TW389008B - Via pad geometry supporting uniform transmission line structures - Google Patents

Description

發明背景 ，尤其有關於高頻信號的 本發明有關於電氣連接的領域 電氣連接。 :處理器的核心操作頻率已穩的增h，而且可以期望即 會開發出以兆赫（GHZ)頻率操作的處理器。為了完全利 些微處理器的速度，電腦系統必須能以漸增的速率與 理器核心互傳資料。增加信號驅動至軌跡的頻率一般 ^可增加資料傳輸率’以便在處理得與附屬裝置如記憶想 組之間互傳資料ο隨著此頻率的增加干擾效應也逐漸明 顯。尤其是由於軌跡阻抗變化所反射的高頻信號會將劣化 的信號口。質傳出去。這些阻抗變化部分歸因於相鄰軌跡 電容耦合的變化β 在較長信號軌跡中，例如其連接電路板上的處理器與 憶想裝置間的資料時’干擾會特別明帛。干擾軌跡時常位 於信號軌跡之間以減少信號軌跡間的電容耦合。由一 個電麼平面來提供參考電壓給參考軌跡，該平面位於 板之中並且透過通路而接到軌跡。這些通路與信號及參 軌跡相比一般具有對大的直徑，因為很難製造出小直 路的電路板，使用較大通路直徑以改善電路板的產量。 信號與參考轨跡時常排列在較緊密的封裝配置中， 付高速信號施加的時間限制。為了減少信號傳輪時， 可使用的最直接路徑在裝置之間傳送信號線。為了相 理由而將裝置尺寸極小化，較小的裝置尺寸可減少细 片之間的空間，其中墊片連接裝置與信號軌跡。在這種緊

五、發明說明（2) 密封裝的配置中，較大的通路直徑能阻止裝置間的最直接 路徑’迫使信號軌跡在通路附近傳送。此外連接信號軌跡 到裝置的裝置墊片會進入信號與干擾軌跡之間的空間β 這些因素改變信號與參考軌跡之間的相距，改變相鄰軌 跡之間的電容耦合’而信號軌跡阻抗中所導致的變化會因 為干擾效應而增加信號劣化。 例如這些阻抗改變與接著產生的干擾會發生在記憶體裝 置如加州Mountain View市Rambus公司設計者。在一典型 配置中’將100MHz信號接在電路板上的高速Ranbus DRAM(RDRAM)模組與處理器所屬的記憶體控制器之間。時 間限制包括RDRAM記憶格形成因素（大小）所施加的，其需 要緊密排列的信號與參考軌跡。信號軌跡必須在通路附近 傳送並與裝置塾片連接，改變轨跡阻抗以及在信號軌跡上 產生干擾感應雜訊。 +因此需要一種連接器其適於在緊密配置信號軌跡上連接 高頻信號’並且可以減少信號劣化。 發明概述 本發明是一種高速信號連接器，其允許信號執跡與參考 執跡及其結合之通路結構在不明顯劣化傳輸通過信號軌跡 之信號品質之下緊密配置。信號軌跡’參考軌跡，及通路 結構配置成沿著各信號轨跡維持大致一定之阻抗。 根據本發明，一種在裝置間用以連接高頻信號之連接 器，包括一底材上之通路墊片陣列。各通路墊片連接一參 考軌跡以形成一參考結構其在裝置間延伸。信號軌跡在配

Q;\Prograia Files\Patent\55017.ptd 第 Θ 頁 五、發明說明（3) U 考結構交替，以維持各信號軌跡與其相鄰參考結 貨一定之距離。 作的一實施例中’參考結構寬度會改變以提供各 ==信號軌跡的相鄰參考結構間的實質-定距離。 附圖之簡單說明 艰 字圖中的!1子來說明本發明，其中相同的參考數 〇是說明乂70件。攻些附圖揭示本發明的各實施例其目的 八是說明，並非限制本發明的範圍。 的電路板的立艘圖，其包含與記憶體控制器連接 的記憶格陣列。 ^ 圖2是圖1電路板的剖視圖。 圈3a是未修正連接器的圖形，用以 記憶體控制器之間的高頻信號。$按圖丄的記隐格與 =3b表信號軌跡與_的連接器的其相鄰參考軌跡的放 大圖。 圖4a是根據本發明高頻信號連接器的圖形。 圖4b是信號軌跡與圖蝕的連接器的其相鄰參考結構的放 大圖。 圖4c顯示圖4a連接器的另一實施例。 發明之詳細說明 以下說明的各種特定細節可提供本發明的透澈了解然 而熟於此技術者由本說明書可了解可以在沒有這些特定细 節之下實施本發明。在其他例子中，並沒有細述習知的方 法，程序，元件及電路以更明了本發明的特徵。

第7頁 五、發明說明（4) 參考如加州Mountain View市Rambus公司設計的記德艘 裝置’以及將這些裝置連接到微處理器或類似裝置所屬的 記憶趙裝置來說明本發明。要了解的是本發明可以有效的 在空間與時間限制中實施，其在緊密空間配置中需要傳送 高頻信號。 如上所述的干擾效應在系統層特別明顯，其中記憶想與 其他裝置在漸增的高頻中操作。例如資料信號在中央處理 器（CPU)及裝在電路板上的所屬裝置之間的長軌跡上傳 輸。軌跡長度會在信號上施加嚴格的時間限制，而且儘可 能的在連接裝置之間直接傳送這些信號以符合時間限制。 需要快速存取CPUs的裝置數目在接近CPU介面的電路板 空間上是最重要的，並可以限制傳送一組已知線的可用空 間。此外高速裝置如Rambus公司（"RDRAMs")提供的高速 DRAMs於設計上即很小巧以使信號傳輸時間減至極小。小 的裝置尺寸限制了其連接器之間的空間，而維持信號轨跡 緊密相隔排列著。這些考量的淨效應是信號軌跡配置在緊 密封裝的陣列中。緊密封裝信號軌跡與高頻信號的合併產 生電容耦合的問題，其可以大幅降低信號帶寬及品質。 首先參考圖1，其顯示一電路板100，上面是排成陣列的 記憶體裝置1 1 0(1 )-ll〇(n)(合稱"記憶體裝置丨丨)及記憶 體控制器120。例如記憶體裝可以是 Rambus公司設計的RDRAM裝置。信號軌跡13〇將記憶體裝置 U 0接到記憶想控制器1 2 0。為了使信號傳輸時間減到極 小’信號軌跡1 3 0會儘可能的在記憶體裝置丨丨〇與記憶體控

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五、發明說明（5) 制器120之間直接傳送《此外信號線13〇上的高頻信號藉由 置於其中的參考軌跡140而互相隔開。圖！申的參考軌跡 140較黑以便將它與信號軌跡13〇區分，而且沒有指示其相 對大小，物理性質等。 、 參考軌跡140的功能為AC接地以使信號軌跡13〇上的高頻 信號絕緣。參考軌跡140接到DC參考電壓，其一般是由電 路板100之中的電壓平面或層（圖2)所組成。 現在參考圖2，其中顯示電路板〗〇〇的剖面，以指示電壓 平面200，通路210 ,及參考軌跡14〇之間的關係。電路板 100包含一或多個底材2 〇4層與一或多個電壓平面2〇〇 ^底 材204將電壓平面200與參考軌跡14〇及位於底材2〇4表面 206上的信號軌跡13〇(圖1)電氣絕緣。當出現多個電壓平 面200，200’時，額外的底材2〇4層即使得電壓平面2〇〇， 2 0 0 ’互相絕緣。 電壓平面200的電位透過通路21〇，214而接到參考軌跡 140。本文中的通路是指傳導插塞其透過底材2〇4而連接電 壓平面200及參考執跡140 ^通路21〇是堵死通路的例子， 而通路214是鍍通孔（PTH)通路的例子。ρτΗ通路214易於製 造，因此廣泛的用於電路板100。然而本發明不要求使用 =種特別的通路才能正常操作。通路墊片212是表面26〇結 構，其連接通路210，214至參考軌跡14〇。電壓平面2〇() 一 般是保持在DC電位如接地。出現多個電壓平面2〇〇時除 了接地以外也可提供DC電位。例如第二電壓平面2〇〇，可提 供相對於接地的電壓’其適於提供電源給裝在電路板ι〇〇

五、發明說明（6) 上的裝置。 一 現在參考囷3a，它是未修正的連接器300的放大圖形， 連接器300可用以連接RDRAMs uo與記憶體控制器12〇。信 號軌跡130與參考軌跡丨4〇交替，而各參考軌跡140接到一 或多個通路2 10以提供與電壓平面2〇〇(圖2)的電連續。通 路210—般具有較大的直徑以利於製造電路板，並提供參 考平面220與參考線14〇之間的高傳導路徑。在揭示的連接

器300中’通路21〇的直徑d大致上比參考軌跡130的寬度WR 大。在許多情況下’通路直徑D也比信號軌跡12〇的寬度 Ws大。 為了上述理由’信號軌跡丨3〇與參考軌跡丨4()及其所屬通 路210是緊密配置，以迫使信號軌跡13〇如圖所示的繞著通 路210傳送。此傳送會在信號軌跡13〇中導致彎曲32〇，以 改變信號軌跡130與相鄰參考軌跡14〇之間的距離。此外用 以在裝置如RDRAMs與信號軌跡130間連接信號.的裝置墊片 3 34可以分別在其四周改變信號與參考轨跡丨3〇，ι4〇之間 的距離。改變的軌跡間距離會改變信號軌跡的電容及電 感’以及信號軌跡130上傳輸的信號所看到的阻抗。信號 軌跡130的不一致阻抗會分散高頻信號，而分散與未分散 信號之間所導致的干擾會在信號軌跡13〇上產生雜訊。 現在參考圖3b ’其中信號轨跡13〇及其相鄰的參考軌跡 140的放大圖形。箭號是指沿著信號軌跡丨3〇的那些位置， 其中例如由通路墊片210與裝置墊片3 34改變從參考軌跡 140開始的距離以修正其阻抗。各阻抗修正能夠在信號軌 \

C:\Program Files\Patent\55017. ptd 第 1〇 頁 五、發明說明（7) 跡130上分散信號傳播。修正數目會在信號執跡丨3()上傳輸 的信號中產生無法接受的雜訊位準。 現在參考圖4a ’其中顯示根據本發明的高速信號連接器 400實施例。連接器4〇〇包括信號軌跡430其接到裝置墊片 434，而參考軌跡440透過通路墊片412及其所屬通路（未 示）而接到參考電壓平面（未示）。各參考軌跡44〇及其所屬 通路墊片412在參考電壓處形成一參考結構46〇，該電壓由 與其連接的電壓平面決定。參考結構46〇沿著裝置之間的 信號軌跡430而延伸，該等裝置位於如裝置墊片434所示的 位置以減少信號軌跡4 3 〇之間的電容輕合。 發明的一實施例中，修正各參考°结構46〇的寬度以 維持與相鄰信號軌跡430較一定的距離。例如參 的寬度442(圖4b)是減少，其+參老考:構460 4〇η ^ ^ ^ ^ u /、甲參考結構460與信號軌跡 是货加Λ ϋ 而參考結構460的寬度444(圖4b) 疋增加，其中參考結構460在無信 430的一部分相鄰^ 興信號軌跡 由圖4 a中可看出軌跡間的距齙 度不是常數。你丨如餚能六壯 連接器400的整個長 =个疋常數例如很難在裝置墊片434的角落虛 片434與參考結構46〇之間的距離維持 處將裝置墊 發生在參考結構460的部分44〇的、贫 類似的困難也 以減少其角落的效應，以#舢味角落。因此修正這些結構 定。以下in:軌跡間距離更能維持近乎-疋以下洋述一些選出來的修正。 了见于 可期望的是，藉由進一步改古 一常數距離所得到的額外利=ϋ 2 ^接近的估計 會隨著改善處變小而減 五、發明說明（8) 少。在某一改善等級中’增加處理複雜度及處理這些結構 所需的時間所得到的優點會更多。因此，信號軌跡12〇與 相鄰參考結構130間大致一定的距離包括信號軌跡12〇及/ 或其相鄰參考結構130的修正’以減少相對於出現在圖3a， 3b連接器之中的阻抗變化。 現在參考圖4b，它是圖4a信號軌跡43 0與相鄰參考結構 460的放大圖形。信號軌跡4 3〇與參考結構46〇之間的距離 如二端都是箭頭的箭號所示。由圖4b可明顯看出信號軌跡 430阻抗的不一致’其導因於參考結構46〇的電容耦合變 化’可藉由改變參考結構46 0的寬度而得到減緩。 也可了解藉由沿著其長度而改變信號軌跡430及/或參考 結構4 60的成分’也可減緩信號軌跡430中阻抗的不一致。 可期望改變軌跡成分所需的複雜處理會限制這種方法的可 行性。 現在參考圖4c，其顯示圖4a連接器400的進一步改善， 在此實施例中’已修正通路墊片412所以其形狀更能在信 號軌跡430的相鄰區域中追縱信號軌跡430。在上述實施例 中’通路塾片412具有八角形剖面，其可以用習用製造方 法產生。要了解的是雖然可以調整通路墊#412的形狀以 較佳的維持軌跡430與參考結構460之間的距離，下面的通 路’其連接通路墊片412與電壓平面2〇〇，200，，最好保持 其圓的剖面。 適用於圖1裝置110的連接器4〇〇實施例一般像用信號軌 跡430及參考軌跡440，其具有一吋的千分之一（” mi Is")的

IHHHI I C:\Program Files\Patent\55017.ptd 第12頁 五、發明說明（9) 寬度。這些寬度反映應付電路板100(圖2)上裝置11〇的大 小與配置所需的緊密封裝。在這種實施例中，參考軌跡 440的寬度大約在1至lOmils之間，而且一般是5mils。作 號軌跡4 3 0的寬度一般是從大約5至30mils的範圍中選出。 依照使用連接器400的應用而決定信號及參考軌跡43〇， 440使用的不同寬度》例如信號軌跡43 0的阻抗是由數項因 素決定，包括其宽度及成分，其參考結構4 60與參考平面 200(圖2)的空間關係，及底材2 04的成分*因此依這些其 他的因素，不同的寬度可分別適用於信號及參考軌跡 430 ， 440 ° 因此已提供一種連接器用以在裝置之間連接高頻信號， 其中時間與裝置限制需要緊密配置的信號軌跡。信號軌跡 與參考結構交替，各結構包括一參考軌跡及一或多個通 路，以維持參考結構在一定的電壓。通路連接參考結構至 電壓平面。修正參考結構的寬度以維持各信號軌跡及其相 鄰參考結構之間的較一定的距離°

C:\Program Files\Patent\55017. ptd 第13頁

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 包含

   眾多信號軌跡， 送透過眾多通路； 種在裝置間用以連接高頻信號之連接器，該連接器 考Κΐ:面在一底材表面上形成一陣列用以連接-參 用以在裝置間連接信號’信號軌跡傳 以及 眾多參考電壓軌跡與眾多信號軌跡交替， ;以提供，參考結構陣列在裝置間延伸，各參考、Ϊ 具有一寬度其可改變以提供各信號軌跡與信號軌跡相 鄰之各參考電壓結構間一實質上一定之間距。 2·如申請專利範圍第1項之連接器，更包含一電壓層其 實質上與底材表面平行並透過眾多通路而連接參考軌跡， 以提供眾多通路之參考電位。 3·如申請專利範圍第丨項之連接器更包含一或多個裝 置墊片其連揍至眾多信號線之每一者，諸裝置墊片提供裝 置之一與眾多信號線間之電的連接。 4. 如申請專利範圍第3項之連接器，其中改變參考結構 之寬度俾也維持各參考結構與一相鄰信號軌跡間，包括連 接至相鄰信號軌跡之裝査墊片，一實質上一定之間距。 5. —種在裝置間用以連接高頻信號之連接器，該連接器 包含： 一底材上之通路塾片陣列； 眾多參考軌跡，各參考軌跡連接至一通路墊片以形成 一參考結構在裝置間延伸；以及

   C:\Program Files\Patent\55017.ptd 第14頁 申請專利範圍 眾多信號軌跡，用以在裝置間連接信號，信號軌跡與 參考結構配置成維持各信號軌跡與信號軌跡相鄰之參考 結構間一實質上一定之間距。 6. 如申請專利範圍第5項之連接器其中眾多參考結構 全特徵為一寬度沿著參考結構而改變以維持參考軌跡與 參考軌跡相鄰之信號執跡間實質上一定之間距。 7. 如申請專利範圍第5項之連接器，其中裝置墊月與各 信號軌跡結合俾於信號軌跡與一裝置間連接一信號。 枯如申請專利範圍第7項之連接器，其中眾多參考結構 、徵為一寬度沿著參考結構而改變，以維持參考軌跡與 二t鄰信號軌跡間，包括及信號軌跡結合之一 實質上一定之間距。 t如申請專利範圍第5項之連接器其中眾多通路墊片 鄰π = 2墊片之形狀可沿著通路墊片之一部分維持與一相 鄰信號軌跡一實質上一定之距離。 10. 一種跨過一底材表面用 遠接 該連接器包含： 田用以運接网頻信號之連接器， 在底材中之眾多it路，在底材表面之第一方向具 有一尺寸； 壓：ίί考跡，連接至諸通路以婦多參考電 第二方向延伸，其實質上垂直於底材表面上 心乐一方向； 傳：二tit:’用以在第二方向連接信號，信號軌跡 傳送通過通路陣列，其中相鄰參考電壓結構及信號轨跡

   C:\Program F iles\Patent\55017. ptd 第15頁 六、申請專利範圍 配置成具有一實質上一定之間距。 11 ’如申請專利範圍第10項之連接器，其中參考電壓軌 第方向具有一寬度，其改變以維持參考電壓線與參 亏電堡線相鄰之信號軌跡間一實質上一定之距離。 12. 如申請專利範圍第n項之連接器其中眾多通路之 各通路包括一通路墊片用以與一參考電壓軌跡之電的連 接，各通路墊片之形狀可提供通路墊片與通路墊片相鄰之 信號軌跡之一部分間一實質上一定之間距。 13. 如申請專利範圍第1〇項之連接器更包含一電壓層 其通過通路而連接至參考軌跡以提供參考執跡之參考電 位。 14. 如申請專利範圍第1〇項之連接器，更包含眾多 墊片，各裝置墊片與一信號軌跡結合以連接一裝 軌跡間之信號。 G就 15. 如申請專利範圍第14項之連接器，其令各參考電壓 軌跡具有一寬度，其改變以維持參考電壓軌跡與— 號軌跡間，包括其結合裝置墊片，一實質一 ° , 疋之距雜。 16. 如申請專利範圍第1〇項之連接器，其中眾多 列成一間隔配置，其中連接至序列參考電壓線之通 第一方向凸出以減輕信號軌跡與參考結構間之擁 /α 17. —種用於高頻信號之連接器，包含： 。 一底材，具有一表面； 在底材中之眾多通路，各通路具有一結合通路 諸通路塾片在底材表面形成一陣歹； C:\Program Files\Patent\55017.ptd 第 16 頁

   :多2號線’用以沿著底材表面在—第一方向中 u號線傳送通過諸通路塾片形成之陣列；以及 老雷電壓軌跡，各連接至一通路墊片以形成-參 传ί fI構，其中參考電磨結構及信號線配置成沿著諸 信號線維持一實質上一定之阻抗。 敝1!，丄申請專利範圍第17項之連接器，其中藉由配置相 s 跡及參考結構而提供實質一定之阻抗以具有實質 上一定之間距。 19·如申請專利範圍第18項之連接器其中藉由沿著第 一方向調整改變參考結構之寬度而提供實質上一定之問 距。 20. 如申請專利範圍第19項之連接器，其中一裝置塾片 與各信號軌跡結合，並改變各參考結構之寬度以維持與一 相鄰信號軌跡及其結合裝置墊片實質上一定之間距。…一 21. 如申請專利範圍第17項之連接器，其中各參考電屢 執跡及連接至參考電壓軌跡之通路墊片配置成在一相鄰信 號軌跡中維持一實質上一定之阻抗0 s