CN100397961C - 球栅阵列跳线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电路板组件，包括第一电路板(302)和球栅阵列跳线装置(301)。球栅阵列跳线装置(301)包括尺寸小于第一印刷电路板(302)的第二电路板，并具有至少一层导线迹线和至少两个焊球连接器(303)。球栅阵列跳线装置(301)经由焊球连接器(303)安装到第一印刷电路板(302)。

Description

球栅阵列跳线装置
技术领域
本发明一般涉及电子印刷电路板，更具体地涉及经由球栅阵列的高密度跳线连接。
背景技术
通过将电子元件安装在印刷电路板上，通常可将电子元件组装在复杂电路中。这些印刷电路板通常是平直的不导电板，且在印刷电路板上或印刷电路板中固定有一层或多层例如铜等的导电材料。在制造工艺中，将铜层蚀刻或以其它方式形成为特定形状和图案，确定剩余的导电铜迹线的路线，以连接待连接到印刷电路板的电气元件。
例如上述等在电路板的顶侧和底侧上都具有铜层的印刷电路板不仅是常见的，而且几层铜迹线或图案以不同的深度夹在电路板自身中。这些迹线使得在进行电路路线选择时具有较大的灵活性，且常常为特定电路板设计比以其它方式所可能得到的电路板更紧凑的电路板。各层有时专用于特定目的，例如接地层，仅用于将各种元件接地或信号返回连接分配给各种元件。
用于将元件连接到其它元件的多个层常常必须与连接到不同层(顶层或底层)的元件连接，或各层必须在所选择的点处彼此连接，这需要使用通常称之为通路的部件。通常，这些通路实质上是小的导电镀通孔元件，该镀通孔元件垂直于电路板的顶面和底面定位，该电路板延伸过电路板的至少两个导电层，且使至少两个导电层上的电路迹线彼此电连接。
但是，印刷电路板的每层都显著地增加了电路板的成本，实际上，可以利用尽可能少的层获得理想的性能和经济上理想的构造。例如，据估计，对于具有标准ATX个人计算机主板尺寸的印刷电路板，仅在四层印刷电路板和六层电路板之间的板成本之差约为七美元。不幸地是，用在现代电子系统中的日益密集的元件和这种系统的较复杂的要求使得设计四层电路板实际上不可能。例如，现代个人计算机在处理器、芯片组、存储器、和附加总线之间具有数百条连线，除了所需要的电压分配(可能包括12v、5v、3.3v)外，且在晶体管计算和时钟脉冲速度持续增加时，需要持续增加的高流水平。
接着主板设计者面临的难题是如何创造成本节约且具有实际上能获得尽可能少的层的密集布线的主板。理想的是一种使得印刷电路板设计者能设计这样的电路板，该电路板具有实际上尽可能少的层，同时实现有时需要更大数量的电路板层的布线密度。
附图说明
图1示出根据现有技术的典型的四层印刷电路板的截面图。
图2示出根据本发明的实施例的球栅阵列跳线装置。
图3示出根据本发明的实施例的连接有球栅阵列跳线装置的印刷电路板。
图4示出根据本发明的实施例的连接到电路板的球栅阵列跳线装置的截面图。
图5示出根据本发明的实施例的具有主板的个人计算机。
具体实施方式
在以下本发明的示范性实施例的具体描述中，参考形成其部分的附图，且其中仅通过例示示出可实施本发明的具体样本实施例。充分详细地描述了这些实施例，以使得本领域技术人员能实施本发明，且将理解，也可使用其它实施例，可做出逻辑、机械、电气、和其它变化，而不偏离本发明的精神或范围。因此，以下的详细描述不具有限定的意义，且本发明的范围仅由所附权利要求限定。
需要这样的系统，其能使得印刷电路板设计者能以实际上尽可能少的几个层设计电路板，也实现有时需要更大数量的电路板层的高布线密度。这种需要通过本发明的提供球栅阵列跳线装置的一些实施例而解决。该球栅阵列跳线装置包括面积比主电路板小且具有至少一层导电迹线和多个焊球连接器的电路板。球栅阵列跳线装置经由至少两个焊球连接器安装到主印刷电路板上，其还进一步用作主电路板和球栅阵列跳线装置上的导电迹线之间的电连接。这种电路板组件有效地造成球栅阵列跳线装置连接到主电路板的位置中的可用电路板层的数量增加，也可以用比具有另外的层的主电路板的生产成本低很多的成本对拥挤区域的更多的导电迹线进行布线。
图1示出根据现有技术的典型印刷电路板。电路板101用于接收电气元件，例如，可以将电气元件安装在如电路板中的102处所示的通孔中。元件的金属引线典型地使焊料连接到具有用以接收金属引线的孔的导电焊盘，如102处所示，但是也常常使用表面安装技术直接连接到不带孔的焊盘，如103处所示。这些元件彼此互连，以形成具有如在104处所示的导电迹线的电子电路，该导电迹线通常由铜制成。电路板自身的本体因此一般由良好的绝缘体制成，这样良好的绝缘体例如用在标准FR4-型电路板中的玻璃纤维合成物。
具有复杂电路、高密度元件、和遍及电路板分布的多电源电压的现代电路板常常包括多于一层的导电迹线。在图1的实例电路板中，一层导电迹线位于电路板顶部(例如迹线104)上、位于电路板底部上、和在两个中间层105中。电路板的各层可通过称之为通路(如106处所示)的导电元件彼此相连，该通路垂直于电路板表面延伸。多个层和通路用于对复杂而密集的电路进行布线，例如，可以用在需要数量比装在单个导电层上的导电迹线更多的导电迹线的位置处，和电路迹线需要穿过彼此跨过从而需要多层来完全对电路布线的位置处。
现代计算机系统不仅具有密度不断增加的元件(例如主板芯片组集成电路、存储器、和必须互连的处理器)，而且常常也需要分配多个电源电压信号。例如，典型的现代分压微处理器需要分压调节器和导电迹线供应3.3伏的电源信号和更小电压的电源信号，3.3伏的电源信号用于向外接口电路供应电能，更小电压的电源信号用于向内部处理电路供应电能。通过分压调节器提供这些电源电压信号，而分压调节器由12伏和5伏的电源信号驱动。
由电压调节器提供的更小电压的电源信号通常在1伏和3伏之间，这由微处理器的设计而确定。其上具有这样的微处理器的计算机主板通常分配5伏和3.3伏的电源信号，以向诸如外设卡和其他被设计为在高电压下工作的功率器件提供电能。所以，这些复杂程度增加的电路板不仅必须在复杂程度和密度增加的电路元件之间提供选路信号，而且必须将多个电压供应信号分配给多个元件，以向它们提供电能。通过增加额外的层至电路板可以解决这一问题，例如，在个人计算机中使用六层电路板而不是四层电路板。但是，对于标准的ATX尺寸的主板来说，增加两层最多将使得每个电路板的成本增加了较大的量，增加了大约每个板七美元。
本发明提供了一种解决该问题的成本更经济的解决方案，利用了如图2整体示出的新型的球栅阵列跳线装置。这种示范性的球栅阵列跳线装置201包括具有四层的印刷电路板，且具有至少两个焊球连接器202。每个焊球连接器包括连接至球栅阵列电路板201上的导电元件的焊球，每个焊球连接器均用于将球栅阵列跳线装置连接至如图1所示的电路板。各种焊球连接器202均可以电路设计者选择的布置互连，从而使用诸如203处示出的导电迹线将所选择的焊球连接器电连接至其它焊球连接器。在本发明的实施例中，使用了诸如此处示出的多层印刷电路板，使用如204处示出的通路再次连接到电材料层。
通过将球栅阵列跳线装置连接到例如图3中总体示出的印刷电路板，有效地提高可用于对印刷电路板的所选区域布线的导电迹线的层数。球栅阵列跳线装置301经由焊球连接器303连接到印刷电路板302。焊球连接器以物理方式将球栅阵列跳线模块安装到电路板上，并将球栅阵列跳线装置301上的导电迹线203电连接到主印刷电路板上的导电迹线304。在本发明的一个更具体的实施例中，电路板302具有分压调节器，用于提供多个电源电压给需要多电源电压的电路板元件。球栅阵列跳线装置301用于分配电源电压给位于电路的不同部分中的电路迹线(如电路板302中布置的)，仅使用四层电路板代替六层板实现功率分配。
由于在一些实施例(例如在图2和3中所示的)中的球栅阵列跳线装置采用具有多层的印刷电路板的形式，所以可期望在本发明的进一步的实施例中，可将各种电气元件安装到球栅阵列跳线装置。例如，在四层电路板安装到主电路板时，图3中所示的旁路电容器305安装到四层电路板的相对侧，并对跨过球栅阵列跳线装置传导的电压源设置旁路或稳压。通过在球栅阵列跳线装置上安装这种元件，可将其从主板去除，为其它元件和电路迹线留出空间，同时在主板上实现更密集和更有效的电路布置。
在本发明的一些实施例中的球栅阵列跳线装置是面积小于主印刷电路板的印刷电路板，其中该印刷电路板将连接到该主印刷电路板。球栅阵列跳线装置因此用于提高跨过主印刷电路板(球栅阵列跳线装置将连接到它)的一部分区域的导电迹线的布线密度。因此，通过确定上面希望有较大的布线密度的主印刷电路板的面积确定在本发明的一些实施例中的球栅阵列跳线装置的面积。
在图4的截面图中更详细地示出电路板和球栅跳线装置之间的连接。电路板401通过两个或多个焊球403连接到球栅跳线装置402。焊球最初连接到球栅跳线装置的表面上的导电焊盘404，且将焊料加热和回流，以电气地和物理地将焊料球连接到主电路板401的导电焊盘405。在本发明的一些进一步的实施例中，印刷焊料层406在加热或回流期间进一步熔化，并便于球栅阵列和电路板之间的连接。本发明的其它实施例利用软膏或焊剂材料407进一步便于焊球403和印刷电路板导电焊盘405之间的连接。在使用焊剂407的实施例中，焊剂促进焊料在加热或回流时流动，从而在焊球403和导电焊盘405之间形成可靠的连接。在材料407是导电膏的实施例中，导电膏用于确保焊料块403和导电焊盘405之间的可靠的电连接。
在球栅阵列跳线装置402中，例如在层408中所示的导电迹线、在409处所示的通路、和其它传统的电路板元件用于形成导电电路元件和使电路的其它元件互连。球栅阵列跳线装置因而类似于电路板自身进行工作，在实现球栅阵列跳线装置的区域中提供另外的电路板布线和互连能力。
尽管这里示出的球栅阵列连接利用焊料凸块，可想到，也存在其它球栅阵列技术，和将能开发这些技术，且与本发明一致。例如，球栅阵列导电焊盘404可连接到金柱式凸块403(gold stud bump)，该金柱式凸块403利用导电膏407连接到电路板的电焊盘405。这仅是可用于产生根据本发明的球栅阵列跳线装置的其它材料的一个实例。
图5总体示出具有主板501和处理器502的计算机。计算机还具有存储器503、扩展槽504、和电源505。通过例如CD-ROM驱动器506、软盘驱动器507、和一个或多个硬盘驱动器等存储装置提供存储。图5的个人计算机的各种实施例与本发明一致，例如这里示出的实例实施例，其中球栅阵列跳线装置508提供例如分压调节器电路等电路的各个部分之间的连接。
尽管这里已经示出和描述了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员将理解，用于实现相同目的的任何方法、设备、或其它设置可代替所示出的具体实施例。本申请意在覆盖本发明的任何修改或改变。本发明因此仅由所附权利要求及其等价物的整个范围所限制。

Claims (24)

1.一种电路板组件，包括：
第一电路板；以及
球栅阵列跳线装置，所述球栅阵列跳线装置包括面积小于所述第一电路板的面积的第二电路板，并具有至少一层导电迹线和至少两个焊球连接器，所述导电迹线中的至少一个导电迹线电连接至少两个焊球连接器，且所述球栅阵列跳线装置经由所述至少两个焊球连接器安装到所述第一电路板，使得连接所述至少两个焊球连接器的所述至少一个导电迹线用作第一电路板的跳线装置。
2.根据权利要求1所述的电路板组件，所述第二电路板包括FR4电路板。
3.根据权利要求1所述的电路板组件，所述第二电路板包括多层电路板。
4.根据权利要求3所述的电路板组件，所述第二电路板包括四层电路板。
5.根据权利要求3所述的电路板组件，其中一个或多个电气元件安装到所述第二多层电路板的至少一层。
6.根据权利要求1所述的电路板组件，所述至少两个焊球连接器包括低共熔焊料。
7.根据权利要求1所述的电路板组件，其中所述第一电路板包括分压调节器，且所述球栅阵列跳线装置用于跨过所述第一电路板分配至少一个电源电压。
8.一种球栅阵列跳线装置，包括：
跳线装置电路板，其尺寸小于主电路板，且具有至少一层导电迹线和至少两个焊球连接器，所述导电迹线中的至少一个导电迹线电连接至少两个焊球连接器，且所述球栅阵列跳线装置经由所述至少两个焊球连接器安装到所述主电路板，使得连接所述至少两个焊球连接器的所述至少一个导电迹线用作主电路板的跳线装置。
9.根据权利要求8所述的球栅阵列跳线装置，所述跳线装置电路板包括FR4电路板。
10.根据权利要求8所述的球栅阵列跳线装置，所述跳线装置电路板包括多层电路板。
11.根据权利要求10所述的球栅阵列跳线装置，所述多层跳线装置电路板包括四层电路板。
12.根据权利要求10所述的球栅阵列跳线装置，所述跳线装置电路板还包括安装到所述多层跳线装置电路板的至少一层的一个或多个电子元件。
13.根据权利要求8所述的球栅阵列跳线装置，所述至少两个焊球连接器包括低共熔焊料。
14.根据权利要求8所述的球栅阵列跳线装置，其中所述主电路板包括分压调节器，且所述球栅阵列跳线装置用于跨过所述主电路板分配至少一个电源电压。
15.一种制造印刷电路板组件的方法，包括：
将球栅阵列跳线装置安装到主电路板，所述球栅阵列跳线装置包括尺寸小于所述主电路板的尺寸的跳线装置电路板，并具有至少一层导电迹线和至少两个焊球连接器，所述导电迹线中的至少一个导电迹线电连接至少两个焊球连接器，所述球栅阵列跳线装置经由所述至少两个焊球连接器安装到所述主电路板，使得连接所述至少两个焊球连接器的所述至少一个导电迹线用作主电路板的跳线装置。
16.根据权利要求15所述的方法，所述跳线装置电路板包括FR4电路板。
17.根据权利要求15所述的方法，所述跳线装置电路板包括多层电路板。
18.根据权利要求17所述的方法，所述跳线装置电路板包括四层电路板。
19.根据权利要求17所述的方法，所述跳线装置电路板还包括一个或多个安装到多层跳线装置电路板的至少一层的电子元件。
20.根据权利要求15所述的方法，所述至少两个焊球连接器包括低共熔焊料。
21.如权利要求15所述的方法，其中所述主电路板包括分压调节器，所述球栅阵列跳线装置用于跨过所述主电路板分配至少一个电源电压。
22.一种应用计算机的系统，包括：
母板；
连接到所述母板的处理器；
至少一个球栅阵列跳线装置，该至少一个球栅阵列跳线装置包括面积小于所述母板的电路板，并具有至少一层导电迹线和至少两个焊球连接器，所述导电迹线中的至少一个导电迹线电连接至少两个焊球连接器，所述至少一个球栅阵列跳线装置经由所述至少两个焊球连接器安装到母板，使得连接所述至少两个焊球连接器的所述至少一个导电迹线用作母板的跳线装置。
23.如权利要求22所述的应用计算机的系统，其中所述球栅阵列跳线装置在分压调节器电路的元件之间提供连接。
24.如权利要求22所述的应用计算机的系统，其中所述球栅阵列跳线装置还包括安装到球栅阵列跳线装置电路板的至少一层的一个或多个电子元件。
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