CN104206029A - 用于使用z向印刷电路板器件表面安装集成电路的球栅阵列系统 - Google Patents

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Abstract

根据一个示例实施方式的印刷电路板包括安装在印刷电路板中的安装孔内的Z向器件。所述Z向器件包括具有上表面、下表面和侧表面的主体。四个导电沟道沿所述主体的长度延伸通过主体的一部分。所述四个导电沟道大体等间距地环绕所述主体的周界。集成电路安装在所述印刷电路板的表面上。所述集成电路具有包括四个导电球的球栅阵列，所述四个导电球电连接到所述Z向器件的四个导电沟道中的对应的导电沟道。

Description

用于使用Z向印刷电路板器件表面安装集成电路的球栅阵列系统
背景
1.技术领域
本发明通常涉及电子器件，更具体地涉及用于插入到印刷电路板的Z向电子器件。
2.相关技术描述
转让给本申请的受让人的以下共同未决的美国专利申请描述了旨在嵌入或插入到印刷电路板(“PCB”)的各种“z向(Z-directed)”器件，所述专利申请为：名称为“Z-Directed Components for Printed Circuit Boards”的序列号为12/508,131；名称为“Z-Directed Pass-Through Components forPrinted Circuit Boards”的序列号为12/508,145；名称为“Z-Directed CapacitorComponents for Printed Circuit Boards”的序列号为12/508,158；名称为“Z-Directed Delay Line Components for Printed Circuit Boards”的序列号为12/508,188；名称为“Z-Directed Filter Components for Printed Circuit Boards”的序列号为12/508,199；名称为“Z-Directed Ferrite Bead Components forPrinted Circuit Boards”的序列号为12/508,204；名称为“Z-Directed SwitchComponents for Printed Circuit Boards”的序列号为12/508,215；名称为“Z-Directed Connector Components for Printed Circuit Boards”的序列号为12/508,236；以及名称为“Z-Directed Variable Value Components for PrintedCircuit Boards”的序列号为12/508,248的专利申请。
印刷电路板(PCB)制造主要采用两种类型的器件。第一种类型是采用焊入PCB中的电镀通孔的金属铅的引脚通孔部件。第二种类型是位于PCB表面上并通过焊接附到表面上的焊垫的表面安装部件。随着用于印刷电路板的器件的密度的增加以及采用了更高的操作频率，一些电路的设计变得很难来实现。前面专利申请中所描述的Z向器件被设计为提高器件密度和操作频率。Z向器件占据PCB表面上更小的空间并且用于高频电路(例如时钟频率超过1GHz)，允许更高的操作频率。前面的专利申请描述了各种类型的Z向器件，包括但不局限于，电容器、延迟线、晶体管、开关和连接器。
传输线阻抗不连续是使用高频信号的电路中的问题。这些不连续可以导致信号衰减和其它寄生效应。因此，常常需要提供大体不变的传输线阻抗的器件。另一个伴随高频电路的问题是电磁干扰(EMI)的产生与接收。电路中EMI的主要源是它的回路面积。具有更大回路面积的电路可能更趋向于接收到不想要的信号或辐射可以干扰其操作或附近其它电路的操作的不想要的能量。因此，常常需要具有最小回路面积的器件。
概述
根据一个示例实施方式的印刷电路板包括Z向器件，该Z向器件安装在所述印刷电路板内的安装孔内。所述Z向器件包括具有上表面、下表面和侧表面的主体。所述主体的一部分由绝缘体构成。四个导电沟道沿所述主体的长度延伸通过所述主体的一部分。所述四个导电沟道大体等间距地环绕所述主体的周界。所述四个导电沟道中的第一导电沟道和第二导电沟道被设置成彼此相对，以及所述四个导电沟道中的第三导电沟道和第四导电沟道被设置成彼此相对。集成电路被安装在所述印刷电路板的表面上。所述集成电路具有包括四个导电球的球栅阵列，所述四个导电球电连接到所述Z向器件的所述四个导电沟道的对应的一个。四条焊线将所述球栅阵列的所述四个导电球电连接到在所述集成电路上的四个对应触点。所述Z向器件的所述第一导电沟道和第二导电沟道电连接到所述印刷电路板的共用接地路径。所述Z向器件的所述第三导电沟道电连接到所述印刷电路板的第一电源电压路径。所述Z向器件的所述第四导电沟道电连接到所述印刷电路板的第二电源电压路径。电连接到所述第一导电沟道的在所述集成电路上的所述四个触点中的第一触点被设置在电连接到所述第三导电沟道的所述四个触点中的第三触点旁边。电连接到所述第二导电沟道的所述四个触点中的第二触点被设置在电连接到所述第四导电沟道的所述四个触点中的第四触点旁边。
根据一个示例实施方式的印刷电路板包括Z向电容器，所述Z向电容器安装在所述印刷电路板中的安装孔内。所述Z向电容器包括具有上表面、下表面和侧表面的主体。所述主体包括多个堆叠层，所述多个对叠层由介电材料构成并且具有在其表面上电镀的导电材料。四个导电沟道沿所述主体的长度延伸通过所述主体的一部分。所述四个导电沟道选择性地连接到在所述堆叠层的表面上电镀的所述导电材料。集成电路被安装在所述印刷电路板的表面上。所述集成电路具有包括四个导电球的球栅阵列，每一个导电球电连接到所述Z向器件的所述四个导电沟道的对应的一个。所述集成电路具有核心区域和输入/输出区域，所述核心区域具有第一电源电压路径和接地路径，所述输入/输出区域具有第二电源电压路径和所述接地路径。所述第二电源电压路径被配置成传输与通过所述第一电源电压路径传输的电压不同的电压。所述Z向器件的所述四个导电沟道中的第一导电沟道和第二导电沟道被电连接到所述接地路径。所述Z向器件的所述四个导电沟道中的第三导电沟道被电连接到所述第一电源电压路径。所述Z向器件的所述四个导电沟道中的第四导电沟道被电连接到所述第二电源电压路径。
附图说明
通过参考附图，各种实施方式的上述和其它特征与优点以及获得它们的方式将变得更清楚并且更好理解。
图1是根据一个示例实施方式的Z向器件的透视图。
图2是示出Z向器件的元件内部布置的图1中示出的Z向器件的透明的透视图。
图3A-3F是示出关于Z向器件的主体的各种示例形状的透视图。
图4A-4C是示出关于Z向器件的各种示例侧沟道配置的透视图。
图5A-5H是示出关于Z向器件的主体的各种示例沟道配置的透视图。
图6是可以在Z向器件的主体内提供的与导电沟道相连的各种示例元件或电子器件的示意图。
图7是根据一个示例实施方式的在PCB中齐平安装的Z向器件的示意横截面图，其示出了导电迹线和与Z向器件的连接。
图8是图8中示出的Z向器件和PCB的俯视图。
图9是根据一个示例实施方式的在PCB中齐平安装的Z向器件的示意横截面图，其示出用于Z向器件的接地回路，并且Z向器件还具有在其主体内的去耦电容器。
图10是根据一个示例实施方式的在PCB内齐平安装的Z向器件的示意横截面图，示出从PCB的一个内部层向PCB的另一个内部层传递信号迹线的Z向器件。
图11是根据一个示例实施方式的具有竖直导向的导电片的Z向电容器的透视图。
图12是根据一个示例实施方式的具有堆叠层的Z向电容器的分解图。
图13是根据一个示例实施方式的具有堆叠层和在信号路径旁边穿过器件的一对导电沟道的Z向电容器的分解图。
图14A与14B是图13中示出的Z向电容器的一对支撑部件的平面视图。
图15是根据一个示例实施方式的具有竖直导向的导电片和在信号路径旁边穿过器件的一对导电沟道的Z向电容器的透视图。
图16是根据一个示例实施方式的具有在信号路径旁边穿过器件的一对导电沟道的Z向信号直通器件的透视图。
图17是根据另一个示例实施方式的具有在信号路径旁边穿过器件的一对导电沟道的Z向信号直通器件的透视图。
图18是根据一个示例实施方式的具有差分信号的Z向信号直通器件的透视图。
图19是根据一个示例实施方式的由多个具有不同介电常数的堆叠层构成的Z向电容器的透视图。
图20是根据一个示例实施方式的具有竖直导向的导电片并且具有高介电外部区域与低介电内部区域的Z向电容器的透视图。
图21是根据一个示例实施方式的Z向延迟线器件的透视图。
图22是根据一个示例实施方式的包括四个电镀的侧沟道的Z向电容器的透视图。
图23是图22中示出的安装于PCB中并连接到集成电路的球栅阵列的Z向电容器的透视图。
图24是图22和23中示出的Z向电容器的电流与磁性元件的示意描绘。
图25A-D是用于图22与23中示出的Z向电容器的支撑部件的各种示例实施方式的平面图。
图26A是通过球栅阵列安装到PCB上并连接到一对表面安装电容器的现有技术集成电路的俯视示意图。
图26B是图26A中示出的集成电路的示意图。
图27A是根据一个示例实施方式的通过球栅阵列安装到PCB上并连接到Z向电容器的集成电路的俯视示意图。
图27B是图27A中示出的集成电路的示意图。
图28是根据一个示例实施方式的包括四个电镀的侧沟道和中央导电沟道的Z向电容器的透视图。
图29A-D是用于图26中示出的Z向电容器的支撑部件的各种示例实施方式的平面图。
图30是根据一个示例实施方式的安装于PCB中并连接到四个导电球垫的Z向器件的上表面的平面图。
图31是根据一个示例实施方式的连接到集成电路的球栅阵列的在图28中示出的Z向器件的透视图。
图32A-E是连接到导电球垫以便连接到球栅阵列的Z向器件的各种示例实施方式的平面图。
图33A是根据一个示例实施方式的具有在其端部上形成的圆顶的Z向器件的透视图。
图33B是根据一个示例实施方式的具有倒棱端的Z向器件的透视图。
图34A是根据一个示例实施方式的插入到PCB内的安装孔的Z向器件的透视图，该Z向器件具有应用于其侧面的导电带。
图34B是图32A中示出的Z向器件和PCB的侧剖视图。
具体实施方式
下面的描述和附图充分阐述实施方式来使得本领域的普通技术人员能够实践本发明。应理解，本公开不限于在下面描述中阐述的或在附图中示出的器件的构造和布置的细节。本发明能够是其它的实施方式并能够以各种方式实践或执行。例如，其它实施方式可以包括结构的、时间顺序的、电的、处理的和其它的变化。实例仅仅代表可能的变化。除非明确要求，否则各个器件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方式的部分和特征可以包容于其他实施方式的部分和特征或者被其他实施方式的部分和特征替换。本申请的范围包含所附权利要求和所有可行的等同形式。因此，下面的描述不旨在以狭义限定进行并且本发明的范围由所附权利要求限定。
同样应理解，本文使用的措辞与术语是以描述为目的并且不应该当作限制。本文使用的“包括(including)”、“包含(comprising)”或“具有(having)”及其变形意味着包括在其后列举的项目及其等效物以及其他的项目。除非另外限制，否则本文中的术语连接“(connected)”、“耦合(coupled)”和“安装(mounted)”及其变形被广泛使用并且包括直接和间接的连接、耦合以及安装。另外，术语“连接(connected)”和“耦合(coupled)”及其变形不限于物理或机械的连接或耦合。
Z向器件的概述
本文使用X-Y-Z坐标系。X与Y轴描述通过印刷电路板的面定义的平面。Z轴描述垂直于电路板的平面的方向。PCB的上表面Z值为零。具有负Z方向值的器件表明器件插入到PCB上表面中。这种器件可以高于(延伸超过)、齐平于、或凹陷低于PCB的上表面和/或下表面中的任一个。同时具有正与负Z方向值的器件表明该器件部分插入PCB的表面中。Z向器件想要插入到孔中或凹进印刷电路板中。基于器件的形状与长度，不止一个Z向器件可以插入PCB中的单个安装孔，例如堆叠在一起或并排布置。孔可以是通孔(从上表面穿到下表面的孔)、盲孔(穿过上表面或下表面中的任一个进入PCB的内部或内层的开口或凹口)或内腔使得Z向器件嵌入PCB。
对于在两个外层上都具有导电迹线的PCB，一个外层称为上表面，另外一个称为下表面。在只有一个外层具有导电迹线的情况中，所述外表面称作上表面。Z向器件被认为具有上表面、下表面和侧表面。提到的Z向器件的上表面与下表面符合用来提及PCB的上表面与下表面的习惯。Z向器件的侧表面在PCB的上表面与下表面之间延伸并且会靠近PCB中的安装孔的壁，其中安装孔垂直于PCB的面。对上、下与侧的这种使用不应当被用来限制Z向器件可以如何安装到PCB中。虽然本文描述的器件在Z方向上安装，但是这不意味这些器件被限制为仅沿着Z轴插入PCB。Z向器件可以从表面上或下表面或上下两个表面垂直于PCB的平面进行安装，安装为与其成一定角度，或者根据PCB的厚度和Z向器件的尺寸插入在PCB的上表面和下表面之间的PCB的边缘。此外，只要Z向器件保持在适当的位置，则即使Z向器件比PCB的高度宽，Z向器件也可以插入到PCB边缘。
Z向器件可以由在电子器件中常用的材料的各种组合制成。信号连接路径由导体构成，其是具有高传导率的材料。除非另有说明，否则本文提及的传导率指的是导电率。导电材料包括但不限制于铜、金、铝、银、锡、铅和其它许多材料。Z向器件可以具有需要通过利用具有低传导率的像塑料、玻璃、FR4(环氧树脂&玻璃纤维)、空气、云母、陶瓷等等的绝缘材料与其它区域绝缘的区域。电容器一般由具有高电容率(介电常数)的绝缘材料分开的两个导电板构成。电容率是显示在像陶瓷、云母、钽等的材料中存储电场的能力的参数。构造成电阻器的Z向器件需要具有如下性质的材料，所述性质为在导体和绝缘体之间具有有限量的电阻率，电阻率是传导率的倒数。像碳、掺杂半导体、镍铬铁合金、二氧化锡等等的材料因为它们的电阻性质而被采用。电感器一般由线圈或缠绕高磁导率材料的导体构成。磁导率是显示在可能包括铁和合金(例如，镍锌、锰锌、镍铁等等)的材料中存储磁场的能力的参数。例如场效应晶体管(“FET”)的晶体管是由半导体构成的电子设备，所述半导体表现为非线性方式并且由硅、锗、砷化镓等构成。
在整个申请中，讨论不同材料、材料性质的提及或术语与目前在材料科学和电子器件设计中领域使用的提及和术语可进行交换。由于在可以如何应用Z向器件以及可以使用的材料的数量方面的灵活性，还认为Z向器件可以由目前为止没有发现或创造的材料构造。除非在说明书中针对Z向器件的特定设计提出，否则Z向器件的主体将通常由绝缘材料构成。这种材料可以具备需要的电容率，例如，电容器主体一般由具有相对高介电常数的绝缘材料构成。
如已知的，采用Z向器件的PCB可以被构造成具有单个导电层或多导电层。PCB可以仅在上表面上、仅在下表面上、或在上和下表面上都具有导电迹线。此外，还可以在PCB中存在一个或多个中间的内部导电迹线层。
Z向器件与PCB中或PCB上的迹线之间的连接可以通过本领域中已知的焊接技术、筛选技术、挤压技术或电镀技术完成。根据本申请，可以采用焊膏和导电胶粘剂。在某些配置中，压缩导电部件可以用来将Z向器件与基于PCB的导电迹线互相连接。
最一般形式的Z向器件包括主体，该主体具有上表面、下表面和侧表面，以及可插入PCB内给定深度D的安装孔中的横截面形状，该主体的一部分包括绝缘材料。本文描述的Z向器件的所有实施方式都基于该一般形式。
例如，图1和2示出Z向器件10的实施方式。在这个实施方式中，Z向器件10包括通常呈圆柱形的主体12，该主体12具有上表面12t、下表面12b、侧表面12s和大体与安装孔的深度D对应的长度L。长度L可以短于、等于或长于深度D。在前面两种情况中，Z向器件10将在一种情况中低于PCB的上表面和下表面中的至少一个，而在另一种情况中它可以与PCB的这两个表面齐平。在长度L大于深度D的情况中，Z向器件10将不与PCB的上表面和下表面中的至少一个表面平齐安装。然而，采用这种非齐平安装，Z向器件10将能够用来与另一个器件或位于附近的另一个PCB相互连接。安装孔一般是在PCB的上表面和下表面之间延伸的通孔但它也可以是盲孔。当其在PCB的表面之下凹陷时，在PCB的孔中可能需要其他的阻力区域来防止电镀在孔周围的整个圆周区域。
一种形式的Z向器件10可以具有至少一个沿着主体12的长度延伸穿过主体12内部的导电沟道14。在从导电沟道14的各个端延伸到Z向器件10的边缘的主体12的上端表面和下端表面12t、12b上提供上导电迹线和下导电迹线16t、16b。在这个实施方式中，主体12包括绝缘材料。根据它的功能，Z向器件10的主体12可以由很多具有不同性质的材料构成。这些性质包括传导性、电阻性、磁性、非传导性或半导性或如此处描述的性质的各种组合。拥有所述性质的材料的例子分别为铜、碳、铁、陶瓷或硅。Z向器件10的主体12还可以包括操作后面将讨论的电路需要的很多不同的网络。
一个或多个纵向延伸沟道或沟槽(well)可以设置在Z向器件10的主体12的侧表面上。沟道可以从主体12的上表面和下表面中的一个朝相对表面延伸。如所述，在延长主体12长度的Z向器件10的外部表面中提供两个凹侧沟槽或沟道18与20。当被电镀或焊接时，这些沟道允许穿过PCB电连接至Z向器件10，以及PCB中的内部导电层。侧沟道18或20的长度可以延伸不超过主体12的整个长度。
图2示出与图1中相同的器件但其所有表面都是透明的。导电沟道14显示为延伸穿过Z向器件10的中心的圆柱体。其它形状也可以用于导电沟道14。可以看出，迹线16t与16b分别从导电沟道14的端部14t和14b延伸到主体12的边缘。尽管迹线16t和16b以相互对齐示出(0度分开)，但这不是要求并且它们可以根据特殊设计的需要进行布置。例如，迹线16t和16b可以是180度分开或90度分开或任何其它增量。
Z向器件的主体的形状可以是能够匹配到PCB中安装孔中的任何形状。图3A-3F示出用于Z向器件的可能的主体形状。图3A示出三角形横截面主体40；图3B示出长方形的横截面主体42；图3C示出截头圆锥形主体44；图3D示出卵形横截面圆柱形主体46；以及图3E示出圆柱形主体48。图3F示出阶梯式圆柱形主体50，其中一个部分52具有比另一部分54更大的直径。具有这种布置，Z向器件可以安装在PCB的表面上同时具有插入PCB中提供的安装孔中的部分。Z向器件的边可以切成斜边来帮助对齐插入PCB中的安装孔的Z向器件。其它形状和所述形状的组合也可以根据需要用于Z向器件。
对于Z向器件，用于电镀的沟道可以是各种横截面形状和长度。唯一的要求是电镀或焊接材料与PCB中或上的Z向器件和对应的导电迹线建立合适的连接。侧沟道18或20可以具有，例如V形、C形或U形的横截面、半圆或椭圆形横截面。在提供不止一个沟道的情况中，每个沟道可以具有相同或不同横截面形状。图4A-4C示出三个侧沟道形状。在图4A中，示出V形侧沟道60。在图4B中，示出U形侧沟道62。在图4C中，示出波浪形或不规则横截面的侧沟道形状65。图1和2示出C形横截面的侧沟道18、20。
PCB中的层的数目可以从单面变化到超过22层并且可以具有从低于0.051英寸变化到超过0.093英寸或更大尺寸的不同整体厚度，或者在一个优选的实施方式中在约0.051和约0.093之间。在需要齐平安装的情况中，Z向器件的长度将取决于其打算插入的PCB的厚度。Z向器件的长度也可以根据预期的功能和处理的限度改变。优选的长度将在Z向器件与表面齐平或轻微地延伸到PCB表面之外的情况中。这将防止电镀液完全围着PCB孔的内部电镀，这在一些情况中可以造成短路。能够围着PCB孔的内部添加阻力材料从而只允许在需要的地方电镀。但是，有一些情况中，需要围着高于和低于Z向器件的PCB孔内部完全电镀。例如，如果PCB的上层是电源电压(Vcc)平面且下层是接地电压(GND)平面，则如果连接采用更大量的铜来构建连接，去耦合电容器将有更低的阻抗。
有很多能被添加到Z向器件来产生不同的机械和电气特点的特征。沟道或导体的数目能从零变化到任何数目，以该数目能维持足够强度来在它的预期环境里承受插入、电镀、制造工艺和PCB操作的压力。Z向器件的外部表面可以具有将其粘在适当的位置的涂层。法兰或径向突起物也可以用来防止Z向器件插入安装孔过度或不足，尤其在安装孔是通孔的情况中。还可以使用表面涂层材料来促进或妨碍电镀或焊接材料的移动。可以在Z向器件的端表面上提供各种定位或定向特征，如凹槽或突起物、或可见的或磁性的指示器。此外，可以包括连接特征，例如导电盘、受载弹簧式的弹簧针或甚至是简单的弹簧，以便添加与PCB的额外的电连接(例如机架接地)点。
Z向器件根据需要与PCB相连的接口或端口数量可以承担几个角色。图5A-H中示出一些可能性。图5A是配置成用来当作插头的0接口设备70A的Z向器件使得如果滤波器或器件是可选的则插头终止孔的电镀。PCB被制造之后，可以除去0接口设备70A并且另一个Z向器件可以被插入、电镀和连接到电路。图5B-5H示出对于例如电阻器、二极管、晶体管和/或时钟电路的多终端设备有用的各种配置。图5B示出1个接口或单信号的Z向器件，其具有穿过连接到上和下导电迹线72t、72b的器件的中心部分的导电沟道71。图5C示出1接口1沟道的Z向器件70C，其中除了穿过连接到上和下导电迹线72t和72b的器件的导电沟道71之外还提供一个电镀侧沟槽或沟道73。图5D示出Z向器件70D，除了穿过连接到上和下迹线72t、72b的器件的导电沟道71外，其还具有两个侧沟槽73和75。图5E的Z向器件70E除了穿过连接到上和下迹线72t、72b的器件的导电沟道71之外具有三个侧沟槽73、75和76。图5F示出具有穿过器件的两个导电沟道71和77的Z向器件70F，每一个导电沟道具有它们各自的上和下迹线72t、72b和78t、78b且没有侧沟道或沟槽。Z向器件70F是主要用于差分信令的两个信号设备。图5G示出具有一个侧沟槽73以及两个导电沟道71和77的Z向器件70G，每个导电沟道具有它们的各自上和下迹线72t、72b和78t、78b。图5H示出具有一个导电沟道71以及盲沟槽或部分沟槽78的Z向器件70H，导电沟道71具有上和下迹线72t、72b，盲沟槽或部分沟槽78沿着侧表面的一部分从上表面延伸，其将会允许电镀材料或焊料停止在给定深度。对于本领域其中一名技术人员来说，沟槽和信号的数量仅仅被空间、需要的沟槽或沟道尺寸限制。
讨论的Z向器件的不同实施方式和特征意在进行说明而不是限制。Z向器件可以由实现网络功能的散装材料构成或可以具有其它嵌入到它的主体内的部分。Z向器件可以是多终端设备，因此，可以用来执行多种功能，包括但不限制于：传输线、延迟线，T型滤波器、去耦电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对穿过(differential pair pass through)、差分铁氧体磁珠、二极管或ESD保护设备(可变电阻)。这些功能的组合可以设置在一个器件内。
图6示出用于Z向器件中导电沟道的不同示例配置。如所示，沟道90具有在端部中间的区域92，包括具有诸如导电、电阻、磁性、非传导、电容、半导性性质或这些的组合的性质的材料。这些材料形成很多器件。此外，一个或多个器件可以插入或嵌入具有从器件的终端延伸的导电沟道的部分的区域92中。电容器92a可以在区域92中提供。类似地，二极管92b、例如MOSFET 92d的晶体管92c、齐纳二极管92e、电感器92f、电涌抑制器92g、电阻92h、两端交流开关92i、变容二极管92j以及这些项目的组合是可以在导电沟道90的区域92中提供的其他材料的例子。尽管示出区域92在导电沟道90内居中，但不限制该位置。
对于例如晶体管92c、MOSFET 92d、集成电路92k或变压器92l的多终端设备，导电沟道的一部分可以在上表面迹线和设备的第一终端之间，导电沟道的另一部分在下表面迹线和设备的第二终端之间。对于另外的设备终端，可以在Z向器件的主体中提供额外的导体以允许与剩余终端的电连接，或可以在Z向器件的主体内提供在另外的终端和Z向器件的主体的侧表面上的沟道之间的另外的导电迹线，从而允许电连接到外部导电迹线。可以在Z向器件中使用各种连接到多终端设备的配置。
对应的，本领域的技术人员将理解可以应用各种类型的Z向器件，包括但不限于电容器、延迟线、晶体管、开关和连接器。例如，图7和8示出术语为信号穿过(signal-through)的Z向器件，其用来从PCB的上表面传递信号迹线到下表面。
图7示出沿着图8的线7-7选取的PCB 200的横截面视图，PCB 200具有四个导电平面或者导电层，从上至下包括通过非导电材料(例如酚醛塑料，例如现有技术中已知的广泛使用的FR4)隔离的接地(GND)平面或迹线202、电源电压平面(Vcc)204、第二接地(GND)平面206和第三接地(GND)平面或迹线208。PCB 200可以用于高频信号。分别在PCB200的上表面212和下表面214上的上和下接地平面或迹线202和208分别连接到引向Z向器件220的导电迹线。在PCB 200中提供在负Z方向上具有深度D的安装孔216以用于Z向器件220的齐平安装。这里深度D与PCB 200的厚度相对应；然而，深度D可以小于PCB 200的厚度，在其内生成盲孔。如所示出，安装孔216是横截面为圆形的通孔以适合Z向器件220但可以具有适合具有其它主体配置的Z向器件的插入的横截面。换句话说，安装孔的尺寸被设置使得Z向器件可插入在其中。例如，具有圆柱形形状的Z向器件可以插入方形安装孔并且反过来也一样。在那些Z向器件没有紧密配合的情况中，抗蚀材料将不得不被添加到不需要镀铜的该器件和PCB的区域。
Z向器件220显示为关于PCB 200的上表面212和下表面214二者都齐平安装的三个引线器件。Z向器件220显示成整体上拥有长度为L的圆柱体的主体222。示出为圆柱体的中央导电沟道或引线224被显示为延伸主体222的长度。限定另外两根引线的两个凹侧沟槽或沟道226与228设置在延伸主体222的长度的Z向器件220的侧面上。电镀侧沟道226和228用于构建从PCB 200的不同层至Z向器件220的电连接。如所示，PCB 100的层202、206与208上的接地平面迹线电连接到侧沟道226和228。Vcc平面204如所示由于Vcc平面204与安装孔216的壁217之间的间隙219而没有连接到Z向器件220。
图8示出PCB 200中的Z向器件220的俯视图。三个导电迹线250、252和254通向安装孔216的壁217的边。如所述，迹线252充当高频信号迹线来通过Z向器件220从PCB 200的上表面212被传到下表面214。导电迹线250和254充当接地网。中心引线或导电沟道224被上迹线245和电镀桥230电连接到PCB 200的上表面212上的迹线252。Z向器件220的上表面上的上迹线245从导电沟道224的上端224t延伸到Z向器件220的边缘。虽然没有示出，但Z向器件220的下侧和PCB 200的下表面214按照在图8中示出的PCB 200的上表面212上所示的类似的迹线布置而配置。Z向器件220的下表面上的下迹线从导电沟道224的下部延伸到Z向器件220的边缘。使用电镀桥来构建下迹线与另一个在PCB 200的下表面上提供的高频信号迹线之间的电连接。Z向器件的传输线阻抗能通过控制导体尺寸和每个导体之间的距离调整到匹配PCB迹线阻抗，这个能促进PCB的高速性能。例如，通过图8示出的Z向器件形成的每个电路径(例如，通过导体224、迹线245和迹线252形成的电路径)具有大体上一致的宽度以便控制穿过路径的传输线阻抗(也参看图1和2)。
在电镀工艺中，在安装孔216的壁217以及侧沟道226和228之间形成的沟槽256和258允许电镀材料或焊料从上表面212传递到下表面214，分别将迹线250和254与Z向器件220的各个侧沟道226和228相互连接，以及对于情况相似的设置在PCB 200的下表面214上的迹线与接地平面或迹线202、206和208相互连接。电镀不是为了示出结构的目的而示出。在本实施方式中，Vcc平面204不与Z向器件220连接。
对于高频信号速度的一个挑战是由于信号迹线传输线阻抗变化导致的反射与不连续。因为这些不连续是由信号迹线通过PCB的路线导致的，因此很多PCB布局尝试在一个层上保持高频信号。通过PCB的标准通孔必须间隔一定距离，其创建在信号通孔和返回信号通孔或接地通孔之间的高阻抗。如图7和8所示，Z向器件和返回接地或信号具有非常接近的和受控的相似度，其允许从PCB2 00的上表面212至下表面214的更加恒定的阻抗。
Z向信号穿过器件还可以包括去耦电容器，其允许信号参考平面从命名为GND的接地平面转换到命名为Vcc的电源电压平面，不具有高频不连续性。图9示出具有在上层304和下层306之间转移的信号轨迹302的典型的4层PCB 300的横截面图。类似于图5D中示出的具有主体312的Z向器件310穿过中央导电沟道314连接信号路径302。Z向器件310还包括沿着主体312的侧表面312s延伸的电镀侧沟道316和318。导电沟道314的上部314t和下部314b连接到主体312的上部312t和下部312b上的导电迹线318t和318b。反过来，这些通过上和下电镀桥330t和330b连接到信号迹线302。侧沟道316和318各自地电镀到GND平面332和Vcc平面334。连接点336和338分别示出这种电连接。示意说明的去耦电容器350是在主体312的内部并且连接在侧沟道316和318之间。去耦电容器350可以是集成到Z向器件310的主体312内的单独电容器，或者其可以通过从需要的具有介电性质的材料制造Z向器件310的主体312的一部分来在导电表面之间形成。
用于信号迹线302的路径采用斜阴影线表明并能看到其从上层304运行至下层306。GND平面332和侧沟道316采用由暗点画状362表示的信号路径返回在336处电连接。Vcc平面334和侧沟道318采用由亮点画状364表示的信号路径返回在338处电连接。如本领域已知的，其中信号平面或迹线没有连接到插入部分，如370所示，那些部分与器件间隔开。在信号平面或迹线打算连接到插入器件的地方，在开口的壁或边缘处提供信号平面或迹线以允许电镀材料或焊料如在点330t、330b、336和338处所示的在其间桥接。
竖直阴影线部分380示出在信号迹线和由信号迹线302与GND平面332或Vcc平面334描述的返回电流路径之间的高速回路面积。下表面306上的信号迹线302参考通过去耦电容器350耦合到GND平面332的电源平面Vcc 334。这两个平面之间的耦合将保持接近于用于从一个返回平面传输到另一个不同DC电压平面的常数的高频阻抗。
PCB中内部安装的Z向器件极大地方便了采用用于减少EMI的外部接地平面的PCB技术。采用这个技术，在内层上路由尽可能多的信号。图10示出该技术的一个实施方式。PCB 400从上到下包括上部接地层402、内部信号层404、内部信号层406和下部接地层408。接地层402和408在PCB 400的上和下表面400t和400b上。被示出为通孔的安装孔410在上和下表面400t和400b之间延伸。Z向器件420被示出在PCB 400中齐平安装。Z向器件420包括主体422，其具有在主体422的上部422t和下部422b中间的中心区域424的主体422以及在侧表面422s上的两个侧沟道425和427。
侧沟道425和427以及孔410的壁411分别地形成电镀沟槽413与415。中心区域424位于主体422内并且延伸的距离大约等同于分开两个内部信号层404与406的距离。侧沟道425从主体422的下表面422b延伸到内部信号层406，同时侧沟道427从主体422的上表面422t延伸到内部信号层404。这里，侧沟道425和427仅沿着主体422的侧表面422s的一部分延伸。导电沟道426延伸穿过中心区域424但没有延伸到主体422的上和下表面422t、422b。图5H示出类似于侧沟道427的部分沟道。导电沟道426具有分别从导电迹线426的上部426t和下部426b延伸到侧沟道427和425的导电迹线428t和428b。当以分开的元件阐述时，导电沟道426和迹线428t、428b可以是与侧沟道425、427电气上相互作用的一个集成导体。如所示，导电迹线428b通过电镀侧沟道425和沟槽413连接到内部信号层406同时迹线428t通过侧沟道427和沟槽415连接到内部信号层404。接地层402和408没有连接到Z向器件420并且远离安装孔410，如图7和9在先前所述。如双头虚线箭头430所示，信号层406上的信号可以通过Z向器件420穿过从沟槽413、侧沟道425、迹线428b、导电沟道426、迹线428t、侧沟道427和沟槽415延伸的路径而被传输到信号层404(或者反之亦然)，从而允许信号保留在采用接地层402和408提供屏蔽的PCB 400的内层上。
图11和12示出去耦电容器形式的另外两个示例Z向器件。在图11中，与先前描述的相似，示出具有主体502的Z向电容器500，主体502具有导电沟道504和沿着主体502的长度延伸的两个侧沟道506和508。导电沟道504被示出连接到信号526。形成Z向电容器500的板的竖直导向的交错的部分圆柱片510、512连接到例如电源电压Vcc和接地(或任何其它要求电容的信号)的参考电压，并且利用介电材料的中间层(未示出)使用。部分圆柱片510连接到电镀沟道506，其连接到接地520。部分圆柱片512连接到电镀沟道508，其连接到电源电压Vcc 522。片510、512可以由铜、铝或其它具有高传导率的材料构成。在部分圆柱片之间的材料是具有介电性质的材料。只有一个部分圆柱片被示出连接到Vcc 522和接地520中的每一个；然而，另外的部分圆柱片可以被提供以获取需要的电容/额定电压。
在图12中采用连接到电压Vcc或接地的堆叠层示出Z向电容器的另一个实施方式。Z向电容器600包括中央导电沟道601和主体605，主体605包括上部部件605t、下部部件605b以及在上部和下部部件605t、605b之间的多个层或支撑部件610(示出为圆盘)。
中央导电沟道601延伸穿过在装配的Z向电容器600中的开口615以及开口602t与602b，其全部被设置成紧密接收中央导体的尺寸。中央导电沟道601可电连接到在形成信号626的信号路径的上和下部分605t、605b上的导电迹线603t和603b。这种连接是靠电镀或焊接完成的。中央导电沟道601通过导电迹线603t连接到信号626。导电沟道601的下端通过导电迹线603b以相似的方式连接到信号迹线(未示出)。
在上部分605t的边缘处提供相对的开口607t与608t。下部分605b具有与上部分605t相似的构造，具有在边缘处提供的相对开口607b和608b。在上和下部分605t、605b之间是多个支撑部件610，其提供电容特征。每个支撑部件610具有在他们的外部边缘处的至少一个开口613以及允许导电沟道601借此穿过的内部孔615。如所示，在每个支撑部件610中提供两个相对的开口613。当装配时，相对的开口607t、607b、608t、608b和613对齐来形成沿着Z向电容器600的侧表面延伸的相对的侧沟道604和608。侧沟道604被示出为连接到例如接地620的参考电压，并且侧沟道606连接到例如Vcc 622的另一个参考电压。支撑部件610可以由介电材料制造并且可以是都相同或变化的厚度，允许在设计Z向电容器600的需要的性质时进行选择。
在支撑部件610的上和下表面中的一个上提供环形镀膜617，或者，如果需要，在两个表面上都提供。在每个支撑部件的上表面上示出环形镀膜，但是环形镀膜的位置在支撑部件上可以各不相同。环形镀膜617一般符合支撑部件的形状，并且从边缘开口613的一个延伸到另一个(如果有其他开口)。环形镀膜617的直径或尺寸或整体大小小于它所附着的支撑部件610的直径、尺寸或整体大小。当镀膜617被描述为环形时，假设镀膜不与中央导电沟道接触或者延伸到在其上镀膜被电镀或附着的支撑部件的边缘，还可以使用其他形状。如果在Z向电容器600的主体的侧表面上存在一个以上沟道，那么环形镀膜与边缘开口613中的一个接触，但是远离其他开口。另外，在环形镀膜617中存在直径大于在环形镀膜617中的开口615的开口619，导电沟道601穿过该开口。开口619的直径大于导电沟道601的直径，导电沟道601使环形镀膜617与导电沟道601间隔开。
如图所示，除了堆叠的时候支撑部件610大体上一致，交替部件相对于其上或下的部件旋转180度。这可以被称为1-1配置。以这种方式，交替部件将连接到两个侧沟道中的一个或另一个。如图12所示，两个支撑部件610中的较高的一个上的环形镀膜连接到侧沟道608和电压Vcc 622，同时两个支撑部件610中的较低的一个上的环形镀膜连接到侧沟道604和接地620。也可以采用其它支撑部件布置，例如具有连接到相同沟道的两个毗邻部件和连接到相对沟道的下一个支撑部件，其被称为2-1配置。其他配置可以包括2-2、3-1，并且是设计选择的问题。需要的电容或额定电压决定在上和下部分605t、605b之间插入的支撑部件的数量。虽然没有示出，但是包括介电材料并且与支撑部件610相似形状的其他介电部件可以与支撑部件610交错。基于设计选择，仅仅可以采用单一沟道或可以提供更多沟道和/或可以将环形镀膜引进到与中央导电沟道接触且不与侧沟道接触。再一次，Z向电容器的实施方式是用于说明的目的并且不意味着限制。
采用任一个Z向电容器的设计，第二导电沟道可以被提供为与设置在导电板中的第一导电沟道平行，以创建差分去耦电容器。Z向电容器的另一个实施方式可以通过在各个支撑部件处将中央导电沟道连接至其中一个参考电压而根据图11或图12构建，各个支撑部件也具有连接至相同参考电压的环形镀膜。这个可以仅仅通过将导电沟道与环形镀膜连接而实现，如通过跨接线621示意地示出。实际上，在环形镀膜617中的环形开口619的大小将被设置使得环形镀膜和导电沟道601电连接。这个器件可以直接位于电源接脚或集成电路球或其它用于优化去耦布置的表面安装器件下。
再一次，在图7-10中示出的Z向信号直通器件和在图11和图12中示出的Z向去耦电容器仅仅提供少量Z向器件的示例应用。本领域中的技术人员将理解，可以使用各种其他类型的Z向器件，包括但不限于传输线、延迟线、T型滤波器、去耦电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对穿过、差分铁氧体磁珠、二极管或者ESD保护装置(可变电阻)。
可以根据各种方法以工业规模构造Z向器件。例如，受让给本申请的受让人的以下共同未决美国专利申请描述了用于生产Z向器件的制造工艺：题目为“Die Press Process for Manufacturing a Z-Directed Component fora Printed Circuit Board”的2011年8月31日递交的序列号为13/222,748的美国专利申请，题目为“Screening Process for Manufacturing a Z-DirectedComponent for a Printed Circuit Board”的2011年8月31日递交的序列号为13/222,418的美国专利申请，题目为“Spin Coat Process for Manufacturing aZ-Directed Component for a Printed Circuit Board”的2011年8月31日递交的序列号为13/222,376的美国专利申请，题目为“Extrusion Process forManufacturing a Z-Directed Component for a Printed Circuit Board”的2011年9月30日递交的序列号为13/250,812的美国专利申请，以及题目为“Continuous Extrusion Process for Manufacturing a Z-Directed Component fora Printed Circuit Board”的2011年10月28日递交的序列号为13/284,084的美国专利申请。
通过Z向器件的传输线阻抗控制
参考图13，示出根据一个示例实施方式的Z向电容器700。Z向电容器700与以上参看图12讨论的Z向电容器600大体上相同，除了Z向电容器700包括一对沿着它的长度延伸穿过器件主体705的内部的导电沟道730、732。导电沟道730、732被设置在中央导电沟道701旁边，并在其相对侧上。如上所述，主体705包括上部件705t、下部件705b以及和在上和下部件705t、705b之间的多个交替的支撑部件710，例如圆盘。中央导电沟道701形成信号726的信号路径。Z向电容器700包括一对采用导电材料电镀的相对的侧沟道740、742。在示出的示例实施方式中，侧沟道740连接到例如接地(GND)720的参考电压而侧沟道742连接到例如电源电压(Vcc)722的另一个电压。
导电沟道730、732延伸穿过Z向器件700中的对应开口，其大小被设置以便紧密接收各个导电沟道730、732。图14A和14B分别更详细地示出Z向电容器700的第一支撑部件710a和第二支撑部件710b。图14A和14B示出采用导电材料电镀的侧沟道740、742。如图14A中所示，在示出的示例实施方式中，导电沟道730通过在第一支撑部件710a的表面上的环形镀膜717连接到侧沟道740和GND 720；然而，环形镀膜717与导电沟道732或侧沟道742隔开并且不接触它们。如图14B中所示，导电沟道732反而通过第二支撑部件710b的上表面上的环形镀膜717连接到侧沟道742和Vcc 722。导电沟道730和侧沟道740与第二支撑部件710b上的环形镀膜717隔开并且不与其接触。中央导电沟道701与第一支撑部件710a或第二支撑部件710b上的环形镀膜717隔开并不与其接触。相应地，在示出的示例实施方式中，导电沟道730、732和中央导电沟道701可以被称为形成由它们的物理对齐导致的电源-信号-接地(P-S-G)配置。可替代的，导电沟道730、732和中央导电沟道701可以形成电源-信号-电源(P-S-P)配置(通过将导电沟道730、732都连接到侧沟道742和Vcc 722)或接地-信号-接地(G-S-G)配置(通过将导电沟道730、732都连接到侧沟道740和GND 720)。进一步地，如上所述，支撑部件710a、710b可以交替来形成任何需要的形式，例如1-1、2-1、2-2、3-1等。
如现有技术中已知，穿过信号726的传输线阻抗部分取决于中央导电沟道701和侧沟道740、742之间的距离以及中央导电沟道701和导电沟道730、732之间的距离。阻抗也取决于交替支撑部件710之间的电容。通过将导电沟道730、732设置在中央导电沟道701旁边，相对于图12示出的Z向电容器600，Z向电容器700的穿过信号726的传输线阻抗的连续性得到改善，其不包括其他的内部导电沟道730、732的对。具体地，将导电沟道730、732靠近中央导电沟道701的设置最小化侧沟道740、742和交替支撑部件710对通过该器件的传输线阻抗的影响。没有导电沟道730、732的情况下，Z向电容器600的支撑部件610的交替关系在信号626移动通过该器件时改变信号626的阻抗。导电沟道730、732减少该寄生效应并且因此允许通过该器件的更加稳定的阻抗。
应当理解，以上根据图11讨论的Z向电容器500还可以被修改为包括在信号526旁边且在信号526的相对侧上的一对导电沟道以便于减少任何由导电侧沟道506、508和片510、512导致的任何不连续性。例如，图15示出具有主体802的Z向电容器800。Z向电容器800与以上根据图11讨论的Z向电容500大体上相同，除了Z向电容器800包括一对沿着它的长度延伸穿过器件内部的导电沟道830、832。导电沟道804沿着主体802的长度延伸穿过主体802的中心部分。导电沟道830、832被设置在中央导电沟道804旁边，并且在其相对的侧上。如上所述，主体802还包括一对沿着它的长度延伸的电镀侧沟道806、808。在这个示例中，导电沟道804连接到信号826。电镀沟道806连接到接地820而电镀沟道808连接到电源电压Vcc 822。形成Z向电容器800的板的竖直导向的交错的部分圆柱片810、812分别连接到侧沟道806、808。介电材料被设置在部分圆柱片810、812之间。根据需要的配置(即P-S-G、P-S-P或G-S-G)，导电沟道830、832可以连接到电镀沟道806和接地(GND)820或电镀沟道808与电源电压(Vcc)822。可以通过将导电沟道830、832与它对应的圆柱片810、812中的一个连接来建立这个连接。导电沟道830、832减少侧沟道806、808和片810、812对于信号826的传输线阻抗的影响并且从而允许穿过该器件的更稳定的传输线阻抗。
尽管图13-15中示出的示例实施方式涉及Z向电容器，但是具有穿过内部导电沟道的信号的任何Z向器件可以采用一对毗邻的、内部的导电沟道来控制穿过信号的传输线阻抗。例如，图16示出与上述根据图7和8讨论的器件200类似的Z向信号直通器件900。器件900包括具有上表面902t和下表面902b的主体902。导电沟道904沿着主体902的长度延伸穿过主体902的中心部分。导电沟道904通过从导电沟道904跨越上表面902t延伸到器件900的边缘的迹线906连接到信号920。相似的，器件900的下表面902b包括将导电沟道904与器件的边缘连接的对应的迹线(未示出)。主体902还包括一对导电侧沟道908、910。一对导电沟道912、914沿着它的长度在导电沟道904旁边并且在导电沟道904的相对的侧上延伸穿过主体902的内部。每个导电沟道912、914连接到侧沟道908或者侧沟道910。这个连接可以通过上表面902t或下表面902b上的迹线来建立，或者通过将导电沟道与其在上表面902t与下表面902b之间的器件的内部上的对应的侧沟道912或914连接来建立。当需要电源-信号-接地配置时，导电沟道912可以连接到侧沟道908，该侧沟道908可以转而连接到电源电压(Vcc)922，而导电沟道914可以连接到侧沟道910，该侧沟道910可以转而连接到接地(GND)924。如上所述，还可以在需要时使用接地-信号-接地或电源-信号-电源配置。
图17示出Z向信号直通器件1000的另一个示例。器件1000包括具有上表面1002t和下表面1002b的主体1002。不同于信号直通器件900，器件1000的主体1002不包括在其内的侧沟道。导电沟道1004沿着主体1002的长度延伸穿过主体1002的中心部分。导电沟道1004通过跨越上表面1002t延伸的迹线1006和跨越下表面1002b从导电沟道1004延伸到器件1000的边缘的另一个迹线(未示出)连接到信号1020。一对导电沟道1008、1010沿着它的长度在导电沟道1004旁边并且在导电沟道1004的相对的侧上延伸穿过主体1002的内部。每个导电沟道1008、1010包括从导电沟道1008、1010跨越上表面1002t延伸到器件1000的边缘的各自的迹线1012、1014。再一次，下表面1002b包括将导电沟道1008、1010与器件的边缘连接的对应的导电迹线对。在需要电源-信号-接地配置时，可以通过迹线1012和下表面1002b上的对应的迹线将导电沟道1008连接到电源电压Vcc 1022并且可以通过迹线1014和下表面1002b上的对应的迹线将导电沟道1010连接到接地GND 1024。
还可以使用一对毗邻的、内部的导电沟道来控制穿过具有差分信号的器件的传输线阻抗，该差分信号包括任何数量的穿过器件内部的信号。例如，图18示出具有主体1102的Z向穿过(Z-directed pass-through)器件1100，该主体1102包括一对沿着它的长度延伸穿过主体1102的中心部分的导电沟道1104、1106。通过在主体1102的上表面1002t和下表面1102b上的相应迹线1108、1110将每个导电沟道1104、1106连接到各个信号1120、1121。一对导电沟道1112、1114沿着主体1101的长度靠近导电沟道1104、1106且在导电沟道1104、1106的相对的侧上延伸穿过主体1102的内部，以便于提供穿过信号1120、1121的更稳定的阻抗。各个导电沟道1112、1114可以被各自的跨越上表面1102t或下表面1002b的迹线连接到电源电压(Vcc)或接地电压，或如上所述经由与各自的电镀侧沟道1116、1118的连接而连接到电源电压(Vcc)或接地电压。导电沟道1112、1114可以都连接到电源电压Vcc或接地，或者导电沟道1112、1114中的一个可以连接到电源电压Vcc并且另一个连接到接地。对于具有多个信号的Z向器件，应当理解，导电沟道1112、1114将有助于控制共模(或偶模)阻抗但不会影响信号之间的差分阻抗。
在Z向电容器的一些实施方式中，优选具有穿过形成电容器的板的高电容同时保持信号的传输线阻抗在标称值。图19示出Z向电容器1200。Z向电容器1200具有包括堆叠的电镀支撑部件(或层)1204的主体1202，其可以如上述根据图12和13讨论的按照1-1、2-1等配置进行布置。中央导电沟道1206沿着主体1202的长度延伸穿过主体1202的内部，形成信号路径。主体1202还包括可以分别连接到电源电压(Vcc)和参考电压(GND)的一对电镀的侧沟道1208、1210。一对导电沟道1212、1214沿着主体1201的长度靠近中央导电沟道1206并且在中央导电沟道1206的相对的侧上延伸穿过主体1202的内部，以便于减少如上所述的沿着由中央导电沟道1206形成的信号路径的阻抗。基于需要的配置(即P-S-G、P-S-P或G-S-G)，导电沟道1212、1214连接到侧沟道1208或侧沟道1210。
主体1202的上部分1202t和下部分1202b都包括一个或多个具有相对低的介电常数(r)的支撑部件1216，诸如，该介电常数例如在约6和约100之间包括其间的所有值和增量。在上部分1202t和下部分1202b之间放置一个或多个具有相对高的介电常数(r)的支撑部件1218，该介电常数例如在约2000和约25000之间包括其间的所有值和增量。在示出的示例实施方式中，第一高介电支撑部件1218a位于主体1202的上半部分中并且第二高介电支撑部件1218b位于主体1202的下半部分中。但是，可以根据需要放置和间隔高介电支撑部件1218。例如，多个高介电支撑部件1218可以沿着主体1202的长度在主体1202的中心一个在另一个上堆叠。高介电支撑部件1218增加Z向电容器1200的电容。
如现有技术中已知，穿过器件的传输线阻抗将随着电感的增加而提高并且将随着电容的增加而减少。相应地，基于由高介电层1218导致的电容的增加量，通过使中央导电沟道1206在其穿过主体1202的高介电区域时更窄，通过导电沟道1206的电容可以在主体1202的高介电区域中减少。使中央导电沟道1206在高介电区域更窄来补偿由于高介电性支撑部件1216而出现的增加的电容。以这种方式，可以保持穿过由中央导电沟道1206形成的信号路径的大体上不变的阻抗。例如，在图19中，以虚线示出中央导电沟道1206来指示穿过器件的信号路径。如所示，中央导电沟道1206随着其穿过第一和第二高介电支撑层1218a、1218b而变窄。在主体1202的上部分1202t和下部分1202b提供低介电区域防止了当信号从PCB上的迹线行进到连接到中央导电沟道1204的在主体上1202的对应迹线1220时破坏的阻抗的不连续。对应的，Z向电容器1200允许电容和传输线阻抗的独立控制。尽管只示出一个穿过Z向电容器1200的信号路径，但是对于差分信号器件还可以分别地使用变化的低和高介电层1216、1218。
基于由高介电层1218导致的电容的增量，还可以通过改变导电沟道1212、1214相对于中央导电沟道1206的位置来调节穿过中央导电沟道1206的电感，以便于进一步保持穿过信号路径的不变的传输线阻抗。例如，在主体1202的高介电区域中，导电沟道1212、1214可以从中央导电沟道1206移开以便于补偿由高介电区域通过增加电感导致的增加的电容。
参考图20，根据另一个示例实施方式示出Z向电容器1300。如同图15示出的Z向电容器800，Z向电容器1300具有主体1302，其包括竖直导向的交替的部分圆柱片1304、1306，其可以根据需要以1-1、2-1等配置来布置。中央导电沟道1308沿主体1302的长度延伸通过主体1302的内部，形成信号路径。主体1302还包括一对电镀的侧沟道1310、1312，其可以分别连接到电源电压(Vcc)和参考电压(GND)。圆柱片1304、1306分别连接到侧沟道1310、1312。一对导电沟道1314、1316沿着主体1302的长度靠近中央导电沟道1308且在中央导电沟道1308的相对的侧上延伸通过主体1302的内部，以便减少如上所述的沿着由中央导电沟道1308形成的信号路径的阻抗。基于需要的配置(即P-S-G，P-S-P或G-S-G)，导电沟道1314、1316可以经由片1304连接到侧沟道1310，或者经由片1306连接到侧沟道1312。
主体1302的外部部分具有相对高的介电常数(r)，如，例如在约6和约100之间包括其间的所有值和增量，形成高介电外部区域1318。从主体1302的侧表面朝内间隔的主体1302的内部部分具有相对低的介电常数(r)，如，例如在约2000和约25000之间包括其间的所有值和增量，形成低介电内部区域1320。Z向电容器1300的片1304、1306沿着主体1302的长度贯穿高介电外部区域1318，从而增加片1304、1306的电容。中央导电沟道1308通过跨越器件的上表面1302t的迹线1322连接到器件的边缘。下表面1302b包括对应的迹线(未示出)。中央导电沟道1308沿着主体1302的长度贯穿主体1302中的低介电内部区域1320，以便于保持大体上不变的传输线阻抗。结果，通过提供具有用于电容器的板的高介电外部区域1318和用于信号路径的低介电内部区域1320的Z向电容器1300，可以获得高电容和大体上不变的传输线阻抗。
此外，用于信号路径的迹线1322和对应的下迹线经过的主体1302的顶和底可以由低介电常数材料形成，以便于阻止当信号从PCB上的迹线行进到迹线1322或对应的下迹线时的阻抗不连续。可替换地，基于由高介电外部区域1318导致的电容增量，在高介电外部区域1318上行进的各个迹线的部分可以变窄以便于减少穿过其内的电容。例如，如图20中所示，迹线1322包括穿过较低介电内部区域1320的较宽部分1322a和穿过较高介电外部区域1318的较窄部分1322b。迹线1322的变化宽度补偿由于高介电外部区域1318导致的增加的电容，从而帮助保持穿过其内的大体上不变的阻抗。此外，中央导电沟道1308的宽度大体上与迹线1322的较宽部分1322a相同以便于保持穿过器件的恒定阻抗。再一次，尽管只示出穿过Z向电容器1300的一个信号路径，然而差分信号器件也可以形成为具有低介电内部区域1320和高介电外部区域1318。
尽管在图19和20中示出Z向电容器，但是其它Z向器件可以从具有变化的介电区域中受益。例如，图21示出具有主体1402的Z向延迟线器件1400，其包括在其内形成信号路径的导电延迟线1404。主体1402包括穿过其上表面1402t并且将延迟线1404连接至器件的边缘的迹线1406。主体1402的下表面1402b包括将延迟线1404的另一端连接至器件的边缘的相似迹线(未示出)。主体1402还包括相对低介电区域1408和相对高介电区域1410。在示出的示例实施方式中，高介电区域1410沿着主体1402的长度位于主体1402的中心部分，同时低介电区域1408分成沿着主体1402的长度的分别位于主体1402的上和下部分的两半1408a、1408b。然而，可以优化每个介电区域的尺寸和设置来获取需要的延迟。进一步，可以优化不同介电区域的数量和它们各自的介电性质来获取需要的延迟。随着信号穿过延迟线1404上的器件1400，信号将在其穿过高介电区域1410时减慢。还可以通过改变其穿过器件的路径进一步延迟信号，例如通过提供Z字或螺旋模式。尽管示出的示例实施方式示出信号从一端进入器件并且从另一端离开，但是应当理解，信号可以在同一端进入和离开或者它可以沿着器件的侧表面进入和/或离开，例如通过提供如上所述的电镀的侧沟道。
Z向器件的净回路面积减少
图22示出具有包括四个电镀的侧沟道1504、1506、1508、1510的主体1502的Z向电容器1500。侧沟道1504、1506、1508、1510在器件的边缘的周围彼此大致等间隔分离(大约90度)。主体1502由堆叠层或支撑部件1512构成。每个支撑部件1512由介电材料构成，并且利用导电材料电镀来形成如上所述的电容器的板。在一个实施方式中，侧沟道1504和1508被连接到参考电压(GND)1514，且侧沟道1506、1510被连接到电源电压(Vcc)1516。
如图23所示，Z向电容器1500的一个应用是作为使用具有导电球1554的球栅阵列(BGA)(或微型BGA)1552在集成电路(IC)1550下的零引脚长度去耦电容器。出于清晰的目的，只在图23中示出一个球1554。在这个实施方式中，导电的(例如铜)球垫1584被电连接到各个电镀的侧沟道1504、1506、1508、1510。在一个实施方式中，各个球垫1584放置在导电沟道1590的上面并且通过器件的内部连接到导电沟道1590。导电沟道1590被连接到在Z向电容器1500的内部层上的各个侧沟道1504、1506、1508、1510。可替换地，球垫1584可以通过跨越Z向电容器1500的上表面1502t的迹线1592连接到侧沟道1504、1506、1508、1510。另外，球垫1584可以直接放置在电镀的侧沟道1504、1506、1508、1510的上面并且连接到电镀的侧沟道1504、1506、1508、1510；但是，在这个配置中，存在的风险在于，球1554的导电材料将进入侧沟道1504、1506、1508、1510，潜在地破坏在球1554和IC 1550之间的电连接。当在PCB 1580上安装集成电路1550时，BGA 1552的导电球1554被放置在球垫1584的上面。如下文更加详细的讨论，焊线将球1554连接到IC 1550的衬底。该几何结构创建回路，其沿着连接到Vcc 1516的侧沟道1506、1510和连接到GND 1514的侧沟道1504、1508之间的路径通过Z向电容器1500、球1554和IC 1550。
图24示出回路的各种电流(标记为“I”)和磁通量(标记为“B”)的示意描述。具有从Vcc 1516移动到GND 1514的方向矢量的电流(I)创建各个磁通量(B)。如图24所示，通过提供四个等间隔的侧沟道1504、1506、1508、1510(其中GND 1514穿过相对的沟道1504、1508而Vcc 1516穿过另外的相对的沟道1506、1510)，各个回路的磁通量矢量(B)的方向与在相反侧上的磁通量矢量(B)的方向相反。例如，在Z向电容器1500的相对侧上设置的磁通量矢量B1和磁通量矢量B3具有相反的方向。类似地，磁通量矢量B2和磁通量矢量B4的方向也是彼此相反。因此，Z向电容器1500的净磁通量(以及净回路面积)显著减少，从而还减少器件的电感。这有助于避免不希望的电压的降低和减少来自器件的辐射电磁发射。虽然Z向电容器1500被示出为具有四个等间隔的侧沟道1504、1506、1508、1510，但是应当理解，还可以使用通过器件内部的四个等间隔的导电沟道来实现净磁通量对消，例如通过提供设置在器件边缘附近并且以90度间隔的四个导电沟道。
图25A和25B更加详细地分别示出Z向电容器1500的第一支撑部件1512a和第二支撑部件1512b。图25A和25B示出利用导电材料电镀的侧沟道1504、1506、1508、1510。如图25A所示，连接到GND 1514的侧沟道1504和1508经由环形镀膜1518跨越第一支撑部件1512a的上表面彼此连接。相反，连接到Vcc 1516的侧沟道1506和1510的每一个都与在第一支撑部件1512a上的环形镀膜1518隔开。如图25B所示，连接到Vcc 1516的侧沟道1506和1510经由环形镀膜1518跨越第二支撑部件1512b的上表面彼此连接。连接到GND 1514的侧沟道1504和1508的每一个都与在第二支撑部件1512b上的环形镀膜1518隔开。如上所述，支撑部件1512a和1512b可以交替来形成任何需要的模式，例如1-1、2-1、2-2、3-1等。
图25C和25D示出在需要解耦Z向电容器1500中的两个以上电压时使用的交替支撑部件1512c和1512d。如图25C所示，侧沟道1504连接到第一电压V1，侧沟道1508连接到支撑部件1512c上的第二电压V2。环形镀膜1518从侧沟道1504和1508的每一个延伸，并且覆盖支撑部件1512c的上表面的大部分。但是，连接到侧沟道1504的镀膜1518不接触连接到侧沟道1508的镀膜1518。另外，在支撑部件1512c上的镀膜1518与侧沟道1506和1510隔开。如图25D所示，侧沟道1506连接到第三电压V3，且侧沟道1510连接到在支撑部件1512d上的第四电压V4。环形镀膜1518从侧沟道1506和1510的每一个延伸并且覆盖支撑部件1512d的上表面的大部分。再一次，连接到侧沟道1506的镀膜1518不接触连接到侧沟道1510的镀膜1518。另外，在支撑部件1512d上的镀膜1518与侧沟道1504和1508隔开。通过交替支撑部件1512c和1512d，可以形成能够将四个不同电压耦合在一起的Z向电容器。电压V1、V2、V3和V4可以是任何需要的电压；例如，一个可以是参考电压，其它是与其相关的电源电压。
还可以根据需要使用这些支撑部件1512a、1512b、1512c、1512d的组合。例如，当一对电压短路在一起而另一对不短路时，诸如对于具有共用接地和两个电源(例如，相对于接地的正电源电压和负电源电压)的系统，可以通过将支撑部件1512a和支撑部件1512d交替或者通过将支撑部件1512b和支撑部件1512c交替来形成Z向电容器1500。
应当理解，支撑部件1512c和1512d提供比支撑部件1512a和1512b更少的场对消；但是，通过提供使用单独的Z向电容器来解耦更多电压的能力，支撑部件1512c和1512d可以减少需要形成所需电路的器件的数量。例如，在IC 1550需要解耦2个电压(例如，核心电压和输入/输出(I/O)电压时，通过交替支撑部件1512a和1512d或者支撑部件1512b和1512c形成的Z向电容器1500可以被设置在PCB 1580上并且被连接到核心电压和I/O电压以及它们各自的参考电压。与传统的解耦方法相比，这极大地减少了回路面积，其通常使用通过跨域PCB的表面的迹线连接到IC的一对表面安装的电容器，对于核心电压和I/O电压的每一个使用一个。
例如，图26A和26B分别示出现有技术的IC 2500的部分的俯视示意图和原理图，该IC 2500具有由在PCB 2520的对应的导电球垫(未示出，在球2504下)上安装的导电球2504构成的BGA 2502。IC 2500包括核心区域2510和I/O区域2512，其每一个包含在现有技术中已知的许多逻辑门。一对传统的表面安装电容器2530、2540被安装在PCB 2520上并且被分别连接到I/O区域2512和核心区域2510。具体地，电容器2530通过跨越PCB 2520的表面到球2504a的迹线2532连接至I/O区域2512的电源电压VI，以及通过至球2504b的迹线2534连接至接地电压GND。电容器2540通过至球2504c的迹线2542被连接到核心区域2510的电源电压Vc，以及通过至球2504d的迹线2544被连接至接地GND。在图26A和26B中以虚线示出在电容器2530、2540、核心区域2510和I/O区域2512之间形成的电流回路(I1)。
图27A和27B分别示出IC 2600的部分的俯视示意图和原理图，该IC2600具有在PCB 2620的对应的导电球垫(未示出，在球2604下)上安装的导电球2604的BGA 2602。如同现有技术的IC 2500，IC 2600包括核心区域2610和I/O区域2612，其每一个包含逻辑门。在图27A和27B中示出的示例实施方式中，表面安装的电容器2530、2540被单个Z向电容器取代，例如Z向电容器1500，其安装在PCB 2620内的安装孔中并且连接到核心区域2610和I/O区域2612。具体地，Z向电容器1500的侧沟道1504通过球2604a连接至I/O区域2612的电源电压VI，侧沟道1508通过球2604c连接至核心区域2610的电源电压Vc，并且侧沟道1506、1510通过球2604b、2604d连接至接地电压GND。在图27A和27B中以虚线示出在Z向电容器1500、核心区域2610和I/O区域2612之间形成的电流回路(I2)。如图所示，使用Z向电容器1500的电流路径I2的回路面积相对于使用传统表面安装电容器2530、2540的电流路径I1的回路面积显著减小。另外，相比于与IC 2500隔开并且经由在PCB 2500上的迹线连接至IC 2500的表面安装电容器2530、2540，直接设置在IC 2600下方的Z向电容器1500在PCB 2620上占用少得多的空间。
图28示出与Z向电容器1500相似的具有包括四个电镀的侧沟道1604、1606、1608、1610的主体1602的Z向电容器1600。侧沟道1604、1606、1608、1610环绕器件的边缘周围彼此大致等间隔分离(大约90度)。Z向电容器还包括用于将信号1614传递通过器件的中央导电沟道1612。主体1602由堆叠层或支撑部件1616构成。每个支撑部件1612由介电材料构成，并且利用导电材料电镀以形成如上所述的电容器的板。在一个实施方式中，侧沟道1604和1608被连接到参考电压(GND)1618，侧沟道1606、1610被连接到电源电压(Vcc)1620。如上所述，将电镀的侧沟道1604、1606、1608、1610环绕器件的边缘周围等间隔地隔开减少了Z向电容器1600的净磁通量。
图29A和29B分别更加详细地示出Z向电容器1600的第一支撑部件1616a和第二支撑部件1616b。图29A和29B示出用导电材料电镀的侧沟道1604、1606、1608、1610和中央沟道1612。如图29A所示，连接到GND1618的侧沟道1604和1608经由环形镀膜1622跨越第一支撑部件1616a的上表面彼此连接。相反，连接到Vcc 1620的侧沟道1606和1610的每一个都与在第一支撑部件1616a上的环形镀膜622隔开。如图29B所示，连接到Vcc 1620的侧沟道1606和1610经由环形镀膜1622跨越第二支撑部件1616b的上表面彼此连接。连接到GND 1618的侧沟道1604和1608的每一个都与在第二支撑部件1616b上的环形镀膜1622隔开。如上所述，在图29A和图29B中，中央导电沟道1612在支撑部件1616a和支撑部件1616b上与环形镀膜1622隔开。如上所述，支撑部件1616a和1616b可以交替来形成任何需要的模式，例如1-1、2-1、2-2、3-1等。
图29C和29D示出如上所述的在需要解耦Z向电容器1600中的两个以上电压时使用的交替支撑部件1616c和1616d。如图29C所示，侧沟道1604连接到第一电压V1，侧沟道1608连接到支撑部件1616c上的第二电压V2。环形镀膜1622从侧沟道1604和1608的每一个延伸，并且覆盖支撑部件1616c的上表面的大部分。但是，连接到侧沟道1604的镀膜1622不接触连接到侧沟道1608的镀膜1622。另外，在支撑部件1616c上的镀膜1622与侧沟道1606和1610隔开。如图29D所示，侧沟道1606被连接到第三电压V3，且侧沟道1610被连接到在支撑部件1616d上的第四电压V4。环形镀膜1622从侧沟道1606和1610的每一个延伸并且覆盖支撑部件1616d的上表面的大部分。再一次，连接到侧沟道1606的镀膜1622不接触连接到侧沟道1610的镀膜1622。另外，在支撑部件1616d上的镀膜1622与侧沟道1604和1608隔开。如图29C和图29D所示，中央导电沟道1612与在支撑部件1616c和支撑部件1616d上的环形镀膜1622隔开。
如上所述，根据需要可以使用这些支撑部件1616a、1616b、1616c、1616d的各种组合，例如解耦集成电路的核心电压和输入/输出(I/O)电压。虽然Z向电容器1600被描述成只具有一个信号路径1614，但是可以提供其他的导电沟道来适应差分信号。另外，可以在中央导电沟道1612旁边且在中央导电沟道1612的相对的侧上放置一对其他导电沟道，以便如上参考图13-18所讨论的减少通过器件的传输线阻抗。
具有使用Z向器件的PCB的球栅阵列布置
在传统的BGA(和微型BGA)配置中，通常只有经由在四个球垫的组的中间的用于一个PCB的空间。球垫可以被设置在PCB孔上；但是，在一些例子中，板孔可以将球的导电材料拉入孔，减少球的大小和产生产率问题。可以预先填充孔以便避免该问题，但是需要额外的处理步骤。相反地，本文描述的Z向器件不占用拉动球的导电材料的洞。相反，Z向器件被安装在PCB中的洞内并且可以包括内部导电沟道和/或导电的侧沟道，其暴露在器件的上表面上。导电球垫可以被连接至暴露的导电沟道，使得Z向器件与BGA工艺兼容。
Z向器件可以适合各种配置以改善BGA集成电路的解耦。例如，图30示出在PCB 1790上安装的Z向器件1700的上表面1702，其包括在器件的相对的侧上的一对导电的侧沟道1704、1706以及穿过器件内部的四个等间隔的导电沟道1708、1710、1712、1714。在示出的示例实施方式中，侧沟道1704被连接至参考电压(GND)1716，侧沟道1706被连接至电源电压(Vcc)1718。该连接可以在PCB 1790的内部层上建立。在示出的示例实施方式中，设置侧沟道1704、1706来有效地形成向GND 1716和Vcc1718提供连接的板孔。例如通过在如上所述的器件的内部层上连接侧沟道1704至导电沟道1708、1712，导电沟道1708和1712被连接至GND 1716。导电沟道1710和1714通过类似的方式连接至Vcc 1718。导电球垫1720、1722、1724、1726分别连接至导电沟道1708、1710、1712、1714，以便接收BGA的对应的球(未示出)。在该实施方式中，每个球垫1720、1722、1724、1726被设置在Z向器件1700的表面上，其被插入PCB 1790的安装孔使得球垫1720、1722、1724、1726与PCB 1790的其他球垫齐平。另外，如上所述，参看图24，连接至GND 1716的导电沟道1708、1712和连接至Vcc 1718的导电沟道1710、1714的相对设置提供磁通对消量来减少Z向器件1700的电磁辐射。
图31示出在PCB 1790的安装孔1792内安装的Z向器件1700。使用球栅阵列1760将集成电路1750安装在PCB 1790上。如现有技术中已知的，IC 1750可以在通用封装1752(以虚线示意性地示出)内可操作地连接到BGA 1760。导电沟道1708、1710、1712、1714被分别连接到BGA 1760的对应的球1762、1764、1766、1768。球1762、1764、1766、1768的位置以圆形示出在BGA 1760的上侧。球1762、1764、1766、1768在封装1752内通过焊线1772、1774、1776、1778分别地连接到IC 1750的衬底1754。具体的，焊线1772、1774、1776、1778将球1762、1764、1766、1768分别地连接到衬底1754上的对应的触点1782、1784、1786、1788。相应地，触点1782和1786连接到GND 1716，而触点1784和1788连接到Vcc 1718。连接到GND 1716的触点1782被设置在连接到Vcc 1718的触点1788旁边。类似的，连接到Vcc 1718的触点1784被设置在连接到GND 1716的触点1786旁边。这允许由Z向器件1700实现的磁通量减少通过焊线1772、1774、1776、1778从器件延伸到IC 1750中。在示出的示例实施方式中，触点1782、1784、1786、1788形成电源-接地-接地-电源配置。可替换地，根据需要还可以使用接地-电源-电源-接地配置。以这种方式，一个电源-接地对的磁通量将趋于与另一个对抵消，从而通过球垫1720、1722、1724、1726、球1762、1764、1766、1768和焊线1772、1774、1776、1778减少来自Z向器件1700的电感和电磁辐射。
图32A示出与Z向器件1700相似的Z向器件1800，除了Z向器件1800对于将球垫完全设置在器件上不足够大。Z向器件1800包括通过器件的内部的四个等间隔的导电沟道1808、1810、1812、1814。Z向器件1800不需要侧沟道但是可以代替地通过各自的板迹线1805、1807连接到PCB孔1804、1806来建立与GND 1816和Vcc 1818的连接。然后根据板迹线1805、1807是否被设置在PCB的上或下表面或内部层上，经由在Z向器件1800的上表面、下表面或内部层上的对应的迹线(未示出)可以将GND1816和Vcc 1818分别连接到导电沟道1808、1812和导电沟道1810、1814。导电球垫1820、1822、1824、1826被分别地连接到导电沟道1808、1810、1812、1814。在这个实施方式中，在Z向器件1800的上表面1802和PCB的上表面之间共享各个球垫1820、1822、1824、1826。虽然示出的Z向器件具有四个等间隔的内部导电沟道1808、1810、1812、1814，但是应当理解，还可以使用导电侧沟道。在这个可替换方式中，在各个侧沟道上设置各个球垫1820、1822、1824、1826。
图32B示出与Z向器件1700相似的另外的示例Z向器件1900，除了Z向器件1900可以利用四个球板适应四个不同电压。Z向器件1900包括在器件边缘周围等间隔的四个导电侧沟道1904、1905、1906、1907。Z向器件1900还包括通过器件的内部的四个等间隔的导电沟道1908、1910、1912、1914。在示出的示例实施方式中，侧沟道1904、1905、1906、1907被分别地连接到第一电压(V1)、第二电压(V2)、第三电压(V3)和第四电压(V4)。侧沟道1904、1905、1906、1907中的每一个还连接到各自的导电沟道1908、1910、1912、1914。导电球垫1920、1922、1924、1926被分别地设置在导电沟道1908、1910、1912、1914上的器件1900的上表面1902上。在这个实施方式中，Z向器件1900可以被连接到多达四个不同电压。可替换地，电压V1至V4中的一个或多个可以相同。例如，V1可以与V3相同和/或V2可以与V4相同。在一个实施方式中，V1和V3是共用参考电压，而V2和V4是共用电源电压。在另一个实施方式中，V1和V3是共用参考电压，相对于参考电压，V2是正电源电压，V4是负电源电压。
图32C示出与Z向器件1900相似的Z向器件2000，除了Z向器件2000对于将球垫完全设置在器件上不足够大。Z向器件2000包括通过器件的内部的四个等间隔的导电沟道2008、2010、2012、2014；但是，可以使用导电侧沟道代替。Z向器件2000不包括侧沟道但是代替地经由各自的板迹线2030、2032、2034、2036连接到PCB孔2004、2005、2006、2007来建立与如上所述的电压V1至V4的连接。导电球垫2020、2022、2024、2026被分别地连接到导电沟道2008、2010、2012、2014，使得各个球垫2020、2022、2024、2026在Z向器件2000和PCB之间重叠。
图32D示出包括与六个球垫的连接的另一个示例Z向器件2100。Z向器件2100包括在器件的相对的侧上的一对导电侧沟道2104、2106。Z向器件2100还包括通过器件的内部的六个等间隔的导电沟道2108、2110、2112、2114、2116、2118；但是，还可以使用侧沟道。在示出的示例实施方式中，侧沟道2104、2106被分别连接到GND 2120和Vcc 2122。在这个实施方式中，侧沟道2104、2106被设置成有效地形成板孔，其形成与GND 2120和Vcc 2122的连接。导电沟道2108、2112、2116被连接到GND2120，导电沟道2110、2114、2118被连接到Vcc 2122。六个导电球垫2130、2132、2134、2136、2138、2140被连接到Z向器件2100以接收BGA的对应的球(未示出)。具体地，球垫2130、2132、2136、2138被设置到PCB上并且与Z向器件2100隔开。球垫2130、2132、2136、2138通过跨越PCB和Z向器件2100的对应的迹线2140、2142、2144、2146分别连接到导电沟道2108、2110、2114、2116。球垫2134、2140被PCB和Z向器件2100共享并且被分别地直接连接到导电沟道2112、2118。
图32E示出包括与八个球垫的连接的Z向器件2200的另一个示例实施方式。Z向器件2200包括在器件的边缘围绕的等间隔的四个导电侧沟道2204、2205、2206、2207。Z向器件2200还包括通过器件的内部的总计八个隔开的导电沟道2208、2210、2212、2214、2216、2218、2220、2222；但是，还可以使用侧沟道来代替位于器件边缘附近的内部沟道。在示出的示例实施方式中，侧沟道2204、2206被连接到GND 2230，侧沟道2205、2207被连接到Vcc 2232。导电沟道2208、2216、2218、2222被连接到GND2230，导电沟道2210、2212、2214、2220被连接到Vcc 2232。八个导电球垫2240、2242、2244、2246、2248、2250、2252、2254被连接到Z向器件2200来接收BGA的对应球(未示出)。具体地，球垫2240、2242、2244、2246、2248、2250、2252、2254被分别设置在并且连接到导电沟道2208、2210、2212、2214、2216、2218、2220、2222。
图30和32A至32E不是要进行限制而是旨在说明使用Z向器件与BGA可获得的灵活性。如上所述，基于Z向器件和BGA的大小，可以在Z向器件和BGA之间构建任何数量的连接。另外，可以使用设置在Z向器件上的球垫、Z向器件和板共享的球垫，或者通过使用表面迹线或内部连接将在板上的球垫连接至Z向器件来构建Z向器件和BGA球之间的连接。Z向器件可以通过任何合适的连接而连接至需要的电压，例如通过使用在板的上、下或中间层上的迹线，或者通过提供与Z向之间的导电侧沟道的连接。
应当理解，还可以使用倒装焊接方法将Z向器件连接至集成电路。在这个方法中，在集成电路衬底的表面上设置导电垫。然后在各个垫上沉积焊接点。集成电路衬底然后被翻转(flip)和设置成面对并且与PCB的表面上的对应触点配对。在Z向器件的上或下表面上暴露的导电沟道(侧或者内部)可以包括在PCB上的这些触点的一部分。在焊点与PCB和/或Z向器件配对后，焊料被融化，例如通过应用回流焊(hot air reflow)。然后通常使用电绝缘粘合剂来底部填充(underfill)安装芯片以完成粘合。另外，Z向器件还可以被直接地或间接地连接到集成电路的一个或多个电源引脚。
在一些实施方式中，需要Z向器件的上和下表面中的至少一个的倒棱、圆顶或其它形式的锥形物或引入线(lead-in)，以便易于Z向器件插到PCB中的安装孔中。例如，图33A示出具有在其端部上形成的圆顶2302的Z向器件2300。图33B示出具有倒棱端2306的Z向器件2304。圆顶2302或倒棱2306可以是器件的一部分或附接到器件。在一个实施方式中，圆顶2302或倒棱2306是部分插入PCB内的安装孔的独立的部分。在这个实施方式中，然后Z向器件在圆顶2302或者倒棱2306后被插入以便将其推动通过安装孔，使得圆顶2302或倒棱2306扩展安装孔并阻止该器件切割或撕裂PCB。当圆顶2302或倒棱2306被附着到Z向器件时，其可以被配置成在插入PCB中的安装孔后保持附着到Z向器件或者其可以被用于便于插入并且然后移除。
参考图34A和34B，PCB的厚度和Z向器件的长度的制造变化可以阻止Z向器件与PCB的上和下表面完美齐平。因此，在一个实施方式中，沿着Z向器件2410的侧表面2410s形成导电带2412。导电带2412沿着侧表面2410s运行至Z向器件2410的上或下表面中的任一个。导电带2412可以在形成Z向器件2410以后应用。在示出的示例实施方式中，导电带2412沿着侧表面2410s运行至Z向器件2410的上表面2410t。以这种方式，当Z向器件的上或下表面延伸过PCB的对应的上或下表面时，导电带2412形成在Z向器件2410的各个上或下表面上的迹线2414和在PCB 2418上的迹线2416之间的桥。因此，即使Z向器件2410的上或下表面不与PCB2418的对应的上或下表面齐平，在Z向器件2410上的迹线2414可以连接到PCB 2418上的迹线2416。在图34B示出的示例配置中，导电带2412从Z向器件2410的上表面2410t沿着侧表面2410s运行到一个点，其位于PCB 2418的上表面之下。在一个实施方式中，导电带2412延伸到Z向器件2410的侧面中，从而既减少了它的电阻，还确保了如果例如锥形物的另一个特征之后被应用至Z向器件2410它也不会被去除。
出于说明的目的提出了前述多个实施方式的描述。其不是要将本申请穷尽或者限制为公开的精确形式，并且明显地，根据上述教导可以有许多修改和变形。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以以本文具体阐述之外的方式实践本发明。本申请的范围旨在通过其所附的权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种印刷电路板，包括：
Z向器件，所述Z向器件安装在所述印刷电路板中的安装孔内，所述Z向器件包括：
主体，所述主体具有上表面、下表面和侧表面，所述主体的一部分由绝缘体构成；以及
四个导电沟道，所述四个导电沟道沿所述主体的长度延伸通过所述主体的一部分，所述四个导电沟道大体等间距地环绕所述主体的周界，所述四个导电沟道中的第一导电沟道和第二导电沟道被设置成彼此相对，并且所述四个导电沟道中的第三导电沟道和第四导电沟道被设置成彼此相对；
集成电路，所述集成电路安装在所述印刷电路板的表面上，所述集成电路具有包括四个导电球的球栅阵列，所述四个导电球电连接到所述Z向器件的四个导电沟道中的对应的导电沟道；以及
四条焊线，所述四条焊线将所述球栅阵列的四个导电球电连接到在所述集成电路上的四个对应触点；
其中，所述Z向器件的所述第一导电沟道和所述第二导电沟道电连接到所述印刷电路板的共用接地路径，所述Z向器件的所述第三导电沟道电连接到所述印刷电路板的第一电源电压路径，以及所述Z向器件的所述第四导电沟道电连接到所述印刷电路板的第二电源电压路径，
其中，电连接到所述第一导电沟道的在所述集成电路上的所述四个触点中的第一触点被设置在电连接到所述第三导电沟道的所述四个触点中的第三触点旁边，以及电连接到所述第二导电沟道的所述四个触点中的第二触点被设置在电连接到所述第四导电沟道的所述四个触点中的第四触点旁边。
2.如权利要求1所述的印刷电路板，其中，在所述集成电路上的所述四个触点根据下述之一排成一行：(1)所述第三触点和所述第四触点被设置成在所述第一触点和所述第二触点之间彼此相邻，以及(2)所述第一触点和所述第二触点被设置成在所述第三触点和所述第四触点之间彼此相邻。
3.如权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述第一电源电压路径和所述第二电源电压路径被配置成传输共用电压。
4.如权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述Z向器件与所述印刷电路板的表面齐平安装。
5.如权利要求1所述的印刷电路板，还包括四个导电球垫，每一个所述导电球垫电连接到所述Z向器件的四个导电沟道中的对应的导电沟道，其中，所述球栅阵列的四个导电球中的每一个导电球被设置在所述四个导电球垫中的对应的导电球垫上并且电连接到所述四个导电球垫中的对应的导电球垫，所述四个导电球垫将所述Z向器件的导电沟道电连接至所述球栅阵列的导电球。
6.如权利要求5所述的印刷电路板，其中，所述导电球垫中的至少一个导电球垫被设置在所述Z向器件的顶部上。
7.如权利要求6所述的印刷电路板，其中，所述至少一个导电球垫与所述印刷电路板的Z向器件和所述印刷电路板的表面重叠。
8.如权利要求6所述的印刷电路板，其中，所述整体的至少一个导电球垫被设置在所述Z向器件的顶部上。
9.如权利要求5所述的印刷电路板，其中，所述导电球垫中的至少一个导电球垫被设置在所述印刷电路板的表面上并且通过跨越所述印刷电路板的表面的迹线连接到所述Z向器件的对应的导电沟道。
10.一种印刷电路板，包括：
Z向电容器，所述Z向电容器安装在所述印刷电路板中的安装孔内，所述Z向电容器包括：
主体，所述主体具有上表面、下表面和侧表面，所述主体包括多个堆叠层，所述多个堆叠层由介电材料构成并且在其表面上电镀有导电材料；
四个导电沟道，所述四个导电沟道沿所述主体的长度延伸通过所述主体的一部分，所述四个导电沟道选择性地连接到电镀在所述堆叠层的表面上的导电材料；以及
集成电路，所述集成电路安装在所述印刷电路板的表面上，所述集成电路具有包括四个导电球的球栅阵列，每一个所述导电球电连接到所述Z向器件的四个导电沟道中的对应的导电沟道，所述集成电路具有核心区域和输入/输出区域，所述核心区域具有第一电源电压路径和接地路径，所述输入/输出区域具有第二电源电压路径和所述接地路径，所述第二电源电压路径被配置成传输与通过所述第一电源电压路径传输的电压不同的电压，
其中，所述Z向器件的四个导电沟道中的第一导电沟道和第二导电沟道被电连接到所述接地路径，所述Z向器件的四个导电沟道中的第三导电沟道被电连接到所述第一电源电压路径，以及所述Z向器件的四个导电沟道中的第四导电沟道被电连接到所述第二电源电压路径。
11.如权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述堆叠层中的第一组堆叠层被电连接到所述第一导电沟道和所述第二导电沟道，并且所述堆叠层中的第二组堆叠层被电连接到所述第三导电沟道和所述第四导电沟道，所述第一组堆叠层和所述第二组堆叠层以交替模式进行布置，所述第一导电沟道和所述第二导电沟道通过电镀在所述第一组堆叠层的表面上的导电材料彼此电连接，并且所述第三导电沟道和所述第四导电沟道中的每一个导电沟道被电连接到电镀在所述第二组堆叠层的表面上的导电材料的相应部分，所述第二组堆叠层的表面的导电材料的所述相应部分彼此分离。
12.如权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述Z向器件的四个导电沟道的每一个导电沟道是在所述主体的侧表面内的侧沟道。
13.如权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述四个导电沟道的每一个导电沟道延伸通过与所述主体的侧表面向内隔开的所述主体的内部部分。
14.如权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述Z向器件的主体具有圆柱形横截面形状，并且所述四个导电沟道环绕所述主体的周界彼此间隔大约90度。
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