TWI830739B - 包含用於高速且高密度之電連接器的連接器佔位面積之印刷電路板和互連系統以及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種印刷電路板包括：複數個層，其包括由介電層所分開的導電層；及，至少一個通孔，其裝配以用於焊接到一表面安裝連接器的一連接器引線，該至少一個通孔包括從印刷電路板的一上表面延伸通過該複數個層的一者或多者之一導電元件，該導電元件在其一表面中具有一凹部。該凹部裝配以容納該表面安裝連接器的連接器引線的一尖端部分。該印刷電路板可具有其包括訊號通孔與接地通孔之通孔型樣。

Description

包含用於高速且高密度之電連接器的連接器佔位面積之印刷電路板和互連系統以及其製造方法

此專利申請案一般關於用以互連電子組件的互連系統，諸如包括電連接器之互連系統。

〔相關申請案之交互參照〕

此申請案基於西元2018年6月11日所提出的臨時申請案第62/683,146號而主張優先權，該件臨時申請案整體以參照方式而納入本文。

電連接器使用在諸多的電子系統中。通常為較容易且較有成本效益的是製造一種系統為單獨的電子組件，諸如：印刷電路板，其可用電連接器來連結在一起。用於連結數個印刷電路板之一種習知配置係將一印刷電路板使用作為一背板(backplane)。稱為“子板”或“子卡”之其他印刷電路板可透過該背板而連接。

一種習知背板具有形式為諸多連接器可經安裝在其上之一種印刷電路板。在背板中的導電跡線可電連接到連接器中的訊號導體，使得訊號可 路由繞送在連接器之間。子卡亦可具有安裝在其上的連接器。安裝在子卡上的連接器可插接到其安裝在背板上的連接器。以此方式，訊號可透過背板而路由繞送在子卡之間。子卡可能以直角而插接到背板。用於此些應用之連接器可因此包括一直角彎曲且經常稱為“直角連接器”。其他習知連接器包括而不限於正交中間板連接器與無中間板的直接附接正交連接器。

連接器亦可使用在其他組態以用於互連印刷電路板且用於將諸如纜線之其他型式的裝置互連到印刷電路板。有時，一個或多個較小的印刷電路板可連接到另一較大的印刷電路板。在此組態中，較大的印刷電路板可稱為一“母板”，且經連接到其的印刷電路板可稱為子板。此外，相同尺寸或較小尺寸的板有時可為平行對準。使用在此些應用中的連接器經常稱為“堆疊連接器”或“夾層連接器”。

一“中間板(midplane)”組態亦有時使用。中間板類似於一背板，此在於其具有定位以作成和多個子板的連接之連接器。然而，在一中間板中，連接器附接到中間板的相對表面，俾使子板可在中間板的二側而裝設在系統中。經常，在一側上的子板正交於其裝設在另一側上的子板，此相對於使此些子板為平行對準且透過一背板所連接為可縮短從一子板到另一者的訊號路徑。專用連接器有時使用於一中間板組態，但此組態亦可為以在一背板組態所使用的相同連接器來作成。

子板之一正交配置亦可在沒有中間板的情況下而作成，藉由使用在一電子組件的一側上之子板上的連接器，其可直接配接到該組件的另一側上之子板上的連接器。此組態稱為“直接配接正交”。此組態可為以在該組件的一側上之子板上的之直角連接器來作成，如同可能使用在一背板組態的子板。針對於此直接配接正交組態所設計的連接器使用在該組件的另一側上之板。

不論確實的應用如何，電連接器設計必須跟得上電子產業的趨 勢。電子系統一般為已經變得愈小、愈快速、且功能更為複雜。因為此些變化，近年來，在電子系統的一既定面積中的電路數目、以及此些電路於其所操作頻率已經顯著提高。目前系統在印刷電路板之間傳遞更多資料且需要較甚至數年前的連接器為電氣上能夠以更高速掌控更多資料之電連接器。

在一高密度且高速之連接器中，電導體可為如此接近彼此以致可能在相鄰的訊號導體之間有電氣干擾。為了降低干擾，且另外提供合意的電氣性質，屏蔽件經常放置在相鄰的訊號導體之間或附近。此些屏蔽可防止承載在一導體的訊號免於產生在另一導體的“串音(crosstalk)”。屏蔽亦可影響各個導體的阻抗，此可進而影響電氣性質。

其他技術可使用以控制一連接器的性能。舉例來說，差動式傳送訊號可降低串音。差動訊號實施在其稱作為一“差動對”之一對導電路徑上。在導電路徑之間的電壓差代表該訊號。概括而言，一差動對設計為具有在該對導電路徑之間的優先耦合。舉例來說，一差動對的該二個導電路徑可相較於在連接器中的相鄰訊號路徑而配置以延伸為更接近彼此。並無屏蔽在該對導電路徑之間為期望，但屏蔽可用在不同對之間。電導體可如同針對於單端訊號而針對於差動訊號來設計。

在一互連系統中，此類連接器附接到印刷電路板，其一者可作為一背板以用於路由繞送在電連接器之間的訊號且用於提供在此些連接器中的參考導體可經接地到其的參考平面。典型而言，背板形成為一多層組件，其由堆疊的介電薄板所製成，有時稱為“預浸材(prepreg)”。一些或全部的介電薄板可具有在一個或二個表面上的一個導電薄膜。此些導電薄膜的一些者可使用微影蝕刻或雷射印刷技術而型樣化以形成導電跡線，其為用以作成在電路板、電路及/或電路元件之間的互連。此些導電薄膜的其他者可保留為實質原封不動且可作用為接地平面或供應參考電位之電源平面。此些介電薄板可形成為一整體 板結構，諸如：藉由在壓力下將堆疊的介電薄板按壓在一起。

如同就其附接到印刷電路板之連接器而言，印刷電路板之電氣性能至少部分為取決於導電跡線、接地平面與其形成在印刷電路板中的通孔之結構。再者，電氣性能問題隨著訊號導體的密度與連接器的操作頻率提高而變得更為嚴重。

為了作成對於導電跡線或接地/電力平面之電連接，孔可鑽孔通過印刷電路板。此些孔或“通孔”填充或電鍍有金屬，俾使一通孔藉由通過本身而電連接到導電跡線或平面的一者或多者。

在習稱為“按壓配合(press fit)技術”之用於將連接器附接到印刷電路板的一方法中，在有或沒有焊料的情況下，出自此些連接器的接點接腳(pin)或接點“尾端(tail)”可插入到通孔。此些通孔製定尺寸以接受連接器的接點尾端。在習稱為“表面安裝技術”之用於將連接器附接到印刷電路板的另一方法中，通孔配備有在印刷電路板的表面上之導電墊且連接器的接點接腳焊接到此些導電墊。在此表面安裝技術，此些通孔可相較用於容納連接器的接點接腳之通孔而具有較小的直徑。

如上文所指出，電子系統的一趨勢朝向提高小型化、較高速操作與功能複雜度。為了符合針對於小型化之需求，連接器接腳的密度必須提高而且避免於電氣性能之降級。同理，高速且高密度的連接器為附接到其之印刷電路板必須為小型化而且維持電氣性能。此外，此些連接器、印刷電路板、以及在連接器與印刷電路板之間的連接必須具有高的可靠性。

按壓配合連接器具有其為插入到在印刷電路板中的對應通孔的孔中之接點尾端。此些接點尾端隨著其為插入到通孔中而可能稍微變形，因而提供一可靠的電氣及機械連接。再者，此些接點尾端可焊接到印刷電路板。然而，按壓配合連接器之小型化受限於按壓配合接點尾端之設計。換言之，按壓 配合接點尾端具有一最小寬度以確保可靠的操作。此外，針對於附接到按壓配合連接器所設計之印刷電路板需要在此印刷電路板的上部之一區域，其中通孔足夠大以接受按壓配合接點尾端，留下不多或無面積以供路由繞送訊號跡線。

表面安裝連接器不需要用於容納接點尾端之孔。反之，表面安裝連接器的接點接腳實際為接觸在印刷電路板的表面上之導電墊。此連接器的接點接腳焊接到導電墊以提供一電連接。儘管表面安裝連接器不具有需要夠大的通孔來接受接點尾端之缺點，然而表面安裝連接器可具有的問題為有關於在接點接腳與印刷電路板上的導電墊之間的可靠電氣接觸。尤其，表面安裝接點接腳可能歸因於製造容許度而非為共平面。甚者，印刷電路板上的導電墊可歸因於製造容許度而非為共平面。結果，當該表面安裝連接器放置為接觸於印刷電路板時，一些表面安裝接點接腳可接觸導電墊而其他表面安裝接點接腳隔開在導電墊之上方。在焊接操作中，焊料可橋接在此些接點接腳與導電墊之間的間隙，但在一些情形可造成一開路連接。即使焊料橋接在此接點接腳與導電墊之間的間隙，此連接仍可能為不可靠。

是以，針對於高速且高密度的電氣應用之改良式印刷電路板與連接器佔位面積係有需要的。

本發明人已經認知的是，互連系統需要新結構以滿足針對於較小的尺寸、較高的操作頻率與提高的複雜度之需求。根據實施例之一種互連系統包括：一表面安裝連接器；及，一印刷電路板，其具有用於焊接到該表面安裝連接器的連接器引線之結構。在實施例中，該印刷電路板包括在其上表面的一個或多個導電元件以供焊接到該表面安裝連接器的個別連接器引線。此些導電元件可包含其延伸通過該印刷電路板的一個或多個層之通孔。

此些導電元件的各者配備有一凹部，其容納該連接器引線的一尖端部分。該表面安裝連接器的連接器引線的尖端部分可為漸縮或者用其他方式裝配以供插入到在該印刷電路板的導電元件中的凹部。相較於具有平坦表面之一導電元件，該凹部致能在導電元件與表面安裝連接器的連接器引線之間的一更可靠焊接。該凹部減緩由於欠缺此些連接器引線的共平面性所引起之可靠度問題。此互連系統致能在面積需求之降低，相較於仰賴連接器接腳之按壓配合插入到印刷電路板上的對應通孔之互連系統。

根據實施例，一種印刷電路板包含：至少一個介電層；及，至少一個導電元件，其形成在該介電層上且裝配以用於焊接到一表面安裝連接器的一連接器引線，該導電元件在其一表面中具有一凹部。

根據進一步的實施例，一種印刷電路板包含：複數個層，其包括由介電層所分開的導電層；及，至少一個通孔，其裝配以用於焊接到一表面安裝連接器的一連接器引線，該至少一個通孔包含從該印刷電路板的一上表面延伸通過該複數個層的一者或多者之一導電元件，該導電元件在其一表面中具有一凹部。

根據進一步的實施例，一種印刷電路板包含：複數個層，其包括由介電層所分開的導電層；及，形成在該複數個層之中的通孔型樣，此些通孔型樣的各者包含從該印刷電路板的第一表面延伸到此些導電層的一接線(breakout)層之第一與第二訊號通孔、以及連接到此些導電層的一者或多者之接地通孔，其中此些訊號通孔與接地通孔各自包括一導電元件，該導電元件在其一表面中具有一凹部。

在一些實施例中，該凹部具有在0.05mm到0.30mm之範圍中的深度。

在一些實施例中，該凹部具有在1到4之範圍中的深度對寬度的 縱橫比。

在一些實施例中，該通孔從該印刷電路板的上表面延伸到此些導電層的一接線層。

在一些實施例中，該凹部置放在該通孔的中央。

在一些實施例中，該凹部偏離自該通孔的中央。

在一些實施例中，該至少一個通孔從該印刷電路板的第二表面進行背部鑽孔。

在一些實施例中，該凹部包括一錐形部分。

在一些實施例中，該凹部包括一截頭式錐形部分。

在一些實施例中，該凹部包括一圓柱形部分。

在一些實施例中，該凹部包括一半球形部分。

在一些實施例中，該通孔從該印刷電路板的上表面延伸到此些導電層的一接地層。

在一些實施例中，該凹部裝配以容納該表面安裝連接器的連接器引線的一尖端部分。

在一些實施例中，該凹部裝配以容納在該至少一個通孔與該表面安裝連接器的連接器引線之間的一焊接接頭(joint)的焊料。

在一些實施例中，該凹部裝配以允許該表面安裝連接器的連接器引線的一尖端部分為延伸在該印刷電路板的上表面之下。

在一些實施例中，該至少一個通孔包括在該印刷電路板的上表面之上的一導電墊，且其中該導電墊具有較該至少一個通孔的導電元件為大的直徑。

在一些實施例中，該至少一個通孔包含至少部分延伸通過該印刷電路板之一圓柱形導體。

在一些實施例中，該凹部除外的該至少一個通孔填充有一導電材料。

在一些實施例中，該至少一個通孔裝配用於附接到該表面安裝連接器的一超彈性連接器引線。

根據進一步的實施例，一種用於製造包含由介電層所分開的複數個導電層之印刷電路板的方法係提出。該方法包含：鑽出通過該印刷電路板的一孔；用導電材料來填充該孔以形成一通孔；及，在該印刷電路板的一上表面處形成在該通孔的導電材料中之一凹部。

根據進一步的實施例，一種互連系統包含：一表面安裝構件，其包含表面安裝引線；及，一印刷電路板，其包含由介電層所分開的導電層、以及其裝配用於焊接到該表面安裝構件的個別引線之通孔，此些通孔的各者包括一導電元件，該導電元件在其一上表面中具有一凹部。

在一些實施例中，此些表面安裝引線之至少95%包含延伸到個別凹部中之遠端尖端。

100:表面安裝連接器

110:印刷電路板

120、122:訊號引線

130、132:接地引線

136:導電層

138:介電層

140、142:訊號通孔

144:反襯墊

146、148:導電墊

150、152:接地通孔

154、156:孔

160:頂表面

162:底表面

170、172:凹部

180、182:焊接接頭

190:過渡區域

310、312、320:導電層

330、332、340:介電層

344:反襯墊

350:訊號通孔

352:接線層

360:訊號跡線

362:導電元件

364:頂表面

370:導電墊

380:凹部

382:頂表面

390:連接器引線

410:通孔

420:截頭式錐形凹部

430:壁部厚度

510:通孔

520:圓柱形凹部

530:壁部厚度

610:通孔

620:凹部

622:半球形部分

624:圓柱形部分

710:印刷電路板

720、722、724、726:通孔

730:截頭式錐形凹部

740、742、744、746:連接器引線

750:焊料塊

760:焊接接頭

810:印刷電路板

820、822、824、826:通孔

840、842、844、846:連接器引線

850:焊料塊

860:焊接接頭

910:印刷電路板

920、922、924、926:通孔型樣

930、932:訊號通孔

940、942、944、946:接地通孔

950、952、954、956:遮蔽通孔

960:反襯墊

為了記載技術之較佳瞭解，參考其為以參照方式而納入本文之伴隨圖式，其中：圖1與2根據實施例之一互連系統的橫截面圖，該互連系統包括一表面安裝電連接器與一印刷電路板；圖3根據實施例之一印刷電路板的橫截面圖，其顯示一通孔；圖4根據實施例之一通孔的橫截面圖，該通孔具有一截頭式錐形凹部；圖5根據實施例之一通孔的橫截面圖，該通孔具有一圓柱形凹部；圖6根據實施例之一通孔的橫截面圖，該通孔具有其有一半球形部分與一圓柱形部分之一凹部； 圖7A至7C根據實施例之一印刷電路板的橫截面，其說明在一表面安裝連接器的連接器引線與一印刷電路板之間的焊接接頭；圖8A至8C根據先前技術之一印刷電路板的橫截面，其說明在一表面安裝連接器的連接器引線與一印刷電路板之間的焊接接頭；且圖9根據實施例之一印刷電路板的俯視圖，其顯示通孔型樣。

本發明人已經認知且理解到儘管實質針對於提供改良式電連接器以改善互連系統的性能，在一些極高頻率，顯著的性能改良可藉由對於印刷電路板之創新設計而達成。根據一些實施例，改良可藉由對於連接器佔位面積且對於連接器佔位面積的細節之創新設計而達成，包括而不限於連接器佔位面積的通孔。舉例來說，此些創新設計可改善互連系統的電氣性能，可改善在印刷電路板與連接器之間的連接可靠度，且/或可利於互連系統之進一步小型化。

如在本文所使用，術語“連接器佔位面積(footprint)”與“背板佔位面積”指其為裝配以介接到一連接器之一印刷電路板的元件。連接器佔位面積可包括多個通孔型樣，且各個通孔型樣可包括一個或多個訊號通孔及一個或多個接地通孔。各個通孔型樣可更包括一個或多個另外通孔，其裝配用於屏蔽、阻抗控制與類似者。然而，通孔型樣就通孔的數目或型式而言為未受限。再者，術語“印刷電路板”與“背板”在本文可互換使用以指其包括處於一交替配置的導電層與介電層之一結構。然而，應理解的是，如在本文所述之附接技術可使用以將連接器、或任何其他型式的電氣構件附接到具有多層與在諸層間的連接之一基板，其包括子板與中間板。此些技術可使用於任何厚度的基板。

在一些實施例中，印刷電路板可包括單一介電層與單一導電層。然而，當使用於多層板時，諸如具有其載有訊號跡線的超過10個導電層、或超過20層或在一些實施例為超過40層之板，在本文所述技術可提供關於速度 及/或製造成本而言為有用的優點。是以，在一些實施例中，如本文所述技術可應用於具有在其有訊號跡線的10與50層之間的印刷電路板。

圖1與2說明根據實施例之一種電互連系統的一實例，此電互連系統可使用在一電子系統中。電連接系統包括一連接器，其可電性及機械連接到一印刷電路板。在此實例中，一表面安裝連接器100裝配為附接到一印刷電路板110。

表面安裝連接器100可包括若干對訊號引線以及對應的接地引線。一對訊號引線以及對應的接地引線顯示於圖1與2。表面安裝連接器100包括訊號引線120與122以及對應的接地引線130與132。訊號引線120與122可形成一差動對。另外的接地線(未顯示)可對應於各對訊號引線。

如在圖1與2所示，表面安裝連接器100的訊號引線120與122可具有斜角的尖端部分，且接地引線130與132可具有漸縮的尖端部分。此外，接地引線130與132可具有彎曲的尖端部分。如下文所論述，此些特徵致能此些尖端部分之插入到印刷電路板110的個別通孔中之凹部。概括而言，表面安裝連接器100的連接器引線的尖端部分係製作尺寸且成形以供插入印刷電路板110之中的對應凹部。此些尖端部分可為斜角、漸縮、尺度縮減、或用其他方式裝配以供插入到對應凹部。在一些情形，連接器引線的尖端部分之修改可能為不需要，且此些尖端部分可為圓柱形、矩形、或具有任何其他適合的形狀。

印刷電路板110可包括由介電層所分開的複數個導電層，如下所述。舉例來說，印刷電路板110可包括處於一交替配置而由介電層138所分開的導電層136。印刷電路板110可包括對應於訊號引線120之一訊號通孔140與對應於訊號引線122之一訊號通孔142。印刷電路板110可更包括對應於接地引線130之一接地通孔150與對應於接地引線132之一接地通孔152。訊號引線120與122由焊接接頭180(在圖2所示)而電性及機械連接到個別的訊號通孔140與142，且 接地引線130與132由焊接接頭182(在圖2所示)而電性及機械連接到個別的接地通孔150與152。

如在圖2所最佳顯示，在印刷電路板110的頂表面上之導電層136可型樣化以形成一反襯墊144。反襯墊144係在導電層136為已經移除之處的一區域。反襯墊144提供在訊號通孔140與142和導電層136之間的空隙，導電層136可被連接到接地。反襯墊可如所需要而提供在印刷電路板110的另外導電層中。接地通孔150與152連接到導電層136，且訊號通孔140與142和導電層136為隔離。接地通孔150與152可延伸通過印刷電路板110的所有諸層且可被連接到作用為接地平面之數個導電層136。

訊號通孔140與142可分別包括在印刷電路板110的一頂表面160之導電墊146與148。訊號通孔140與142從印刷電路板110的頂表面160延伸到一接線層(顯示於圖3)，在其處，訊號通孔140與142連接到訊號跡線(顯示於圖3)以供互連到該印刷電路板的其他元件。在圖1與2的實施例中，訊號通孔140與142從印刷電路板110的一底表面162進行背部鑽孔到稍微在接線層352之下方的一點處。因此，分別在訊號通孔140與142之下的孔154與156係氣孔。

如在圖1所示，訊號引線120與122的安裝端為按壓抵靠在印刷電路板110的頂表面160之導電結構，在此為導電墊146與148。結果，訊號引線120與122的邊緣可作成接觸於訊號通孔140與142，而無須訊號通孔140與142為足夠大以容納一按壓配合或類似結構。結果，訊號通孔140與142可相較在一習用連接器佔位面積而為較小直徑，俾使用於連接器的佔位面積可相較用於一習用連接器而為較小直徑。如在圖1所示，訊號通孔140與142係可填充通孔，而非為電鍍貫穿孔，其習用而言需要比填充通孔為大的直徑。

如在圖1所示，訊號通孔140、142的各者提供有一凹部170，且接地通孔150、152的各者提供有一凹部172。在圖1與2的實施例中，凹部170、 172的各者具有一截頭式錐形形狀。此些凹部詳述於下文。

如在圖2所示，凹部170與172分別填充有焊料以形成焊接接頭180與182。訊號引線120與122藉由焊接接頭180而電氣及機械連接到個別的訊號通孔140與142，且接地引線130與132藉由焊接接頭182而電氣及機械連接到個別的導電元件150與152。

如在圖2所示，焊接接頭180與182延伸到個別的凹部170與172且改善在連接器引線與印刷電路板的通孔之間的連接可靠度。尤其，相較於具有平坦上表面之通孔，凹部170與172提供較大表面積以供和焊接接頭180與182之接觸。再者，相較於具有平坦上表面之通孔，凹部170與172允許較大量焊料為利用在各個焊接接頭。較大焊料量亦改善焊接接頭的可靠度。此外，訊號引線120與122以及接地引線130與132可延伸到個別的凹部170與172之事實係減輕表面安裝連接器的連接器引線之欠缺共平面性的影響，如在下文所論述。

焊接接頭180與182中包括提高焊料量、增大焊料接觸面積以及焊接接頭180與182之延伸到個別凹部的特徵提高焊接接頭180與182的剪切阻力。尤其，焊接接頭180與182不大可能朝平行於印刷電路板的表面之方向而剪切。將瞭解的是，焊接接頭180與182的上述特徵並非必要條件。

焊接接頭180與182中包括提高焊料量、增大焊料接觸面積以及焊接接頭之延伸到凹部的上述特徵可有益於焊接接頭的機械可靠度，且可額外地影響連接之電氣性能。舉例來說，連接的阻抗可藉由提高焊料量而改變。因此，可為較佳的是，焊接接頭沿著朝訊號傳遞方向之訊號線路的長度而分佈。如此，窄且深的一凹部可相比寬且淺的一凹部而為較佳。凹部的形狀可部分為由深度對寬度的一縱橫比來描述特徵。在一些實施例中，凹部的縱橫比可在1到4之範圍中，但此並非一限制。

如在圖2所示，接地引線130與132可形成作為環繞訊號引線120 與122之一屏蔽的部分者。

根據實施例之印刷電路板110的橫截面顯示於圖3。印刷電路板110包括複數個層，其包括處於一交替配置而由介電層330、332、...、340所分開的導電層310、312、...、320。印刷電路板110更包括一訊號通孔350。圖3顯示印刷電路板110之分層式結構。將瞭解的是實際的一印刷電路板可包括以如下文所述之通孔型樣所配置的多個緊密間隔的通孔。

如在圖3所示，印刷電路板110包括多層，各層包括一導電層與一介電層，使得印刷電路板110包括導電層與介電層之一交替配置。各個導電層可作為一接地平面、可經型樣化以形成導電跡線、或可在不同區域包括一接地平面與導電跡線。在組裝期間，諸層可藉由堆疊具有型樣化銅之多個疊層薄板與預浸材且接著在熱下將予以按壓以熔接所有此些薄板。將銅為型樣化可作成在印刷電路板內的跡線與其他導電結構。由於熔接，此些層可在完成的一印刷電路板中為結構上不可分離。然而，此些層基於導電結構的位置而仍然可在熔接結構中予以認出。是以，圖3說明在諸層的介電材料之間的分離，即使此些層可熔接在一印刷電路板。導電層與介電層的數目可根據應用而變化。

如在圖3所進一步顯示，導電層310、312、...、320在圍繞訊號通孔350的區域為移除，而在一接線層352除外。舉例來說，一反襯墊344形成在導電層310與訊號通孔350之間。在導電層為移除處之圍繞訊號通孔350的稱作為反襯墊的區域提供在訊號通孔350和非意圖用於連接到訊號通孔350的此些導電層之間的空隙。在接線層352中，一訊號跡線360連接到訊號通孔350。訊號通孔350與訊號跡線360提供在表面安裝連接器100(圖1與2)的一訊號引線和印刷電路板110的另一元件之間的一電連接。

如在圖3所進一步顯示，訊號通孔350形成為一導電元件362，其從印刷電路板110的頂表面364至少延伸到接線層352，在其中，訊號跡線360連 接到訊號通孔350。訊號通孔350可藉由鑽出通過印刷電路板110的導電層與介電層之一孔且將該孔填充有一導電材料而形成。導電元件362可概括為圓柱形。

訊號通孔350可從印刷電路板110的後表面進行背部鑽孔到稍微在接線層352之下方的一程度。該孔之背部鑽孔部分無導電材料且避免一電性殘段之形成，電性殘段可引起在訊號線路的傳輸特性之不期望共振。

訊號通孔350可包括在印刷電路板110的頂表面364之一導電墊370。導電墊370可藉由型樣化在頂表面364的導電層310所形成，且和訊號通孔350的導電元件362為電性接觸。導電墊370具有較導電元件362為大的直徑且環繞頂表面364之上的導電元件362。

如在圖3所示，訊號通孔350包括一凹部380。凹部380從訊號通孔350的一頂表面382延伸到印刷電路板之中。凹部380可由最大直徑、最大深度與形狀來描述特徵。在圖3的實施例中，凹部380具有錐形形狀。然而，此並非一限制，且其他的形狀可利用，如在下文所論述。

僅作為舉例而言，訊號通孔350可具有在0.10mm到0.30mm之範圍中的直徑且導電元件362可全部或部分延伸通過印刷電路板110。凹部380可具有在0.08mm到0.28mm之範圍中的直徑以及在0.05mm到0.30mm之範圍中的深度。在一些實施例中，凹部380可具有一般將焊料聚集之形狀以匹配連接器引線390的形狀。凹部的直徑基於訊號通孔350的直徑以便維持訊號通孔350在凹部380的區域中之一最小壁部厚度。該最小壁部厚度可在0.02mm到0.08mm之範圍中。將瞭解的是，此些尺度僅作為舉例所提出而且並非限制。

凹部380的一作用係容納一表面安裝連接器之一連接器引線390的尖端部分。表面安裝連接器之連接器引線390的尖端部分可為漸縮、斜角、或用其他方式所構成，以致使該尖端部分能夠插入到凹部380。凹部380的尺度 與形狀可選擇以接合一特定的表面安裝連接器之連接器引線的尖端部分，且不同的凹部尺寸與形狀可用於不同的表面安裝連接器。凹部380並非意圖為接受一表面安裝連接器之整個連接器引線390，如同在其為插入到印刷電路板的一對應通孔之一按壓配合連接器的一接點尾端之情形。再者，並非為意圖的是，表面安裝連接器之連接器引線390在沒有至少部分延伸到凹部380之情形下而安置在印刷電路板的表面上。藉由提供其中該表面安裝連接器之連接器引線390的尖端部分為延伸到凹部380之一組態，可達成有利的特徵，其包括而不限於減輕欠缺此些連接器引線的共平面性之影響以及改善焊接連接的可靠度。

在一些實施例中，連接器引線390的直徑及/或橫截面可為大於凹部380的直徑，而在連接器引線390的尖端部分處除外。在其他實施例中，連接器引線的直徑及/或橫截面小於凹部380的直徑，且連接器引線之插入到凹部380由凹部的深度所限制。在一些情形，歸因於連接器引線的尖端部分之欠缺共平面性，並非所有的連接器引線可延伸到個別凹部。在一些實施例中，凹部380與連接器引線390的尖端部分具有不同尺寸與形狀，俾使焊料填充在凹部380與連接器引線390之間的空間且提高焊接接頭的可靠度。

在一些實施例中，凹部380可相關於訊號通孔350而置放在中央。在其他實施例中，凹部380可相關於訊號通孔350的中央而為偏離。偏離組態可使用以控制在印刷電路板與表面安裝連接器之間的一過渡區域中的訊號線路的阻抗。當凹部380相關於訊號通孔350的中央而偏離，通孔的最小壁部厚度維持以確保該通孔的電氣連續性。凹部380典型在平行於印刷電路板的頂表面之一平面中具有一圓形橫截面，但此並非一限制。

具有一截頭式錐形凹部420之一通孔410顯示於圖4。諸如為一錐形凹部或一截頭式錐形凹部的特徵，一V形凹部提供在從連接器到印刷電路板之阻抗的漸進轉變。再者，V形凹部提供連接器引線之自我置於中央且具有適 合的深度對體積比以供形成一可靠的焊接接頭。

具有一圓柱形凹部520之一通孔510顯示於圖5。具有一平坦底部之一圓柱形凹部提供在表面安裝連接器100與印刷電路板110之間的阻抗轉變。相較於錐形或截頭式錐形凹部，一圓柱形凹部可接受在表面之下的較大引線，以用於加強的焊接接頭剪切阻力。圓柱形凹部允許較大凹部深度以改善剪切阻力，而沒有關聯於錐形或截頭式錐形凹部之壁部厚度的問題。

具有一凹部620之一通孔610顯示於圖6。凹部620具有一半球形部分622與一圓柱形部分624。具有圓形底部之一凹部提供在表面安裝連接器100與印刷電路板110之間的阻抗轉變。相較於錐形或截頭式錐形凹部，半球形凹部可接受較大引線，用於加強的焊接接頭剪切阻力。圓形底部提供增強的應力阻力，藉由免除可在熱循環期間作用為應力集中點之尖銳角隅。在一些實施例中，圓柱形部分624可省略，俾使凹部620僅包括半球形部分622。

凹部的形狀可部分為取決於用以形成該凹部之方法。舉例來說，當凹部經過鑽孔，凹部的形狀對應於鑽頭的形狀。在其他實施例中，凹部可藉由雷射鑽孔所形成且具有符合雷射鑽孔方法的形狀。再者，凹部的尺寸與形狀可基於表面安裝連接器之連接器引線的尖端部分的尺寸與形狀而選擇。凹部可具有相容於鑽孔方法且能夠容納表面安裝連接器之連接器引線的尖端部分之任何的尺寸與形狀。再者，凹部的形狀可包括具有不同形狀之部分，諸如：如在圖6所示的半球形部分622與圓柱形部分624、一截頭式錐形部分與一圓柱形部分(未顯示)、一錐形部分與一圓柱形部分(未顯示)等等。

凹部的深度基於數個因素。當該凹部的底部非平坦時，深度可定義為凹部在其最深點之深度。深度可足夠以補償該表面安裝連接器之連接器引線的尖端部分之欠缺共平面性。舉例來說，凹部的深度可基於表面安裝連接器之共平面性的規格，俾使最長的連接器引線延伸到或靠近該凹部的底部，而 最短的連接器引線位在或靠近該凹部的頂部。

在一些實施例中，凹部的深度可基於當一連接器安裝到印刷電路板時之連接器引線390的遠端尖端時可相關於頂表面364所定位的容許度而選擇。該容許度可取決於該連接器及/或印刷電路板的製造容許度。在一些實施例中，該容許度可為+/- 0.08mm。連接器及印刷電路板可設計，俾使連接器引線390的尖端標稱為表面之下的0.04mm，俾使若引線390的尖端的位置變化為高達0.08mm，則將既不會無法完全配合在凹部內而也不會無法接觸在凹部中的焊料。藉著此設計，在一連接器佔位面積中之較高百分比的連接器引線將延伸(至少稍微)到一對應凹部中。在一些實施例中，該百分比可為大於95%，諸如：大於98%或大於99%。

再者，凹部的深度可基於要達到在連接器引線與通孔之間的可靠連接所需要之焊料體積。舉例來說，焊接接頭的剪切強度可藉由提供具有較大深度之一凹部而增強。就一錐形或截頭式錐形的形狀而言，凹部的深度受限的，歸因於需要用於維持通孔在凹部的區域中之一最小壁部厚度。如在圖4所示，通孔410之壁部厚度430隨著截頭式錐形凹部420的深度增大而減小。在一些實施例中，凹部的深度可在0.05mm到0.30mm之範圍中，但此並非一限制。

在通孔凹部的區域中之最小壁部厚度維持以確保通孔的電氣連續性。如在圖5所示，通孔510具有在圓柱形凹部520的區域中之一壁部厚度530。圓柱形凹部520的深度可在未減小壁部厚度530之情形下而增大。然而，在截頭式錐形凹部420或錐形的凹部380之情形，壁部厚度430隨著凹部的深度增大而減小。因此，一錐形或截頭式錐形凹部的深度受限制的，視所需要的壁部厚度與凹部的錐形部分的角度而定。通孔在凹部的區域中之壁部厚度可在0.02mm到0.08mm之範圍中，但此並非一限制。

一種印刷電路板與表面安裝連接器說明於圖7A-7C，其說明根 據實施例之針對於連接器引線的欠缺共平面性之補償。一印刷電路板710提供有通孔720、722、724與726，其各者具有一截頭式錐形凹部730。一表面安裝連接器的連接器引線740、742、744與746分別接合通孔720、722、724與726。連接器引線740、742、744與746欠缺共平面性，俾使連接器引線740具有最短長度，而連接器引線746具有最長長度，且連接器引線742與744具有中間長度。連接器引線746完全插入到通孔726的凹部，而連接器引線740定位為稍微在通孔720之上方。

由焊料膏所形成的焊料塊(brick)750顯示在圖7B，且在焊料塊750之加熱後，焊接接頭760顯示於圖7C。如在圖7C所示，焊接接頭760將連接器引線740、742、744與746的各者連接到個別的通孔且提供可靠連接。甚至具有最短長度之連接器引線740藉由一焊接接頭而連接到通孔720。連接器引線740係連接器引線仍連接到一通孔之一極端實例。

一先前技術的印刷電路板與表面安裝連接器引線顯示於圖8A-8C。一印刷電路板810包括通孔820、822、824與826，其各者具有一平坦上表面。表面安裝連接器引線840、842、844與846分別對應於通孔820、822、824與826。連接器引線840、842、844與846可具有平坦底表面，用於和個別通孔之改良接觸。圖示的組態由具有由邊緣所連接的寬邊之連接器引線所造成，且此些連接器引線係彎曲以俾使此些寬邊為平行於印刷電路板810。連接器引線840、842、844與846欠缺共平面性，俾使連接器引線840具有最短長度，連接器引線846具有最長長度，且連接器引線842與844具有中間長度。焊料塊850顯示在圖8B，且在焊料塊的加熱之後的焊接接頭860顯示在圖8C。如在圖8C所示，連接器引線840由於其較短長度而可能並未作成和通孔820之接觸，造成有缺陷的一焊接接頭。

焊料塊典型為由50%的球形金屬粒子以及50%的助熔劑與其他 揮發物所作成。此些揮發物在熱循環結束之前而蒸發，造成一金屬體積為原始焊料塊體積的一半。焊料塊體積之縮減表現對於橋接由於表面安裝引線長度的變化所引起的間隙之一挑戰。

相較於先前技術的印刷電路板，具有如本文所述的凹部之通孔及/或其他導電元件的印刷電路板提供增強的可靠度。尤其，凹部補償對於表面安裝連接器的連接器引線的尖端部分之欠缺共平面性。此外，相較於具有平坦表面之先前技術的通孔，凹部允許增大的焊料容積、增大的焊接接頭表面積與增大的剪切阻力，且因此提高各個焊接接頭的可靠度。在一些實施例中，當通孔提供有凹部時，表面安裝連接器的連接器引線之共平面性規格可放寬。

藉由免除需要針對於用以容納一按壓配合連接器的接點尾端之充分尺寸的通孔，在接近印刷電路板的頂表面的一區域中之通孔的直徑可縮減。縮減的通孔直徑允許通孔之較接近的中心對中心間距，且允許在接近印刷電路板的頂表面的區域中之訊號跡線的路由繞送。

根據實施例之具有通孔型樣的一印刷電路板的俯視圖顯示於圖9。一印刷電路板910包括通孔型樣920、922、924與926。各個通孔型樣裝配以用於焊接到如本文所述之一表面安裝連接器的連接器引線。印刷電路板可包括任何數目個通孔型樣。此些通孔型樣可為以列與行而配置，且此些列及/行可對準以形成一格柵或可進行偏置。在一些實施例中，多個表面安裝連接器100可用一殼體或其他支撐件而保持在一起以作為一較大連接器之模組。此些模組可為以一型樣而保持在殼體中，該型樣匹配例如在圖9所示的通孔型樣之型樣。

如在圖9所進一步顯示，通孔型樣920可包括形成一差動訊號對之訊號通孔930與932、以及接地通孔940、942、944與946。通孔型樣920可更包括遮蔽(shadow)通孔950、952、954與956，其互連該印刷電路板的接地平面而並未連接到表面安裝連接器。此外，通孔型樣920可包括一反襯墊960，其為 圍繞訊號通孔930與932之一區域，其中在印刷電路板910的頂表面上之導電層已經移除。將瞭解的是，通孔型樣至少部分取決於表面安裝連接器的組態與操作頻率而可具有各種組態。

在圖9所示的各個通孔型樣裝配以用於焊接到一表面安裝連接器(未顯示於圖9)。表面安裝連接器可包括為附接到個別的訊號通孔930與932之訊號引線以及為附接到個別的接地通孔940、942、944與946之接地引線。訊號通孔930與932以及接地通孔940、942、944與946可配備有凹部，如本文所述，以便致能在表面安裝連接器與印刷電路板910之間的可靠焊接。遮蔽通孔950、952、954與956並未附接到表面安裝連接器且可未配備有凹部。

在一實例中，通孔型樣920的訊號通孔930與932可具有直徑為0.25mm且可間隔為0.90mm。接地通孔940、942、944與946具有直徑為0.20mm且可延伸通過印刷電路板910。整體的通孔型樣920可具有尺度為2.0mm或更小且可和其他通孔型樣相隔為2.0mm或更小。將瞭解的是，此些尺度作為舉例而提供且非為限制。

裝配用於附接到習用的按壓配合連接器之一印刷電路板可具有類似於上述在圖9所示的通孔型樣920、922、924與926之一佈局。然而，因為按壓配合連接器仰賴於為插入到印刷電路板中的個別通孔之接點尾端，所以一按壓配合通孔型樣的尺度大於如本文所述之表面安裝通孔型樣的尺度。尤其，經裝配以接受一按壓配合連接器的接點尾端之訊號通孔與接地通孔在直徑上大於其裝配以用於焊接到表面安裝連接器之對應通孔，且在通孔之間的中心對中心間距較大以達成一期望阻抗且限制在導體之間的串音。是以，相較於按壓配合連接器與對應的印刷電路板，使用本文所述之表面安裝連接器與印刷電路板可達成較大程度的小型化。

再次參考圖1，在表面安裝連接器100與印刷電路板110之間的一 過渡區域190包括鄰近於印刷電路板110之表面安裝連接器100的一下部區域、與鄰近於表面安裝連接器100之印刷電路板110的一上部區域。在過渡區域190中，控制訊號傳輸線路的阻抗係合意的以避免阻抗變化與不連續性。此可能難以達成，原因在於表面安裝連接器100與印刷電路板110具有不同結構與不同材料。在一些實施例中，舉例來說，阻抗變化可藉由控制在表面安裝連接器100之中以及在印刷電路板110之中的導體的間距與尺度且藉由控制表面安裝連接器100與印刷電路板110的材料的介電常數而受到控制。

在一些實施例中，表面安裝連接器的連接器引線可由超彈性材料所形成。舉例來說，在圖1與2所示的訊號引線120與122可由超彈性材料所形成。超彈性材料之使用可致能印刷電路板的通孔型樣的整體密度為提高。

至少一個實施例的數個觀點已經如此描述，要理解的是，熟習此技術人士將易於思及各種變更、修改與改良。此些變更、修改與改良意圖作為此記載內容的部分者，且意圖在本發明的精神與範疇內。是以，前述的說明與圖式僅作為舉例。

100:表面安裝連接器

110:印刷電路板

120、122:訊號引線

130、132:接地引線

136:導電層

138:介電層

140、142:訊號通孔

146、148:導電墊

150、152:接地通孔

154、156:孔

160:頂表面

162:底表面

170、172:凹部

190:過渡區域

Claims (50)

1. 一種印刷電路板，其包含：複數個層，其包括由介電層所分開的導電層；及至少一個通孔，其裝配以用於焊接到表面安裝連接器的連接器引線，該至少一個通孔包含從該印刷電路板的上表面延伸通過該複數個層的一者或多者之導電元件，該導電元件在表面中具有凹部。
2. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部具有在0.05mm到0.30mm之範圍中的深度。
3. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該通孔從該印刷電路板的上表面延伸到該導電層的接線層。
4. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部置放在該通孔的中央。
5. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部偏離自該通孔的中央。
6. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該至少一個通孔從該印刷電路板的第二表面進行背部鑽孔。
7. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部包括錐形部分。
8. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部包括截頭式錐形部分。
9. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部包括圓柱形部分。
10. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部包括半球形部分。
11. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該通孔從該印刷電路板的上表面延伸到該導電層的接地層。
12. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部裝配以容納該表面 安裝連接器的該連接器引線的尖端部分。
13. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部裝配以容納在該至少一個通孔與該表面安裝連接器的該連接器引線之間的焊接接頭的焊料。
14. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部裝配以允許該表面安裝連接器的該連接器引線的尖端部分延伸在該印刷電路板的上表面之下。
15. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該至少一個通孔包括在該印刷電路板的上表面之上的導電墊，且其中該導電墊具有較該至少一個通孔的該導電元件為大的直徑。
16. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該至少一個通孔包含至少部分延伸通過該印刷電路板之圓柱形導體。
17. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部除外的該至少一個通孔填充有導電材料。
18. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該至少一個通孔裝配以用於附接到該表面安裝連接器的超彈性連接器引線。
19. 如請求項15所述之印刷電路板，其中該導電墊包括該凹部與圍繞該凹部的外周邊。
20. 一種印刷電路板，其包含：複數個層，其包括由介電層所分開的導電層；及形成在該複數個層之中的通孔型樣，該通孔型樣的各者包含：第一與第二訊號通孔，其從該印刷電路板的第一表面延伸到該導電層的接線層；及接地通孔，其連接到該導電層的一者或多者，其中該第一與第二訊號通孔與該接地通孔各自包括導電元件，該導電元件在其表面中具有凹部。
21. 如請求項20所述之印刷電路板，其中該第一與第二訊號通孔形 成差動訊號對。
22. 如請求項20所述之印刷電路板，其中該通孔型樣的各者更包含：圍繞該第一與第二訊號通孔之至少一個反襯墊。
23. 如請求項20所述之印刷電路板，其中該凹部具有在0.05mm到0.30mm之範圍中的深度。
24. 一種互連系統，其包含：表面安裝構件，其包含表面安裝引線；及印刷電路板，其包含由介電層所分開的導電層、以及裝配以用於焊接到該表面安裝構件的個別引線之通孔，該通孔的各者包括導電元件，該導電元件在其上表面中具有凹部。
25. 如請求項24所述之互連系統，其中該表面安裝引線的尖端部分裝配為插入到該印刷電路板的個別凹部。
26. 如請求項24所述之互連系統，其中該導電元件在該凹部的區域中具有在0.02mm到0.08mm之範圍中之壁部厚度。
27. 如請求項24所述之互連系統，其中該凹部包括具有不同形狀的第一與第二部分。
28. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該至少一個通孔在該凹部的區域中具有在0.02mm到0.08mm之範圍中之壁部厚度。
29. 如請求項20所述之印刷電路板，其中該第一與第二訊號通孔與該接地通孔各自在該凹部的區域中具有在0.02mm到0.08mm之範圍中之壁部厚度。
30. 如請求項24所述之互連系統，其中該凹部包括錐形部分、截頭式錐形部分、圓柱形部分與半球形部分之至少一者。
31. 如請求項24所述之互連系統，其中該表面安裝連接器引線包含 超彈性構件。
32. 如請求項24所述之互連系統，其中該表面安裝引線之至少95%包含延伸到個別凹部中之遠端尖端。
33. 如請求項24所述之互連系統，其中該凹部具有在1到4之範圍中的深度對寬度的縱橫比。
34. 如請求項1所述之印刷電路板，其中該凹部具有在1到4之範圍中的深度對寬度的縱橫比。
35. 如請求項20所述之印刷電路板，其中各個凹部具有在1到4之範圍中的深度對寬度的縱橫比。
36. 一種印刷電路板，其包含：複數個層，其包括由介電層所分開的導電層；及形成在該複數個層之中的至少一個通孔型樣，該通孔型樣包含：第一與第二訊號導體，其用於構件的個別第一與第二訊號引線之附接到該印刷電路板的上表面且用於該構件的該第一與第二訊號引線之連接到該導電層的接線層；及至少一個接地導體，其用於附接到該構件的接地引線且用於該構件的該接地引線之連接到該導電層的接地平面。
37. 如請求項36所述之印刷電路板，其中該第一與第二訊號導體裝配以用於在該印刷電路板的該上表面處連接到該構件的該第一與第二訊號引線。
38. 如請求項36所述之印刷電路板，其中該第一與第二訊號導體包括訊號通孔，其延伸通過該印刷電路板的諸層到該接線層。
39. 如請求項36所述之印刷電路板，其中該至少一個接地導體包括接地通孔，其延伸通過該印刷電路板的一個或多個層到該接地平面。
40. 如請求項36所述之印刷電路板，其中該第一與第二訊號導體裝配以用於焊接到該構件的該第一與第二訊號引線。
41. 如請求項36所述之印刷電路板，其中該構件包含連接器。
42. 一種互連系統，其包含：構件，其包括第一與第二訊號引線以及至少一個接地引線；及印刷電路板，其包含複數個層，該複數個層包括由介電層所分開的導電層，該印刷電路板更包含：第一與第二訊號導體，其用於該構件的個別第一與第二訊號引線之連接到該印刷電路板的上表面且用於該構件的該第一與第二訊號引線之連接到該導電層的接線層；及至少一個接地導體，其用於附接到該構件的該至少一個接地引線且用於該構件的該至少一個接地引線之連接到該導電層的接地平面，其中該構件藉著將該第一與第二訊號引線的邊緣為按壓抵靠該第一與第二訊號導體而安裝到該印刷電路板。
43. 如請求項42所述之互連系統，其中該構件的第一與第二訊號引線在該印刷電路板的該上表面處連接到該第一與第二訊號導體。
44. 如請求項42所述之互連系統，其中該第一與第二訊號導體包括訊號通孔，其延伸通過該印刷電路板的諸層到該接線層。
45. 如請求項42所述之互連系統，其中該至少一個接地導體包括接地通孔，其延伸通過該印刷電路板的一個或多個層到該接地平面。
46. 如請求項42所述之互連系統，其中該構件的該第一與第二訊號引線的尖端部分附接到該印刷電路板的該上表面。
47. 如請求項42所述之互連系統，其中該構件包含連接器。
48. 如請求項42所述之互連系統，其中該第一與第二訊號導體包括 在該印刷電路板的該上表面之上的第一與第二導電墊。
49. 如請求項42所述之互連系統，其中該構件的該第一與第二訊號引線具有漸縮的尖端部分。
50. 如請求項42所述之互連系統，其中該第一與第二訊號導體藉由焊接而連接到該構件的該第一與第二訊號引線。