專利名稱：降低基板上相鄰導線間互感的結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種印刷電路板或球柵陣列板間的結構，且特別涉及一種能有效降低基板上相鄰導線間互感的結構。
自從IBM公司開發(fā)出PC/XT和以后的PC/AT個人計算機之后，許多廠商也跟著制造與IBM PC兼容的個人計算機，使得全世界普遍使用此類的計算機。
從IBM PC開始發(fā)展直到現(xiàn)在，這期間雖然硬件與軟件技術有很大的進步，但是這些被普遍使用的個人計算機的主機板配置仍遵循當初的形式，業(yè)界一般稱之為AT主機板。因為硬件的進步，使主機板的面積得以縮小，整個計算機的體積亦減小，業(yè)界一般將減小后的個人計算機稱為BABY AT，而其主機板則稱為BABY AT主機板。但因為現(xiàn)在使用的AT皆為BABY AT的形式，因此一般都直接稱為AT，以下也遵循此稱呼。因為生產(chǎn)個人計算機的業(yè)界特性具有高度的分工，所以主機板的各項規(guī)格都需符合規(guī)定，才能配合不同形式的計算機機箱，或是安裝不同的界面卡，例如主機板的面積，界面插槽的配置，或是螺絲孔的位置，都有規(guī)定。
雖然AT的規(guī)格為業(yè)界所遵循，但是因為硬件及軟件的進步，AT的規(guī)格對于目前的個人計算機有些不適用之處，例如現(xiàn)在因為鼠標(Mouse)已成為個人計算機的標準配置，但是在AT規(guī)格的個人計算機上，必需加裝連接鼠標的RS232串行端口才能連接鼠標，使用上頗為不便。基于這種原因，業(yè)界開發(fā)出另一種ATX規(guī)格，可在主機板上直接提供一些常用的界面，配合這種規(guī)格所設計的主機板即被稱為ATX主機板。
目前個人計算機主機板上的組件，至少有一顆中央處理器(CentralProcessing Unit，以下簡稱CPU)，若是提供多重處理器功能的主機板則可以安裝超過一顆以上的CPU。除CPU以外，主機板上還有連接顯卡的加速圖形端口(Accelerated Graphics Port，以下簡稱AGP)、安裝內(nèi)存模塊的內(nèi)存插槽、以及可供安裝各種界面卡的外圍組件連接界面(Peripheral Component Interconnect，以下簡稱PCI)。除了以上的組件外，其它的控制電路，大部份都是設計在一個芯片組(Chip Set)之內(nèi)。而芯片組與上述的CPU、內(nèi)存、AGP插槽、及PCI插槽都必需連接，因此芯片組的接腳位置規(guī)劃，必需考慮芯片組與其它組件的相關位置。尤其是現(xiàn)在的個人計算機的處理資料都是32位(Bit)或32位以上的，因此芯片組分別與CPU、內(nèi)存、AGP插槽、及PCI插槽之間的連接線都遠超過數(shù)百條。另一方面，目前CPU使用的時鐘頻率更高達數(shù)百MHz以上，所以在做主機板的電路布線時，必需十分小心，才能使制成的計算機主機板穩(wěn)定的工作。


圖1所示是一種公知的球柵陣列板(Ball Grid Array，BGA)的芯片組接腳或印刷電路板間的布局方法，采用該公知的接腳布局的芯片組，如Intel所制造的編號440BX的芯片組。芯片組一般都是采用方形的扁平包裝，厚度只有數(shù)厘米，主要有兩個方形平面，其中一面有供內(nèi)部線路與其它組件連接的接腳，另外一面印制文字標識。請參照圖1，在公知的印刷電路板布局時，傳輸線11、傳輸線12及傳輸線13平行布置，而互感效應(Mutual Inductance)與傳輸線距離成對數(shù)關系，因此即使加大印刷電路板上兩條傳輸線之間的距離，此種布線方式并無法有效降低傳輸線間的互感效應。在目前CPU使用的時鐘頻率高達數(shù)百MHz以上時，主機板的電路如此布線將使傳輸線12對傳輸線11及傳輸線13所產(chǎn)生互感效應更加嚴重，而這種互感效應也會導致傳輸線間產(chǎn)生交連(Cross-talk)效應，此現(xiàn)象將會使傳輸線上的資料發(fā)生錯誤。
圖1A所示是公知布線的復數(shù)個傳輸線的俯視圖。其中傳輸線11所產(chǎn)生的自感為L1，傳輸線13所產(chǎn)生的自感為L2，傳輸線12所產(chǎn)生的自感為Ls，傳輸線12對傳輸線11及傳輸線13所產(chǎn)生的互感則為Lm。其中傳輸線的寬度皆為80um(微米)，傳輸線間的間隔為70um，傳輸線的長度皆為10000um。
圖1B所示是圖1A的截面圖。請參照圖1B，其中h為印刷電路板或球柵陣列板上層走線與接地層的距離，在BGA中其距離h為100um，傳輸線的厚度d1為27um，接地層的厚度d2為35um。
表1所示是根據(jù)圖1所示的復數(shù)個傳輸線的各種參數(shù)，使用Ansoft-Spicelink仿真軟件在f＝100MHz的情況下執(zhí)行計算機仿真所計算得到的自感、互感值。
表1使用計算機仿真所計算得到的自感、互感值
單位nH/mm(納亨利/毫米)如表1所示是公知方法使用計算機仿真所計算得到的自感、互感值，由表1可以看出，將傳輸線平行布線并無法降低傳輸線間的互感和因互感所產(chǎn)生的交連現(xiàn)象。
綜合上述的討論，可知公知的球柵陣列板或印刷電路板間的布線方法，有下列的缺點
對傳輸線采用平行布線方法，并無法有效降低傳輸線間的互感效應。尤其在目前CPU使用的時鐘頻率高達數(shù)百MHz以上，主機板的電路如此布線將使傳輸線間的互感效應更加嚴重。
因此，本發(fā)明的目的就是在于提供一種降低基板上相鄰導線間互感的結構，使其應用在時鐘頻率高達數(shù)百MHz以上的主機板電路時，能夠有效降低傳輸線間的互感效應及其所引起的交連現(xiàn)象。在傳輸線的線間距(pitch)相同的情況下，傳輸線間的互感可被降低至接近原來的約1/4～1/6。在兩層板的球柵陣列板沒有接地層時此效應尤其明顯。
本發(fā)明是一種降低基板上相鄰導線間互感的結構，可用在計算機主機板的布線。包括下列步驟(1)將形狀中空的中空傳輸線置于復數(shù)個傳輸線間，該中空傳輸線的復數(shù)個頂點之一耦接到打點線(bondwire)，用以作為信號輸入點，中空傳輸線的復數(shù)個頂點的另一頂點耦接到板上的貫孔(via)，用以作為信號輸出點；(2)將耦接到印刷電路板或球柵陣列封裝外的中空傳輸線的復數(shù)個頂點斜接以預防天線輻射；(3)使中空傳輸線的復數(shù)個短邊的長度等于信號波長的一半。通過上述步驟，可有效降低信號的互感及交連現(xiàn)象。以下所述，除特別指定外，傳輸線皆指實心傳輸線，不再特別強調(diào)。
為使本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并結合附圖，作詳細說明圖面說明圖1是一種公知的球柵陣列板(Ball Grid Array，BGA)或印刷電路板間的布線方法；圖1A是圖1的俯視圖；圖1B是含接地層的4層板BGA的截面圖2是本發(fā)明的一種降低基板上相鄰導線間互感的結構的中空傳輸線的型式圖；圖2A是本發(fā)明的俯視圖；圖2B是本發(fā)明的截面圖；圖3是本發(fā)明的一種降低基板上相鄰導線間互感的結構的中空傳輸線的另一種型式圖。
附圖標記說明11至13 傳輸線21、23 傳輸線22 中空傳輸線請參照圖2A，是本發(fā)明的俯視圖。傳輸線21所產(chǎn)生的自感為L1，傳輸線23所產(chǎn)生的自感為L2，中空傳輸線22所產(chǎn)生的自感為Ls，中空傳輸線22對傳輸線21及傳輸線23所產(chǎn)生的互感則為Lm。其中傳輸線的寬度皆為80um(微米)，傳輸線間的間距為70um，傳輸線的長度皆為10000um。
請參照圖2B，是本發(fā)明的截面圖。其中h為上層走線(top trace)與接地層的距離，在BGA中其距離h為100um，傳輸線的厚度d1為27um，印刷電路板的接地層的厚度d2為35um。
以下所述為二維平行走線簡易的互感計算簡易公式Lm/l＝(u/4Pi)ln(1+(2h/s)^2) uH/m其中l(wèi)＝傳輸線長度u＝導磁性Pi＝3.14159h＝傳輸線與接地平層的距離s＝兩鄰近傳輸線的線間距(pitch＝width+space)由上述簡易公式可知互感(Lm)大約和間隔(space)成對數(shù)關系，所以增加間隔并無法有效降低互感(Lm)。
表2所示是根據(jù)圖1及圖2所示的復數(shù)個傳輸線與中空傳輸線22的各種參數(shù)。在印刷電路板或BGA板具有接地層時使用Ansoft-Spicelink仿真軟件計算得到的自感、互感值，同時與公知平行布線方法的計算機仿真互感計算公式得到的自感、互感值做一比較。由表2可以很明顯的看出使用公知平行布線方法在傳輸線寬度從70um變成145um時，其傳輸線間互感值從0.321nH/mm降為0.279nH/mm，效果并不是很顯著。而本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的互感值約為0.076nH/mm，是在使用公知的方法在間隔為145um時所產(chǎn)生的互感值的0.272倍，也就是在與145um相同印刷電路板間隔下使用本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的互感值將可降低-11.3dB。
表2使用計算機仿真公式所計算得到的自感、互感值
單位nH/mm(納亨利/毫米)
此外，本發(fā)明的結構也可適用于沒有提供接地層的印刷電路板或BGA中。表3所示是在沒有提供接地層的印刷電路板中，根據(jù)圖1及圖2所示的復數(shù)個傳輸線與中空傳輸線22的各種參數(shù)，使用前述計算機仿真互感計算公式得到的自感、互感值，同時與公知平行布線方法的計算機仿真計算得到的自感、互感值做一比較。
表3沒有提供接地層的印刷電路板中使用計算機仿真互感計算公式得到的自感、互感值
單位nH/mm(納亨利/毫米)由表3可以很明顯的看出使用公知平行布線方法在傳輸線間隔從70um變成145um時，其傳輸線間互感值從0.786nH/mm降為0.715nH/mm，效果并不是很顯著。而本發(fā)明的結構所產(chǎn)生的互感值約為0.125nH/mm，是使用公知方法且間隔為145um時所產(chǎn)生的互感值的0.175倍，也就是在與間隔為145um相同印刷電路板空間下使用本發(fā)明的結構所產(chǎn)生的互感值將可降低-15.1dB。
從以上的討論，可知本發(fā)明實施例的降低基板上相鄰導線間互感的結構與公知方法比較，具有下列優(yōu)點使用本發(fā)明所提供的降低基板上相鄰導線間互感的結構，當其應用于時鐘頻率高達數(shù)百MHz以上的主機板電路時，能夠有效降低傳輸線間的互感效應及其所引起的交連現(xiàn)象。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例說明如上，但該實施例并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該技術的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作少許的更動與修飾，例如可將中空形式的中空傳輸線22的形狀略做變動，如為橢圓形或淚滴形等形式而可達到相似效果者，皆在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于包括至少各一條傳輸線位于一中空環(huán)形傳輸線的兩側，該中空環(huán)形傳輸線的一端點連接到一組件，該中空環(huán)形傳輸線的一對角線端點連接到基板上以輸入一訊號；該中空環(huán)形傳輸線的短邊長度為該信號波長的二分之一。
2.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述基板是印刷電路板。
3.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述基板是球柵陣列封裝(BGA)。
4.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述環(huán)形是封閉的長方形。
5.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述環(huán)形是非封閉的長方形。
6.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述環(huán)形的頂點是斜接的以減少天線效應。
7.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述信號是高頻的時鐘(clock)。
8.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述信號的頻率大于1GHz。
9.根據(jù)權利要求1所述的降低基板上相鄰導線間互感的結構，其特征在于所述基板有接地層。
全文摘要
本發(fā)明是一種降低基板上相鄰導線間互感的結構,在平行配置的復數(shù)個傳輸線中間放置一中空的傳輸線,中空傳輸線的兩頂點分別耦接到打點線(bondwire)和印刷電路板或球柵陣列板的貫孔(via)作為信號輸入和輸出點;同時,將耦接到印刷電路板或球柵陣列板的中空傳輸線的復數(shù)個頂點斜接;此外將中空傳輸線的復數(shù)個短邊和的長度設定為傳送信號波長的一半。兩個長邊上信號的相位將完全反相,互感幾乎被消除,交連效應也可被有效地降低。
文檔編號H05K9/00GK1358059SQ01115309
公開日2002年7月10日 申請日期2001年4月18日 優(yōu)先權日2001年4月18日
發(fā)明者李春和 申請人:威盛電子股份有限公司