不增加的优点。

本发明的具有穿孔及锡球的信号传输装置，确实可应用于具有穿孔及锡球的封装以降低锡球造成的杂散电容，确保信号传输路径阻抗匹配，使具有较佳信号传输路径及确保封装后芯片的高频响应的功效。

以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围，而且熟知本领域的普通技术人员应当知道，不脱离本发明的精神和范围可适当作些微的改变及调整。例如，本发明的电路板虽是以四层板(具有四层电路布局)进行说明，然而其也可以是其它层数电路布局的电路板。

Claims (10)

1.一种具有穿孔及锡球的信号传输装置，其特征在于该装置包括有：

至少一核心结构，该核心结构至少包括有：

一第一基板，具有一第一表面与一第二表面；

一第一电路层，设于该第一表面上；

一第二电路层，设于该第二表面上；

一第二基板，设于该第一电路层上；

一第三基板，设于该第二电路层上；

至少一穿孔，依序贯穿该第二基板、该核心结构以及该第三基板；

至少一导电层，该导电层覆于该穿孔外缘上且延伸出该第二基板表面一不超过基板长度的适当长度；

至少一焊垫，该焊垫设于该第二基板表面上且与该导电层相连接；

至少一锡球，该锡球设于该焊垫上；

其中，该第一电路层以及该第二电路层分别开设有相对应该穿孔的一绝缘的环孔，且相对应该锡球的位置处开设有一孔槽。

2.如权利要求1所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该环孔与该孔槽为相互连通。

3.如权利要求1所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该环孔与该孔槽还填充有一绝缘材质。

4.如权利要求1所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该导电层还延伸出该第三基板表面一不超过基板长度的适当长度。

5.如权利要求1所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该装置还包括有：

一第三电路层，设于该第三基板上；以及

一第四基板，设于该第三电路层上；

其中，该穿孔还贯穿该第三电路层以及该第四基板，且该导电层也覆于该穿孔外缘上且延伸出该第四基板表面一不超过基板长度的适当长度。

6.如权利要求5所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该第三电路层相对应该穿孔处设有另一环孔。

7.如权利要求6所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该第三电路层相对应该锡球的位置处开设有另一孔槽，且该另一环孔与该另一孔槽为相互连通。

8.如权利要求7所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该另一环孔与该另一孔槽还填充有一绝缘材质。

9.如权利要求5所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该第三电路层相对应该锡球的位置处开设有另一孔槽。

10.如权利要求1所述的具有穿孔及锡球的信号传输装置，其中该环孔的外缘轮廓大于该穿孔的外缘轮廓。

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