KR101842206B1 - 인쇄 회로 기판용 ｚ-방향 커패시터 컴포넌트들 - Google Patents

Abstract

인쇄 회로 기판(PCB)내에 포함된 내부 도전성 평면들에 대한 전기적 접속을 허용하면서 PCB로의 삽입을 위한 Z-방향 커패시터 컴포넌트가 제공된다. 일 실시예에서, Z-방향 커패시터 컴포넌트는 반원기둥형 금속 시트들을 활용한다. 다른 실시예에서, 적층 환형 금속 디스크들이 사용된다. Z-방향 커패시터 컴포넌트는 다른 컴포넌트들이 그 위에 실장되게 하면서 PCB의 두께 내에 실장한다. 바디는 하나 또는 그 초과의 도체들을 포함할 수도 있고 바디의 길이의 일부를 따라 연장하는 하나 또는 그 초과의 표면 채널들 또는 우물들을 포함할 수도 있다. Z-방향 컴포넌트들을 실장하는 방법들이 또한 제공된다.

Description

인쇄 회로 기판용 Ｚ-방향 커패시터 컴포넌트들{Z-DIRECTED CAPACITOR COMPONENTS FOR PRINTED CIRCUIT BOARDS}

관련 출원들에 대한 상호 참조들

본 특허 출원은 "Z-directed Components for Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,131호(대리인 사건 번호 제2008-0295.01호), "Z-directed Pass-Through Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,145호(대리인 사건 번호 제2009-0117.00호), "Z-directed Delay Line Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,188호(대리인 사건 번호 제2009-0119.00호), "Z-directed Filter Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,199호(대리인 사건 번호 제2009-0120.00호), "Z-directed Ferrite Bead Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,204호(대리인 사건 번호 제2009-0121.00호), "Z-directed Switch Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,215호(대리인 사건 번호 제2009-0122.00호), "Z-directed Connector Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,236호(대리인 사건 번호 제2009-0123.00호), 및 "Z-directed Variable Value Components For Printed Circuits Boards"이란 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12,508,248호(대리인 사건 번호 제2009-0124.00호)에 관한 것이고, 이들 각각은 2009년 7월 23일에 출원되고 모두 본 발명의 양수인에게 양도된다.

연방 정부가 후원하는 연구 또는 개발에 관한 스테이트먼트

없음.

순차적 리스트 등에 대한 참조

없음.

본 발명은 전자 컴포넌트들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 인쇄 회로 기판으로 삽입을 위한 전자 컴포넌트들 및 어셈블리의 방법들에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판("PCB")의 제조는 주로 2개의 타입의 컴포넌트들을 사용한다. 제 1 타입이 PCB에서 도금 쓰루홀로 납땜되는 금속 리드들을 사용하는 핀 쓰루홀 부품들이다. 컴포넌트의 제 2 타입은 PCB의 표면상에 놓이고 그 표면상의 패드들에 납땜함으로써 부착되는 표면 실장 부품이다. 컴포넌트들의 밀도가 증가되고 더 높은 동작 주파수들이 사용될수록, 일부 회로의 설계들은 달성하기가 매우 어려워진다. 본 발명은 컴포넌트 밀도들 및 동작 주파수들을 개선시킨다.

현재, 저항기들은 제조 공정에서 에칭 단계 이후에 2개의 구리 트레이스들 사이에 저항성 재료들을 도포함으로써 PCB의 층들 사이에 내장될 수 있다. 통상의 4층 PCB가 각각 2층 PCB들인 2개의 어셈블리들로 이루어진다. 이들은 완벽한 어셈블리가 되도록 재료와 함께 접착된다. 저항 영역이 임의의 층에 도포될 수 있어서, 내부 층들상에 저항성 엘리먼트들을 갖게 할 수 있다. 그러나, 이러한 접근방식은 시간을 더 소비하고 변화들을 구현하는 것을 어렵게 만든다. 본 발명은 적층 PCB가 어셈블링된 이후에 발생하도록 부품의 삽입을 허용함으로써 이들 어려움들을 제거한다.

깊이(D)를 갖는 실장 홀을 갖는 PCB에 실장하기 위한 Z-방향 용량성 컴포넌트는, 상면, 저면 및 측면, 길이(L), 및 PCB에서의 실장 홀에 삽입가능한 단면 형상을 갖는 절연체; 측면상의 제 1 및 제 2 전기적 도전성 채널로서, 제 1 채널이 상면 및 저면 중 하나로부터 연장하고 제 2 채널이 상면 및 저면 중 다른 하나로부터 연장하는, 상기 제 1 및 제 2 전기적 도전성 채널; 절연체내에 위치되고, 절연체의 길이를 따라 연장하고, 제 1 채널에 전기적으로 접속되며, 제 2 채널을 향해 연장하는 제 1 반원기둥형 금속 시트; 및 제 1 금속 시트와 동심으로 절연체내에 위치되고, 제 1 금속 시트의 내부에 위치되고 제 1 금속 시트로부터 실질적으로 균일하게 이격되고, 절연체의 길이를 따라 제 1 채널을 향해 연장하는 제 2 금속 반원기둥형 금속 시트를 포함하고, 제 1 및 제 2 시트들 중 일부가 서로 오버랩하고, 제 2 시트가 제 2 채널에 전기적으로 접속되며, 제 1 및 제 2 시트들이 커패시터를 형성한다. Z-방향 컴포넌트는 제 1 및 제 2 금속 시트들 사이에 위치된 유전체 재료의 반원기둥형 시트를 더 포함한다.

다른 형태에서, 깊이 D를 갖는 실장 홀을 갖는 PCB에서 실장하기 위한 Z-방향 컴포넌트는 상면, 저면, 측면, PCB에서의 실장 홀로 삽입가능한 단면 형상, 상부, 저부를 포함하는 바디를 포함한다. 또한, 바디의 상부와 저부 사이에 개재되는 복수의 지지 부재들이 제공되고, 바디의 상부 및 저부, 및 각 지지 부재는 그 에지상에 중심 개구 및 한 쌍의 반대 개구들을 갖고, 상부 및 저부 및 복수의 지지 부재들의 반대 개구들은 바디의 측면상에 한 쌍의 반대 채널들을 형성하고, 각 지지 부재는 지지 부재의 측면상에 실장된 환형 플레이트를 포함하고, 이 환형 플레이트는 지지 부재에서의 중심 개구 보다 큰 치수 및 그 환형 플레이트가 실장되는 지지 부재의 외부 치수 보다 작은 외부 치수를 갖는 중심 개구를 갖고, 환형 플레이트는 지지 부재에서의 한 쌍의 반대 개구들의 하나의 개구와 연결된다. 도체가 바디의 상면과 저면 사이에서 바디의 길이를 연장시키고, 바디의 복수의 지지 플레이트들 및 상부 및 저부의 중심 개구들을 통과하고, 한 쌍의 도전성 트레이스들로서, 바디의 상면과 저면 각각상의 하나가 그에 인접하는 도체의 단부에 전기적으로 접속되고 그로부터 바디의 에지로 연장하고, 도전성 트레이스들 및 도체는 Z-방향 컴포넌트를 통하는 신호 경로를 형성하고, 여기서, 복수의 지지 부재들은 하나의 지지 부재의 환형 플레이트가 반대 채널들 중 하나에 전기적으로 접촉하면서 다음의 지지 부재상의 환형 플레이트가 반대 채널들 중 다른 하나에 전기적으로 접촉하도록 배열된다.

다른 실시예에서, 복수의 유전체 디스크들이 지지 부재들과 인터리빙되고, 각 유전체 디스크는 그 안에 도체를 수용하는 중심 개구 및 그 에지상에 한 쌍의 반대 개구들을 갖고, 상부 및 저부, 복수의 유전체 디스크들, 및 복수의 지지 부재들의 반대 개구들은 바디의 측면상에 한 쌍의 반대 채널들을 형성한다.

다른 실시예에서, 전기 커넥터가 도체와 환형 플레이트들 중 적어도 하나 사이에 제공된다. 여기서, 바디의 상면 및 저면상의 도전성 트레이스들은 바디의 에지로 연장하지 않는다.

다른 형태에서, 깊이(D)를 갖는 실장 홀을 갖는 PCB에서 실장하기 위한 Z-방향 컴포넌트는 상면, 저면, 측면, PCB에서의 실장 홀에 삽입가능한 단면 형상, 상부, 저부, 및 바디의 상부와 저부 중간의 복수의 지지 부재들을 포함하는 바디를 포함하고, 바디의 상부 및 저부 및 각 지지 부재는 중심 개구 및 그 에지상에 한 쌍의 반대 개구들을 갖고, 상부 및 하부 및 복수의 지지 부재들의 반대 개구들은 바디의 측면상에 한 쌍의 반대 채널들을 형성한다. 각 지지 부재는 지지 부재의 표면상에 실장된 환형 플레이트를 포함하고, 환형 플레이트는 지지 부재에서의 중심 개구 보다 큰 치수 및 실장되는 지지 부재의 외부 치수 보다 작은 외부 치수를 갖는 중심 개구를 갖는다. 제 1 도체가 바디의 상면과 저면 사이에서 바디의 길이를 연장시키고, 복수의 지지 플레이트들의 중심 개구들 및 바디의 상부 및 저부를 통과하고, 한 쌍의 도전성 트레이스들로서, 바디의 상면과 저면 각각상의 하나가 그에 인접하는 제 1 도체의 단부에 전기적으로 접속되고 그로부터 바디의 에지로 연장하고, 도전성 트레이스들 및 제 1 도체는 Z-방향 컴포넌트를 통하는 단일 경로를 생성한다. 바디내에 배치된 적어도 하나의 제 2 도체가 환형 플레이트들 중 하나에 전기적으로 접속된 일단 및 바디의 측면으로 연장하는 타단을 갖는다. 지지 부재들과 인터리빙된 복수의 유전체 디스크들이 또한 제공될 수도 있고, 각 유전체 디스크는 그 안에 제 1 도체를 수용하는 중심 개구 및 그 에지상에 한 쌍의 반대 개구들을 갖고, 상부 및 하부, 복수의 유전체 디스크들, 및 복수의 지지 부재들의 반대 개구들은 바디의 측면상에 한 쌍의 반대 채널들을 형성한다.

다른 형태에서, 적어도 하나의 제 2 도체는 복수의 환형 링에 대응하는 복수의 도체들을 더 포함하고, 복수의 도체들 각각은 복수의 환형 링들 중 대응하는 하나에 전기적으로 접속되는 일단 및 바디의 측면으로 연장하는 타단을 갖고, 제 2 도체는 바디의 길이를 따라 정렬될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들의 상기 언급한 특징들 및 이점들과 다른 특징들과 이점들, 및 이들을 달성하는 방식은 첨부한 도면을 참조하여 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 Z-방향 컴포넌트의 일 실시예의 예시이다.
도 2는 도 1의 Z-방향 컴포넌트의 일 실시예를 포함하는 엘리먼트들의 내부 배열의 예시이다.
도 3a 내지 도 3f는 Z-방향 컴포넌트의 바디에 대한 다양한 형상들을 예시한다.
도 4a 내지 도 4c는 Z-방향 컴포넌트에 대한 다양한 채널 구성들을 예시한다.
도 5a 내지 도 5h는 Z-방향 컴포넌트의 바디에 대한 다양한 채널 및 도체 구성들을 예시한다.
도 6a 내지 도 6d는 Z-방향 컴포넌트의 다양한 배향 위치 또는 접속 특징들을 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 PCB의 내부 층들에 접속하기 위해 O-링들을 갖고 유사 및/또는 다른 재료들로 이루어진 영역들을 갖는 바디를 갖는 Z-방향 컴포넌트를 예시한다.
도 8은 도체와 직렬로 Z-방향 컴포넌트의 바디내에 제공될 수도 있는 저항기, 다이오드, 커패시터와 같은 다양한 엘리먼트들 또는 전자 컴포넌트들을 예시한다.
도 9는 2개의 도체들에 접속된 3-단자 트랜지스터를 갖는 Z-방향 컴포넌트를 예시한다.
도 10은 도체 및 도금 채널에 접속된 3-단자 트랜지스터를 갖는 Z-방향 컴포넌트의 다른 실시예를 예시한다.
도 11은 도 12에 도시된 PCB내에 수평 실장된 Z-방향 컴포넌트의 실시예의 단면도를 예시한다.
도 12는 Z-방향 컴포넌트에 대한 도전성 트레이스 및 접속들을 도시하는 도 11의 Z-방향 컴포넌트 및 PCB의 평면도를 예시한다.
도 13은 도 11 및 도 12의 Z-방향 컴포넌트에 대한 접지 루프들을 예시하고, Z-방향 컴포넌트는 Z-방향 컴포넌트의 바디내에 디커플링 커패시터를 더 포함한다.
도 14는 PCB의 하나의 내부층으로부터 그 PCB의 다른 외부층으로 신호 트레이스를 전달하는 Z-방향 컴포넌트의 예시이다.
도 15는 반원기둥형 시트들을 포함하는 Z-방향 컴포넌트의 일 실시예의 예시이다.
도 16은 적층된 디스크들을 포함하는 Z-방향 커패시터의 다른 실시예의 분해 예시도이다.
도 17a 내지 도 17c는 디스플레이 접속들에 대한 투명 표면들을 갖는 Z-방향 지연 라인의 대안의 실시예를 예시한다.
도 18은 디스플레이 접속들에 대한 투명 표면들을 갖는 다중의 Z-방향 지연 라인들을 갖는 프로그램가능한 Z-방향 지연 라인 회로를 예시한다.
도 19a 내지 도 19c는 단일 도체 차동 Z-방향 페라이트 비드, 2 도체 차동 모드 Z-방향 페라이트 비드, 및 2 도체 공통 모드 Z-방향 페라이트 비드의 단면도들을 예시한다.
도 20a 및 도 20b는 PCB에서 소정의 회로 경로들을 접속하기 위해 회전될 수 있는 Z-방향 스위치 컴포넌트를 예시한다.
도 20b는 Z-방향 스위치 컴포넌트가 PCB의 내부 접속 포인트들을 도시하기 위해 제거된 도 20a의 라인 20B-20B를 따라 취해진 PCB의 단면 예시이다.
도 20c는 내부 전자 컴포넌트를 갖는 도 20a의 Z-방향 스위칭 컴포넌트의 예시이다.
도 20d는 채널 형상들 및 도전성 부재 및 방사상 돌출부들의 다른 구성들을 도시하는 도 20c의 Z-방향 스위칭 컴포넌트의 평면도이다.
도 21a 내지 도 21d는 접속들을 체크하는 테스팅 경로의 추가 특징을 따라 상이한 내부층들상의 트레이스들 사이 또는 PCB의 소정의 내부층상의 트레이스들 사이에 내부 접속들을 만들기 위해 활용된 Z-방향 컴포넌트를 예시한다.
도 22a 및 도 22b는 Z-방향 컴포넌트의 값 또는 기능을 변경하기 위해 Z-방향 컴포넌트들의 도금가능한 측면 스트립 및 부분 삽입의 사용을 예시한다.
도 23은 Z-방향 컴포넌트를 PCB로 삽입하는 시스템의 예시이다.
도 24는 PCB에 Z-방향 컴포넌트의 실장을 위해 글루 스트립 및 글루 도트를 갖는 Z-방향 컴포넌트의 예시이다.
도 25는 Z-방향 컴포넌트를 도금할 때 사용된 구리 시드 재료 및 저항성 재료를 도시하는 Z-방향 컴포넌트의 예시이다.

이제, 본 발명이 본 발명의 실시예들 모두가 아닌 일부가 도시된 첨부한 도면들을 참조하여 이하에 더욱 완전하게 설명될 것이다. 본 발명이 아래의 설명에 설명되거나 도면들에 예시된 컴포넌트들의 구성 및 배열의 상세들에 그 적용에 있어서 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다수의 상이한 형태들로 실시될 수도 있고 여기에 설명된 실시예들에 제한되는 것으로서 해석되어서는 안되고, 오히려, 이들 실시예들은 본 개시물이 적용가능한 법적 요건들을 충족시키도록 제공된다.

여기에 사용되는 문구 및 용어는 설명을 위한 것이고 제한하는 것으로서 간주되어서는 안된다. 여기에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 및 이들의 변형들의 사용은 그 이후에 리스트되는 아이템들 및 그것의 등가물들 뿐만 아니라 추가의 아아템들을 포함하는 것으로 의미된다. 다르게 제한되지 않으면, 여기에서의 용어들 "접속된", "커플링된", 및 실장된", 및 이들의 변형들은 직접 및 간접적 접속들, 커플링들, 및 실장들을 넓게 포함하도록 사용된다. 또한, 용어들 "접속된", "커플링된", 및 이들의 변형들은 물리적 또는 기계적 접속들 또는 커플링들에 제한되지 않는다.

다음의 단락들에서 설명되는 바와 같이, 도면에 예시된 특정한 기계적 구성들은 본 발명의 실시예들을 예시하도록 의도되고, 다른 대안의 기계적 구성들의 가능하다.

본 명세서는 PCB로 내장되거나 삽입되도록 의도되는 컴포넌트들의 패밀리를 설명한다. 이들 컴포넌트들을 Z-방향 컴포넌트들이라 칭하고, 모델링되며 여기에 설명하지만 표면 채널들이 부족한 다수의 컴포넌트들의 기본 원형들이 개념의 입증을 확립하도록 이루어진다. 여기에 설명하는 모든 실시예들이 구성되지는 않는다. Z-방향 컴포넌트들이 어떻게 형성되도록 의도되는지의 개요가 커패시터들, 지연 라인들, 트랜지스터들, 스위치들, 및 커넥터들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 Z-방향 컴포넌트 설계들에 대한 구성들에 후속하여 초기에 제공된다. 이는 Z-방향 컴포넌트들과 PCB들을 어셈블링하는데 유용한 것으로 여겨지는 기법들이 후속한다. Z-방향 컴포넌트들은 PCB의 표면상에서 적은 공간을 점유하고, 고주파수 회로들(예를 들어, 1000MHz 보다 큰 클록 레이트)에 대해, 더 높은 주파수의 동작을 허용한다.

개요

여기에 사용되는 바와 같이, 레퍼런스의 X-Y-Z 프레임이 사용된다. X 및 Y 축들은 인쇄 회로 기판의 평면을 설명한다. Z-축은 회로 기판의 평면에 수직인 방향을 설명한다. PCB의 상면은 제로의 Z-값을 갖는다. 네거티브 Z-방향 값을 갖는 컴포넌트는, 컴포넌트가 PCB의 상면으로 삽입된다는 것을 나타낸다. 이러한 컴포넌트는 PCB의 상면 및/또는 저면 위에 있을 수도 있고(그를 지나 연장할 수 있고), 상면 및/또는 저면과 같은 높이일 수도 있거나, 상면 및/또는 저면 아래에 리세스될 수도 있다. 포지티브 및 네거티브 Z-방향 값 양자를 갖는 컴포넌트는, 컴포넌트가 PCB의 표면으로 부분적으로 삽입된다는 것을 나타낸다. Z-방향 컴포넌트들은 인쇄 회로 기판의 홀 또는 리세스로 삽입되도록 의도된다. 그 형상 및 길이에 의존하여, 하나 보다 많은 Z-방향 컴포넌트는 함께 적층되거나 나란히 포지셔닝되는 것과 같이, PCB에서 단일 실장 홀로 삽입될 수도 있다. 홀은 쓰루 홀(상면으로부터 저면으로의 홀) 또는 우물(PCB의 내부 또는 내층으로 상면 또는 저면을 통한 개구 또는 리세스)일 수도 있다.

여기에 설명하는 바와 같이, Z-방향 컴포넌트들은 PCB의 상면으로 삽입되는 것으로 예시된다. 외부층들 양자상에서 도전성 트레이스들을 갖는 PCB에 대해, 하나의 외부층을 상부표면이라 칭하고 다른 외부층을 저면이라 칭한다. 또한, 하나의 외부층만이 도전성 트레이스들을 갖는 경우에, 그 외부 표면을 상면으로서 지칭한다. Z-방향 컴포넌트를 상면, 저면 및 측면을 갖는 것으로 지칭한다. Z-방향 컴포넌트의 상면 및 저면에 대한 언급은 PCB의 상부 몇 및 저면을 지칭하기 위해 사용된 관행에 따른다. Z-방향 컴포넌트의 측면은 Z-방향에 있고 또한 Z-방향에 있는 PCB에서의 실장 홀의 벽에 인접한다. 상부, 저부 및 측면의 이러한 사용은 Z-방향 컴포넌트가 PCB로 어떻게 실장될 수도 있는지를 제한하는 것으로서 취해져서는 안된다. 컴포넌트들이 Z-방향으로 실장되는 것으로 여기에 설명되지만, 이것은 이러한 컴포넌트들이 Z-축만을 따라 PCB로 삽입되는 것으로 제한된다는 것을 의미하지는 않는다. Z-방향 컴포넌트들은 PCB의 두께 및 Z-방향 컴포넌트의 치수들에 의존하여, 상면 또는 저면 또는 양면들로부터 PCB의 평면에 수직으로 실장될 수도 있거나, 그에 비스듬히 실장될 수도 있고 PCB의 상면과 저면 사이에 PCB의 에지에도 삽입될 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트는 전자 컴포넌트들에서 일반적으로 사용되는 재들의 다양한 조합들로 이루어질 수도 있다. 신호 접속 경로들은 높은 도전율을 갖는 재료들인 도체들로 이루어질 것이다. 도전 재료들은 구리, 금, 알루미늄, 은, 주석, 납, 및 다수의 다른 것들을 제한하지 않고 포함한다. Z-방향 컴포넌트들은 플라스틱, 유리, FR4(에폭시 및 유리섬유), 공기, 운모, 세라믹 등과 같은 낮은 도전율을 갖는 재료를 사용함으로써 다른 영역들로부터 절연될 필요가 있는 영역들을 갖는다. 저항기로서 구성되는 Z-방향 컴포넌트는 도전율의 역수인 저항률의 유한량을 갖는 도체와 절연체 사이에 있는 특성들을 갖는 재료들을 요구한다. 탄소, 도핑된 반도체, 니크롬, 산화 주석 등과 같은 재료들이 그들의 저항성 특성들을 위해 사용된다. 커패시터는 통상적으로, 높은 유전율(유전 상수)을 갖는 절연 재료에 의해 분리된 2개의 도전성 플레이트들로 이루어진다. 유전율은 세라믹, 운모, 탄탈륨 등과 같은 재료들에서 전계들을 저장하는 능력을 나타내는 파라미터이다. 인덕터는 통상적으로, 높은 투자율로 재료 주위를 감싼 와이어들 또는 도체들의 코일들로 이루어진다. 투자율은 철 및 니켈 아연, 망간 아연, 니켈 철 등과 같은 합금들인 재료에서 자계들을 저장하는 능력을 나타내는 파라미터이다. 트랜지스터들 및 FET는 비선형 방식으로 작용하고 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소 등으로 이루어진 반도체들로 이루어진 전자 디바이스들이다. 본 출원 전반적으로, 재료 과학 및 전기 컴포넌트 설계의 분야에서 현재 사용되는 바와 같은 상이한 재료들, 재료들의 특성들 또는 교환가능한 용어를 논의하는 참조들이 있다. Z-방향 컴포넌트가 어떻게 구성되는지 및 사용될 수도 있는 재료들의 수에서의 플렉시빌리티(flexibility)로 인해, Z-방향 컴포넌트들이 지금까지 발견 또는 생성되지 않은 재료들로 구성될 수도 있다는 것이 또한 예상된다. Z-방향 컴포넌트들의 바디는 일반적으로, 커패시터와 같은 Z-방향 컴포넌트의 특정한 설계에 대한 본 설명에서 다르게 언급하지 않으면 비도전성 재료로 이루어진다.

Z-방향 컴포넌트를 사용하는 PCB는 알려진 바와 같이 단일 도전성 층 또는 다중 도전성 층들을 갖도록 구성될 수도 있다. PCB는 그 상면상에서만, 그 저면상에서만, 상면 및 저면 양자상에서 도전성 트레이스들을 가질 수도 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 중간 내부 도전성 트레이스 층들이 PCB에 또한 존재할 수도 있다.

PCB에서 또는 PCB상에서의 트레이스들과 Z-방향 컴포넌트 사이의 접속들은 당업계에 알려진 바와 같은 납땜 기법들, 스크리닝 기법들, 압출 기법들 또는 도금 기법들에 의해 달성될 수도 있다. 애플리케이션에 의존하여, 땜납 페이스트들 및 컴포넌트 접착제들이 사용될 수도 있다. 일부 구성들에서, 압축 도전성 부재들이 Z-방향 컴포넌트를 PCB상에서 발견된 도전성 트레이스들에 상호접속하기 위해 사용될 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트들

Z-방향 컴포넌트의 가장 일반적인 형태는 상면, 저면 및 측면을 갖는 바디를 포함하고, 그 단면 형상은 절연체를 포함하는 바디의 일부와 PCB내에 소정의 깊이(D)의 실장 홀로 삽입가능하다. Z-방향 컴포넌트들에 대해 여기에 설명하는 모든 실시예들은 이러한 일반 형태에 기초한다.

도 1 및 2는 Z-방향 컴포넌트의 실시예를 도시한다. Z-방향 컴포넌트(10)는 상면(12t), 저면(12b), 측면(12s), 및 실장 홀의 깊이(D)에 일반적으로 대응하는 길이(L)를 갖는 일반적 원기둥형 바디(12)를 포함한다. 길이(L)는 깊이(D) 보다 작거나, 그와 동일하거나, 그 보다 클 수도 있다. 전자의 2개의 경우들에서, z-방향 컴포넌트(10)는 일 경우에서는 PCB의 상면 및 저면 중 적어도 하나의 아래에 있고, 다른 경우에서는 PCB의 2개의 표면들과 동일한 높이이다. 길이(L)가 깊이(D) 보다 큰 경우에, Z-방향 컴포넌트(10)는 동일한 높이로 실장되지 않는다. 그러나, 이러한 동일하지 않은 높이의 실장시에, Z-방향 컴포넌트(10)는 근처에 위치되는 다른 컴포넌트 또는 다른 PCB에 상호접속하기 위해 사용될 수 있다. 실장 홀은 통상적으로, PCB의 상면과 저면 사이에서 연장하는 쓰루 홀이지만, 이것은 또한 블라인드 홀일 수도 있다. PCB의 표면 아래에서 리세스될 때, 추가의 저항성 영역들이 홀의 전체 주변 영역을 도금하지 않기 위해 PCB의 홀에서 요구될 수도 있다.

일 형태에서, Z-방향 컴포넌트(10)는 바디(12)의 길이를 통해 연장하는 적어도 하나의 도체(14)를 가질 수도 있다. 도체(14)의 상단부 및 저부단부(14t 및 14b)에서, 상부 및 저부 도전성 트레이스들(16t, 16B)이 바디(12)의 상단부 및 저부단부 표면들(12t, 12b)상에 제공되고 도체(14)의 각각의 단부들로부터 Z-방향 컴포넌트(10)의 에지로 연장한다. 이러한 실시예에서, 바디(12)는 비도전성 재료를 포함한다. 그 기능에 의존하여, Z-방향 컴포넌트(10)의 바디(12)는 상이한 특성들을 갖는 다양한 재료들로 이루어질 수도 있다. 이들 특성들은 도전성, 저항성, 자기성, 유전성, 또는 반도체성, 또는 여기에 설명한 바와 같은 특성들의 조합들을 포함한다. 특성들을 갖는 재료들의 예들이 구리, 탄소, 철, 세라믹 또는 실리콘 각각이다. Z-방향 컴포넌트(10)의 바디(12)는 또한 추후 논의하는 회로를 동작시키기 위해 필요한 다수의 상이한 네트워크들을 포함할 수도 있다.

하나 또는 그 초과의 길이방향으로 연장하는 채널들 또는 우물들이 Z-방향 컴포넌트(10)의 측면상에 제공될 수도 있다. 채널은 바디(12)의 상면 및 저면 중 하나로부터 대향하는 면으로 연장할 수도 있다. 예시한 바와 같이, 2개의 오목 우물들 또는 채널들(18 및 20)이 바디(12)의 길이를 연장시키는 Z-방향 컴포넌트(10)의 외부면에 제공된다. 도금되거나 납땜될 때, 이들 채널들은 PCB를 통해 전기적 접속들이 Z-방향 컴포넌트(10) 뿐만 아니라 PCB내의 내부 도전성 층들에 이루어지게 한다. 채널들(18 또는 20)의 길이는 바디(12)의 전체 길이 보다 적게 연장할 수도 있다.

도 2는 도 1에서와 동일하지만 투명한 표면들을 갖는 컴포넌트를 도시한다. 도체(14)는 Z-방향 컴포넌트(10)의 중심을 통해 연장하는 원기둥으로서 도시되어 있다. 다른 형상들이 도체(14)에 대해 또한 사용될 수도 있다. 트레이스들(16t 및 16b)이 도체 단부들(14t 및 14b) 각각으로부터 상부 트레이스(16t)를 저부 트레이스(16b)에 접속하는 도체인 바디(12)의 에지로 연장하는 것을 알 수 있다. 트레이스들(16t 및 16b)이 서로 정렬된 것으로서(0도 이격) 도시되어 있지만, 이것은 요건이 아니고, 트레이스들은 특정한 설계에 대해 필요에 따라 위치될 수도 있다. 예를 들어, 트레이스들(16t 및 16b)은 180도 또는 90도 이격될 수도 있고 그 안에서 모두 임의로 증분한다.

바디 형상은 PCB에서의 실장 홀에 피팅될 수 있는 임의의 형상일 수도 있다. 도 3a 내지 도 3f는 Z-방향 컴포넌트에 대한 가능한 바디 형상들을 예시한다. 도 3a는 삼각형 단면 바디(40)를 도시하고, 도 3b는 직사각형 단면 바디(42)를 도시하고, 도 3c는 절단 원뿔형 바디(44)를 도시하고, 도 3d는 계란형 단면 원기둥형 바디(46)를 도시하며, 도 3e는 원기둥형 바디(48)를 도시한다. 도 3f는 단차진 원기둥형 바디(50)이고, 여기서, 하나의 부분(52)이 다른 부분(54) 보다 큰 직경을 갖는다. 이러한 배열로, Z-방향 컴포넌트는 PCB에 제공된 실장 홀에 삽입된 섹션을 가지면서 PCB의 표면상에 실장될 수도 있다. Z-방향 컴포넌트의 에지들은 PCB에서의 쓰루 홀로의 삽입을 위해 Z-방향 컴포넌트의 정렬을 돕기 위해 비스듬할 수도 있다. 예시된 바의 다른 형상들 및 조합들이 Z-방향 컴포넌트에 대해 또한 사용될 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트에 대해, 도금을 위한 채널들은 다양한 단면 형상들 및 길이들일 수 있다. 유일 요건은 도금 또는 납땜 재료가 PCB에서 또는 그 위에 Z-방향 컴포넌트 및 대응하는 도전성 트레이스들에 적절한 접속들을 만드는 것이다. 채널들(18 또는 20)은 예를 들어, V형, C형 또는 U형 단면, 반원형 단면 또는 타원형 단면을 가질 수 있다. 하나 보다 많은 채널이 제공되면, 각 채널은 상이한 단면 형상을 가질 수도 있다. 도 4a 내지 도 4c는 3개의 채널 형상들을 예시한다. 도 4a에, V형 채널들(60)이 도시되어 있다. 도 4b에, U형 또는 C형 채널들(62)이 도시되어 있다. 도 4c에, 물결 또는 불규칙 단면 채널 형상들(65)이 도시되어 있다.

PCB에서 층들의 수는 단일면으로부터 22개 층들 이상까지 변하고, 0.051인치 미만으로부터 0.093인치 이상까지 범위인 상이한 전체 두께를 가질 수도 있다. 동일 높이 실장이 소망되는 경우에, Z-방향 컴포넌트의 길이는 삽입되도록 의도되는 PCB의 두께에 의존한다. Z-방향 컴포넌트들의 길이는 의도한 기능 및 프로세스의 공차에 의존하여 또한 변할 수도 있다. 바람직한 길이들은, Z-방향 컴포넌트가 표면들과 동일 높이이거나 PCB의 표면을 약간 넘어 연장하는 것이다. 이것은 도금 용액이 일부 경우들에서 단락을 초래할 수도 있는 PCB 홀의 내부 주위를 완벽하게 도금하지 못하게 한다. 원하는 영역들에만 도금을 허용하기 위해 PCB 홀의 내부 주위에 저항성 재료를 추가하는 것이 가능하다. 그러나, Z-방향 컴포넌트 위 및 아래에서 PCB 홀의 내부 주위를 완벽하게 도금하는 것이 소망되는 일부 경우들이 있다. 예를 들어, PCB의 상부층이 Vcc 평면이고 저부층이 GND 평면이면, 디커플링 커패시터는 접속이 접속을 형성하기 위해 더 큰 볼륨의 구리를 사용한 경우에 더 낮은 임피던스를 갖는다.

상이한 기계적 및 전기적 특징들을 생성하기 위해 Z-방향 컴포넌트들에 추가될 수 있는 다수의 특징들이 있다. 채널들 또는 도체들의 수는 0개로부터 의도한 환경에서 PCB의 삽입, 도금, 제조 프로세스들 및 동작의 스트레스들을 취하는데 충분한 강도를 유지할 수 있는 임의의 수까지 변할 수 있다. Z-방향 컴포넌트의 외부 표면은 제자리에 Z-방향 컴포넌트들 접착하는 코팅을 가질 수도 있다. 플랜지들 또는 방사상 돌출부들이 특히, 실장 홀이 쓰루 홀인 경우에 실장 홀로의 Z-방향 컴포넌트의 과(over) 또는 부족(under) 삽입을 방지하기 위해 또한 사용될 수도 있다. 표면 코팅 재료가 도금 또는 납땜 재료의 이동을 촉진시키거나 지체시키기 위해 또한 사용될 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트는 PCB에 대한 접속을 형성하는데 필요한 포트들 또는 단자들의 수에 의존하여 여러 역할들을 맡을 수도 있다. 일부 가능성들이 도 5a 내지 도 5h에 도시되어 있다. 도 5a는 필터 또는 컴포넌트가 옵션인 경우에, 플러그가 홀이 도금되는 것을 중지시키도록 플러그로서 사용된 0-포트 디바이스(70A)로서 구성된 Z-방향 컴포넌트이다. PCB를 제조한 이후에, 0-포트 디바이스(70A)는 제거될 수도 있고 다른 Z-방향 컴포넌트가 회로에 삽입될 수도 있고, 도금될 수도 있고 접속될 수도 있다. 도 5b 내지 도 5h는 저항기, 다이오드, 트랜지스터, 클록 회로와 같은 멀티-단자 디바이스들에 대해 유용한 다양한 구성들을 예시한다. 도 5b는 상부 및 저부 도전성 트레이스들(72t, 72b)에 접속된 도체(71)를 갖는 1-포트 또는 단일 Z-방향 컴포넌트(70B)를 도시한다. 도 5c는 1-포트 1-채널 Z-방향 컴포넌트(70C)를 도시하고, 여기서, 하나의 도금된 우물 또는 채널(73)이 도체(71) 및 상부 및 저부 도전성 트레이스들(72t 및 72b)에 부가하여 제공된다. 도 5d는 도체(71) 및 상부 및 저부 트레이스들(72t, 72b)에 부가하여 2개의 우물들(73 및 75)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(70D)를 도시한다. 도 5e의 Z-방향 컴포넌트(70E)는 도체(71) 및 상부 및 저부 트레이스들(72t, 72b)에 부가하여 3개의 우물들(73, 75 및 76)을 갖는다. 도 5e는 각각의 상부 및 저부 트레이스들(72t, 72b 및 78t, 78b)을 각각 갖고 채널들 또는 우물들을 갖지 않는 2개의 도체들(71 및 77)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(70F)를 도시한다. Z-방향 컴포넌트(70F)는 차동 시그널링을 위해 주로 사용될 2개의 신호 디바이스이다. 도 5g는 하나의 우물(73) 및 각각의 상부 및 저부 트레이스들(72t, 72b 및 78t, 78b)을 각각 갖는 2개의 도체들(71 및 77)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(70G)를 도시한다. 도 5h는 상부 및 저부 트레이스들(72t, 72b)을 갖는 하나의 도체(71) 및 도금 재료 또는 납땜이 소정의 깊이에서 중지하게 하는 측면의 일부를 따라 상면으로부터 연장하는 블라인드 우물 또는 부분 우물(78)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(70H)를 도시한다. 당업자에 있어서, 우물들 및 신호들의 수는 공간, 요구되는 우물 사이즈 및 도체 사이즈들에 의해서만 제한된다.

대부분의 경우들에서, Z-방향 컴포넌트들은 PCB에 삽입될 때 정확하게 배향될 필요가 있다. 따라서, 위치지정 또는 배향 특징들 및 접속 특징들이 제공될 수도 있다. 도 6a 내지 도 6c는 이러한 위치지정 특징들의 예들을 예시하고, 도 6d는 접속 특징을 예시한다. 도 6a에서, Z-방향 컴포넌트(80A)는 방사상으로 외부로 연장하는 단부 표면상에 V-노치(81)를 갖는다. 도 6b에서, Z-방향 컴포넌트(80B)는 배향 표면(84)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(80B)의 단부 표면상에 리세스(83)를 갖는다. 도 6c는 단부 표면으로부터 축방향으로 외부로 연장하는 축방향 돌출 페그(85) 및 배향 표면(86)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(80C)를 도시한다. Z-방향 컴포넌트의 단부 표면상 또는 측면상에 잉크 마크 또는 다른 시각적 또는 자기 표시자가 카메라를 사용할 때와 같이 Z-방향 컴포넌트를 배향하기 위해 또한 사용될 수도 있다.

도 6D에 도시되어 있는 바와 같이, Z-방향 컴포넌트는 인쇄 회로 기판에 (프레임 접지와 같은) 추가의 전기적 접속 포인트를 추가하기 위해 사용될 수도 있는 도전성 패드, 스프링 로딩 스타일 포고-핀(pogo-pin) 또는 심지어 단순한 스프링(88)과 같은 접속 특징들로 피팅될 수도 있다. 스프링(88)은 Z-방향 컴포넌트(80D)의 도체(89)에 접속되는 것으로서 예시되어 있다.

도 7a 및 도 7b는 상부 및 저부 도전성 층 및 적어도 하나의 내부 도전성 층을 갖는 PCB에서 사용하기 위해 O-링들을 활용하는 Z-방향 컴포넌트에 대한 다른 구성을 예시한다. 그 상면(150t)상에, 위치지정 특징(152) 및 그 상면(150t)상에서 도체(156)와 바디(150d)의 에지 사이에서 연장하는 도전성 상부 트레이스(154t)를 갖는 Z-방향 컴포넌트(150)가 도시되어 있다. (도시되지 않은 도전성 저부 트레이스는 저면상에 제공된다.) 도체(156)는 전술한 바와 같이 바디(150d)의 일부를 통해 연장한다. 적어도 하나의 반원형 채널 또는 그루브가 바디(150d)의 측면(150s)상에 위치된다. 도시된 바와 같이, O-링들(160a, 160b)를 갖는 한 쌍의 축방향으로 이격된 주변 채널들(158a, 158b)이 제공되고, 이 O-링들(160a, 160b)은 각각 채널들(158a, 158b)내에 배치된다. O-링들의 일부가 바디(150d)의 축면(150s)을 넘어 외부로 연장한다. O-링들(160a, 160b)은 Z-방향 컴포넌트에 대한 실장 홀에서의 포인트에 제공된 하나 또는 그 초과의 트레이스들에 전기적 접촉을 하기 위해 PCB의 내부 층들 중 하나 또는 그 초과에 인접하여 위치된다. 설계에 의존하여, O-링은 모든 내부 층에 인접하여 제공되어야 하는 것은 아니다.

O-링들(160a, 160b)은 이들이 사용되는 회로의 설계에 따라 도전성 또는 비도전성일 수도 있다. O-링들(160a, 160b)은 바람직하게는, 실장 홀내에 Z-방향 컴포넌트(150)를 고정하는 것을 돕는 압축형이다. O-링들(160a, 160b) 중간의 바디(150d)의 영역(162)은 O-링들 외부의 바디(150d)의 영역들(164 및 166)과는 상이한 영역으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 영역(162)의 재료가 저항성 재료이고, O-링들(160a, 160b)이 도전성이면, O-링들과 접촉하는 내부 회로 기반 트레이스들을 저항성 부하로 본다.

영역들(164 및 166)은 또한 영역(162)과 서로 다른 특성들을 갖는 재료로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 영역(164)은 저항성일 수도 있고, 영역(162)은 용량성일 수도 있고, 영역(166)은 유도성일 수도 있다. 이들 영역 각각은 PCB의 인접한 층들에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 도체(156) 및 트레이스들(154t, 154b)은 제공될 필요가 없다. 따라서, 예시된 구성에 있어서, PCB의 상부층과 상부로부터 제 1 내부 층 사이에, 저항성 엘리먼트가 영역(164)에 제공될 수도 있고, 용량성 엘리먼트가 제1 내부 층과 제 2 내부 층 사이의 영역(162)에 제공될 수도 있고, 유도성 엘리먼트가 제 2 내부 층과 PCB의 저부층 사이의 영역(166)에 제공될 수도 있다. 따라서, 도전성 O-링(160a)에 접촉하는 내부 트레이스로부터 도전성 O-링(160b)에 접촉하는 제 2 내부 층으로 송신된 신호에 대해, 이 신호를 유도성 부하로 본다. 영역들(162, 164, 166)에 대한 재료는 도전성, 저항성, 자기성, 유전성, 용량성 또는 반도체성 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 특성들을 가질 수도 있다. 설계는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 설명한 바 보다 적거나 많은 내부 층들을 갖는 회로 기판들로 연장될 수도 있다.

또한, 영역들(162, 164, 166)은 도 7 내지 도 9에 관하여 여기에 설명한 바와 같이 그 안에 내장되거나 접속된 전자 컴포넌트들(167, 169, 171)을 가질 수도 있다. 도한, 컴포넌트(171)에 대해 예시된 바와 같이, 컴포넌트는 Z-방향 컴포넌트의 바디내의 하나 또는 그 초과의 영역들내에서 발견될 수도 있다. 내부 접속들이 내장된 컴포넌트들로부터 O-링들(160a, 160b)에 제공될 수도 있다. 다르게는, 내부 접속들은 내장된 컴포넌트들로부터 측면(150s)상에 제공된 도금가능 패드들로 제공될 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트에 대한 다양한 실시예들의 논의는 예시적이고 제한하지 않는 것으로 의미된다. Z-방향 컴포넌트는 네트워크 기능을 수행하는 벌크 재료로 이루어질 수도 있거나 그 바디에 내장된 다른 부분들을 가질 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트 예들

Z-방향 컴포넌트가 멀티-단자 디바이스일 수도 있다는 것을 가정하면, 아래의 기능들: 송신 라인, 지연 라인, T 필터, 디커플링 커패시터, 인덕터, 공통 모드 초크, 저항기, 차동 쌍 통과(pass through), 차동 페라이트 비드, 다이오드, ESD 보호 디바이스들(배리스터들)을 수행하기 위해 사용될 수도 있지만 이에 제한되지 않는다는 것이 명백하다. 또한, 조합들이 하나의 컴포넌트내에 함께 놓일 수도 있다는 것에 유의한다.

일반 Z-방향 컴포넌트 설계

도 8은 Z-방향 컴포넌트에서 도체에 대한 다양한 구성을 예시한다. 도시된 바와 같이, 도체(90)는 도전성, 저항성, 자기성, 유전성, 용량성 또는 반도체 특성들 및 이들의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 특성들을 갖는 재료를 포함하는 단부들 중간의 영역(92)을 갖는다. 이들 재료들은 다양한 컴포넌트들을 형성한다. 추가로, 컴포넌트가 컴포넌트의 단자들로부터 연장하는 도체의 일부들을 갖는 영역으로 삽입되거나 내장될 수도 있다. 커패시터(92a)가 영역(92)에 제공될 수도 있다. 유사하게는, 다이오드(92b), 트랜지스터(92c), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(mosfet)(92d), 젠더 다이오드(92e), 인덕터(92f), 서지 억제기(92g), 저항기(92h), 다이악(92i) 및 버랙터(92j) 및 이들 아이템들의 조합들이 도체(90)의 영역(92)에 제공되는 재료들의 추가 예들이다. 영역(92)이 도체(90) 내의 중심에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이것은 이 위치에 제한되지 않는다.

3 단자 디바이스들 트랜지스터(92c) 또는 모스팻(92d), 또는 집적 회로(92k), 또는 트랜스포머(92l)와 같은 멀티-단자 디바이스들에 대해, 도체의 하나의 부분은 상면 트레이스와 디바이스의 제 1 단자 사이에 있을 수도 있고, 도체의 다른 부분은 저면 트레이스와 디바이스의 제 2 단자 사이에 있을 수도 있다. 추가의 디바이스 단자들에 대해, 추가의 도체들이 나머지 단자들에 대한 전기적 접속을 허용하도록 Z-방향 컴포넌트의 바디에 제공될 수도 있거나 추가의 도전성 트레이스들이 Z-방향 컴포넌트의 바디의 측면상의 추가의 단자들과 채널들 사이에 Z-방향 컴포넌트의 바디내에 제공될 수도 있어서, 외부 도전성 트레이스에 대한 전기적 접속을 허용한다. 다중 단자 디바이스에 대한 다양한 접속 구성들이 Z-방향 컴포넌트에서 사용될 수도 있다.

도 9 및 도 10은 트랜지스터에 대한 2개의 예시적인 접속 구성들을 예시한다. 도 9에서, 도 5f에 도시된 바와 유사한 Z-방향 컴포넌트가 바디(105)내에 2개의 도체들(102 및 104)을 갖는다. 도체(102)는 상부(120t), 저부(102b), 및 트랜지스터(108)가 제공되는 중간 영역(102i)을 포함한다. 트랜지스터(108)의 베이스(108b)는 도체(102)의 상부(102t)에 전기적으로 접속되고, 이미터(108e)는 도체(102)의 저부(102b)에 접속된다. 컬렉터(108c)는 도전성 트레이스(109)를 통해 도체(104)에 접속된다. 도 10에서, 도 5c에 도시된 바와 유사한 Z-방향 컴포넌트(110)가 도체들(112) 및 채널 (114)을 포함하는 바디(115)를 갖는다. 도체(112)는 상부(112t), 저부(112b), 및 트랜지스터(118)가 제공되는 중간 영역(112i)을 포함한다. 트랜지스터(118)의 베이스(118b)는 도체(112)의 상부(112t)에 전기적으로 접속되고, 이미터(118e)는 도체(112)의 저부(112b)에 접속된다. 컬렉터(118c)는 도금되는 채널(114)에 도전성 트레이스(119)에 의해 접속된다. 도 8 및 도 9에 도시된 예들은 멀티-단자 회로들의 사용을 허용하는 추가의 채널들 및 도체들로 연장될 수도 있다. 접속들은, 멀티-단자 컴포넌트에 대한 접속들이 어떻게 수행될 수도 있는지를 예시하도록 단지 의도되고 트랜지스터가 Z-방향 컴포넌트내에 어떻게 접속될 수도 있는지를 제한하는 것으로 의미되지 않는다.

Z-방향 신호 통과 컴포넌트

이제, PCB의 상면으로부터 저면으로 신호 트레이스를 통과시키기 위해 사용되는 신호 통과라 칭하는 Z-방향 컴포넌트를 예시하는 도 11 및 도 12를 참조한다. 도 11은 당업계에 널리 사용되는 FR4와 같은 페놀 플라스틱과 같은 비도전성 재료에 의해 분리되는, 위로부터 아래로, 접지(GND) 평면 또는 트레이스(202), 전압 공급 평면(Vcc)(204), 제 2 접지(GND) 평면(206) 및 제 3 접지(GND) 평면 또는 트레이스(208)를 포함하는 4개의 도전성 평면들 또는 층들을 갖는 PCB(200)의 도 12에서의 라인 11-11을 따라 취해진 단면도를 도시한다. PCB(200)는 고주파수 신호들에 대해 사용될 수도 있다. PCB(200)의 상면 및 저면(212 및 214) 각각상의 상부 및 저부 접지 평면들 또는 트레이스들(202 및 208) 각각은 Z-방향 컴포넌트(220)까지 이르는 도전성 트레이스들에 접속된다. 네거티브 Z 방향으로 깊이(D)를 갖는 실장 홀(216)이 Z-방향 컴포넌트(220)의 동일 높이 실장을 위해 PCB(200)에 제공된다. 여기서, 깊이(D)는 PCB(200)의 두께에 대응하지만, 깊이(D)는 PCB(200)의 두께 보다 작을 수도 있어서, 그 내부에 블라인드 홀을 생성한다. 예시되어 있는 바와 같이, 실장 홀(216)은 Z-방향 컴포넌트(220)를 수용하기 위해 단면으로 라운드되는 쓰루 홀이지만, 다른 바디 구성들을 갖는 Z-방향 컴포넌트들의 삽입을 수용하기 위한 단면들을 가질 수도 있다. 다시 말해, 실장 홀들은 Z-방향 컴포넌트들이 그 안에 삽입가능하도록 사이징된다. 예를 들어, 원기둥 형상을 갖는 Z-방향 컴포넌트가 사각형 실장 홀로 삽입될 수도 있고 그 반대의 경우도 가능하다. Z-방향 컴포넌트가 타이트하게 피팅하지 않는 경우들에서, 저항성 재료가 컴포넌트 및 PCB의 영역들에 추가되어야 하고, 여기서, 구리 도금은 소망되지 않는다.

Z-방향 컴포넌트(220)는 PCB(200)의 상면(212) 및 저면(214) 양자에 관하여 동일 높이로 실장되는 3개 리드 컴포넌트로서 예시되어 있다. Z-방향 컴포넌트(220)는 길이(L)의 일반적인 원기둥형 바디(222)를 갖는 것으로서 예시되어 있다. 바디(222)의 길이를 연장시키는 원기둥형으로서 예시된 중심 도체 또는 리드(224)가 도시되어 있다. 다른 2개의 리드들을 정의하는 2개의 오목 우물들 또는 채널들(226 및 228)이 바디(222)의 길이를 연장시키는 Z-방향 컴포넌트(220)의 측면상에 제공된다. 채널들(226 및 228)은 PCB(200)의 다양한 층들로부터 Z-방향 컴포넌트(220)에 대한 전기적 접속을 위해 도금된다. 도시된 바와 같이, PCB(200)의 층들(202, 206, 및 208)상의 접지 평면 트레이스들은 채널들(226 및 228)에 전기적으로 접속된다. Vcc 평면(207)은 Vcc 평면(204)과 실장 홀(216)의 벽(217) 사이의 갭(219)에 의해 도시된 바와 같이 Z-방향 컴포넌트(220)에 접속하지 않는다.

도 12는 PCB(200)에서의 Z-방향 컴포넌트(220)의 상면도를 예시한다. 3개의 도전성 트레이스들(250, 252 및 254)은 실장 홀(216)의 벽(217)의 에지까지 이른다. 예시된 바와 같이, 트레이스(252)는 Z-방향 컴포넌트(220)를 통해 PCB(200)의 상면(212)으로부터 저면(214)으로 통과될 고주파수 신호 트레이스로서 역할을 한다. 도전성 트레이스들(250 및 254)은 접지 네트들로서 역할을 한다. 중심 리드 또는 도체(224)는 상부 트레이스(245) 및 도금 브리지(230)에 의해 PCB(200)의 상면(212)상의 트레이스(252)에 전기적으로 접속된다. Z-방향 컴포넌트(220)의 상면상의 상부 트레이스(245)는 도체(224)의 상부 단부(224t)로부터 Z-방향 컴포넌트(220)의 에지까지 연장한다. 도시하지는 않았지만, Z-방향 컴포넌트(220)의 저부측 및 PCB(200)의 저면(214)은 도 12에 예시된 PCB(200)의 상면(212)상에 도시된 바와 같은 트레이스들의 유사한 배열로 구성된다. Z-방향 컴포넌트(220)의 저면상의 저부 트레이스는 도체(224)의 저부로부터 Z-방향 컴포넌트(220)의 에지까지 연장한다. 도금 브리지가 PCB(200)의 저면상에 제공된 저부 트레이스와 다른 고주파수 신호 트레이스 사이에 전기적 접속을 하기 위해 사용된다. Z-방향 컴포넌트의 송신 라인 임피던스는 PCB의 고속 성능을 개선시키는 각 도체 사이의 거리들 및 도체 사이즈를 제어함으로써 PCB 트레이스 임피던스에 매칭하도록 제어될 수도 있다.

도금 프로세스 동안, 실장 홀(216)의 벽(217)과 채널들(226 및 228) 사이에 형성된 우물들(256 및 258)은 상면(212)으로부터 저면(214)으로 도금 재료 또는 납땜 통과를 허용하여 트레이스들(250 및 254) 각각을 z-방향 컴포넌트(220)의 채널들(226 및 228) 각각 및 또한 PCB(200)의 저면(214)상에 제공된 유사하게 놓인 트레이스들에 상호 접속시켜, 접지 평면들 또는 트레이스들(202, 206 및 208)을 상호접속시킨다. 구조를 예시하기 위해 도금은 도시되지 않는다. 이러한 실시예에서, Vcc 평면(204)은 Z-방향 컴포넌트(220)에 접속하지 않는다.

고주파수 신호 속도들에 대한 도전과제들 중 하나가 신호 트레이스 송신 라인 임피던스 변화들로 인한 반사들 및 불연속성들이다. 다수의 PCB 레이아웃들은 PCB를 통한 신호 트레이스들의 라우팅에 의해 초래되는 이들 불연속성으로 인해 하나의 층상에서 고주파수 신호들을 유지하려 한다. PCB를 통한 표준 비아들은 일부 거리 만큼 이격되어야 해서, 신호 비아와 리턴 신호 비아 또는 접지 비아 사이에 고임피던스를 생성한다. 도 11 및 도 12에 예시되어 있는 바와 같이, Z-방향 컴포넌트 및 리턴 접지 또는 신호들은 PCB(200)의 상면(212)으로부터 하면(214)까지 본질적으로 일정한 임피던스를 허용하는 매우 근접하고 제어된 인접성을 갖는다.

Z-방향 신호 통과 컴포넌트는 또한 신호의 기준 평면이 고주파수 불연속성을 갖지 않고, GND로 지정된 접지 평면으로부터 Vcc로 지정된 전압 공급 평면으로 스위칭하게 하는 디커플링 커패시터를 포함할 수도 있다. 도 13은 상부층(304)과 저부층(306) 사이에 전송하는 신호 트레이스(302)를 갖는 통상의 4-층 PCB(300)의 단면도를 도시한다. 바디(312)를 갖는 도 5d에 도시된 바와 유사한 Z-방향 컴포넌트(310)가 중심 도체(314)를 통해 신호 트레이스(302)를 접속한다. Z-방향 컴포넌트(310)는 또한, 바디(312)의 측면(312s)을 따라 연장하는 도금된 채널들(316 및 318)을 포함한다. 도체(314)의 상부(314t) 및 저부(314b)는 바디(312)의 상부(312t) 및 저부(312b)상의 도전성 트레이스들(318t 및 318b)에 접속된다. 이들은 차례로, 상부 및 저부 도금 브리지들(330t 및 330b)을 통해 신호 트레이스(302)에 접속된다. 채널들(316 및 318)은 GND 평면(332) 및 Vcc 평면(334) 각각에 도금될 것이다. 접속 포인트들(336 및 338) 각각은 이러한 전기적 접속을 예시한다. 개략적으로 예시된 디커플링 커패시터(350)가 바디(312)내에 있고 채널들(316 및 318) 사이에 접속된다. 디커플링 커패시터(350)는 Z-방향 컴포넌트(310)의 바디(312)에 집적된 개별 커패시터일 수도 있거나, 이것은 도전성 표면들 사이에 유전 특성들을 갖는 요구된 재료들로부터 Z-방향 컴포넌트(310)의 바디(312)의 일부를 제조함으로써 형성될 수 있다.

신호 트레이스(302)에 대한 경로가 대각 해칭으로 예시되어 있고 상부층(304)으로부터 저부층(306)까지 이어지는 것을 알 수 있다. GND 평면(332) 및 채널(316)은 336에서 전기적으로 접속되고, 신호 경로 리턴이 어두운 점조각(dark stippling)(362)에 의해 표시된다. Vcc 평면(334) 및 채널(318)이 338에서 전기적으로 접속되고, 신호 경로 리턴은 밝은 점조각(364)에 의해 표시된다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 신호 평면 또는 트레이스가 삽입된 부분에 접속되지 않으면, 이들 부분들은 370에 도시된 바와 같이 컴포넌트들로부터 이격된다. 신호 평면 또는 트레이스가 삽입된 컴포넌트에 접속되는 경우에, 신호 평면 또는 트레이스는 포인트들(330t, 330b, 336 및 338)에 예시된 바와 같이 도금 재료 또는 납땜이 그 사이에 브리징하게 하도록 개구의 벽 또는 에지에 제공된다.

수직으로 해칭된 부분(380)은 신호 트레이스(302) 및 GND 평면(332) 또는 Vcc 평면(334)에 의해 설명된 신호 트레이스와 리턴 전류 경로 사이의 고속 루프 영역을 도시한다. 저면(306)상의 신호 트레이스(302)는 디커플링 커패시터(350)를 통해 GND 평면(332)에 커플링되는 전력 평면 Vcc(334)를 참고한다. 2개의 평면들 사이의 이러한 커플링은 하나의 리턴 평면으로부터 상이한 DC 전압의 다른 평면으로의 천이에 대해 상수에 근접한 고주파수 임피던스를 유지한다.

PCB에서의 내부 실장 Z-방향 컴포넌트들은 EMI 감소를 위해 외부 접지 평면들을 상용하는 PCB 기법을 매우 용이하게 한다. 이러한 기법으로, 신호들은 가능한 한 많이 내부 층들상에서 라우팅된다. 도 14는 이러한 기법의 일 실시예를 예시한다. PCB(400)는 위로부터 아래로, 상부 접지층(402), 내부 신호층(404), 내부 신호층(406), 및 저부 접지층(408)으로 이루어진다. 접지층들(402 및 408)은 PCB(400)의 상면 및 저면(400t 및 400b)상에 있다. 쓰루 홀로서 도시된 실장 홀(410)이 상면과 저면(400t 및 400b) 사이에서 연장한다. PCB(400)에서 동일 높이로 실장된 Z-방향 컴포넌트(420)가 도시되어 있다. Z-방향 컴포넌트(420)는 바디(422)의 상부(422t)와 저부(422b) 중간의 중심 영역(424) 및 측면(422s)상의 2개의 채널들(425 및 427)을 갖는 바디(422)를 포함한다.

채널들(425 및 427) 및 홀(410)의 벽(411)은 도금 우물들(413 및 415) 각각을 형성한다. 중심 영역(424)은 바디(422)내에 위치되고 2개의 내부 신호층들(404 및 406)을 분리하는 거리와 거의 동일한 거리를 연장한다. 채널(425)은 바디(422)의 저면(422b)으로부터 내부 신호 층(406)으로 연장하고, 채널(427)은 바디(422)의 상면(422t)으로부터 내부 신호 층(404)으로 연장한다. 여기서, 채널들(425 및 427)은 바디(422)의 측면(422s)의 일부만을 따라 연장한다. 도체(426)는 중심 영역(424)을 통해 연장하지만, 바디(422)의 상면 및 저면(422t, 422b)으로 연장하지는 않는다. 도 5h는 채널(427)과 유사한 부분 채널을 예시한다. 도체(426)는 그 도체(426)의 상부(426t) 및 저부(426b)로부터 채널들(427 및 425) 각각으로 연장하는 도전성 트레이스들(428t 및 428b)을 갖는다. 개별 엘리먼트들로서 예시하였지만, 도체(426) 및 트레이스들(428t, 428b)은 채널들(425, 427)을 전기적으로 상호접속하는 하나의 집적 도체일 수도 있다. 도시된 바와 같이, 도전성 트레이스(428b)는 도금된 채널(425) 및 우물(413)을 통해 내부 신호층(406)에 접속되고, 트레이스(428t)는 채널(427) 및 우물(415)을 통해 내부 신호 층(404)에 접속한다. 접지층들(402 및 408)은 Z-방향 컴포넌트(420)에 접속되지 않고 도 11 및 도 13에 대해 전술한 바와 같이 실장 홀(410)로부터 이격된다. 양두(double headed) 파선 화살표(430)에 의해 도시된 바와 같이, 신호층(406)상의 신호는 우물(413), 채널(425), 트레이스(428b), 도체(426), 트레이스(428t), 채널(427), 및 우물(415)로부터 연장하는 경로를 통해 Z-방향 컴포넌트를 통과하여 신호층(404)으로 통과될 수 있어서(그 반대의 경우도 가능함), 신호가 차폐를 제공하는 접지층들(402 및 408)을 갖는 PCB(400)의 내부층들상에 남아 있게 한다.

Z-방향 디커플링 커패시터들

Z-방향 컴포넌트 바디 타입을 갖는 커패시터들이 여러 방식들로 구성될 수도 있다. 도 15에서, 도체(504) 및 전술한 바와 유사하게 그 길이를 연장하는 2개의 채널들(506 및 508)을 갖는 바디(502)를 갖는 Z-방향 커패시터(500)가 도시되어 있다. 신호(526)에 접속된 도체(504)가 도시되어 있다. Z-방향 커패시터(500)의 플레이트들을 형성하는 수직 배향 인터리빙된 부분 원기둥형 시트들(510, 512)은 유전체 재료(미도시)의 개재층들과 사용되는 전압(Vcc) 및 접지와 같은 기준 전압들(또는 커패시턴스를 요구하는 임의의 다른 신호들)에 접속된다. 부분 원기둥형 시트(510)는 접지(520)에 접속되는 도금된 채널(506)에 접속된다. 부분 원기둥형 시트(512)는 공급 전압(Vcc)(522)에 접속되는 것으로 도시되는 도금된 채널(508)에 접속된다. 시트들(510, 512)은 구리, 알루미늄 또는 고도전율을 갖는 다른 재료로 형성될 수도 있다. 부분 원기둥형 시트들 사이의 재료는 유전 특성들을 갖는 재료이다. Vcc(522) 및 접지(520) 각각에 접속된 하나의 부분 원기둥형 시트만이 도시되어 있지만, 추가의 부분 원기둥형 시트들이 원하는 커패시턴스/전압 정격을 달성하기 위해 제공될 수도 있다.

전압(Vcc) 또는 접지에 접속된 적층 지원 부재들을 사용하는 Z-방향 커패시터의 다른 실시예가 도 16에 도시되어 있다. Z-방향 커패시터(600)는 중심 도체(601), 및 상부 부재(605t), 저부 부재(605b), 상부 부재와 저부 부재(605t, 605b) 사이의 복수의 지지 부재들(디스크들로서 예시됨)로 이루어진 바디(605)로 이루어진다.

중심 도체(601)는 어셈블링된 Z-방향 커패시터(600)에서의 개구(615) 및 개구들(602t 및 602b)을 통해 연장하고, 이들 개구들 모두는 중심 도체를 밀접하게 수용하도록 사이징된다. 중심 도체는 신호(626)에 대한 신호 경로를 형성하는 상부 및 저부(605t, 605b)상의 도전성 트레이스들(603t 및 603b)에 전기적으로 접속된다. 이러한 접속은 도금 또는 납땜에 의해 이루어진다. 도체(601)는 도전성 트레이스(601)를 통해 신호(626)에 접속된다. 도체(601)의 저부 단부는 유사한 방식으로, 도전성 트레이스(603b)를 통해 신호 트레이스(미도시)에 접속된다.

대향 개구들(607t 및 608t)이 상부(605t)상의 에지에 제공된다. 저부(607)는 에지에 제공된 대향 개구들(607b 및 608b)을 갖는 상부(605)와 유사한 구성이다. 상부와 저부(605, 609) 사이에는, 용량성 특징을 제공하는 복수의 지지 부재들(610)이 있다. 지지 부재들(610)은 그들의 외부 에지 및 내부 홀(615)에서 적어도 하나의 개구(613)를 각각 가져서, 그를 통한 도체(602)의 통과를 허용한다. 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 대향 개구들(613)이 각 지지 부재(610)에 제공된다. 어셈블링될 때, 대향 개구들(607t, 607b, 608t, 608b, 및 613)은 Z-방향 커패시터(600)의 측면을 따라 연장하는 대향 채널들(604 및 608)을 형성하도록 정렬된다. 접지(620)와 같은 기준 전압에 접속된 채널(604) 및 Vcc(622)와 같은 다른 기준 전압에 접속된 채널(606)이 도시되어 있다. 지지 부재들은 유전성 재료로부터 제조될 수도 있고 모두가 동일하거나 변하는 두께를 가질 수도 있어서 Z-방향 커패시터(600)에 대한 원하는 특성들을 설계하는데 있어서 선택을 허용한다.

환상 플레이팅(annular plating)(617)이 지지 부재(610)의 상면과 저면 중 하나상에 또는 원하는 경우에 양면들상에 제공된다. 도시된 바와 같이, 환상 플레이팅은 각 지지 부재의 상면상에 도시되어 있지만, 환상 플레이팅은 지지 부재 마다 변할 수 있다. 환상 플레이팅(617)은 일반적으로 지지 부재의 형상에 따르고, 추가의 개구가 제공되는 경우에 에지 개구들(613) 중 하나로부터 다른 에지 개구를 향해 연장한다. 환상 플레이팅은 그것이 부착되는 지지 부재(610)의 직경, 치수 또는 전체 사이즈 보다 작은 직경 또는 치수 또는 전체 사이즈로 되어 있다. 플레이트(617)가 환상으로서 설명되지만, 플레이팅이 중심 도체와 접촉하지 않거나, 그것이 도금되거나 그렇지 않으면 부착되는 지지 부재의 에지로 연장하지 않으면 다른 형상들이 또한 사용될 수도 있다. 환상 플레이트는 에지 개구들(613) 중 하나와 접촉하지 않지만, 하나 보다 많은 채널이 Z-방향 커패시터(600)의 바디의 측면에 존재하면 다른 개구들로부터 이격된다. 또한, 도체(601)가 통과하는 환상 플레이트(617)에서의 개구(615) 보다 큰 직경을 갖는 환상 플레이트(617)에서의 개구(619)가 있다. 개구(619)는 도체(602)의 직경 보다 큰 직경을 가져서, 환상 플레이트(617)를 도체(602)로부터 이격되게 둔다.

예시된 바와 같이, 지지 부재들(610)은, 적층될 때, 대안의 부재들이 그 위 또는 아래의 부재에 관하여 180도 회전된다는 점을 제외하고는 실질적으로 동일하다. 이것을 1-1 구성이라 칭할 수도 있다. 이러한 방식으로, 대안의 부재가 2개의 채널들 중 하나 또는 다른 하나에 접속될 것이다. 도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 지지 부재들(610) 중 상위 지지 부재상의 환상 플레이팅이 채널(608) 및 전압(Vcc)(622)에 접속되고, 2개의 지지 부재들(610) 중 하위 지지 부재상의 환상 플레이팅이 채널(604) 및 접지(620)에 접속된다. 동일 채널에 접속된 2개의 인접한 부재들을 갖는 것과 같은 다른 지지 부재 배열들이 또한 사용될 수도 있고, 다음의 지지 부재는 대향 채널에 접속되고, 이는 2-1 구성으로서 지칭할 수도 있다. 다른 구성들은 2-2, 3-1을 구성할 수도 있고 설계 선택의 문제이다. 원하는 커패시턴스 또는 전압 정격이 상부 및 저부(605, 609) 사이에 삽입되는 지지 부재들의 수를 결정한다. 도시하지는 않았지만, 유전성 재료로 이루어지고 지지 부재들(610)을 지지하도록 유사하게 정형된 유전성 부재들은 지지 부재들(610)과 인터리빙될 수도 있다. 설계 선택에 기초하여, 단일 채널만이 사용될 수도 있거나 더 많은 채널들이 제공될 수도 있고, 환상 플레이팅이 중심 도체와 접촉할 수도 있고 채널들과 접촉하지 않을 수도 있다. 다시, Z-방향 커패시턴스에 대한 실시예들은 예시를 위한 것이고 제한하는 것으로 의미되지 않는다.

Z-방향 커패시터에 대한 어느 설계로나, 제 2 도체가 차동 디커플링 커패시터를 생성하기 위해 도전성 플레이트들내에 배치되는 제 1 도체와 병렬로 제공될 수도 있다. Z-방향 커패시터의 다른 실시예는 동일한 기준 전압에 접속된 환상 플레이팅을 또한 갖는 각 지지 부재에서 기준 전압들 중 하나에 중심 도체를 접속함으로써 도 15 또는 도 16으로부터 구성될 수도 있다. 이것은 점퍼(jumper)(621)에 의해 개략적으로 예시된 바와 같이 환상 플레이팅에 도체를 단순히 접속함으로써 수행될 수도 있다. 실제로, 환상 플레이트(617)에서의 환상 개구(619)는 환상 플레이트 및 도체(602)가 전기적으로 접속되도록 사이징된다. 이러한 컴포넌트는 최적의 디커플링 배치를 위해 집적 회로 또는 다른 표면 실장 컴포넌트의 전력 핀 또는 볼 직하에 배치될 수도 있다. 도체의 단부에 전기적으로 접속되는 상면 및 저면상의 도전성 트레이스들은 이러한 실시예에서 바디의 에지로 연장하지 않는다.

Z-방향 신호 지연 라인

도 17a 내지 도 17c 및 도 18은 Z-방향 신호 지연 라인 컴포넌트의 실시예들을 예시한다. 일반적으로, Z-방향 신호 지연 라인은 그 안에 라우팅되는 신호 도체를 갖는 바디를 포함하고, 이 신호 도체는 지연 라인을 통해 이동하는 신호들의 속도를 둔화시키는 자성 재료, 및 유전성 재료 중 하나로 이루어진다. 신호 도체는 바디내에 포함된 길이를 갖고, 바디의 길이와 동일한 길이일 수도 있거나 바디의 길이 보다 길이가 길 수도 있다. 신호 도체에 대한 접속들은 Z-방향 컴포넌트의 측면상에 제공된 채널들을 통해 또는 상면 또는 저면상에 제공된 도전성 트레이스들 또는 상부 및/또는 저부 트레이스들 및 채널들의 조합에 의해 이루어질 수도 있다. 도 17a에서, Z-방향 컴포넌트(700A)는 그 상면(702t)상에 도전성 트레이스들(703a 및 703b)을 갖는 바디(702a)를 갖는다. 바디(702a)의 길이의 일부를 따라 연장하고 각각의 상부 및 저부 단부들에서 직렬 방식으로 복수의 짧은 수평 바들(704e)에 의해 접속된 (대략 W-형상에 근사한) 수직 배향 세그먼트들(704a 내지 704d)을 포함하는 복수의 도전성 레그들로 이루어진 지연 라인(704)이 바디(702a)내에 배치되어, 물결 또는 지그재그 방식으로 지연 라인(704)을 형성한다. 바디(702a)의 상면(702t)상에 도전성 트레이스들(703a 및 703b) 각각에 접속되는 것으로 도시된 세그먼트들(704a 및 704d)(지연 라인을 형성하는 도체의 시작 및 단부)의 상부 단부들이 도시되어 있다. 신호 경로에 삽입되는 지연 라인(704)을 형성하는 도체의 추가 길이는 더 긴 길이의 신호 이동을 초래하여, 신호를 지연시킨다. 지연 라인(704)에 대한 접속은 상면 또는 저면상의 도전성 트레이스들과 결합하여 또는 상부 및 저부 도전성 트레이스들 대신에 바디(702a)의 측면(702s)에 제공된 채널을 사용하여 또한 수행될 수도 있다. 추가의 세그먼트들이 지연 라인(704)에 추가되어 지연량을 증가시킬 수도 있다.

도 17b에서, Z-방향 컴포넌트 지연 라인(700B)은 바디(702b)의 상부 및 저부상에 도전성 트레이스들(703t 및 703b)을 갖는 바디(702b)를 갖는다. 바디(702b)에는, 서로 이격되고 복수의 수직 레그 세그먼트들(705e)에 의해 직렬 접속되는 복수의 수평 배치(도 16b에서 볼 때) C-형상 도체들(705a 내지 705d)로 이루어진 지연 라인(705)이 있다. C-형상 도체들(705a 내지 705d)은 또한, 바디(702b)의 상면 또는 저면(702t, 702b)에 거의 병렬로 배치된 것으로 설명될 수도 있고 레그 세그먼트(705)는 바디의 측면에 거의 병렬인 것으로 설명될 수도 있다. 바디(702b)의 상부 및 저부에 인접한 세그먼트들(705e)의 단부들은 상면 및 저면상의 트레이스들(703c 및 703d)에 접속한다. 다시, 신호 경로에 삽입되는 지연 라인(705)의 추가 길이는 더 긴 신호 이동을 초래하여, 신호를 지연시킨다. 인접한 C-형상 도체들 사이에 과도한 용량성 커플링이 존재하면, 차폐 재료(미도시)가 인접한 C-형상 도체들 사이에서 바디(702b)내에 배치될 수 있고 접지될 수 있다. 이것이 이러한 기하학적 구조의 대부분의 기생 영향들 제거한다는 것이 기대된다. 인접한 C-형상 도체들 사이의 접속들은 하나의 C-형상 도체의 자속이 다음의 C-형상 도체의 자속을 소거하도록 이루어진다. 이것은 C-형상 도체들 사이의 자기 커플링을 감소시킨다. 추가의 C-형상 도체들이 추가되어 지연을 증가시킬 수도 있다. 다르게는, 지연 라인은 나선 구성으로 배열될 수도 있다.

도 17c는 도 17b의 Z-방향 지연 라인의 프로그램가능한 버전을 예시한다. Z-방향 지연(700C)은 상부 및 저부 트레이스들(703t)을 갖는 바디(702b)를 갖는다. 바디(702b)내에 배치된 지연 라인(705)은 전술한 바와 같이 복수의 직렬 접속된 C-형상 도체들로 이루어진다. C-형상 도체들에 대한 단축 메커니즘(shorting mechanism)이 바디(702B)내에 또는 그 상에 배치되고 적어도 하나의 단축 바로 이루어질 수도 있다. 인접한 C-형상 도체들 사이의 단축 바의 일부들을 선택가능하게 제거함으로써, Z-방향 컴포넌트 지연 라인(700c)에 의해 제공된 지연량이 조정될 수도 있거나 프로그램될 수도 있다. 예시되어 있는 바와 같이, 드릴가능한(drillable) 단축 바들(708, 709)이 도시되어 있고 부품의 지연 시간을 프로그램하기 위해 사용된다. 이러한 실시예에서, 단축 바들(708, 709)은 바디(702b)의 길이를 따라 연장하고 C-형상 도체들 각각에 접선으로 접촉한다. 단축 바들(708 및 709)은 서로에 정반대이어서 이들 사이에 인출된 라인은 각 C-형상 도체(705a 내지 705d)를 양분한다. 최소 지연이 소망되는 경우에, 단축 바들(708, 709)은 제자리에 남아 있다. 최대 지연이 소망되는 경우에, 단축 바들(708, 709)은 도전성 재료를 드릴링하거나 에칭함으로써 제거된다. 단축 바들(708, 709)의 일부가 인접한 C-형상 도체들 사이에서 제거될 때, 시간 지연은 1/2 또는 그때의 전체 권선 증분 만큼 증가된다. 이것은 생산 목적들을 위해 최상의 신호 지연을 쉽게 결정하기 위해 개발에서 사용될 수 있다. 또한, 각 PCB는 신호들의 지연을 최적화하여 설계에서 다른 파라미터들의 변동들을 보상하기 위해 기능적 테스팅 동안 동조될 수도 있다.

하나 또는 그 초과의 단축 바들이 라인(710)으로 표시한 바와 같이 수직 도체 세그먼트들(704a 내지 704d)을 수평으로 가로질러 단축 바를 배치함으로써 Z-방향 지연 라인(700A)과 또한 사용될 수도 있다. 그러나, 이러한 설계로는, 시간 지연은 PCB에 부품을 삽입하기 이전에 조절되어야 한다. 또 다른 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 채널들이 단축 바들 대신에 단축 메커니즘으로서 제공될 수도 있고, 도금하는데 있어서 선택적 도금 기법들을 사용하여, 지연 라인들(704 또는 705)의 이러한 Z-방향 지연 라인 부분들이 함께 단축될 수도 있다.

도 18에서, 가변 지연 라인(730)이 PCB상의 도전성 트레이스들에 의해 임의의 수의 Z-방향 지연 라인을 함께 접속함으로써 생성될 수도 있다. 이들 표면들은 접속들을 예시하기 위해 투명한 것으로서 도시되어 있다. 도 17a 내지 도 17c에 예시된 바와 같은 Z-방향 지연 라인, 또는 도전성 플러그 또는 Z-방향 신호 통과 컴포넌트를 나타낼 수 있고, PCB(740)의 상면 및 저면(740t, 740b)상에 도시된 바와 같이 상부 및 저부 도전성 트레이스들(780t, 780b)에 의해 직렬 방식으로 접속되는 원기둥들(750, 760 및 770)이 PCB(740)에 삽입된다. 원기둥들(750, 760 및 770)은 또한, 존재하면 PCB(740)의 내부 층들상에 제공된 도전성 트레이스들을 통해 또는 내부 또는 외부 도전성 트레이스들의 조합에 의해 직렬로 접속될 수도 있다. 원기둥들(750, 760 및 770)이 Z-방향 지연 라인 엘리먼트를 각각 나타내면, 지연 라인(730)에 걸친 총 지연은 Z-방향 컴포넌트 지연 라인 엘리먼트들을 현저한 지연을 도입하지 않는 전술한 Z-방향 컴포넌트 신호 통과 디바이스 또는 더 큰 지연을 갖는 다른 Z-방향 컴포넌트 지연 라인으로 대체함으로써 변경될 수도 있다. 이러한 구성의 하나의 이점은 총 신호 지연이 여전히 조정되게 하면서 PCB 레이아웃 설계에 변경들을 요구하지 않는다는 것이다.

Z-방향 T-필터/PI 필터

Z-방향 T 필터 및 Z-방향 Pi 필터는 입력 도체, 출력 도체 및 접지 도체를 갖는 3 포트 디바이스들이다. T 필터들은 일반적으로, 저역 통과 필터에 대해, 저항기들 사이 및 접지에 접속된 커패시터와 함께 입력과 출력 사이에 접속된 2개의 직렬 저항기들과 또는 고역 통과 필터에 대해, 입력과 출력 사이에 접속된 2개의 직렬 커패시터들 및 커패시터들 사이 및 접지에 접속된 저항기로 이루어진다. 개략적으로, 이들 필터들은 문자 T와 유사하다. Pi 필터들은 입력과 접지 사이에 접속된 제 2 컴포넌트 및 출력과 접지 사이에 접속된 제 3 컴포넌트와 함께 입력과 출력 사이에 접속된 하나의 컴포넌트를 갖는다. 제 1 컴포넌트는 저항기일 수도 있고 제 2 및 제 3 컴포넌트들은 커패시터들일 수도 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 인덕터들이 또한 사용될 수도 있다. 이들 디바이스들은 도 8 및 도 9에 도시된 트랜지스터와 유사한 방식으로 Z-방향 컴포넌트에 실장될 수도 있다.

Z-방향 페라이트 비드

도 19a 내지 도 19c는 Z-방향 페라이트 비드들의 대안의 실시예들의 단면도들을 예시한다. 이들 디바이스들의 구성은 도 5b 내지 도 5h에 도시되고 설명한 바와 유사하다. 도 19a에 도시되어 있는 바와 같이, 도체(1002)가 통과하는 개구를 갖는 자성 재료의 원기둥(1001)이 바디(100)의 일부내에 배치된다. 도체(1002)는 바디(1000)의 상면 및 저면으로 연장하고, 여기서, 이것은 상면 및 저면에 전기적으로 접속된다. 도체는 또한 바디의 측면상의 채널 또는 2개의 측면 채널 등에 전술한 바와 같이 또한 접속될 수도 있다. 원기둥(1001)의 외경을 변화시킴으로써, 페라이트 비드의 특징들을 제어하는 자기 특성들이 변한다. 도시된 바와 같이, 원기둥(1001)은 바디(1000)내에 포함되지만, 그것의 외주연은 바디(1000)의 측면으로 또한 연장할 수도 있다. 이러한 구성은 단일 도체 차동 Z-방향 페라이트 비드를 생성한다.

도 19b에서, 2개의 도체들(1002-1 및 1002-2)이 2개의 도체 차동 모드 Z-방향 페라이트 비드를 형성하는 바디(1000)에서의 원기둥(1001)에 제공된 2개의 개구들을 통과한다. 2개의 병렬 이격된 도체들(1002-1 및 1002-2)은 자성 재료로 이루어진 원기둥(1001)에 의해 둘러싸인다. 원기둥(1001)의 외경을 변화시킴으로써, 페라이트 비드의 특징들을 제어하는 자기 특성들이 변한다. 도시된 바와 같이, 원기둥(1001)은 바디(1000)내에 포함되지만, 그것의 외주연은 바디(1000)의 측면으로 또한 연장할 수도 있다.

2개의 도체 차동 모드 Z-방향 페라이트 비드와 실질적으로 유사하지만 원기둥(1001A)내의 도체들(1002-1, 1002-2) 양자가 원기둥(1001a)을 형성하는 자성 재료에서 공통 개구(1003)를 통과하는 2개의 도체 공통 모드 Z-방향 페라이트 비드가 도 19c에 도시되어 있다. 개구(1003)내의 볼륨은 자성 재료로 채워지지 않는다. 볼륨은 빈 상태로 남겨질 수도 있고, 즉, 공기가 채워질 수도 있거나, 다른 비자성 재료가 도체들(1002-1, 1002-2)에 의해 채워지지 않은 부분을 채우기 위해 사용될 수도 있다.

Z-방향 스위치

단일 폴 단일 위치 또는 멀티-폴 멀티 위치 스위치로서 작동하는 Z-방향 컴포넌트가 삽입 축을 중심으로 상이한 위치들로 회전시킴으로써 상이한 세팅들을 PCB에 프로그램하기 위해 사용될 수도 있다. 도 20a 및 도 20b는 하나 또는 그 초과의 도전성 트레이스들을 갖는 다중의 내부층들(1102) 및 3개가 외부 표면(1104)상에서 a, b 및 c로서 또한 지정되는 다중의 도전성 표면 트레이스들(1103)을 갖는 PCB(1101)를 예시한다. 도전성 트레이스들은 PCB(1101)의 외부 표면들 양자상에 제공될 수도 있다. 도 20a에서, Z-방향 컴포넌트(1105)가 쓰루 홀로서 도시된 실장 홀(1106)에 실장된다. 회로 트레이스(1103a)와 정렬된 Z-방향 컴포넌트(1105)의 채널(1107)이 도시되어 있다. 채널(1107)은 상면(1105t)으로부터 저면(1105b)으로 측면(1105)을 따라 연장한다. 그러나, 채널의 길이는 Z-방향 컴포넌트의 바디의 길이 보다 작을 수도 있고, 상면 및 저면 중 하나로부터 다른 하나로만 연장할 수도 있거나 예를 들어, PCB의 2개의 내부층들 사이에서만 연장하는 것과 같이 상면과 저면 중간에 배치될 수도 있다. 로드(rod)(1109)와 같은 압축 도전성 부재가 채널(1107)에 삽입되어 도시되어 있다. 원하는 표면 트레이스(1103)를 갖는 정렬로 Z-방향 컴포넌트(1105)를 회전시키기 위해 사용된 슬롯(1108)과 같은 회전 구조가 Z-방향 컴포넌트(1105)의 상면(1105t)에 제공된다. 한 쌍의 홀들 또는 크로스 형상 슬롯들과 같은 다른 구성들이 슬롯(1108) 대신에 또한 사용될 수도 있다.

이제, Z-방향 컴포넌트(1105)가 제거된, 도 20a의 라인 20B-20B를 따라 취해진 단면도인 도 20b를 참조하면, 다중의 내부 접속 포인트들(1110 내지 1113)이 도시되어 있다. 트레이스(1103a)와 정렬된 Z-방향 컴포넌트(1105)의 압축 도전성 부재(1100)로, 트레이스(1103a)와 접속 포인트(1110) 사이의 접속은 이들 2개의 포인트들을 상호접속시키는 파선에 의해 표시된 바와 같이 이루어진다. Z-방향 컴포넌트(1105)의 압축 도전성 부재(1109)가 트레이스(1103b)와 정렬되면, 트레이스(1103b)는 이들 2개의 포인트들을 상호접속시키는 파선에 의해 표시된 바와 같이 접속 포인트(1111)에 접속될 것이다. 유사하게는, Z-방향 컴포넌트(1105)의 압축 도전성 부재(1109)가 트레이스(1103c)와 정렬되면, 트레이스(1103c)는 이들 3개의 포인트들을 상호접속시키는 도시된 파선에 의해 표시된 바와 같이 접속 포인트들(1112 및 1113)에 접속될 것이다.

압축 도전성 부재가 로드일 때, 이것은 채널(1107)의 직경 보다 작고 바람직하게는 그 이상인 직경을 가질 수도 있다. 도 20c 및 도 20d에서, 채널(1107)의 직경 보다 큰 직경을 갖는 압축 도전성 로드(1109)가 도시되어 있다. 이것은 압축 로드(1109)가 채널(1107)에 삽입될 때 압축된다는 것을 보장하기 위해 행해져서, 압축 도전성 로드(1109)가 로드와 채널 사이의 간섭 피트(interference fit)로 인해 Z-방향 컴포넌트(1105)의 바디내에 유지된다는 것을 보장하는 것을 돕는다. 또한, 도 20d에 예시되어 있는 바와 같이, 채널 (1107)은 압축 도전성 로드(1109)의 중심 라인(1109a)이 원하는 전기적 접속들을 형성하기 위해 압축 도전성 로드(1109)의 외측면의 스트립(1109s)이 Z-방향 컴포넌트(1105)의 측면(1105s)을 넘어 여전히 연장하게 하면서, Z-방향 컴포넌트(1105)의 반경(R) 이내이거나 그 보다 작은 거리에 위치되도록 Z-방향 컴포넌트(1105)의 에지에 위치된다. 외부 주변의 이러한 스트립 또는 부분(1109s)이 도 20d에 과장되게 도시되어 있다. 이것이 PCB(1101)에 삽입된 Z-방향 컴포넌트(1105)를 또한 목적으로 한다는 것이 기대된다. 추가의 채널들 및 압축 도전성 로드들이 멀티-폴 스위치를 형성하는 회로에 대한 설계 요건들을 충족시키기 위해 필요한 경우에, Z-방향 컴포넌트(1105)에 또한 제공될 수도 있고 Z-방향 컴포넌트(1105)의 주변을 중심으로 배열될 수도 있다.

압축 도전성 로드(1109)의 직경이 채널(1107)의 직경 이하이고 압축 도전성 로드의 중심라인이 Z-방향 컴포넌트(1105)의 바디의 측면에 또는 그를 넘어 있다면, 로드는 채널에서 떨어지는 경향이 있다는 것이 인식될 것이다. 채널내의 압축 도전성 로드의 일부상의 또는 채널의 표면상의 접착제와 같은 일부 수단이 PCB(1104)로의 Z-방향 컴포넌트(1105)의 삽입 이전에 삽입될 때 채널(1107)에 로드(1109)를 유지하기 위해 사용될 필요가 있다. 채널(1107)의 직경 보다 작은 직경을 갖는 압축 로드(1109)로, 채널 표면과 압축 도전성 로드 사이에 삽입된 채널 벽에서의 상승부와 같은 심(shim)들 또는 수단이 압축 도전성 로드가 Z-방향 컴포넌트(1105)의 측면(1105s)을 넘어 연장하는 부분을 갖는 것을 보장하기 위해 사용될 수도 있다.

일반적으로, 채널 형상 및 압축 도전성 부재 형상은, 로드가 채널에 삽입될 때, 압축 부재의 일부가 Z-방향 컴포넌트의 측벽을 넘어 여전히 연장하게 하면서 채널에 의해 홀딩되도록 서로에 대응해야 한다. 원기둥 채널들 및 로드들이 설명되었지만, 다른 형상들이 또한 사용될 수도 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 도 20d에 도시되어 있는 바와 같이, 채널(1120)은 개구 선단이 측면과 정렬된 섹션에서 일반적으로 삼각형 또는 사다리꼴이다. 채널(1120)의 단면 형상에 의해 초래되는 핀치드-인 웨이스트(pinched-in waist)(1122w)를 갖는 일반적인 직사각형 압축 도전성 부재(1122)가 채널(1120)에 삽입되어 도시되어 있다. 부재(1122)는 또한 삼각형 단면을 또한 가질 수도 있다.

이러한 방식에서, Z-방향 컴포넌트(1105)의 사용은 PCB(1101)가 최소 수의 컴포넌트들을 사용하여 시리얼 넘버와 같은 식별 표시로 구성되게 한다. PCB(1101)의 표면 층들(상면, 저면 또는 양자) 사이의 접속들이 전술한 바와 같이 Z-방향 컴포넌트(1105)에 제공된 우물을 사용함으로써 내부층들에 대해 또한 이루어질 수 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 우물들 및 하나 또는 그 초과의 중심 도체들이 내부층들(1102)과 PCB(1101)의 표면층들 사이 및 그 중에 다중의 접속들을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. Z-방향 컴포넌트(1105)가 위치되고 원하는 트레이스들과 정렬되면, 제자리에 도금되는 것이 예상되지만, Z-방향 컴포넌트(1105)는 실장 홀(1106)에 또한 제거가능하게 삽입될 수도 있고, 이것은 PCB(1101)에서의 층들의 수에 의존하여 단일-갱(gang) 또는 멀티-갱 회전 스위치와 유사하게 재정렬되게 한다. 슬롯이 스크류드라이버 또는 다른 유사한 수단에 의해 회전되게 하도록 Z-방향 컴포넌트의 단부 표면들 중 하나에 제공될 수도 있다. 회전을 여전히 허용하면서 실장 홀에 Z-방향 컴포넌트를 홀딩하기 위해, 컴플라이언트 스트립들 또는 다른 유사한 수단이 Z-방향 컴포넌트의 원주 표면상에 제공될 수도 있다. 실장 홀이 쓰루 홀일 때, 상면(1105t)은 Z-방향 컴포넌트가 회전될 때 실장 홀 외부로 슬라이딩하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있는 방사상 돌출부들(1130) 또는 플랜지를 가질 수도 있다.

Z-방향 스위치를 구축시에, Z-방향 컴포넌트(1105)는 그 바디에 통합되고 PCB의 층(내부층 또는 외부층)상의 하나 또는 그 초과의 트레이스들을 전술한 바와 같이 채널들 또는 도체들을 사용하여 PCB에서의 동일 또는 상이한 표면들상의 더 많은 트레이스들 중 서로와 접속하기 위해 사용되는 도 20c에서의 파선 블록(1115)에 의해 표시된 다수의 상이한 회로들 또는 컴포넌트들의 값들을 가질 수도 있다. Z-방향 컴포넌트를 통하는 다중의 경로들을 가짐으로써, 상이한 회로들이 2개 또는 그 초과의 접속 포인트들 사이에서 원하는 회로 컴포넌트를 갖는 어느 도체(들)가 브리징되는지 선택하기 위해 부품을 회전시킴으로써 선택될 수 있다. 예를 들어, Z-방향 컴포넌트는 Z-방향 컴포넌트를 삽입하여 원하는 도전성 트레이스들과 정렬함으로써 선택되는 저항값들의 범위를 가질 수도 있다. 이 개념은 필요한 도전성 트레이스들에 따라 Z-방향 컴포넌트의 바디의 볼륨내에 피팅되는 전자 컴포넌트들의 임의의 조합으로 확장될 수도 있다.

Z-방향 내부 커넥터

매우 높은 속도의 신호들이 갖는 문제점들 중 하나가, PCB 층들 사이의 천이가 천이를 하기 위해 비아 홀을 요구한다는 것이다. 비아 구리는 신호에 비하여 상당한 표면적을 갖는다. 이것은 신호 품질에 영향을 미칠 수도 있는 송신 라인 불연속성을 초래한다. 현재의 고속 PCB 설계들은 때때로 비아의 표면적을 감소시키기 위해 이들 비아들이 백 드릴(back drill)되는 것을 요구한다. 일례가, 신호가 2개의 내부층들 사이에서 천이한 후 비아의 외부 세그먼트들이 제거될 필요가 있을 때이다. 신호가 PCB에 위치되는 영역에 이르기까지 PCB의 표면들 사이에서 구리를 제거하기 위해 드릴 비트가 사용된다. 도 21a, 도 21c 및 도 21d는 이러한 백 드릴링 프로세스를 필요로 하지 않고 내부 접속들을 할 수 있는 내부 Z-방향 컴포넌트 커넥터의 다른 구성을 예시한다. 이러한 실시예는 또한 Z-방향 컴포넌트의 바디와 테스트 경로들의 사용을 예시한다. 이러한 내부 커넥터는 도금 우물이 PCB의 상부층 또는 저부층에 대해 소망되지 않을 때 언제든지 사용될 수도 있다.

이러한 실시예에서, Z-방향 컴포넌트(1200)는 원하는 접속을 하기 위해 가열될 때 확장하거나 리플로우하는 납땝 페이스트 재료(미도시)를 함유하는 측면(1200s)상에 적어도 2개의 리세스된 영역들 또는 포켓들(1202a, 2202b, 1202c, 1202d)을 갖는다. 도체(1216a, 1216b, 1216c, 1216d)가 상면(1200t)과 포켓들(1202a 내지 1202d) 각각 사이에 각각 제공된다. 표면(1200t)상의 도체들(1216a 내지 1216d)의 부분들(1216a1 내지 1216d1)은 여기에 설명한 바와 같은 테스트 프로브들에 의한 테스트 포인트들로서 사용될 수도 있다.

각각이 실장 홀(1214)의 벽(1214w)에서의 4개의 내부 위치들에 제공된 2개의 도전성 신호 트레이스들(1212a 및 1212b, 1212c 및 1212d)을 갖는 2개의 내부층들(1211a, 1211b)을 갖는 4-층 PCB(1210)의 단면도가 도 21b에 도시되어 있다. 단지 예시를 위해, 트레이스(1212a)를 트레이스(1212c)에 그리고 트레이스(1212b)를 트레이스(1212d)에 상호접속하는 것이 요구된다. 다른 수의 내부층들 및 신호 트레이스들이 적절하게 설계된 Z-방향 컴포넌트 내부 커넥터를 사용하여 유사한 방식으로 또한 접속될 수도 있다. Z-방향 컴포넌트(1200)에서, 4개의 대응하게 위치된 포켓들(1202a 내지 1202d)은, Z-방향 컴포넌트(1200)가 실장 홀(1214)에 삽입될 때, 이들 포켓들이 내부층들(1211a, 1211b)상의 트레이스들(1212a 내지 1212d) 각각에 인접하도록 측면(1200s)상에 위치된다.

포켓들은 당업계에 공지되어 있는 바와 같은 다양한 수단에 의해 상호접속될 수도 있다. 2개의 예들이 도 21a 및 도 21c에 예시되어 있다. 하나의 예가, PCB의 가열이 발생할 때 납땜 페이스트로 채워질 수도 있거나 포켓들에서의 납땜 페이스트가 흐르는 포켓들(1202b 및 1202d)을 상호접속하는 측면(1200s)으로 컷팅된 채널(1220)이다. 모든 포켓들을 함께 상호접속하는 추가의 채널들이 제공될 수 있고 포켓들은 채널(1220)에 제공된 파선들(1224)에 의해 표시된 제거가능한 댐들을 사용하여 선택가능하게 상호접속될 수도 있다. 이것은 Z-방향 커넥터가 제조된 이후에 상호접속들이 결정되게 한다. 포켓들 사이에서 접속이 소망되는 경우에, 이들 포켓들을 상호접속하는 채널에서의 댐(1224)이 제거된다. 다른 접속이 포켓들(1202a 및 1202c)을 상호접속하는 바디(1200b)에 제공된 도체(1222)에 의해 행해질 수도 있다. 이러한 배열로, 상호접속의 방식은 도체들이 원하는 상호접속 포인트들 사이에 위치되도록 사전결정될 필요가 있다.

Z-방향 컴포넌트(1200)가 제자리에 납땜되면, 내부 접속들이 테스트 포인트들(1216a1 내지 1216d1)상에 배치된 테스트 프로브에 의해 체크될 수 있다. 예시된 접속들의 쌍들에 대해, 단일 테스트 포인트만이 상호접속된 포켓들의 각 쌍에 대해 필요하지만, 도시된 바와 같이 각 접속 포켓에 대해 테스트 포인트를 갖는 것이 소망될 수도 있다.

도 21c 및 도 21d는 바디(1200b)내에 내장되거나 형성된 옵션의 멀티-단자 컴포넌트(1230)를 갖는 Z-방향 내부 접속(1200)을 도시한다. 컴포넌트(1230)는 PCB(1210)의 내부층들(1211a, 1211b)에 대한 접속 경로에 또한 삽입될 수도 있는 능동 또는 수동 컴포넌트일 수도 있다. 도시된 바와 같이, 컴포넌트(1230)의 하나의 단자가 커넥터(1232)를 통해 Z-방향 컴포넌트(1200)의 상면(1200t)에 접속되고, 커넥터(1234)를 통해 포켓(1202a)에 접속된 제 2 단자가 도시되어 있고, 커넥터(1236)를 통해 포켓(1202d)에 접속된 컴포넌트(1230)의 제 3 단자가 도시되어 있다. 더 많거나 적은 단자들을 갖는 컴포넌트들이 내부 컴포넌트 및 도체들에 대해 이용가능한 볼륨에 의존하여 Z-방향 컴포넌트(1200)내에 또한 수용될 수도 있다.

테스트 경로들(1216a 내지 1216d)은 일부 설계들에서 존재하지 않을 수도 있다. 그러나, 테스팅 경로들은 테스트성(testability)을 개선시키기 위해 여기에 설명한 임의의 Z-방향 부품들과 사용될 수도 있다. 또한, 이러한 Z-방향 컴포넌트의 상면 또는 저면은 표면과 실질적으로 동일한 공간을 차지하는 도전성 코팅을 가질 수도 있어서, Z-방향 컴포넌트가 PCB에서 설치되고 도금될 때 추가의 차폐를 제공한다.

원하는 기능에 의존하여 일부 경우들에서, Z-방향 컴포넌트는 PCB에 부분적으로 삽입될 때 최상으로 작동할 수도 있다. Z-방향 컴포넌트는 이 Z-방향 컴포넌트가 PCB에 삽입되는 깊이에 의해 제어될 수 있는 저항률과 같은 파라미터를 가질 수도 있다. 일례가 바디의 측면상에 균일한 저항막을 도포함으로써 상면과 저면 사이에 고정된 저항값을 일반적으로 갖는 저항기이다. 이것이 파선들에 의해 표시된 실장 홀(1302)로 2개의 상이한 깊이들에서 삽입된 Z-방향 저항기(1320)를 갖는 PCB(1300)를 예시하는 도 22a 및 도 22b에 예시되어 있다. PCB(1300)는 하나의 외부면, 상면(1300t)상에 신일 트레이스들(1303, 1305), 및 다른 외부면, 저면(1300b)상에 신호 트레이스들(1307, 1309)을 갖는 것으로 예시되어 있다. 양 도면에 도시되어 있는 바와 같이, Z-방향 저항기(1320)는 신호 트레이스(1303)를 신호 트레이스(1305)에 상호접속한다. 2개의 내부층들, 즉, 제 1 전압 기준층 Vcc(1311) 및 제 2 전압 기준층 GND(1313)이 PCB(1300)에 대해 도시되어 있다. 바디(1330)의 측면(1330s)은 상면(1330t)으로부터 연장하는 2개의 폐쇄 단부 또는 블라인드 채널들(1332, 1334)을 갖는다. 이들 블라인드 채널들은 또한 저면(1330b)으로부터 연장할 수 있다. 상면과 저면(1330t, 1330b) 사이에 바디(1330)의 측면(1330s)상에 배치된 도금가능 스트립(1340)이 도시되어 있다. 도금가능 스트립(1340)의 각각의 단부에 전기적으로 접속된 도체들(1335, 1336)이 바디(1330)내에 배치된다. 도체들(1335, 1336)의 다른 단부들은 채널들(1332, 1334)에 전기적으로 접속된다. 라인(1350)은 바디(1330)에 관한 상면(1330t)의 위치를 나타낸다. Z-방향 저항기(1320)가 깊이(D1) 만큼 실장 홀(1302)로 삽입되고, 여기서, 부분(P1)은 PCB(1300)의 상면(1300t) 아래의 도금가능 스트립(1340)의 부분을 나타내고, 부분(P2)은 상면(1300t) 위의 도금가능 스트립(1340)의 부분을 나타낸다. 회로 기판(1300)이 도금될 때, 도금가능 스트립(1340)의 부분(P2)을 따라 상면(1300t) 위의 노출된 측면(1300s)이 구리로 도금되어 부분(P2)을 단축시키고 Z-방향 저항기(1320)의 전체 저항을 감소시킨다. 채널들(1332, 1334)은 도금 재료가 2개의 채널들을 함께 단축시키는 것을 방지하기 위해 단부가 폐쇄된다. 도 22b에서, 더 큰 깊이(D2)로 삽입된 Z-방향 저항기가 도시되어 있다. 따라서, 도금가능 스트립(1340)상에서, 부분(P1)은 증가되고 부분(P2)은 감소된다. 삽입 깊이(D2)에서 도금이 발생한 이후에, Z-방향 저항기(1320)의 전체 저항값은 깊이(D1)에서 삽입될 때의 저항값 보다 크다.

이러한 개념은 표면의 부품상에 도금함으로써 조절된 값을 가질 수 있는 임의의 수동 엘리먼트와 사용될 수도 있다. 일례가 Z-방향 인덕터이고, 여기서, 권선들의 부분들이 측면의 길이에 따라 노출된다. 다른 예가 도 15에 도시된 바와 유사하지만 측면 채널들(604, 608) 중 어느 하나에 접속된 환상 플레이트(617)를 갖지 않도록 변경된 Z-방향 커패시터이다. 대신에, 환상 플레이트들(617) 중 하나 또는 그 초과가 바디(605)내에 배치된 대응하는 도체에 전기적으로 접속되고, 도체의 다른 단부는 바디(605)의 측면상에 노출된다. 다른 예가 측면(702s)에서 노출된 C-형상 도체들(705a 내지 705d)의 부분을 갖는 도 17b에 도시된 바와 같은 신호 지연 라인이다. 이러한 부분 삽입 기법의 다른 사용이, 상이한 전자 기능들이 Z-방향 컴포넌트의 바디의 상면과 저면 사이의 영역들에 존재하는 경우이다. 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 다중의 디바이스들 또는 회로들이 바디(150)에 제공될 수도 있다. 내부 접속들이 측면에 제공된 도금가능 패드들에 제공될 수도 있다. 노출된 패드들은 저항기 예와 유사한 방식으로 구리 도금에 의해 단축된다. 추후 논의되는 바와 같이, Z-방향 컴포넌트는 PCB가 제조된 이후에 조절될 수 있다. 회로 설계는 PCB에 부분적으로 삽입될 회로에 옵션의 기능 또는 특징을 제공하는 Z-방향 컴포넌트를 필요로 할 수도 있고 제조시에 접속을 하지 않을 수도 있다. 추후, Z-방향 컴포넌트가 그것의 새로운 기능을 PCB에서의 회로에 추가할 필요가 있으면, 실제로 사용되면서 그 장소에 푸쉬된다.

다른 실시예에서, Z-방향 가변 값 컴포넌트에서 사용된 스트립은 스트립의 각 단부에 접속된 도체를 갖는 하나 또는 그 초과의 에칭가능 부분들(1360)을 또한 가질 수도 있다. 도체들은 외표면상에 제공된 컴포넌트의 바디 내부에 있을 수도 있거나 이전에 도시하고 설명한 바와 같이 외부 및 내부 접속들의 조합일 수도 있다. Z-방향 가변 값 컴포넌트의 값은 2개의 단부 도체들 사이의 신호 경로를 여전히 유지하면서 스트립의 에칭가능 부분(1360)을 선택적으로 에칭함으로써 조절된다. 예를 들어, 스트립이 저항성 재료로 이루어지면, 에칭에 의한 이러한 재료의 일부의 제거는 저항값을 감소시킨다. 에칭가능 부분들내의 재료에 의존하여, 컴포넌트의 값은 재료가 에칭됨에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 이러한 컴포넌트가 PCB에 실장되는 깊이에 의존하여, 더 적거나 많은 에칭가능 부분들이 에칭에 노출된다.

PCB에서 Z-방향 컴포넌트들의 설치

Z-방향 컴포넌트의 형상 및 의도한 배치가 PCB에서 리세스 또는 쓰루-홀내에 있는 것을 가정하면, 이러한 배치를 달성하는 일 방식은 도 23에 도시되어 있는 바와 같은 배향 고정물(fixture)(802) 및 램 플레이트(804)를 포함하는 삽입 시스템(800)을 사용하는 것이다. 하나 또는 그 초과의 Z-방향 컴포넌트들(806)이 배향 고정물(802)상에 위치된다. 배향 고정물(802)가 Z-방향 컴포넌트들(806)상에 제공된 위치지정 표면들 또는 다른 표시를 사용하여, 램 플레이트는 배향 고정물(802) 위에 위치되고 전술한 바와 같이 그 안에 Z-방향 컴포넌트(806)를 수용하기 위한 하나 또는 그 초과의 실장 홀들(852)을 갖는 도시된 PCB(850)로의 삽입을 위해 이들 컴포넌트들을 배향한다. PCB(850)는 도시되지 않은 고정물에 의해 홀딩된다. 도시되어 있는 바와 같이, 실장 홀들(852)은 쓰루-홀들이고, 홀들의 깊이(D)는 Z-방향 컴포넌트들(806)의 길이(L)에 대응한다. 전술한 바와 같이, 길이(L)는 깊이(D) 보다 작거나, 동일하거나 클 수도 있어서, 리세스된 실장, 동일 높이 실장 또는 연장된 실장을 허용한다. 리세스된 Z-방향 컴포넌트들에 대해, 도금될 리세스된 표면의 부분들만이 도금된다는 것을 보장하고 전체 리세스된 표면의 도금을 회피하기 위해 저항성 재료가 필요하다.

램 플레이트(804)는 화살표(860)로 표시된 바와 같이 상승되어, Z-방향 컴포넌트들(806)을 PCB(850)의 저면을 통해 PCB(850)에서의 대응하는 실장 홀들(852)에 삽입한다. 램 플레이트는 배향 고정물(802)을 통해 각 컴포넌트(806)를 정확한 깊이로 실장 홀들(852)에 가압하는 원기둥들을 가질 수도 있다. 이들 원기둥들은 개별적으로 동작될 수도 있거나 임의의 조합으로 한번에 동작될 수도 있다.

Z-방향 컴포넌트의 사용을 용이하게 하기 위해, 부품을 배향하여 PCB에 삽입하는 삽입 장비가 필요할 것이다. 도시하지는 않았지만, 픽 앤드 플레이스(pick and place) 장비가 Z-방향 컴포넌트를 PCB에 삽입하기 위해 또한 사용될 수도 있다. 이러한 픽 앤드 플레이스 장비는 PCB의 상면 또는 저면으로부터 Z-방향 컴포넌트를 삽입할 수도 있다. Z-방향 컴포넌트를 원하는 삽입 깊이로 PCB에 가압하기 위해 플런저(plunger) 디바이스가 필요할 것이다.

Z-방향 컴포넌트들은 PCB에서 제자리에 가압 피팅되거나 접착될 수도 있다. PCB와 Z-방향 컴포넌트 계면은 도금 또는 시드 재료를 방지하여 용이한 도금을 돕기 위해 저항성 재료를 포함할 수 있다. 예들이 도 24 및 도 25에 도시되어 있다. 도 24에서, 바디(902) 및 측면(902s)을 따라 연장하는 2개의 채널들(904a 및 904b) 및 도전성 상부 트레이스(906)를 갖는 Z-방향 컴포넌트(900)가 도시되어 있고, 이 Z-방향 컴포넌트(900)는 측면(902s)상에 글루 스트립(glue strip)(910) 또는 글루 도트(911)를 가져서, Z-방향 컴포넌트(900)가 도금 이전에 PCB에서의 실장 홀의 벽에 부착되게 한다. 도 25에서, 바디(922) 및 측면(920s)을 따라 연장하는 2개의 채널들(924a 및 924b) 및 도전성 상부 스트립(926)을 갖는 Z-방향 컴포넌트(920)가 도시되어 있고, 이 Z-방향 컴포넌트(920)는 채널들(924a, 924b), 도전성 트레이스(926)상에서 수평 라인들에 의해 표시된 구리 시드 재료(927)와 측면(902s)의 나머지 부분들상에 각진 라인들에 의해 표시된 저항성 재료(928)를 갖는다. 도금 재료가 원하는 위치들을 지나 이동하는 것을 방지하기 위해 컴플라이언트 재료들이 사용될 수도 있다. PCB의 표면을 지나 연장하는 부품들에 대해, 시드 구리는 PCB의 표면으로 측면 아래의 Z-방향 컴포넌트의 에지 주위에 취해진다.

다른 표면 실장 부품들이 부품 위에 실장될 수도 있고 그들에 직접 접속된 표면 실장 부품을 갖도록 패드들 또는 볼들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 볼 게이트 어레이 디바이스들에 대해, 볼들은 Z-방향 컴포넌트의 상면에 직접 부착될 수도 있다. Z-방향 컴포넌트들은 테이프 및 릴 패키징 재료에 또한 포함될 수도 있다. 부품은 픽 앤드 플레이스 진공 헤드를 사용하여 추출될 수 있고 PCB에 부분적으로 삽입될 수 있다. 그 후, 카메라가 PCB에 완전하게 삽입되기 이전에 조절된 Z-방향 컴포넌트 위치 및 Z-방향 컴포넌트의 배향을 체크하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 상술한 설명은 예시를 위해 제공되었다. 이것은 배타적이거나 개시된 정밀한 형태들에 본 발명을 제한하도록 의도되지 않고, 명백하게 다수의 변형들 및 변경들이 상기 교시의 관점에서 가능하다. 본 발명의 범위가 여기에 첨부한 청구항들에 의해 정의된다는 것이 의도된다.

Claims (11)

1. 깊이(D)를 갖는 실장 홀을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장하기 위한 Z-방향 컴포넌트로서,
   상기 PCB의 상기 실장 홀에 삽입가능한 단면 형상을 갖는 바디 ― 상기 바디는,
   상기 바디의 상부의 단부 표면인 상면;
   상기 바디의 저부의 단부 표면인 저면;
   상기 상면과 상기 저면 사이에서 상기 바디의 길이 방향을 따라 연장하는 표면인 측면; 및
   상기 바디의 상기 상면과 상기 저면 사이의 복수의 지지 부재들을 포함하고,
   상기 바디의 상면 및 저면과 각각의 지지 부재는 중심 개구 및 상기 바디의 상면 및 저면과 각각의 지지 부재의 에지 상에 한 쌍의 대향 개구들을 갖고, 상기 복수의 지지 부재들과 상기 상면 및 상기 저면의 대향 개구들은 상기 바디의 상기 측면 상에 한 쌍의 대향 채널들을 형성하고,
   각각의 지지 부재는 상기 지지 부재의 표면 상에 실장되는 환형 플레이트를 포함하고, 상기 환형 플레이트는 상기 지지 부재의 상기 중심 개구보다 큰 치수 및 상기 환형 플레이트가 실장되는 상기 지지 부재의 외부 치수보다 작은 외부 치수를 갖는 중심 개구를 갖고, 상기 환형 플레이트는 상기 지지 부재의 상기 한 쌍의 대향 개구들에서의 하나의 개구와 접속함 ―;
   상기 바디의 상기 상면과 상기 저면 사이에서 상기 바디의 길이를 따라 연장되고 상기 바디의 상기 상면 및 상기 저면과 상기 복수의 지지 부재들의 상기 중심 개구들을 통과하는 도체; 및
   한 쌍의 도전성 트레이스들 ― 상기 바디의 상기 상면 및 상기 저면의 각각 상의 하나의 도전성 트레이스는 그에 인접한 상기 도체의 단부에 전기적으로 접속되고 그로부터 상기 바디의 에지를 향해 연장하고, 상기 도전성 트레이스들 및 도체는 상기 Z-방향 컴포넌트를 통하는 신호 경로를 생성함 ―
   을 포함하고,
   상기 복수의 지지 부재들은 하나의 지지 부재의 환형 플레이트가 상기 대향 채널들 중 하나와 전기적으로 접촉하고 다음의 지지 부재 상의 환형 플레이트가 상기 대향 채널들 중 다른 하나와 전기적으로 접촉하도록 배열되는,
   Z-방향 컴포넌트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지 부재들은 유전체 재료인,
   Z-방향 컴포넌트.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 바디는 상기 지지 부재들과 인터리빙되는 복수의 유전체 디스크들을 더 포함하고, 각각의 유전체 디스크는 상기 도체를 그 안에 수용하기 위한 상기 유전체 디스크를 관통하는 중심 개구 및 그 유전체 디스크의 에지상의 한 쌍의 대향 개구들을 갖고, 상기 복수의 유전체 디스크들, 상기 복수의 지지 부재들과 상기 상면 및 상기 저면의 상기 대향 개구들은 상기 바디의 측면 상에 상기 한 쌍의 대향 채널들을 형성하는,
   Z-방향 컴포넌트.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 바디는, 상기 도체의 단부에 접속되고, 도전성 패드, 포고-핀(pogo-pin), 및 스프링 중 하나로부터 선택되는 접속 특징(feature)을 더 포함하는,
   Z-방향 컴포넌트.
5. 깊이(D)를 갖는 실장 홀을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장하기 위한 Z-방향 컴포넌트로서,
   상기 PCB의 상기 실장 홀에 삽입가능한 단면 형상을 갖는 바디 ― 상기 바디는,
   상기 바디의 상부의 단부 표면인 상면;
   상기 바디의 저부의 단부 표면인 저면;
   상기 상면과 상기 저면 사이에서 상기 바디의 길이 방향을 따라 연장하는 표면인 측면; 및
   상기 바디의 상기 상면과 상기 저면 사이의 복수의 지지 부재들을 포함하고,
   상기 바디의 상면 및 저면과 각각의 지지 부재는 중심 개구 및 상기 바디의 상면 및 저면과 각각의 지지 부재의 에지 상에 한 쌍의 대향 개구들을 갖고, 상기 복수의 지지 부재들과 상기 상면 및 상기 저면의 대향 개구들은 상기 바디의 상기 측면 상에 한 쌍의 대향 채널들을 형성하고,
   각각의 지지 부재는 상기 지지 부재의 표면 상에 실장되는 환형 플레이트를 포함하고, 상기 환형 플레이트는 상기 지지 부재의 상기 중심 개구보다 큰 치수 및 상기 환형 플레이트가 실장되는 상기 지지 부재의 외부 치수보다 작은 외부 치수를 갖는 중심 개구를 갖고, 상기 환형 플레이트는 상기 지지 부재의 상기 한 쌍의 대향 개구들에서의 하나의 개구와 접속함 ―;
   상기 바디의 상기 상면과 상기 저면 사이에서 상기 바디의 길이를 따라 연장하고 상기 바디의 상기 상면 및 상기 저면과 상기 복수의 지지 부재들의 상기 중심 개구들을 통과하는 도체;
   한 쌍의 도전성 트레이스들 ― 상기 바디의 상기 상면 및 상기 저면의 각각 상의 하나의 도전성 트레이스는 그에 인접한 상기 도체의 단부에 전기적으로 접속되고, 상기 도전성 트레이스들 및 도체는 상기 Z-방향 컴포넌트를 통하는 신호 경로를 생성하고, 상기 복수의 지지 부재들은 하나의 지지 부재의 환형 플레이트가 상기 대향 채널들 중 하나와 전기적으로 접촉하고 다음의 지지 부재 상의 환형 플레이트가 상기 대향 채널들 중 다른 하나와 전기적으로 접촉하도록 배열됨 ―; 및
   상기 환형 플레이트들 중 적어도 하나와 상기 도체를 서로 연결시키는 전기적 커넥터
   를 포함하는,
   Z-방향 컴포넌트.
6. 깊이(D)를 갖는 실장 홀을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장하기 위한 Z-방향 컴포넌트로서,
   상기 PCB의 상기 실장 홀에 삽입가능한 단면 형상을 갖는 바디 ― 상기 바디는,
   상기 바디의 상부의 단부 표면인 상면;
   상기 바디의 저부의 단부 표면인 저면;
   상기 상면과 상기 저면 사이에서 상기 바디의 길이 방향을 따라 연장하는 표면인 측면; 및
   상기 바디의 상기 상면과 상기 저면 사이의 복수의 지지 부재들을 포함하고,
   상기 바디의 상면 및 저면과 각각의 지지 부재는 중심 개구 및 상기 바디의 상면 및 저면과 각각의 지지 부재의 에지 상에 한 쌍의 대향 개구들을 갖고, 상기 복수의 지지 부재들과 상기 상면 및 상기 저면의 대향 개구들은 상기 바디의 상기 측면 상에 한 쌍의 대향 채널들을 형성하고,
   각각의 지지 부재는 상기 지지 부재의 표면 상에 실장되는 환형 플레이트를 포함하고, 상기 환형 플레이트는 상기 지지 부재의 상기 중심 개구보다 큰 치수 및 상기 환형 플레이트가 실장되는 상기 지지 부재의 외부 치수보다 작은 외부 치수를 갖는 중심 개구를 갖고, 상기 환형 플레이트는 상기 지지 부재의 상기 한 쌍의 대향 개구들에서의 하나의 개구와 접속함 ―; 및
   상기 바디의 상기 상면과 상기 저면 사이에서 상기 바디의 길이를 따라 연장하고, 상기 바디의 상기 상면 및 상기 저면과 상기 복수의 지지 부재들의 상기 중심 개구들을 통과하는 도체
   를 포함하고,
   상기 복수의 지지 부재들은 하나의 지지 부재의 환형 플레이트가 상기 대향 채널들 중 하나와 전기적으로 접촉하고 다음의 지지 부재 상의 환형 플레이트가 상기 대향 채널들 중 다른 하나와 전기적으로 접촉하도록 배열되는,
   Z-방향 컴포넌트.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 지지 부재들은 유전체 재료인,
   Z-방향 컴포넌트.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 바디는 상기 지지 부재들과 인터리빙되는 복수의 유전체 디스크들을 더 포함하고, 각 유전체 디스크는 상기 도체를 그 안에 수용하기 위한 상기 유전체 디스크를 관통하는 중심 개구 및 그 유전체 디스크의 에지 상의 한 쌍의 대향 개구들을 갖고, 상기 복수의 유전체 디스크들, 상기 복수의 지지 부재들과 상기 상면 및 상기 저면의 상기 대향 개구들은 상기 바디의 상기 측면 상에 한 쌍의 대향 채널들을 형성하는,
   Z-방향 컴포넌트.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 바디는 상기 도체의 단부에 접속되고 도전성 패드, 포고-핀, 및 스프링 중 하나로부터 선택되는 접속 특징(feature)을 더 포함하는,
   Z-방향 컴포넌트.
10. 제 6 항에 있어서,
    한 쌍의 도전성 트레이스들을 더 포함하고, 상기 바디의 상기 상면 및 상기 저면의 각각 상의 하나의 도전성 트레이스는 그에 인접한 도체의 단부에 전기적으로 접속되고 그로부터 상기 바디의 에지로 연장하고, 상기 도전성 트레이스들 및 도체는 상기 Z-방향 컴포넌트를 통하는 신호 경로를 생성하는,
    Z-방향 컴포넌트.
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