CN100428870C - 六层印刷电路板叠层结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种六层印刷电路板叠层结构，其中第一层为镀膜铜基、第二层为1.0oz铜基、第三层为0.5oz铜基、第四层为0.5oz铜基、第五层为1.0oz铜基而第六层为镀膜铜基，其中第二层为地平面，第五层为电源平面、第一、三、四、六层为信号线，第一、三、四、六层的信号线阻抗相同。采用本发明的技术方案，即使在实际PCB布线设计时必须要多次换层布线，此种发明结构仍然可以确保换层布线后的布线阻抗维持不变，能有效避免所传输的信号的反射、波形扭曲和振铃的现象。

Description

六层印刷电路板叠层结构

技术领域

本发明涉及印刷电路板领域，更具体地说，涉及一种六层印刷电路板叠层结构。

背景技术

印刷电路板(PCB)是目前广泛使用的电子线路器件，一般而言，信号会经过一定长度的PCB布线来提供负载端使用，但是如果在传输途径上，传输线(即PCB布线)的阻抗有变化，就会产生信号反射的现象，从而影响所传输的信号的质量，尤其对于高速信号来说，由于传输线路阻抗不匹配而造成的影响由其严重。如果有信号反射的现象产生，信号的波形将会受到影响，会造成信号波形扭曲、信号振铃以及毛刺(overshoot)等现象。参考图1所示，图1中的信号波形Va是传输线路不匹配的波形图，而图1中的信号波形Vb是传输线路匹配的波形图，从中可见Va的波形受到反射而造成了严重的扭曲以及振铃现象。图2是图1的两种信号的频谱图，从图2中可见，Va信号的频谱有严重的毛刺(overshoot)现象，造成的电磁波辐射强度很大，这会严重影响信号的质量，而Vb信号的频谱中毛刺较少，电磁波辐射的强度大大降低。由此可见，印刷电路板中信号传输线的阻抗是否匹配对于所传输的信号质量的影响是很大的。

但是，在现有技术中，所使用的印刷电路板的信号传输线阻抗往往不能做到匹配。图3示出了现有技术中的一种PCB板的叠层结构，参照叠层结构，该种PCB以FR-4材料制造，总板材厚度为1.6mm，介电系数为4.2。信号线以5mil的宽度进行PCB布线。该种PCB板的具体结构如下：第一层为镀膜铜基、第二层为1.0oz铜基、第三层为0.5oz铜基、第四层为0.5oz铜基、第五层为1.0oz铜基而第六层为镀膜铜基，其中第二层为地平面，第五层为电源平面、第一、三、四、六层为信号线。在第一层之上和第六层之下具有焊接掩膜层，其他各层之间有介电层。六层结构中的各层厚度以及焊接掩膜层和介电层的厚度如下：

焊接掩膜层	0.4mil
		第一层(镀膜铜基)	2.0mil
第一介电层	16.0mil
		第二层(1.0oz铜基)	1.4mil
第二介电层	6.0mil
		第三层(0.5oz铜基)	0.7mil
第三介电层	8.0mil
		第四层(0.5oz铜基)	0.7mil
第四介电层	6.0mil
		第五层(1.0oz铜基)	1.4mil
第五介电层	16.0mil
		第六层(镀膜铜基)	2.0mil
焊接掩膜层	0.4mil

经微带线(Microstrip)及带线(Stripline)的PCB阻抗计算公式得到如下的信号线阻抗数据：

第一层及第六层的信号线阻抗为105欧姆；

第三层及第四层的信号线阻抗为55欧姆；

该种结构中，当信号线换层布线后，即从第一层/第六层转换到第三层/第四层时(参考图4，图4说明了采用上述结构中的信号线换层布线的示意图)，传输线的阻抗可能会有55欧姆的阻抗差距；信号线本身存在阻抗不匹配的问题，导致信号品质不良(信号波形扭曲、信号振铃以及Overshoot等不良的情况)，造成电磁波幅射强度增大。

现有技术中的另一种六层印刷板叠层结构如图5所示：该种PCB也以FR-4材料制造，总板材厚度为1.6mm，介电系数为4.2。信号线以5mil的宽度进行PCB布线。该种PCB板的具体结构如下：第一层为镀膜铜基、第二层为0.5oz铜基、第三层为1.0oz铜基、第四层为1.0oz铜基、第五层为0.5oz铜基而第六层为镀膜铜基，其中第三层为地平面，第四层为电源平面、第一、二、五、六层为信号线。在第一层之上和第六层之下具有焊接掩膜层，其他各层之间有介电层。六层结构中的各层厚度以及焊接掩膜层和介电层的厚度如下：

焊接掩膜层	0.4mil
		第一层(镀膜铜基)	2.0mil
第一介电层	5.0mil
		第二层(0.5oz铜基)	0.7mil
第二介电层	4.0mil
		第三层(1.0oz铜基)	1.4mil
第三介电层	36.0mil
		第四层(1.0oz铜基)	1.4mil
第四介电层	4.0mil
		第五层(0.5oz铜基)	0.7mil
第五介电层	5.0mil
		第六层(镀膜铜基)	2.0mil
焊接掩膜层	0.4mil

经Microstrip(微带线)及Stripline(带线)的PCB阻抗计算公式得到如下的信号线阻抗数据：

第一层及第六层的信号线阻抗为88欧姆；

第二层及第五层的信号线阻抗为60欧姆；

该种结构中，当信号线换层布线后，即从第一层/第六层转换到第二层/第五层时(参考图6，图6说明了采用上述结构中的信号线换层布线的示意图)，信号线换层布线后，传输线的阻抗可能会有28欧姆的阻抗差距；信号线本身存在阻抗不匹配的问题，导致信号品质不良(信号波形扭曲、信号振铃以及Overshoot等不良的情况)，造成电磁波幅射强度增大。

从上面的示例中可见，现有技术中所采用的印刷板叠层结构都存在信号传输线阻抗不匹配的问题，

发明内容

本发明的目的就在于提供一种信号线阻抗匹配的印刷电路板的叠层结构，以改善信号传输的质量。

根据本发明，提供一种六层印刷电路板叠层结构，其中第一层为镀膜铜基、第二层为1.0oz铜基、第三层为0.5oz铜基、第四层为0.5oz铜基、第五层为1.0oz铜基而第六层为镀膜铜基，其中第二层为地平面，第五层为电源平面、第一、三、四、六层为信号线，其特征在于，第一、三、四、六层的信号线阻抗相同。

该种结构中，所述第一层之上和第六层之下有焊接掩膜层，其他各层之间有介电层。

上述的结构中，第一层和第六层镀膜铜基的厚度为2.0mil，第二层和第五层1.0oz铜基的厚度为1.4mil，而第三层和第四层0.5oz铜基的厚度为0.7mil。所述第一层和第二层之间的第一介电层厚度与第五层和第六层之间的第五介电层相同，第二层和第三层之间的第二介电层与第四层和第五层之间的第四介电层厚度相同。并且所述第一、第五介电层和所述第二、第四介电层的厚度基本相当，且所述第三层和第四层之间的第三介电层的厚度为第二、第四介电层的5倍。

按照本发明的一实施例，各介电层的具体厚度如下：第一、第五介电层的厚度为5.0mil，所述第二、第四介电层的厚度为6.0mil，而所述第三介电层的厚度为30.0mil。而所述第一层之上和第六层之下的焊接掩膜层厚度均为0.4mil。

具有该种结构的印刷电路板(PCB)，所述第一、三、四、六层的信号线阻抗均为59欧姆。

采用本发明的技术方案，此种六层板印刷电路板的发明结构，克服了现有技术中的问题，使信号线的布线阻抗达到匹配的要求，即使在实际PCB布线设计时必须要多次换层布线，此种发明结构仍然可以确保换层布线后的布线阻抗维持不变。本发明的方案还同时考虑了第三及第四布线层可能存在的信号串扰问题，因此加大了第三布线层与第四布线层之间的间距，此间距为第二、三层及四、五层间距的五倍，可有效减少第三、四层间信号串扰的现象。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的说明而变得更加明显，在附图中相同的附图标记表示相同的特征，其中：

图1是在阻抗匹配和不匹配的信号传输线中传输的信号的波形图；

图2是上述信号的频谱图；

图3是现有技术中的一种PCB板的叠层结构；

图4是在图3所示的结构中换层布线时的阻抗匹配问题；

图5是现有技术中的另一种PCB板的叠层结构；

图6是在图3所示的结构中换层布线时的阻抗匹配问题；

图7是本发明的PCB板的叠层结构；

图7是本发明的结构中换层布线时的阻抗匹配问题。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参考图7所示，本发明的六层印刷电路板叠层结构中，第一层为镀膜铜基、第二层为1.0oz铜基、第三层为0.5oz铜基、第四层为0.5oz铜基、第五层为1.0oz铜基而第六层为镀膜铜基，其中第二层为地平面，第五层为电源平面、第一、三、四、六层为信号线。在第一层之上和第六层之下有焊接掩膜层，其他各层之间有介电层。图7所示的实施例中，各层以及焊接掩膜层和介电层的厚度如下：

焊接掩膜层	0.4mil
		第一层(镀膜铜基)	2.0mil
第一介电层	5.0mil
		第二层(1.0oz铜基)	1.4mil
第二介电层	6.0mil
		第三层(0.5oz铜基)	0.7mil
第三介电层	30.0mil
		第四层(0.5oz铜基)	0.7mil
第四介电层	6.0mil

第五层(1.0oz铜基)	1.4mil
		第五介电层	5.0mil
第六层(镀膜铜基)	2.0mil
		焊接掩膜层	0.4mil

从中可见，本发明的结构增加了第三介电层的厚度，使之达到第二、第四介电层的5倍，从而有效地减少第三层和第四层之间可能发生的串扰现象。

需要说明的是，上述表中列出的以及在附图7中示出的只是本发明的一个实施例，其中的具体厚度不应该被视为对于本发明的限制，本领域的一般技术人员应该理解，只需要：第一层和第二层之间的第一介电层厚度与第五层和第六层之间的第五介电层相同，第二层和第三层之间的第二介电层与第四层和第五层之间的第四介电层厚度相同。第一、第五介电层和所述第二、第四介电层的厚度基本相当。并且，第三层和第四层之间的第三介电层的厚度为第二、第四介电层的5倍，都可以实现本发明的目的。

继续回到图7，按照图7所示的参数的结构，第一、三、四、六层的信号线阻抗均为59欧姆。

该种结构中，当信号线换层布线后，即从第一层/第六层转换到第三层/第四层时(参考图8，图8说明了采用本发明的结构中的信号线换层布线的示意图)，由于这种六层板印刷电路板的发明结构使每一个可布线层的阻抗达到相同，在实际的PCB布线设计时，无论信号线在任何一个可布线层布线，其信号线的布线阻抗均可保持相同。由于信号线的布线阻抗达到匹配，反射现象大幅减少，改善了信号波形的完整性，使信号波形扭曲、信号振铃以及Overshoot等不良的情况大幅减轻，进而降低了电磁波幅射的强度。

根据本发明的技术方案，使印刷电路板中信号线的布线阻抗达到匹配的要求，即使在实际PCB布线设计时必须要多次换层布线，此种发明结构仍然可以确保换层布线后的布线阻抗维持不变，能有效避免所传输的信号的反射、波形扭曲和振铃的现象。本发明还考虑了第三及第四布线层可能存在的信号串扰问题，因此加大了第三布线层与第四布线层之间的间距(30mil)，此间距为第二、三层及四、五层间距的五倍，可有效减少第三、四层间信号串扰的现象。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种六层印刷电路板叠层结构，其中第一层为镀膜铜基、第二层为1.0oz铜基、第三层为0.5oz铜基、第四层为0.5oz铜基、第五层为1.0oz铜基而第六层为镀膜铜基，其中第二层为地平面，第五层为电源平面、第一、三、四、六层为信号线，其特征在于，

第一、三、四、六层的信号线阻抗相同；

所述第一层之上和第六层之下有焊接掩膜层，其他各层之间有介电层；

所述第一层和第六层镀膜铜基的厚度为2.0mil，第二层和第五层1.0oz铜基的厚度为1.4mil，而第三层和第四层0.5oz铜基的厚度为0.7mil；

所述第一层和第二层之间的第一介电层厚度与第五层和第六层之间的第五介电层相同，第二层和第三层之间的第二介电层与第四层和第五层之间的第四介电层厚度相同。

2.如权利要求1所述的六层印刷电路板叠层结构，其特征在于，所述第一、第五介电层和所述第二、第四介电层的厚度相当。

3.如权利要求1所述的六层印刷电路板叠层结构，其特征在于，所述第三层和第四层之间的第三介电层的厚度为第二、第四介电层的5倍。

4.如权利要求1所述的六层印刷电路板叠层结构，其特征在于，所述第一、第五介电层的厚度为5.0mil，所述第二、第四介电层的厚度为6.0mil，而所述第三介电层的厚度为30.0mil。

5.如权利要求1所述的六层印刷电路板叠层结构，其特征在于，所述第一层之上和第六层之下的焊接掩膜层厚度均为0.4mil。

6.如权利要求1至5中任一项所述的六层印刷电路板叠层结构，其特征在于，所述第一、三、四、六层的信号线阻抗均为59欧姆。

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