CN106376172B - 一种混压金属基微波印制板及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印制板结构设计，针对现有技术存在的问题，提供一种混压金属基微波印制板及设计方法。与器件引脚相连的射频传输线采用微带线结构，经过短距离阻抗匹配后过渡至带状线结构，大部分射频信号采用带状线结构在高频材料层传输。器件发热经印制板上的金属化孔传输至金属基，由金属基辅助散热。本发明中N层低频芯板通过N‑1层低频粘接片压合成低频层叠结构；M层高频芯板与M‑1层高频粘接片压合成高频层叠结构；低频层叠结构与高频层叠结构之间通过高频粘接片压合为无金属基印制板；无金属基印制板最外层的高频芯板与金属基通过导热导电粘接片压合成最终金属基印制板。

Description

一种混压金属基微波印制板及设计方法

技术领域

本发明涉及印制板结构设计，尤其是一种混压金属基微波印制板及设计方法。

背景技术

随着电子技术的发展，微波电路集成度越来越高、发热量越来越大、传输信号频率越来越高，从而对微波用印制板在射频性能、散热效果，性价比方面提出了更高要求。

现有微波印制板，存在如下不足：1、高频板材置于外层，采用微带线结构传输微波信号，信号损耗较大，且易产生电磁兼容问题；2、装配于印制板表面的元器件控制线、电源线的布线过孔需穿过射频信号布线层，影响射频地平面的完整性，也减小了射频层信号线布线空间；3、纯高频板材成本较高；4、无金属基的印制板，散热效果不理想，难以满足高功率、大热流密度需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种混压金属基微波印制板及设计方法。低频材料集中层叠主要用于低频信号走线，高频材料集中层叠主要用于射频信号走线。射频信号层间互联采用盲孔结构，仅穿透高频材料层，避免穿过低频材料层。低频信号层间互联采用盲孔结构，主要穿透低频材料层，尽量避免穿过高频材料层。印制板局部设置盲槽，槽壁金属化接地，槽底装配器件。与器件引脚相连的射频传输线采用微带线结构，经过短距离阻抗匹配后过渡至带状线结构，大部分射频信号采用带状线结构在高频材料层传输。器件发热经印制板上的金属化孔传输至金属基，由金属基辅助散热。

本发明采用的技术方案如下：

一种混压金属基微波印制板包括：N层低频芯板、M层高频芯板，N层低频芯板通过N-1层低频粘接片压合成低频层叠结构；M层高频芯板与M-1层高频粘接片压合成高频层叠结构；低频层叠结构与高频层叠结构之间通过高频粘接片压合为无金属基印制板；无金属基印制板最外层的高频芯板与金属基通过导热导电粘接片压合成最终金属基印制板；其中低频芯板形成金属基印制板的第1层到第2N层，高频芯板形成金属基印制板的第2N+1层到第2(N+M)层；低频芯板和高频芯板都是双面覆铜板；

所述用于微波印制板布线的铜箔层数目为2*(N+M)，铜箔分别布置在金属基印制板第1层到第2N层、金属基印制板第2*N+1层到第2*(N+M)层，其中金属基印制板第1层至第2*N层设置的铜箔用于低频信号及电源布线；金属基印制板第2*N+1层至第2*(N+M)层设置的铜箔用于射频信号布线；

微波印制板设置用于装配器件的P个盲槽以及Q个金属化散热接地孔。

进一步的，所述盲槽是挖开第一层至第i层中任意连续层的基材、粘接片和铜箔，露出第i层铜箔后形成的区域；盲槽侧壁金属化处理，并与1到i层之间所有接地层连接；器件安装于第i层盲槽底部，器件的射频引脚与第i层或第i-1层的传输线相连；盲槽可以设置P个；P大于等于0；2*N<i<＝2*(N+M)。

进一步的，所述盲槽内微波器件底部及器件周边区域，设计金属化散热接地孔；金属化散热接地孔是从i层到2*(N+M)层；金属化散热接地孔与i到2*(N+M)层之间的所有接地层连接。

进一步的，所述整个印制板边缘金属化处理，金属化板边与第1层至第2*(N+M)层之间的所有接地层连接。

一种混压金属基微波印制板设计方法包括：

步骤1：据电路图及印制板加工工艺要求，确定高频和低频信号各需的布线层数；据电性能、印制板加工工艺、加工成本等要求，确定PCB结构中M层高频芯板、M层高频粘接片、N层低频芯板、N层低频粘接片的具体型号规格；据电气性能和结构约束，确定盲槽位置和结构；据电气性能和结构约束，确定金属化散热接地孔数量、位置和结构；其中低频芯板和高频芯板都是双面覆铜板；

步骤2：N层低频芯板通过N-1层低频粘接片压合成低频层叠结构；M层高频芯板与M-1层高频粘接片压合成高频层叠结构；低频层叠结构与高频层叠结构之间通过高频粘接片压合为无金属基印制板；无金属基印制板最外层的高频芯板与金属基通过导热导电粘接片压合成最终金属基印制板；其中低频芯板形成金属基印制板的第1层到第2N层，高频芯板形成金属基印制板的第2N+1层到第2(N+M)层；低频芯板和高频芯板都是双面覆铜板；

步骤3：所述用于微波印制板布线的铜箔层数目为2*(N+M)，铜箔分别布置在金属基印制板第1层到第2N层、金属基印制板第2*N+1层到第2*(N+M)层，其中金属基印制板第1层至第2*N层设置的铜箔用于低频信号及电源布线；金属基印制板第2*N+1层至第2*(N+M)层设置的铜箔用于射频信号布线；

步骤4：微波印制板设置用于装配器件的P个盲槽以及Q个金属化散热接地孔。

进一步的，所述盲槽是挖开第一层至第i层中任意连续层的基材、粘接片和铜箔，露出第i层铜箔后形成的区域；盲槽侧壁金属化处理，并与L1到Li层之间所有接地层连接；器件安装于第i层盲槽底部，器件的射频引脚与第i层或第i-1层的传输线相连；盲槽可以设置P个；P大于等于0；2*N<i<＝2*(N+M)。

进一步的，所述盲槽内微波器件底部及器件周边区域，设计金属化散热接地孔；金属化散热接地孔是从i层到2*(N+M)层；金属化散热接地孔与i到2*(N+M)层之间的所有接地层连接。

进一步的，所述整个印制板边缘金属化处理，金属化板边与第1层至第2*(N+M)层之间的所有接地层连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、一种针对微波电路应用的印制板结构，基于该结构的印制板，具备射频性能优良、布线集成度高、散热效果好、性价比高的优点。

2、低频信号走线层采用低频材料，减少了不必要的高频板材的用量，可降低成本；

3、高低频板材分别集中层叠，同时采用盲孔传输信号，既消除了高低频信号间的层间相互影响，又提高了布线空间利用率。

4、射频传输线大部分采用带状线结构，可降低传输损耗并减少信号辐射。印制板边缘金属化接地、盲槽槽壁金属化接地，加之板内设置的多层完整地平面，形成了良好的射频布线环境，产品电磁兼容性得到保证。

5、器件底部的金属化接地孔，除了提供良好的信号回流路径外，还将器件发热传至金属基，经金属基快速散发。器件安装在Li层，而不是安装在L1层，缩短了器件至金属基之间的热传输路径，降低了热阻，提升了散热效能。

6、金属基置于高低频板材的外层，而不在中间层，可避免信号孔穿透金属基带来的传输性能恶化及加工难度，同时便于灵活调整金属基结构，可实现特定要求下电路散热效果的最优化。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明实施例一示意图。

图2是本发明实施例二示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1

混压金属基微波印制板制作方法：

1)据电路图及印制板加工工艺要求，确定高频和低频信号各需的布线层数；

2)据电性能、印制板加工工艺、加工成本等要求，确定PCB结构中M层高频芯板、M层高频粘接片、N层低频芯板、N层低频粘接片的具体型号规格；

3)据电气性能和结构约束，确定盲槽位置和结构；

4)据电气性能和结构约束，确定金属化散热接地孔数量、位置和结构。

实施例一：

金属基印制板由高频层叠结构(含高频芯板和高频粘接片)、低频层叠结构(含低频芯板和低频粘接片)和金属基通过PCB制造工艺加工而成。

低频层叠结构中低频芯板用于低频走线，高频层叠结构中高频芯板用于高频走线。射频信号层间互联采用盲孔结构，仅穿透高频层叠结构，避免穿过低频结构。低频层叠结构采用盲孔结构，主要穿透低频芯板和低频粘接片，尽量避免穿过高频层叠结构。微波印制板局部设置盲槽，槽壁金属化接地，槽底装配器件。与器件引脚相连的射频传输线采用微带线结构，经过短距离阻抗匹配后过渡至带状线结构，大部分射频信号采用带状线结构在高频结构传输。器件发热经微波印制板上的金属化孔传输至金属基，由金属基辅助散热。

混压金属基印制板结构示意如图1所示。图1中1为低频芯板，2为低频粘接片、3为高频粘接片、4为高频芯板、5为导电导热粘接片、6为金属基、7和8为侧壁金属化的盲槽、9和10为金属化过孔、11和12为器件。印制板布线层数2*(N+M)，依次为L_1、L_2、L_3、…、L_2*(N+M)。

结构中低频芯板数量为N，高频芯板数量为M：N张低频芯板通过N-1张低频粘接片压合构成低频结构A，M张高频芯板通过与M-1张高频粘接片压合成高频结构B。A、B之间通过高频粘接片压合为无铜基印制板，无铜基印制板与铜基通过导电导热粘接片压合形成最终金属基微波印制板。

整个金属基微波印制板用于布线的铜箔层数目为2*(N+M)，其中第1层(L1)至第2*N层(L_2*N)用于低频信号及电源布线；第2*N+1层(L_2*N+1)至第2*(N+M)层(L_2*(N+M))用于射频信号布线。

金属基微波印制板的局部区域，挖开L1(含)至第L2*N+1(不含)的基材、粘接片和铜箔，露出L_2*N+1铜箔，形成盲槽7，器件11安装在盲槽7底部的L_2*N+1，器件11的射频引脚与L_2*N+1的传输线相连。

印制板上局部区域，挖开L_1(含)至第L_2*N+3(不含)的基材、粘接片和铜箔，露出L_2*N+3铜箔，形成盲槽8，器件12安装在盲槽8底部的L_2*N+3，器件12的射频引脚与L_2*N+1的传输线相连。

盲槽内微波器件底部及器件周边区域，设计一定数目的金属化散热接地孔。盲槽7内的金属化孔9起始层为L_2*N+1终止层为L_2*(N+M)，盲槽8内的金属化孔10起始层为L_2*N+3终止层为L_2*(N+M)。具体孔径和孔数需综合材料特性、板厚、接地效果、散热需求及加工能力设置。

盲槽7内壁金属化并与L_1至L_2*N+1之间的所有接地层连接，盲槽8内壁及底部金属化处理并与L_1至L_2*N+2之间的所有接地层连接。整个印制板边缘金属化处理，并与L_1至L_2*N+M之间的所有接地层连接。

实施例二：

设计了16层板，结构见图2。图2中21为低频芯板，22为低频粘接片、23为高频粘接片、24为高频芯板、25为粘接片、26为金属基、27和28为侧壁金属化的盲槽、29和30为金属化过孔、31和32为元器件。印制板布线层数16。依次L_1、L_2、L_3、…、L_16。

选用的低频芯板和低频粘接片介电常数为4.5、高频芯板和高频粘接片介电常数为2.9，金属基材料为铜，高频材料与铜基之间采用的粘接片为导电胶。高低频板材压合后厚度3.0mm(不含金属基)，压合铜基(厚12.0mm)后的成品板厚15.0mm。

印制板16层图形层依次为L_1～L_16，其中L_1～L_8为低频布线层，L_9～L_16为高频布线层。盲槽27和28的开口为方形，边长约5mm～25mm，内角导圆角，导角直径1mm。金属化孔29和30的孔径在0.2mm～0.5mm之间。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种混压金属基微波印制板，其特征在于包括：N层低频芯板、M层高频芯板， N层低频芯板通过N-1层低频粘接片压合成低频层叠结构；M层高频芯板与M-1层高频粘接片压合成高频层叠结构；低频层叠结构与高频层叠结构之间通过高频粘接片压合为无金属基印制板；无金属基印制板最外层的高频芯板与金属基通过导热导电粘接片压合成最终金属基微波印制板；其中低频芯板形成金属基微波印制板的第1层到第2N层，高频芯板形成金属基微波印制板的第2N+1层到第2（N+M）层；低频芯板和高频芯板都是双面覆铜板；

所述用于金属基微波印制板布线的铜箔层数目为2*（N+M），铜箔分别布置在金属基微波印制板第1层到第2N层、金属基微波印制板第2*N+1层到第2*（N+M）层，其中金属基微波印制板第1层至第2*N层设置的铜箔用于低频信号及电源布线；金属基微波印制板第2*N+1层至第2*（N+M）层设置的铜箔用于射频信号布线；

金属基微波印制板设置用于装配器件的P个盲槽以及Q个金属化散热接地孔。

2.根据权利要求1所述的一种混压金属基微波印制板，其特征在于所述盲槽是挖开第一层至第i层中任意连续层的芯板和粘接片，露出第i层铜箔后形成的区域；盲槽侧壁金属化处理，并与1到i层之间所有接地层连接；器件安装于第i层盲槽底部，器件的射频引脚与第i层或第i-1层的传输线相连；盲槽可以设置P个；P大于等于0；2*N<i<=2*(N+M)。

3.根据权利要求1所述的一种混压金属基微波印制板，其特征在于所述盲槽内微波器件底部及器件周边区域，设计金属化散热接地孔；金属化散热接地孔是从i层到2*（N+M）层；金属化散热接地孔与i到2*（N+M）层之间的所有接地层连接。

4.根据权利要求1所述的一种混压金属基微波印制板，其特征在于所述金属基微波印制板边缘金属化处理，金属化板边与第1层至第2*（N+M）层之间的所有接地层连接。

5.一种混压金属基微波印制板设计方法，其特征在于包括：

步骤1：据电路图及印制板加工工艺要求，确定高频和低频信号各需的布线层数；据电性能、印制板加工工艺、加工成本等要求，确定PCB结构中M层高频芯板、M层高频粘接片、N层低频芯板、N层低频粘接片的具体型号规格；据电气性能和结构约束，确定盲槽位置和结构；据电气性能和结构约束，确定金属化散热接地孔数量、位置和结构；其中低频芯板和高频芯板都是双面覆铜板；

步骤2：N层低频芯板通过N-1层低频粘接片压合成低频层叠结构；M层高频芯板与M-1层高频粘接片压合成高频层叠结构；低频层叠结构与高频层叠结构之间通过高频粘接片压合为无金属基印制板；无金属基印制板最外层的高频芯板与金属基通过导热导电粘接片压合成最终金属基微波印制板；其中低频芯板形成金属基微波印制板的第1层到第2N层，高频芯板形成金属基微波印制板的第2N+1层到第2（N+M）层；低频芯板和高频芯板都是双面覆铜板；

步骤3：所述用于金属基微波印制板布线的铜箔层数目为2*（N+M），铜箔分别布置在金属基微波印制板第1层到第2N层、金属基微波印制板第2*N+1层到第2*（N+M）层，其中金属基微波印制板第1层至第2*N层设置的铜箔用于低频信号及电源布线；金属基微波印制板第2*N+1层至第2*（N+M）层设置的铜箔用于射频信号布线；

步骤4：金属基微波印制板设置用于装配器件的P个盲槽以及Q个金属化散热接地孔。

6.根据权利要求5所述的一种混压金属基微波印制板设计方法，其特征在于所述盲槽是挖开第一层至第i层中任意连续层的芯板和粘接片，露出第i层铜箔后形成的区域；盲槽侧壁金属化处理，并与L1到Li层之间所有接地层连接；器件安装于第i层盲槽底部，器件的射频引脚与第i层或第i-1层的传输线相连；盲槽可以设置P个；P大于等于0； 2*N<i<=2*(N+M)。

7.根据权利要求5所述的一种混压金属基微波印制板设计方法，其特征在于所述盲槽内微波器件底部及器件周边区域，设计金属化散热接地孔；金属化散热接地孔是从i层到2*（N+M）层；金属化散热接地孔与i到2*（N+M）层之间的所有接地层连接。

8.根据权利要求5所述的一种混压金属基微波印制板设计方法，其特征在于所述金属基微波印制板边缘金属化处理，金属化板边与第1层至第2*（N+M）层之间的所有接地层连接。