CN1250057C - 信号传输结构 - Google Patents
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Abstract
一种信号传输结构，主要包括参考平面、接合垫、导线及导电球。该信号传输结构通过改变参考平面或导线的形状，来相对降低导电球与其邻近的信号路径的等效电容，或相对提高导电球与其邻近的信号路径的等效电感，用以补偿导电球与参考平面之间的高等效电容，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配，因而提高信号在经过导电球与其邻近的信号路径后的完整性。
Description
技术领域
本发明有关于一种信号传输结构，且特别是有关于一种适用于一信号传输媒体的信号传输结构，用以改善信号传输路径的阻抗不匹配(impedancemismatch)。
背景技术
随着电子科技产业的突飞猛进，各种具有不同功能的电子产品均逐渐地深入到我们的工作及生活。电子产品的内部通常都设有一主机板，其包含有一电路板及多个电子元件，而这些电子元件组装在电路板之上，并经由电路载板的内部线路彼此电连接，用以提供电子产品所设计的功能，其中这些电子元件还包括集成电路(Integrated Circuit，简称IC)元件。为了使结构脆弱的IC电路小片(die)能受到有效的保护，并同时使IC电路小片能电连接到外界装置，公知技术利用封装(package)来达成上述的目的。
就高接脚数(high pin count)的IC元件而言，由于网格焊球阵列(BallGrid Array，BGA)的芯片封装技术能够提供高接脚数、较佳的散热能力及良好的电气特性，使得网格焊球阵列(BGA)的芯片封装技术已经广泛地运用在芯片封装领域。在实际的应用上，通常是以引线键合(Wire Bonding，WB)或倒叩焊芯片接合(Flip Chip Bonding，FC)的方式，经由多条导线(wire)或多个凸块(bump)，而将电路小片电连接到一芯片载板(IC carrier)，接着再以网格焊球阵列(BGA)的方式，将芯片载板经由多个导电球(conductiveball)，而电连接及结构连接到一大型印刷电路板，使得分别位于芯片载板及印刷电路板之间的两接口、两元件或两端点均可经由这些导电球来达成信号传递的目的。
请参考图1A、图1B，其中图1A表示公知的一种信号传输结构的俯视图，而图1B表示图1A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。信号传输结构100适用于一信号传输媒体10(例如一印刷电路板)。信号传输结构100包括一参考平面(reference plane)110、一接合垫(bonding pad)120、一导线(conductive trace)130及一导电球(conductive ball)140。参考平面110，例如是接地平面(ground plane)或电源平面(power plane)，其埋设于信号传输媒体10的内部，而接合垫120及导线130则是由信号传输媒体10的表面的线路图案(circuit pattern)10a所构成，且接合垫120及导线130两者其与参考平面110之间还以一介电层10b作为电隔绝，使得接合垫120及导线130均不共面于参考平面110，而导电球140则配置在接合垫120的较远离参考平面110的一面。此外，导电球140的顶端还连接到另一信号传输媒体12(例如一芯片载板)的接合垫12a，再经由导线12b来传输信号。
请参考图1A、图1B，当信号经过导线130、接合垫120、导电球140、接合垫12a及导线12b时，由于导电球140的本身的几何形状，使得导电球140与参考平面110之间产生一非连续性的低阻抗特性，因而导致导电球140的邻近信号路径产生阻抗不匹配(impedance mismatch)的现象。因此，当信号在经过导电球140的邻近信号路径时，信号将发生反射的情况，导致信号无法完整地由一信号收发端，经由导电球140而传输到另一信号收发端。此外，随着信号的工作频率的提高，当信号在穿越导电球140的同时，信号的返回损耗(return loss)将相对变得更小，且信号的介入耗损(insertionloss)亦将相对明显地变大，使得导电球140的邻近信号路径产生阻抗不匹配的程度更为明显，这对于高频信号的传输是相当不利的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种信号传输结构，其适用于一信号传输媒体(例如一芯片载板或一印刷电路板等)，用以降低信号传输路径的阻抗不匹配的程度，因而提升信号传输媒体的电气效能(electric performance)。
为实现本发明的上述目的，本发明提出一种信号传输结构，至少包括：一参考平面；一接合垫，不共面于参考平面；一导线，不共面于参考平面，且导线的一端连接到接合垫的侧缘，而导线具有一邻近部分，其邻接于接合垫，且导线的邻近部分的宽度小于导线的非邻近部分的宽度；以及一导电球，配置在接合垫的较远离参考平面的一面。其中，上述的参考平面可为电源平面或接地平面。
为实现本发明的上述目的，本发明还提出一种信号传输结构，至少包括：一参考平面，具有一非参考区域；一接合垫，不共面于参考平面；一导线，共面于接合垫，且导线的一端连接到接合垫，而导线具有一邻近部分，其邻接于接合垫，且邻近部分的位置对应于非参考区域的位置；以及一导电球，配置在接合垫的较远离参考平面的一面。其中，上述的参考平面可为电源平面或接地平面。
为实现本发明的上述目的，本发明又提出一种信号传输结构，至少包括：一参考平面，具有一第一非参考区域；一接合垫，不共面于参考平面，且接合垫的位置对应于第一非参考区域的位置；一导线，不共面于参考平面，且导线的一端连接到接合垫，而导线具有一邻近部分，其邻接于接合垫；以及一导电球，配置在接合垫的较远离参考平面的一面。此外，参考平面还具有一第二非参考区域，其位置对应于邻近部分的位置，且第二非参考区域连接到第一非参考区域。其中，参考平面为电源平面或接地平面。
基于上述，本发明的信号传输结构通过改变参考平面或导线的形状，来相对降低导电球与其邻近的信号路径的等效电容，或是相对提高导电球与其邻近的信号路径的等效电感，用以补偿导电球与参考平面之间的高等效电容，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配，因而提高信号在经过导电球与其邻近的信号路径后的完整性。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举多个优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1A表示公知的一种信号传输结构的俯视图。
图1B表示图1A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。
图2A表示本发明的第一实施例的一种信号传输结构的俯视图。
图2B表示图2A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。
图3A表示本发明的第二实施例的一种信号传输结构的俯视图。
图3B表示图3A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。
第4A图表示本发明的第三实施例的一种信号传输结构的俯视图。
图4B表示图4A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。
图5A表示本发明的第四实施例的一种信号传输结构的俯视图。
图5B表示图5A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。
图6表示信号传输结构的返回耗损的频率及响应座标图。
图7表示信号传输结构的介入耗损的频率及响应座标图。
图8表示信号传输结构的导电球其等效阻抗的频率及阻抗座标图。
附图标号说明
10、20：信号传输媒体(印刷电路板)
12、22：信号传输媒体(芯片载板)
10a、20a：线路图案
10b、20b：介电层
12a、22a：接合垫
12b、22b：导线
100：信号传输结构
110：参考平面
120：接合垫
130：导线
140：导电球
201、202、203、204：信号传输结构
210：参考平面
212：非参考平面(开口)
220：接合垫
230：导线
232：邻近部分
240：导电球
具体实施方式
第一实施例
请参考图2A、图2B，其中图2A表示本发明的第一实施例的一种信号传输结构的俯视图，而图2B表示图2A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。信号传输结构201适用于一信号传输媒体20(例如一印刷电路板)。信号传输结构201包括一参考平面(reference plane)210、一接合垫(bondingpad)220、一导线(conductive trace)230及一导电球(conductive ball)240。参考平面210，例如是接地平面(ground plane)或电源平面(powerplane)，其埋设于信号传输媒体20的内部，而接合垫220及导线230则是由信号传输媒体20的表面的线路图案(circuit pattern)20a所构成，且接合垫220及导线230两者其与参考平面210之间还以一介电层20b作为电隔绝，所以接合垫220及导线230均不共面于参考平面210，而导电球240则配置在接合垫220的较远离参考平面210的一面。此外，导电球240的顶端还连接到另一信号传输媒体22(例如一芯片载板)的接合垫22a，再经由导线22b来传输信号。
请再参考图2A、图2B，由于导电球240的本身的几何形状，使得导电球240的本身具有一非连续性的低阻抗特性，因而造成导电球240与其邻近信号路径发生阻抗不匹配(impedance mismatch)的现象。因此，当信号经过导电球240时，信号将发生反射的情况，如此将导致信号无法从一信号收发端，经由导电球240而完整地传输到另一信号收发端。在这样的情况之下，由于阻抗(Z)的等效近似公式为
其中L为电感，C为电容，故本发明通过提高邻近部分232的信号路径的等效电感，使得导电球240与其邻近信号路径具有较佳的阻抗匹配。
请再参考图2A、图2B，在本发明的第一实施例中，导线230乃具有一邻近部分232，其邻接于接合垫220，且导线230的邻近部分232的宽度相对小于导线230的其余部分的宽度。与导线230的非邻近部分232的其余部分相比较，导线230的邻近部分232设计具有较窄的宽度(即具有较小的面积)，故可提升导线230的邻近部分232与参考平面210之间的等效电感，进而提高信号在经过导电球240与其邻近的信号路径后的完整性。
基于上述，第一实施例通过缩小导线的邻近部分的宽度(或面积)，来提升导线的邻近部分与参考平面之间的等效电感，用以补偿导电球与参考平面之间的高等效电容，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配，因而提高信号在经过导电球与其邻近的信号路径后的完整性。
第二实施例
与上述的第一实施例相比较，第二实施例通过形成一非参考区域(例如一开口)于参考平面上，并且此一非参考区域的位置对应于上述的导线的邻近部分的位置，以提高导线的邻近部分与参考平面之间的等效电感，用以补偿导电球与参考平面之间的高等效电容，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配。
请参考图3A、图3B，其中图3A表示本发明的第二实施例的一种信号传输结构的俯视图，而图3B表示图3A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。第二实施例的信号传输结构202亦包括一参考平面210、一接合垫220、一导线230及一导电球240。值得注意的是，参考平面210具有一非参考区域212，其例如是参考平面210的一挖空的开口所形成，且非参考区域212的位置对应于导线230的邻近部分232的位置，以提高导线230的邻近部分232与参考平面210之间的等效电感，并降低导线230的邻近部分232与参考平面210之间的等效电容，用以补偿导电球240与参考平面210之间的高等效电容，使得导电球240与其邻近信号路径具有较佳的阻抗匹配。
第三实施例
与上述的第二实施例相比较，第三实施例同样是通过形成一非参考区域(例如一开口)于参考平面上，但是该非参考区域的位置对应于导电球的位置，以提高导电球与参考平面之间的等效电感(意即降低导电球与参考平面之间的等效电容)，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配。
请参考图4A、图4B，其中图4A表示本发明的第三实施例的一种信号传输结构的俯视图，而图4B表示图4A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。第三实施例的信号传输结构203亦包括一参考平面210、一接合垫220、一导线230及一导电球240。值得注意的是，参考平面210具有一非参考区域212，其例如是参考平面210的一挖空的开口所形成，且非参考区域212的位置对应于导电球240的位置，以降低导电球240与参考平面210之间的等效电容，用以补偿导电球240与参考平面210之间的高等效电容，使得导电球240与其邻近信号路径具有较佳的阻抗匹配。
第四实施例
第四实施例则是结合第二实施例及第三实施例，而将其参考平面的非参考区域的位置延伸到对应于导线的邻近部分及导电球的位置，以提高导线的邻近部分与参考平面之间的等效电感，同时降低导电球与参考平面之间的等效电容，用以补偿导电球与参考平面之间的高等效电容，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配。
请参考图5A、图5B，其中图5A表示本发明的第四实施例的一种信号传输结构的俯视图，而图5B表示图5A的应用于一信号传输媒体的信号传输结构剖面图。第四实施例的信号传输结构204亦包括一参考平面210、一接合垫220、一导线230及一导电球240。值得注意的是，参考平面210 具有一非参考区域212，而非参考区域212例如是参考平面210的一挖空的开口所形成，且非参考区域212的位置对应于导电球240的位置，以提高导电球240与参考平面210之间的等效电感，用以补偿导电球240与参考平面210之间的高等效电容，使得导电球240与其邻近信号路径具有较佳的阻抗匹配。
请参考图6，其表示信号传输结构的返回耗损的频率及响应座标图。公知的图1A的信号传输结构100具有响应曲线600，第一实施例的图2A的信号传输结构201具有响应曲线601，第二实施例的图3A的信号传输结构202具有响应曲线602，第三实施例的第4A图的信号传输结构203具有响应曲线603，第四实施例的图5A的信号传输结构204具有响应曲线604。因此，在相同的频率之下，本发明的四个实施例的返回耗损响应强度均高于公知的信号传输结构的返回耗损响应强度。
请参考图7，其表示信号传输结构的介入耗损的频率及响应座标图。公知的图1A的信号传输结构100具有响应曲线700，第一实施例的图2A的信号传输结构201具有响应曲线701，第二实施例的图3A的信号传输结构202具有响应曲线702，第三实施例的第4A图的信号传输结构203具有响应曲线703，第四实施例的图5A的信号传输结构204具有响应曲线704。因此，在相同的频率之下，本发明的四个实施例的介入耗损响应强度均低于公知的信号传输结构的介入耗损响应强度。
请参考图8，其表示信号传输结构的导电球其等效阻抗的频率及阻抗座标图。公知的图1A的信号传输结构100具有阻抗曲线800，第一实施例的图2A的信号传输结构201具有阻抗曲线801，第二实施例的图3A的信号传输结构202具有阻抗曲线802，第三实施例的第4A图的信号传输结构203具有阻抗曲线803，第四实施例的图5A的信号传输结构204具有阻抗曲线804。因此，在相同的频率之下，本发明的四个实施例的信号传输结构其等效阻抗均高于公知的信号传输结构的等效阻抗。
综上所述，本发明的信号传输结构通过相对降低导电球与其邻近的信号路径的等效电容，或是相对提高导电球与其邻近的信号路径的等效电感，用以补偿导电球与参考平面之间的高等效电容，使得导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配，因而提高信号在经过导电球与其邻近的信号路径后的完整性。因此，本发明的信号传输结构将可有效地提升信号传输媒体(例如芯片载板或印刷电路板)的电气效能。
虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本发明的范围以所提出的权利要求限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种信号传输结构，至少包括：
一参考平面，具有一非参考区域；
一接合垫，不共面于该参考平面；
一导线，共面于该接合垫，且该导线的一端连接到该接合垫，而该导线具有一邻近部分，其邻接于该接合垫，且该邻近部分的位置对应于该非参考区域的位置；以及
一导电球，配置在该接合垫的较远离该参考平面的一面，其中，该非参考区域的位置对应于上述的该导线的邻近部分的位置可提高该导线的邻近部分与该参考平面之间的等效电感，用以补偿该导电球与该参考平面之间的高等效电容，使得该导电球与其邻近的信号路径具有较佳的阻抗匹配。
2.如权利要求1所述的信号传输结构，其中该参考平面为电源平面及接地平面的其中之一。
3.如权利要求1所述的信号传输结构，其中，该信号传输结构位于一印刷电路板上。
4.如权利要求1所述的信号传输结构，其中，该导线作为信号传输之用。
5.一种信号传输结构，至少包括：
一参考平面，具有一第一非参考区域；
一接合垫，不共面于该参考平面，且该接合垫的位置对应于该第一非参考区域的位置；
一导线，不共面于该参考平面，且该导线的一端连接到该接合垫，而该导线具有一邻近部分，其邻接于该接合垫；以及
一导电球，配置在该接合垫的较远离该参考平面的一面，其中该第一非参考区域的位置对应于该接合垫的位置，以降低该导电球与该参考平面之间的等效电容，用以补偿该导电球与该参考平面之间的高等效电容，使得该导电球与其邻近信号路径具有较佳的阻抗匹配。
6.如权利要求5所述的信号传输结构，其中，该参考平面还具有一第二非参考区域，其位置对应于该邻近部分的位置，且该第二非参考区域连接到该第一非参考区域。
7.如权利要求5所述的信号传输结构，其中，该参考平面为电源平面及接地平面的其中之一。
8.如权利要求5所述的信号传输结构，其中，该信号传输结构位于一印刷电路板上。
9.如权利要求5所述的信号传输结构，其中，该导线作为信号传输之用。
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