CN102598261A - 高阻抗电气连接通孔 - Google Patents

Abstract

通孔(106)典型是具有低于连接至它们的讯号线(102、128)的阻抗。造成阻抗不匹配的噪声及反射讯号会需要电路操作在远低于所要的频率。一个具体实施例避免电路中的阻抗不匹配，且藉由加入隙环共振器(104、112、120、126)至通孔(106)的每一末端以提供具有较高阻抗的通孔(106)以达成技术上的进步。

Description

高阻抗电气连接通孔

技术领域

一个或多个具体实施例一般是关于用于提供以非传导层分隔的导体间的讯号路径的通孔，且特别是关于具有增加的阻抗的通孔。

背景技术

包含集成电路装置(IC)或印刷电路板(PCB)的电路通常由多层讯号线所组成，讯号线藉由绝缘非传导层而分隔。讯号在具有通孔的不同层的讯号线之间传送。通孔在非传导层之间的孔洞，其已经藉由电镀、使用环形圈或小铆钉而具有传导性。

电路中的讯号线相对于附近的接地及电源线或平面是典型的宽度与间隔，使得它们具有标准特征阻抗，例如50奥姆。如此作法以降低由阻抗不匹配所造成的讯号扰动及失真。阻抗匹配是重要的，因为不匹配将造成讯号在不匹配点被反射。经反射的讯号造成噪声且扭曲向前传播的讯号。阻抗不匹配的缺点在高速电路中特别严重，其中频率周期会要求传播在电路中的讯号相对于当晶体管切换开或关时产生的渐进上升及下降的一短期间维持在一稳定值。由阻抗不匹配所产生的噪声及失真可以被认知为一个切换转变。

因为用于不同讯号的通孔是典型较低的阻抗，其低于连接至它们的讯号线，所以阻抗不匹配会需要电路操作在远低于所要的频率。一个或多个具体实施例可以处理一个或多个上述议题。

发明内容

一个具体实施例中，提供了电气连接通孔。通孔可包含导体，其连接电气讯号穿过非传导层；以及多组的隙环共振器，其包含至少第一组以及第二组。每一个第一组以及第二组可包含隙环共振器，其包含至少第一隙环共振器以及第二隙环共振器。第一组共振器可位于第一层，其实质平行于非传导层。第二组共振器可位于第二层，其实质平行于非传导层。该第一组共振器可位于接近该导体的一第一末端且该第二组共振器可位于接近该导体的一第二末端，其中该导体的该第一末端是与该导体的该第二末端相对。在此通孔，该导体可实质上在该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中每一组的中心。该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中的每一组可传导性地与所有其它传导材料隔离。每一组的第一隙环共振器的最外围直径可小于每一组的第二隙环共振器的最内围直径，且该导体的最外围直径可小于每一组的第一隙环共振器的最内围直径。该第一及第二层可在该非导体层内，或者另外地，该第一及第二层可在该非导体层外。一电容可横跨耦接每一个隙环共振器的裂隙。一第一讯号线可连接至该导体的该第一末端，且一第二讯号线可连接至该导体的该第二末端。一第一及一第二电气传导平面可耦接至各自的参考电压且分别电磁地耦接至该第一及第二组隙环共振器。提供一电气连接通孔的方法可包含：置放一第一组隙环共振器于接近一导体的一第一末端，其中该导体经由一非传导层以连接电气讯号；并且置放一第二组隙环共振器于接近该导体的一第二末端，其是与该导体的该第一末端相对。该第一组共振器是位于一第一层，其实质平行于该非传导层；且该第二组共振器是位于一第二层，其实质平行于该非传导层。在此方法，该导体可实质上在该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中每一组的中心。该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中的每一组可传导性地与所有其它传导材料隔离。每一组的第一隙环共振器的最外围直径可小于每一组的第二隙环共振器的最内围直径，且该导体的最外围直径可小于每一组的第一隙环共振器的最内围直径。该方法可进一不包含连接一第一讯号线至该导体的该第一末端，并且连接一第二讯号线至该导体的该第二末端。每一组的该第一隙环共振器的裂隙可相对于每一组的该第二隙环共振器的裂隙。

在另一具体实施例中，提供了半导体结构。结构可包含电气传导通孔；第一讯号线，其位于第一金属层，该第一金属层连接至通孔的第一末端；以及第二讯号线，其位于第二金属层，该第二金属层连接至通孔的第二末端。第一隙环共振器组以及第二隙环共振器组(其包含至少两个同心隙环共振器)是位在实质平行于第一金属层以及第二金属层的各个平面中。第一组及第二组环状共振器是设置以使通孔末端的外缘是实质上被各个第一金属层以及第二金属层上的第一组以及第二组最内围环的投影所围绕。在此半导体结构，该通孔可实质上在该第一金属层的该第一组隙环共振器的中心及该第二金属层的该第二组隙环共振器的中心。每一隙环共振器可传导性地与所有其它传导材料隔离。每一组的所述隙环共振器可以是不同的直径，且具有最小直径的隙环共振器的最内围直径可大于该通孔的直径。该第一及第二组隙环共振器可占据由该第一及第二金属层所限制的一区域之外的层，或另外地，该第一及第二组隙环共振器可占据由该第一及第二金属层所限制的一区域之中的层。该半导体结构亦可包含一电容，其横跨耦接每一个隙环共振器的裂隙。该第一及第二组隙环共振器可电磁地耦接至该通孔。

在又另一具体实施例中，提供了电路基板。电路基板可包含两或多层其含有至少一个电气传导讯号线，包含一第一层以及一第二层，其中第一层以及第二层可由非传导材料所分隔。电路基板可亦包含至少一个电气传导通孔，其延伸穿过非传导材料且可耦接第一层以及第二层的讯号线。亦可包含多组的共振器，包含至少第一组以及第二组。每一组可包含多个同心隙环共振器，，其包含至少第一隙环共振器以及第二隙环共振器。第一组共振器可位于第一平面，其实质平行于第一层。同样地，第二组共振器可位于第二平面，其实质平行于第二层。通孔、第一组以及第二组是设置以使得通孔是实质上可在第一层以及第二层上的各组共振器的投影中的中心。在此电路基板，该第三及第四层可在由该非传导材料所占据的一区域之内。每一隙环共振器可传导性地与所有其它传导材料隔离。

其将理解成各种其它的具体实施例是在以下的详细叙述以及申请专利范围中提出。

附图说明

各种观念以及优势将藉由审查下方详细叙述以及参考图式而变得显而易见，其中：

图1显示配置有隙环共振器的通孔的透视图；

图2显示配置有隙环共振器的通孔的顶视图，其建构成隙环共振器；

图3-1显示了每个环有2个裂隙的隙环共振器结构；

图3-2显示了每个环有4个裂隙的隙环共振器结构；

图4显示了具有4个隙环共振器的隙环共振器组；

图5显示了配置有增加电容的隙环共振器组；

图6-1显示了八角形的隙环共振器组；

图6-2显示了正方形的隙环共振器组；

图7-1显示了配置有2个隙环共振器组的通孔的侧视图；

图7-2显示了配置有4个隙环共振器组的通孔的侧视图；

图7-3显示了配置有4个隙环共振器组的通孔的侧视图；

图7-4显示了配置有4个隙环共振器组的通孔的侧视图，其中所有共振器组是放置在讯号线之间；

图8-1显示了配置有2个隙环共振器组及两个具有参考电压的传导板的通孔；

图8-2显示了配置有隙环共振器组及具有参考电压的传导板的通孔的顶视图；以及

图9说明藉由模拟来决定隙环共振器设计参数的程序流程图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一个或多个具体实施例避免了在电路中的阻抗不匹配。较高的阻抗是藉由每一个通孔末端的额外隙环共振器(SSR)所达成。

隙环共振器是由传导环所组成，该传导环是藉由空气或其它介电材料的非传导间隙而断裂在一个(或数个)位置。当环放置在电磁场时，电磁扰动造金属环中的感应环状电流，其反过来导致电荷跨过间隙累积。由于位在间隙的电荷所建立的电场抵消环状电流，其导致能量被(显著地)储存在间隙的邻近处，且磁场能量集中在环所包围的区域中。因此，隙环共振器是对垂直磁场反应的共振器，且可以由间隙的有效电容以及环所定义的回路的有效电感所描绘。可以就具有共振频率w²m＝1/LC的共振LC电路方面来了解，其中L是环的电感且C是隙环共振器的电容。当讯号经过连接通孔的讯号线，电流产生通过隙环共振器的电磁场。讯号边缘的上升以及下降产生电磁场的改变，其在环中感应电流且造成隙环共振器的共振。环的共振修改磁场，且因而修改通孔及讯号线连接的感应阻抗。隙环共振器的共振反应以及其在电磁场上的效应是取决于隙环共振器的结构及布置。

图1显示配置隙环共振器的通孔的透视图。通孔106是分别在通孔的顶部和底部耦接至讯号线102、128。在讯号线128上方以及讯号线102下方是两组分别的隙环共振器，其实质上围绕通孔106。隙环共振器组实质上围绕该通孔，其中两个环是环绕通孔。所显示的每一组包含两个隙环共振器：外部隙环共振器104、120以及内部隙环共振器112、126。内部隙环共振器以及外部隙环共振器的间隙是在位置108、110、122以及124。环组是沿着z轴而设置，使得它们与讯号线102传导性地隔离。

为了容易说明，术语上方、下方、顶部以及底部是使用来描述该描述的组件之间的位置关系。习于此技术者将认知这些术语并非意欲限制，因为翻转结构顶部至底部将不会改变结构的特征。

实际上，讯号线128、102是由非传导层(未显示)所分隔。讯号线是位在两个平行的平面中，其界定该非传导层。在所显示的通孔构造中，两个隙环共振器组是位于两讯号线平面之间的非传导层中。隙环共振器组亦可被认为是位于讯号线平面之间。在此，这些词组是可交换地使用。

隙环共振器组是位于接近通孔的末端，但与讯号线平面分隔一段距离，以足够让隙环共振器组与讯号线传导性地隔离。通孔106可以是实心或替代性地可以是具有传导材料壁面的中空圆柱。藉由调整隙环共振器的共振频率，由流过讯号线及通孔的电流所产生的磁场通量电阻是被调整，且通孔的阻抗会增加。

图2显示了图1的经配置通孔的顶视图。通孔208是在隙环共振器组202、204的中心。该隙环共振器是定向使得内环以及外环的裂隙206、210是分别彼此相对。隙环共振器的共振反应是取决于隙环共振器的电容。隙环共振器的电容是来自于裂隙与相邻环之间的间隔。间隔实质上形成平行板电容。在平行板电容中，电容是直接与导体板的表面面积成比例，且与板之间的分隔距离成反比。电容是藉由方程式：C＝εA/S所指定，其中C是间隔的电容，ε是分隔物的介电常数，A是平行板的面积，且S是分隔距离或间隔尺寸。增加间隔尺寸造成电容的减少，因此增加了隙环共振器的共振频率。

同样地，隙环共振器可以包含各种数量的环裂隙。图3-1显示了每个环有两个裂隙的隙环共振器结构。在此结构中，内部裂隙以及外部裂隙是藉由90度旋转一个环而分隔。图3-2显示了每个环有四个裂隙的隙环共振器结构。在此结构中，内部裂隙以及外部裂隙是藉由45度旋转一个环而分隔。增加环裂隙的数量造成每一个环中的电容数量增加。然而，当环串联连接时，电容降低。当加入额外的裂隙时，每个环的电容变成：1/(C1+C2+C3.....Cn)，其中每个各别裂隙的电容表示在方程式的分母。因此，在图3-2的双倍数量裂隙的隙环共振器中，所造成的电容是图3-1的隙环共振器的一半。因此，隙环共振器组的共振频率增加。

相反地，电容可以藉由增加隙环共振器的环数量而增加。额外的环造成增加环之间的交互电容，其反过来造成每个隙环共振器组的共振频率降低。

图4显示了具有四个隙环共振器402、404、406、408的隙环共振器组。相邻共振器环的方向改变共振器环的交互电容。在显示于图4的结构中，相邻环是经定向，使得内部环以及外部环的环裂隙是彼此相对。然而，此类定向是不需要的，且一个或多个其它具体实施例可以包含不同的定向。需了解的是：内部裂隙以及外部裂隙的方向可以被调整，以用于各种应用。共振器环可以对称地定向，使得相邻环的裂隙对齐。当相邻环对齐以使裂隙对称地定向时，交互电容变得非常小。当对称地定向时，环数量的增加在系统的电容上将有微不足道的影响。如果环是定向以移动间隙彼此远离，则交互电容增加。需了解的是使用来实施一个或多个具体实施例的隙环共振器组可以包含任何数量的环。

此外，如果需要更多电容，电容可以耦接至一个间隙的每一边以设定电容。图5显示具有经增加电容的一组隙环共振器。该组包含内部裂隙环504以及外部裂隙环502。电容506、508是跨接至各个内部环以及外部环的环裂隙间隙。

亦可以改变环的宽度以调整电容。改变环宽度的效应是藉由相邻环之间的交互电容控制。增加环的深度是增加相邻环之间的表面面积。因此，增加环的深度将造成增加的电容。实际上，裂隙环的尺寸、宽度、直径以及数量是仅受限于讯号线及组件的尺寸、长度及间距的封装设计规则。举例来说，可以限制隙环共振器的内部环的直径，使得与通孔所提供的传导讯号路径维持一特定距离。

可以使用在本发明的各种具体实施例的隙环共振器并且不受限于圆形环。隙环共振器可以制造成各种不同形状。图6-1以及6-2各自显示可以使用的非环状的隙环共振器组。图6-1显示了八角形的隙环共振器组。图6-2显示了正方形的隙环共振器组。显示在图6-2中的正方形隙环共振器是典型地使用在隙环共振器应用中，因为它们容易制造成小尺寸。习于此技术者将了解任何各种其它的多边形可以被建构成与设计限制以及目标一致。

图7-1、7-2、7-3以及7-4显示具有各种结构的隙环共振器的通孔的侧视图。这些图式说明了隙环共振器组可以放置在每一个讯号线的上方或下方。又，可以使用各种数量的隙环共振器组于指定结构中。一个范例结构使用偶数个隙环共振器组，使得相同数量的共振器组是关联于每一个讯号线。关联于第一讯号线的隙环共振器组的布置是镜射关联于第二讯号线的共振器组的布置。布置是被镜射成对于一隙环共振器组位于距离第一讯号线D处，则有一隙环共振器组位于距离第二讯号线D处。

图7-1显示一配置有两组隙环共振器的通孔。通孔704是耦接至讯号线706、708。隙环共振器组710、712是分别放置在讯号线706上方以及讯号线708下方。实际上，讯号线706、708是藉由非传导层705所分隔。讯号线是位在两个平行的平面中，其界定该非传导层705。隙环共振器组710、712是放置在平行于讯号线平面的平面中。隙环共振器组亦放置成使得通孔704是实质上位于穿过讯号线平面的环共振器组714的投影的中心。隙环共振器组是位于接近通孔的末端，但与讯号线平面分隔一段距离，以足够让隙环共振器组与讯号线传导性地隔离。

图7-2显示了一配置有四个隙环共振器组的通孔。如图7-1，通孔704是耦接至讯号线706、708。隙环共振器组710、712是分别放置在讯号线706上方以及讯号线708下方。两个额外的隙环共振器组714、716是分别放置在讯号线之间，讯号线706下方以及讯号线708上方。如图7-1的结构，通孔704是在隙环共振器组的投影的中心。隙环共振器组为一对且放置成镜射排列，使得组710、712与各自的讯号线706、708是相等的距离。然而，习于此技术者将了解对于特定应用来说，不平衡的结构会是所要的，举例来说，提供从高阻抗讯号线至低阻抗讯号线的渐进转变。在具有奇数数量的隙环共振器组的具体实施例中，与讯号线的距离以及环的数量和尺寸可以调整成如上方所述，以设定通孔的每一个末端的阻抗。

图7-3显示了一配置有六个隙环共振器组的通孔。如图7-2，通孔704是耦接至讯号线706、708。隙环共振器组710、712是分别放置在讯号线706上方以及讯号线708下方。隙环共振器组714、716是分别放置在讯号线之间的非传导层(未显示)中、讯号线706下方以及讯号线708上方。此外，两个隙环共振器组718、720是放置在共振器组714、716之间。较佳的是隙环共振器组718、720是放置在靠近个别组714、716处，使得各个组之间有交互电容。

在讯号线上方的隙环共振器组的数量排列不需和下方的数量相同如图7-3所示。在此结构中，四个隙环共振器组714、716、718、720是放置在含有讯号线的平面之间的非传导层中，且两个隙环共振器组710、712是放置在讯号线平面之间的平面组的外部。在另一个结构中，较多数量的隙环共振器组是放置在平面子组的外部，该平面子组是被讯号线平面之间的非传导层所占据。此另一个结构可以产生相似于图7-3中的排列的结果。

图7-4显示了配置有四个隙环共振器组的通孔，其中所有共振器组是放置在讯号线之间。通孔704是耦接至讯号线706、708。隙环共振器组714、716是分别放置在讯号线之间，讯号线706下方以及讯号线708上方。隙环共振器组718、720是放置在共振器组714、716之间。在另一个结构中，隙环共振器组是放置在讯号线外部，而在讯号线之间不具有隙环共振器组。此另一个构造将产生相似于图7-4中的排列的结果。

图8-1显示了配置有两个隙环共振器组以及两个传导板的通孔。通孔804是耦接至讯号线806、808。隙环共振器组810、812是分别放置在讯号线806上方以及讯号线808，下方。传导板816、818是分别放置在靠近共振器组、组810的上方以及组812的下方处。每一个板是连接至接地参考电压814。

图8-2显示了另一种参考板排列的通孔结构。在图8-2中，显示了通孔804以及环组810的顶视图。传导板816是显示具有切割，其大于隙环共振器组的直径。当参考板是切割如图8-2所显示时，参考板可以放置在任何平面，使得它们与隙环共振器、通孔以及讯号线传导性地隔离。一个邻近隙环共振器组的阻抗是取决于由板所提供的接地参考及隙环共振器组之间的距离。

图9说明程序流程图，其藉由模拟来决定隙环共振器的设计参数。具有所要的环结购的通孔设计是在步骤902被读取进模拟环境。设计是在步骤904被模拟。基于模拟结果，通孔阻抗值是在步骤906被决定。在决定步骤908，如果阻抗是在所要的范围中，则程序完成且可以如所配置地实施通孔。

否则，在步骤910调整设计参数。调整设计参数包含但不受限于：组的数量；组的位置；在每一组中环的数量；环的长度/宽度；间隔宽度以及间隔电容值。在已经调整设计参数之后，在步骤904再次模拟设计，且在步骤906决定阻抗。重复调整步骤以及模拟步骤，直到在决定步骤908中所决定的阻抗是在所要的范围内。

习于此技术者将理解各种选择性的计算配置，其包含一个或多个处理器以及配置程序代码的内存排列将适合用于实施模拟处理以决定隙环共振器设计参数。

一个或多个具体实施例是被认为可实施于各种的通孔结构及使用。其它观念以及具体实施例对擅长此技术者将是显而易见。说明书及说明的具体实施例仅意欲被认为是范例，本发明的实际范畴以及精神是藉由下列申请专利范围所说明。

Claims (15)

1.一种电气连接通孔，其包含：

一导体，其穿过一非传导层连接电气讯号；

多组隙环共振器，其包含至少一第一组及一第二组共振器，其中每一组包含多个隙环共振器，其包含至少一第一及第二隙环共振器；

其中该第一组共振器位于实质平行于该非传导层的一第一层；

其中该第二组共振器位于实质平行于该非传导层的一第二层；以及

其中该第一组共振器位于接近该导体的一第一末端且该第二组共振器位于接近该导体的一第二末端，其中该导体的该第一末端与该导体的该第二末端相对。

2.根据申请专利范围第1项所述的电气连接通孔，其中该导体实质上在该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中每一组的中心。

3.根据申请专利范围第1或2项所述的电气连接通孔，其中该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中的每一组传导性地与所有其它传导材料隔离。

4.根据申请专利范围第1至3项中任一项所述的电气连接通孔，其中每一组的第一隙环共振器的最外围直径小于每一组的的第二隙环共振器的最内围直径，且该导体的最外围直径小于每一组的第一隙环共振器的最内围直径。

5.根据申请专利范围第1至4项中任一项所述的电气连接通孔，其中该第一及第二层在该非传导层之中。

6.根据申请专利范围第1至4项中任一项所述的电气连接通孔，其中该第一及第二层在该非传导层之外。

7.根据申请专利范围第1至6项中任一项所述的电气连接通孔，其更进一步地包含一电容，其横跨耦接每一个隙环共振器的裂隙。

8.根据申请专利范围第1至7项中任一项所述的电气连接通孔，其更进一步地包含：

一第一讯号线，其连接至该导体的该第一末端，以及

一第二讯号线，其连接至该导体的该第二末端。

9.根据申请专利范围第1至8项中任一项的电气连接通孔，其更进一步地包含：一第一及一第二电气传导平面，其耦接至各自的参考电压且分别电磁地耦接至该第一及第二组隙环共振器。

10.一种提供一电气连接通孔的方法，其包含：

置放一第一组隙环共振器于接近一导体的一第一末端，其中该导体经由一非传导层以连接电气讯号；

置放一第二组隙环共振器于接近该导体的一第二末端，其与该导体的该第一末端相对；

其中该第一组共振器位于一第一层，其实质平行于该非传导层；且

其中该第二组共振器位于一第二层，其实质平行于该非传导层。

11.根据申请专利范围第10项所述的方法，其更进一步地包含：实质上将该导体置于该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中每一组的中心。

12.根据申请专利范围第10项所述的方法，其更进一步地包含：传导性地隔离该第一组隙环共振器及该第二组隙环共振器中的每一组与所有其它传导材料。

13.根据申请专利范围第10至12项中任一项所述的方法，其中

每一组的第一隙环共振器的最外围直径小于每一组的第二隙环共振器的最内围直径，且

该导体的最外围直径小于每一组的第一隙环共振器的最内围直径。

14.根据申请专利范围第10至13项中任一项所述的方法，其更进一步地包含：

连接一第一讯号线至该导体的该第一末端，并且

连接一第二讯号线至该导体的该第二末端。

15.根据申请专利范围第10至14项中任一项所述的方法，其中每一组的该第一隙环共振器的裂隙相对于每一组的该第二隙环共振器的裂隙。

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