專利名稱：高頻、高信號密度、表面安裝技術封裝形式定義的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及電連接器/電路板系統。具體而言，本發明涉及在這種電路板上定義高頻、高信號密度、表面安裝技術封裝形式的方法。
背景技術：
通常，如電連接器的電子元件可以包括多個導電觸點，這些觸點的端子部分可以排列為行和列的矩陣。觸點L可以是信號導線或者接地導線，并且可以按照信號-信號-接地排列結構沿列進行排列。相鄰信號觸點可以形成差分信號對，盡管信號觸點可以是單端信號導線。這樣的元件可以包括差分信號對和單端信號導線的任意組合。
可以使用表面安裝技術(SMT)將電子元件安裝在電路板上。SMT涉及，通過將每個端子電連接到位于基板表面的各個SMT焊盤將觸點的端子電連接到基板的表面。觸點的端子通常焊接到焊盤上，這些端子可能包括導電的焊料球。在多層板上，SMT焊盤通常電連接到過孔，過孔在板的層間延伸通過，將一層上的SMT焊盤或者線路電連接到其他層上的線路。
圖1示出了典型的SMT連接器封裝形式，包括排列成焊盤排列結構的多個SMT焊盤P和排列成過孔排列結構的多個過孔V。每個過孔V電連接到相應的SMT焊盤P。SMT焊盤P和過孔V可以排列成如圖所示的所謂的“狗骨頭”模式。如引出的小圖所示，“狗骨頭”可以包括SMP焊盤P、過孔V、過孔焊盤VP，以及電連接過孔焊盤和SMP焊盤的導電過孔線路VT。然而，應該理解，過孔和SMT焊盤不一定必需排列成這種狗骨頭模式。作為替代，SMT焊盤可以部分或者全部和相應的過孔焊盤重疊，這樣，SMT焊盤和過孔焊盤直接接觸。這種結構通常稱為“via-in-pad”(盤中孔)。
SMT焊盤和過孔可以排列成行和列。如圖1所示，行沿水平方向延伸，垂直于板子邊緣E。列沿垂直方向延伸，平行于板子邊緣E。相鄰行中心線之間的距離稱為行距PR。相鄰列中心線之間的距離稱為列距PC。
SMT焊盤P和通孔V可以是接地導線或者信號導線。信號導線可以是單端或者差分信號傳輸形式。高速(即，大于1GHz)連接器通常使用差分信號對進行信號傳輸。在差分信號傳輸中，每個信號導線可以和相鄰的信號導線配對。相應的接地導線可以設置在相鄰的信號導線間。在一些連接器系統中，可以包括接地導線，以降低信號導線間的串擾并且改進阻抗匹配。
圖1所示的焊盤排列結構可以和代安裝在板子上的元件的引線排列結構相同。例如，SMT焊盤可以如同引線的端部一樣排列成行和列。此外，焊盤排列結構的行距PR和列距PC可以和引線排列結構的行距和列距相同。
類似地，過孔排列結構可以和焊盤排列結構相同。即，例如，過孔V可以如同SMT焊盤P一樣排列成行和列。此外，過孔排列結構的行距PVR和列距PVC可以和引線排列結構的行距和列舉相同。
高頻、高信號密度連接器(即，工作于信號傳輸速率超過約1GHz并且每平方英寸具有200或更多信號對的連接器)是本領域已知的。因此，期望存在定義這類高頻、高信號密度連接器的封裝形式的方法，其中，對阻抗和布線密度、串擾的限制限于可接受的級別。
發明內容
本發明提供特別適用于設計板子/連接器系統的迭代方法和工具。用戶可以輸入和定義SMT封裝形式形狀的一個或多個參數相關的數據。輸入數據可用于產生樣本封裝形式并計算封裝形式的期望電性能。用戶可以改變輸入數據，因此使得產生的封裝形式和期望的性能數據相應地更新。用戶可以繼續改變封裝形式，直到用戶對產生的封裝形式的形狀和性能滿意為止。
本發明提供用于安裝(receive)具有導電觸點的觸點排列結構的電子元件的電路板，例如背板或者印刷電路板。電路板可以包括和觸點排列結構不同的過孔和SMT焊盤排列結構。由這種連接器覆蓋的觸點的端子可以被彎曲以和電路板上的SMT焊盤電連接。SMT焊盤和過孔可以用可以提高信號密度，同時限制信號導線間的串擾并提供在電路板上布線的足夠空間的若干方式排列。
圖1示出了典型的SMT連接器封裝形式。
圖2示出了根據本發明產生的示例SMT連接器封裝形式。
圖3示出了適用于連接到根據本發明的SMT封裝形式的BGA觸點的彎曲端子。
圖4是根據本發明產生SMT連接器封裝形式的示例方法實施例的流程圖。
圖5A和5B是根據本發明產生SMT連接器封裝形式的系統的示例屏幕。
圖6和圖7示出根據本發明產生的其他SMT連接器封裝形式。
圖8-47是用于確定圖2所示的SMT封裝形式的某個特性的計算細節的電子表格。
具體實施例方式 圖2示出了根據本發明實施例的示例SMT連接器封裝形式。如圖所示，連接器封裝形式可以包括多個信號導線過孔S1-S6和多個信號導線SMT焊盤P1-P6。SMT焊盤和過孔可以排列成所謂的“狗骨頭”模式，這樣每個過孔和相應的SMP焊盤分離但是電連接。在典型的狗骨頭模式中，電路板線路(圖2未示出)利用相應的SMT焊盤P1-P6電連接到過孔S1-S6。或者，如上所述，過孔和SMT焊盤可以排列成所謂的“盤中孔”結構。
信號導線過孔可以用于單端或者差分傳輸。在差分信號傳輸中，每個信號導線過孔可以和相鄰的信號導線過孔配對。圖2用連接過孔對的線說明過孔對。如果要在封裝形式上安裝的連接器包括接地觸點，那么連接器封裝形式還可以包括接地導線焊盤和接地導線過孔(未示出)。應該理解，過孔排列結構可以包括信號導線過孔、單端信號導線過孔和/或接地導線過孔的任何或者所有差分信號對。
圖2中還用虛線框示出了板子可用于安裝的連接器內的電觸點T1-T6的位置表示。虛線框指示連接器內各個觸點引線L1-L6的相對位置。如上所示，每個觸點可以通過放置在觸點端子處的焊料球形成和各個SMT焊盤的電連接。相應的SMT焊盤可設置用于容納焊料球，從而形成連接器內的觸點和相應的SMT焊盤之間的電連接(因而，連接相應的過孔)。如圖2所示，觸點引線L1-L6不需要和相應的SMT焊盤P1-P6對準。即，SMT焊盤在封裝形式上的排列結構可以和連接器內的觸點的排列結構不同。因而，觸點的端子可以彎曲，這樣觸點的端子對齊，形成和各個SMT焊盤的電連接。
圖3示出了這種連接器內可以使用的示例S形端部T。如所示，端部T可以連接觸點引線L和球B。端部T可以從觸點引線L處延伸向任何方向，并且是使得球B和適用于安裝連接器的基板上的SMT焊盤可連接的任何所需形狀。應該理解，這種S形端子的端部T可以足夠短，以提供對阻抗的足夠控制，以滿足高頻、信號集成的要求。
圖4是根據本發明產生SMT連接器封裝形式的方法的示例實施例的流程圖。如上參考圖2所述，通過將SMT焊盤位置在基板上設置成和觸點排列結構不同的排列結構，可以實現較大的信號觸點密度，同時保持可接受的串擾級別和布線空間。例如，盡管SMT焊盤可以排列成和觸點端子相同的排列結構，但是觸點端子可以從觸點引線向外彎曲，這樣，觸點端子形成和觸點排列結構不同的排列結構。如上所述，消除將焊盤排列成和連接器的觸點相同的排列結構這一限制提供了大量的之前未知的封裝形式定義。
給定和設計新的封裝形式、提交封裝形式進行制造和測試版/連接器設計相關的時間，期望設計者可以仿真所提出的BGA連接器封裝形式，并收到對該封裝形式的反饋。因而，圖4提供了一種方法，用戶可以采用該方法輸入與定義SMT連接器封裝形式形狀布局的某些參數相關的某些數據。使用輸入參數，可以計算和所述封裝形式相關的期望電性能。用戶可以比較期望性能和一些預定性能目標。如果期望性能沒有滿足性能目標，用戶可以改變輸入數據。然后重新計算期望的性能。用戶可以繼續改變輸入數據，直到他對期望的性能滿意為止。
在710，用戶可以提供與足以描述SMT連接器封裝形式形狀布局的一個或多個參數相關的數據。這些參數可以包括但不限于，對距離參數、端子參數、球和焊盤參數和過孔參數。數據可以由用戶輸入到如電子表格的計算機軟件應用程序中，該應用程序為用戶提供接收這些數據的界面。圖5A示出了這種用戶界面的示例屏幕。如所示，可以為用戶提供和各個輸入參數相關的相應文本框，用戶可以通過文本框輸入期望的數據。
對距離參數可以包括行距、列距和表明沿行或列配對的指示。行距和列距可以從相鄰行或列的中心線測量，這里稱為PR和PC。端子參數可以包括端子寬度、端子高度以及相鄰端子間的水平和垂直距離。球和焊盤參數可以包括焊盤直徑、球直徑、水平焊盤距離、垂直焊盤距離。水平焊盤距離代表焊盤中心和列中心線之間的距離。類似地，垂直焊盤距離代表行中心線和焊盤中心之間的距離。過孔參數包括鉆孔直徑、環孔、過孔到過孔對內水平距離、過孔到過孔垂直距離以及鉆孔到線路間隙。
在720，應用程序基于輸入數據計算期望的電性能，產生所定義的連接器封裝形式的可視圖示。這種可視圖示的例子如圖2(前文對其進行了詳細描述)和圖7-9(下文對其進行詳細描述)。圖5的屏幕截圖示出向用戶顯示期望的性能數據的例子。如果應用程序不能解析數據，則可通過該用戶界面向用戶展示未解析的數據。
性能數據可以包括但不限于，密度數據、串擾數據、阻抗數據、“狗骨頭”和間隙數據、布線寬度和線路寬度數據。
密度數據可以用每平方英寸的過孔或者每平方英寸的過孔對表示。
可以計算過孔對之間串擾的串擾數據以及過孔對間的多個活動(multi active)串擾。也可以計算焊盤對之間串擾的串擾數據，以及焊盤對間的多個活動串擾。可以使用任何已知的技術來計算串擾數據，這里不對此進行描述。
阻抗數據可以包括焊盤對和過孔對的差分阻抗計算。可以使用任何已知的技術來計算阻抗，這里不對此進行描述。
“狗骨頭”和間隙數據可以包括形成“狗骨頭”的SMT焊盤和過孔焊盤之間的狗骨頭內的距離、最小焊盤到焊盤間隙、過孔焊盤之間的對到對距離、過孔焊盤間的最小間隙和SMT焊盤和過孔焊盤之間的最小間隙。
布線寬度和線路寬度數據可以包括焊盤到線路間隙、使用垂直線路的線路寬度和使用彎曲線路的線路寬度。
在730，用戶接收到提出的封裝形式和產生的性能數據。在輸入輸入參數之間，用戶已有BGA連接器封裝形式的特定最小或者性能目標。例如，用戶可能只關心過孔密度大于每平方英寸200個過孔對的設計。用戶查看果產生的性能后，可能期望進一步改進輸入參數，以使期望的性能數據更接近性能目標。如果用戶對BGA封裝形式設計的期望性能不滿意，他可以繼續到740，這里用戶進一步改進數據。相反，如果用戶對設計滿意，可以在750退出應用程序。
在740，用戶決定對和輸入參數相關的數據進行進一步的改變。用戶可以調整之前提交的任何輸入數據并查看所得的封裝形式的變化和期望的電性能。用戶改變一個或多個參數后，所得輸出數據和產生的封裝形式表示可以在730更新并顯示。用戶可以繼續改變和一個和多個輸入參數相關的數據并查看相應的結果，直到產生合適的SMT封裝形式。
如上所述，也可以產生定義的封裝形式的可視圖示。圖3、6和7給出了這種封裝形式圖示的例子。在所示例子中，產生的封裝形式包括六個過孔S1-S6和兩個SMT焊盤P1-P6。虛線框指示觸點引線L1-L6。過孔對用形成對的過孔間的線指示。盡管示例封裝形式示出六個過孔和六個SMT焊盤，應該理解，根據本發明定義的封裝形式可以具有任何數量的過孔和SMT焊盤。在典型的狗骨頭模式中，電路板線路(未示出)電連接過孔S1-S6和相應的SMT焊盤P1-P6。如所示，每個示例SMT封裝形式在板子上提供大于每平方英寸250個過孔對的信號密度、可接受級別的串擾和阻抗以及足夠的布線空間。
圖2示出了實現每平方英寸265個過孔對的信號密度同時保持可接受的布線密度、阻抗和串擾級別的SMT封裝形式。圖2所示的封裝形式是使用下表提供的輸入數據產生的。
使用結合圖4描述的方法，為圖2所示的SMT封裝形式產生如下表的特性
圖6示出的示例SMT封裝形式實現了每平方英寸265個過孔對的信號密度，而且保持可接受的布線密度和阻抗即串擾級別。圖6所示的封裝形式使用下表提供的數據產生
使用結合圖4描述的方法，為圖6所示的SMT封裝形式產生如下表的特性
圖7示出的示例SMT封裝形式實現了每平方英寸261個過孔對的信號密度，而且保持可接受的布線密度和阻抗即串擾級別。圖7所示的封裝形式使用下表提供的數據產生
使用結合圖4描述的方法，為圖7所示的SMT封裝形式產生如下表的特性
圖8-47的電子表格給出了用于確定圖2所示的SMT封裝形式特性的計算細節。圖8-47給出的電子表格還給出了用于確定數據點的計算細節，從這些數據點產生圖2所示的封裝形式的可視圖示。圖6和7所示的封裝形式的特性和從中產生封裝形式的可圖示的數據點使用相同的式子計算。應該理解，電子表格只是可以實現根據本發明的工具的一個例子。應該理解，用于根據某些輸入數據計算某些特性的特定計算只是例子，還可以使用本領域技術人員熟知的任何用于此的式子。
因此，描述了幾個用于SMT連接器封裝形式定義的實施例。應該理解，前述的說明性實施例只用于解釋，其不以任何方式限制本發明。例如，前述的實施例是結合只包括差分信號導線對的結構描述的。然而，期望可以設計用于包括接地導線的連接器的結構。類似地，期望可以設計用于只有單端信號導線的連接器的結構，以及用于具有差分信號對、單端信號導線和接地導線的組合的連接器的結構。
權利要求
1. 用于定義表面安裝技術(SMT)封裝形式的交互方法，所述方法包括
接收第一輸入數據，所述第一輸入數據定義和第一SMT封裝形式相關的形狀；
基于所述第一輸入數據，產生指示所述第一SMT封裝形式的電性能的第一輸出數據；
產生所述第一輸出數據后，然后接收第二輸入數據，所述第二輸入數據定義和第二SMT封裝形式相關的形狀；
基于所述第二輸入數據，產生指示所述第二SMT封裝形式的電性能的第二輸出數據。
2. 根據權利要求1的方法，其中所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個包括SMT焊盤排列結構和過孔排列結構，所述過孔排列結構和所述SMT焊盤排列結構不同。
3. 根據權利要求1的方法，其中(i)所述SMT封裝形式適用于安裝包括多個排列成觸點排列結構的導電觸點的電子元件；以及(ii)所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個包括不同于所述觸點排列結構的SMT焊盤排列結構。
4. 根據權利要求3的方法，其中所述觸點中的至少一個包括觸點引線和彎曲偏離所述觸點引線的端部。
5. 根據權利要求1的方法，其中所述輸入數據通過提供用于接收所述輸入數據的用戶界面的計算機軟件應用程序來接收。
6. 根據權利要求5的方法，其中所述計算機軟件應用程序是電子表格程序。
7. 根據權利要求5的方法，其中所述計算機軟件應用程序產生并顯示所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個的可視圖示。
8. 根據權利要求1的方法，其中所述輸入數據包括對應于對距離參數、端子參數、球和焊盤參數和過孔參數的數據。
9. 根據權利要求1的方法，其中所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個具有大于每平方英寸200個過孔對的過孔密度。
10. 用于定義表面安裝技術(SMT)封裝形式的工具，所述工具包括
用戶界面，用于接收第一輸入數據和第二輸入數據，所述第一輸入數據定義和第一SMT封裝形式相關的形狀，所述第二輸入數據定義和第二SMT封裝形式相關的形狀；
處理器，該處理器(i)接收所述第一輸入數據；(ii)基于所述第一輸入數據，產生指示所述第一SMT封裝形式的電性能的第一輸出數據；(iii)產生所述第一輸出數據后，接收所述第二輸入數據；(iv)基于所述第二輸入數據，產生指示所述第二SMT封裝形式的電性能的第二輸出數據。
11. 根據權利要求10的工具，其中所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個包括SMT焊盤排列結構和過孔排列結構，所述過孔排列結構和所述SMT焊盤排列結構不同。
12. 根據權利要求10的工具，其中(i)每個所述第一和第二SMT封裝形式適用于安裝包括多個排列成觸點排列結構的導電觸點的電子元件；以及(ii)所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個包括不同于所述觸點排列結構的SMT焊盤排列結構。
13. 根據權利要求10的工具，其中所述觸點中的至少一個包括觸點引線和彎曲偏離所述觸點引線的端部。
14. 根據權利要求10的工具，其中所述用戶界面包括計算機軟件應用程序的用戶界面。
15. 根據權利要求10的工具，其中所述計算機軟件應用程序是電子表格程序。
16. 根據權利要求10的工具，進一步包括用于顯示所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個的可視圖示的用戶界面。
17. 根據權利要求16的工具，其中在接收到所述第二輸入數據之前顯示所述第一SMT封裝形式的可視圖示。
18. 根據權利要求10的工具，其中所述輸入數據包括對應于對距離參數、端子參數、球和焊盤參數和過孔參數的數據。
19. 根據權利要求10的工具，其中所述第一和第二SMT封裝形式中的至少一個具有大于每平方英寸200個過孔對的過孔密度。
20. 用于定義表面安裝技術(SMT)封裝形式的交互方法，所述方法包括
接收第一輸入數據，所述第一輸入數據定義和第一SMT封裝形式相關的形狀；
基于所述第一輸入數據，產生所述第一SMT封裝形式的可視圖示；
產生所述第一SMT封裝形式的所述可視圖示后，然后接收第二輸入數據，所述第二輸入數據定義和第二SMT封裝形式相關的形狀；
基于所述第二輸入數據，產生指示所述第二SMT封裝形式的電性能的第二輸出數據。
全文摘要
公開了設計SMT連接器封裝形式的方法(圖1)。電路板上可設置有SMT焊盤和相應過孔的排列結構(圖2)。過孔排列結構可以不同于SMT焊盤排列結構(圖4)。SMT焊盤排列結構可以不同于所設計的封裝形式用于安裝的連接器觸點的排列結構。觸點的端部可以改變方向或者彎曲以和SMT焊盤電連接。SMT焊盤和過孔可以用多種可以提高板子的信號觸點密度，同時限制串擾并提供足夠的阻抗和板子上的布線空間的方法排列。公開了設計這種封裝形式的交互式工具。
文檔編號G06F17/50GK101263497SQ200580041001
公開日2008年9月10日 申請日期2005年11月29日 優先權日2004年11月29日
發明者C·L·威寧斯, J·B·舒伊 申請人:Fci公司