CN105491792A - 一种高速信号过孔结构与制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速过孔结构与制作工艺，通过制作阶梯孔的方法，使高速信号线与过孔连接位置形成一个钝角互连，避免常规的线与孔形成垂直互连的形式。本发明可以减少信号反射，降低信号失真率，提高信号传输质量。

Description

一种高速信号过孔结构与制作工艺

技术领域

本发明涉及一种过孔及其制作方法，尤其是一种高速信号过孔结构与制作工艺。

背景技术

在多层互连PCB的设计中，通过布置过孔可以将各层需要连通的导线于过孔处连通起来。该过孔也称金属化孔，通常在过孔的圆柱形孔壁上镀有一层金属，用以连通各层需要连通的铜箔。对于低频信号的传输，在多层互连PCB设计中，以常规圆柱形过孔的布线互连即可满足低频信号传输要求。

随着信号传输速度和频率的提高，当信号频率高于4GHz后，由于过孔残端的影响，信号容易出现谐振，使得插入损耗增大。因此，目前多是通过对金属化孔进行背钻，以减少残端长度，来降低残端影响。然而，随着PCB高速信号多层互连布线密度的提升，单纯减少残端长度已经不能满足高频信号传输要求。

信号传输会受到传输线路尺寸、形状、阻抗一致性等方面的影响。在常规多层互连PCB的布线设计中，过孔与各层连接的转角位置A均为90°直角布线。而对于存在高频信号高速传输的多层互连PCB，各高频信号线分别位于不同层，因此需要通过过孔将相邻的两高频信号线连接起来。通常是通过过孔将两相邻的高频信号线所在层连接起来，并且过孔与高速信号线所在层的转角位置A为90°直角布线，该直角布线会增强高频信号反射，使损耗进一步增大，造成高频信号失真。因此，随着信号传输频率与速度的进一步提升，单纯减少残端长度已经不能满足高频信号传输要求，还需要考虑过孔与高频信号线转层的转角位置A的布线角度对信号失真的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种高速信号过孔结构与制作工艺，以降低信号反射，提高高速信号传输质量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速信号过孔结构，所述过孔结构为阶梯孔，该阶梯孔具有一个以上的锥形阶梯面，该锥形阶梯面用于与高速信号线的端部连接，并且锥形阶梯面与高速信号线所在层连接处的转角位置A为钝角布线。

优选的，所述钝角的角度在135°～150°之间。

一种高速信号过孔结构的制作工艺，包括以下步骤：

(S1)确定高速信号线所在层及高速信号线端部位置；

(S2)获得高速信号线所在层与表层或底层距离d，并确定高速信号线端部在表层或底层的对应位置O；

(S3)采用锥形阶梯钻刀在所述位置O处竖直下钻，控制锥形阶梯钻刀的下钻深度，使锥形阶梯钻刀的锥形阶梯段与高速信号线的端部连接，形成一具有锥形阶梯面的阶梯孔；

(S4)采用沉铜或电镀金属化阶梯孔；

(S5)对金属化后的阶梯孔进行背钻，控制残端长度小于15mil。

优选的，所述步骤S3中的锥形阶梯钻刀采用包括小刀段、锥形阶梯段和大刀段的钻刀，其中，锥形阶梯段呈圆台状，该锥形阶梯段的顶面与小刀段远离刀尖的一端连接，锥形阶梯段的底面与大刀段的一端连接。

优选的，所述锥形阶梯段的侧面与顶面的夹角在135°～150°之间。

一种高速信号过孔结构的制作工艺，包括以下步骤：

(S1)确定高速信号线所在层及高速信号线端部位置；

(S2)获得高速信号线所在层与表层或底层的距离d，并确定高速信号线端部在表层或底层的对应位置O；

(S3)沿位置O的竖直方向钻等截面通孔；

(S4)采用截面面积大于通孔截面面积的锥形刀在位置O处竖直下钻，控制锥形刀的下钻深度，使锥形刀的锥形刀尖段与高速信号线所在层相连，形成一具有锥形阶梯面的阶梯孔；

(S5)采用沉铜或者电镀金属化阶梯孔；

(S6)对金属化后的阶梯孔进行背钻，控制残端长度小于15mil。

优选的，所述步骤S4中的锥形刀采用具有呈圆锥状锥形刀尖段的钻刀，其中，锥形刀尖段的锥角在60°～90°之间。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过在相邻高速信号线所在层的转角位置A进行钝角布线，可降低信号反射，避免信号失真，从而提高高速信号传输质量。

附图说明

图1为现有的通孔图；

图2为现有的背钻图；

图3为实施例一的爆炸图；

图4为实施例一的爆炸图；

图5为实施例一的阶梯孔结构图；

图6为本发明的锥形阶梯钻刀结构图；

图7为实施例二的阶梯孔结构图；

图8为实施例三的阶梯孔结构图；

图9为一种高速信号过孔结构的制作工艺流程图；

图10为一种高速信号过孔结构的制作工艺流程图；

图中：1、通孔；2、阶梯孔；3、锥形阶梯钻刀；31、小刀段；32、锥形阶梯段；33、大刀段。

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：

实施例一：

请参见图1，需要将La层的高速信号线与Ln层的高速信号线连接起来，其中，a和n分别对应不同的层数，并且a＜n，a＞1且n小于总层数。常规做法是从设计图中获得La层的高速信号线端部与Ln层中对应的高速信号线端部连接的交汇位置，并分析该交汇位置在PCB表层对应的位置O，从而在位置O处竖直下钻，形成一圆柱形通孔1。对通孔1金属化后，即对通孔1沉铜或板镀后，该通孔1即可使La层的高速信号线与Ln层的高速信号线连通，并且通孔1与La层、Ln层连接处的转角位置A均为90°直角布线。为了降低残端影响，如图2所示，会对金属化后的通孔1进行背钻2，以减少插入损耗。随着高频信号传输频率和速度的进一步提升，单纯减少残端长度已不能满足高频信号的传输要求。

请参见图3至图5，针对上述现有技术无法解决的问题，实施例一从信号传输效果与传输线路之间的关联情况考虑，改变圆柱形通孔1形状形成一具有两个锥形阶梯面的阶梯孔2，该阶梯孔2的锥形阶梯面分别与La层、Ln层连接，并且使锥形阶梯面与La层、Ln层连接处的转角位置A为钝角布线，从而可降低信号在转角位置A的反射率，使因反射信号造成的信号失真情况减少。并且，为了进一步降低所述反射率，可控制钝角角度在135°～150°之间。

为了加工出实施例一中的具有两个锥形阶梯面的阶梯孔2，需要依次进行以下步骤。首先需要根据设计图确定La层距离表层L1的距离d1、La层上高速信号线端部在表层L1对应的位置O1、以及Ln层距离底层L的距离d2和Ln层上需与La层高速信号线端部连接的高速信号线端部在底层L对应的位置O2。而后续对于具有两个锥形阶梯面的阶梯孔2的钻孔工艺可采用两种方法实现。

第一种方法是采用锥形阶梯钻刀3分别在位置O1向底层方向竖直下钻、以及在位置O2处向表层方向竖直下钻。如图6所示，该锥形阶梯钻刀3包括小刀段31、锥形阶梯段32和大刀段33，锥形阶梯段32呈圆台状，该锥形阶梯段32的顶面与小刀段31远离刀尖的一端连接，锥形阶梯段32的底面与大刀段33的一端连接，其中，锥形阶梯段32的顶面与底面的垂直距离为D，小刀段31的轴向长度为C。控制锥形阶梯钻刀3下钻时，在表层或底层盖上导电铝片，该导电铝片的厚度为H。通过计算好的下钻深度，即H+d1+1/2D+C和H+d2+1/2D+C，竖直下钻。如此，可加工出具有锥形阶梯面的阶梯孔2，如图3和图4所示，并且该阶梯孔2的锥形阶梯面与La层、Ln层连接处的转角位置A均为钝角布线。为了使钝角的角度在135°～150°之间，可采用锥形阶梯段32的侧面与顶面的夹角在135°～150°之间的锥形阶梯钻刀3。

与第一种方法不同的是，第二种方法是先在位置O1处向底层方向竖直钻等截面通孔1，该通孔1的底部与位置O2对应，之后分别在表层和底层盖上厚度为H的导电铝片，采用截面面积大于通孔1截面面积的锥形刀分别在位置O1处向底层竖直下钻、以及位置O2处向表层竖直下钻。该锥形刀具有呈圆锥状的锥形刀尖段，该锥形刀尖段的轴向距离为M。下钻时，按照计算的深度，即H+d1+1/2M和H+d2+1/2M，竖直下钻。如此，可加工出具有锥形阶梯面的阶梯孔2，并且该阶梯孔2的锥形阶梯面与La层、Ln层连接处的转角位置A均为钝角布线。为了使钝角的角度在135°～150°之间，可采用锥形刀尖段的侧面与轴线的夹角在30°～45°之间的锥形刀，即采用的锥形刀的锥形刀尖端锥角在60°～90°之间。

采用上述两种方法的任意一种均可完成阶梯孔2的钻孔工艺。在阶梯孔2的钻孔工艺完成后，需金属化阶梯孔2，使La层与Ln层之间通过金属化的阶梯孔2连通。该金属化工艺可通过电镀或沉铜方法实现。为了降低残端影响，如图5所示，需对金属化后的阶梯孔2进行背钻2，并且控制残端长度小于15mil，即残端长度小于375μm。

实施例二：

实施例二与实施例一的不同处在于，所述La层和Ln层对应的层数分别为a和n，并且a＜n，a＞1，n等于总层数，即Ln为底层。因此在实施例二中需加工出具有一个锥形阶梯面的阶梯孔2，使该阶梯孔2的锥形阶梯面与La层连接，并且使锥形阶梯面与La层连接处的转角位置A为钝角布线，如图7所示。此情况下，在对具有一个锥形阶梯面的阶梯孔2的钻孔工艺中，只需控制锥形阶梯钻刀3从位置O1处朝向底层的下钻深度为H+d1+1/2D+C，或者控制锥形刀从位置O1处朝向底层的下钻深度为H+d1+1/2M即可。

实施例三：

实施例三与实施例一的不同处在于，所述La层和Ln层对应的层数分别为a和n，并且a＜n，a＝1，即La为表层，n小于总层数。因此在实施例三中需加工出具有一个锥形阶梯面的阶梯孔2，使该阶梯孔2的锥形阶梯面与Ln层连接，并且使锥形阶梯面与Ln层连接处的转角位置A为钝角布线，如图8所示。此情况下，在对具有一个锥形阶梯面的阶梯孔2的钻孔工艺中，只需控制锥形阶梯钻刀3从位置O2处朝向表层的下钻深度为H+d2+1/2D+C，或者控制锥形刀从位置O2处朝向表层的下钻深度为H+d2+1/2M即可。

实施例四：

实施例四与实施例一的不同处在于，所述La层和Ln层对应的层数分别为a和n，并且a＜n，a＝1，即La为表层或n等于总层数，即Ln为底层。对于表层La或底层Ln的加工，只需控制锥形刀在位置O1处朝底层竖直下钻，或在位置O2处朝表层竖直下钻，并且控制下钻深度均为M。实施例四的情况也可以应用于实施例二和实施例三中。

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 (7)

1.一种高速信号过孔结构，其特征在于，所述过孔结构为阶梯孔，该阶梯孔具有一个以上的锥形阶梯面，该锥形阶梯面用于与高速信号线的端部连接，并且锥形阶梯面与高速信号线所在层连接处的转角位置A为钝角布线。

2.根据权利要求1所述的一种高速信号过孔结构，其特征在于，所述钝角的角度在135°～150°之间。

3.一种高速信号过孔结构的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)确定高速信号线所在层及高速信号线端部位置；

(S2)获得高速信号线所在层与表层或底层距离d，并确定高速信号线端部在表层或底层的对应位置O；

(S3)采用锥形阶梯钻刀在所述位置O处竖直下钻，控制锥形阶梯钻刀的下钻深度，使锥形阶梯钻刀的锥形阶梯段与高速信号线的端部连接，形成一具有锥形阶梯面的阶梯孔；

(S4)采用沉铜或电镀金属化阶梯孔；

(S5)对金属化后的阶梯孔进行背钻，控制残端长度小于15mil。

4.根据权利要求3所述的一种高速信号过孔结构的制作工艺，其特征在于，所述步骤S3中的锥形阶梯钻刀采用包括小刀段、锥形阶梯段和大刀段的钻刀，其中，锥形阶梯段呈圆台状，该锥形阶梯段的顶面与小刀段远离刀尖的一端连接，锥形阶梯段的底面与大刀段的一端连接。

5.根据权利要求4所述的一种高速信号过孔结构的制作工艺，其特征在于，所述锥形阶梯段的侧面与顶面的夹角在135°～150°之间。

6.一种高速信号过孔结构的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)确定高速信号线所在层及高速信号线端部位置；

(S2)获得高速信号线所在层与表层或底层的距离d，并确定高速信号线端部在表层或底层的对应位置O；

(S3)沿位置O的竖直方向钻等截面通孔；

(S4)采用截面面积大于通孔截面面积的锥形刀在位置O处竖直下钻，控制锥形刀的下钻深度，使锥形刀的锥形刀尖段与高速信号线所在层相连，形成一具有锥形阶梯面的阶梯孔；

(S5)采用沉铜或者电镀金属化阶梯孔；

(S6)对金属化后的阶梯孔进行背钻，控制残端长度小于15mil。

7.根据权利要求6所述的一种高速信号过孔结构的制作工艺，其特征在于，所述步骤S4中的锥形刀采用具有呈圆锥状锥形刀尖段的钻刀，其中，锥形刀尖段的锥角在60°～90°之间。