CN101529650A - 阻抗匹配的电路板 - Google Patents

Abstract

一种利用一系列通孔来进行阻抗匹配的电路板，被四个接地通孔围绕的一个信号通孔利用同轴信号传输线来影响阻抗匹配。所述通孔被电镀并延伸通过电路板的厚度。电路板的两个相对表面都具有导电接地层，并且每一个这样的导电接地层都具有形成于其上的开口以环绕一个或者多个通孔。在顶部表面上，所述开口围绕着信号通孔和接地通孔，而在底部表面上，所述开口仅部分地围绕着信号通孔，并且所述开口包括形成于其中的凸起部分。

Description

阻抗匹配的电路板

技术领域

本发明通常涉及电路板，尤其是涉及阻抗匹配的电路板。

背景技术

一般地，为了与高频同轴连接器连接以便在诸如微波等高频条件下向形成于电路板上的微带线传输信号，会使用在微带线周围和电路板的后侧安排有接地层的电路结构。这可以在日本实用新型申请公开号5-82111的专利文献中看到。

图4显示了一种电路结构，其形成于传统电路板的一表面上，并且图5也显示了一种电路结构，其形成于该传统电路板的另一表面上。

在图4和图5中，801表示由金属薄膜形成并且形成于由绝缘材料制成的电路板的一表面上的第一接地层，802表示由金属薄膜形成并且形成于电路板的另一表面上的第二接地层。另外，803表示穿透电路板的第一穿孔或者第一通孔；在第一穿孔803的周围形成有圆形的第一释放部件808和圆形的第二释放部件809，第一接地层801和第二接地层802从这两个释放部件处以预定的半径移除。804表示穿透电路板的第二穿孔，并且多个这样的穿孔804被排列成马蹄形状以环绕在第一穿孔803的外围。进一步地，在第一穿孔803和第二穿孔804的内圆周面上涂覆有导电金属镀层。

另外，焊接部件806形成于电路板的一个表面的第一通孔803上，并且由金属薄膜制成的微带线807的端部连接至第一穿孔803。然后，高频同轴连接器的中心导体(未图示)通过焊接部件806连接至第一通孔803。进一步地，高频同轴连接器的外部导体连接至第二接地层802。

这里，第一接地层801通过第二通孔804连接至第二接地层802，这样高频同轴连接器的外部导体、通孔804、第一接地层801以及第二接地层802都具有相同的电势。因此，高频同轴连接器的中心导体、第一通孔803以及连接至这个中心导体的微带线807由具有相同电势的高频同轴连接器的外部导体、第二通孔804、第一接地层801和第二接地层802环绕，因此，在高频同轴连接器和电路板之间提供一种稳定电性能的电连接的连接部分是有可能的。

然而，根据传统的电路结构，由于第一接地层801和第二接地层802都形成于第一通孔803和第二通孔804周围，因此，必须提供用来形成微带线807的第三层。

另外，分别形成于第一接地层801和第二接地层802上的第一开口808和第二开口809位于多个第二通孔804内侧，造成了第一开口808和第二开口809实质上具有相同的形状和尺寸。因此，不能实现合适的电阻抗的匹配。

发明内容

考虑到现有技术所遇到的前述问题，本发明的目的在于提供一种电路板，所述电路板的结构使得基准电势层的凸起部分形成于穿孔或者通孔周围的释放部分的区域中，所述凸起部分形成于其上形成有作为微带线的细信号线的表面的相对侧以对应细信号线，因此在使电阻抗容易地和合适地完成匹配的同时，简化了高频同轴连接器的连接部分的结构。

因此，本发明的电路板包括：用于信号传输的通孔，所述通孔与高频同轴连接器的中心导体相连接；用于基准电势的通孔(即接地通孔)，其设置在信号通孔的周围，并且允许高频同轴连接器的用于屏蔽的端子连接至该接地通孔；第一基准电势(即接地)层，其由布置在电路板的一个表面上的导电薄膜形成；细信号线，其连接至所述一个表面上的信号通孔，所述细信号线由导电带形成，并且用作微带线；以及第二基准电势(即接地)层，所述第二基准电势层由位于电路板的另一表面上的导电薄膜形成；其中，第一接地层具有第一开口，在第一开口中一部分导电薄膜被移除，以便环绕在信号通孔的周围；以及其中第二接地层具有第二开口部分，在第二开口部分中一部分导电薄膜被移除，以便环绕在信号通孔的周围，并且第二接地层具有在第二开口中对应细信号线的区域处设置为向信号通孔凸伸出的凸起部分。

在根据本发明的另外一种电路板中，进一步地，凹入部分的宽度至少为所述细信号线的宽度的七倍。

在根据本发明的再一种电路板中，进一步地，所述凹入部分的前端远离所述信号通孔的距离取决于所指定的绝缘电压。

在根据本发明的再一种电路板中，第一接地层进一步包括第一辅助开口，导电薄膜从第一辅助开口中移除，这样第一辅助开口在细信号线的相对两侧的宽度分别至少为细信号线宽度的三倍。

在根据本发明的再一种电路板中，第一开口在其周长内容置信号通孔和所有的接地通孔，第一开口连接至第一辅助开口，第二开口在其周长内容置信号通孔，而接地通孔除外。

根据本发明，电路板具有第二接地层的凸起部分，所述凸起部分形成于与穿孔周围的开口中的细信号线相应的区域，且形成于其上形成有作为微带线的细信号线的电路板的相对表面上。因此，高频同轴连接器的连接部分在它的结构上被简化了，同时使之容易地和适当地完成电路板的电阻抗的匹配。

附图说明

图1A为根据本发明的原理构造的电路板的顶部平面图；

图1B为根据本发明一实施方式的图1A的电路板的底部平面图；

图2为沿着图1A中A-A线的截面图，显示了根据本发明该实施方式的微带线和第一接地层之间的距离关系；

图3显示了根据本发明该实施方式的第二接地层的凸起部分的改进实施例；

图4显示了形成于传统电路板的一个表面上的电路结构；以及

图5显示了形成于该传统电路板的另一个表面上的电路结构。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。图1显示了根据本发明一个实施方式的电路板。进一步地，图1A显示了一个其上形成有微带线的表面，图1B显示了与之相对的一个表面。

在图1A和1B中，电路板31用于一种使用高频波的电子器件，例如通信器件或者测量器件之类。然后，作为举例，诸如SMA(超小型A)连接器(未图示)的高频同轴连接器被连接至电路板31。在这个实施方式中，用来解释电路板31各部件的结构或者移动之类的方向的指代诸如上、下、左、右、前和后之类都不是绝对的，而是相对的。当电路板31的各部件都位于如图所示的位置时，这些指代是合适的。然而，如果电路板31的位置发生改变，那么假定这些指代也会根据电路板31的位置改变而发生改变。

电路板31优选地为平板部件，并且由诸如聚酰亚胺之类的绝缘材料制成。如图1A所示，电路板31的一个表面被作为第一基准电势层的第一接地层56所覆盖，并且如图1B所示，电路板31的另外一个表面也被作为第二基准电势层的第二接地层57所覆盖。第一接地层56和第二接地层57都是导电薄膜，分别由具有低导电电阻的金属例如铜制成。这些接地层在电路板31的表面上分层。进一步地，第一接地层56和第二接地层57可被用来作为电源层，以向将要安装于电路板31上的不同种类的电子元件例如IC(未图示)供应电源电流。然而，在微弱的干扰(thin deception)中，它们将只被解释为是用来接地的接地层。

在电路板31上，穿孔或者通孔61穿过电路板31的厚度，用于信号传输。进一步地，在信号通孔61的周围环绕有多个用于接地的穿孔或者通孔51，例如形成有四个接地通孔来作为用于基准电势的通孔，以在厚度方向上传输通过电路板31。优选地，这些接地通孔51环绕在信号通孔61的周围大致形成一个圆形，并且位于优选地将圆形等分的位置。

另外，假定所有的接地通孔51都具有相同的尺寸。例如，它们具有大约1.6mm的直径，并且相邻通孔之间的距离(即间距)为5.0mm。在另一方面，信号通孔61可以具有不同于接地通孔51的尺寸。这里的说明假定信号通孔61具有与接地通孔51相同的尺寸。

接地通孔51和信号通孔61的内周缘表面包含由低导电电阻金属例如铜制成的涂层薄膜(由电镀或者类似的技术形成)。电路板31具有以环状延伸的保护装置(guard)的形式形成于其上的连接盘(land)，从而环绕接地通孔51和信号通孔61的相对端部的外围。这个连接盘是一层由低导电电阻的金属制成的涂层或者薄膜，其与覆盖接地通孔51和信号通孔61的内周缘表面的薄膜整体地形成。例如，每一个连接盘的外部直径是大约2.0mm。

然后，高频同轴连接器的中心导体(未图示)连接至信号通孔61。这个中心导体同样也是由低导电电阻的金属例如铜制成，并且连接至由高频同轴连接器所端接的高频同轴电缆的中心导体上，以此来传输高频信号。因此，高频信号被传输至信号通孔61。另外，相同高频同轴连接器的用于屏蔽的端子被连接至接地通孔51。这个端子由导电金属制成，以被连接到高频同轴电缆的屏蔽线上，所述高频同轴电缆端接至高频同轴连接器。

如图1A所示，电路板31的上表面具有第一释放部分，或者第一开口32a，在其中，移除了第一接地层56的导电薄膜。这个第一开口32a由圆形的第一图形线33a所形成，所述第一图形线33a指示出了与上表面接地层56相抵接的边缘。这个第一图形线33a为一个圆心位于信号通孔61中心的圆形，并且假定第一图形线33a具有能够包含信号通孔61和接地通孔51的尺寸大小，例如直径为112.0mm。参考标记91代表了一条虚线，所述虚线指示出了连接到电路板31上的前述同轴连接器的轮廓或者边缘。

在第一开口32a处，第一接地层56被移除并且电路板31的绝缘材料被暴露在外面，以在第一开口32a这部分中包含信号通孔61和所有的接地通孔51。这个第一开口32a比起同轴连接器的轮廓91稍大一些。连接盘形成于接地通孔51和信号通孔61的端部并环绕各自的外围。这些连接盘也被包含在第一开口部分32a中。因此，所有信号通孔61的连接盘都没有连接至第一接地层56。各个信号通孔61的连接盘都相互地保持着未连接的状态，并且接地通孔51的连接盘和信号通孔61的连接盘彼此也都未连接。

进一步地，在电路板31的上表面上，设有细信号线66来作为微带线。根据所示的实施例，这个细信号线66的一端连接至信号通孔61，并且在设置于右侧的两个接地通孔51之间沿向右的方向延伸(如图所示)。这种情况下，在第一开口32a的外侧周围，细信号线66的每一个相对侧面上都形成有第一辅助开口32b，同时此开口处第一接地层56的导电薄膜被移除。第一辅助开口32b为由平行于细信号线66的第二图形线33b所形成的部分，第二图形线33b指示出了第一接地层56的边界，并且在第一辅助开口32b处电路板31的绝缘材料也由于第一接地层56的移除而被暴露出来。此外，因为第一辅助开口32b被连接至第一开口32a，第一图形线33a没有形成为一个完整的圆形，而是形成了一个一部分圆形被切割以连接至第二图形线33b的形状。当第一开口32a和32b结合时展现为勺子样的形状(如图1A所示)。

细信号线66是一种由具有低导电电阻的金属(例如铜)制成的薄片或者薄膜所形成的窄线。例如，细信号线66能够由第一接地层56通过诸如蚀刻、激光加工等图形化方法形成。然而，细信号线66也可以由其他各种方法来形成。进一步地，细信号线66连接至信号通孔61的连接盘。所述细信号线66没有连接至接地通孔51的连接盘上。

如图1B所示，在电路板31的另一底表面上形成有第二开口35a，此处第二接地层57的导电薄膜已经被移除。这个第二开口35a由圆形的第三图形线36a所形成，所述第三图形线36a在第二接地层57中形成了一个边界。这个第三图形线36a是一个以信号通孔61为轴心的圆形，并且其尺寸大小能将信号通孔61包含于其中。此外，接地通孔51位于第三图形线36a的外侧，这样所有的接地通孔51都被连接至第二接地层57。

优选地，第二开口部分35a在一定的范围内尽可能地大，但不包括接地用的接地通孔51。优选地，第三图形线36a被形成为具有允许与每一个接地通孔51相接触的尺寸大小，例如直径大约为5.2mm。

考虑到合适地达到阻抗匹配，即减少阻抗的不匹配，第二接地层57需要能够在细信号线66的纵向方向上的整个范围内延伸。因此，与两个接地通孔51之间细信号线66在电路板31的上表面上延伸通过的中间区域相应的第二接地层57的一部分上形成有凸起部分57a，以向信号通孔61凸伸出。这样，与这个凸起部分57a相对的第二释放部分35a形成于第二辅助开口35b中作为一个较小直径的开口。

如图1B所示，在凸起部分57a和第二辅助开口35b之间形成了一个边界的第四图形线36b是一个圆弧。然后，为了减少阻抗的不匹配，凸起部分57a优选尽可能地靠近信号通孔61。因此，第四图形线36b的半径为例如大约1.3mm。第四图形线36b的半径被确定为比起前述信号通孔61的连接盘的轮廓(大约2.0mm)的一半略大一些，为的是使凸起部分57a不接触连接盘，但也不与连接盘离开太远。进一步地，从信号通孔61的连接盘到凸起部分57a的前端部的距离“β”的数值优选为尽可能小，以处于使连接盘和凸起部分57a之间的绝缘性不被破坏的范围内。换句话说，优选地，距离“β”的数值被预设为一范围内的最短值，使得能够根据连接盘和凸起部分57a之间的绝缘电阻，即连接盘和凸起部分57a之间的耐受电压特性承受耐受电压。另外，根据图1B所示的例子，圆弧的第四图形线36b的中心角度“α”的数值为90°，然而这个角度可以作适当地改变。

然后，高频同轴连接器连接至电路板31的一个表面上，如图1A所示。进一步地，用于屏蔽高频同轴连接器的一个端子连接至接地通孔51，并且用于传输高频信号的高频同轴连接器的中心导体连接至信号通孔61。在这种情况下，第一开口32a和第一辅助开口32b都形成得比较大，并且第一接地层56远离细信号线66，这样第一接地层56不会对细信号线66的电阻抗产生影响。进一步地，接地通孔51位于第一开口部分32a内连接至第二接地层57的位置。然而，接地通孔51的连接盘的面积很小，并且接地通孔51不会对细信号线66的电阻抗产生影响。另外，在如图1B所示的电路板31的底表面，第二释放部分35a形成得较大，这样就有可能减少第二接地层57所带来的对电阻抗的任何不利影响。

结果，细信号线66的阻抗仅根据其与第二接地层57的耦合来确定。另外，细信号线66的阻抗没有受到信号通孔61的影响。因而，在电路板31的底表面上，只有通过位于对应细信号线66位置处的第二接地层57的匹配，才能够达到细信号线66的电阻抗的匹配。换句话说，阻抗能够被匹配。进一步地，第二接地层57只在凹入部分57a处靠近信号通孔61，这有可能减少阻抗的不匹配。

接下来，将描述一个第二接地层57的凹入部分57a的改进实施例。

图2是沿着图1A中A-A线的截面图，显示了根据本发明该实施方式的微带线和第一接地层的距离关系，而图3显示了根据本发明该实施方式的第二接地层的凸起部分的改进实施例。

通常地，在由带状金属材料所制成的细信号线的宽度被形成为“W”的情形下，如果在细信号线的相对两端移除金属层的部分的宽度被设置在3W到5W之间，甚至在设有接地层的共面结构情况下，细信号线能够被看做是微带线。因此，根据本实施方式，如图2所示，如果细信号线66的宽度被形成为“W”，那么位于细信号线66两侧的第一辅助释放部分32b的宽度分别被设为3W或者更多。

然后，根据如图3所示的实施例，第二接地层57的凸起部分57a被形成为近似矩形的形状。在这种情况下，这个凸起部分57a的宽度被预设为一个通过在宽度为W的细信号线66的两侧增加第一辅助开口32b的宽度而获得的数值，即不少于7W的数值。进一步地，从信号通孔61的连接盘到凸起部分57a的前端的距离优选为在一范围内尽可能地短，从而防止连接盘和凸起部分57a之间的电绝缘被破坏，这与如图1B所示的实施方式类似。

在这种情况下，当宽度至少为7W的凸起部分57a形成的时候，具有足够大宽度的第二接地层57被设置在细信号线66上面相对信号通孔61更近的位置，这样，由于第二接地层57的匹配，细信号线66的阻抗能够被成功地匹配，并因此可减少阻抗的不匹配。

因此，根据本实施方式，第一接地层56具有移除了导电薄膜的第一开口32a，以此由第一开口32a来环绕信号通孔61的外围，并且第二接地层57具有移除了导电薄膜的第二开口35a，以此由用于信号传输的第二开口35a来环绕信号通孔61的外围，在第二开口35a中对应于细信号线66的区域还设有用于信号传输的向穿孔61凸伸出的凹入部分57a。

因此，只能够通过匹配第二接地层57来匹配细信号线66的阻抗。另外，由于第二接地层57只在凹入部分57a靠近信号通孔61，有可能减少阻抗的任何不匹配。

另外，凹入部分57a的宽度至少为细信号线66的宽度的七倍。在这种情况下，由于在细信号线66中，具有足够大宽度的第二接地层57与靠近信号通孔61的位置相应，能够减少阻抗的不匹配。

本发明不限于上述的实施方式，基于本发明的要旨能够以各种方式作出各种变化，这些变化并不脱离本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种具有相对表面的电路板，包括：

(a)导电信号通孔，其延伸穿过电路板的厚度，高频同轴连接器的中心导体连接于该信号通孔；

(b)多个用于基准电势的导电接地通孔，其延伸穿过所述电路板的厚度并且设置在所述信号通孔的外围，使得高频同轴连接器的用于屏蔽的端子连接至该接地通孔；

(c)第一接地层，其由导电薄膜形成，位于电路板的一个表面上；

(d)细信号线，其连接至所述信号通孔，并且作为电路板的所述表面上的微带线；以及

(e)第二接地层，其由导电薄膜形成，位于所述电路板的另一个表面上；

其特征在于，

(f)所述第一接地层具有第一开口，其中导电薄膜被移除，以形成环绕着所述信号通孔的第一开口；以及

(g)所述第二接地层具有第二开口，其中导电薄膜被移除，以形成环绕着所信号通孔的外围的第二开口，所述第二开口包括凸起部分，所述凸起部分在所述第二开口的释放部分中对应所述细信号线的区域内向所述信号通孔凸伸出。

2、根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述凸起部分的宽度至少为所述细信号线的宽度的七倍。

3、根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述凸起部分的前端远离所述信号通孔的距离根据绝缘耐受电压来确定。

4、根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第一接地层包括第一开口，其中所述导电薄膜被移除，从而在所述细信号线的两侧的宽度分别至少为所述细信号线的宽度的三倍。

5、根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，

(a)第一开口在其中包含所述信号通孔，并且所有的所述接地通孔连接至该第一开口；以及

(b)第二开口在其中包含信号通孔而不包含任何接地通孔。

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