CN103314648B - 用于印刷电路板的z向电容器部件 - Google Patents

Abstract

一种Z向电容器部件，其用于插入到印刷电路板同时允许到包含在PCB中的内导电平面的电连接。在一个实施例中，Z向电容器部件利用半圆柱形金属片。在另一个实施例中，使用了堆叠的环形金属盘。Z向电容器部件安装于PCB的厚度内，允许其他部件将被安装在它上方。主体可包含一个或多个导体，并且可包括沿着主体的长度的至少一部分延伸的一个或多个表面通道或井。也提供了用于安装Z向部件的方法。

Description

用于印刷电路板的Z向电容器部件

相关申请的交叉参考

本专利申请涉及题为“Z-directedComponentsforPrintedCircuitsBoards”的美国专利申请第12508131号(代理人案卷号2008-0295.01)，题为“Z-directedPass-ThroughComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508145号(代理人案卷号2009-0117.00)，题为“Z-directedDelayLineComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508188号(代理人案卷号2009-0119.00)，题为“Z-directedFilterComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508199号(代理人案卷号2009-0120.00)，题为“Z-directedFerriteBeadComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508204号(代理人案卷号2009-0121.00)，题为“Z-directedSwitchComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508215号(代理人案卷号2009-0122.00)，题为“Z-directedConnectorComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508236号(代理人案卷号2009-0123.00)，题为“Z-directedVariableValueComponentsforPrintedCircuitsBoards”的第12508248号(代理人案卷号2009-0124.00)，上述每个美国专利申请于2009年7月23日提交，且全部转让给本申请的受让人。

关于联邦资助的研究或开发的声明

无。

对序列表等的参考

无。

技术领域

本发明涉及电子组件，更具体地涉及用于插入到印刷电路板的电子组件及组装方法。

背景技术

印刷电路板(PCB)制造主要使用两种类型的组件。第一种类型是使用焊接到PCB中的电镀通孔的金属引线的引脚通孔部件。第二种类型的组件是位于印刷电路板的表面上并且通过焊接到表面上的焊盘附接的表面安装部件。由于组件的密度增加且使用较高的操作频率，某些电路的设计已经变得非常难以实现。本发明提高了组件密度和操作频率。

目前，通过在制造过程中的蚀刻工序后，在两条铜迹线之间应用电阻材料，电阻器可以被嵌入在PCB的层之间。典型的4层PCB板由两个装配件组成，每个装配件是两层的PCB。这些被使用材料粘在一起以成为完整的装配件。电阻区域可以应用到任何层，使得有可能在内层具有电阻元件。然而，这种做法耗费更多的时间且使变化难以实现。

发明内容

本发明通过允许在多层PCB组装后插入部件的发生来消除上述困难。

一种用于安装到PCB中的Z向电容部件，所述PCB在其中具有深度为D的安装孔，所述Z向电容部件包括绝缘的主体，所述主体具有顶表面、底表面和侧表面，长度为L，及可插入到所述PCB的安装孔中的横截面形状；在所述侧表面上的第一和第二导电通道，所述第一通道从所述顶表面和所述底表面中的一个延伸，所述第二通道从所述顶表面和所述底表面中的另一个延伸；位于所述主体内的第一半圆柱形金属片，其沿着所述主体的长度方向延伸并电连接到所述第一通道，所述第一片朝向所述第二通道延伸；及位于所述主体内的第二半圆柱形金属片，其与所述第一金属片同心，并位于所述第一金属片的内侧且与所述第一金属片实质上均匀地间隔开，所述第二金属片沿着所述主体的长度并朝向所述第一通道延伸，其中所述第一片和所述第二片的一部分彼此重叠，所述第二片电连接到所述第二通道，其中所述第一片和所述第二片形成电容器。Z向部件还包括位于所述第一金属片和所述第二金属片之间的电介质材料的半圆柱形片。

在另一种形式，公开了用于安装到PCB中的Z向部件，所述PCB在其中具有深度为D的安装孔，所述Z向部件包括主体、导体和一对导电迹线，所述主体包括：顶表面、底表面、侧表面，可插入到所述PCB的所述安装孔中的横截面形状、顶部、底部。也提供了在所述主体的顶部和底部之间的多个支承构件，其中所述主体的顶部和底部及每个支承构件具有中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部和底部和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的一对相对的通道，每个支承构件包括：环形板，其被安装在所述支承构件的表面上，所述环形板具有其尺寸大于所述支承构件的中心孔的中心孔，所述环形板的外部尺寸小于其被安装在上面的所述支承构件的外部尺寸，所述环形板与所述支承构件中的一对相对的开口中的一个开口连接。所述导体在所述主体的顶表面和底表面之间延伸所述主体的长度，且穿过所述多个支承板的中心孔和所述主体的顶部和底部的中心孔；及一对导电迹线，在所述主体的顶表面和底表面上各有一条导电迹线，所述导电迹线电连接到与之相邻的导体的一端并从其朝向所述主体的边缘延伸，所述导电迹线和所述导体创建通过所述Z向部件的信号路径，其中，所述多个支承构件被布置成使得一个支承构件的环形板电接触所述相对的通道之一，而在下一个支承构件上的环形板电接触所述相对的通道中的另一个。

在又一个实施例中，多个电介质盘与所述支承构件交错，每个电介质盘具有穿过其的用于在其中接收所述导体的中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部和所述底部、所述多个电介质盘和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的所述一对相对的通道。

在另一个实施例中，在导体和至少一个环形板之间提供了电连接器。这里，主体的顶表面和底表面上的导电迹线没有延伸到主体的边缘。

在另一种形式中，公开了用于安装到PCB中的Z向部件，所述PCB在其中具有深度为D的安装孔，所述Z向部件包括主体和导体，所述主体包括顶表面、底表面、侧表面、可插入到所述PCB的所述安装孔中的横截面形状，顶部、底部；及在所述主体的顶部和底部之间的多个支承构件，其中所述主体的顶部和底部及每个支承构件具有中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部和所述底部和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的一对相对的通道。每个支承构件包括环形板，其被安装在所述支承构件的表面上，所述环形板具有其尺寸大于所述支承构件的中心孔的中心孔，所述环形板的外部尺寸小于其被安装在上面的所述支承构件的外部尺寸。第一导体在所述主体的顶表面和底表面之间延伸所述主体的长度，且穿过所述多个支承板的中心孔和所述主体的顶部和底部的中心孔；及一对导电迹线，在所述主体的顶表面和底表面上各有一条导电迹线，所述导电迹线电连接到与之相邻的所述第一导体的一端并从其朝向所述主体的边缘延伸，所述导电迹线和所述第一导体创建通过所述Z向部件的信号路径。至少一个第二导体被布置在所述主体内，其一端电连接到一个环形板，另一端延伸到所述主体的侧表面。也可提供与所述支承构件交错的多个电介质盘，每个电介质盘具有穿过其的用于在其中接收所述第一导体的中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部和所述底部、所述多个电介质盘和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的所述一对相对的通道。

在另一种形式，所述至少一个第二导体包括对应于多个环形圈的多个导体，所述多个导体中的每个的一端电连接到所述多个环形圈中的对应的一个，其另一端延伸到所述主体的侧表面且可沿着所述主体的长度对齐。

附图说明

本发明的各种实施例的上述和其他的特征和优点，以及实现它们的方式，通过参考附图将变得更加明显，且将被更好地理解，其中：

图1是Z向部件的一个实施例的图示；

图2示出包括图1的Z向部件的一个实施例的元件的内部结构；

图3A-3F示出用于Z向部件的主体的各种形状；

图4A-4C图示了用于Z向部件的各种通道配置；

图5A-5H示出用于Z向部件的主体的各种通道和导体配置；

图6A-6D图示Z向部件的各种定向定位或连接特征；

图7A和7B示出了具有用于连接到PCB的内层的O型环且具有由类似的或不同的材料构成的区域的主体的Z向部件；

图8示出诸如电阻器、二极管、电容器的各种元件或电子组件，其可以被设置在Z向部件的主体内且与导体串联；

图9示出了具有连接到两个导体的3-端子晶体管的Z向部件；

图10示出了具有连接到导体和电镀的通道的3-端子晶体管的Z向部件的另一种实施例；

图11示出了平齐地安装于图12所示的PCB内的Z向部件的实施例的横截面图；

图12示出图11的PCB和Z向部件的顶视图，其示出了导电迹线和到Z向部件的连接；

图13示出图11和12的Z向部件的接地回路，Z向部件还包括Z-向组件的主体内的去耦电容器；

图14是用于将信号迹线从PCB的一个内层转移到该PCB的另一个内层的Z向部件的图示；

图15是包括半圆柱形片的Z向电容器的一个实施例的图示；

图16是包括层叠盘的Z向电容器的另一个实施例的分解图图示；

图17A-17C图示具有显示连接的透明表面的Z向延迟线的替代实施例；

图18图示了具有显示连接的透明表面的多个Z向延迟线的可编程的Z向延迟线电路；

图19A-19C图示了单个导体差分Z向铁氧体磁珠、两个导体差模Z向铁氧体磁珠、及两个导体共模Z向铁氧体磁珠的截面图；

图20A和20B示出了可被旋转以连接PCB中的预定的电路路径的Z向开关组件；

图20B是沿着图20A的线20B-20B的PCB的截面图，其中Z向开关组件被去除以显示PCB的内部连接点；

图20C是示出图20A的具有内部的电子组件的Z向开关组件的图示；

图20D是图20C的Z向开关组件的顶视图，其示出通道形状和导电部件和径向突起的可替代的配置；

图21A-21D示出了用于在PCB的不同内层的迹线之间或在给定内层的迹线之间建立内部连接的Z向部件，及用来检查连接的测试路径的附加特征；

图22A和22B示出了使用电镀的侧条和部分插入Z向部件来改变Z向部件的值或功能；

图23是用于将Z向部件插入到PCB的系统的图示；

图24是具有用于将Z向部件安装到PCB的胶条和胶点的Z向部件的图示；

图25是示出了在电镀Z向部件时使用的铜种晶材料和抗蚀材料的Z向部件的图示。

具体实施方式

在下文中现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些而不是全部的实施例。但是应当理解，本发明的应用并不限于在下面的描述中阐述或附图中所示的组件的结构和布置的细节。本发明可以体现在许多不同的形式，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施例，相反，提供这些实施例使得本公开将满足适用的法律要求。

本文所用的措辞和术语是用于描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文中使用的“包括”、“包含”或“具有”和其变体是指包括其后列出的项目及其等同物以及额外的项目。除非另有限定，本文的术语“连接”，“耦合”和“安装”和其变体均是广义使用的，包括直接和间接的连接、耦合和安装。此外，术语“连接”和“耦合”及其变体并不限于物理或机械的连接或耦合。

如在随后的段落中所描述的，附图中示出的特定的机械配置的目的是举例说明本发明的实施例，且其他替代的机械配置是可能的。

该说明书描述了旨在被嵌入或插入PCB的一族组件。这些组件被称为Z向部件并已被建模，本文所描述的许多组件的基本原型(但缺乏表面通道)被制作以建立概念证据。并不是此处所描述的所有实施例都被构造。首先提供Z向部件被打算如何形成的概述，随后提供用于Z向部件设计的配置，包括但不限于电容器、延迟线、晶体管、开关和连接器。随后是被认为对用于组装具有Z向部件的PCB有用的技术。Z向部件在PCB的表面上占据较少的空间及对于高频电路(例如，时钟速率大于1000MHz)允许较高的操作频率。

概述

如本文所使用的，使用了在XYZ的参考框架。X和Y轴描述印刷电路板的平面。Z轴描述垂直于电路板的平面的方向。PCB的顶表面具有零的Z值。具有负Z方向的值的组件表示该组件插入PCB的顶表面。这种组件可以在上方(延伸过去)，齐平，或凹入PCB的顶表面和/或底表面的下方。具有正的和负的Z方向值的组件表示该组件部分地插入到PCB表面。Z向部件被打算插入到印刷电路板的孔或凹部中。根据它的形状和长度，多于一个的Z向部件可以被插入到PCB的单一的安装孔中，如被堆叠在一起或并排放置。该孔可以是通孔(从顶表面至底表面的孔)，或者是井(通过顶表面或者底表面进入PCB的内部或内层的开口或凹部)。

如本文所述的，Z向部件被示出为插入到PCB的顶表面。对于在两个外层具有导电迹线的PCB，一个外层被称为顶表面，而另一外层被称为底表面。此外，当只有一个外层具有导电迹线时，该外表面被称为顶表面。Z向部件指的是具有顶表面、底表面和侧表面的组件。对Z向部件的顶表面和底表面的引用符合用于PCB的顶表面和底表面的惯例。Z向部件的侧表面在Z方向上，且将与PCB中的安装孔的也在Z方向的壁相邻。顶部、底部和侧面的这种用法不应该被视为限制Z向部件可以被安装到PCB中的方式。虽然组件在本文中被描述为安装在Z方向，这并不意味着，这样的组件被限制为仅沿Z轴插入到PCB。Z向部件可以从顶表面或底表面或两个表面上垂直于PCB的平面安装，或与之成一个角度安装，这取决于PCB的厚度和Z向部件的尺寸，及甚至插入到PCB的顶表面和底表面之间的PCB的边缘。

Z向部件可以由电子组件中常用的材料的各种组合制成。将从为具有高导电性的材料的导体制成信号连接路径。导电材料包括，但不限于，铜、金、铝、银、锡、铅和许多其他金属。通过使用具有低导电性的材料，如塑料、玻璃、FR4(环氧树脂和玻璃纤维)、空气、云母、陶瓷和其他材料，Z向部件将具有需要与其他区域绝缘的区域。被构造为电阻器的Z向部件需要具有在导体和绝缘体之间的特性的材料，其具有为电导率的倒数的有限的电阻率。如碳、掺杂半导体、镍铬合金、锡氧化物和其他材料的材料用于其电阻特性。电容器通常由两个导电板制成，这两个导电板由具有高的电容率(介电常数)的绝缘材料分隔。电容率是表示将电场存储在如陶瓷、云母、钽和其他材料的材料中的能力的参数。电感器通常由导线或导体的线圈缠绕在具有高磁导率的材料周围而制成。磁导率是表示将磁场存储在铁和诸如镍-锌、锰-锌、镍-铁和其他金属的合金的材料中的能力的参数。晶体管和FET都是由半导体制成的电子器件，该半导体以非线性方式活动且由硅、锗、砷化镓和其他材料制成。在整个申请中都有讨论目前在材料科学和电气部件设计领域使用的不同的材料、材料的性能或术语可互换性的参考文献。由于Z向部件如何被构造及可以使用的材料数量的灵活性，还可以设想Z向部件可以由目前还没有被发现或创建的材料构成。Z向部件的主体一般由非导电性材料构成，除非在描述中针对诸如电容器的Z向部件的特殊设计另有说明外。

使用Z向部件的PCB可以被构造成具有单一的导电层或多个导电层，如所知的。PCB可以仅在顶表面上、仅在底表面上、同时在顶表面和底表面上具有导电迹线。此外，一个或多个中间的内部导电迹线层也可以存在PCB中。

Z向部件或PCB中或上的迹线之间的连接可以通过本领域中已知的焊接技术、丝网印刷技术、挤压技术或电镀技术实现。取决于应用，也可使用焊膏和组件粘合剂。在某些配置中，压缩性的导电部件可以用于将Z向部件与PCB上存在的导电迹线互连。

Z向部件

Z向部件的最一般的形式包括具有顶表面、底表面和侧表面的主体，及可插入到PCB内的给定深度D的安装孔的横截面形状，且主体的一部分包括绝缘体。本文所描述的针对Z向部件的所有实施例基于这种一般形式。

图1和2示出了Z向部件的实施例。这里的Z向部件10包括通常为圆柱形的主体12，其具有顶表面12t、底表面12b、侧表面12s及大致对应于安装孔的深度D的长度L。长度L可小于、等于或大于深度D。在前两种情况下，Z向部件10在一种情况中将低于PCB的顶表面和底表面中的至少一个，而在另一种情况中将与PCB的两个表面平齐。如果长度L大于深度D，Z向部件10将不会被平齐安装。然而，对于这种非齐平安装，Z向部件10将能够被用于互连到位于附近的另一组件或另一PCB。安装孔通常是在PCB的顶表面和底表面之间延伸的通孔，但它也可以是盲孔。当低于PCB的表面凹陷时，可能在PCB的孔中需要另外的抗蚀剂区域，以防止对围绕孔的整个圆周区域电镀。

一种形式的Z向部件10可以具有穿过主体12的长度延伸的至少一个导体14。在导体14的顶部端部14t和底部端部14b，顶部和底部的导电迹线16t、16b被设置在主体12的顶部端部表面和底部端部表面12t、12b中，并从导体14的相应端部延伸至Z向部件10的边缘。在本实施例中，主体12包括非导电材料。根据其功能，Z向部件10的主体12可以由各种具有不同特性的材料制成。这些特性包括导电性、电阻性、磁性、介电性、半导电性或本文所述的各种特性的组合。具备所述特性的材料的实例可以分别是铜、碳、铁、陶瓷或硅。Z向部件10的主体12也可包括操作电路所需的一些不同的网络，这将在稍后讨论。

一个或多个纵向延伸的通道或井也可以被设置在Z-向组件10的主体12的侧表面上。通道可以从主体12的顶表面和底表面中的一个朝向相对的表面延伸。如所示出的，两个凹井或通道18和20可被设置在Z向部件10的外表面中，沿主体12的长度延伸。当电镀或焊接时，这些通道允许通过PCB到Z向部件10的电连接，以及到PCB内的内部导电层的电连接。通道18或20的长度可以小于主体12的整个长度延伸。

图2示出与图1中的相同的组件，但是所有表面的透明的。导体14被示出为穿过Z向部件10的中心延伸的圆柱体。其他形状也可用于导体14。可以看到迹线16t和16b分别从导体端部14t和14b延伸到主体12的边缘，连接顶部迹线16t和底部迹线16b的是导体。虽然迹线16t和16b被示出为彼此对齐(相隔零度)，这不作要求，且针对特定的设计它们可以根据需要被定位。例如迹线16t和16b可相隔180度或90度和其中的任何增量。

主体形状可以是可适配到PCB的安装孔的任何形状。图3A-3F图示了用于Z向部件的可能的主体形状。图3A示出了三角形横截面的主体40，图3B示出了矩形横截面的主体42，图3C示出了截头圆锥体44，图3D图示了卵形横截面的柱体46，图3E示出柱体48。图3F是其中一个部分52的直径大于另一部分54的台阶式柱体50。使用这样的布置，Z向部件可以被安装在PCB的表面，同时具有插入到被设置在PCB中的安装孔的部分。Z-向组件的边缘可被斜切，以帮助对齐Z向部件来插入PCB中的通孔。其它形状和示出的那些形状的组合也可用于Z向部件。

对于Z向部件，用于电镀的通道可以具有各种横截面形状和长度。唯一的要求是，电镀或焊料材料与Z向部件和PCB中或上的相应的导电迹线进行正确的连接。通道18或20可具有例如，V形、C形或U形的横截面，半圆形或椭圆形的横截面。当提供一个以上的通道时，每个通道可以具有不同的横截面形状。图4A-4C图示了三种通道形状。在图4A中示出了V形通道60。在图4B中示出了U形或C形通道62。在图4C中，示出了波浪形或不规则的横截面的通道形状65。

PCB的层数可以从单侧变化到超过22层，且可具有在小于0.051英寸到0.093英寸或以上的范围内的不同的总厚度。当需要齐平安装时，Z向部件的长度将取决于它被期望插入的PCB的厚度。Z向部件的长度也可随着预期的功能和工艺的容差而不同。优选的长度将是Z向部件与表面平齐，或稍微延伸超出PCB表面。这将阻止电镀溶液完全围绕PCB孔的内部(在某些情况下，可导致短路)电镀。可以在PCB孔的内部周围添加抗蚀剂材料，以只允许在所需的区域电镀。但是，也有一些情况，其中需要在Z向部件的上方和下方的PCB孔的内部周围完全电镀。例如，如果PCB的顶层是Vcc平面，底层是GND平面，如果使用更大量的铜进行连接，则去耦电容器将具有较低的阻抗。

有许多特征可以被添加到Z向部件来创建不同的机械和电气特性。通道或导体的数量可以从零到任意数量变化，该任意数量的通道或导体使得可以保持足够的强度以承受在插入、电镀、制造过程及PCB在其预期的环境中操作的应力。Z向部件的外表面可具有涂层以将其胶粘到位。法兰或径向突起也可以被用来防止Z向部件到安装孔中的过度插入或插入不足，特别是在安装孔是通孔的情况下。表面涂层材料也可用于促进或阻碍电镀或焊接材料的迁移。

Z向部件可担当几个角色，这取决于需要连接到PCB的端口或端子的数量。图5A-5H中示出了一些可能的情况。图5A是被配置为0端口器件70A的用作插件的Z向部件，这样，如果过滤器或组件是可选的，则插件阻止孔被电镀。在PCB被制造后，0端口器件70A可被移除，且另一个Z向部件可被插入、电镀并连接到电路。图5B-5H示出了可用于多端子器件如电阻器、二极管、晶体管、时钟电路的各种配置。图5B示出了1-端口或单信号的Z向部件70B，其具有连接到顶部和底部导电迹线的72t、72b的导体71。图5C示出了1-端口1-通道的Z向部件70C，其中除了导体71及顶部和底部的导电迹线72t和72b外，设置了一个电镀的井或通道73。图5D示出了除了导体71及顶部和底部的迹线72t、72b外具有两个井73和75的Z向元件70D。图5E的Z向部件70E除了导体71及顶部和底部的迹线72t、72b之外具有三个井73、75和76。图5F示出了具有两个导体71和77的Z向部件70F，每个导体具有各自的顶部和底部的迹线72t、72b和78t、78b，且没有通道或井。Z向部件70F是主要用于差分信号的两个信号的设备。图5G示出了具有一个井73以及两个导体71和77的Z向部件70G，每个导体具有各自的顶部和底部的迹线72t、72b和78t、78b。图5H示出了具有包括顶部和底部的迹线72t、72b的一个导体71和盲井或部分井78的Z向部件70H，该盲井或部分井78从顶表面沿侧表面的一部分延伸，使得将允许电镀材料或焊料在给定的深度停止。对于本领域的技术人员，井和信号的数量仅由空间、需要的井大小和导体尺寸的限制。

在大多数情况下，在插入到PCB时，Z向部件将需要被正确地定向。因此，可提供定位或定向特征和连接特征。图6A-6C图示了这种定位特征的示例，而图6D图示了连接特征。在图6A中，Z向部件80A在端面上具有沿径向向外延伸的V形缺口81。在图6B中，Z向部件80B在Z向构件80B的端面上具有带定向面84的凹部83。图6C示出了具有轴向突起、栓85的Z向部件80C，所述轴向突起、栓85从端表面轴向向外延伸并具有定向面86。诸如在使用相机时，也可以使用Z向部件的端表面或侧上的油墨标记或其他视觉或磁性指示器来定向Z向部件。

如图6D所示，Z向部件80D可被装配有连接特征，如可被用于增加额外的电连接点(如机架接地)到印刷电路板的导电焊盘、弹簧加载式伸缩探针(pogo-pin)或甚至简单的弹簧88。弹簧88被示出为连接到Z向部件80D的导体89。

图7A和7B示出利用O型环的用于具有顶部和底部的导电层和至少一个内部导体层的PCB的Z向部件的另一种配置。Z向部件150被示出为在其顶表面150t上具有定位特征152和在导体156和其顶表面150t的主体150d的边缘之间延伸的导电顶部迹线154t。(未示出的导电性底部迹线被设置在底表面上)。如前面所述的，导体156穿过主体150d的一部分延伸。位于主体150d的侧表面150s上的是至少一个半圆形的通道或通路。如图所示的，一对轴向间隔开的圆周通道158a、158b被设置有O形环160a和160b，其分别被布置在通道158a、158b内。O形环的一部分向外延伸超出主体150d的侧表面150s。O形环160a、160b将被定位成与PCB的一个或多个内层邻接，以和设置在该点的Z向部件的安装孔中的一个或多个迹线进行电接触。取决于设计，O形环就不必被设置成与每个内层邻接。

O形环160a、160b可以是导电或不导电的，这取决于使用它们的电路的设计。O型环160a，160b最好具有压缩性以有助于将Z向部件150固定在安装孔内。在O形环160a、160b中间的主体150d的区域162与O形环外侧的主体150d的区域164和166可以由不同的材料构成。例如，如果区域162的材料是电阻性材料且O型环160a、160b是导电的，那么与O形环接触的内部电路板迹线看到的是电阻性负载。

区域164和166彼此及和区域162也可以由具有不同特性的材料构成。例如，区域164可以是阻性的，区域162是容性的，及区域166是感性的。这些区域中的每一个都可以被电连接到PCB的相邻层。此外，不需要提供导体156和迹线154t、154b。因此，对于所示的结构，在PCB的顶层和从顶部的第一个内层之间，电阻元件可以存在于区域164，电容元件在区域162的第一内层和第二内层之间，及电感元件在区域166的第二内层和底层之间。因此，对于从接触导电性O形环160a的内部迹线到接触导电性O型圈160b的第二内部迹线传输的信号，该信号会看到感性负载。区域162、164、166的材料可以具有选自一组包含导电性、电阻性、磁性、介电性、电容性或半导电性和它们的组合的特性。在不脱离本发明的精神的情况下，该设计可以延伸到具有比所述的更少或更多的内层的电路板。

另外，区域162、164、166可以具有嵌入其中的电子组件167、169、171并且如本文参考图7-图9所述的进行连接。另外，如关于部件171示出的，一组件可存在于Z向部件的主体内的一个或多个区域中。可从嵌入式组件到O型环160a、160b提供内部连接。或者，也可以从嵌入式组件到设置在侧表面150s上的可电镀焊盘提供内部连接。

关于Z向部件的各种实施例的讨论意在是说明性的而不是限制性的。Z向部件可以由执行网络功能的体材料制成或可具有嵌入到其主体的其他部分。

Z向部件示例

假定Z向部件可以是多端子器件，明确的是它可用来执行，但不限于，以下功能：传输线、延迟线、T型滤波器、去耦电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对通过器件、差分铁氧体磁珠、二极管、ESD保护器件(压敏电阻)。另外请注意，在一个组件内可将组合放在一起。

一般Z向部件的设计

图8示出Z向部件中的导体的各种配置。如图所示，导体90在端部的中间具有区域92，其包括具有选自由以下项构成的组的特性的材料：导电性、电阻性、磁性、介电性、电容性或半导电性和它们的组合。这些材料形成多种组件。此外，组件可以被插入或嵌入到区域92，导体的部分从该组件的端子延伸。电容器92a可被提供在区域92。类似地，二极管92b、晶体管92c、场效应管92d、齐纳二极管92e、电感器92f、浪涌抑制器92g、电阻器92h、二端交流器件92i和变容二极管92j及这些项目的组合是提供在导体90的区域92的材料的其他实例。虽然区域92被示出在导体90的中心，它并不限于该位置。

对于诸如三端子器件晶体管92c或场效应管92d或集成电路92k或变压器92l的多端子器件，导体的一部分可在顶表面迹线和器件的第一端子之间，导体的另一部分可在底表面迹线和器件的第二端子之间。对于另外的器件端子，另外的导体可以被设置在Z向部件的主体内以允许到其余端子的电连接，或另外的导电迹线可被提供在Z向部件的主体内，在另外的端子和Z向部件的主体的侧表面的通道之间，以允许到外部的导电迹线的电连接。在Z向部件内也可以使用到多端子器件的各种连接配置。

图9和图10示出了晶体管的两个示例性的连接配置。在图9中，与图5F中所示的相似，Z向部件100在主体105中具有两个导体102和104。导体102包括顶部102t、底部102b和中间区域102i，在中间区域102i提供了晶体管108。晶体管108的基极108b电连接到导体102的顶部102t，而发射极108e被连接到导体102的底部102b。集电极108c通过导电迹线109连接到导体104。在图10中，与图5C中所示的相似，Z向部件110具有包括导体112和通道114的主体115。导体112包括顶部112t、底部112b和中间区域112i，在中间区域112i提供晶体管118。晶体管118的基极118b电连接到导体112的顶部112t，而发射极118e被连接到导体112的底部112b。集电极118c通过导电迹线119连接到电镀的通道114。在图8和图9所示的实例可以被扩展到另外的通道和导体，以允许使用多端子电路。所述连接旨在仅为了说明如何可以实现到多端子组件的连接，并且不旨在限制晶体管可在Z向部件内被如何连接。

Z向信号通过组件

现在参考图11和12，其示出了称为信号通过件的用于将信号迹线从PCB的顶表面通到底表面的Z向部件。图11示出了沿图12的线11-11截取的剖视图，在图12中，PCB200具有4个导电平面或层，从顶部到底部依次为，接地(GND)平面或迹线202、电源平面Vcc204、第二接地GND平面206和第三接地GND平面或迹线208，其由本领域中已知的广泛使用的诸如酚醛塑料(如FR4)的非导电性材料分开。PCB200可以被用于高频信号。PCB200的相应的顶表面和底表面212和214上的相应的顶部和底部接地平面或迹线202和208连接到通向Z向部件220的导电迹线。在负Z方向的具有深度D的安装孔216被提供在PCB200中用于齐平安装Z向部件220。在这里，深度D与PCB200的厚度相对应，但深度D可以小于PCB200的厚度，在其中创建盲孔。如图所示，安装孔216是圆形横截面的通孔，以容纳Z向部件220，但可具有容纳具有其它主体配置的Z向部件的插入的横截面。换句话说，安装孔的尺寸被设计为使Z向部件可插入其中。例如，具有圆柱形的Z向部件可以被插入到方形安装孔中，反之亦然。在Z向部件不能紧密配合的情况下，抗蚀剂材料将必须被添加到该部件和PCB的不希望电镀的区域。

Z向部件220被示出为关于PCB200的顶表面212和底表面214齐平安装的三引线部件。Z向部件220被示出为具有长度L的大致的圆柱形主体222。如图所示，中心导体或引线224为圆柱形，被示出为沿着主体222的长度延伸。限定其他两个引线的两个凹井或通道226和228被提供在Z向部件220的侧表面上，沿着主体222的长度延伸。通道226和228被电镀以从PCB200的不同层电连接到Z向部件220。如图所示，PCB200层202、206和208上的接地平面迹线被电连接到通道226和228。Vcc平面204没有连接到Z向部件220，在Vcc平面204和安装孔216的壁217之间存在间隙219，如图所示。

图12示出PCB200中的Z向部件220的顶视图。三条导电迹线250、252和254被示出为通向安装孔216的壁217的边缘。如图所示，迹线252用作从PCB200的顶表面212经由Z向部件220通到底表面214的高频信号迹线。导电迹线250和254用作接地网。中心引线或导体224通过顶部迹线245和电镀桥230被电连接到PCB200的顶表面212上的迹线252。Z向部件220的顶表面上的顶部迹线245从导体224的顶端部224t延伸到Z向部件220的边缘。尽管未示出，Z向部件220的底侧和PCB200的底表面214被以图12示出的PCB200的顶表面212上所示的迹线的布置类似地配置。Z向部件220的底表面上的底部迹线从导体224的底部延伸到Z向部件220的边缘。电镀桥被用来在底部迹线和设置在PCB200的底表面上的另一高频信号迹线之间建立电连接。Z向部件的传输线阻抗可以通过控制导体尺寸和各导体之间的距离进行调整，以和PCB迹线的阻抗相匹配，从而提高PCB的高速性能。

在电镀过程中，形成在安装孔216的壁217和通道226和228之间的井256和258允许电镀材料或焊料从顶表面212传递到底表面214，从而分别将迹线250和254电气互连到Z向部件220的相应的通道226和228，且也传递到设置在PCB200的底表面214上的类似定位的迹线互连接的地平面或迹线202、206和208。为了示出结构的目的，未示出电镀。在本实施例中，Vcc平面204没有连接到Z向部件220。

高频信号速度的挑战之一是由于信号迹线传输线阻抗变化导致的反射和不连续性。由于由穿过PCB来路由信号迹线导致的这些不连续性，许多PCB布局将高频信号尽量保持在一层上。通过PCB的标准通孔必须间隔开一段距离，其在信号通孔和返回信号通孔或接地通孔之间创建了高阻抗。正如图11和12中示出的，Z向部件和返回接地或信号具有非常近和可控的接近度，这允许从PCB200的顶表面212到底表面214的基本上恒定的阻抗。

Z向信号通过部件也可包括去耦电容器，其将允许信号的参考平面从接地平面、指定的GND切换到电源平面、指定的Vcc，而不具有高频不连续性。图13示出了典型的4层PCB300的剖视图，信号迹线302在顶层304和底层306之间传输。具有主体312的Z向部件310类似于图5D所示的，通过中心导体314连接信号迹线302。Z向部件310还包括沿着主体312的侧表面312s延伸的电镀通道316和318。导体314的顶部314t和底部314b连接到主体312的顶部312t和底部312b上的导电迹线318t和318b。这些导电迹线顺次通过顶部和底部的镀桥330t和330b连接到信号迹线302。通道316和318将分别被镀到GND平面332和Vcc平面334。连接点336和338分别示出该电气连接。示意性地示出的去耦电容器350在主体312的内部且连接在通道316和318之间。去耦电容器350可以是集成到Z向部件310的主体312内的单独的电容器，或者它可以由具有在导电表面之间的介电特性的所需要的材料制造Z向部件310的主体312的一部分来形成。

信号迹线302的路径被示出为斜线阴影，且可以看出从顶层304行进到底层306。GND平面332和通道316在336处电连接，由暗点画线362表示信号路径返回。Vcc平面334和通道318在338处电连接，由亮点画线364表示信号路径返回。如本领域中已知的，在信号平面或迹线不被连接到插入部分的地方，那些部分与部件隔开，如在370处所示。在信号平面或迹线被连接到插入部件的地方，信号平面或迹线被提供在开口的壁或边缘处，以允许电镀材料或焊料在它们之间桥接，如在点330t、330b、336和338所示的。

垂直的阴影部分380示出在由信号迹线302和GND平面332或Vcc平面334所描述的信号迹线和返回电流路径之间的高速环路区域。底表面306上的信号迹线302被参考到电源平面Vcc334，其通过去耦电容器350被耦合到GND平面332。这两个平面之间的耦合将保持高频阻抗接近于常数，用于从一个返回平面到另一个不同的DC电压的平面的过渡。

将Z向部件内部安装在PCB内大大方便了使用外部接地平面用于降低EMI的PCB技术。利用这种技术，信号被尽可能地在内层上路由。图14示出这种技术的一个实施例。PCB400是由(从顶部向底部)顶部接地层402、内部信号层404、内部信号层406和底部接地层408构成。接地层402和408在PCB400的顶表面和底表面400t和400b上。被示出为通孔的安装孔410在顶表面和底表面400t和400b之间延伸。Z向部件420被示出齐平安装在PCB400内。Z向部件420包括主体422，其具有在主体422的顶部422t和底部422b中间的中心区域424及侧表面422s上的两个通道425和427。

通道425和427和孔410的壁411分别形成电镀井413和415。中心区域424被定位于主体422内，并延伸近似等于分离两个内部信号层404和406的距离的距离。通道425从主体422的底表面422b延伸到内部信号层406，而通道427从主体422的顶表面422t延伸到内部信号层404。这里，通道425和427只沿着主体422的侧表面422s的一部分延伸。导体426通过中心区域424延伸，但不延伸到主体422的顶表面和底表面422t、422b。图5H图示了部分通道，其类似于通道427。导体426具有导电迹线428t和428b，分别从导体426的顶部426t和底部426b延伸到通道427和425。虽然被示出为单独的元件，导体426及迹线428t、428b可以是将通道425、427电气互连的一个集成的导体。如图所示，导电迹线428b通过电镀通道425和井413连接到内部信号层406，而迹线428t通过通道427和井415连接到内部信号层404。接地层402和408没有连接到Z向部件420，并且与安装孔410间隔开，如先前关于图11和13描述的。如通过双箭头虚线430所示的，信号层406上的信号经由Z向部件穿过从井413、通道425、迹线428b、导体426、迹线428t、通道427和井415延伸的路径到达信号层404(或反之亦然)，以允许信号保持在PCB400的内层，接地层402和408提供屏蔽。

Z向去耦电容器

具有Z向部件主体类型的电容器可以以几种方式构造。在图15中，Z向电容器500被示出为具有主体502，该主体502具有沿其长度延伸的导体504和两个通道506和508，类似于前面描述的那些。导体504被示出为连接到信号526。形成Z向电容器500的板的垂直取向的交错的局部圆柱形片510、512被连接到如电压Vcc的参考电压和接地(或任何其它需要电容的信号)连同介电材料(未示出)的中间层一起使用。局部圆柱形的片510被连接到电镀通道506，其被示出为连接到地520。局部圆柱形的片512被连接到电镀通道508，其被示出连接到电源电压Vcc522。片510、512可以由具有高导电性的铜、铝或其他材料形成。在局部圆柱形片之间的材料是具有介电特性的材料。只有一个局部圆柱形片被示出为连接到Vcc522和地520中的每个，但是附加的局部圆柱形片可以被提供以实现所需的电容/电压额定值。

图16中所示的Z向电容器的另一个实施例使用连接到电压Vcc或地的堆叠的支承构件。Z向电容器600由中心导体601和主体605构成，主体605包括顶部构件605t、底部构件605b、在顶部构件605t和底部构件605b之间的多个支承构件610(被示出为盘)。

中心导体601延伸穿过开口615和开口602t和602b，开口615在组装的Z向电容器600中，所有开口的大小都被设计成紧密地容纳中心导体。中心导体可电连接到顶部605t和底部605b上的导电迹线603t和603b，从而形成用于信号626的信号路径。此连接通过电镀或钎焊实现。导体601通过导电迹线603t被连接到信号626。导体601的底端以类似的方式通过导电迹线603b被连接到信号迹线(未示出)。

相对的开口607t和608t被提供在顶部605t上的边缘处。底部607与顶部605具有相似的构造，它们具有提供在边缘的相对的开口607b和608b。在顶部605和底部609之间的是多个支承构件610，其提供了电容特征。支承构件610的每个具有在它们的外边缘处的至少一个开口613和允许导体602从中穿过的内孔615。如图所示，两个相对的开口613被提供在各支承构件610中。当组装时，相对的开口607t、607b、608t、608b和613对齐，以形成沿Z向电容器600的侧表面延伸的相对的通道604和608。通道604被示出为连接到如地620的参考电压，及通道606被示出为连接到如Vcc622的另一参考电压。支承构件610可以由介电材料制成，且所有可以具有相同或不同的厚度，以允许在设计Z向电容器600所需的特性时进行选择。

环形电镀层617被提供在支承构件610的顶表面和底表面中的一个上，或者如果需要的话，可提供在两个表面上。如图所示，环形电镀层被示出在每个支承构件的顶表面上，但环形电镀层的位置可以随支承构件变化。环形电镀层617大致符合支承构件的形状，并从一个边缘开口朝向另一边缘开口613延伸，如果提供一个额外的开口的话。环形板617的直径或尺寸或整体尺寸小于附着在其上的支承部件610的直径、尺寸或整体尺寸。虽然板617被描述为环形，但也可以使用其他的形状，只要电镀层不接触中心导体或延伸到其被电镀或以其他方式附着在其上的支承构件的边缘。环形板确实接触边缘开口613中的一个，但与其它开口间隔开，如果一个以上的通道存在于Z向电容器600的主体的侧表面的话。在环形板617也具有开口619，该开口619具有大于环形板617中的开口615的直径，导体601穿过该开口通过。开口619具有比导体602大的直径，使得环形板617与导体602间隔开。

如图所示，支承构件610基本相同，除了在堆叠时交替的构件相对于它上面或下面的部件旋转180度外。这可以被称为1-1配置。以这种方式，交替的构件将被连接到两个通道中的一个或另一个。如图16所示，两个支承构件610中的较高那个的环形电镀层被连接到通道608和电压Vcc622，而两个支承构件610中的较低那个的环形电镀层被连接到通道604和地620。也可以使用其他支承部件的布置，诸如使两个相邻的构件连接到相同的通道，下一支承构件被连接到相对的通道，这可以称为2-1配置。其他配置可包括2-2、3-1配置，是设计选择的问题。所需的电容或电压额定值确定插入在顶部605和底部609之间的支承构件的数量。尽管未示出，由介电材料构成的且与支承构件610形状类似的电介质构件可与支承构件610交错。基于设计选择，可以仅使用单一的通道，或者也可以提供多个通道，该环形电镀层可与中心导体接触且不与通道接触。再次，Z向电容器的实施例是用于说明的目的，并且不意在是限制性的。

对于Z向电容器的任一种设计，第二导体可与被布置在导电板内的第一导体并联设置，以创建差分去耦电容器。从图15或图16，通过将中心导体连接到每个支承构件处(也使其环形电镀层连接到相同的参考电压)的参考电压中的一个，可以构造Z向电容器的另一个实施例。这可通过简单地将导体连接到环形电镀层来实现，如由跳线621示意性地示出的。在实践中，环形板617中的环状开口619的大小被设计成使得环形板和导体602将被电连接。这种部件可以被放置在集成电路的电源引脚或球的正下方或其它表面安装部件的正下方用于最佳去耦放置。在这个实施方式中，顶表面和底表面上的电连接到导体的末端的导电迹线将不延伸到主体的边缘。

Z向信号延迟线

图17A-17C和18图示了Z向信号延迟线部件的实施例。通常，Z向信号延迟线包括具有在其中路由的信号导体的主体，信号导体由介电材料和磁性材料中的一种制成，其减慢通过延迟线传播的信号。信号导体具有包含在主体内的一段长度，且可具有与主体的长度相同的长度，或者可具有比主体的长度更长的长度。到信号导体的连接可以经由设置在Z向部件的侧表面上的通道或设置在顶表面和底表面上的导电迹线或通过顶部和/或底部的迹线和通道的组合来实现。在图17A中，Z向部件700A具有主体702a，在其顶表面702t上具有导电迹线703a和703b。布置在主体702a内的是由多个导电腿构成的延迟线704，其包括垂直取向的段704a–704d，这些段沿主体702a的长度的一部分延伸并由多个短的水平条704e以串行方式在其各自的顶端和底端(大致近似W形)连接，从而以波浪形或锯齿形的方式形成延迟线704。段704a和704d的上端部(形成延迟线的导体的始端和末端)被示出为分别连接到主体702a的顶表面702t上的导电迹线703a和703b。形成延迟线704的导体的插入信号路径的额外长度导致信号在延迟之前传播较长的距离。到延迟线704的连接也可使用设置在主体702a的侧面702s的通道来实现，或者与顶表面或底表面上的导电迹线组合，或者代替顶部和底部的导电迹线。附加的段可被添加到延迟线704以增加延迟量。

在图17B中，Z向部件延迟线700B具有主体702b，该主体702b具有在主体702b的顶部和底部的导电迹线703t和703b。在主体702b内的是延迟线705，其包括多个水平布置的(从图16B看出)C形导体705a–705d，这些导体705a–705d彼此间隔开并通过多个垂直支腿段705e串联连接。C形导体705a–705d也可被描述为大致平行于主体702b的顶表面或底表面702t、702b布置且支腿段705大致平行于主体的侧表面布置。与主体702b的顶部和底部相邻的支腿段705e的端部连接顶表面和底表面上的迹线703c和703d。再次，插入信号路径中的延迟线705的额外的长度导致信号传播路径较长，从而使信号延迟。如果在相邻的C形导体之间有过多的电容耦合，则屏蔽材料(未示出)可以被布置在主体702b内的相邻的C形导体之间并接地。预计这将去除这种几何结构的大部分的寄生效应。相邻的C形导体之间的连接被实现为使得一个C形导体的磁通量抵消下一个C形导体的磁通量。这减少了C形导体之间的磁耦合。可增加额外的C形导体来增加延迟。可替换地，延迟线可以螺旋形配置进行布置。

图17C示出图17B的Z向延迟线的可编程版本。Z向延迟700C具有主体702b，该主体702b具有顶部和底部迹线703t。被布置在主体702b内的延迟线705包括多个串联连接的C形导体，如前面所述的。C形导体的短路机构被布置在主体702b内或上且可以包括至少一个短路条。通过有选择地去除相邻的C形导体之间的短路条的部分，由Z向部件延迟线700C提供的延迟量可以调整或编程。如图所示，两个可钻式短路条708、709被示出，并用于编程该部分的延迟时间。在本实施例中，短路条708、709沿着主体702b的长度方向延伸，并沿切向接触每个C形导体。短路条708和709彼此在直径上相对，这样它们之间画一条线将平分每个C形导体705a–705d。如果需要最小延迟时间，则短路棒708、709被留在原处。如果需要最大延迟时间，则通过钻孔或蚀刻掉导电材料来去除短路条708、709。由于在相邻的C形导体之间的短路条708、709的部分被去除，时间延迟将增加1/2匝或整匝的时间增量。这可被用在开发中来容易地确定最佳的信号延迟，用于生产目的。而且每个PCB在功能测试期间可被调整以优化信号延迟，从而在设计中来补偿其他参数的变化。

通过将短路条横向放置，与竖直的导体段704a-704d交叉，如线710所指示的，一个或多个短路条可被用于Z向延迟线700A。然而，对于这种设计，必须在将该零件插入PCB前，调整时间延迟。在又一个实施例中，一个或多个通道可以代替短路条来提供短路机制，且在电镀这样的Z向延迟线时通过使用选择性的电镀技术，延迟线704或705的部分可以被短接在一起。

在图18中，通过将任意数量的Z向延迟线由PCB上的导电迹线连接在一起，可以创建可变延迟线730。这些表面被示出为透明的以示出连接。插入PCB740中的是圆柱体750、760和770，其可以表示图17A-17C中所示的Z向延迟线，或导电插塞或Z向信号通过部件，且其通过PCB740的顶表面和底表面740t、740b上示出的顶部和底部的导电迹线780t、780b以串联方式连接。圆柱体750、760和770也可通过设置在PCB740的内层的导电迹线(如果存在的话)串行连接，或由内部或外部的导电迹线的组合连接。如果圆柱体750、760和770均表示Z向延迟线元件，那么整个延迟线730的总延迟可通过用不会引入较大的延迟的、如前面描述的Z向部件信号通过器件或用另一具有较大延迟的Z向部件延迟线代替Z向部件延迟线元件而被改变。这种配置的一个优点是，对PCB布局设计无需进行任何更改，同时仍然允许调整总的信号延迟。

Z向T型滤波器/PI滤波器

Z向T型滤波器和Z向Pi滤波器是具有输入导体、输出导体和接地导体的三端口器件。T型滤波器一般包括：对于低通滤波器，连接在输入端和输出端之间的两个串联电阻，电容器连接在电阻器和地之间，对于高通滤波器，两个串联电容器连接在输入端和输出端之间，电阻器连接在电容器和地之间。示意性地，这些滤波器类似于字母T。Pi滤波器的一个部件连接在输入端和输出端之间，第二部件连接在输入端和地之间，及第三部件连接在输出端和地之间。第一部件可以是电阻器，及第二和第三部件可以是电容器，反之亦然。也可以使用电感器。这些器件可以图8和图9所示的晶体管的类似的方式安装在Z向部件内。

Z向铁氧体磁珠

图19A-19C示出了Z向铁氧体磁珠的可选实施例的横截面图。这些器件的结构类似于图5B-5H示出和描述的。如图19A所示，布置在主体1000的一部分内的是磁性材料的圆柱体1001，其具有开口，导体1002穿过该开口通过。导体1002延伸到主体1000的顶表面和底表面，在此它被电连接到顶部和底部的迹线。导体也可以如前面所述的连接到诸如主体的侧表面上的通道或两个侧通道等。通过改变圆柱体1001的外径，磁特性可被改变，以控制铁氧体磁珠的特性。如图所示，圆柱体1001被包含在主体1000内，但其外圆周也可延伸到主体1000的侧表面。这种结构创建了单一的导体差分Z向铁氧体磁珠。

在图19B中，两个导体1002-1和1002-2通过设置在主体1000的圆柱体1001内的两个开口，形成两导体差模Z向铁氧体磁珠。两个平行间隔开的导体1002-1和1002-2被由磁性材料构成的圆柱体1001包围。通过改变圆柱体1001的外径，磁特性可被改变，从而控制铁氧体磁珠的特性。如图所示，圆柱体1001被包含在主体1000内，但其外圆周也可延伸到主体1000的侧表面。

图19C所示的是两导体共模Z向铁氧体磁珠，其基本上类似于两导体差模Z向铁氧体磁珠，但是圆柱体1001a内的两个导体1002-1、1002-2通过形成圆柱体1001a的磁性材料中的共同的开口1003。开口1003内的体积没有填充磁性材料。该体积可被留空，即充满空气，或另一种非磁性材料可被用于填充未被导体1002-1、1002-2填满的部分。

Z向开关

起着单极单位置或多极多位置开关的作用的Z向部件通过绕其插入轴线将它旋转到不同的位置，可被用于将不同的设置编程到PCB中。图20A和20B示出了具有含一个或多个导电迹线的多个内部层1102和外表面1104上的多个表面导电迹线1103的PCB1101，其中的三个表面导电迹线被进一步指示为a、b和c。导电迹线也可以被设置在PCB1101的两个外表面上。在图20A中，Z向部件1105被安装在显示为通孔的安装孔1106中。Z向部件1105的通道1107被示出为与电路迹线1103a对齐。通道1107沿着侧表面1105从顶表面1105t延伸到底表面1105b。然而，通道的长度可能会小于Z向部件的主体长度，并可以只从顶部和底部表面中的一个朝向另一个延伸，或者可以被布置在顶部和底部表面的中间，诸如，例如，仅在PCB的两个内层之间延伸。所示的插入通道1107的是压缩性的导电部件，如杆1109。设置在Z向部件1105的顶表面1105t的是转动结构，如用于将Z向部件1105旋转到与期望的表面迹线1103对齐的槽1108。也可以使用其他的配置，例如一对孔或十字形槽来代替槽1108。

现在参照图20B，它是沿着图20A的线20B-20B截取的剖视图，Z向部件1105被移除，示出了多个内部连接点1110-1113。通过Z向部件1105的压缩性导电部件1109与迹线1103a对准，实现迹线1103a和连接点1110之间的连接，如互连这两点的虚线所示。如果Z向部件1105的压缩性导电部件1109与迹线1103b对准，则迹线1103b将被连接到连接点1111，如互连这两点的虚线所示。类似地，如果Z向部件1105的压缩性导电部件1109与迹线1103c对准，则迹线1103c将被连接到连接点1112和1113，如互连这三个点的虚线所示。

当压缩性导电部件是杆时，它可具有小于且优选等于或大于通道1107的直径的直径。在图20C和20D中，压缩性导电杆1109被示出具有比通道1107的直径大的直径。这样做是为了确保在插入到通道1107中时，压缩性杆1109将被压缩，以帮助确保由于杆和通道之间的干涉配合，压缩性导电杆1109将被保留在Z向部件1105的主体内。另外，如图20D所示，通道1107被定位在Z向部件1105的边缘处，从而压缩性导电杆1109的中心线1109a将被定位在Z向部件1105的半径R内或小于该半径R的一个距离处，同时仍然允许压缩性导电杆1109的外侧表面的带1109s延伸超出Z向部件1105的侧表面1105s以进行所需的电连接。该外圆周的带或部分1109s被夸张地示于图20D中。据预测，这也将有助于保持Z向部件1105插入到PCB1101中。额外的通道和压缩性导电杆也可以被提供在Z向部件1105中并根据需要被布置成围绕Z向部件1105的圆周，以满足形成多极开关的电路的设计要求。

将意识到，如果压缩性导电杆1109的直径等于或小于通道1107的直径且压缩性导电杆的中心线位于或超过Z向部件1105的主体的侧表面，杆将趋于从通道掉出来。在将Z向部件1105插入PCB1104之前，将需要某些工具诸如在通道内或通道的表面上的压缩性导电杆的部分上的粘接剂用于将杆插入到通道中时，将杆1109保留在通道1107中。在压缩性杆1109具有小于通道1107的直径的直径时，垫片或其他工具，例如插入在通道表面和压缩性导电杆之间的通道壁中的凸起部分可被用来确保压缩性导电杆将具有延伸到Z向部件1105的侧表面1105s以外的部分。

一般来说，通道的形状和压缩性导电构件的形状应相互对应，这样当杆被插入到通道中时，它将由通道保持，同时仍然允许压缩性构件的一部分超出Z向部件的侧壁。虽然描述了圆柱形通道及杆，应该理解，也可以使用其他的形状。例如，如图20D所示，通道1120的截面大致是三角形或梯形，其开口顶点与侧表面对齐。被示出插入通道1120的是大致矩形的压缩性导电构件1122，其具有由通道1120的截面形状引起的掐腰1122w。构件1122也可能有三角形截面。

以这种方式使用Z向部件1105允许PCB1101被配置有使用最少的部件数量的识别标记，如序列号。通过使用设置在Z向部件1105中的井，如前面所述的，PCB1101的表面层(无论顶表面、底表面或两者)之间的连接也可实现到内层。此外，也可以使用一个或多个井和一个或多个中心导体来在PCB1101的内层1102和表面层之间和之中提供多个连接。虽然可以设想，一旦Z向部件1105被定位并与所需的迹线对准，它将被镀在这里，Z向部件1105也可以可拆卸地插入到安装孔1106中，这允许它类似于单轴或多轴旋转开关被重新对准，这取决于PCB1101中的层数。槽也可以被设置在Z向部件的端表面中的一个，来允许它由螺丝起子或其他类似的工具旋转。为了保持Z向构件在安装孔中并同时仍然允许进行旋转，柔性带或其它相似的工具可被提供在Z向部件的圆周表面上。当安装孔为通孔时，顶表面1105t可以具有可用来防止在被旋转时Z向部件滑出安装孔的径向突起1130或凸缘。

在Z向开关上构建时，Z向部件1105可具有包含到其主体中的若干不同的电路或部件值，如图20C中的虚线框1115所示，并且其被用于使用如前面所述的通道或导体，连接PCB的一层(内层或外层)上的一条或多条迹线与PCB的相同或其他表面上的另一条或多条迹线。通过具有穿过Z向部件的多个路径，通过旋转该零件来选择哪些导体被桥接(在两个或多个连接点之间具有所需的电路部件)，不同的电路可以被选择。例如，一个Z向部件可具有其中通过插入Z向部件并使之与所需的导电迹线对齐来选择的一个电阻值范围。该概念可扩展到将匹配在Z向部件的主体体积内的电子部件和必要的导电迹线的任意组合。

Z向内部连接器

关于非常高速度的信号的问题之一是，PCB层之间的过渡需要通孔来过渡。铜通孔相对于信号具有较大的表面积。这将导致传输线的不连续性，而传输线的不连续性可影响信号质量。当前的高速PCB设计有时需要这些通孔被反钻来减少通孔的表面积。一个例子是当在两个内层之间进行信号过渡时，则通孔的外段可能需要被移除。钻头用于去除PCB的表面之间的铜，下至该信号位于PCB中的区域。图21A、21C和21D示出内部Z向部件连接器的另一种结构，其可以进行内部连接而无需该反钻过程。该实施例还说明了将测试路径用于Z向部件的主体。该内部连接器可用于在PCB的顶部或底部层不需要电镀井的任何时间。

在本实施例中，Z向部件1200在侧表面上1200s上具有至少两个凹区或凹部1202a、1202b、1202c、1202d，其将包含焊膏材料(未示出)，该焊膏材料在加热时将展开或回流以实现所需的连接。导体1216a、1216b、1216c、1216d分别被提供在顶表面1200t和每个凹部1202a–1202d之间。表面1200t上的导体1216a-1216d的部分1216a1-1216d1可以用作如本文所述的测试探针的测试点。

在图21B中所示的是四层PCB1210的剖视图，其具有两个内层1211a、1211b，每一个分别具有设置在安装孔1214的壁1214w的四个内部位置的两个导电信号迹线1212a和1212b，1212c和1212d。仅为了说明的目的，需要将迹线1212a互连到迹线1212c，及将迹线1212b互连到迹线1212d。使用恰当设计的Z向部件内部连接器以类似的方式也可以连接其它数目的内部层和信号迹线。在Z向部件1200中，四个对应地定位的凹部1202a-1202d被定位在侧表面1200s，这样当Z向部件1200插入安装孔1214时，这些凹部将分别与内层1211a、1211b上的迹线1212a-1212d相邻。

凹部可以以本领域中已知的各种方式相互连接。图21A和21C中示出两个例子。一个是切入侧表面1200s并互连凹部1202b和1202d的通道1220可被填充焊膏或凹部中的焊膏在PCB的加热发生时将流入其中。将所有凹部互连在一起的额外的通道可以被提供，且通过使用设置在通道1220中的由虚线1224所表示的可移除的焊坝，凹部可被选择性地互连。这允许在制造Z向连接器后确定互连。在两个凹部之间需要连接的地方，通道中的互连这些凹部的焊坝1224将被移除。可通过设置在主体1200b内的互连凹部1202a和1202c的导体1222实现另一连接。使用这样的布置，将需要预定互连的方式，以便导体被定位在所需的互连点之间。

一旦Z向部件1200被焊接到位，可通过放置在测试点1216a1-1216d1的测试探针检查内部连接。对于图示的连接对，针对各对相互连接的凹部，仅需要单一的测试点；然而，可能期望对于每个连接的凹部具有一个测试点，如图所示。

图21C和21D示出Z向部件的内部连接1200，它具有可选的嵌入或形成在主体1200b内的多端子部件1230。部件1230可以是有源或无源的部件，其也可以插入到PCB1210的内部层1211a、1211b的连接路径中。如图所示，部件1230的一个端子经由导体1232被连接到Z向部件1200的顶表面1200t，第二端子被示出为经由导体1234连接到凹部1202a及部件1230的第三端子被示出为经由导体1236连接到凹部1202d。具有或多或少的端子的部件也可以容纳在Z向部件1200内，这取决于可用于内部部件和导体的体积。

测试路径1216a-1216d在某些设计中可能不存在。然而，测试路径可以用于本文描述的任何Z向部分，以提高可测试性。另外，该Z向部件的顶部和底部表面可具有实质上与表面同延的导电涂层，以在Z向部件在PCB中被安装和电镀时提供进一步的屏蔽。

在某些情况下，这取决于所期望的功能，在部分地插入到PCB中时，Z向部件可最佳地工作。Z向部件可以具有如电阻率的参数，它可以通过插入到PCB中的深度来控制。一个例子是通常通过在主体的侧表面上施加均匀的电阻膜而在顶表面和底表面之间具有固定的电阻值的电阻器。这在图22A和22B示出，其示出了具有在两个不同的深度(由虚线所示)插入到安装孔1302的Z向电阻器1320的PCB1300。PCB1300被示出具有在外表面(顶表面1300t)上的信号迹线1303、1305，和在另一外表面(底表面1300b)上的信号迹线1307、1309。如这两个图中都示出的，Z向电阻器1320将信号迹线1303互连到信号迹线1305。对于PCB1300示出了两个内部层，第一电压参考层Vcc1311和第二电压参考层GND1313。主体1330的侧表面1330s具有从顶表面1330t延伸的两个封闭端或盲通道1332、1334。这些盲通道也可以从底表面1330b延伸。可电镀条1340被示出设置在主体1330的在顶部和底部表面1330t、1330b之间的侧表面1330s上。布置在主体1330内的是电连接到可电镀条1340的相应端部的导体1335、1336。导体1335、1336的另一端部被电连接到通道1332、1334。线1350表示顶表面1300t相对于主体1330的位置。Z向电阻器1320插入安装孔1302中的深度D1，其中部分P1表示可电镀条1340在PCB1300的顶表面1300t以下的部分，及部分P2表示可电镀条1340在顶表面1300t以上的部分。当电路板1300被电镀时，在顶表面1300t上方的暴露的侧表面1300s及可电镀条1340的部分P2将被镀有铜，从而短路部分P2并减小Z向电阻器1320的总电阻。通道1332、1334的端部被闭合，以防止电镀材料将这两个通道短路在一起。在图22B中，Z向电阻器被示出插入到更大的深度D2。因此，在可电镀条1340上，部分P1增大而部分P2减小。在插入深度D2且在电镀发生后，Z向电阻器1320的总电阻值大于当插入深度为D1时的总电阻值。

这个概念可用于其值可通过电镀表面的一部分进行调整的任何无源元件。一个例子是Z向电感器，其中绕组部分沿侧表面的长度方向露出。另一个例子是Z向电容器，其具有类似于图15示出的那些的层叠的圆盘，但被修改以便使环形板617不连接到侧通道604、608中的任一个。相反，一个或多个环形板617将被电连接到被布置于主体605内的相应的导体，导体的另一端暴露于主体605的侧表面上。另一个例子是信号延迟线，如图17B所示的，C形导体705a-705d的一部分暴露于侧表面702bs上。这种部分插入的技术的另一个用途是其中不同的电子功能存在于Z向部件的主体的顶部和底部表面之间的区域中的情形。如图7B中所示，多个器件或电路也可以设置在主体150中。内部连接可以被提供到设置在侧表面中的可电镀焊盘中。暴露的焊盘将被铜镀层以类似电阻器实例的方式短路。如稍后讨论的，在PCB制造后，可以调整Z向部件。电路设计可需要Z向部件为将被部分插入PCB的电路提供可选的功能或特征，且在制造时不进行连接。随后，如果需要Z向部件添加其新的功能到PCB中的电路，它将在现场被推入到位。

在另一个实施例中，在Z向可变值的部件中使用的条也可具有一个或多个可蚀刻部1360，它具有连接到条的每个端部的导体(见图22A)。导体可在部件主体的内部，设置在外表面上，或如前面示出和描述的内部和外部连接的组合。通过选择地蚀刻条的可蚀刻部1360，同时仍保持两个端部导体之间的信号路径，Z向可变值部件的值可被调整。例如，如果条由电阻材料构成，通过蚀刻去除某些这种材料将使电阻值降低。根据可蚀刻部内的材料，在材料被蚀刻掉后，部件的值可能会增加或减少。根据这样的部件被安装在PCB中的深度，更少或更多的可蚀刻部将被暴露于蚀刻。Z向部件安装到PCB中

给定将被安装到PCB的凹部或通孔的Z向部件的形状和预期的位置，实现这种放置的一种方法是通过使用插入系统800，其包括定向固定装置802和塞板804，如图23所示。位于定向固定装置802上的是一个或多个Z向部件806。定向固定装置802使用定位表面或设置在Z向部件806塞板上的其它标记来定向这些部件用于插入PCB850中，PCB850被示出定位在定向固定装置802上方，且其具有一个或多个安装孔852，用于将Z向部件806容纳在其中，如前面描述的。PCB850由固定装置(未示出)保持。如图所示，安装孔852是通孔，且孔的深度D对应于Z向部件806的长度L。如前面所述的，长度L可以小于、等于或大于深度D，以允许凹入式安装、齐平安装或延伸安装。对于凹入的Z向部件，将需要抗蚀剂材料来确保仅凹表面的待被电镀的那些部分被电镀，以避免整个凹表面被电镀。

塞板804被升起，如箭头860所示，以将Z向部件806插入到PCB850中的相应的安装孔852中并穿过PCB850的底表面。塞板可具有圆柱体，其将每个部件806穿过定向固定装置802压入安装孔852到正确的深度。这些圆柱体可单独操作或在同一时间以任何组合进行操作。

为了方便使用Z向部件，将需要定向该零件并将它们插入PCB的插入设备。尽管未示出，应该认识到，取放设备也可以用来将Z向部件插入到PCB中。这样的取放设备可从PCB的顶部或底部表面插入Z向部件。将需要柱塞设备将Z向部件按压到PCB中的所需的插入深度。

Z向部件可以被压入配合或粘到PCB中的合适位置。PCB和Z向部件的界面可以包括抑制电镀的抗蚀材料或帮助促进电镀的种晶材料。实例示于图24和25中。在图24中，示出了Z向部件900，其具有主体902和沿着侧表面902s延伸的两个通道904a和904b及顶部导电迹线906，在侧表面902s上具有胶条910或胶点911，以允许Z向部件900在电镀前粘到PCB中的安装孔的壁上。在图25中，示出了Z向部件920，其具有主体922和沿侧表面920s延伸的两个通道924a和924b及顶部导电迹线926，在通道924a、924b上具有铜种晶材料927(由水平线指示)，在侧表面902s的其余部分，导电迹线926具有抗蚀剂材料928(由角度线指示)。顺应性材料可用于阻止电镀材料迁移超出所希望的位置。对于超过PCB的表面延伸的部分，可在Z向部件的边缘周围向下沿着侧表面到PCB的表面采用种晶铜。

其他表面安装零件可安装在该部件的上方，甚至可具有使表面安装零件直接连接到它们的焊盘或焊球。例如，对于球栅阵列器件，焊球可直接附接到Z向部件的顶表面。Z向部件也可以包含在卷带包装材料中。使用取放真空头可以提取该部件并将其部分插入到PCB。照相机可以用来检查Z向部件的方向，并在Z向部件被完全插入到PCB中之前调整其位置。

为了说明的目的，已经呈现本发明的几个实施例的上述描述。它的目的不是穷举或将本发明限制到所公开的精确形式，显然借鉴上述教导，许多修改和变化都是可能的。意在本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种用于安装在PCB中的Z向部件，所述PCB在其中具有深度为D的安装孔，所述Z向部件包括：

绝缘的主体，其具有顶表面、底表面和侧表面，长度L，及可插入到所述PCB的所述安装孔中的横截面形状；

在所述侧表面上的第一导电通道和第二导电通道，所述第一导电通道从所述顶表面和所述底表面中的一个延伸，所述第二导电通道从所述顶表面和所述底表面中的另一个延伸；

位于所述主体内的第一半圆柱形金属片，其沿着所述主体的长度延伸并电连接到所述第一导电通道，所述第一半圆柱形金属片朝向所述第二导电通道延伸；及

位于所述主体内的第二半圆柱形金属片，其与所述第一半圆柱形金属片同心，并位于所述第一半圆柱形金属片的内侧且与所述第一半圆柱形金属片均匀地间隔开，所述第二半圆柱形金属片沿着所述主体的长度并朝向所述第一导电通道延伸，其中所述第一半圆柱形金属片和所述第二半圆柱形金属片的一部分彼此重叠，所述第二半圆柱形金属片电连接到所述第二导电通道，其中所述第一半圆柱形金属片和所述第二半圆柱形金属片形成电容器。

2.根据权利要求1所述的Z向部件，还包括位于所述第一半圆柱形金属片和所述第二半圆柱形金属片之间的电介质材料的半圆柱形片。

3.一种用于安装在PCB中的Z向部件，所述PCB在其中具有深度为D的安装孔，所述Z向部件包括：

主体，包括：

顶表面；

底表面；

侧表面；

可插入到所述PCB的所述安装孔中的横截面形状；

顶部；

底部；及

居于所述主体的顶部和底部之间的多个支承构件，其中所述主体的顶部和底部及每个支承构件具有中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部、所述底部和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的一对相对的通道，每个支承构件包括：

环形板，其被安装在所述支承构件的表面上，所述环形板具有尺寸大于所述支承构件的中心孔的中心孔，所述环形板的外部尺寸小于其被安装在上面的所述支承构件的外部尺寸，所述环形板与所述支承构件中的一对相对的开口中的一个开口连接；

导体，所述导体在所述主体的顶表面和底表面之间延伸所述主体的长度，且穿过所述多个支承构件的中心孔和所述主体的顶部和底部的中心孔；及

一对导电迹线，在所述主体的顶表面和底表面上各有一条导电迹线，所述导电迹线电连接到与之相邻的所述导体的一端并从其朝向所述主体的边缘延伸，所述导电迹线和所述导体创建通过所述Z向部件的信号路径，

其中，所述多个支承构件被布置成使得一个支承构件的环形板电接触所述相对的通道之一，而在下一个支承构件上的环形板电接触所述相对的通道中的另一个。

4.根据权利要求3所述的Z向部件，其中，所述支承构件是电介质材料。

5.根据权利要求4所述的Z向部件，其中，所述主体还包括与所述支承构件交错的多个电介质盘，每个电介质盘具有穿过其的用于在其中接收所述导体的中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部和所述底部、所述多个电介质盘和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的所述一对相对的通道。

6.根据权利要求3所述的Z向部件，其中，所述主体还包括连接到所述导体的一端的连接特征，且所述连接特征选自导电焊盘、伸缩探针以及弹簧中的一种。

7.一种用于安装在PCB中的Z向部件，所述PCB在其中具有深度为D的安装孔，所述Z向部件包括：

主体，包括：

顶表面；

底表面；

侧表面；

可插入到所述PCB的所述安装孔中的横截面形状；

顶部；

底部；及

居于所述主体的顶部和底部之间的多个支承构件，其中所述主体的顶部和底部及每个支承构件具有中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部、所述底部和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的一对相对的通道，每个支承构件包括：

环形板，其被安装在所述支承构件的表面上，所述环形板具有尺寸大于所述支承构件的中心孔的中心孔，所述环形板的外部尺寸小于其被安装在上面的所述支承构件的外部尺寸，所述环形板与所述支承构件中的一对相对的开口中的一个开口连接；

导体，所述导体在所述主体的顶表面和底表面之间延伸所述主体的长度，且穿过所述多个支承构件的中心孔和所述主体的顶部和底部的中心孔；及

其中，所述多个支承构件被布置成使得一个支承构件的环形板电接触所述相对的通道之一，而在下一个支承构件上的环形板电接触所述相对的通道中的另一个。

8.根据权利要求7所述的Z向部件，其中所述支承构件是电介质材料。

9.根据权利要求8所述的Z向部件，其中，所述主体还包括与所述支承构件交错的多个电介质盘，每个电介质盘具有穿过其的用于在其中接收所述导体的中心孔和在其边缘的一对相对的开口，所述顶部和所述底部、所述多个电介质盘和所述多个支承构件的相对的开口形成在所述主体的侧表面上的所述一对相对的通道。

10.根据权利要求7所述的Z向部件，其中所述主体还包括连接到所述导体的一端的连接特征，且所述连接特征选自导电焊盘、伸缩探针以及弹簧中的一种。

11.根据权利要求7所述的Z向部件，还包括一对导电迹线，在所述主体的顶表面和底表面上各有一条导电迹线，所述导电迹线电连接到与之相邻的所述导体的一端并从其朝向所述主体的边缘延伸，所述导电迹线和所述导体创建通过所述Z向部件的信号路径。