TWI605734B - 差動訊號傳輸電路板 - Google Patents

Description

差動訊號傳輸電路板

本發明係關於一種訊號傳輸電路板，特別是有關於一種用以傳輸差動訊號之差動訊號傳輸電路板。

於電路之設計中，可藉由單線傳輸電性訊號。然而，此電性訊號可能會受到外部電場或磁場影響，而導致訊號失真的情形。因此，發展出使用雙導電線傳輸差動訊號（differential signal）之傳輸方式。當要將差動訊號從一電路層傳遞至另一電路層時，通常會利用導電元件電性連接兩層的電路。

然而，由於通常電路在基板上的走線布局空間有限，因此導電元件之可實施尺寸之選擇亦受到限制。結果會造成導電元件之等效特性阻抗會與導電線之等效特性阻抗不匹配。由於導電線與導電元件之等效特性阻抗相異，導致差動訊號從電路層行經導電元件時，或者從導電元件行經電路層時，會發生訊號反射現象，進而造成訊號傳遞失真及衰減問題。尤其當差動訊號為高速訊號時，訊號失真及衰減之發生情形會更加嚴重。於現今需求中，欲傳輸的訊號量愈來愈大的情況下，降低訊號傳遞過程的訊號反射量將是必須要被解決的問題。

本發明提出一種差動訊號傳輸電路板，藉以令導電元件之等效特性阻抗匹配於特定數值，進而能夠降低訊號失真及衰減問題。

本發明之一實施例提出一種差動訊號傳輸電路板，包含一基板、至少二導電元件及至少一絕緣元件。導電元件設置於基板之內。絕緣元件設置於基板之內，且鄰近或接觸於導電元件。基板之材質具有一第一等效介電係數。絕緣元件之材質具有一第二等效介電係數。第一等效介電係數相異於第二等效介電係數

根據本發明之一實施例之差動訊號傳輸電路板，可藉由設置絕緣元件鄰近或接觸於導電元件之結構配置，而能夠適當地調整導電元件之等效特性阻抗之設計值，以使得導電元件之等效特性阻抗能夠匹配於特定數值。因此，能夠降低傳輸於導電元件之差動訊號之反射現象，進而減緩差動訊號傳遞失真及衰減問題，故能夠應用於傳輸高速或高頻之差動訊號。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之實施例之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本發明之實施例之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

於本說明書之所謂的示意圖中，由於用以說明而可有其尺寸、比例及角度等較為誇張的情形，但並非用以限定本發明。於未違背本發明要旨的情況下能夠有各種變更。說明書中所描述之圖中方向等用語，為便於說明，而非用以限制本發明。說明書中所描述之「實質上」可表示容許製造時之公差所造成的偏離。

請參照圖1及圖2，圖1繪示依照本發明之一實施例之差動訊號傳輸電路板10之俯視示意圖，圖2繪示圖1之差動訊號傳輸電路板10之側視剖面示意圖。於本實施例中，差動訊號傳輸電路板10包含包含一基板11、二第一導電線121、二第二導電線122、二導電元件13、一絕緣元件14、二第一導電墊151及二第二導電墊152。

基板11之材質具有一第一等效介電係數。於本實施例中，基板11可為單層式基板，則第一等效介電係數與此單層式基板之材質之介電係數相同，但不以此為限。於其他實施例中，基板11亦可為多層材料之複合式基板。此時，第一等效介電係數為複合式基板中之多層材料依其權重而計算其等效介電係數之結果。

二第一導電線121設置於基板11之第一表面11a且沿基板11之水平方向延伸。二第二導電線122設置於基板11之第二表面11b且沿基板11之水平方向延伸。此處之水平方向可為實質上平行於圖中之XY平面上之方向。第一導電線121及第二導電線122用以傳輸差動訊號。

二導電元件13設置於基板11之內且沿基板11之垂直方向延伸。此處之垂直方向可為實質上平行於圖中之Z軸之方向。二第一導電墊151分別電性連接至二導電元件13之上端。二第一導電線121分別電性連接二第一導電墊151。二第二導電墊152分別電性連接至二導電元件13之下端。二第二導電線122分別電性連接二第二導電墊152。第一導電墊151及第二導電墊之外徑可大於導電元件13之外徑。導電元件13可為柱狀的實心導體，但不以此為限。導電元件13亦可為柱狀的中空導體，或者導電元件13亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。

絕緣元件14設置於基板11之內，且位於二導電元件13之間。換言之，由相對位置之觀點看來，絕緣元件14可位於二導電元件13之內側。絕緣元件14之材質具有一第二等效介電係數，第二等效介電係數相異於基板11之材質之第一等效介電係數。第二等效介電係數可為1～50。於本實施例中，絕緣元件14可由單種介電材料填充而成，但不以此為限。於其他實施例中，絕緣元件14亦可由多種介電材料填充而成。絕緣元件14可接觸於此二導電元件13。於本實施例中，絕緣元件14之材質可為固體，但不以此為限。於其他實施例中，絕緣元件14亦可由流體填充而成，其中此流體可為環境空氣。

請參照圖3，繪示圖1之差動訊號傳輸電路板10之等效特性阻抗示意圖。圖中表示自差動訊號傳輸電路板10之第一導電線121之一端輸入差動訊號時，此差動訊號所遭遇到之等效特性阻抗之多寡之模擬結果。圖中區域R1表示差動訊號行經第一導電線121時所遭遇到之等效特性阻抗，區域R2表示差動訊號行經導電元件13時所遭遇到之等效特性阻抗，區域R3表示差動訊號行經第二導電線122時所遭遇到之等效特性阻抗。

如圖3所示，假設基板11之材質的第一等效介電係數為3.4，當絕緣元件14之材質的第二等效介電係數為1時，則模擬結果以細實線表示。當絕緣元件14之材質的第二等效介電係數為3.4時，則模擬結果以粗實線表示。當絕緣元件14之材質的第二等效介電係數為15時，則模擬結果以虛線表示。因此，由圖3可知，當絕緣元件14之材質的第二等效介電係數小於基板11之材質的第一等效介電係數時，則可令導電元件13之等效特性阻抗增加。反之，當絕緣元件14之材質的第二等效介電係數大於基板11之材質的第一等效介電係數時，則可令導電元件13之等效特性阻抗降低。

一般而言，於未設置絕緣元件之情況下，二導電元件之間之距離愈大則導電元件之等效特性阻抗愈大，二導電元件之間之距離愈小則導電元件之等效特性阻抗愈小。因此，於設計差動訊號傳輸電路板時，導電元件之等效特性阻抗於未設置絕緣元件之情況下若過大，則可如圖1及圖2所示設置材質具有較大第二等效介電係數之絕緣元件14，以降低導電元件13之等效特性阻抗。反之，於設計差動訊號傳輸電路板時，導電元件之等效特性阻抗於未設置絕緣元件之情況下若過小，則可如圖1及圖2所示設置材質具有較小第二等效介電係數之絕緣元件14，以增加導電元件13之等效特性阻抗。藉此使得導電元件13之等效特性阻抗能夠匹配於第一導電線121及第二導電線122之等效特性阻抗。圖3中，若絕緣元件14之材質之第二等效介電係數為6～7，則導電元件13之等效特性阻抗可約為100歐姆。

請參照圖4及圖5，圖4繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板20之半成品之側視剖面示意圖，圖5繪示圖4之差動訊號傳輸電路板20之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板20與圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似。二者之差異點如下。差動訊號傳輸電路板20可更包含一第一導電層261及一第二導電層262。第一導電層261及第二導電層262設置於基板21之內。第一導電層261實質上平行於第一導電線221，第二導電層262實質上平行於第一導電層261。二第一導電線221亦可設置於基板21之內。導電元件23貫穿第一導電層261及第二導電層262。導電元件23及第一導電層261可經由基板21而彼此電性絕緣。導電元件23及第二導電層262可經由基板21而彼此電性絕緣。第一導電層261及第二導電層262之一者可接地，另一者可電性連接至電源。或者，第一導電層261及第二導電層262皆可接地。於其他實施例中，亦可設置位於基板21之中央之第一導電層261而省略設置第二導電層262。

此外，於本實施例中，差動訊號傳輸電路板20之導電元件23可為柱狀的中空導體，但不以此為限。導電元件23亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。導電元件13亦或可為柱狀的實心導體。

於本實施例中，差動訊號傳輸電路板20之基板21可為多層材料之複合式基板，各層材料可依需求而彼此相異。如圖4所示，揮發性材料240可先設置於圖5中之絕緣元件24之預定位置。揮發性材料240貫穿第一導電層261及第二導電層262。基板21具有至少一開孔211。開孔211自基板21之第一表面21a連通至揮發性材料240。於形成開孔211之後，製造者可對差動訊號傳輸電路板20進行攝氏250度～280度之加熱處理。圖4之揮發性材料240此時可沿開孔211揮發而離開差動訊號傳輸電路板20，而其他流體可經由開孔211填入原先揮發性材料240所佔據之位置。因此，差動訊號傳輸電路板20可如圖5所示，絕緣元件24可由流體填充而成，其中此流體可為環境空氣。若差動訊號傳輸電路板20處於真空環境，則絕緣元件24之材質之第二等效介電係數可為1。

請參照圖6，繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板20a之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板20a與圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似，亦與圖5所示之差動訊號傳輸電路板20相似。本實施例之差動訊號傳輸電路板20a可更包含設置於基板21之內且實質上平行於第一導電線221之第一導電層261及第二導電層262。導電元件23可自第一表面21a至第二表面21b貫穿基板21，而絕緣元件24a則可埋設於基板21之內。

請參照圖7及圖8，圖7繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板30之俯視示意圖，圖8繪示圖7之差動訊號傳輸電路板30之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板30與圖1及圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似。二者之差異點在於差動訊號傳輸電路板30之絕緣元件34之數量為二個。此二絕緣元件34位於二導電元件33之間。換言之，由相對位置之觀點看來，二絕緣元件34可位於二導電元件33之內側。各個絕緣元件34可接觸於各個導電元件33。

請參照圖9及圖10，圖9繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板40之俯視示意圖，圖10繪示圖9之差動訊號傳輸電路板40之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板40與圖1及圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似。二者之差異點在於差動訊號傳輸電路板40之絕緣元件44之數量為二個。二導電元件43位於此二絕緣元件44之間。換言之，由相對位置之觀點看來，二絕緣元件44可位於二導電元件43之外側。各個絕緣元件44可接觸於各個導電元件43。

請參照圖11及圖12，圖11繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板50之俯視示意圖，圖12繪示圖11之差動訊號傳輸電路板50之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板50與圖1及圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似。二者之差異點在於差動訊號傳輸電路板50包含二第一絕緣元件541及二第二絕緣元件542。二第一絕緣元件541位於二導電元件53之間。二導電元件53位於二第二絕緣元件542之間。換言之，由相對位置之觀點看來，二第一絕緣元件541可位於二導電元件53之內側，二第二絕緣元件542可位於二導電元件53之外側。各第一絕緣元件541及各第二絕緣元件542可接觸於各導電元件53。

請參照圖13及圖14，圖13繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板60之俯視示意圖，圖14繪示圖13之差動訊號傳輸電路板60之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板60與圖1及圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似。二者之差異點在於差動訊號傳輸電路板60之絕緣元件64可鄰近於二導電元件63而不與導電元件63接觸。舉例而言，絕緣元件64之側壁外表面與二導電元件63之側壁外表面之距離D為大於零且小於各導電元件63之外徑。即使為本實施例中之配置，亦能夠達到與圖1及圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相同的效果。

同樣地，圖5所示之差動訊號傳輸電路板20中，絕緣元件24雖接觸於導電元件23，但不以此為限。於其他實施例中，絕緣元件24亦可為鄰近於導電元件23而不接觸。即使為如此之配置，亦能夠達到與圖5所示之差動訊號傳輸電路板20相同的效果。

圖6所示之差動訊號傳輸電路板20a中，絕緣元件24a雖接觸於導電元件23，但不以此為限。於其他實施例中，絕緣元件24a亦可為鄰近於導電元件23而不接觸。即使為如此之配置，亦能夠達到與圖6所示之差動訊號傳輸電路板20a相同的效果。

圖7及圖8所示之差動訊號傳輸電路板30中，各絕緣元件34雖接觸於各導電元件33，但不以此為限。於其他實施例中，各絕緣元件34亦可為鄰近於各導電元件33而不接觸。即使為如此之配置，亦能夠達到與圖7及圖8所示之差動訊號傳輸電路板30相同的效果。

圖9及圖10所示之差動訊號傳輸電路板40中，各絕緣元件44雖接觸於各導電元件43，但不以此為限。於其他實施例中，各絕緣元件44亦可為鄰近於各導電元件43而不接觸。即使為如此之配置，亦能夠達到與圖9及圖10所示之差動訊號傳輸電路板40相同的效果。

圖11及圖12所示之差動訊號傳輸電路板50中，各第一絕緣元件541及各第二絕緣元件542雖接觸於各導電元件53，但不以此為限。於其他實施例中，各第一絕緣元件541及各第二絕緣元件542亦可為鄰近於各導電元件53而不接觸。即使為如此之配置，亦能夠達到與圖11及圖12所示之差動訊號傳輸電路板50相同的效果。

請參照圖15，繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板70之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板70與圖6所示之差動訊號傳輸電路板20a相似。二者之差異點如下。本實施例之差動訊號傳輸電路板70可更包含設置於基板71之內且實質上平行於第一導電線721之第一導電層761及第二導電層762。基板71為包含第一層體711、第二層體712及第三層體713之複合式基板。導電元件73及絕緣元件74可貫穿第一層體711。第二層體712及第三層體713可覆蓋導電元件73及絕緣元件74，藉以使得導電元件73及絕緣元件74可埋設於基板71之內。於第二層體712之表面及第三層體713之表面另可配置導電線路層77。

此外，於本實施例中，差動訊號傳輸電路板70之導電元件73可包含柱狀的中空導體730及填入於中空導體730內之填孔體731。填孔體731之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。導電元件73不以此為限。導電元件73亦可為柱狀的實心導體。

請參照圖16，繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板80之側視剖面示意圖。本實施例中之差動訊號傳輸電路板80與圖2所示之差動訊號傳輸電路板10相似。二者之差異點如下。本實施例之差動訊號傳輸電路板80之導電元件83為柱狀的中空導體，第一導電墊851及第二導電墊852亦可為中空狀。導電元件83之形狀不以此為限。導電元件83亦可為柱狀的實心導體，或者導電元件83亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。

同樣地，圖8所示之差動訊號傳輸電路板30中，導電元件33亦可為柱狀的中空導體。導電元件33之形狀不以此為限。導電元件33亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。

圖10所示之差動訊號傳輸電路板40中，導電元件43亦可為柱狀的中空導體。導電元件43之形狀不以此為限。導電元件43亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。

圖12所示之差動訊號傳輸電路板50中，導電元件53亦可為柱狀的中空導體。導電元件53之形狀不以此為限。導電元件53亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。

圖14所示之差動訊號傳輸電路板60中，導電元件63亦可為柱狀的中空導體。導電元件63之形狀不以此為限。導電元件63亦可包含柱狀的中空導體及填入於中空導體內之填孔體。填孔體之材質可為膠體、絕緣材料或導電材料。

綜上所述，本發明之一實施例之差動訊號傳輸電路板，可藉由設置絕緣元件鄰近或接觸於導電元件之結構配置，而能夠適當地調整導電元件之等效特性阻抗之設計值，以使得導電元件之等效特性阻抗能夠匹配於特定數值。因此，能夠降低傳輸於導電元件之差動訊號之反射現象，進而減緩差動訊號傳遞失真及衰減問題，故能夠應用於傳輸高速或高頻之差動訊號。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10、20、20a、30、40、50、60、70、80‧‧‧差動訊號傳輸電路板

11、21、71‧‧‧基板

11a、21a‧‧‧第一表面

11b、21b‧‧‧第二表面

121、221、721‧‧‧第一導電線

122‧‧‧第二導電線

13、23、33、43、53、63、73、83‧‧‧導電元件

14、24、24a、34、44、64、74‧‧‧絕緣元件

151、851‧‧‧第一導電墊

152、852‧‧‧第二導電墊

211‧‧‧開孔

240‧‧‧揮發性材料

261、761‧‧‧第一導電層

262、762‧‧‧第二導電層

541‧‧‧第一絕緣元件

542‧‧‧第二絕緣元件

711‧‧‧第一層體

712‧‧‧第二層體

713‧‧‧第三層體

730‧‧‧中空導體

731‧‧‧填孔體

77‧‧‧導電線路層

D‧‧‧距離

R1、R2、R3‧‧‧區域

圖1繪示依照本發明之一實施例之差動訊號傳輸電路板之俯視示意圖。 圖2繪示圖1之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖3繪示圖1之差動訊號傳輸電路板之等效特性阻抗示意圖。 圖4繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之半成品之側視剖面示意圖。 圖5繪示圖4之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖6繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖7繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之俯視示意圖。 圖8繪示圖7之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖9繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之俯視示意圖。 圖10繪示圖9之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖11繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之俯視示意圖。 圖12繪示圖11之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖13繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之俯視示意圖。 圖14繪示圖13之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖15繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。 圖16繪示依照本發明之另一實施例之差動訊號傳輸電路板之側視剖面示意圖。

10‧‧‧差動訊號傳輸電路板

11‧‧‧基板

121‧‧‧第一導電線

122‧‧‧第二導電線

13‧‧‧導電元件

14‧‧‧絕緣元件

151‧‧‧第一導電墊

Claims (19)

1. 一種差動訊號傳輸電路板，包括：一基板；至少二導電元件，設置於該基板之內；以及至少一絕緣元件，設置於該基板之內，且鄰近或接觸於該至少二導電元件，該至少一絕緣元件並未環繞該至少二導電元件之一者；其中，該基板之材質具有一第一等效介電係數，該至少一絕緣元件之材質具有一第二等效介電係數，該第一等效介電係數相異於該第二等效介電係數。
2. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少二導電元件用以傳輸差動訊號。
3. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該基板具有相對之一第一表面及一第二表面，該至少二導電元件自該第一表面貫穿至該第二表面。
4. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，更包括至少二導電線，該至少二導電線分別電性連接至該至少二導電元件。
5. 如請求項4所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少二導電線沿該基板之水平方向延伸，該至少二導電元件沿該基板之垂直方向延伸。
6. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少一絕緣元件之數量為一個，該絕緣元件位於該至少二導電元件之間。
7. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少一絕緣元件之數量為二個，該二絕緣元件位於該至少二導電元件之間。
8. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少一絕緣元件之數量為二個，該至少二導電元件位於該二絕緣元件之間。
9. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少一絕緣元件包括二第一絕緣元件及二第二絕緣元件，該二第一絕緣元件位於該至少二導電元件之間，該至少二導電元件位於該二第二絕緣元件之間。
10. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該至少一絕緣元件鄰近於該至少二導電元件，且該至少一絕緣元件之外表面與各該導電元件之外表面之距離為大於零且小於各該導電元件之外徑。
11. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，更包括一第一導電層，設置於該基板之內，該至少二導電元件及該第一導電層經由該基板而彼此電性絕緣。
12. 如請求項11所述之差動訊號傳輸電路板，更包括一第二導電層，設置於該基板之內，該至少二導電元件及該第二導電層經由該基板而彼此電性絕緣。
13. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該基板具有至少一開孔，該至少一開孔自該基板之表面連通至該至少一絕緣元件。
14. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該第二等效介電係數為1～50。
15. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該基板為複合式基板。
16. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中各該導電元件為一中空導體。
17. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中各該導電元件包括一中空導體及一填孔體，該填孔體填入該中空導體內，該填孔體之材質為膠體、絕緣材料或導電材料。
18. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該二絕緣元件位於該至少二導電元件之內側。
19. 如請求項1所述之差動訊號傳輸電路板，其中該二絕緣元件位於該至少二導電元件之外側。