CN102053650B - 背板系统及背板信号线布线方法 - Google Patents

Abstract

一种背板信号线布线方法和一种背板系统，其中，所述背板信号线布线方法包括：根据待传输信号对串扰的敏感程度，将信号线分为第一类信号线与第二类信号线，其中，所述第一类信号线中所传输的信号，相较于所述第二类信号线中所传输的信号，对串扰更为敏感；按照所述信号线的分类，设置印刷电路板中的过孔，并去除部分过孔在部分电路层中的孔分支；依次对所述第一类信号线和第二类信号线进行布线，使所述第一类信号线分布于具有较少孔分支的电路层。本发明有效地利用了背板中的电路层空间，显著地降低孔分支对穿越电路层的信号线所产生的串扰。

Description

背板系统及背板信号线布线方法

技术领域

本发明涉及服务器组装技术，尤其是背板系统以及背板信号线布线方法。

背景技术

随着系统吞吐量要求的日益提高，老式的并行背板技术已经逐渐被串行技术所代替。串行背板技术具有极大的优越性，不但被广泛用于通信系统、计算机系统、存储系统，还被应用到电视广播系统、医疗系统、防御系统和工业/测试系统等。

背板系统通常包括多层印刷电路板(PCB)以及分布在各层之间的信号线、连接器等。信号线必须经由过孔才能从背板的外表面进入印刷电路板各电路层，在过孔处有一个从连接器管脚到内部信号层的连接，信号线再在这一层中进行布线。其中，所述过孔用以作为电气连接、固定或定位的器件。

背板系统是整个系统的“心脏”，它必须能够在各单元之间提供可靠的信号传输，信号的衰减会导致无法被背板应用检测到。尤其是在在高速背板的设计中，确保具有很高的信号完整性至关重要。背板上的信号衰减通常有四个不同的来源：PCB上的信号线、连接器、芯片封装和过孔。

参考图1，过孔100一般包括：孔101，孔101周围的焊盘102，以及外围的隔离盘103。一般来说，可通过下列工艺步骤以实现过孔100：首先，在孔101的圆柱面壁上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通过孔100所经过的中间各层需要连通的铜箔；接着，在过孔100的上下两面做成焊盘102，便于实现与上下两面的线路的连通，在具体设计中，可根据需要选择相连通或不连通；最后，在焊盘102的外围形成隔离盘103，用于与周围的过孔形成电性隔离。

一般来说，过孔中往往填充金属铜或其它导电材料，这使得过孔存在着对地的寄生电容以及寄生电感。过孔的寄生电容会给信号的传输造成影响，例如延长了传输信号的上升时间，降低了传输速度，寄生电容值越小则所产生的影响越小，所述寄生电容分别与焊盘和隔离盘之间的直径差值、印刷电路板厚度成正比；而过孔的寄生电感会削弱电路的滤波功能，所述寄生电感受到孔的长度和直径的影响。

如何进行信号布线以及过孔设置，以有效地降低串扰和信号衰减，甚至降低整个印刷电路板的厚度，提高布线密度，一直是本领域技术人员研究的课题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种背板系统以及背板信号线布线方法，有效地降低串扰和信号衰减。

为解决上述问题，本发明提供了一种背板信号线布线方法，包括：根据待传输信号对串扰的敏感程度，将信号线分为第一类信号线与第二类信号线，其中，所述第一类信号线中所传输的信号，相较于所述第二类信号线中所传输的信号，对串扰更为敏感；按照所述信号线的分类，设置印刷电路板中的过孔，并去除部分过孔在部分电路层中的孔分支；依次对所述第一类信号线和第二类信号线进行布线，使所述第一类信号线分布于具有较少孔分支的电路层。

可选的，所述第一类信号线用于传输高速信号、或者时钟信号、或者电源信号/接地信号。

可选的，所述高速信号包括传输速率大于1Gbit/s的信号。

可选的，所述按照信号线的分类设置印刷电路板中的过孔包括：设置过孔的数目和位置排布；确定需要去除孔分支的过孔的数目和位置排布。

可选的，所述确定需要去除孔分支的过孔的数目包括：根据第二类信号线的数目对所述需要去除孔分支的过孔数目进行确定。

可选的，所述需要去除孔分支的过孔数目与所述第二类信号线的数目相等。

可选的，所述确定需要去除孔分支的过孔的位置排布包括：使第一类信号线所经过过孔的隔离盘与第二类信号线所经过过孔的隔离盘之间保持尽可能大的距离。

可选的，采用反向钻孔的方式，去除部分过孔在部分电路层中的孔分支。

可选的，所述部分电路层为所述印刷电路板底部至少一层电路层。

可选的，所述依次对第一类信号线和第二类信号线进行布线，包括：将所述第一类信号线布设于印刷电路板底部且具备较少孔分支的电路层。

可选的，所述依次对第一类信号线和第二类信号线进行布线，包括：先对所述第一类信号线进行布线，将所述第一类信号线布设于具备较少孔分支的电路层，然后，再对所述第二类信号线进行布线。

本发明还提供了一种背板系统，包括：至少一块印刷电路板，位于所述印刷电路板中的多个过孔，位于所述印刷电路板表面且与每个所述过孔相对应设置的连接部件，以及通过所述过孔与所述印刷电路板内部各电路层传输信号的信号线，其中，所述信号线包括第一类信号线和第二类信号线，所述第一类信号线所传输的信号相较于所述第二类信号线所传输的信号，对串扰更为敏感，并且所述第一类信号线位于所述印刷电路板中孔分支较少的电路层。

可选的，所述第一类信号线用于传输高速信号、或者时钟信号、或者电源信号/接地信号。

可选的，所述印刷电路板中孔分支较少的电路层为所述印刷电路板底部的电路层。

可选的，所述背板厚度可为3-8毫米。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：根据所传输信号受串扰干扰的严重程度，对不同的信号线区别对待，通过将受串扰干扰严重的信号线布设于具备较少孔分支的电路层中，从而有效地利用了背板中的电路层空间，显著地降低孔分支对传输信号所产生的串扰以及信号衰减，进而提高背板的传输性能，以及减少背板厚度。

附图说明

图1是现有技术中过孔的结构示意图；

图2是本发明背板信号线布线方法一种实施方式的流程示意图；

图3是本发明背板信号线布线方法中按照所述分类的信号线对印刷电路板的过孔进行设置一种实施方式的流程示意图；

图4a和图4b分别是通孔布线实施方式和换层布线实施方式的剖面示意图；

图5是本发明背板信号线布线方法中采用反向钻孔的方式去除部分过孔在部分电路层中的孔分支一种实施方式的剖面示意图；

图6是本发明背板信号线布线方法中对所述第一类信号线和第二类信号线进行布线一种具体实施例的剖面示意图；

图7是本发明背板系统一种实施方式的结构示意图；

图8是本发明背板系统一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

过孔中有用的部分，也就是用于在印刷电路板的不同电路层之间传递信号，通常被称为过孔管，邻近过孔管所传输的电信号可能会成为串扰的一个主要来源。此外，传统的电镀通孔有一段没有用于信号传输，这一段没使用或不需要的部分叫做孔分支或分支，由于这些孔分支中仍旧填充了金属铜或其它导电材料，因此会在某些频率上引起谐振，从而严重影响信号的传输。

发明人通过长期的研究和实验，提出了一种背板信号线布线方法以及背板系统，合理地利用了背板中各层的分布，通过去除部分过孔的孔分支，并将对串扰敏感的信号线布设于具有较少孔分支的层中，从而显著地减小了串扰和信号衰减。所述背板信号线布线方法以及背板系统适用于高速背板，尤其是传输速率为5Gbit/s-10Gbit/s的超高速背板。

参考图2，本发明背板信号线布线方法的一种实施方式包括：步骤S1，根据待传输信号对串扰的敏感程度，将信号线分为第一类信号线与第二类信号线，其中，所述第一类信号线中所传输的信号，相较于所述第二类信号线中所传输的信号，对串扰更为敏感；步骤S2，按照所述信号线的分类，设置印刷电路板中的过孔，并去除部分过孔在部分电路层中的孔分支；步骤S3，依次对所述第一类信号线和第二类信号线进行布线，使所述第一类信号线分布于具有较少孔分支的电路层。

在步骤S1中，所述第一类信号线用于传输对串扰较为敏感的信号，例如，用于传输传输速率大于1Gbit/s的高速信号、或者时钟信号、或者电源信号/接地信号等。而所述第二类信号线可用于传输其它对串扰较为不敏感，例如低速信号等。

参考图3，在步骤S2中，按照所述分类的信号线对印刷电路板的过孔进行设置，具体来说，可包括：步骤S201，设置过孔的数目和位置排布，以及步骤S202，确定需要去除孔分支的过孔的数目和位置排布。

在步骤S201中，可通过避免信号线在印刷电路板各电路层之间的切换，以减少过孔的数目，从而尽可能地避免过孔所引起的串扰。例如，当信号线401需要布设于第N层时，参考图4a，可采用一个贯穿至第N层的通孔用于布设信号线401，而不是通过多个分别位于不同层过孔的连接与切换来实现布线，如图4b所示。

在步骤S201中，对于过孔的位置排布，可尽量使过孔隔离盘的半径越大越好，以减小寄生效应的不利影响。

此外，步骤S201还可包括：根据印刷电路板所布设的信号线的密度大小以及信号线种类，选择合理的过孔尺寸，例如，对于密度大的印刷电路板，采用孔径、焊盘半径以及隔离盘半径都较小的过孔；又例如，对于用于第一类信号线中的电源和地线，可采用较大的过孔，以减小阻抗。

由于所述第一类信号线中的传输信号相较于所述第二类信号线中的传输信号对串扰更为敏感，而孔分支中的金属铜或其它导电材料容易引起串扰，因此，可尽量减少第一类信号线所布设层中的孔分支，或者将所对应的孔分支中的金属铜或其它导电材料去除，具体来说，在步骤S202中，可根据第二类信号线的数目，获得所述需要去除孔分支的过孔数目。在一种具体实施例中，可使所述需要去除孔分支的过孔数目与所述第二类信号线的数目相等。

此外，步骤S202还可包括：根据设计需要，对这些需要去除孔分支的过孔的位置排布进行设置，例如，可通过使第一类信号线所经过过孔与第二类信号线所经过过孔之间保持尽可能大的距离，以有效地减小串扰的影响。

在步骤S2中，去除部分过孔在部分电路层中的孔分支，具体来说，可采用反向钻孔的方式，通过去除所确定的孔分支中的铜或其它导电材料的方式，也就消除了孔分支。

参考图5，当确定需要去除过孔M位于第N层以下的孔分支时，采用反向钻孔的方式，从印刷电路板背面用钻孔的方式去除过孔M位于第N层以下孔分支中的铜。此时，在第N层以下的层中不存在过孔M的分支。在其它实施方式中，还可采用其它工艺方法去除所述孔分支中的金属铜或其它导电材料，以去除部分过孔在部分电路层中的孔分支。

当完成对过孔的处理之后，接下来，执行步骤S3。具体来说，步骤S3可包括：先对所述第一类信号线进行布线，将所述第一类信号线布设于具备较少孔分支的电路层，然后，再对所述第二类信号线进行布线。

参考图6，在背板的一块区域中，具有过孔M1-M7，用于布设第一类信号线L1-L3以及第二类信号线T1-T4，其中，第一类信号线L1-L3所传输信号中任一信号的传输速率都大于1Gbit/s，且第一类信号线L3中传输信号的传输速率大于第一类信号线L1或L2中的传输信号。

应用本发明背板信号线布线方法的一种具体实施例，首先，根据第二类信号线的数目，确定用于传输第二类信号线的过孔数目，例如，通过过孔M1、过孔M2、过孔M6和过孔M7分别传输第二类信号线T1-T4，则通过反向钻孔的方式，去除过孔M1、过孔M2、过孔M6和过孔M7在第N0层电路层以下孔分支中的金属铜。

接着，用于传输第一类信号线L1-L3的过孔M3-M5分别在第N1层、第N2层和第N3层中的分布符合以下规律：第N1层不具备过孔M3和过孔M4的孔分支，第N2层中都不具备过孔M3的孔分支。具体来说，可通过反向钻孔的方式，去除过孔M3-M5在相应电路层分支中的金属铜。

然后，将第一类信号线L1-L3通过过孔M3-M5分别布设于底部的第N3层、第N2层和第N1层；具体地，可将第一类信号线L1通过过孔M3布设于底部的N3层，将第一类信号线L2通过过孔M4布设于底部的N2层，并将用于传输速率最高的信号的第一类信号线L3通过过孔M5布设于底部具有最少孔分支的N1层。

然后，将第二类信号线T1-T4分别通过过孔M1、过孔M2、过孔M6和过孔M7布设于第N0层以上，例如，可将第二类信号线T1通过过孔M1和进行布设，将第二类信号线T2通过过孔M7进行布设，将第二类信号线T3通过过孔M2进行布设，以及将第二类信号线T4通过过孔M6进行布设。

由于第一类信号线L3中的传输信号具有高传输速率，其对串扰最为敏感，因此将其布设于具有最少孔分支的电路层N1，相应地，对于第一类信号线L1和L2，也将其设置于具有较少孔分支的电路层，如分别布设于第N3层和第N2层，以实现串扰和信号衰减的显著降低。

在另一种实施方式中，步骤S3可包括：先将所述第二类信号线通过已去除孔分支的过孔进行布设，然后，再将所述第一类信号线布设于具备较少孔分支的层中。

此外，在步骤S3中，对所述第一类信号线中各种信号线，以及对所述第二类信号线中各种信号线进行布设的过程具体还可包括：根据设计需要以及常规的布线规则，对各信号线进行布设。例如，可在布设换层信号线的过孔附近放置一些接地的过孔，为换层的所述信号线中的传输信号提供短距离回路。

上述本发明背板信号线布线方法各实施方式中根据传输信号的性质对信号线进行分类，并将受串扰干扰严重的信号线布设于具备较少孔分支的层中，具体地，可通过反向钻孔的方式，去除过孔位于底层的孔分支中的金属铜和其它导电材料，并将受串扰干扰严重的信号线布设于这些已具备较少孔分支的层中，从而能够有效地利用背板中的电路层空间，显著地降低串扰和信号衰减，进而提高背板的传输性能，以及减少背板厚度。

此外，参考图7，本发明还提供了一种背板系统的实施方式，其中，背板200包括：至少一块印刷电路板210，位于印刷电路板210中的多个过孔220，位于印刷电路板210表面且与每个过孔220相对应设置的连接部件230，以及通过过孔220与印刷电路板210内部各电路层传输信号的信号线，其中，所述信号线包括第一类信号线240和第二类信号线250，第一类信号线240所传输的信号相较于第二类信号线250所传输的信号，对串扰更为敏感，并且第一类信号线240位于印刷电路板210中孔分支较少的电路层。

具体来说，第一类信号线240可包括用于传输传输速率大于1Gbit/s的高速信号、或者时钟信号、或者电源信号/接地信号等信号的信号线。而第二类信号线可为用于传输其它对串扰较为不敏感例如低速信号等信号的信号线。

在一种实施方式中，印刷电路板210中孔分支较少的电路层可为印刷电路板210底部的电路层。参考图8，过孔221与过孔222在底部电路层211中无孔分支，也就是说，相较于上部电路层212，底部电路层211具有较少的孔分支；此时，可将对串扰敏感的信号线241分布于印刷电路板210底部的电路层211，以减少由于孔分支中填充的导电材料，例如金属铜等，对信号线241所产生的串扰影响。

具体地，本发明背板系统的厚度可为3-4毫米，特别地，在具体实施例中，所述背板系统的厚度甚至可达到8毫米。

相较于现有背板系统，本发明背板系统上述实施方式有效地利用背板中的电路层空间，显著地降低孔分支对信号线的串扰以及传输信号的衰减，从而提高背板的传输性能，并在此基础上，提高了布线密度，进一步减少背板的厚度。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

Claims (13)

1.一种背板信号线布线方法，包括：

根据待传输信号对串扰的敏感程度，将信号线分为第一类信号线与第二类信号线，其中，所述第一类信号线中所传输的信号，相较于所述第二类信号线中所传输的信号，对串扰更为敏感；

按照所述信号线的分类，设置印刷电路板中的过孔，所述按照所述信号线的分类，设置印刷电路板中的过孔包括：设置过孔的数目和位置排布，确定需要去除孔分支的过孔的数目和位置排布；并去除部分过孔在部分电路层中的孔分支，其中，所述部分过孔为确定需要去除孔分支的过孔，所述部分电路层为所述印刷电路板底部至少一层电路层；

依次对所述第一类信号线和第二类信号线进行布线，比较电路层中孔分支的数量，使所述第一类信号线分布于具有较少孔分支的电路层，所述具有较少孔分支的电路层为去除了孔分支的过孔所在的电路层。

2.如权利要求1所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述第一类信号线用于传输高速信号、或者时钟信号、或者电源信号/接地信号。

3.如权利要求2所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述高速信号包括传输速率大于1Gbit/s的信号。

4.如权利要求1所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述确定需要去除孔分支的过孔的数目包括：根据第二类信号线的数目对所述需要去除孔分支的过孔数目进行确定。

5.如权利要求4所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述需要去除孔分支的过孔数目与所述第二类信号线的数目相等。

6.如权利要求1所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述确定需要去除孔分支的过孔的位置排布包括：使第一类信号线所经过过孔的隔离盘与第二类信号线所经过过孔的隔离盘之间保持尽可能大的距离。

7.如权利要求1所述的背板信号线布线方法，其特征在于，采用反向钻孔的方式，去除部分过孔在部分电路层中的孔分支。

8.如权利要求7所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述依次对第一类信号线和第二类信号线进行布线，包括：将所述第一类信号线布设于印刷电路板底部且具备较少孔分支的电路层。

9.如权利要求1所述的背板信号线布线方法，其特征在于，所述依次对第一类信号线和第二类信号线进行布线，包括：先对所述第一类信号线进行布线，将所述第一类信号线布设于具备较少孔分支的电路层，然后，再对所述第二类信号线进行布线。

10.一种背板系统，包括：至少一块印刷电路板，位于所述印刷电路板中的多个过孔，位于所述印刷电路板表面且与每个所述过孔相对应设置的连接部件，以及通过所述过孔与所述印刷电路板内部各电路层传输信号的信号线，其特征在于，

所述信号线包括第一类信号线和第二类信号线，所述第一类信号线所传输的信号相较于所述第二类信号线所传输的信号，对串扰更为敏感，并且所述第一类信号线位于所述印刷电路板中经比较电路层中孔分支的数量后确定的孔分支较少的电路层，所述孔分支较少的电路层为经设置过孔的数目和位置排布、确定需要去除孔分支的过孔数目和位置排布并去除了孔分支的过孔所在的电路层。

11.如权利要求10所述的背板系统，其特征在于，所述第一类信号线用于传输高速信号、或者时钟信号、或者电源信号/接地信号。

12.如权利要求10所述的背板系统，其特征在于，所述印刷电路板中孔分支较少的电路层为所述印刷电路板底部的电路层。

13.如权利要求10所述的背板系统，其特征在于，所述背板厚度为3-8毫米。

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