CN103796424B - 一种多层电路板及其阻抗控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层电路板及其阻抗控制方法。该多层电路板，包括：第一绝缘层；第一网状接地层，设置在所述第一绝缘层的底面，所述接地层上形成有多个网格；传输线路层，包括至少一条传输线，形成在所述第一绝缘层的表面；多个过孔，贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层；所述多个过孔的位置与所述网格的位置重叠和/或位于所述多个网格的交汇位置。

Description

一种多层电路板及其阻抗控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种多层电路板及其阻抗控制方法。

背景技术

印制电路板上导线的特性阻抗是指高频信号或电磁波在传输线传输时所受到的阻力，它是指电阻、电感和电容三者对交流电流的共同阻碍作用的大小，其符号为Z₀，简称阻抗，单位为欧姆（Ω）。传输线的特性阻抗Z₀在无损耗的情况下，可由传输线的单位长度的电感（L）与单位长度的电容（C）得出，其关系式为：

特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB（PrintedCircuit Board；印制电路板）设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配，因此，在PCB设计的可靠性设计中有两个概念是必须注意的。

第一，阻抗匹配（Impedance Matching），在PCB中，若有信号传递时，希望从信号的发射端起，在能量损失最小的情形下，能顺利地传送到接收端，而且接收端将其完全吸收而不作任何反射，要达到这种传输，线路中的阻抗必须和发射端的阻抗相等，称为阻抗匹配。如果传输线的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，在负载端就会产生反射，当负载阻抗大于特征阻抗时，电压信号发生正向反射，电流信号发生负向反射；反之，当负载阻抗小于特征阻抗时，电压信号发生负向反射，电流信号发生正向反射。

第二，阻抗控制（Impedance Controlling），PCB中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻、叠层厚度、导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值的变化，使其信号失真，故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为“阻抗控制”。

影响PCB走线的阻抗的因素主要有铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、走线周边的走线等。因此在设计PCB时要对板上走线的阻抗进行控制，才能尽可能避免信号的反射，保证PCB的实际使用的稳定性。

在现有技术中，PCB板上的传输线有两种，一种是微带线，请参考图1a所示，微带线在实际中被广泛采用，其外层为控制阻抗的信号线面，它和相邻的接地面之间用绝缘材料隔开；请参考图1b所示，带状线是指镶嵌在两个接地层之间的薄细导线，与微带线比较，每层电路与接地层的电子耦合更近，电流间的串扰会更低，微带线和带状线的阻抗的计算方法可参照相应的经验公式：

首先，微带线的阻抗计算公式为：

其中，Z0-----导线的特性阻抗；

ε_r------绝缘材料的介电常数；

h------导线与接地面之间的介质厚度；

w-----导线的宽度；

t------导线的厚度；

其次，带状线的阻抗计算公式为：

其中，Z₀-----导线的特性阻抗；

ε_r------绝缘材料的介电常数；

h------导线与接地面之间的介质厚度；

w-----导线的宽度；

t------导线的厚度。

然而这些现有的计算方式均是假设接地面为实心的，但随着PCB板厚度越来越薄，接地面也越来越薄，所以接地面对电容量的影响就是电容减小了，那么如果要保证特性阻抗在预定范围内，就要将传输线加工的更细，但是以目前的加工工艺，过细的走线无法加工，所以现有技术中缺乏一种更可行的阻抗控制方法。

发明内容

本发明实施例提供一种多层电路板及其阻抗控制方法，用以解决现有技术中缺乏一种更可行的阻抗控制方法的技术问题。

本发明一方面提供了一种多层电路板，包括：

第一绝缘层；第一网状接地层，设置在所述第一绝缘层的底面，所述接地层上形成有多个网格；传输线路层，包括至少一条传输线，形成在所述第一绝缘层的表面；多个过孔，贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层；所述多个过孔的位置与所述网格的位置重叠和/或位于所述多个网格的交汇位置。

可选的，所述网格的形状具体为圆形或椭圆形。

可选的，所述过孔的形状具体为圆形。

可选的，所述多层电路板还包括：第二绝缘层，设置于所述第一绝缘层之上，并覆盖所述传输线路层；第二网状接地层，设置于所述第二绝缘层之上，所述第二网状接地层上形成有多个网格，其中，所述多个过孔也贯穿所述第二绝缘层和所述第二网状接地层。

本发明另一方面还提供一种多层电路板的阻抗控制方法，包括：

在第一绝缘层的表面上形成传输线路层，所述传输线路层包括至少一条传输线；在所述第一绝缘层的底面上设置第一网状接地层，在所述接地层上形成多个网格；制作贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层的多个过孔；所述多个过孔的位置与所述网格的位置重叠和/或位于所述多个网格的交汇位置。

可选的，所述在所述接地层上形成多个网格，具体为：

在所述接地层上形成圆形或椭圆形的网格。

可选的，所述制作贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层的多个过孔，具体为：制作贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层的多个圆形的过孔。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本发明一实施例中，多层电路板包括：第一绝缘层；第一网状接地层，设置在第一绝缘层的底面，接地层上形成有多个网格；传输线路层，包括至少一条传输线，形成在第一绝缘层的表面；多个过孔，贯穿第一绝缘层和第一网状接地层；多个过孔的位置与网格的位置重叠和/或位于多个网格的交汇位置。因此，在本实施例中，首先，接地层被设计为网状的，即接地层上形成有多个网格，所以接地层对电容量的影响变为电容增大，所以传输线的宽度可以设计的宽一些，从加工工艺的角度来看，是容易实现的，也就是说，本申请实施例在能够进行加工工艺的情况也可以进行阻抗控制，所以是一种更可行的阻抗控制方案。其次，在本申请实施例中，还设置有多个过孔，过孔贯穿第一绝缘层和第一网状接地层，且多个过孔的位置与网格的位置重叠，多个过孔会影响电磁场的分布，从而影响传输线走线的电感和电容量，而走线的阻抗就是由走线自身的电感和电容决定的，所以可以通过这样的过孔进一步对阻抗进行控制。再进一步，多个过孔的位置还可以是位于多个网格的交汇位置，在这个位置的过孔降低了电磁场的不均匀性，提高了地的零电势的均一性，所以可以提高传输线之间的隔离度。

进一步，在本实施例中，网格的形状具体为圆形或椭圆形，过孔的形状具体也为圆形，因为网格或过孔的形状为弧形，所以对电磁场的影响较平稳，不容易产生突变，所以阻抗控制的效果较好，而且在隔离度的提高上效果也较好；而且从仿真的角度来看，圆形或椭圆形也容易设计，不容易造成计算奇点。

附图说明

图1a为现有技术中微带线式的电路板的结构示意图；

图1b为现有技术中带状线式的电路板的结构示意图；

图2为本申请第一实施例中的多层电路板的剖面结构图；

图3为本申请第一实施例中的多层电路板的俯视图；

图4a-图4d为本申请第一实施例中网状接地层对损耗和隔离度的影响的仿真示意图；

图5a-图5b为本申请第一实施例中增加过孔后对损耗和隔离度的影响的仿真示意图；

图6为本申请第二实施例中的多层电路板的剖面结构图；

图7为本发明一实施例中的多层电路板的阻抗控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种多层电路板及其阻抗控制方法，用以解决现有技术中缺乏一种更可行的阻抗控制方法的技术问题。

本发明实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

在本发明一实施例中，多层电路板包括：第一绝缘层；第一网状接地层，设置在第一绝缘层的底面，接地层上形成有多个网格；传输线路层，包括至少一条传输线，形成在第一绝缘层的表面；多个过孔，贯穿第一绝缘层和第一网状接地层；多个过孔的位置与网格的位置重叠和/或位于多个网格的交汇位置。因此，在本实施例中，首先，接地层被设计为网状的，即接地层上形成有多个网格，所以接地层对电容量的影响变为电容增大，所以传输线的宽度可以设计的宽一些，从加工工艺的角度来看，是容易实现的，也就是说，本申请实施例在能够进行加工工艺的情况也可以进行阻抗控制，所以是一种更可行的阻抗控制方案。其次，在本申请实施例中，还设置有多个过孔，过孔贯穿第一绝缘层和第一网状接地层，且多个过孔的位置与网格的位置重叠，多个过孔会影响电磁场的分布，从而影响传输线走线的电感和电容量，而走线的阻抗就是由走线自身的电感和电容决定的，所以可以通过这样的过孔进一步对阻抗进行控制。再进一步，多个过孔的位置还可以是位于多个网格的交汇位置，在这个位置的过孔降低了电磁场的不均匀性，提高了地的零电势的均一性，所以可以提高传输线之间的隔离度。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种多层电路板，请参考图2和图3所示，图2为本实施例中多层电路板的剖面图，图3为多层电路板的俯视图。该多层电路板包括：第一绝缘层10；第一网状接地层20，设置在第一绝缘层10的底面，接地层上形成有多个网格201；传输线路层30，包括至少一条传输线301，形成在第一绝缘层10的表面；多个过孔40，贯穿第一绝缘层10和第一网状接地层20；多个过孔40的位置与网格201的位置重叠和/或位于多个网格201的交汇位置。

具体来说，第一绝缘层10的材质具体可以是环氧树脂玻纤布、纯树脂胶等材料。第一网状接地层20的材质可以是铜、银、金或铝等导电性较好的金属。

由图2和图3可以看出，第一网状接地层20上形成有多个网格201，所以地线的路径和参考面的面积均发生变化，所以第一网状接地层20相比实心的参考面，对传输线301的电容量产生电容变大的影响，所以在制作多层电路板时，传输线301的宽度的选择性更多，更容易制作电路板，而在相同宽度下，本申请实施例中的方案更容易进行阻抗控制。

其中网格201的形状具体可以是圆形、椭圆形、菱形或其他形状，以下先以圆形和菱形为例，介绍这两种情况下的仿真示意图，首先请参考图4a所示，为网格201为圆形时，传输线301在不同频率下损耗和隔离度的曲线示意图，其中，标记501代表损耗的曲线，标记502代表隔离度的曲线；图4b所示为网格201为菱形时，传输线301在不同频率下损耗和隔离度的曲线示意图，其中，标记503代表损耗的曲线，标记504代表隔离度的曲线；图4c为图4a和图4b中圆形网格的损耗曲线501和菱形网格的损耗曲线503的数值表；图4d为图4a和图4b中圆形网格的隔离度曲线502和菱形网格的损耗曲线504的数值表。

请同时参考图4a至图4c，在网格201为圆形或菱形时，损耗均较小，说明阻抗控制的效果较好。而进一步，相对于菱形网格，圆形网格的损耗较小，所以阻抗控制方面要稍好一些。

请再同时参考图4a、图4b和图4d，在网格201为圆形或菱形时，圆形网格的隔离度要好于菱形网格的隔离度，这是因为圆形网格呈弧形，所以电磁场不容易有尖角，所以相对而言较稳定，所以不管是阻抗控制还是隔离度都较好于菱形网格的阻抗控制和隔离度，所以网格201的形状较佳的为圆形、椭圆形或其他为弧形的形状。进一步，从仿真的角度来看，圆形或椭圆形也容易设计，不容易造成计算奇点。

请继续参考图2和图3所示，多层电路板上还包括多个过孔40，过孔40贯穿第一绝缘层10和第一网状接地层20，同时，在本申请实施例中，过孔40的位置有两种情况，第一种，过孔40的位置与网格201的位置重叠，即在第一网状接地层20这一层，网格201和过孔40的位置重用，这类型的过孔会影响电磁场的分布，从而影响传输线301的电感和电容量，而传输线301的阻抗就是由传输线301自身的电感和电容决定的，所以可以通过这样的过孔40进一步对阻抗进行控制。

第二种，过孔40的位置位于各个网格201的交汇位置，在这个位置的过孔40降低了电磁场的不均匀性，提高了第一网状接地层20的零电势的均一性，所以可以提高传输线301之间的隔离度。具体请参考图5a和图5b所示，图5a为增加过孔40后，传输线301在各频率下损耗和隔离度的曲线图，其中，标记505代表损耗的曲线，标记506代表隔离度的曲线；图5b为图5a中损耗曲线505和隔离度曲线506的数值表。由图5a和图5b可以看出，相对于图4c和图4d中的损耗值和隔离度值，增加过孔40后，损耗更小，即阻抗控制的更好了，而且隔离度相对也较好。

进一步，在实际运用中，过孔40的形状也可以具有多种形状，例如圆形，椭圆形，矩形，较佳的，为圆形，原理同网格201的形状的原理类似，对电磁场的影响较平稳，不容易产生突变，所以阻抗控制的效果较好，而且在隔离度的提高上效果也较好；而且从仿真的角度来看，圆形或椭圆形也容易设计，不容易造成计算奇点，而且在实际制作时，也较好加工。

在进一步的实施例中，通过调整过孔40的间距和数量，可以针对一定频率范围内的指标进行优化。

在图2中所示的多层电路板的结构类似于微带线式的电路板，在实际运用中，本实施例的方案也可以运用于带状线式的电路板，如图6所示，多层电路板还包括：第二绝缘层60，设置于第一绝缘层10之上，并覆盖传输线路层30；第二网状接地层70，设置于第二绝缘层60之上，第二网状接地层70上形成有多个网格701，其中，多个过孔40也贯穿第二绝缘层60和第二网状接地层70。对应的，过孔40的位置与网格701的位置重叠和/或位于多个网格701的交汇位置。

关于图6中所示的多层电路板的优势，与前述图2所示的多层电路板的效果类似，所以在此不再赘述。

接下来请同时参考图2和图7所示，图7为一种多层电路板的阻抗控制方法的流程图，包括：

步骤601：在第一绝缘层10的表面上形成传输线路层30，传输线路层30包括至少一条传输线301；

步骤602：在第一绝缘层10的底面上设置第一网状接地层20，在接地层20上形成多个网格201；

步骤603：制作贯穿第一绝缘层10和第一网状接地层20的多个过孔40；多个过孔40的位置与网格201的位置重叠和/或位于多个网格201的交汇位置。

其中，第一绝缘层10的材质具体可以是环氧树脂玻纤布、纯树脂胶等材料。第一网状接地层20的材质可以是铜、银、金或铝等导电性较好的金属。

在步骤601中，在第一绝缘层10的表面上形成传输线路层30，具体可以是先在第一绝缘层10上沉积铜，再进行蚀刻形成传输线路层30。

而在步骤602中，一种可能的实现方式为：先将一块实心的铜皮挖空形成网格状接地层20，然后再将第一绝缘层10和第一网状接地层20压合在一起；另一种可能的实现方式为：先将第一绝缘层10和一块实心的铜皮压合在一起，然后再在实心铜皮上通过蚀刻或者其他工艺挖空形成第一网状接地层20。进一步，在接地层20上形成多个网格201，具体可以是：在接地层20上形成圆形或椭圆形的网格201；当然，在实际运用中，网格201的形状还可以是其他的形状，例如菱形，正方形等。

进一步，在步骤603中，制作多个过孔40，具体可以是先在每一层的相应位置上打孔，然后再将每层压合；或者是在压合之后，再在整个电路板上制作过孔。

在一实施例中，步骤603具体为：制作贯穿第一绝缘层10和第一网状接地层20的多个圆形的过孔40；当然，在实际运用中，过孔40的形状也可以是其他形状，例如：椭圆形、矩形。

至于通过本方法制作的多层电路板的阻抗控制效果，在前述描述多层电路板的结构时已经进行了详细的分析，所以为了说明书的简洁，请参考前述相关描述，在此不再赘述。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本发明一实施例中，多层电路板包括：第一绝缘层；第一网状接地层，设置在第一绝缘层的底面，接地层上形成有多个网格；传输线路层，包括至少一条传输线，形成在第一绝缘层的表面；多个过孔，贯穿第一绝缘层和第一网状接地层；多个过孔的位置与网格的位置重叠和/或位于多个网格的交汇位置。因此，在本实施例中，首先，接地层被设计为网状的，即接地层上形成有多个网格，所以接地层对电容量的影响变为电容增大，所以传输线的宽度可以设计的宽一些，从加工工艺的角度来看，是容易实现的，也就是说，本申请实施例在能够进行加工工艺的情况也可以进行阻抗控制，所以是一种更可行的阻抗控制方案。其次，在本申请实施例中，还设置有多个过孔，过孔贯穿第一绝缘层和第一网状接地层，且多个过孔的位置与网格的位置重叠，多个过孔会影响电磁场的分布，从而影响传输线走线的电感和电容量，而走线的阻抗就是由走线自身的电感和电容决定的，所以可以通过这样的过孔进一步对阻抗进行控制。再进一步，多个过孔的位置还可以是位于多个网格的交汇位置，在这个位置的过孔降低了电磁场的不均匀性，提高了地的零电势的均一性，所以可以提高传输线之间的隔离度。

进一步，在本实施例中，网格的形状具体为圆形或椭圆形，过孔的形状具体也为圆形，因为网格或过孔的形状为弧形，所以对电磁场的影响较平稳，不容易产生突变，所以阻抗控制的效果较好，而且在隔离度的提高上效果也较好；而且从仿真的角度来看，圆形或椭圆形也容易设计，不容易造成计算奇点。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种多层电路板，包括：

第一绝缘层；

第一网状接地层，设置在所述第一绝缘层的底面，所述接地层上形成有多个网格；

传输线路层，包括至少一条传输线，形成在所述第一绝缘层的表面；

多个过孔，贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层；所述多个过孔的位置与所述网格的位置重叠和/或位于所述多个网格的交汇位置。

2.如权利要求1所述的多层电路板，其特征在于，所述网格的形状具体为圆形或椭圆形。

3.如权利要求1或2所述的多层电路板，其特征在于，所述过孔的形状具体为圆形。

4.如权利要求1或2所述的多层电路板，其特征在于，所述多层电路板还包括：

第二绝缘层，设置于所述第一绝缘层之上，并覆盖所述传输线路层；

第二网状接地层，设置于所述第二绝缘层之上，所述第二网状接地层上形成有多个网格，其中，所述多个过孔也贯穿所述第二绝缘层和所述第二网状接地层。

5.一种多层电路板的阻抗控制方法，其特征在于，包括：

在第一绝缘层的表面上形成传输线路层，所述传输线路层包括至少一条传输线；

在所述第一绝缘层的底面上设置第一网状接地层，在所述接地层上形成多个网格；

制作贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层的多个过孔；所述多个过孔的位置与所述网格的位置重叠和/或位于所述多个网格的交汇位置。

6.如权利要求5所述的阻抗控制方法，其特征在于，所述在所述接地层上形成多个网格，具体为：

在所述接地层上形成圆形或椭圆形的网格。

7.如权利要求5或6所述的阻抗控制方法，其特征在于，所述制作贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层的多个过孔，具体为：

制作贯穿所述第一绝缘层和所述第一网状接地层的多个圆形的过孔。