CN103857179A - Pwb占用区、具有pwb占用区的pwb、pwb与板对板连接器组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PWB占用区，包括：电介质部(10)；两个电镀通孔(20)，分开设置在电介质部中，用于分别接收一对信号端子(30)；以及至少一个没有电镀的通孔(40)，其在该两个电镀通孔之间设置在电介质部中。本发明涉及一种具有至少一个该PWB占用区的PWB以及一种PWB和板对板连接器的组件。

Description

PWB占用区、具有PWB占用区的PWB、PWB与板对板连接器组件

技术领域

本发明涉及PWB(Printed Wire Board，印刷线路板)占用区(footprint section)、具有该PWB占用区的PWB以及PWB与板对板(BtB)连接器的组件。

背景技术

在PWB与板对板连接器的过渡区容易发生阻抗不连续。该不连续阻碍了高速信号的传播，还会使得PWB占用区的阻抗曲线(impedance profile)相对于时间区间的期望平坦度扭曲，通常大大低于整个PWB迹线(传输线)以及连接器初始设计要求满足的额定值。

发明内容

本发明涉及PWB占用区与板对板连接器之间的高速信号传输，在所述PWB占用区中以优化的方式设置了专门的图案和几何结构。

本发明在于通过在阻抗不连续区朝向PWB占用区的期望的额定值显著调节PWB占用区的阻抗曲线来改进PWB占用区的性能。

根据本发明的一个方面，提出了一种PWB占用区，其包括：电介质部；两个电镀通孔，分开设置在电介质部中，用于分别接收一对信号端子；以及至少一个没有电镀的通孔(un-plated through hole)，其在该两个电镀通孔之间设置在电介质部中。

在上述的PWB占用区中，该至少一个没有电镀的通孔包括一个细长的没有电镀的通孔。此外，该细长的没有电镀的通孔到两个电镀通孔之间的距离可以大致相同。可选地，细长的没有电镀的通孔关于连接两个电镀通孔的中心的直线大致对称布置。

在上述的PWB占用区中，该至少一个没有电镀的通孔包括两个没有电镀的通孔。可选地，该两个没有电镀的通孔分别设置在连接两个电镀通孔的中心的直线的两侧。进一步地，两个没有电镀的通孔中的每一个的形状可以为圆形、椭圆形、矩形、三角形或任何其他的多边形。此外，该两个没有电镀的通孔可以具有相同的形状和尺寸。可选地，该两个没有电镀的通孔关于连接两个电镀通孔的中心的直线大致对称布置。此外，连接该两个没有电镀的通孔的几何中心的直线与两个电镀通孔的中心之间的距离大致相同。两个没有电镀的通孔中的每一个的形状可以为圆形，其中，没有电镀的通孔的直径为0.25mm-0.30mm，且两个没有电镀的通孔的圆心之间的距离大约为0.48mm；两个电镀通孔的中心之间的距离为1.2mm左右。电镀通孔的内径可以为0.37+/-0.05mm。电镀通孔的焊片(pad)直径可以为0.62mm左右。

根据本发明的另一方面，提出了一种PWB，其包括上述至少一种PWB占用区。

本发明也涉及一种PWB与板对板连接器的组件，其中PWB包括上述的PWB占用区，板对板连接器设置有多对信号端子，且成对的信号端子分别配合到一个PWB占用区的两个电镀通孔中。

利用本发明的上述方案，板对板连接器的整个信号完整性通过获得平滑的信号过渡(即，较小的阻抗曲线波动)而得到改进，且实现了PWB占用区阻抗与配合的连接器阻抗之间的更好匹配，由此，在信号从各种PWB信号层垂直传输到连接器以及反之从连接器垂直传输到各种PWB信号层的PWB占用区处可以实现更好的信号传输以及使得较少的能量从该PWB占用区反射。另外，利用本发明的技术方案，在获得类似水平的信号完整性性能的情况下，板对板连接器的设计可以简化。板对板连接器的设计的简化有助于降低制造成本和提高竞争力。

附图说明

本发明的这些方面和/或优点在下面结合附图的描述中将更清楚和更易于理解。附图说明如下：

图1为根据本发明的一个示例性实施例的PWB占用区的局部立体图；

图2为具有多个根据本发明的一个示例性实施例的PWB占用区的PWB的俯视图；

图3为图2中部分A的放大视图；

图4为板对板连接器的示意性立体图，其中板对板连接器的将与图2中的PWB占用区连接的PWB连接界面被示出；

图5为PWB和插座型板对板连接器的组件的示意性立体图。

具体实施方式

为将高信号密度板对板连接器连接到PWB，使用例如压配合(如，针眼)技术或焊引线(solder tail)技术，但是，两者都需要使用在PWB中的电镀通孔。连接区域已知为连接器占用区，其特征是，固定几何结构的多个通孔通常以恒定的间距和/或网格以固定图案设置。

基于在占用区区域中的通孔的密度，通孔相邻会产生互电容电感耦合，该耦合会影响在占用区中以及在占用区的深度上的信号的特征阻抗。尽管与连接器本身相比具有较小的形状因子，但是，占用区在信号传输路径中是非常重要的部分，该信号传输路径，由于其对也被认为是阻碍传播速度的阻抗的强烈影响，而内在地确定了整个信号的品质。

由于阻抗特性与围绕一组导体的材料的性质中的介电特性密切相关，本发明考虑影响在占用区的有限体积处的介电特性的因子。

通过改进速度因子(VF)，本发明有助于使得PWB占用区中的传播速度加速。在除了自由空间之外的介质中，诸如PWB材料、传输线、连接器等中，‘VF’小于1，即0≤‘VF’＜1。在介质中相对于光速‘C’的传播速度表示如下：

(1)‘Vp’＝‘VF’x‘C’。

‘VF’由相对磁导率(relative permeability)‘μr’以及相对电容率(relative permittivity)‘ε_r’确定，并且表达如下：

(2) $\mathrm{VF}=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\μ}}_r{\mathrm{\ϵ}}_r}}$

当信号遇到诸如PWB中的材料和传输线时，信号的频率不会改变，但是信号的波长相对于自由空间会发生变化并且与速度因子‘VF’成反比。

对于PWB，相对磁导率‘μr’大约为1，因此，起作用的因子主要是相对电容率‘εr’，由此，下面的表达式(3)描述了在诸如PWB的介质中的速度因子VF。

(3) $\mathrm{VF}\≅\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}$

传播速度(‘V_P’)可以另外表达如下：

(4) $V_p=\frac{1}{\sqrt{L^{\′}{C}^{\′}}}$

其中L’和C’分别是每单位长度的电感和电容，且L’是传输线阻止电流变化的趋势，而C’是传输线阻止电压变化的趋势。固有阻抗是两者之间的平衡(balance)的测量值，并且表述如下：

(5) $Z_0=\sqrt{L^{\′}/C^{\′}}$

基于上述表达式(3)，对于嵌入到PWB内的传输线而言，阻抗主要由于相对电容率而变化。

固有阻抗甚至与传输线无关，在任何均匀的介质中存在于波传播相关的特征阻抗。固有阻抗是电场对磁场的比的测量值。

固有阻抗与传输线的计算方式相同。假定在介质中不存在“实际的”电导或者电阻，等式简化到更简单的形式

在此情况下，每单位长度的电感降低到介质的磁导率，且每单位长度的电容降低到介质的电容率。

其中：

是自由空间的特征阻抗；

μ₀＝自由空间的磁导率＝4π×10^-1[亨利/米]；

ε₀＝自由空间的电容率＝8.854×10^-12[法拉/米]。

通过降低相对电容率‘εr’，VF值接近1，结果，传播速度变快，或者换言之，介质对通过其的信号传播具有较少的阻碍。

‘Dk’是物质的电容率对自由空间的电容率的比值，其是材料汇聚电通量的程度的表示。

在通常使用的PWB中，基板材料由环氧玻璃纤维织物类(也称为FR4类)制造，介电常数‘Dk’在如下范围内变化：3.2≤Dk≤4.5。

在占用区空间内的电介质围绕部中混入空气将产生通常比没有空气的情况下小的新的有效介电常数。

当介电常数降低时，电通量密度也降低，这在其他因子(或因素)保持不变的情况下导致更快的传播速度V_P。传播速度的加快使得相对于在通过本发明的发明构思影响介电常数之前的初始条件，能够匹配占用区本身的特征阻抗(理想地到其固有值)。

下面参照附图详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参见图1-3，根据本发明的一个示例性实施例的PWB占用区包括：电介质部10；两个电镀通孔20，分隔开地设置在电介质部10中，用于分别接收一对信号端子30(例如，参见图3)；至少一个没有电镀的通孔(也可称为空气通孔)40，在两个电镀通孔20之间设置在电介质部10中。这里的信号端子可以是单端信号端子(single ended signal terminals)，或互补信号端子(complementary signal terminals)，或差分信号端子(differentially characterized signal terminals)。

如图2中所示，所有的PWB占用区都具有没有电镀的通孔40，但是，也可以不必如此。

可选的，该至少一个没有电镀的通孔包括一个细长的没有电镀的通孔，这类似于图1中的两个没有电镀的通孔40之间的部分被移除之后的情形。有利的，该细长的没有电镀的通孔到两个电镀通孔20之间的距离可以大致相同。可选地，在俯视图中，细长的没有电镀的通孔关于连接两个电镀通孔20的中心的直线L1(参见图3)大致对称布置。

如图1、3中所示，该至少一个没有电镀的通孔包括两个没有电镀的通孔40。可选地，在俯视图中，该两个没有电镀的通孔40分别设置在连接两个电镀通孔的中心的直线L1的两侧。进一步地，两个没有电镀的通孔40中的每一个的形状可以为圆形、椭圆形、矩形、三角形或任何其他的多边形。此外，该两个没有电镀的通孔40可以具有相同的形状和尺寸。

可选地，如图3所示，该两个没有电镀的通孔40关于连接两个电镀通孔的中心的直线L1大致对称布置。此外，连接该两个没有电镀的通孔40的几何中心的直线L2与两个电镀通孔的中心之间的距离大致相同。

参见图3，两个没有电镀的通孔40中的每一个的形状可以为圆形，其中，没有电镀的通孔40的直径d1在0.25mm-0.30mm，且两个没有电镀的通孔40的圆心之间的距离d3大约为0.48mm；两个电镀通孔20的中心之间的距离d2为1.2mm左右。电镀通孔20的内径d4可以为0.37+/-0.05mm。电镀通孔20的焊片(pad)直径d5可以为0.62mm左右。

占用区也可以包括接地电镀通孔50，参见图1和3。

图3也示出了图2中的部分A的相关部分的其他尺寸。然而，具体的尺寸可以仅仅是示例性的，且本领域技术人员在必要时可以修改。另外，图3中的布置结构也仅仅是示例性的，其他几何结构也是可以的。在另外的情况下，孔的直径以及中心到中心的距离可以不同。

图4是板对板连接器60的示意性立体图，其显示了该板对板连接器60的PWB连接界面62，该连接界面62将与图2中的PWB占用区相连接。图5为PWB70与板对板连接器60的组件的示意性立体图。

如图5中所示，本发明也提出了一种PWB70与板对板连接器60的组件。PWB70包括上述的PWB占用区，板对板连接器60设置有多对信号端子30，且成对的信号端子30分别配合到一个PWB占用区的两个电镀通孔20中。

本发明涉及将具有高信号密度的板对板连接器使用需要电镀通孔(用于电连接到PWB内的任意信号层)的压配合(例如针眼)技术或焊引线技术机械和电连接到印刷线路板(PWB)的通用高速应用。通孔通常以具有恒定间距和/或网格的固定图案设置，恒定间距和/或网格形成作为上述的占用区的固定图案。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种PWB占用区，包括：

电介质部(10)；

两个电镀通孔(20)，分开设置在电介质部中，用于分别接收一对信号端子(30)；以及

至少一个没有电镀的通孔(40)，其在该两个电镀通孔之间设置在电介质部中。

2.根据权利要求1所述的PWB占用区，其中：

该至少一个没有电镀的通孔包括一个细长的没有电镀的通孔。

3.根据权利要求2所述的PWB占用区，其中：

该细长的没有电镀的通孔到两个电镀通孔之间的距离大致相同。

4.根据权利要求2所述的PWB占用区，其中：

该细长的没有电镀的通孔关于连接两个电镀通孔的中心的直线(L1)大致对称布置。

5.根据权利要求1所述的PWB占用区，其中：

该至少一个没有电镀的通孔包括两个没有电镀的通孔(40)。

6.根据权利要求5所述的PWB占用区，其中：

该两个没有电镀的通孔分别设置在连接两个电镀通孔的中心的直线(L1)的两侧。

7.根据权利要求6所述的PWB占用区，其中：

两个没有电镀的通孔中的每一个的形状为圆形、椭圆形、矩形或三角形。

8.根据权利要求7所述的PWB占用区，其中：

该两个没有电镀的通孔具有相同的形状和尺寸。

9.根据权利要求8所述的PWB占用区，其中：

该两个没有电镀的通孔关于连接两个电镀通孔的中心的直线(L1)大致对称布置。

10.根据权利要求9所述的PWB占用区，其中：

连接该两个没有电镀的通孔的几何中心的直线(L2)与两个电镀通孔的中心之间的距离大致相同。

11.根据权利要求10所述的PWB占用区，其中：

两个没有电镀的通孔中的每一个的形状为圆形，其中，没有电镀的通孔的直径(d1)为0.25mm-0.30mm，且两个没有电镀的通孔的圆心之间的距离(d3)大约为0.48mm；两个电镀通孔的中心之间的距离(d2)为1.2mm左右。

12.根据权利要求11所述的PWB占用区，其中：

电镀通孔的内径(d4)为0.37+/-0.05mm。

13.根据权利要求12所述的PWB占用区，其中：

电镀通孔的焊片直径(d5)为0.62mm左右。

14.一种PWB，包括至少一个根据权利要求1-13中任一项所述的PWB占用区。

15.一种根据权利要求14的PWB(70)以及板对板连接器(60)的组件，其中：所述板对板连接器设置有多对信号端子(30)，且成对的信号端子分别配合到所述至少一个PWB占用区中的一个PWB占用区的两个电镀通孔中。

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