CN2755906Y

CN2755906Y - 讯号传输结构

Info

Publication number: CN2755906Y
Application number: CN 200420058231
Authority: CN
Inventors: 徐鑫洲; 许志行
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2014-12-06

Abstract

本实用新型是关于一种讯号传输结构，主要是由至少一导电孔道、至少一着陆垫以及一导电壁所构成。其中，导电孔道的一端连接至着陆垫，且导电壁仅位于一线路基板的一核心层的贯孔的局部内壁上，其结构例如呈一半圆弧的导电壁或一C形的导电壁。因此，当讯号行经线路基板的导电孔道以及着陆垫，并通过贯孔内壁的导电壁时，由于着陆垫与导电壁之间具有较为连续阻抗，因此可改善讯号传输过程中因讯号传输路径的阻抗不匹配所造成讯号反射的问题，进而提高讯号的传输品质。

Description

讯号传输结构

技术领域

本实用新型涉及一种讯号传输结构(signal transmissionstructure)，特别是涉及一种可降低讯号传输过程中的介入损耗(insertion loss)的讯号传输结构及其线路基板。

背景技术

常见的线路基板(circuit substrate)是由多层图案化线路层(circuitlayer)以及多层介电层(dielectric layer)交替叠合所构成。其中，图案化线路层例如由铜箔层(copper foil)经过微影蚀刻定义形成，而介电层是配置于图案化线路层之间，用以隔离相叠的图案化线路层。此外，这些相叠的图案化线路层之间是通过镀通孔(Plating Through Hole，PTH)或导电孔道(via)而彼此电性连接。在这些线路层的连线制程方面，形成导电孔道的方式例如利用多道微影(photolithography)制程依序形成开孔于介电层之上，并填入导电物质于开孔中而成为一导电孔道，用以电性连接至少两图案化线路层。此外，形成镀通孔的方式例如以机械钻孔的方式贯穿堆叠之后的线路层以及介电层或单一介电芯层(dielectric core)，再以电镀的方式形成一电镀层在贯孔的内壁上，用以电性连接至少两图案化线路层。

请参阅图1所示，其绘示现有习知一种线路基板的剖面示意图。以六层相叠合的图案化线路层为例，线路基板100具有一叠合层110，其包括一上层线路结构120、一核心层130以及一下层线路结构140。其中，上层线路结构120是由核心层130上方的多个图案化线路层与至少一介电层所依序交互堆叠而成，且每一图案化线路层的着陆垫(via land)124、126之间藉由一导电孔道125而彼此电性连接。此外，下层线路结构140是由核心层130下方的多个图案化线路层与至少一介电层所依序交互堆叠而成，且每一层的着陆垫144、146之间同样藉由一导电孔道145而彼此电性连接。另外，核心层130具有多数个贯孔132，其连通于核心层130的上表面130a与下表面130b，且每一贯孔132的内壁面上完全覆盖一导电壁134，以将上层线路结构120的着陆垫126电性连接至下层线路结构140的着陆垫146。再者，可填入一介电材质150于贯孔132与导电壁134的中空部分。

同样请参阅图1所示，二着陆垫126、146分别配置在例如以介电材质所形成的核心层130的上表面130a与下表面130b，并完全覆盖于一贯孔132的两端所在的位置，且这些着陆垫126、146分别藉由一中空圆柱形的导电壁134而彼此电性连接。因此，上层线路结构120的一讯号线路上的讯号可依序藉由连接垫122、导电孔123、125与着陆垫124、126向下传递，并通过核心层130的贯孔132内的导电壁134以后，再依序藉由下层线路结构140中的着陆垫146、144、导电孔道145、143与连接垫142而传递至外界，上述的这些导电结构将可构成二元件或二端点(图中未示)之间的讯号传输路径。

值得注意的是，在现有技术中，用以电性连接二元件或二端点之间的讯号导线，其线宽均需保持一致，意即讯号导线的各部分的电性阻抗均需保持一致，以使电子讯号在讯号导线之间传递时，讯号导线的特性阻抗(characteristic impedance)能保持不变。尤其是在高速及高频的讯号传递上，两端点之间的讯号传输路径更需要藉由良好的阻抗匹配(impedancematching)设计，用以降低讯号传输路径的阻抗不匹配所造成的反射，意即降低讯号传递时的介入损耗(insertion loss)，且相对提高讯号传递时所降低的返回损耗(return loss)，以避免影响讯号传递的品质。然而，现有习知的二着陆垫126、146的面积在设计上是大于贯孔132的孔径面积，且导电壁134完全覆盖于核心层130的贯孔132的内壁面上，使得讯号在传递过程中，尤其是通过大面积的二着陆垫126、146与中空圆柱形导电壁134时，会造成高阻抗的变异效应，使得导电壁134与上层线路结构120或与下层线路结构140的阻抗不匹配(impedance mismatch)的情况趋于严重。此外，当一差动讯号分别流经相邻的二贯孔132、136内壁面上的二导电壁134、138时，由于二导电壁134、138之间的电磁场耦合，因此在切换讯号时会对正传输于相邻两贯孔132、136中的另一讯号造成串音(cross talk)干扰，进而影响讯号传输的品质。

现有习知解决上述问题的方法是增加两相邻的贯孔132、136之间的距离，意即增加两相邻导电壁134、138之间的距离，以便于降低发生串音的机率。然而，由于此种方法需要较大的布局空间，因此这种方法并无法应用在有限的布局空间或高密度的电路布局中。

另外，在讯号传输结构之间传输的差动讯号(differential signal)也因行经二中空圆柱形导电壁134、138时，两导电壁134、138之间的电磁场耦合将会改变电流回流路径与电场，其差动电气的特征阻抗亦随的改变，因此当讯号传递至二贯孔132、136时会因两导电壁134、138所造成的不连续的阻抗，因而造成讯号的反射现象，进而影响到讯号传递的品质。

再者，对于单一讯号或差动讯号的传输而言，当工作频率愈高时，相对于同一工作频率下，讯号行经贯孔132的返回损耗将下降愈多，使得阻抗不匹配情形变得更严重。此外，当工作频率愈高时，相对于同一工作频率下，讯号行经贯孔132的介入损耗将上升愈多，同样使得阻抗不匹配的情形将变得更严重。

由此可知，一旦讯号经过大面积设计的着陆垫126、146或横向截面积较大的中空圆柱形的导电壁134时，随着频率的升高，线路基板100的上层线路结构120与下层线路结构140的特性阻抗也随之变大，而与原先设计的阻抗值差异也将变大，因而使得发生在同一讯号传输路径上的阻抗不匹配的情况将变得更为严重。

由此可见，上述现有的讯号传输结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决讯号传输结构存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的讯号传输结构存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的讯号传输结构，能够改进一般现有的讯号传输结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有的讯号传输结构存在的缺陷，而提供一种新的讯号传输结构，所要解决的技术问题是使其具有较佳的阻抗匹配，以便于改善讯号的传输品质，从而更加适于实用。

本实用新型的另一目的在于，提供一种讯号传输结构，所要解决的技术问题是使其可于有限的布局空间中增加差动对讯号传输结构之间的距离，以便于降低差动讯号之间的电磁耦合，进而减少串音干扰，从而更加适于实用。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种讯号传输结构，是贯穿一多层线路板的一核心层的一贯孔，该核心层具有一上表面、一下表面，且该贯孔连通于该上表面与该下表面之间，该讯号传输结构包括：一第一导电孔道；一第一着陆垫，连接在该第一导电孔道的一端，且该第一着陆垫位于该核心层的该上表面，并覆盖该贯孔的一端；以及一导电壁，仅位于该贯孔的局部内壁上，且该导电壁藉由该第一着陆垫与该第一导电孔道电性连接。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的讯号传输结构，其中所述的贯孔仅有单一该导电壁，用以传输单一讯号。

前述的讯号传输结构，其中所述的第一着陆垫对应暴露出该贯孔的一端的一部分区域。

前述的讯号传输结构，更包括至少一第二导电孔道以及至少一第二着陆垫，其中该第二着陆垫连接于该第二导电孔道的一端，且该第二着陆垫位于该核心层的该下表面，并覆盖该贯孔的另一端。

前述的讯号传输结构，其中所述的第二着陆垫对应暴露出该贯孔的另一端的一部分区域。

前述的讯号传输结构，更包括一第一线路，位于该核心层的一例，且该第一线路藉由该第一导电孔道与该第一着陆垫电性连接。

前述的讯号传输结构，更包括一第二线路，位于该核心层的另一侧，且该第二线路藉由该第二导电孔道与该些第二着陆垫电性连接。

前述的讯号传输结构，其中所述的导电壁是为一半圆弧的导电壁。

前述的讯号传输结构，其中所述的导电壁是为一C形的导电壁。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本实用新型提出一种讯号传输结构，是贯穿一多层线路板的一核心层的一贯孔，此核心层具有一上表面、一下表面，且此贯孔连通于上表面与下表面之间，该讯号传输结构主要包括一第一导电孔道、一第一着陆垫以及一导电壁。其中，第一着陆垫连接于第一导电孔道的一端，且第一着陆垫位于核心层的上表面，并对应覆盖在贯孔的一端。此外，导电壁仅位于贯孔的局部内壁上，且导电壁藉由第一着陆垫与第一导电孔道电性连接。

本实用新型因采用小面积设计的着陆垫以及非圆形的中空柱的导电壁来改善讯号传递过程中特性阻抗不匹配的现象。因此，当讯号在二着陆垫与导电壁之间传递时，可具有较为连续的阻抗，进而改善讯号传输过程中因讯号传输路径的阻抗不匹配所造成讯号反射的问题，以便于提高讯号的传输品质。

经由上述可知，本实用新型是关于一种讯号传输结构，主要是由至少一导电孔道、至少一着陆垫以及一导电壁所构成。其中，导电孔道的一端连接至着陆垫，且导电壁仅位于一线路基板的一核心层的贯孔的局部内壁上，其结构例如呈一半圆弧的导电壁或一C形的导电壁。因此，当讯号行经线路基板的导电孔道以及着陆垫，并通过贯孔内壁的导电壁时，由于着陆垫与导电壁之间具有较为连续阻抗，因此可改善讯号传输过程中因讯号传输路径的阻抗不匹配所造成讯号反射的问题，进而提高讯号的传输品质。

借由上述技术方案，本实用新型讯号传输结构至少具有下列优点：

1、由于本实用新型的导电壁仅覆盖于贯孔的局部内壁，且贯孔中仅有单一导电壁，因此讯号传输导线与导电壁之间可具有较为连续的阻抗，进而改善讯号传输过程中因讯号传输路径的阻抗不匹配所造成讯号反射的问题，以便于提高讯号的传输品质。

2、由于本实用新型的导电壁仅覆盖于贯孔的局部内壁，因此讯号传输导线与导电壁之间可具有较为连续的阻抗，以改善讯号穿越贯孔时所降低的返回损耗。

3、由于本实用新型的导电壁与着陆垫之间具有较为连续的阻抗，因此可降低高频讯号的介入损耗，以降低高频讯号的能量损耗，进而使高频讯号能够较完整地传递出去。

4、本实用新型是在有限的布局空间或高密度的线路布局中藉由缩小导电壁的横截面积，以增加差动对讯号传输结构彼此之间的距离，进而改善差动讯号之间的电容性耦合以及串音干扰的问题。

5、本实用新型是在有限的布局空间或高密度的线路布局中藉由缩小着陆垫的面积，以增加差动对讯号传输结构彼此之间的距离，进而改善差动讯号之间的电容性耦合以及串音干扰的问题。

6、本实用新型的讯号传输结构可广泛地应用在大型印刷电路板、封装基板等讯号传输的设计上。

综上所述，本实用新型特殊结构的讯号传输结构，具有较佳的阻抗匹配，以便于改善讯号的传输品质。本实用新型的讯号传输结构，可于有限的布局空间中增加差动对讯号传输结构之间的距离，以便于降低差动讯号之间的电磁耦合，进而减少串音干扰。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的讯号传输结构具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有习知一种线路基板的剖面示意图。

图2是本实用新型一较佳实施例的一种线路基板的剖面示意图。

图3A是本实用新型一较佳实施例的一种差动对讯号传输结构的立体示意图。

图3B是图3A的差动对讯号传输结构的剖面示意图。

100：线路基板 110：叠合层

120：上层线路结构 122：连接垫

124、126：着陆垫 123、125：导电孔道

130：核心层 130a、130b：上表面、下表面

132、136：贯孔 134、138：导电壁

140：下层线路结构 142：连接垫

144、146：着陆垫 143、145：导电孔道

150：介电材质 200：线路基板

210：叠合层 220：上层线路结构

222：连接垫 224、226：着陆垫

223、225：导电孔道 230：核心层

230a、230b：上表面、下表面 232：贯孔

234：导电壁 240：下层线路结构

242：连接垫 244、246：着陆垫

243、245：导电孔道 250：介电材质

300a、300b：讯号传输结构 302：第一线路

304：第二线路 323、325：第一导电孔道

322：连接垫 324、326：第一着陆垫

332、336：贯孔 334、338：导电壁

342：连接垫 344、346：第二着陆垫

343、345：第二导电孔道

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的讯号传输结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图2是本实用新型的一较佳实施例的一种线路基板的剖面示意图。以六层相叠合的图案化线路层与介电层为例，线路基板200具有一叠合层210，其包括一上层线路结构220、一核心层230以及一下层线路结构240。其中，上层线路结构220是由核心层230上方的多个图案化线路层与至少一介电层所依序交互堆叠而成，且每一层的着陆垫(via land)224、226之间藉由一导电孔道225而彼此电性连接。此外，下层线路结构240是由核心层230下方的多个图案化线路层与至少一介电层所依序堆叠而成，且每一图案化线路层的着陆垫244、246之间同样藉由一导电孔道245而彼此电性连接。另外，核心层230具有多数个贯孔232，其连通于核心层230的上表面230a与下表面230b，且每一贯孔232的内壁上未完全覆盖一导电壁234，以将上层线路结构220电性连接至下层线路结构240。再者，可填入一介电材质250于贯孔232与导电壁234的中空部分。

值得注意的是，导电壁234仅覆盖于核心层230的一贯孔232的局部内壁面，而非完全覆盖于贯孔232的所有内壁面，其结构大致上呈一半圆弧的导电壁或是呈一C形的导电壁，且此特征贯孔232内仅有单一导电壁234，用以传输单一讯号。因此，在贯孔232的孔径不变之下，藉由缩小贯孔232内壁上的导电壁234的横向截面积，使其趋近于上层线路结构220与下层线路结构240的特性阻抗，以使导电壁234与上层线路结构220的着陆垫226、下层线路结构240的着陆垫246之间具有较为连续的特性阻抗值，进而在传输讯号的过程中改善讯号的阻抗不匹配的问题。

上述实施例中，虽以贯穿单一介电材质所形成的核心层230的贯孔232为例，然亦可以贯穿至少一介电层与多层图案化线路层的贯孔(图中未示)取代其，意即核心层230可仅包括单一介电层，或可包括多层图案化线路层及至少一配置于这些图案化线路层之间的介电层。此外，上述实施例中，上层线路结构220亦可为单一层图案化线路层，且下层线路结构240亦可为单一层图案化线路层，用以电性连接外部电子装置，例如是晶片或印刷电路板。

同样请参阅图2所示，在上层线路结构220与下层线路结构240中，二着陆垫226、246分别配置于以介电材质或多层结构所形成的核心层230的上表面230a与下表面230b，并暴露出核心层230的一贯孔232的两端的一部份区域。此外，二着陆垫226、246可藉由上述非圆形的中空柱形导电壁234而彼此电性连接。因此，上层线路结构220的一讯号线路上的讯号可依序藉由连接垫222、导电孔道223、225与着陆垫224、226向下传递，并通过核心层230的贯孔232内的导电壁234，再依序藉由下层线路结构240中的着陆垫246、244、导电孔道243、245与连接垫242而传递至外界，以构成二元件或二端点(图中未示)之间的讯号传输路径。

值得注意的是，由于二着陆垫226、246非完全覆盖在贯孔232两端，而是局部地覆盖于贯孔232两端的部分区域上，使其趋近于讯号线路的特性阻抗。因此，当讯号经过小面积设计的二着陆垫226、246时，由于二着陆垫226、246与讯号线路之间具有较为连续的特性阻抗值，可避免讯号通过大面积的着陆垫226、246时所产生高阻抗的变异效应，进而改善上层线路结构220与下层线路结构240的阻抗不匹配的问题。

图3A是本实用新型一较佳实施例的一种差动对讯号传输结构的立体示意图，而图3B则绘示图3A的差动对讯号传输结构的剖面示意图。请参阅图3A及图3B所示，讯号传输结构300a主要是由多个第一导电孔道323、325、多个第一着陆垫324、326以及一导电壁334所构成。其中，第一导电孔道323、325连接于相邻的第一着陆垫324、326之间，且第一着陆垫326覆盖于贯孔332(以虚线表示)的一端的部分区域。此外，导电壁334仅形成在一贯孔332的局部内壁上，其结构大致上呈一半圆弧的导电壁或呈一C形的导电壁，且导电壁334可藉由第一导电孔道323、325而与第一着陆垫322、324、326电性连接，以构成一讯号传输结构300a。另外，另一讯号传输结构300b与上述的讯号传输结构300a相同，以构成一差动对讯号传输结构，且相同的构件以相同的标号表示，其结构与功效相同，在此不再赘述。

在本实施例中，讯号传输结构300a例如更包括多个第二导电孔道343、345以及多个第二着陆垫344、346。其中，第二导电孔道343、345分别连接于相邻的第二着陆垫344、346之间，且第二着陆垫346覆盖于贯孔332的另一端的部分区域。此外，导电壁334还可藉由第二导电孔道343、345而与第二着陆垫342、344、346电性连接。另外，讯号传输结构300a例如还具有一第一线路302以及一第二线路304，其可分别配置于上层线路结构与下层线路结构的最外层，且第一线路302及第二线路304更分别藉由连接垫322、342来电性连接于导电孔道323、343，以作为电性连接电子元件的讯号线路。

承上所述，上层线路结构中的一对差动讯号(differential signals)可分别依序藉由二讯号传输结构300a、300b而传递至下层线路结构。而差动讯号的特征阻抗的等效近似公式为

Z = \sqrt{\frac{L_{s} - L_{m}}{C_{s} + C_{m}}}

Z：差动讯号的特征阻抗

L_s：讯号传输导线的等效电感

C_s：相对接地端的电容

L_m：差动讯号的间的电感性耦合

C_m：差动讯号的间的电容性耦合。

在差动讯号行经此对讯号传输结构300a、300b时，由于相邻二导电壁334、338仅分别位于第一贯孔332与第二贯孔336的相对远离的内壁面上，两者距离变宽，因此可有效地降低差动讯号之间的电容性耦合C_m及串音干扰，以提升差动讯号的特征阻抗Z，进而降低差动讯号因阻抗不匹配所造成的讯号反射及损耗，以便于达成阻抗匹配的目的。

此外，在本实施例中，还可以藉由缩小第一着陆垫326或缩小第二着陆垫346的面积，以使第一着陆垫326与第二着陆垫346之间相对远离，以减少两相邻讯号之间的电容效应，进而降低差动讯号之间的电容性耦合C_m，以提升差动讯号的特征阻抗Z。因此，在高速及高频的讯号传递上，特性阻抗可趋近于原先设计的阻抗值，而差动对讯号传输结构的返回损耗也比传统设计的差动对改善约10dB左右。同时，高频下可用的工作频宽范围增加，亦能维持在较佳的讯号传输品质。

由上述的说明可知，本实用新型因采用小面积设计的着陆垫以及非圆形的导电壁来改善讯号传递路径的特性阻抗不匹配的现象。因此，当讯号在二着陆垫与导电壁之间传递时，可具有较为连续的阻抗，进而改善讯号传输过程中因讯号传递路径的阻抗不匹配所造成讯号反射的问题，以便于提高讯号的传输品质。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1、一种讯号传输结构，是贯穿一多层线路板的一核心层的一贯孔，该核心层具有一上表面、一下表面，且该贯孔连通于该上表面与该下表面之间，其特征在于该讯号传输结构包括：

一第一导电孔道；

一第一着陆垫，连接在该第一导电孔道的一端，且该第一着陆垫位于该核心层的该上表面，并覆盖该贯孔的一端；以及

一导电壁，仅位于该贯孔的局部内壁上，且该导电壁藉由该第一着陆垫与该第一导电孔道电性连接。

2、根据权利要求1所述的讯号传输结构，其特征在于其中所述的贯孔仅有单一该导电壁，用以传输单一讯号。

3、根据权利要求1所述的讯号传输结构，其特征在于其中所述的第一着陆垫对应暴露出该贯孔的一端的一部分区域。

4、根据权利要求1所述的讯号传输结构，其特征在于更包括至少一第二导电孔道以及至少一第二着陆垫，其中该第二着陆垫连接于该第二导电孔道的一端，且该第二着陆垫位于该核心层的该下表面，并覆盖该贯孔的另一端。

5、根据权利要求4所述的讯号传输结构，其特征在于其中所述的第二着陆垫对应暴露出该贯孔的另一端的一部分区域。

6、根据权利要求1所述的讯号传输结构，其特征在于更包括一第一线路，位于该核心层的一侧，且该第一线路藉由该第一导电孔道与该第一着陆垫电性连接。

7、根据权利要求4所述的讯号传输结构，其特征在于更包括一第二线路，位于该核心层的另一侧，且该第二线路藉由该第二导电孔道与该些第二着陆垫电性连接。

8、根据权利要求1所述的讯号传输结构，其特征在于其中所述的导电壁是为一半圆弧的导电壁。

9、根据权利要求1所述的讯号传输结构，其特征在于其中所述的导电壁是为一C形的导电壁。