CN105517372A - 同轴单端过孔的制作方法以及阻抗的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了同轴单端过孔的制作方法，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；在地孔的上下方设置第一信号传输线和第二信号传输线；在PCB板上制作信号过孔，该信号过孔穿过该地孔的填充树脂并且与该地孔同轴设置，该信号过孔的直径小于该地孔的直径，该信号过孔的上下端分别连接第一信号传输线和第二信号传输线。本发明还公开了同轴单端过孔的阻抗计算方法。本发明能很好地解决单端过孔阻抗连续性问题；再者，本发明可以计算出同轴单端过孔的阻抗。

Description

同轴单端过孔的制作方法以及阻抗的计算方法

技术领域

本发明涉及一种同轴单端过孔的制作方法以及阻抗的计算方法。

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。随着信号传输速率的不断增加，对PCB的要求越来越高，除了要求控制传输线阻抗外，还必须对信号过孔的阻抗、传输损耗进行控制，提高PCB整体信号传输的完整性。

PCB信号过孔是连接多层PCB中不同层传输线的导体。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、辐射等问题，影响信号传输质量。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，并导致更多的辐射、串扰。目前，行业内有通过在过孔旁增加地孔方式来解决该问题，该方法虽然可为信号过孔提供返回电流，但地孔占用空间较大，影响布线密度，对于布线密度高的PCB很难应用。

因此，设计出阻抗可控，且符合实际生产工艺要求的高速单端过孔是PCB技术领域的一项重要研究课题。

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同轴单端过孔的制作方法，能很好地解决单端过孔阻抗连续性问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

同轴单端过孔的制作方法，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；

在地孔的上下方设置第一信号传输线和第二信号传输线；

在PCB板上制作信号过孔，该信号过孔穿过该地孔的填充树脂并且与该地孔同轴设置，该信号过孔的直径小于该地孔的直径，该信号过孔的上下端分别连接第一信号传输线和第二信号传输线。

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，采用半固化片树脂填充该地孔。

进一步地，先采用环氧树脂填充该地孔，再用半固化片压合该环氧树脂。

进一步地，地孔制作完成后，采用半固化片加铜箔压合于该地孔的上下方，并分别在该地孔的上下方制作成第一信号层和第二信号层，接着，分别在第一信号层和第二信号层上蚀刻形成该第一信号传输线和第二信号传输线。

进一步地，在制作该信号过孔时，先在该地孔的填充树脂上钻孔，并通过去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作出该信号过孔。

进一步地，所述信号过孔的孔径为0.10至0.35mm，所述地孔的孔径为0.3至2.0mm。

进一步地，该地孔的孔径比该信号过孔的孔径大0.2mm以上。

本发明的目的之二旨在于提供同轴单端过孔阻抗的计算方法，可以计算出同轴单端过孔的阻抗值，从而有利于同轴单端过孔阻抗的精确设计和控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用上述的制作方法制成的同轴单端过孔的阻抗计算方法，包括：

同轴单端过孔的阻抗、该信号过孔的孔径和该地孔的孔径三者的关系满足以下公式：

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

其中，Z₀为同轴单端过孔的阻抗，d为信号过孔的孔径，D为地孔的孔径。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明信号过孔设于地孔内部，且信号过孔与该地孔同轴设置，这样，过孔具有非常低的损耗，能够满足高频、高速需要，能很好地解决单端过孔阻抗连续性问题；再者，本发明可以计算出同轴单端过孔的阻抗，这样通过调整信号过孔的孔径或者地孔的孔径，可获得不同阻抗值的单端过孔，从而有利于同轴单端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为本发明在制作第一信号层和第二信号层时的工作示意图；

图5为本发明在制作第一信号传输线和第二信号传输线时的工作示意图；

图6为单端过孔结构的TDR曲线示意图；

图7为单端过孔结构的插入损耗情况示意图；

其中：1、PCB板；11、参考层；12、地孔；13、树脂；14、第一信号层；141、第一信号传输线；15、第二信号层；151、第二信号传输线；16、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至图5所示，本发明的同轴单端过孔的制作方法，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的上下方设置第一信号传输线141和第二信号传输线151；

在PCB板1上制作信号过孔16，该信号过孔16穿过该地孔12的填充树脂13并且与该地孔12同轴设置，该信号过孔16的直径小于该地孔12的直径，该信号过孔16的上下端分别连接第一信号传输线141和第二信号传输线151。

本发明的信号过孔16设于地孔12内部，且信号过孔16与该地孔12同轴设置，这样，过孔具有非常低的损耗，能够满足高频、高速需要，能很好地解决单端过孔阻抗连续性问题。

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。

在填充该地孔12时，优选地，可以采用半固化片树脂13填充该地孔12，或者，作为另一种实施方式，先采用环氧树脂13填充该地孔12，再用半固化片压合该环氧树脂13。

进一步地，地孔12制作完成后，采用半固化片加铜箔压合于该地孔12的上下方，并分别在该地孔12的上下方制作成第一信号层14和第二信号层15，接着，分别在第一信号层14和第二信号层15上蚀刻形成该第一信号传输线141和第二信号传输线151。

进一步地，在制作该信号过孔16时，先在该地孔12的填充树脂13上钻孔，并通过去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作出该信号过孔16。

为进一步降低过孔的损耗，所述信号过孔16的孔径为0.10至0.35mm，所述地孔12的孔径为0.3至2.0mm。

更优选地，该地孔12的孔径比该信号过孔16的孔径大0.2mm以上，这样过孔的损耗更低。

采用上述的制作方法制成的同轴单端过孔，其阻抗是可以通过计算确定的，具体地，同轴单端过孔的计算方法包括：

同轴单端过孔的阻抗、该信号过孔16的孔径和该地孔12的孔径三者的关系满足以下公式：

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

其中，Z₀为同轴单端过孔的阻抗，d为信号过孔16的孔径，D为地孔12的孔径。

这样，通过调整信号过孔16的孔径d或者地孔12的孔径D，可获得不同阻抗值的单端过孔，从而有利于同轴单端过孔阻抗的精确设计和控制(比如在确定信号过孔16孔径d后，通过调整地孔12孔径D改变单端过孔的阻抗值)。

取该绝缘介质层的介电常数ε为4.2，信号过孔16直径d为0.25mm，地孔12孔径D为1.40mm。通过上述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)。图6为单端过孔结构的阻抗值随时间变化的示意图(其中横轴的Time为时间，竖轴的Z₀为阻抗值，A为无地孔12情况下的单端过孔结构的阻抗，B为有地孔12情况下的单端过孔结构的阻抗)，由图6可以看出，在无地孔12情况下，TDR曲线在过孔处出现了严重阻抗不连续情况，采用同轴地孔12后，TDR曲线在过孔处未出现阻抗不连续点，过孔阻抗Z₀为50.5ohm，与公式计算值一致。图7为单端过孔结构的插入损耗随着频率变化的示意图(其中，C为无地孔12情况下的单端过孔结构的插入损耗，D为有地孔12情况下的单端过孔结构的插入损耗，横轴的Frequency为频率，竖轴的S21为插入损耗)，而由图7可以看出，未采用同轴单端过孔的插入损耗(S21)较大，采用同轴单端过孔后，插入损耗(S21)明显减小，频率为10GHz和15GHz时，采用同轴单端过孔后，单过孔的插损可降低0.63dB和0.91dB。

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 (9)

1.同轴单端过孔的制作方法，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；

在地孔的上下方设置第一信号传输线和第二信号传输线；

在PCB板上制作信号过孔，该信号过孔穿过该地孔的填充树脂并且与该地孔同轴设置，该信号过孔的直径小于该地孔的直径，该信号过孔的上下端分别连接第一信号传输线和第二信号传输线。

2.如权利要求1所述的同轴单端过孔的制作方法，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所述的同轴单端过孔的制作方法，其特征在于，采用半固化片树脂填充该地孔。

4.如权利要求1所述的同轴单端过孔的制作方法，其特征在于，先采用环氧树脂填充该地孔，再用半固化片压合该环氧树脂。

5.如权利要求1所述的同轴单端过孔的制作方法，其特征在于，地孔制作完成后，采用半固化片加铜箔压合于该地孔的上下方，并分别在该地孔的上下方制作成第一信号层和第二信号层，接着，分别在第一信号层和第二信号层上蚀刻形成该第一信号传输线和第二信号传输线。

6.如权利要求1所述的同轴单端过孔的制作方法，其特征在于，在制作该信号过孔时，先在该地孔的填充树脂上钻孔，并通过去毛刺、沉铜、电镀和图形转移的工序制作出该信号过孔。

7.如权利要求1所述的同轴单端过孔的制作方法，其特征在于，所述信号过孔的孔径为0.10至0.35mm，所述地孔的孔径为0.3至2.0mm。

8.如权利要求1所述的同轴单端过孔的制作方法，其特征在于，该地孔的孔径比该信号过孔的孔径大0.2mm以上。

9.采用如权利要求1至8任意一项所述的制作方法制成的同轴单端过孔的阻抗计算方法，其特征在于，包括：

同轴单端过孔的阻抗、该信号过孔的孔径和该地孔的孔径三者的关系满足以下公式：

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

其中，Z₀为同轴单端过孔的阻抗，d为信号过孔的孔径，D为地孔的孔径。