CN1473000A - 多层电路板的层间配置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层电路板的层间配置结构。在较佳实施例中，是在由上至下分别为组件层、接地层、电源层以及焊接层的四层电路板内，将电源层切割出数个参考接地区(Reference ground)，而每个参考接地区的所在位置都与焊接层的信号布局区相对应，以使布局在组件层的信号线与布局在焊接层的信号线，都可参考到相邻连接层上的参考接地。较佳实施例中的电源层也包括数个可提供不同工作电压的电源平面，其中每个电源平面再通过导通孔(Via)，以与位于焊接层以及组件层上相对应的电源布局产生电性耦合，用于进一步扩大电源平面的面积，进而达到提供更稳定的工作电压源、且同时降低接地/反弹效应的目的。

Description

多层电路板的层间配置结构

技术领域

本发明涉及一种多层电路板的层间配置结构，尤指一种在电源层中切割出参考接地区，以便焊接层的信号布局区，也可参考至与焊接层相邻的电源层上的参考接地区，进而使焊接层的信号线传输品质得以与组件层相同的电路板层间配置结构。

背景技术

近年来，四层堆栈结构已逐渐取代六层堆栈结构的印刷电路板，而成为应用最广的架构。基本上，四层堆栈结构由上至下分别被布局成组件层(Component layer)、接地层(Ground layer)、电源层(Power layer)、以及焊接层(Solder layer)，其中组件层主要用来布局许多集成电路以及大部分的信号线，而接地层则由完整未切割的铜箔所构筑，其在工作时连接至接地电位，以做为组件层上的信号线参考的用。此外，电源层被进一步切割为数个区块，而每个区块也进一步成为不同电压源的电源平面(Power plan)，用于提供不同的工作电压以供电路组件执行操作的所需。至于最底部的焊接层则包括与其它的印刷电路板相连接的焊球外，部分的非关键信号(Non-critical signal)，例如内存地址信号以及控制信号等等，也被布局在焊接层的上。

图1描绘常见多层电路层间板配置结构的示意图，其中的主机板、电路板都以四层堆栈结构为例来做说明，而电路板以及集成电路组件164是承载于主机板的上，电路板也各自承载一集成电路组件64A与64B。主机板的堆栈结构62由上至下分别为组件层65、接地层66、一电源层67、以及一焊接层68，组件层65另包括许多组件(例如集成电路组件164)、以及与该组件产生电连接的信号线布局，而焊接层68则位于主机板堆栈结构62的最下层，部分信号线也被布局在此。同样地，电路板的四层堆栈结构63A，由上至下分别包括组件层165A、接地层166A、电源层167A、以及焊接层168A，而电路板的四层堆栈结构63B则由上至下分别包括组件层165B、接地层166B、电源层167B、以及焊接层168B。此外，当集成电路组件64A与64B需进行信号传输，例如由集成电路组件64A传送信号至集成电路组件64B时，可先将信号送往电路板63A的组件层165A；随后经由贯通组件层165A、接地层166A、电源层167A以及焊接层168A的导通孔(Via)69A以与主机板堆栈结构62中的组件层65相连；接着经由组件层65，再通过贯通组件层165B、接地层166B、电源层167B以及焊接层168B的导通孔69B，用于将由集成电路组件64A而来的信号传送至电路板堆栈结构中63B的组件层165B后，最后再传送至集成电路组件64B作处理。

如上所述，在现有技术中是将电源层进一步切割为数个电源平面，作为提供不同工作电压以供电路组件执行操作的用，而常见电源层的切割情形可如图2的所示，其包括数个电源平面11、12、13、14、15与16，而且电源平面11、12、13、14、15、16之间是被隔离线21隔开以防互相干扰；此外，电源层10中的各个电源平面11、12、13、14、15、16分别包括数个导通孔22，用于导通至组件层165A以及焊接层168A，以提供工作电压予布局在组件层165A以及焊接层168A上组件。由于与电路板63A电连接的组件所需的工作电压可能不同，于是各个电源平面11、12、13、14、15、16即可用来通过大小不同的电源。以芯片组中的北桥(North bridge)芯片为例，因为北桥芯片必须与中央处理器(CPU)，内存、南桥(South bridge)芯片、以及图形加速接口(AGP)装置等相连，因此电源平面12、13、14、15可依据CPU。内存、南桥芯片、以及AGP装置所需的工作电压来规划(而电源平面11则可视北桥芯片是否支持绘图模块来加以规划)，而位于芯片中心位置的电源平面16可规划为接地电位区，于是当北桥芯片与上述装置进行信号传输时，便可经由上述电源平面所提供的不同电压来执行相关操作。

随着集成电路的日趋复杂，操作频率也逐渐增加，以切割电源层来形成电源布局区的方式便无法满足高频信号的需求。举例而言，由于切割后电源平面的面积有其限制，于是往往无法在高速操作时实时的提供电流，因此在电源层就会产生可观的接地/反弹(Ground/Bounce)效应，导致整个高频信号的不稳定，并进而使整个系统无法正常动作。另一方面，因导通孔的密度也越来越高，然而相邻布线的跨距(Pitch，例如两信号线之间距)却有其物理限制而不得过小(一般而言，在芯片内部之间距约为3-5mils)，因此连带使导通孔的设置密度受到限制。由于过少的导通孔可能无法提供电源层与操作组件足够的连结，进而使工作电流更加不稳定。

发明内容

本发明的主要目的在于公开一种多层电路板的层间配置结构，是在于四层堆栈结构的电源层中切割出参考接地区，以使布局在焊接层的信号线，也可参考至与焊接层相邻的电源层上的参考接地区，而达成焊接层与组件层具有相同信号传输品质的目的。

本发明的另一目的在于公开一种可扩大各电源平面的面积的层间配置结构，是通过导通孔以与位于组件层以及焊接层上相对应的电源平面产生电性耦合，用于扩大电源平面的面积，进而达到提供更稳定的工作电压源、且同时降低接地/反弹效应的目的。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种多层电路板的层间配置结构，是在组件层-接地层-电源层-焊接层的四层堆栈结构中，于电源层上设置数个参考接地区(Referenceground)，而每个参考接地区的设置位置是与布局在焊接层上的信号布局区相对应。于是布局在组件层上的信号线、以及布局在焊接层上的信号线，都可分别参考到接地层与电源层上的接地电位，进而使组件层与焊接层上的信号传输品质维持一致，并扩大电路设计者布局线路的空间。

本发明还公开了一种多层电路板的层间配置结构，在组件层、电源层与焊接层上进行对称的电源布局，并利用导通孔将对应的电源平面加以串连，并利用导通孔以将布局在组件层、电源层、焊接层上的电源平面加以连结，用于扩大整体电源平面的面积，于是能进一步提供更稳定的电流以供组件操作，更可降低接地/反弹的效应。

为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图标记仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为常见四层电路板堆栈结构的垂直剖面图。

图2为常见电源层的切割情形平面图。

图3A描绘本发明较佳实施例的电源层平面示意图。

图3B描绘本发明较佳实施例的组件层平面示意图。

图3C描绘本发明较佳实施例的焊接层平面示意图。

图4描绘本发明较佳实施例应用在四层电路板的堆栈结构示意图。

具体实施方式

首先请参阅图3A、图3B与图3C，其分别为本发明较佳实施例中的电源层100、组件层200、与焊接层300的平面示意图。由于接地层是由未经切割的铜箔所构成，并与接地电位产生电连接，因此不再详加说明。图3A中的电源层100基本上也由铜箔所构成，但被切割为数个可提供工作电压的电源平面102、103、104与105、106、以及与接地电位相接的参考接地区(Referenceground)107、108以及109，其中电源区块102、103、104、105、106、以及参考接地区107、108、109之间，均以隔离线111相互隔离以防彼此干扰。参考接地区107、108、109的设置位置，是与焊接层300上的信号布局区相对应(在图3B与图3C中会再提及)，以使布局在焊接层300中的信号线也可参考到接地电位，一如布局在组件层200中的信号线，都可参到接地层(未显示)一般。此外，电源层100另外包括数个导通孔112，作为与组件层200与焊接层300的电源平面产生电性耦合(在图3B与图3C中将再提及)、传输各电源平面所提供的工作电压至组件层200与焊接层300、或是将参考电位区107、108、109与接地电位相连的用。

由图3B与图3C可知，较佳实施例的组件层200与焊接层300的整体布局情形大致相同，而电源层100与组件层200以及焊接层300在电源布局的情况也相当类似。举例而言，组件层200包括电源平面202、203、204、205，以及信号布局区206、207、208、209、210；而焊接层300的上包括电源平面302、303、304、305，以及信号布局区306、307、308、309、310，其中组件层200与焊接层300在垂直方向相对应的位置上的电源平面是用导通孔相连(当然，也与电源层100相对应的电源平面相连)，借以扩充电源平面的面积。以芯片组中的北桥芯片为例，可将电源平面202、102、302通过导通孔加以串接(是队由上至下的垂直方向来看)，用于提供北桥芯片与CPU传输信号时所需的工作电压；此外，通过导通孔而相互串接的电源平面203、103、303，也可用来提供北桥芯片与内存(例如DRAM)传输信号时所需的工作电压；而通过导通孔而相互串接的电源平面204、104、304，也可用来提供北桥芯片与南桥芯片传输信号时所需的工作电压；至于通过导通孔而相互串接的电源平面205、105、305，也可用来提供北桥芯片与AGP装置进行传输信号时所需的工作电压。由于各电源平面之间已通过导通孔而相互连接，因此电源平面的面积便更加扩大，于是能达到提供更稳定的工作电压源、且同时降低接地/反弹效应的目的。

另一方面，在垂直方向为相对应位置的信号布局区，是进行与相同组件进行信号传输的信号线布局。再以北桥芯片为例，信号布局区207与307都可用来布局北桥芯片与CPU之间的信号传输线、信号布局区208与308则可用来布局北桥芯片与内存之间的信号传输线、信号布局区209与309都可用来布局北桥芯片与AGP装置之间的信号传输线。此外，信号布局区206与306可进行北桥芯片与CPU、以及北桥芯片与AGP装置之间的信号传输线布局。而信号布局区210与310则可作为接地电位区的布局，并分别布局接地焊垫(布局于组件层)与焊球(布局于焊接层)。至于信号布局区210与310可铺或不铺铜箔、视实际的应用而定。应注意的是，因位于电源层100的电源平面107、108、109都与接地电位相连而成为参考电位区，而位于这些参考电位区下方(焊接层300)的信号布局区307、308与309，便可分别参考至电源平面107、108与109，一如组件层200的信号布局区207、208与209参考至位于组件层200下方的接地层一般(例如组件层165A与166A的关系)。

此外，为实现较佳实施例的目的，四层堆栈结构在物理特性方面仍有进一步的要求。以图4所示的四层堆栈结构电路板400为例，只要组件层401相对于接地层402的物理特性、以及焊接层404相对于电源层403的物理特性相同(例如返回路径(Return path)相同)，对电路设计者而言，便可将焊接层404视为组件层401的延伸，而关键信号也得以布局在焊接层404上，所以在设计空间与便利性上获得极大的改善。由于组件层401相对于接地层402、或焊接层404相对于电源层403的物理特性，与组件层401与焊接层404的材质(例如相同材质的金属或合金)、以及组件层401相对于接地层402、焊接层404相对于电源层403之间的层间距离等因素相关，因此在实际实施上，可使形成组件层401与焊接层404所使用的金属重量相等(例如0.5盎司)、并同时使接地层402与电源层403所使用的金属重量(例如1盎司)相等；此外，并使用相同材质的绝缘层(Insulation laver)405A、405B、405C；而且令组件层401与接地层402之间距(Layer to layer spacing)、与焊接层404和电源层403之间的间距相等(即绝缘层405A与405B的高度相等，即d1＝d2)等实施方式，来使组件层401相对于接地层402的物理特性、以及焊接层404相对于电源层403的物理特性相同。

相较于现有技术，本发明的多层电路板层间配置结构可提供下列优点。首先，本发明在电源层设置数个参考接地区，使得电路板各个信号层与其参考接地或接地层之间的物理特性都相同，于是电路设计者所能运用的设计空间也随的扩大。此外，本发明的层间配置结构也在非电源层(例如组件层与焊接层)进行电源平面的布局，并将相关的电源平面通过导通孔加以串接，借以进一步扩大电源平面的面积，进而达成在集成电路操作频率日渐增高、以及设计日趋复杂的情况下，能够继续充分地提供集成电路正常操作的电源所需、且降低接地/反弹(cround/Bounce)效应的目的。

本发明虽以较佳实施例公开如上，然其并非用于限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做一些等效变动与修改，因此本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多层电路板的层间配置结构，其特征在于，它包括：

一顶端信号层，包括数个电源平面与数个信号布局区；

一参考电位层，位于该顶端信号层的下方，该参考电位层与一参考电位电性耦合，其中该顶端信号层所包括的该信号布局区是参考至该参考电位层；

电源层，位于该参考电位层的下方，该电源层包括数个电源平面与数个参考电位区；及

底部信号层，位于该电源层的下方，该底部信号层包括数个电源平面与数个信号布局区，其中该底部信号层所包括的该信号布局区是参考至该电源层所包括的该参考电位区；

其中该顶端信号层、该电源层、该底部信号层相对应的该电源平面，是通过导通孔(Via)产生电性耦合。

2.如权利要求1所述的层间配置结构，其特征在于所述的顶端信号层与该参考电位层之间、以及该底部信号层与该电源层的该参考电位区之间的物理特性相同。

3.如权利要求2所述的层间配置结构，其特征在于所述的电源层与该参考电位层所包括的金属重量相等、且该顶端信号层与该底部信号层所包括的金属重量相等。

4.如权利要求2所述的层间配置结构，其特征在于所述的顶端信号层与该参考电位层之间的绝缘层、以及该底部信号层与该电源层的该参考电位区之间的绝缘层的材质相同。

5.如权利要求4所述的层间配置结构，其特征在于所述的顶端信号层与该参考电位层之间的间距、以及该底部信号层与该电源层的该参考电位区之间的间距相等。

6.一种运用于多层电路板堆栈结构的电源层布局结构，其中该堆栈结构包括顶端信号层、参考电位层、电源层以及底部信号层，其特征在于，该电源层布局结构包括：

数个电源平面，每个该电源平面都与位于该顶端信号层与该底部信号层相对应的电源平面产生电性耦合；

数个参考电位区，每个该参考电位区与一参考电位耦合，其中该底部信号层所包括的信号布局区参考至该参考电位区；及

数个隔离线，用于隔离该电源平面与该参考电位区，以使所有的该电源平面与该参考电位区的操作不互相干扰；

其中该顶端信号层。该电源层、该底部信号层相对应的该电源平面，通过数个导通孔来产生电性耦合，用于扩大相对应的该电源平面的面积。

7.如权利要求6所述的层间配置结构，其特征在于所述的顶端信号层与该参考电位层之间、以及该底部信号层与该电源层的该参考电位区之间的物理特性相同。

8.如权利要求7所述的层间配置结构，其特征在于所述的电源层与该参考电位层所包括的金属重量相等、且该顶端信号层与该底部信号层所包括的金属重量相等。

9.如权利要求7所述的层间配置结构，其特征在于所述的顶端信号层与该参考电位层之间的绝缘层、以及该底部信号层与该电源层的该参考电位区之间的绝缘层的材质相同。

10.如权利要求9所述的层间配置结构，其特征在于所述的顶端信号层与该参考电位层之间的间距(Layer to layer spacing)、以及该底部信号层与该电源层的该参考电位区之间的间距相等。

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