DE112011101471T5

DE112011101471T5 - Leiterplatte mit durch leitfähige Durchkontaktierungen verbundenen Schichten

Info

Publication number: DE112011101471T5
Application number: DE112011101471T
Authority: DE
Inventors: Nam Huu Pham; Terence Rodrigues; Bhyrav Murthy Mutnury
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Lenovo Enterprise Solutions Singapore Pte Ltd
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2013-03-07
Also published as: US8542494B2; CN102860140A; US20110267783A1; GB2493681B; GB2493681A; US20130248236A1; WO2011134902A1; US9119334B2; CN102860140B; GB201221450D0

Abstract

Eine Leiterplatte beinhaltet Schichten, ein Paar von Durchkontaktierungen, die mit leitfähigem Material gefüllt sind und sich durch die Schichten erstrecken, erste und zweite Paare von leitfähigen Signalpfaden sowie Löcher, die sich zumindest teilweise durch die Schichten erstrecken und zwischen dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet sind. Das erste Paar von leitfähigen Pfaden ist mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb einer ersten Schicht verbunden; das zweite Paar von leitfähigen Pfaden ist mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb einer zweiten Schicht verbunden. Das Paar von Durchkontaktierungen weist ein Paar von Durchkontaktierungsüberständen auf, die zwischen der zweiten Schicht und einer unteren Schicht festgelegt sind. Ein differenzielles Signal ist zwischen den ersten und zweiten Paaren leitfähiger Signalpfade über das Paar von Durchkontaktierungen zu übertragen. Die Löcher weisen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Schichten auf, um eine Resonanzfrequenz des Paares von Durchkontaktierungsüberständen auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals zu erhöhen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein eine Leiterplatte, die mit leitfähigem Material gefüllte Durchkontaktierungen besitzt, die dazu dienen, unterschiedliche Lagen der Leiterplatte zu verbinden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Komplexe Leiterplatten können eine Anzahl verschiedener Schichten aufweisen. Üblicherweise beinhalten die Schichten Signalschichten und Stromversorgungs-/Masseschichten, wobei es sich bei jeder Stromversorgungs-/Masseschicht um eine Stromversorgungsschicht oder eine Masseschicht handelt. Die Signalschichten wechseln sich im Allgemeinen mit den Stromversorgungs-/Masseschichten ab, so dass keine zwei Signalschichten einander unmittelbar benachbart sind und keine zwei Stromversorgungs/Masseschichten einander unmittelbar benachbart sind. Um zwei Signalschichten zu verbinden, können Durchkontaktierungen verwendet werden, die sich durch die Schichten erstrecken und mit einem leitfähigen Material gefüllt sind. Jede derartige Signalschicht ist elektrisch mit den Durchkontaktierungen verbunden, so dass die zwei Signalschichten elektrisch miteinander verbunden werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hinsichtlich eines ersten Aspekts umfasst die Erfindung eine Leiterplatte, die eine Vielzahl von Schichten umfasst, die eine erste Schicht, eine zweite Schicht unter der ersten Schicht und eine untere Schicht umfassen. Die Leiterplatte umfasst ein Paar von Durchkontaktierungen, die mit einem leitfähigen Material gefüllt sind und sich durch die Schichten erstrecken. Das Paar von Durchkontaktierungen weist ein Paar von Durchkontaktierungsüberständen auf. Die Leiterplatte umfasst ein erstes Paar von leitfähigen Signalpfaden, die mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der ersten Schicht verbunden sind, und ein zweites Paar von leitfähigen Signalpfaden, die mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der zweiten Schicht verbunden sind. Somit ist das Paar von Durchkontaktierungsüberständen zwischen der zweiten Schicht und der unteren Schicht festgelegt. Ein differenzielles Signal, das eine Frequenz besitzt, ist zwischen dem ersten Paar leitfähiger Signalpfade und dem zweiten Paar leitfähiger Signalpfade über das Paar von Durchkontaktierungen zu übertragen. Es wird ein Mittel zum Erhöhen der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals bereitgestellt.
Vorzugsweise umfasst das Mittel ein oder mehrere Löcher, die sich zumindest teilweise durch die Schichten erstrecken und zwischen dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet sind. Die Löcher weisen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Schichten auf, um eine Resonanzfrequenz des Paares von Durchkontaktierungsüberständen auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals zu erhöhen.
Vorzugsweise erstrecken sich die Löcher vollständig durch die Schichten.
Vorzugsweise sind die Löcher nicht mit Material gefüllt, so dass sich Umgebungsluft innerhalb der Löcher befindet.
Vorzugsweise weist jedes der Löcher einen Radius auf, der kleiner ist als der Radius jeder Durchkontaktierung.
Vorzugsweise sind die Löcher entlang einer Linie zwischen Mittelpunkten des Paares von Durchkontaktierungen angeordnet.
Vorzugsweise umfassen die Löcher eine Vielzahl von ersten Löchern, die entlang einer ersten Kurve um eine erste Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Löchern, die entlang einer zweiten Kurve um eine zweite Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen angeordnet sind.
Vorzugsweise handelt es sich bei jedem Durchkontaktierungsüberstand um eine Übertragungsleitungsantenne, welche die Resonanzfrequenz besitzt.
Vorzugsweise umfasst die Leiterplatte weiterhin Folgendes: ein Paar von Anti-Kontaktflächen, das zum Paar von Durchkontaktierungen konzentrisch angeordnet ist und sich durch die Schichten erstreckt; ein erstes Paar von Kontaktflächen, das auf der ersten Schicht und konzentrisch zu dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet ist und mit diesem in Kontakt steht, wobei das erste Paar von Kontaktflächen das erste Paar von leitfähigen Signalpfaden mit dem Paar von Durchkontaktierungen verbindet, wobei das erste Paar von leitfähigen Signalpfaden das Paar von Anti-Kontaktflächen kreuzt; und ein zweites Paar von Kontaktflächen, das auf der zweiten Schicht und konzentrisch zu dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet ist und mit diesem in Kontakt steht, wobei das zweite Paar von Kontaktflächen das zweite Paar von leitfähigen Signalpfaden mit dem Paar von Durchkontaktierungen verbindet und das erste Paar von leitfähigen Signalpfaden das Paar von Anti-Kontaktflächen kreuzt, wobei jede Kontaktfläche einen Radius besitzt, der kleiner als ein Radius jeder Anti-Kontaktfläche ist.
Vorzugsweise umfasst die Vielzahl von Schichten eine Vielzahl von Signalschichten und eine Vielzahl von Stromversorgungs-/Masseschichten, wobei die Signalschichten und die Stromversorgungs-/Masseschichten abwechselnd angeordnet sind, so dass keine zwei Signalschichten einander unmittelbar benachbart sind und keine zwei Stromversorgungs-/Masseschichten einander unmittelbar benachbart sind, wobei es sich bei der ersten Schicht und der zweiten Schicht jeweils um eine der Signalschichten handelt, und wobei es sich bei jeder Stromversorgungs-/Masseschicht entweder um eine Stromversorgungsschicht oder um eine Masseschicht handelt.
Hinsichtlich eines zweiten Aspekts umfasst die Erfindung ein Verfahren, welches das Bereitstellen einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von Schichten, einem Paar von Durchkontaktierungen, die mit einem leitfähigen Material gefüllt sind und sich durch die Schichten erstrecken, einem ersten Paar leitfähiger Signalpfade und einem zweiten Paar leitfähiger Signalpfade umfasst. Die Schichten umfassen eine erste Schicht, eine zweite Schicht unter der ersten Schicht und eine untere Schicht. Das erste Paar von leitfähigen Pfaden ist mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der ersten Schicht verbunden, und das zweite Paar von leitfähigen Pfaden ist mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der zweiten Schicht verbunden. Das Paar von Durchkontaktierungen weist ein Paar von Durchkontaktierungsüberständen auf, die zwischen der zweiten Schicht und der unteren Schicht festgelegt sind. Ein differenzielles Signal ist zwischen dem ersten Paar leitfähiger Signalpfade und dem zweiten Paar leitfähiger Signalpfade über das Paar von Durchkontaktierungen zu übertragen. Das Verfahren umfasst ein Formen eines oder mehrerer Löcher, die sich zumindest teilweise durch die Schichten erstrecken und zwischen dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet sind. Die Löcher weisen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Schichten auf, um eine Resonanzfrequenz des Paares von Durchkontaktierungsüberständen auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals zu erhöhen.
Vorzugsweise umfasst das Formen der Löcher ein Laserbohren der Löcher.
Vorzugsweise erstrecken sich die Löcher vollständig durch die Schichten.
Vorzugsweise sind die Löcher nicht mit Material gefüllt, so dass sich Umgebungsluft innerhalb der Löcher befindet.
Vorzugsweise weist jedes der Löcher einen Radius auf, der kleiner ist als der Radius jeder Durchkontaktierung.
Vorzugsweise sind die Löcher entlang einer Linie zwischen Mittelpunkten des Paares von Durchkontaktierungen angeordnet.
Vorzugsweise umfassen die Löcher eine Vielzahl von ersten Löchern, die entlang einer ersten Kurve um eine erste Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Löchern, die entlang einer zweiten Kurve um eine zweite Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen angeordnet sind.
Vorzugsweise handelt es sich bei jedem Durchkontaktierungsüberstand um eine Übertragungsleitungsantenne, welche die Resonanzfrequenz aufweist.
Hinsichtlich eines dritten Aspekts umfasst die Erfindung eine elektronische Einheit, die ein oder mehrere elektrische Bauteile umfasst, und eine Leiterplatte des ersten Aspekts der Erfindung, auf, an oder innerhalb derer jedes elektrische Bauteil montiert ist.
Hinsichtlich eines vierten Aspekts betrifft die Erfindung eine Leiterplatte mit Durchkontaktierungen, die mit leitfähigem Material gefüllt sind, um verschiedene Schichten der Leiterplatte zu verbinden, wobei die Leiterplatte Löcher mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als diejenige der Schichten aufweist, um eine Resonanzfrequenz sich ergebender Durchkontaktierungsüberstände auf Werte außerhalb der Frequenz eines zwischen den verschiedenen Schichten übertragenen differenziellen Signals zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird in lediglich beispielhafter Weise eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Abbildung einer Draufsicht einer Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Abbildung einer Querschnittsvorderansicht der Leiterplatte von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Abbildung einer Querschnittsdraufsicht der Leiterplatte der 1 und 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Abbildung eines Schaubildes zeigt, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wie ein Verringern der Dielektrizitätskonstante einer Leiterplatte in der Nähe von Durchkontaktierungen der Platte die Resonanzfrequenz erhöht, bei der die Signalabschwächung maximal ist;
5 eine Abbildung einer Draufsicht einer Leiterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 einen Ablaufplan eines rudimentären Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ein Blockschaltbild einer stellvertretenden elektronischen Einheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung wird Bezug auf die angehängten Zeichnungen genommen, die Teil hiervon sind und in denen in lediglich veranschaulichender Weise spezifische beispielhafte Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann.
Wie im Abschnitt über den Hintergrund festgehalten wurde, können zwei Signalschichten einer mehrlagigen Leiterplatte mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden werden, die sich durch die Schichten erstrecken und mit einem leitfähigen Material gefüllt sind. Jede derartige Schicht ist elektrisch mit den Durchkontaktierungen verbunden, so dass die zwei Signalschichten elektrisch miteinander verbunden werden. Zum Beispiel kann eine erste Signalschicht die obere Schicht der Leiterplatte bilden, und eine zweite Signalschicht kann eine Schicht unterhalb der oberen Schicht jedoch oberhalb der unteren Schicht der Leiterplatte bilden. Das elektrische Verbinden sowohl der ersten Signalschicht als auch der zweiten Signalschicht mit den Durchkontaktierungen führt dazu, dass diese beiden Signalschichten elektrisch miteinander verbunden werden.
In diesem Beispiel kann ein differenzielles Signal, das eine Frequenz aufweist, zwischen Signalpfaden auf der ersten Signalschicht und Signalpfaden auf der zweiten Signalschicht übertragen werden. Um hohe Leistung sicherzustellen, ist die Frequenz, bei der das differenzielle Signal übertragen wird, relativ hoch und kann beispielsweise mehr als 5 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) betragen. Aus der Verwendung der Durchkontaktierungen, um die erste und die zweite Signalschicht elektrisch miteinander zu verbinden, entsteht jedoch ein potenzielles Problem.
Genauer erstrecken sich in diesem Beispiel die Durchkontaktierungen durch alle Schichten der Leiterplatte, während sich die zweite Signalschicht oberhalb der unteren Schicht der Leiterplatte befindet. Die Bereiche der Durchkontaktierungen zwischen der ersten Signalschicht und der zweiten Signalschicht werden aktiv dazu verwendet, die erste und die zweite Signalschicht elektrisch miteinander zu verbinden. Die Bereiche der Durchkontaktierungen unterhalb der zweiten Signalschicht – d. h. zwischen der zweiten Signalschicht und der unteren Signalschicht – hingegen nicht. Diese letztgenannten Bereiche der Durchkontaktierungen werden als Durchkontaktierungsüberstände bezeichnet.
Die Durchkontaktierungsüberstände fungieren als Übertragungsleitungsantennen und besitzen eine Resonanzfrequenz. Bei der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände wird das differenzielle Signal, das zwischen den Signalpfaden auf der ersten Signalschicht und den Signalpfaden auf der zweiten Signalschicht übertragen wird, stark abgeschwächt, zum Beispiel um drei bis zehn Dezibel oder mehr. Für niedrigfrequente differenzielle Signale stellt dies kein großes Problem dar, da die differenziellen Signale bei Frequenzen übertragen werden, die deutlich niedriger sind als die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände. Für hochfrequente differenzielle Signale hingegen, die mit wachsenden Leistungsspezifikationen immer verbreiteter werden, wird dies zu einem Problem, da die differenziellen Signale bei Frequenzen nahe an oder bei der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände übertragen werden.
Eine herkömmliche Lösung für dieses Problem stellt das Hinterbohren der Leiterplatte an den Durchkontaktierungen dar, um die Durchkontaktierungsüberstände auszubohren, so dass die Durchkontaktierungsüberstände in ihrer Länge verkürzt oder vollständig entfernt werden. Das Hinterbohren erfordert jedoch üblicherweise teure und spezielle Ausrüstung und erfordert weiterhin, dass das Hinterbohren präzise über den Durchkontaktierungen positioniert wird. Daher ist der Prozess des Hinterbohrens teuer und zeitaufwändig.
Ausführungsformen der Erfindung hingegen gehen dieses Problem aus einer anderen Richtung an. Die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände verhält sich umgekehrt proportional zur Dielektrizitätskonstante der Schichten der Leiterplatte um die Durchkontaktierungen. Daher wird in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Dielektrizitätskonstante verringert, was dazu dient, die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände zu erhöhen. Durch Erhöhen der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals sind die Abschwächungseffekte der Durchkontaktierungsüberstände nicht länger problematisch.
Genauer wird in einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise durch Laserbohren eine Anzahl von Löchern gebildet, die sich zumindest teilweise durch die Schichten der Leiterplatte erstrecken. Die Löcher weisen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante auf als die Schichten der Leiterplatte. Somit wird die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals erhöht. Auf diese Weise werden in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Durchkontaktierungsüberstände nicht wie beim Stand der Technik entfernt, um ihre schädliche Wirkung zu vermeiden, sondern vielmehr wird die Resonanzfrequenz, bei der diese schädlichen Effekte auftreten, erhöht, so dass sie nicht in Erscheinung treten.
Die 1, 2 und 3 zeigen eine Leiterplatte 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 1 zeigt eine Draufsicht der Leiterplatte 100, und 2 zeigt eine Vorderansicht der Leiterplatte 100 im Querschnitt entlang der Schnittlinie 102 von 1. 3 zeigt eine Draufsicht der Leiterplatte 100 im Querschnitt entlang der Schnittlinie 124 von 2. Die Leiterplatte 100 beinhaltet Signalschichten 104A, 104B, 104C, 104D und 104E, die insgesamt als die Signalschichten 104 bezeichnet werden, sowie Stromversorgungs-/Masseschichten 106A, 106B, 106C und 106D, die insgesamt als die Stromversorgungs-/Masseschichten 106 bezeichnet werden. Es kann eine andere Anzahl von Signalschichten 104 als in 2 abgebildet vorhanden sein, und gleichermaßen kann eine andere Anzahl von Stromversorgungs-/Masseschichten 106 als in 2 abgebildet vorhanden sein.
Die Signalschichten 104 wechseln sich mit den Stromversorgungs-/Masseschichten 106 ab. Dies bedeutet, dass keine zwei Signalschichten 104 einander unmittelbar benachbart sind, und dass keine zwei Stromversorgungs-/Masseschichten 106 einander unmittelbar benachbart sind. Jede Signalschicht 104 kann mit einem oder mehreren elektronischen Bauteilen verbunden sein, die innerhalb oder auf der Signalschicht 104 montiert sind. Bei jeder Stromversorgungs-/Masseschicht 106 handelt es sich um eine Stromversorgungsschicht oder um eine Masseschicht. Jede Masseschicht ist mit einer relativen oder absoluten Masse verbunden. Jede Stromversorgungsschicht ist mit derselben oder einer anderen Stromquelle verbunden.
Durchkontaktierungen 108A und 108B, die insgesamt als die Durchkontaktierungen 108 bezeichnet werden, erstrecken sich vollständig durch die Schichten 104 und 106 der Leiterplatte 100. Die Durchkontaktierungen 108 sind mit einem leitfähigen Material gefüllt. In der Schicht 104A sind Kontaktflächen 110A und 110B vorhanden, die insgesamt als die Kontaktflächen 110 bezeichnet werden, welche konzentrisch zu den Durchkontaktierungen 108 angeordnet sind und mit diesen in Kontakt stehen. Die Kontaktflächen 110 verbinden leitfähige Signalpfade 114A und 114B, die insgesamt als die leitfähigen Signalpfade 114 bezeichnet werden, mit den Durchkontaktierungen 108. In der Schicht 104C sind Kontaktflächen 116A und 116B vorhanden, die insgesamt als die Kontaktflächen 116 bezeichnet werden, welche konzentrisch zu den Durchkontaktierungen 108 angeordnet sind und mit diesen in Kontakt stehen. Die Kontaktflächen 116 verbinden leitfähige Signalpfade 118A und 118B, die insgesamt als die leitfähigen Signalpfade 118 bezeichnet werden, mit den Durchkontaktierungen 108.
Anti-Kontaktflächen 112, die konzentrisch zu den Durchkontaktierungen 108 angeordnet sind und die Kontaktflächen 110 und 116 umgeben, erstrecken sich vollständig durch die Schichten 104 und 106 der Leiterplatte 100. Die Anti-Kontaktflächen 112 sind nicht mit Material gefüllt, so dass sich Umgebungsluft innerhalb der Anti-Kontaktflächen 112 befindet. Die Anti-Kontaktflächen 112 isolieren die Durchkontaktierungen 108 elektrisch von den Schichten 104 und 106, welche keine leitfähigen Signalpfade wie die leitfähigen Signalpfade 114 und 118 der Schichten 104A und 104C beinhalten, um die fraglichen Schichten 104 und 106 mit den Durchkontaktierungen 108 zu verbinden. Somit kreuzen die leitfähigen Signalpfade 114 und 118 die Anti-Kontaktflächen 112, um mit den Kontaktflächen 110 bzw. 116 eine Verbindung herzustellen. Jede Kontaktfläche 110 und 116 weist einen Radius auf, der kleiner als der Radius jeder Anti-Kontaktfläche 112 ist.
Die leitfähigen Signalpfade 114 und die leitfähigen Signalpfade 118 sind somit mit den Durchkontaktierungen 108 verbunden. Ein differenzielles Signal, das eine Frequenz aufweist, wird zwischen den leitfähigen Signalpfaden 114 der Schicht 104A und den leitfähigen Signalpfaden 118 der Schicht 104C mithilfe der Durchkontaktierungen 108 übertragen. Wie aus 2 in beispielhaftem Bezug auf die leitfähigen Signalpfade 114A und 118A und die Durchkontaktierung 108A erkennbar ist, werden die Durchkontaktierungen 108 zwischen den Schichten 104A und 104C aktiv dazu verwendet, die Signalpfade 114 innerhalb der Schicht 104A elektrisch mit den Signalpfaden 118 innerhalb der Schicht 104C zu verbinden, die sich unterhalb der Schicht 104A befindet.
Die Durchkontaktierungen 108 erstrecken sich jedoch durch alle Schichten 104. Somit gibt es sich von der Schicht 104C zur unteren Schicht 104E erstreckende Bereiche der Durchkontaktierungen 108, die nicht aktiv dazu verwendet werden, die Signalpfade 114 innerhalb der Schicht 104A elektrisch mit den Signalpfaden 118 innerhalb der Schicht 104C zu verbinden. Diese Bereiche der Durchkontaktierungen 108 werden als Durchkontaktierungsüberstände bezeichnet. Es gibt zwei Durchkontaktierungsüberstände, da jede Durchkontaktierung 108 einen Durchkontaktierungsüberstand aufweist; in 2 ist jedoch nur ein Durchkontaktierungsüberstand 122, der Teil der Durchkontaktierung 108A ist, abgebildet und mit einer Bezugsziffer versehen. Dies bedeutet, dass der Durchkontaktierungsüberstand, der Teil der Durchkontaktierung 108B ist, in 2 nicht abgebildet ist. Nichtsdestoweniger wird hierin die Nomenklatur „Durchkontaktierungsüberstände 122” verwendet, um sowohl auf den sichtbaren Durchkontaktierungsüberstand 122 der Durchkontaktierung 108A in 2 als auch auf den nicht sichtbaren Durchkontaktierungsüberstand 122 der Durchkontaktierung 108B in 2 Bezug zu nehmen.
Die Durchkontaktierungsüberstände 122 fungieren als Übertragungsleitungsantennen, die eine Resonanzfrequenz besitzen. Bei der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122, wird das zwischen den leitfähigen Signalpfaden 114 und 118 übertragene differenzielle Signal abgeschwächt. Um sicherzustellen, dass das differenzielle Signal nicht auf diese Weise abgeschwächt wird, enthält die Leiterplatte 100 Löcher 120, die sich zumindest teilweise durch die Schichten 104 und 106 erstrecken und zwischen den Durchkontaktierungen 108 angeordnet sind. Die Löcher 120 weisen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante auf als die Schichten 104 und 106. Da sich die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 umgekehrt proportional zur Dielektrizitätskonstante der Schichten 104 und 106 um die Durchkontaktierungen 108 verhält, erhöht das Vorhandensein der Löcher 120 die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122.
Die Anzahl und Ausbildung der Löcher 120 wird so festgelegt, dass die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 hinreichend auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals angehoben wird, so dass das differenzielle Signal nicht abgeschwächt wird. In dieser Hinsicht kann eine geeignete Modellierungs- und Simulationssoftware verwendet werden, um die Anzahl und Ausbildung der Löcher 120 zu bestimmen. Im Beispiel der 1 und 3 sind vier Löcher 120 vorhanden, die entlang einer Linie zwischen Mittelpunkten der Durchkontaktierungen 108 angeordnet sind.
Die Löcher 120 dienen innerhalb der Leiterplatte 100 keinem anderen Zweck als demjenigen, die Dielektrizitätskonstante der Schichten 104 und 106 um die Durchkontaktierungen 108 herum zu senken und damit die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 zu erhöhen. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Löcher 120 vollständig durch die Schichten 104 und 106, im Allgemeinen erstrecken sich die Löcher jedoch zumindest teilweise durch die Schichten 104 und 106. In einer Ausführungsform weisen die Löcher 120 einen Radius auf, der kleiner ist als der Radius jeder Durchkontaktierung 108.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Löcher 120 nicht mit Material gefüllt, so dass sich Umgebungsluft innerhalb der Löcher 120 befindet. Umgebungsluft besitzt eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als allgemein jedes Material, aus dem die Schichten 104 und 106 geeignet hergestellt werden können. In einer anderen Ausführungsform sind die Löcher 120 jedoch mit einem Material gefüllt, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante besitzt als das Material, aus dem die Schichten 104 und 106 hergestellt sind. Im Allgemeinen dienen die Löcher als Mittel zum Durchführen der Funktion des Erhöhens der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals.
4 zeigt ein Schaubild 400, in dem darstellt ist, wie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Senken der Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte 100 in der Nähe der Durchkontaktierungen 108 die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 senkt, bei der eine Abschwächung des zwischen den leitfähigen Signalpfaden 114 und 118 übertragenen differenziellen Signals auftritt. Auf der x-Achse 402 ist links bei null Hz beginnend und von links nach rechts auf zum Beispiel 10 × 10⁹ Hz (10 GHz) ansteigend die Frequenz in Hertz (Hz) aufgetragen. Auf der y-Achse 404 ist die Verstärkung in Dezibel (dB) aufgetragen, die oben bei null Dezibel beginnt und von oben nach unten abnimmt.
Die im Schaubild 400 abgebildeten Kurven stellen die von den Durchkontaktierungen 108 herrührende Verstärkung des differentiellen Signals in dB dar. Der niedrigste Punkt jeder Kurve liegt in der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 der Durchkontaktierungen 108. Die Abschwächung des differenziellen Signals ist bei der Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände maximal, da die von den Durchkontaktierungen 108 herrührende Verstärkung bei dieser Resonanzfrequenz am niedrigsten ist. Da die Dielektrizitätskonstante der Schichten 104 und 106 der Leiterplatte 100 in der Nähe der Durchkontaktierungen 108 gesenkt wird, erhöht sich die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122. Dadurch kann die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 auf eine Frequenz außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals abgesenkt werden, so dass die Abschwächung des differenziellen Signals durch ein hinreichendes Absenken der Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte 100 in der Nähe der Durchkontaktierungen 108 verringert oder minimiert wird.
5 zeigt eine Draufsicht der Leiterplatte 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In 5 sind die Löcher 120 verglichen mit den Löchern 120 in den 1 und 3 in einer anderen Ausbildung angeordnet. Genauer sind einige Löcher 120 entlang einer Kurve um die Durchkontaktierung 108A herum positioniert. Andere Löcher 120 sind entlang einer Kurve um die Durchkontaktierung 108B herum positioniert. 5 veranschaulicht somit, dass die Gestaltung der Löcher 120 variiert werden kann, um die Dielektrizitätskonstante der Schichten 104 und 106 in der Nähe der Durchkontaktierungen 108 zu senken, um die Resonanzfrequenz der Durchkontaktierungsüberstände 122 auf Werte außerhalb der Frequenz des zwischen den leitfähigen Signalpfaden 114 und 118 übertragenen differenziellen Signals zu erhöhen.
6 zeigt ein rudimentäres Herstellungsverfahren 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Leiterplatte 100 wird bereitgestellt (602). Die Löcher 120 werden zumindest teilweise durch die Schichten 104 und 106 der Leiterplatte 100 ausgebildet (604). In einer Ausführungsform kann Laserbohren verwendet werden, um die Löcher 120 innerhalb der Leiterplatte 100 auszubilden. Somit ist im Gegensatz zum Ausbohren der Durchkontaktierungsüberstände 122 durch Hinterbohren nach dem Stand der Technik kein derartiges Hinterbohren mittels teurer und spezialisierter Ausrüstung zum Ausbilden der Löcher 120 nötig. Falls gewünscht, können die Löcher 120 im Anschluss mit einem Material gefüllt werden, das ein niedrigeres Dielektrikum besitzt als das Material, aus dem die Schichten 104 und 106 hergestellt sind. Alternativ dazu können die Löcher 120 leer bleiben, so dass sich atmosphärische Umgebungsluft in den Löchern 120 befindet.
7 zeigt schließlich ein Blockschaltbild einer stellvertretenden elektronischen Einheit 700 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die elektronische Einheit 700 beinhaltet die beschriebene Leiterplatte 100 sowie ein oder mehrere elektrische Bauteile 702. Jedes elektrische Bauteil 702 ist auf, an oder innerhalb der Leiterplatte 100 montiert. Zum Beispiel kann jedes elektrische Bauteil 702 auf, an oder innerhalb einer der Schichten 104 und 106 der Leiterplatte 100 montiert sein. Zu den elektrischen Bauteilen 702 können Widerstände, Kondensatoren, Spulen, integrierte Schaltungen sowie andere Arten elektrischer Bauteile gehören. Die elektrischen Bauteile 702 sind miteinander auf der Leiterplatte 100 verbunden, um im Einklang miteinander zu arbeiten, um die elektronische Einheit 700 mit einer beabsichtigten oder gewünschten Funktionalität bereitzustellen.
Es wird schließlich festgehalten, dass, obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, für den Fachmann ersichtlich ist, dass die spezifischen gezeigten Ausführungsformen durch jede Anordnung ersetzt werden können, die für die Erfüllung desselben Zwecks in Erwägung gezogen wurde. Diese Anmeldung ist daher so gedacht, dass jegliche Variationen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abgedeckt sind. Daher und als solches ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Ansprüche und Äquivalentem eingeschränkt wird.

Claims

Leiterplatte, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Schichten, die eine erste Schicht, eine zweite Schicht unter der ersten Schicht und eine untere Schicht beinhalten; ein Paar von Durchkontaktierungen, die mit einem leitfähigen Material gefüllt sind und sich durch die Schichten erstrecken, wobei das Paar von Durchkontaktierungen ein Paar von Durchkontaktierungsüberständen aufweist; ein erstes Paar leitfähiger Signalpfade, das mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der ersten Schicht verbunden ist; ein zweites Paar leitfähiger Signalpfade, das mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der zweiten Schicht verbunden ist, so dass das Paar von Durchkontaktierungsüberständen zwischen der zweiten Schicht und der unteren Schicht festgelegt ist, wobei ein differenzielles Signal, das eine Frequenz besitzt, zwischen dem ersten Paar leitfähiger Signalpfade und dem zweiten Paar leitfähiger Signalpfade über das Paar von Durchkontaktierungen zu übertragen ist; und ein Mittel zum Erhöhen einer Resonanzfrequenz des Paares von Durchkontaktierungsüberständen auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei das Mittel ein oder mehrere Löcher umfasst, die sich zumindest teilweise durch die Schichten erstrecken und zwischen dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet sind, wobei die Löcher eine niedrigere Dielektrizitätskonstante besitzen als die Schichten, um eine Resonanzfrequenz des Paares von Durchkontaktierungsüberständen auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals zu erhöhen.
Leiterplatte nach Anspruch 2, wobei sich die Löcher vollständig durch die Schichten erstrecken.
Leiterplatte nach Anspruch 2, wobei die Löcher nicht mit Material gefüllt sind, so dass sich Umgebungsluft innerhalb der Löcher befindet.
Leiterplatte nach Anspruch 2, wobei jedes der Löcher einen Radius besitzt, der kleiner ist als ein Radius jeder Durchkontaktierung.
Leiterplatte nach Anspruch 2, wobei die Löcher entlang einer Linie zwischen Mittelpunkten des Paares von Durchkontaktierungen positioniert sind.
Leiterplatte nach Anspruch 2, wobei die Löcher Folgendes umfassen: eine Vielzahl von ersten Löchern, die entlang einer ersten Kurve um eine erste Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen herum positioniert sind; und eine Vielzahl von zweiten Löchern, die entlang einer zweiten Kurve um eine zweite Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen herum positioniert sind.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei jeder Durchkontaktierungsüberstand eine Übertragungsleitungsantenne darstellt, welche die Resonanzfrequenz besitzt.
Leiterplatte nach Anspruch 1, die weiterhin Folgendes umfasst: ein Paar von Anti-Kontaktflächen, die zu dem Paar von Durchkontaktierungen konzentrisch angeordnet sind und sich durch die Schichten erstrecken; ein erstes Paar von Kontaktflächen, das auf der ersten Schicht und konzentrisch zu dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet ist und mit diesem in Kontakt steht, wobei das erste Paar von Kontaktflächen das erste Paar von leitfähigen Signalpfaden mit dem Paar von Durchkontaktierungen verbindet, wobei das erste Paar von leitfähigen Signalpfaden das Paar von Anti-Kontaktflächen kreuzt; und ein zweites Paar von Kontaktflächen, das auf der zweiten Schicht und konzentrisch zu dem Paar von Durchkontaktierungen angeordnet ist und mit diesem in Kontakt steht, wobei das zweite Paar von Kontaktflächen das zweite Paar von leitfähigen Signalpfaden mit dem Paar von Durchkontaktierungen verbindet, wobei das erste Paar von leitfähigen Signalpfaden das Paar von Anti-Kontaktflächen kreuzt, wobei jede Kontaktfläche einen Radius besitzt, der kleiner als ein Radius jeder Anti-Kontaktfläche ist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Schichten eine Vielzahl von Signalschichten und eine Vielzahl von Stromversorgungs-/Masseschichten umfasst, wobei sich die Signalschichten mit den Stromversorgungs-/Masseschichten abwechseln, so dass keine zwei Signalschichten einander unmittelbar benachbart sind und keine zwei Stromversorgungs-/Masseschichten einander unmittelbar benachbart sind, wobei es sich bei der ersten Schicht und der zweiten Schicht jeweils um eine der Signalschichten handelt, und wobei es sich bei jeder Stromversorgungs-/Masseschicht um eine Stromversorgungsschicht oder um eine Masseschicht handelt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von Schichten, einem Paar von Durchkontaktierungen, die mit einem leitfähigen Material gefüllt sind und sich durch die Schichten erstrecken, einem ersten Paar leitfähiger Signalpfade und einem zweiten Paar leitfähiger Signalpfade; wobei die Schichten eine erste Schicht, eine zweite Schicht unter der ersten Schicht und eine untere Schicht beinhalten; wobei das erste Paar von leitfähigen Pfaden mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der ersten Schicht verbunden ist und das zweite Paar von leitfähigen Pfaden mit dem Paar von Durchkontaktierungen innerhalb der zweiten Schicht verbunden ist; wobei das Paar von Durchkontaktierungen ein Paar von Durchkontaktierungsüberständen aufweist, die zwischen der zweiten Schicht und der unteren Schicht festgelegt sind; ein differenzielles Signal, das zwischen dem ersten Paar leitfähiger Signalpfade und dem zweiten Paar leitfähiger Signalpfade über das Paar von Durchkontaktierungen zu übertragen ist; und Ausbilden eines oder mehrerer Löcher zumindest teilweise durch die Schichten und angeordnet zwischen dem Paar von Durchkontaktierungen, wobei die Löcher eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Schichten aufweisen, um eine Resonanzfrequenz des Paares von Durchkontaktierungsüberständen auf Werte außerhalb der Frequenz des differenziellen Signals zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausbilden der Löcher ein Laserbohren der Löcher umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich die Löcher vollständig durch die Schichten erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Löcher nicht mit Material gefüllt sind, so dass sich Umgebungsluft innerhalb der Löcher befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei jedes der Löcher einen Radius besitzt, der kleiner ist als ein Radius jeder Durchkontaktierung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Löcher entlang einer Linie zwischen Mittelpunkten des Paares von Durchkontaktierungen positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Löcher Folgendes umfassen: eine Vielzahl von ersten Löchern, die entlang einer ersten Kurve um eine erste Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen herum positioniert sind; und eine Vielzahl von zweiten Löchern, die entlang einer zweiten Kurve um eine zweite Durchkontaktierung des Paares von Durchkontaktierungen herum positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei jeder Durchkontaktierungsüberstand eine Übertragungsleitungsantenne darstellt, welche die Resonanzfrequenz besitzt.
Elektronische Einheit, die Folgendes umfasst: ein oder mehrere elektrische Bauteile; und eine Leiterplatte wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 beansprucht, auf, an oder innerhalb der jedes elektrische Bauteil montiert ist.