CN103179782A - 阻抗受控、低损耗的单端过孔结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，设置于在绝缘介质层上、下面覆盖有传输线的多层板上，该单端过孔结构包括一个信号过孔和两个接地参考孔，绝缘介质层中具有两个参考层，两参考层上均设有反焊盘，信号过孔与接地参考孔均上下贯穿绝缘介质层，信号过孔位于所述反焊盘的中心，且信号过孔连接绝缘介质层上的传输线，每个接地参考孔均连接两参考层，两接地参考孔以信号过孔为中心呈对称设置，且两接地参考孔孔壁间距大于反焊盘的直径。通过调节信号过孔孔径、接地参考孔孔壁间距，可实现对过孔阻抗的控制，并有效降低单端过孔信号损耗。

Description

阻抗受控、低损耗的单端过孔结构

技术领域

本发明涉及一种过孔结构，特别是涉及一种阻抗受控、低损耗的单端过孔结构。

背景技术

目前，改善单端过孔阻抗连续性的方法主要有两种：第一，采用大孔套小孔的方法，中国专利号ZL200780019783.6，公开日为2009年6月10日，公开了一种屏蔽式过孔，制作时先钻接地参考孔，然后经塞孔、二次压合再制作信号过孔；第二，在过孔旁增加辅助孔，中国专利号ZL03267943.2，授权公告日为2004年8月18日，公开了一种高速信号的过孔结构。

以上两种方式存在问题是：第一，大孔套小孔方法制作流程复杂、成本高，且容易出现可靠性问题；第二，辅助孔数量过多，影响布线，且辅助孔与内层参考层间没有连接，不能形成完整的信号回流路径；第三，未研究阻抗受控过孔的损耗改善效果；第四，有关过孔阻抗研究是通过软件仿真进行，仿真结果与实际存在较大差异，难以直接应用于生产。

发明内容

基于此，针对上述问题，本发明提出一种阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，能够很好地解决过孔阻抗不连续、损耗大的问题。

本发明的技术方案是：一种阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，设置于在绝缘介质层上、下面覆盖有传输线的多层板上，该单端过孔结构包括一个信号过孔和两个接地参考孔，绝缘介质层中具有两个参考层，两参考层上均设有反焊盘，信号过孔与接地参考孔均上下贯穿绝缘介质层，信号过孔位于所述反焊盘的中心，且信号过孔连接绝缘介质层上的传输线，每个接地参考孔均连接两参考层，两接地参考孔以信号过孔为中心呈对称设置，且两接地参考孔孔壁间距大于反焊盘的直径。

本技术方案中，两个接地参考孔可以为过孔信号提供返回路径，并能减小辐射、串扰。通过调节信号过孔孔径、接地参考孔孔壁间距，可实现对过孔阻抗的控制。

在优选的实施例中，所述反焊盘单边环宽为0.15mm—0.5mm。

在优选的实施例中，两接地参考孔的中轴线与信号过孔的中轴线位于同一平面，且两接地参考孔和信号过孔的孔径相同。两接地参考孔的中轴线和信号过孔的中轴线位于同一平面，是起到对称屏蔽作用；要求两接地参考孔和信号过孔的孔径相同，是因为孔径小了屏蔽效果不佳，而孔径大占空间大，影响布线，所以选择相同孔径的效果最佳。

在优选的实施例中，单端过孔的阻抗Z0与信号过孔孔径d、接地参考孔孔壁间距D满足以下关系：

$Z_0=\frac{60}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}\ln \frac{D}{d}$

其中，ε为绝缘介质层的介电常数。

在优选的实施例中，信号过孔孔径d为0.1mm—0.5mm，接地参考孔孔壁间距D为0.5mm—3mm。

本发明的有益效果是：

（1）过孔制作工艺简单，不会出现可靠性问题；

（2）能够精确设计、控制单端过孔阻抗，使其与传输线阻抗相匹配；

（3）过孔具有非常低的损耗，能够满足高频、高速需要。

附图说明

图1是本发明实施例所述单端过孔结构的结构示意图；

图2是图1的纵向剖视图；

图3是单端过孔的TDR曲线图；

图4是单端过孔的插入损耗S21情况示意图；

附图标记说明：

10-绝缘介质层，20-传输线，30-参考层，40-反焊盘，50-信号过孔，60-接地参考孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1、图2所示，一种阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，设置于在绝缘介质层10上、下面覆盖有传输线20的多层板上。该单端过孔结构包括一个信号过孔50和两个接地参考孔60。绝缘介质层10中具有两个参考层30，两参考层30上均设有反焊盘40。信号过孔50与接地参考孔60均上下贯穿绝缘介质层10，信号过孔50位于所述反焊盘40的中心，且信号过孔50连接绝缘介质层10上的传输线20。每个接地参考孔60均连接两参考层30，两接地参考孔60以信号过孔50为中心呈对称设置，且两接地参考孔60孔壁间距大于反焊盘40的直径。

本实施例中，所述反焊盘40单边环宽为0.15mm—0.5mm。两接地参考孔60的中轴线与信号过孔50的中轴线位于同一平面，且两接地参考孔60和信号过孔50的孔径相同。两接地参考孔60的中轴线和信号过孔50的中轴线位于同一平面，是起到对称屏蔽作用；要求两接地参考孔60和信号过孔50的孔径相同，是因为孔径小了屏蔽效果不佳，而孔径大占空间大，影响布线，所以选择相同孔径的效果最佳。单端过孔的阻抗Z₀与信号过孔50孔径d、接地参考孔60孔壁间距D满足以下关系：

其中，ε为绝缘介质层10的介电常数。信号过孔50孔径d为0.1mm—0.5mm，接地参考孔60孔壁间距D为0.5mm—3mm。

本实施例所述阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，所得阻抗受控、低损耗单端过孔的设计方法为：通过公式

调整信号过孔50孔径d和接地参考孔60孔壁距离D，从而获得特定阻抗值过孔。微带线与过孔TDR曲线和插入损耗S21，采用网络分析仪测试（测试频率为20GHz，信号上升时间为22.3ps）。

在一个实施例中，绝缘介质层10的介电常数ε为4.2，信号过孔50的直径d为0.25mm，两接地参考孔60的孔壁间距D为1.40mm。通过公式计算出过孔阻抗Z₀为50.5ohm。采用网络分析仪测试了微带线及过孔的TDR曲线和插入损耗（S21）。由图3中的A线可以看出，无接地参考孔60的情况下，TDR曲线在过孔处出现了严重阻抗不连续情况；而由图3中的B线可以看出，增加接地参考孔60后，TDR曲线在过孔处未出现阻抗不连续点，过孔阻抗为50.0ohm，与公式计算值一致。有、无接地参考孔60条件下的插入损耗S21情况见图4。由图4中的A曲线可以看出，无接地参考孔60时传输线20和过孔的插入损耗S21较大；由图4中的B曲线看可以看出，增加接地参考孔60后，插入损耗S21明显减小，频率为10GHz和15GHz时，增加接地孔后，单个过孔的插损可降低0.61dB和0.87dB。

在另外一个实施例中，绝缘介质层10的介电常数ε为4.2，信号过孔50直径d为0.25mm，两接地参考孔60孔壁间距D为1.05mm。通过公式

计算出过孔阻抗为42.0ohm。采用网络分析仪测得过孔阻抗为42.4ohm，与公式计算结果一致。该结构单端过孔可用于40ohm-45ohm阻抗线转层。

综上所述，本发明所述的阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，能够有效实现过孔与传输线20的阻抗匹配，并降低过孔的传输损耗。实现过孔与传输线20阻抗匹配，对提高布线效率及PCB小型化发展趋势具有重要意义。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，设置于在绝缘介质层上、下面覆盖有传输线的多层板上，其特征在于，该单端过孔结构包括一个信号过孔和两个接地参考孔，绝缘介质层中具有两个参考层，两参考层上均设有反焊盘，信号过孔与接地参考孔均上下贯穿绝缘介质层，信号过孔位于所述反焊盘的中心，且信号过孔连接绝缘介质层上的传输线，每个接地参考孔均连接两参考层，两接地参考孔以信号过孔为中心呈对称设置，且两接地参考孔孔壁间距大于反焊盘的直径。

2.根据权利要求1所述的阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，其特征在于，所述反焊盘单边环宽为0.15mm—0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，其特征在于，两接地参考孔的中轴线与信号过孔的中轴线位于同一平面，且两接地参考孔和信号过孔的孔径相同。

4.根据权利要求3所述的阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，其特征在于，单端过孔的阻抗Z₀与信号过孔孔径d、接地参考孔孔壁间距D满足以下关系：

$Z_0=\frac{60}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}\ln \frac{D}{d}$

其中，ε为绝缘介质层的介电常数。

5.根据权利要求4所述的阻抗受控、低损耗的单端过孔结构，其特征在于，信号过孔孔径d为0.1mm—0.5mm，接地参考孔孔壁间距D为0.5mm—3mm。

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