CN112020214B - 多层高频pcb板及其信号过孔优化方法 - Google Patents

多层高频pcb板及其信号过孔优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及PCB过孔技术领域，公开了一种多层高频PCB板及其信号过孔优化方法，所述多层高频PCB板包括第一基板、第二基板、微带线、调节圆盘、过孔、带状线及接地孔；第一基板和第二基板上开设过孔，第一基板远离第二基板的一侧铺设微带线，微带线连接过孔；第一基板位于微带线的一侧设置调节圆盘，调节圆盘环绕过孔；第一基板及第二基板均设置接地孔，第一基板的接地孔环绕调节圆盘设置；第一基板背离微带线的一侧设置第二基板，第一基板和第二基板之间夹设带状线，带状线与过孔连接。所述方法通过多层高频PCB板实现信号过孔优化。本发明提供的技术方案能够保证通道内的阻抗连续性，使得信号传输的完整性及传输功率佳。

Description

多层高频PCB板及其信号过孔优化方法
技术领域
本发明涉及PCB过孔技术领域，具体涉及一种多层高频PCB板及其信号过孔优化方法。
背景技术
多层PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)在电子设备高度集成化的今天已经十分常见，在复杂的多层PCB上，信号经常需要通过过孔进行换层。随着信号频率的升高，带宽的增加，过孔作为不同层信号线之间的连接结构，其信号线与过孔的阻抗匹配变得更加重要，将严重影响通道内信号的传输和信号完整性。影响过孔与信号线的阻抗匹配的因素主要有两个：一是过孔本身结构，如图1所示，常见过孔结构包括过孔本身及反焊盘，而反焊盘的直径大小是影响过孔阻抗匹配性能的重要因素。二是信号通过过孔换层后，过孔留下的无用的残桩部分，如图2所示，残桩部分会在工作频段内会极大的影响信号线与过孔的阻抗匹配效果，从而影响通道传输信号的完整性和信号在工作频带内的传输功率。基于以上两种因素，目前业界常用的针对过孔调整阻抗匹配的方法包括：一、建立仿真模型，在仿真软件中调整反焊盘直径大小，达到调整过孔阻抗匹配的目的；二、在过孔末端加端接电阻、电容或者电感，抵消残桩带来的影响；三、采用背钻的方法去除残桩。其中背钻是指钻刀从过孔底部向上钻，将多余的残桩部分钻掉的过程。
然而，现有技术的过孔本身结构过于简单，用仿真软件配合优化也只能调节PCB中每层过孔反焊盘直径大小这一种参数，只能在信号带宽较窄的情况下起到作用，无法在宽带情况下得到良好的阻抗匹配效果；对于去除残桩的影响，用加端接电容电阻电感的方式也只会在很窄的信号带宽中起作用，要想在宽带效果起作用会极大增加设计难度和PCB上被占用的面积，影响电路的高集成化；过孔采用背钻时，背钻越深，背钻公差越大，板厚超过3mm后公差很难控制。为了背钻时不损害信号线，会保留公差范围长度的残桩，在信号带宽、信号频率高的情况下，背钻甚至无法带来有益影响。
因此，亟待提供一种新的技术方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的多层PCB板集成过程中信号线与过孔的匹配影响通信内信号的传输及信号完整性的问题，提供一种多层高频PCB板及其信号过孔优化方法，所述多层高频PCB板及其及其信号过孔优化方法能够保证通道内的阻抗连续性，使得信号传输的完整性及传输功率佳。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多层高频PCB板，包括第一基板、第二基板、微带线、调节圆盘、过孔、带状线以及接地孔；其中，所述第一基板和所述第二基板上开设有所述过孔，所述第一基板远离所述第二基板2的一侧铺设有所述微带线，所述微带线连接所述过孔；所述第一基板位于所述微带线的一侧设置有所述调节圆盘，所述调节圆盘环绕所述过孔；所述第一基板及所述第二基板均设置有所述接地孔，所述第一基板的所述接地孔环绕所述调节圆盘设置；所述第一基板背离所述微带线的一侧设置有所述第二基板，所述第一基板和所述第二基板之间夹设有所述带状线，所述带状线与所述过孔连接。
优选地，所述多层高频PCB板还包括反焊盘，所述反焊盘环绕所述过孔设置于所述第二基板上，所述第二基板上的所述接地孔环绕所述反焊盘设置。
优选地，所述接地孔为接地金属化过孔，所述接地金属化过孔的数量为2N个(N大于3)，2N个所述接地金属化过孔均匀环绕所述过孔设置。
优选地，所述过孔为馈电过孔，所述馈电过孔的直径为0.18-0.31mm。
优选地，所述调节圆盘的直径为0.5-1.5mm。
优选地，所述反焊盘的直径为0.6-1.6mm。
优选地，所述接地孔的直径为0.18-0.31mm。
本发明第二方面提供一种多层高频PCB板的信号过孔优化方法，通过如上述任意一项所述的多层高频PCB板实现信号过孔优化，所述多层高频PCB板的信号过孔优化方法具体包括以下步骤：
S1，在第一基板及第二基板的过孔外侧增设一组环绕所述过孔的接地孔；及
S2，在顶层微带线与过孔连接处增设调节圆盘；
S3，通过仿真软件对接地孔的直径、接地孔的数量及相互之间的间距、调节圆盘的直径进行优化；
S4，预估第一基板与第二基板之间的厚度以及背钻深度并控制过孔的背钻深度。
优选地，S1和S2中接地孔的直径、接地孔圆心到过孔圆心的距离以及调节圆盘的直径可调。
优选地，S3中在预估背钻深度较深时，通过保留部分残桩以减少背钻深度。
通过上述技术方案，本发明提供一种多层高频PCB板及其信号过孔优化方法，所述多层高频PCB板包括第一基板、第二基板、微带线、调节圆盘、过孔、带状线以及接地孔；所述第一基板和所述第二基板上开设有所述过孔，所述第一基板一侧铺设有所述微带线，所述微带线连接所述过孔；所述第一基板位于所述微带线的一侧设置有所述调节圆盘，所述调节圆盘环绕所述过孔；所述第一基板及所述第二基板均设置有所述接地孔，所述第一基板的所述接地孔环绕所述调节圆盘设置；所述第一基板背离所述微带线的一侧设置有所述第二基板，所述第一基板和所述第二基板之间夹设有所述带状线，所述带状线与所述过孔连接。所述方法通过所述多层高频PCB板实现信号过孔优化。本发明提供的技术方案能够保证通道内的阻抗连续性，使得信号传输的完整性及传输功率佳。
附图说明
图1是现有技术的PCB板的立体结构示意图；
图2是现有技术的PCB板的侧面结构示意图；
图3是本发明所述的多层高频PCB板的立体结构示意图。
附图标记说明
1-第一基板；2-第二基板；3-微带线；4-调节圆盘；5-过孔；6-带状线；7-接地孔；8-反焊盘；9-残桩；100-多层高频PCB板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的PCB板中不仅有第一基板1和第二基板2，还设置有多层基板，同时第一基板1和第二基板2内也可以设置有多层，以保证PCB板的多层结构，同时过孔5贯穿整个PCB板，并不限于第一基板1和第二基板2。
请参阅图3，本发明提供一种多层高频PCB板100，包括第一基板1、第二基板2、微带线3、调节圆盘4、过孔5、带状线6、接地孔7及反焊盘8；所述第一基板1和所述第二基板2上开设有所述过孔5，所述第一基板1远离所述第二基板2的一侧铺设有所述微带线3，所述微带线连接所述过孔5；所述第一基板1位于所述微带线3的一侧设置有所述调节圆盘4，所述调节圆盘4环绕所述过孔5；所述第一基板1及所述第二基板2均设置有所述接地孔7，所述第一基板1的所述接地孔7环绕所述调节圆盘4设置；所述反焊盘8环绕所述过孔5设置于所述第二基板2上，所述第二基板2上的所述接地孔7环绕所述反焊盘8设置；所述第一基板1背离所述微带线3的一侧设置有所述第二基板2，所述第一基板1和所述第二基板2之间夹设有所述带状线6，所述带状线6与所述过孔5连接。
由于PCB板上的过孔5与微带线3之间的第一基板1上的阻抗匹配难以调节，因此本发明提供一多层高频PCB板100，在第一基板1上设置有微带线3、调节圆盘4和过孔5，其中，过孔5为馈电过孔，微带线3连接过孔5，调节圆盘4环绕过孔5设置，在调节圆盘4外周铺设有接地孔7，接地孔7为接地金属化过孔，接地孔7等效成同轴线外壁，过孔5等效成同轴线内芯，再加上微带线3与过孔5连接处增加调节圆盘4，由此接地孔7、过孔5、调节圆盘4、各层的反焊盘8及各层介质组成了“类同轴”转换结构，这样的“类同轴”能有效地抑制信号传输过程中带状线6上下金属层产生的平行板模式，增加信号的转换效率。
其中，所述调节圆盘4的直径能够通过仿真软件进行调节，以降低过孔结构在宽带条件下的匹配难度并缩短优化时间；所述接地孔的直径、接地孔的数量及相互之间的间距等亦能够通过仿真软件进行调节，以保证阻抗调整的精准度。
进一步地，为了保证阻抗匹配的效果，将接地孔7的数量设置为2N个(N大于3)，接地孔7为接地金属化过孔，2N个所述接地金属化过孔均匀环绕所述过孔5设置，以提升保证阻抗调整的精准度。
其中，过孔5的直径为0.18-0.31mm；调节圆盘4的直径为0.5-1.5mm；反焊盘8的直径为0.6-1.6mm；接地孔7的直径为0.18-0.31mm。通过调整各个孔径的大小改变阻抗，以保证通道内的阻抗连续性，从而使得信号传输的完整性及传输功率佳。
本发明第二实施方式还公开一种多层高频PCB板的信号过孔优化方法，通过如上述所述的多层高频PCB板100实现信号过孔优化，具体包括以下步骤：
S1，在第一基板及第二基板的过孔外侧增设一组环绕所述过孔的接地孔；及
S2，在顶层微带线与过孔连接处增设调节圆盘；
S3，通过仿真软件对接地孔的直径、接地孔的数量及相互之间的间距、调节圆盘的直径进行优化；
S4，预估第一基板与第二基板之间的厚度以及背钻深度并控制过孔的背钻深度。
利用本发明提供的技术方案进行仿真优化，从而使得在宽带条件下馈电过孔能够得到良好的阻抗匹配效果，从而保证通道内的阻抗连续性，使得信号传输的完整性及传输功率佳。
具体地，所述多层高频PCB板100是通过在过孔5外侧增加一组环绕过孔5摆放的接地孔7，该组接地孔7等效成同轴线外壁结构，过孔7等效成同轴线内芯结构，再加上微带线3与过孔5连接处增加调节圆盘4，由此接地孔7、过孔5、调节圆盘4、各层的反焊盘8以及各层介质组成了“类同轴”转换结构，极大的增加了模型的精准度并缩短了优化时间。此外，由于背钻深度越深，背钻公差就越大，背钻后剩余残桩的长度更加难以控制，在信号频率较高时严重影响过孔5的性能一致性，此时应先预估整体板厚及所需背钻深度，再通过叠层控制，将过孔5的背钻深度控制在工艺生产能达到的精度之内。
步骤S1和步骤S2中接地孔7的直径、接地孔7圆心到过孔5圆心的距离以及调节圆盘4的直径可调。上述结构将简单的过孔结构转变成了等效同轴线结构，增加了仿真过程中的可调参数，具体为接地孔的直径，外环直径(接地孔圆心到过孔圆心的距离)，调节圆盘直径，以及原有的反焊盘直径调节，可以极大的增加模型的精准度，降低过孔结构在宽带条件下的匹配难度并缩短优化时间，同时此结构能有效地抑制信号传输过程中带状线上下金属层产生的平行板模式，增加信号的转换效率。
步骤S4中在预估背钻深度较深时，通过保留部分残桩以减少背钻深度。此时可将预留的残桩长度当作开路匹配支节，带入本发明提供的多层高频PCB板100中进行仿真，通过微调结构参数将预留的残桩产生的影响抵消，从而保证通道内信号完整性。
综上所述，本发明优化了过孔整体结构，增加了仿真过程中的可调参数(外环接地孔的直径，外环直径，调节圆盘直径)，增加了模型的精准度并缩短了优化时间，同时上述结构能有效地抑制信号传输过程中带状线上下金属层产生的平行板模式，增加信号的转换效率，使过孔仿真模型更易于得到想要的仿真结果，便于实际生产。本发明还通过叠层控制来配合板厂以控制电路板整体厚度达到控制背钻深度的效果，降低了背钻工艺的难度，提升了PCB的成品率，同时降低了残桩对过孔的影响，保证了通道内的阻抗连续性从而保证了信号传输的完整性及传输功率。此外，在无法控制电路板厚度的条件下，通过保留一段残桩长度来减少背钻深度，将保留的残桩等价为开路匹配支节，再带入新结构的仿真模型中，重新匹配，从而能够保证通道内的阻抗连续性，使得信号传输的完整性及传输功率佳。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多层高频PCB板的信号过孔优化方法，通过多层高频PCB板实现信号过孔优化，其特征在于，多层高频PCB板包括第一基板（1）、第二基板（2）、微带线（3）、调节圆盘（4）、过孔（5）、带状线（6）以及接地孔（7）；
其中，所述第一基板（1）和所述第二基板（2）上开设有所述过孔（5），所述第一基板（1）远离所述第二基板（2）的一侧铺设有所述微带线（3），所述微带线（3）连接所述过孔（5）；所述第一基板（1）位于所述微带线（3）的一侧设置有所述调节圆盘（4），所述调节圆盘（4）环绕所述过孔（5）；所述第一基板（1）及所述第二基板（2）均设置有所述接地孔（7），所述第一基板（1）的所述接地孔（7）环绕所述调节圆盘（4）设置；所述第一基板（1）背离所述微带线（3）的一侧设置有所述第二基板（2），所述第一基板（1）和所述第二基板（2）之间夹设有所述带状线（6），所述带状线（6）与所述过孔（5）连接；
所述多层高频PCB板还包括反焊盘（8），所述反焊盘（8）环绕所述过孔（5）设置于所述第二基板（2）上，所述第二基板（2）上的所述接地孔（7）环绕所述反焊盘（8）设置；
所述多层高频PCB板的信号过孔优化方法具体包括以下步骤：
S1，在第一基板及第二基板的过孔外侧增设一组环绕所述过孔的接地孔；及
S2，在顶层微带线与过孔连接处增设调节圆盘；
S3，通过仿真软件对接地孔的直径、接地孔的数量及相互之间的间距、调节圆盘的直径进行优化；
S4，预估第一基板与第二基板之间的厚度以及背钻深度并控制过孔的背钻深度；在预估背钻深度达到预设的背钻深度时，通过保留部分残桩以减少背钻深度；将预留的残桩长度当作开路匹配支节，带入多层高频PCB板中进行仿真，通过微调结构参数将预留的残桩产生的影响抵消；
其中，S1和S2中接地孔的直径、接地孔圆心到过孔圆心的距离以及调节圆盘的直径可调。
2.根据权利要求1所述的多层高频PCB板的信号过孔优化方法，其特征在于，所述接地孔（7）为接地金属化过孔，所述接地金属化过孔的数量为2N个，N大于3，2N个所述接地金属化过孔均匀环绕所述过孔（5）设置。
3.根据权利要求1所述的多层高频PCB板的信号过孔优化方法，其特征在于，所述过孔（5）为馈电过孔，所述馈电过孔的直径为0.18-0.31mm。
4.根据权利要求1所述的多层高频PCB板的信号过孔优化方法，其特征在于，所述调节圆盘（4）的直径为0.5-1.5mm。
5.根据权利要求2所述的多层高频PCB板的信号过孔优化方法，其特征在于，所述反焊盘（8）的直径为0.6-1.6mm。
6.根据权利要求1所述的多层高频PCB板的信号过孔优化方法，其特征在于，所述接地孔（7）的直径为0.18-0.31mm。
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