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CN112425274B - 高速、高密度电连接器的底板覆盖区 - Google Patents

高速、高密度电连接器的底板覆盖区 Download PDF

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CN112425274B CN201980047343.4A CN201980047343A CN112425274B CN 112425274 B CN112425274 B CN 112425274B CN 201980047343 A CN201980047343 A CN 201980047343A CN 112425274 B CN112425274 B CN 112425274B
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Abstract

印刷电路板包括：多个层，多个层包括被介电层分隔开的导电层；以及至少一个过孔，其被配置成用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线，至少一个过孔包括导电元件，导电元件从印刷电路板的上表面延伸穿过多个层中的一层或更多层，导电元件在其表面中具有凹部。凹部被配置成接收表面安装连接器的连接器引线的梢部。印刷电路板可以具有包括信号过孔和接地过孔的过孔图案。

Description

高速、高密度电连接器的底板覆盖区
相关申请的交叉引用
本申请要求基于2018年6月11日提交的临时申请第62/683,146号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本专利申请总体上涉及用于使电子组件互连的互连系统，例如包括电连接器的互连系统。
电连接器被用于许多电子系统中。通常，将系统制造为可以与电连接器接联(join)在一起的分离电子组件例如印刷电路板(“PCB”)更容易且更具成本效益。用于接联若干印刷电路板的已知布置要具有用作底板的一个印刷电路板。可以通过底板连接称为“子板”或“子卡”的其他印刷电路板。
已知的底板具有可以在其上安装许多连接器的印刷电路板的形式。底板中的传导迹线可以电连接至连接器中的信号导体，使得可以在连接器之间路由信号。子卡还可以在其上安装有连接器。安装在子卡上的连接器可以插入至安装在底板上的连接器中。这样，可以通过底板在子卡之中路由信号。子卡可以成直角插入底板中。因此，用于这些应用的连接器可以包括直角弯折部，并且通常被称为“直角连接器”。其他已知的连接器包括但不限于正交中平面(midplane)连接器和无中平面直接附接正交连接器。
连接器也可以在其他配置中用于使印刷电路板互连以及用于将诸如电缆的其他类型的装置与印刷电路板互连。有时，一个或更多个较小的印刷电路板可以连接至另一较大的印刷电路板。在这样的配置中，较大的印刷电路板可以被称为“母板”，以及与其连接的印刷电路板可以被称为子板。此外，相同尺寸或相似尺寸的板有时可以平行对齐。这些应用中使用的连接器通常称为“堆叠连接器”或“夹层连接器”。
有时也使用“中平面”配置。中平面与底板的相似之处在于中平面具有定位为与多个子板进行连接的连接器。然而，在中平面中，连接器附接至中平面的相对表面，使得子板可以安装在系统中的中平面的两侧上。通常，一侧上的子板与另一侧上安装的子板正交，这相对于使子板平行对齐并通过底板连接来说可以缩短从一个子板到另一子板的信号路径。专用连接器有时用于中平面配置，但是也可以使用与底板配置中使用的相同连接器来创建该配置。
还可以在没有中平面的情况下通过使用电子组件一侧上的子板上的连接器来创建子板的正交布置，所述连接器可以直接与组件另一侧上的子板上的连接器匹配。该配置被称为“直接匹配正交”。可以在组件一侧上的子板上使用直角连接器来创建该配置，该直角连接器可以用在底板配置中的子板上。为这种直接匹配正交配置而设计的连接器用在组件另一侧上的板上。
不管确切的应用是什么，电连接器的设计必须与电子工业的趋势保持同步。电子系统通常已经变得更小、更快、以及功能更复杂。因为这些变化，近年来，电子系统给定区域中的电路数量以及电路操作的频率已经显著增加。当前的系统在印刷电路板之间传递更多的数据，并且要求电连接器在电学上相比于甚至几年前的连接器能够以更高的速度处理更多的数据。
在高密度、高速连接器中，电导体可以彼此如此靠近，使得邻近的信号导体之间可能存在电干扰。为了减少干扰并且另外提供期望的电性能，通常将屏蔽构件放置在邻近信号导体之间或周围。屏蔽件可以防止一个导体上承载的信号在另一导体上产生“串扰”。屏蔽件也可以影响每个导体的阻抗，这还可以影响电性能。
其他技术可以用于控制连接器的性能。例如，差分地传输信号可以减少串扰。差分信号被承载在一对传导路径上，称为“差分对”。传导路径之间的电压差表示信号。通常，差分对被设计为在该对传导路径之间具有优先耦合。例如，差分对的两个传导路径可以被布置成与连接器中的邻近信号路径相比更靠近彼此地伸延。不期望在该对传导路径之间有屏蔽，但是屏蔽可以用于差分对之间。电连接器可以设计为用于差分信号以及用于单端信号。
在互连系统中，这样的连接器被附接至印刷电路板，其中之一可以用作底板，该底板用于在电连接器之间路由信号，并且用于提供可以将连接器中的参考导体接地的参考平面。通常地，底板形成为由有时称为“预浸料”的介电片的堆叠来制造的多层组件。介电片中的一些或所有可以在一个或两个表面上具有导电膜。可以使用光刻或激光印刷技术对导电膜中的一些进行图案化，以形成用于在电路板、电路和/或电路元件之间进行互连的导电迹线。导电膜中的其他导电膜可以基本保持原样，并且可以用作提供参考电势的接地平面或电源平面。可以例如通过在压力下将堆叠的介电片压在一起而将介电片形成为整体板结构。
如在附接至印刷电路板的连接器的情况下，印刷电路板的电性能至少部分取决于形成在印刷电路板中的导电迹线、接地平面和过孔(via)的结构。此外，随着信号导体的密度和连接器的操作频率增加，电性能问题变得更加严重。
为了对导电迹线或接地/电源平面进行电连接，可以穿过印刷电路板钻洞。这些孔或“过孔”用金属填充或电镀，使得过孔电连接至它所穿过的导电迹线或平面中的一个或更多个。
在一种用于将连接器附接至印刷电路板的方法——称为“压配合技术”中，可以在使用焊料或不使用焊料的情况下将来自连接器的接触销或接触“尾”插入至过孔中。过孔被制成接收连接器的接触尾的尺寸。在用于将连接器附接至印刷电路板的另一种方法——称为“表面安装技术”中，过孔在印刷电路板的表面上被设置有导电焊盘，并且将连接器的接触销焊接至导电焊盘。在表面安装技术中，过孔的直径可以小于用于接收连接器的接触销的过孔的直径。
如上所述，电子系统的趋势是趋向于渐增的小型化、更高速的操作和功能复杂性。为了满足小型化的要求，必须增加连接器销的密度，同时避免电性能下降。同样，在保持电性能的同时，必须使高速高密度连接器附接至的印刷电路板小型化。另外，连接器、印刷电路板、以及连接器与印刷电路板之间的连接必须具有高可靠性。
压配合连接器具有接触尾，该接触尾插入至印刷电路板中相应过孔中的孔中。接触尾在其插入至过孔孔中时可以稍微变形，从而提供可靠的电连接和机械连接。此外，可以将接触尾焊接至印刷电路板上。然而，压配合连接器的小型化受到压配合接触尾的设计的限制。换句话说，压配合接触尾具有最小宽度，以确保可靠的操作。另外，设计成用于附接至压配合连接器的印刷电路板在印刷电路板的上部需要一个区域，在该区域中，过孔足够大以接收压配合接触尾，而几乎没有或没有留下区域用于路由信号迹线。
表面安装连接器不需要用于接收接触尾的孔。相反，表面安装连接器的接触销物理接触印刷电路板表面上的导电焊盘。连接器的接触销被焊接至导电焊盘以提供电连接。虽然表面安装连接器不具有需要足够大的过孔孔以接收接触尾的缺点，但是表面安装连接器在关于印刷电路板上导电焊盘与接触销之间的可靠电接触的方面可能存在问题。特别地，由于制造公差，表面安装接触销可能不是共面的。此外，由于制造公差，印刷电路板上的导电焊盘可能不是共面的。因此，当表面安装连接器被放置成与印刷电路板接触时，表面安装接触销中的一些可以接触导电焊盘，而另一些在导电焊盘上方间隔开。在焊接操作中，焊料可以弥合接触销与导电焊盘之间的间隙，但是在一些情况下，可能导致断开的连接。即使焊料确实弥合了接触销与导电焊盘之间的间隙，连接也可能不可靠。
因此，存在对用于高速、高密度电应用的改进的印刷电路板和连接器覆盖区的需要。
发明内容
发明人已经认识到互连系统需要新的结构，以便满足对更小尺寸、更高操作频率和增加的复杂性的要求。根据实施方式的互连系统包括表面安装连接器和印刷电路板，该印刷电路板具有用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线(lead)的结构。在实施方式中，印刷电路板在其上表面上包括一个或更多个导电元件，用于焊料附接至表面安装连接器的各个连接器引线。导电元件可以包括延伸穿过印刷电路板的一层或更多层的过孔。
导电元件中的每一个设置有凹部，该凹部接收连接器引线的梢(tip)部。表面安装连接器的连接器引线的梢部可以是逐渐细化的或者以其他方式配置成用于插入至印刷电路板的导电元件中的凹部中。与具有平坦表面的导电元件相比，凹部使得导电元件与表面安装连接器的连接器引线之间的焊料连接能够更加可靠。凹部减轻了由缺乏连接器引线的共面性而导致的可靠性问题。与依赖于将连接器销压配合插入至印刷电路板上的相应过孔中的互连系统相比，该互连系统使得能够减少面积要求。
根据实施方式，印刷电路板包括：至少一个介电层；以及至少一个导电元件，其形成在介电层上，并且被配置成用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线，导电元件在其表面中具有凹部。
根据另外的实施方式，印刷电路板包括：多个层，多个层包括被介电层分隔开的导电层；以及至少一个过孔，其被配置成用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线，至少一个过孔包括导电元件，导电元件从印刷电路板的上表面延伸穿过多个层中的一层或更多层，导电元件在其表面中具有凹部。
根据另外的实施方式，印刷电路板包括：多个层，多个层包括被介电层分隔开的导电层；以及在多个层中形成的过孔图案，过孔图案中的每一个包括：第一信号过孔和第二信号过孔，其从印刷电路板的第一表面延伸至导电层的突围(breakout)层；以及接地过孔，其连接至导电层中的一个或更多个，其中，信号过孔和接地过孔均包括在其表面中具有凹部的导电元件。
在一些实施方式中，凹部具有0.05mm至0.30mm的范围内的深度。
在一些实施方式中，凹部具有1到4的范围内的深度与宽度的纵横比。
在一些实施方式中，过孔从印刷电路板的上表面延伸至导电层的突围层。
在一些实施方式中，凹部位于过孔的中心上。
在一些实施方式中，凹部偏离过孔的中心。
在一些实施方式中，从印刷电路板的第二表面背钻(backdrill)至少一个过孔。
在一些实施方式中，凹部包括锥形部。
在一些实施方式中，凹部包括被截锥形(truncated conical)部。
在一些实施方式中，凹部包括柱形部。
在一些实施方式中，凹部包括半球形部。
在一些实施方式中，过孔从印刷电路板的上表面延伸至导电层的接地层。
在一些实施方式中，凹部被配置成接收表面安装连接器的连接器引线的梢部。
在一些实施方式中，凹部被配置成接收表面安装连接器的连接器引线与至少一个过孔之间的焊点的焊料。
在一些实施方式中，凹部被配置成允许表面安装连接器的连接器引线的梢部在印刷电路板的上表面下方延伸。
在一些实施方式中，至少一个过孔包括印刷电路板上表面上的导电焊盘，并且其中，导电焊盘具有比至少一个过孔的导电元件更大的直径。
在一些实施方式中，至少一个过孔包括柱形导体，柱形导体至少部分地延伸穿过印刷电路板。
在一些实施方式中，至少一个过孔除凹部以外填充有导电材料。
在一些实施方式中，至少一个过孔被配置成用于附接至表面安装连接器的超弹性连接器引线。
根据另外的实施方式，提供了制造印刷电路板的方法，印刷电路板包括被介电层分隔开的多个导电层。方法包括穿过印刷电路板钻孔；用导电材料填充孔以形成过孔；以及在印刷电路板的上表面处在过孔的导电材料中形成凹部。
根据另外的实施方式，互连系统包括：表面安装部件，其包括表面安装引线；以及印刷电路板，其包括被介电层分隔开的导电层，以及被配置成用于焊料附接至表面安装部件的相应引线的过孔，过孔中的每一个包括在其上表面中具有凹部的导电元件。
在一些实施方式中，表面安装引线中的至少95％包括延伸至各个凹部中的远侧梢。
附图说明
为了更好地理解所公开的技术，对通过引用并入本文中的附图进行参照，并且在附图中：
图1和图2是根据实施方式的包括表面安装电连接器和印刷电路板的互连系统的截面图；
图3是印刷电路板的截面图，示出了根据实施方式的过孔；
图4是根据实施方式的具有被截锥形凹部的过孔的截面图；
图5是根据实施方式的具有柱形凹部的过孔的截面图；
图6是根据实施方式的具有有着半球形部和柱形部的凹部的过孔的截面图；
图7A至图7C是印刷电路板的截面，其示出了根据实施方式的表面安装连接器的连接器引线与印刷电路板之间的焊点；
图8A至图8C是印刷电路板的截面，其示出了根据现有技术的表面安装连接器的连接器引线与印刷电路板之间的焊点；以及
图9是根据实施方式的示出了过孔图案的印刷电路板的顶视图。
具体实施方式
发明人已经认识并理解，尽管已经相当多地集中精力提供改进的电连接器以便改进互连系统的性能，但是在一些非常高的频率下，通过印刷电路板的发明设计可以实现显著的性能改进。根据一些实施方式，可以通过针对连接器覆盖区和针对连接器覆盖区的细节——包括但不限于连接器覆盖区的过孔——的发明设计来实现改进。例如，本发明设计可以改进互连系统的电性能，可以改进印刷电路板与连接器之间的连接的可靠性，以及/或者可以促进互连系统的进一步小型化。
如本文中所使用，术语“连接器覆盖区”和“底板覆盖区”是指被配置成与连接器相互作用的印刷电路板的元件。连接器覆盖区可以包括多个过孔图案，并且每个过孔图案可以包括一个或更多个信号过孔和一个或更多个接地过孔。每个过孔图案还可以包括被配置成用于屏蔽、阻抗控制等的一个或更多个另外的过孔。然而，关于过孔的数量或类型，过孔图案不受限制。此外，术语“印刷电路板”和“底板”在本文中可互换使用，以指代包括交替布置的导电层和介电层的结构。然而，应当理解，本文中所述的附接技术可以用于将连接器或任何其他类型的电部件附接至具有层且具有层之间的连接的基板，该基板包括子板或中平面。这些技术可以与任何厚度的基板一起使用。
在一些实施方式中，印刷电路板可以包括单个介电层和单个导电层。然而，当与多层板诸如如下板一起使用时，本文中描述的技术可以在速度和/或制造成本方面提供有价值的优点，所述板具有超过10个导电层或超过20个层或在一些实施方式中超过40个层，所述导电层承载信号迹线。因此，在一些实施方式中，本文中所述的技术可以应用于具有信号迹线的10个层到50个层之间的印刷电路板。
图1和图2示出了根据实施方式的可以在电子系统中使用的电互连系统的示例。电连接系统包括可以电和机械地连接至印刷电路板的连接器。在该示例中，表面安装连接器100被配置为附接至印刷电路板110。
表面安装连接器100可以包括多对信号引线和相应的接地引线。一对信号引线和相应的接地引线在图1和图2中示出。表面安装连接器100包括信号引线120和122以及相应的接地引线130和132。信号引线120和122可以形成差分对。未示出的另外的接地引线可以对应于每对信号引线。
如图1和图2中所示，表面安装连接器100的信号引线120和122可以具有成斜面的梢部，以及接地引线130和132可以具有逐渐细化的梢部。另外，接地引线130和132可以具有弯曲梢部。如以下所讨论的，这些特征使得能够将梢部插入至印刷电路板110的各个过孔中的凹部中。通常，表面安装连接器100的连接器引线的梢部的尺寸和形状被设计成用于插入至印刷电路板110的相应的凹部中。梢部可以是成斜面的、逐渐细化的、尺寸减小的或以其他方式被配置成用于插入至相应的凹部中。在一些情况下，可能不需要修改连接器引线的梢部，并且梢部可以是柱形、矩形、或具有任何其他合适的形状。
印刷电路板110可以包括被介电层分隔开的多个导电层，如下所述。例如，印刷电路板110可以包括以交替布置被介电层138分隔开的导电层136。印刷电路板110可以包括与信号引线120相对应的信号过孔140和与信号引线122相对应的信号过孔142。印刷电路板110还可以包括与接地引线130相对应的接地过孔150和与接地引线132相对应的接地过孔152。信号引线120和122通过焊点180电和机械地连接至各个信号过孔140和142(图2所示)，并且接地引线130和132通过焊点182电和机械地连接至各个接地过孔150和152(图2所示)。
如图2中最佳所示，可以图案化印刷电路板110的顶表面上的导电层136以形成反焊盘(antipad)144。反焊盘144是已经去除了导电层136的区域。反焊盘144在信号过孔140和142与导电层136之间提供间隙，其可以连接至地。可以根据需要在印刷电路板110的另外的导电层中提供反焊盘。接地过孔150和152连接至导电层136，并且信号过孔140和142与导电层136隔离。接地过孔150和152可以延伸穿过印刷电路板110的所有层，并且可以连接至用作接地平面的若干导电层136。
信号过孔140和142可以在印刷电路板110的顶表面160上分别包括导电焊盘146和148。信号过孔140和142从印刷电路板110的顶表面160延伸至突围层(图3所示)，其中，信号过孔140和142连接至信号迹线(图3所示)，用于与印刷电路板的其他元件互连。在图1和图2的实施方式中，信号过孔140和142从印刷电路板110的底表面162背钻至稍微低于突围层的点。因此，信号过孔140和142下方的孔154和156分别是空气孔。
如图1所示，信号引线120和122的安装端压抵印刷电路板110的顶表面160上的导电结构，在此是导电焊盘146和148。因此，信号引线120和122的边缘可以与信号过孔140和142进行接触，而无需信号过孔140和142足够大以容纳压配合或类似结构。因此，信号过孔140和142的直径可以小于常规连接器的覆盖区中信号过孔的直径，使得连接器的覆盖区的直径可以小于常规连接器的覆盖区的直径。如图1所示，信号过孔140和142是填充过孔，而不是通常需要比填充过孔更大直径的电镀通孔(through hole)。
如图1所示，信号过孔140、142中的每一个设置有凹部170，并且接地过孔150、152中的每一个设置有凹部172。在图1和图2的实施方式中，凹部170、172中的每一个具有被截锥形形状。凹部在下面详细描述。
如图2所示，凹部170和172中填充有焊料，以分别形成焊点180和182。信号引线120和122通过焊点180电和机械地连接至相应的信号过孔140和142，并且接地引线130和132通过焊点182电和机械地连接至相应的导电元件150和152。
如图2所示，焊点180和182延伸至相应的凹部170和172中，并且提高了印刷电路板的过孔与连接器引线之间的连接的可靠性。特别地，与具有平坦的上表面的过孔相比，凹部170和172提供了更大的表面积用于与焊点180和182接触。此外，与具有平坦的上表面的过孔相比，凹部170和172允许在每个焊点中使用更大体积的焊料。更大的焊料体积也提高了焊点的可靠性。另外，如以下所讨论的，信号引线120和122以及接地引线130和132可以延伸至相应的凹部170和172中的事实减轻了表面安装连接器的连接器引线的缺乏共面性的影响。
焊点180和182的特征，包括增加的焊料体积、增加的焊料接触面积以及焊点180和182延伸至相应的凹部中，增加了焊点180和182的抗剪性。特别地，焊点180和182不可能沿平行于印刷电路板的表面的方向被剪掉。将理解的是，焊点180和182的以上特征不是必需的。
焊点180和182的上述特征，包括增加的焊料体积、增加的焊料接触面积和焊点延伸至凹部中，可以有益于焊点的机械可靠性，并且另外，可以影响连接的电性能。例如，可以通过增加焊料体积来改变连接的阻抗。因此，可以优选的是，焊点沿着信号线的长度沿信号传播的方向分布。这样，窄的深凹部可能相比于宽的浅凹部更加优选。凹部的形状的特征可以部分地在于深度与宽度的纵横比。在一些实施方式中，凹部的纵横比可以在1至4的范围内，但这不是限制性的。
如图2所示，接地引线130和132可以形成为包围信号引线120和122的屏蔽件的一部分。
图3示出了根据实施方式的印刷电路板110的截面。印刷电路板110包括多个层，多个层包括以交替布置被介电层330、332、…、340分隔开的导电层310、312、…、320。印刷电路板110还包括信号过孔350。图3示出了印刷电路板110的分层结构。将理解的是，实际的印刷电路板可以包括如下所述以过孔图案布置的多个间隔紧密的过孔。
如图3所示，印刷电路板110包括多个层，每个层包括导电层和介电层，使得印刷电路板110包括交替布置的导电层和介电层。每个导电层可以用作接地平面，可以被图案化以形成导电迹线，或者可以在不同区域中包括接地平面和导电迹线。这些层可以在组装期间通过以下方式形成：将具有图案化的铜和预浸料的层压的多个片材进行堆叠，并且然后在加热条件下对它们加压以使所有片材熔融。对铜进行图案化可以在印刷电路板内产生迹线和其他导电结构。由于熔融，这些层可能在最终的印刷电路板中结构上不可分离。然而，虽然如此但是可以基于导电结构的位置在熔融结构中识别这些层。因此，图3示出了介电材料层之间的分隔，即使这些层可以在印刷电路板中被熔融。导电层和介电层的数量可以根据应用而变化。
如图3进一步所示，在信号过孔350周围的区域中，除了在突围层352中，去除了导电层310、312、…、320。例如，在导电层310与信号过孔350之间形成了反焊盘344。信号过孔350周围去除导电层的区域——称为反焊盘——在信号过孔350与不旨在连接至信号过孔350的那些导电层之间提供间隙。在突围层352中，信号迹线360连接至信号过孔350。信号过孔350和信号迹线360提供了表面安装连接器100的信号引线(图1和图2)与印刷电路板110的另一元件之间的电连接。
如图3进一步所示，信号过孔350被形成为导电元件362，其从印刷电路板110的顶表面364至少延伸至突围层352，其中，信号迹线360连接至信号过孔350。信号过孔350可以通过穿过印刷电路板110的介电层和导电层钻孔并且用导电材料填充孔来形成。导电元件362可以大致是柱形形状。
信号过孔350可以从印刷电路板110的后表面背钻至稍微低于突围层352的水平。孔的背钻部分不含导电材料，并且避免形成可能导致信号线的传输特性中的不希望的谐振的电短截线(stub)。
信号过孔350还可以包括在印刷电路板110的顶表面364上的导电焊盘370。可以通过在顶表面364上对导电层310进行图案化来形成导电焊盘370，并且导电焊盘370与信号过孔350的导电元件362电接触。导电焊盘370的直径大于导电元件362的直径，并且在顶表面364上围绕导电元件362。
如图3所示，信号过孔350包括凹部380。凹部380从信号过孔350的顶表面382延伸至印刷电路板中。凹部380的特征可以在于最大直径、最大深度和形状。在图3的实施方式中，凹部380具有锥形形状。然而，这不是限制性的，并且如以下所讨论的可以使用其他形状。
仅通过示例的方式，信号过孔350的直径可以在0.10mm至0.30mm的范围内，并且导电元件362可以全部或部分地延伸穿过印刷电路板110。凹部380的直径可以在0.08mm至0.28mm的范围内，以及深度在0.05mm至0.30mm的范围内。在一些实施方式中，凹部380可以具有通常匹配连接器引线390的形状且使焊料集中的形状。凹部的直径是基于信号过孔350的直径，以便在凹部380的区域中保持信号过孔350的最小壁厚。最小壁厚可以在0.02mm至0.08mm的范围内。将理解的是，这些尺寸仅通过示例的方式给出而不是限制性的。
凹部380的功能是接收表面安装连接器的连接器引线390的至少梢部。表面安装连接器的连接器引线390的梢部可以是逐渐细化的、成斜面的或以其他方式配置，以使得能够将梢部插入至凹部380中。可以选择凹部380的尺寸和形状，以接合特定表面安装连接器的连接器引线的梢部，并且不同的凹部尺寸和形状可以与不同的表面安装连接器一起使用。凹部380的目的不是接受表面安装连接器的整个连接器引线390，如在压配合连接器的接触尾插入至印刷电路板的相应过孔的情况下。此外，不旨在：表面安装连接器的连接器引线390放置在印刷电路板的表面上而没有至少部分地延伸至凹部380中。通过提供其中表面安装连接器的连接器引线390的梢部延伸至凹部380中的配置，可以实现有利的特征，包括但不限于减轻连接器引线的缺乏共面性的影响以及提高焊料连接的可靠性。
在一些实施方式中，除了在连接器引线390的梢部处，连接器引线390的直径和/或截面可以大于凹部380的直径。在其他实施方式中，连接器引线的直径和/或截面小于凹部380的直径，并且连接器引线插入至凹部380中受到凹部深度的限制。在一些情况下，由于缺乏连接器引线的梢部的共面性，因此并非所有连接器引线都可以延伸至相应的凹部中。在一些实施方式中，凹部380和连接器引线390的梢部具有不同的尺寸和形状，使得焊料填充凹部380与连接器引线390之间的空间，并且增加了焊点的可靠性。
在一些实施方式中，凹部380可以相对于信号过孔350居中。在其他实施方式中，凹部380可以相对于信号过孔350的中心偏移。偏移配置可以用于控制在印刷电路板与表面安装连接器之间的过渡区域中的信号线的阻抗。当凹部380相对于信号过孔350的中心偏移时，保持过孔的最小壁厚，以便确保过孔的电连续性。凹部380通常在平行于印刷电路板的顶表面的平面中具有圆形截面，但这不是限制性的。
在图4中示出了具有被截锥形凹部420的过孔410。V形凹部——例如其特征在于锥形凹部或被截锥形凹部——提供了阻抗从连接器至印刷电路板的逐渐过渡。此外，V形凹部提供了连接器引线的自定心，并且具有用于形成可靠的焊点的有利的深度体积比。
在图5中示出了具有柱形凹部520的过孔510。具有平坦底部的柱形凹部提供了阻抗在表面安装连接器100与印刷电路板110之间的过渡。与锥形或被截锥形凹部相比，柱形凹部可以在表面下方接受较大的引线，用于增强焊点抗剪性。柱形凹部允许较大的凹部深度以改进抗剪性，而没有与锥形和被截锥形凹部相关联的壁厚问题。
图6中示出了具有凹部620的过孔610。凹部620具有半球形部622和柱形部624。具有圆形底部的凹部提供了阻抗在表面安装连接器100与印刷电路板110之间的过渡。与锥形和被截锥形凹部相比，半球形凹部可以接受较大的引线，用于增强的焊点抗剪性。圆形底部通过消除可能在热循环期间充当应力集中点的尖角来提供增强的抗应力性。在一些实施方式中，可以省略柱形部624，使得凹部620仅包括半球形部622。
凹部的形状可以部分地取决于用于形成凹部的工艺。例如，当钻凹部时，凹部的形状对应于钻头的形状。在其他实施方式中，凹部可以通过激光钻孔形成，并且具有符合激光钻孔工艺的形状。此外，可以基于表面安装连接器的连接器引线的梢部的尺寸和形状来选择凹部的尺寸和形状。凹部可以具有与钻孔工艺兼容的任何尺寸和形状，并且其能够接收表面安装连接器的连接器引线的梢部。此外，凹部的形状可以包括具有不同形状的部分，例如半球形部622和柱形部624，如图6所示，被截锥形部和柱形部(未示出)、锥形部和柱形部(未示出)等。
凹部的深度基于若干因素。在凹部的底部不平坦的情况下，深度可以被定义为凹部在其最深点处的深度。深度可能足以补偿表面安装连接器的连接器引线的梢部的缺乏共面性。例如，凹部的深度可以基于表面安装连接器的共面性规格，使得最长的连接器引线延伸至凹部的底部或者在凹部的底部附近，而最短的连接器引线位于凹部的顶部处或者凹部的顶部附近。
在一些实施方式中，可以基于如下公差来选择凹部的深度，当将连接器安装到印刷电路板上时连接器引线390的远侧梢可以以该公差相对于顶表面364定位。该公差可以取决于连接器和/或印刷电路板的制造公差。在一些实施方式中，该公差可以是+/-0.08mm。连接器和印刷电路板可以设计为使得连接器引线390的梢名义上位于表面下方0.04mm，使得如果引线390的梢的位置变化了直至0.08mm，则其将既不会无法在凹部内完全配合也不会无法在凹部中接触焊料。通过这样的设计，在连接器覆盖区中的高百分比的连接器引线将至少少量地延伸至相应的凹部中。在一些实施方式中，该百分比可以大于95％，例如大于98％或大于99％。
此外，凹部的深度可以基于在连接器引线与过孔之间实现可靠连接所需的焊料的体积。例如，可以通过提供具有更大深度的凹部来增强焊点的剪切强度。由于需要在凹部的区域中保持过孔的最小壁厚，因此在锥形或被截锥形形状的情况下凹部的深度受到限制。如图4所示，被截锥形过孔420的壁厚430随着过孔420的深度的增加而减小。在一些实施方式中，凹部的深度可以在0.05mm至0.30mm的范围内，但这不是限制性的。
保持凹部的区域中的过孔的最小壁厚以确保过孔的电连续性。如图5所示，过孔510在柱形凹部520的区域中具有壁厚530。可以在不减小壁厚530的情况下增加柱形凹部520的深度。然而，在被截锥形凹部420或锥形凹部380的情况下，壁厚430随着凹部的深度增加而减小。因此，取决于所需的壁厚和凹部的锥形部的角度，限制锥形或被截锥形凹部的深度。在凹部的区域中的过孔的壁厚可以在0.02mm至0.08mm的范围内，但这不是限制性的。
印刷电路板和表面安装连接器引线——示出了根据实施方式的对连接器引线的缺乏共面性的补偿——在图7A至图7C中示出。印刷电路板710设置有过孔720、722、724和726，每个过孔具有被截锥形凹部730。表面安装连接器的连接器引线740、742、744和746分别与过孔720、722、724和726接合。连接器引线740、742、744和746缺乏共面性，使得连接器引线740具有最短的长度，连接器引线746具有最大的长度，并且连接器引线742和744具有中间的长度。连接器引线746完全插入至过孔726的凹部中，而连接器引线740被定位为稍微高于过孔720。
在图7B中示出了由焊料膏形成的焊料砖750，以及在图7C中示出了加热焊料砖750之后的焊点760。如图7C中所示，焊点760将连接器引线740、742、744和746中的每一个连接至相应的过孔，并且提供可靠的连接。甚至具有最短长度的连接器引线740也通过焊点连接至过孔720。连接器引线740是仍连接至过孔的连接器引线的极端示例。
图8A至图8C中示出了现有技术的印刷电路板和表面安装连接器引线。印刷电路板810包括过孔820、822、824和826，每个过孔具有平坦的上表面。表面安装连接器引线840、842、844和846分别对应于过孔820、822、824和826。连接器引线840、842、844和846可以具有平坦的底表面，用于与各个过孔的改进的接触。示出的配置是由连接器引线而导致的，其具有由边缘连接的宽边，被弯曲使得宽边平行于印刷电路板810。连接器引线840、842、844和846缺乏共面性，使得连接器引线840具有最短的长度，连接器引线846具有最大的长度，并且连接器引线842和844具有中间的长度。图8B中示出了焊料砖850，以及在图8C中示出了加热焊料砖之后的焊点860。如图8C所示，连接器引线840可能由于其较短的长度而不与过孔820进行接触，进而导致有缺陷的焊点。
焊料砖通常由球形的50％金属颗粒和50％的助焊剂以及其他挥发物制成。挥发物在热循环结束前蒸发，导致金属体积为原始焊料砖体积的一半。焊料砖体积的减小对弥合由表面安装引线长度的变化而导致的间隙提出了挑战。
与现有技术的印刷电路板相比，具有如本文所述的过孔和/或其他导电元件——其具有凹部——的印刷电路板提供了增强的可靠性。特别地，凹部补偿了表面安装连接器的连接器引线的梢部的缺乏共面性。另外，与具有平坦表面的现有技术的过孔相比，凹部允许增加焊料体积、增加焊点表面积和增加抗剪性，并且因此提高了每个焊点的可靠性。在一些实施方式中，当过孔设置有凹部时，可以放宽表面安装连接器的连接器引线的共面性规格。
通过消除对用于接收压配合连接器的接触尾的足够尺寸的过孔的需要，可以减小在印刷电路板的顶表面附近的区域中的过孔的直径。减小的过孔直径允许过孔的中心至中心的间距更近，并且允许在印刷电路板的顶表面附近的区域中对信号迹线的路由。
在图9中示出了根据实施方式的具有过孔图案的印刷电路板的顶视图。印刷电路板910包括过孔图案920、922、924和926。每个过孔图案被配置成用于焊料附接至如本文所述的表面安装连接器的连接器引线。印刷电路板可以包括任何数量的过孔图案。可以将过孔图案布置成行和列，并且所述行和/或列可以被对齐以形成网格或者可以被偏移。在一些实施方式中，多个表面安装连接器100可以与壳体或其他支撑构件保持在一起作为较大连接器的模块。例如，这些模块可以以与图9所示的过孔图案的图案相匹配的图案被保持在壳体中。
如图9进一步所示，过孔图案920可以包括形成差分信号对的信号过孔930和932，以及接地过孔940、942、944和946。过孔图案920还可以包括阴影过孔950、952、954和956，阴影过孔与印刷电路板的接地平面互连但未连接至表面安装连接器。另外，过孔图案920可以包括反焊盘960，该反焊盘是信号过孔930和932周围的区域，其中，印刷电路板910的顶表面上的导电层已经被去除。将理解的是，过孔图案可以至少部分地取决于表面安装连接器的配置和操作频率而具有各种配置。
图9所示的每个过孔图案被配置成用于焊料附接至表面安装连接器(图9中未示出)。表面安装连接器可以包括附接至相应信号过孔930和932的信号引线以及附接至相应的接地过孔940、942、944和946的接地引线。信号过孔930和932以及接地过孔940、942、944和946可以设置有如本文所述的凹部，以使得焊料能够可靠地附接在表面安装连接器与印刷电路板910之间。阴影过孔950、952、954和956未附接至表面安装连接器，并且可以不设置有凹部。
在一个示例中，过孔图案920的信号过孔930和932的直径可以为0.25mm并且间隔0.90mm。接地过孔940、942、944和946可以具有0.20mm的直径，并且可以延伸穿过印刷电路板910。整个过孔图案920可以具有2.0mm或更小的尺寸，并且可以与其他过孔图案间隔2.0mm或更小。将理解的是，这些尺寸是通过示例的方式给出的，而不是限制性的。
配置成用于附接至常规压配合连接器的印刷电路板可以具有与图9所示的上述过孔图案920、922、924和926相似的布局。然而，因为压配合连接器依赖于插入至印刷电路板中的相应过孔中的接触尾，所以压配合过孔图案的尺寸大于本文所述的表面安装过孔图案的尺寸。特别地，配置成接收压配合连接器的接触尾的接地过孔和信号过孔的直径大于配置成焊料附接至表面安装连接器的相应过孔的直径，并且过孔之间中心至中心的间距更大，以实现期望的阻抗并且限制导体之间的串扰。因此，与压配合连接器和相应的印刷电路板相比，可以使用本文所述的表面安装连接器和印刷电路板来实现更好的小型化。
再次参照图1，表面安装连接器100与印刷电路板110之间的过渡区域190包括表面安装连接器100的与印刷电路板110邻近的下部区域以及印刷电路板110的与表面安装连接器100邻近的上部区域。在过渡区域190中，期望控制信号传输线的阻抗以避免阻抗变化和不连续。由于表面安装连接器100和印刷电路板110具有不同的结构和不同的材料，因此这可能难以实现。在一些实施方式中，例如，可以通过控制连接器100中和印刷电路板110中的导体的间隔和尺寸以及通过控制连接器100和印刷电路板110的材料的介电常数来控制阻抗变化。
在一些实施方式中，表面安装连接器的连接器引线可以由超弹性材料形成。例如，图1和图2中所示的信号引线120和122可以由超弹性材料形成。使用超弹性材料可以使印刷电路板的过孔图案的整体密度能够增加。
因此，已经描述了至少一个实施方式的几个方面，要理解的是，本领域技术人员将容易地想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在成为本公开内容的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅通过示例的方式。

Claims (57)

1.一种印刷电路板，包括：
至少一个介电层；以及
至少一个导电元件，其形成在所述介电层上，并且被配置成用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线，所述导电元件在其表面中具有凹部，其中，所述凹部被配置成在直径方面小于所述连接器引线，并被配置用于所述连接器引线的仅梢部的插入，其中，所述导电元件是延伸穿过所述介电层的过孔的部分，其中，所述印刷电路板包括多个层，所述多个层包括被介电层分隔开的导电层，并且所述过孔从所述印刷电路板的上表面延伸穿过所述多个层中的一层或更多层，以及其中，所述过孔被配置成用于附接至所述表面安装连接器的超弹性连接器引线。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部具有0.05mm至0.30mm的范围内的深度。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括锥形部。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括被截锥形部。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括柱形部。
6.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括半球形部。
7.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部具有基于所述连接器引线的形状。
8.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述导电元件是穿过所述介电层延伸至所述印刷电路板的突围层的信号过孔的部分。
9.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述导电元件是穿过所述介电层延伸至接地导体的接地过孔的部分。
10.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述导电元件在所述凹部的区域中具有0.02mm至0.08mm范围内的壁厚。
11.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括具有不同形状的第一部分和第二部分。
12.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述凹部具有1到4的范围内的深度与宽度的纵横比。
13.一种印刷电路板，包括：
多个层，所述多个层包括被介电层分隔开的导电层；以及
至少一个过孔，其被配置成用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线，所述至少一个过孔包括导电元件，所述导电元件从所述印刷电路板的上表面延伸穿过所述多个层中的一层或更多层，所述导电元件在其表面中具有凹部，其中，所述导电元件被配置成用于焊料附接至所述表面安装连接器的连接器引线，并且其中，所述凹部被配置成在直径方面小于所述连接器引线，并被配置用于所述连接器引线的仅梢部的插入。
14.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部具有0.05mm至0.30mm的范围内的深度。
15.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述过孔从所述印刷电路板的所述上表面延伸至所述导电层的突围层。
16.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部位于所述过孔的中心上。
17.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部偏离所述过孔的中心。
18.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述至少一个过孔是从所述印刷电路板的第二表面背钻的。
19.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括锥形部。
20.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括被截锥形部。
21.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括柱形部。
22.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部包括半球形部。
23.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述过孔从所述印刷电路板的所述上表面延伸至所述导电层的接地层。
24.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部被配置成接收所述表面安装连接器的所述连接器引线与所述至少一个过孔之间的焊点的焊料。
25.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述至少一个过孔包括所述印刷电路板的所述上表面上的导电焊盘，并且其中，所述导电焊盘具有比所述至少一个过孔的所述导电元件更大的直径。
26.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述至少一个过孔包括柱形导体，所述柱形导体至少部分地延伸穿过所述印刷电路板。
27.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述至少一个过孔除所述凹部以外填充有导电材料。
28.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述至少一个过孔被配置成用于附接至所述表面安装连接器的超弹性连接器引线。
29.根据权利要求25所述的印刷电路板，其中，所述导电焊盘包括所述凹部和包围所述凹部的外周。
30.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述至少一个过孔在所述凹部的区域中具有0.02mm至0.08mm范围内的壁厚。
31.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中，所述凹部具有1到4的范围内的深度与宽度的纵横比。
32.一种印刷电路板，包括：
多个层，所述多个层包括被介电层分隔开的导电层；以及
在所述多个层中形成的过孔图案，所述过孔图案中的每一个包括：
第一信号过孔和第二信号过孔，其从所述印刷电路板的第一表面延伸至所述导电层的突围层；以及
接地过孔，其连接至所述导电层中的一个或更多个，其中，所述信号过孔和所述接地过孔均包括导电元件，所述导电元件在其表面中具有凹部，其中，每个导电元件被配置成用于焊料附接至表面安装连接器的连接器引线，并且其中，所述凹部被配置成在直径方面小于所述连接器引线，并被配置用于所述连接器引线的仅梢部的插入。
33.根据权利要求32所述的印刷电路板，其中，所述第一信号过孔和所述第二信号过孔形成差分信号对。
34.根据权利要求32所述的印刷电路板，其中，所述过孔图案中的每一个还包括围绕所述第一信号过孔和所述第二信号过孔的至少一个反焊盘。
35.根据权利要求32所述的印刷电路板，其中，每个凹部具有0.05mm至0.30mm的范围内的深度。
36.根据权利要求32所述的印刷电路板，其中，所述信号过孔和所述接地过孔均在所述凹部的区域中具有0.02mm至0.08mm范围内的壁厚。
37.根据权利要求32所述的印刷电路板，其中，每个凹部具有1到4的范围内的深度与宽度的纵横比。
38.一种互连系统，包括：
表面安装部件，其包括表面安装引线；以及
印刷电路板，其包括被介电层分隔开的导电层，以及被配置成用于焊料附接至所述表面安装部件的相应引线的过孔，所述过孔中的每一个包括导电元件，所述导电元件在其上表面中具有凹部，其中，所述导电元件中的所述凹部在直径方面小于所述表面安装部件的表面安装引线，并被配置用于所述表面安装引线的仅梢部的插入。
39.根据权利要求38所述的互连系统，其中，所述表面安装引线的梢部被配置成插入至所述印刷电路板的各个凹部中。
40.根据权利要求38所述的互连系统，其中，所述凹部包括锥形部、被截锥形部、柱形部和半球形部中至少之一。
41.根据权利要求38所述的互连系统，其中，所述表面安装引线包括超弹性部件。
42.根据权利要求38所述的互连系统，其中，所述表面安装引线中的至少95％包括延伸至各个凹部中的远侧梢。
43.一种印刷电路板，包括：
多个层，所述多个层包括被介电层分隔开的导电层；以及
在所述多个层中形成的至少一个过孔图案，所述过孔图案包括：
第一信号导体和第二信号导体，其用于将部件的相应的第一信号引线和第二信号引线附接至所述印刷电路板的上表面，以及用于将所述部件的第一信号引线和第二信号引线连接至所述导电层的突围层；以及
至少一个接地导体，其用于附接至所述部件的接地引线，以及用于将所述部件的所述接地引线连接至所述导电层的接地平面，其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体以及所述至少一个接地导体中的每一个在其表面中具有凹部，并且其中，所述凹部被配置成在直径方面小于连接器引线，并被配置用于所述连接器引线的仅梢部的插入。
44.根据权利要求43所述的印刷电路板，其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体被配置成用于在所述印刷电路板的所述上表面处连接至所述部件的第一信号引线和第二信号引线。
45.根据权利要求43所述的印刷电路板，其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体包括信号过孔，所述信号过孔穿过所述印刷电路板的所述层延伸至所述突围层。
46.根据权利要求43所述的印刷电路板，其中，所述至少一个接地导体包括接地过孔，所述接地过孔穿过所述印刷电路板的一层或更多层延伸至所述接地平面。
47.根据权利要求43所述的印刷电路板，其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体被配置成用于焊料附接至所述部件的第一信号引线和第二信号引线。
48.根据权利要求43所述的印刷电路板，其中，所述部件包括连接器。
49.一种互连系统，包括：
部件，其包括第一信号引线和第二信号引线以及至少一个接地引线；以及
印刷电路板，其包括多个层，所述多个层包括被介电层分隔开的导电层，所述印刷电路板还包括：
第一信号导体和第二信号导体，其用于将所述部件的相应的第一信号引线和第二信号引线连接至所述印刷电路板的上表面，以及用于将所述部件的第一信号引线和第二信号引线连接至所述导电层的突围层；以及
至少一个接地导体，其用于附接至所述部件的所述至少一个接地引线，以及用于将所述部件的所述接地引线连接至所述导电层的接地平面，
其中，所述部件被安装至所述印刷电路板上，其中所述第一信号引线和所述第二信号引线的边缘压抵所述第一信号导体和所述第二信号导体，
其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体中的每一个在其上表面中包括凹部，以及
其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体中的所述凹部在直径方面小于所述部件的第一信号引线和第二信号引线，并被配置用于所述第一信号引线和所述第二信号引线的仅梢部的插入。
50.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述部件的第一信号引线和第二信号引线在所述印刷电路板的所述上表面处连接至所述第一信号导体和所述第二信号导体。
51.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体包括信号过孔，所述信号过孔穿过所述印刷电路板的所述层延伸至所述突围层。
52.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述至少一个接地导体包括接地过孔，所述接地过孔穿过所述印刷电路板的一层或更多层延伸至所述接地平面。
53.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述部件的第一信号引线和第二信号引线的梢部附接至所述印刷电路板的所述上表面。
54.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述部件包括连接器。
55.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述第一信号导体和所述第二信号导体在所述印刷电路板的所述上表面上包括第一导电焊盘和第二导电焊盘。
56.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述部件的第一信号引线和第二信号引线具有逐渐细化的梢部。
57.根据权利要求49所述的互连系统，其中，所述第一信号导体和第二信号导体通过焊料附接被连接至所述部件的第一信号引线和第二信号引线。
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