CN105472907A - 屏蔽式差分过孔的制作方法以及阻抗计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了屏蔽式差分过孔的制作方法，包括：在PCB板的绝缘介质层上设置两个上下间隔分布的参考层；在PCB板的绝缘介质层上制作地孔，该地孔连接所述两个参考层；在该地孔内填充树脂；在地孔的上下方均设置第一差分传输线，在地孔的上下方均设置第二差分传输线；在PCB板上制作间隔分布的两个差分信号过孔。本发明还公开了屏蔽式差分过孔的阻抗计算方法。本发明能很好地解决差分过孔阻抗连续性问题，而且计算出差分过孔的阻抗值，从而有利于差分过孔阻抗的精确设计和控制。

Description

屏蔽式差分过孔的制作方法以及阻抗计算方法

技术领域

本发明涉及一种屏蔽式差分过孔的制作方法以及阻抗计算方法。

背景技术

随通信、云计算和云存储不断向高速化方向发展，PCB单通道信号传输速率逐渐由原来的10Gbps发展到25Gbps，未来3-5年，信号传输速率还会进一步增加到40-60Gbps。由于差分线具有较强的抗干扰优势，在高速PCB设计中广泛采用，此时用于高速差分信号转层的差分过孔设计显得尤为重要。

PCB差分过孔是连接多层PCB中不同层差分信号传输的导体。差分过孔在传输线上表现为传输线阻抗不连续的断点，会造成信号反射、串扰和辐射。信号过孔产生阻抗不连续的根本原因是过孔处没有参考平面，返回信号电流无法跳跃，使过孔的电感量增加，导致信号完整性问题。差分过孔旁增加地孔虽可解决该问题，但该做法会占用较大空间，影响PCB的布线密度，且不能对差分过孔阻抗进行精确设计。如何对高速差分过孔阻抗进行设计，并给出满足现有工艺条件的制作工艺方法是高速PCB领域一项重要课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一旨在于提供一种屏蔽式差分过孔的制作方法，能很好地解决差分过孔阻抗连续性问题。

为实现上述目的之一，本发明采用如下技术方案：

屏蔽式差分过孔的制作方法，包括：

在PCB板的绝缘介质层上设置两个上下间隔分布的参考层；

在PCB板的绝缘介质层上制作地孔，该地孔连接所述两个参考层；

在该地孔内填充树脂；

在地孔的上下方均设置第一差分传输线，在地孔的上下方均设置第二差分传输线；

在PCB板上制作间隔分布的两个差分信号过孔，两个差分信号过孔均位于该地孔的内侧，该差分信号过孔的直径小于该地孔的直径，其中一个差分信号过孔的上下端分别连接位于地孔的上下方的第一差分传输线，另一个差分信号过孔的上下端分别连接位于地孔的上下方的第二差分传输线。

进一步地，根据叠层要求，层压制作所述参考层，在制作地孔时，通过钻孔、去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作金属化地孔。

进一步地，在该地孔内填充树脂后，使用半固化片加铜箔压合于地孔的上下方，并在地孔的上下方均形成差分信号层，将该差分信号层蚀刻形成所述第一差分传输线和第二差分传输线。

进一步地，在制作所述两个第二差分信号过孔时，先在该地孔的填充树脂上钻两个间隔分布的孔，接着，将所述两个间隔分布的孔通过去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作出所述两个差分信号过孔。

进一步地，任意一个差分信号过孔的孔壁至地孔的孔壁的距离均不小于0.25mm。

本发明的目的之二旨在于提供一种屏蔽式差分过孔的阻抗计算方法，能计算出差分过孔的阻抗值，从而有利于差分过孔阻抗的精确设计和控制。

为实现上述目的之二，本发明采用如下技术方案：

采用上述的制作方法制成的屏蔽式差分过孔的阻抗计算方法，包括：

屏蔽式差分过孔的阻抗、该差分信号过孔的孔径以及两个差分信号过孔之间的中心距三者的关系满足以下公式：

$Z_C=\frac{120}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}ln\left(\frac{2D-d}{d}\right)$

其中，Z_C为屏蔽式差分过孔的阻抗，d为差分信号过孔的孔径，D为两个差分信号过孔之间的中心距。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明两个差分信号过孔设于地孔的内侧，这样提高了布线密度，并地孔具有屏蔽作用，可有效避免不同对差分孔之间产生串扰，满足高速信号传输需要，能很好地解决差分过孔阻抗连续性问题；再者，本发明可以计算出差分过孔的阻抗值，从而有利于差分过孔阻抗的精确设计和控制。

附图说明

图1为本发明在制作参考层时的工作示意图；

图2为本发明在制作地孔时的工作示意图；

图3为本发明在填充地孔时的工作示意图；

图4为本发明在制作差分信号层时的工作示意图；

图5为本发明在制作第一差分信号传输线和第二差分信号传输线时的工作示意图；

图6为本发明屏蔽式差分过孔的立体示意图；

图7为屏蔽式差分过孔结构的TDR曲线示意图；

其中：1、PCB板；11、参考层；12、地孔；13、树脂；14、差分信号层；141、第一差分传输线；142、第二差分传输线；15、差分信号过孔。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1至6所示，本发明的屏蔽式差分过孔的制作方法，包括：在PCB板1的绝缘介质层上设置两个上下间隔分布的参考层11；在PCB板1的绝缘介质层上制作地孔12，该地孔12连接所述两个参考层11；在该地孔12内填充树脂13；在地孔12的上下方均设置第一差分传输线141，在地孔12的上下方均设置第二差分传输线142；在PCB板1上制作间隔分布的两个差分信号过孔15，两个差分信号过孔15均位于该地孔12的内侧，该差分信号过孔15的直径小于该地孔12的直径，其中一个差分信号过孔15的上下端分别连接位于地孔12的上下方的第一差分传输线141，另一个差分信号过孔15的上下端分别连接位于地孔12的上下方的第二差分传输线142。

本发明的两个差分信号过孔15设于地孔12的内侧，这样提高了布线密度，并地孔12具有屏蔽作用，可有效避免不同对差分孔之间产生串扰，满足高速信号传输需要，能很好地解决差分过孔阻抗连续性问题。

优选地，该树脂为环氧树脂。

进一步地，根据叠层要求，层压制作所述参考层11，在制作地孔12时，通过钻孔、去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作金属化地孔12。

进一步地，在该地孔12内填充树脂13后，使用半固化片加铜箔压合于地孔12的上下方，并在地孔12的上下方均形成差分信号层14，将该差分信号层14蚀刻形成所述第一差分传输线141和第二差分传输线142。

进一步地，在制作所述两个第二差分信号过孔15时，先在该地孔12的填充树脂13上钻两个间隔分布的孔，接着，将所述两个间隔分布的孔通过去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作出所述两个差分信号过孔15。

优选地，任意一个差分信号过孔15的孔壁至地孔12的孔壁的距离均不小于0.25mm，这样可进一步避免不同对差分孔之间产生串扰。

采用上述的制作方法制成的屏蔽式差分过孔，其阻抗是可以通过计算确定的，具体地，屏蔽式差分过孔的阻抗计算方法包括：

屏蔽式差分过孔的阻抗、该差分信号过孔15的孔径以及两个差分信号过孔15之间的中心距三者的关系满足以下公式：

$Z_C=\frac{120}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}ln\left(\frac{2D-d}{d}\right)$

其中，Z_C为屏蔽式差分过孔的阻抗，d为差分信号过孔15的孔径，D为两个差分信号过孔15之间的中心距。

这样，通过调整差分信号过孔15的孔径以及两个差分信号过孔15之间的中心距，可获得不同阻抗值的差分过孔，从而有利于差分过孔阻抗的精确设计和控制，使其与传输线阻抗相匹配。

取绝缘介质层的介电常数ε为4.0，信号过孔直径d为0.15mm、0.20mm和0.25mm，差分两信号孔中心距离D分别为0.55mm、0.65mm和0.8mm。通过公式计算出差分过孔阻抗Z0为108.6ohm、102.3ohm和101.2ohm。采用网络分析仪测试了微带线及过孔的TDR曲线。图7中，曲线A表示过孔直径d为0.15mm，差分两信号过孔中心距离D为0.55mm时的过孔阻抗情况；曲线B表示过孔直径d为0.20mm，差分两信号过孔中心距离D为0.65mm时的过孔阻抗情况；曲线C表示过孔直径d为0.25mm，差分两信号过孔中心距离D为0.80mm时的过孔阻抗情况(其中横轴的Time为时间，竖轴的Z₀为阻抗值)，由曲线A可以看出，各设计下差分过孔阻抗分别为106.8ohm、103.9ohm和101.5ohm，与测试结果想吻合。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.屏蔽式差分过孔的制作方法，其特征在于，包括：

在PCB板的绝缘介质层上设置两个上下间隔分布的参考层；

在PCB板的绝缘介质层上制作地孔，该地孔连接所述两个参考层；

在该地孔内填充树脂；

在地孔的上下方均设置第一差分传输线，在地孔的上下方均设置第二差分传输线；

在PCB板上制作间隔分布的两个差分信号过孔，两个差分信号过孔均位于该地孔的内侧，该差分信号过孔的直径小于该地孔的直径，其中一个差分信号过孔的上下端分别连接位于地孔的上下方的第一差分传输线，另一个差分信号过孔的上下端分别连接位于地孔的上下方的第二差分传输线。

2.如权利要求1所述的屏蔽式差分过孔的制作方法，其特征在于，根据叠层要求，层压制作所述参考层，在制作地孔时，通过钻孔、去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作金属化地孔。

3.如权利要求1所述的屏蔽式差分过孔的制作方法，其特征在于，在该地孔内填充树脂后，使用半固化片加铜箔压合于地孔的上下方，并在地孔的上下方均形成差分信号层，将该差分信号层蚀刻形成所述第一差分传输线和第二差分传输线。

4.如权利要求1所述的屏蔽式差分过孔的制作方法，其特征在于，在制作所述两个第二差分信号过孔时，先在该地孔的填充树脂上钻两个间隔分布的孔，接着，将所述两个间隔分布的孔通过去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作出所述两个差分信号过孔。

5.如权利要求1所述的屏蔽式差分过孔的制作方法，其特征在于，任意一个差分信号过孔的孔壁至地孔的孔壁的距离均不小于0.25mm。

6.采用如权利要求1至5任意一项所述的制作方法制成的屏蔽式差分过孔的阻抗计算方法，其特征在于，包括：

屏蔽式差分过孔的阻抗、该差分信号过孔的孔径以及两个差分信号过孔之间的中心距三者的关系满足以下公式：

$Z_C=\frac{120}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}ln\left(\frac{2D-d}{d}\right)$

其中，Z_C为屏蔽式差分过孔的阻抗，d为差分信号过孔的孔径，D为两个差分信号过孔之间的中心距。