CN1204787C - 印刷电路板、无线电波接收转换器以及天线装置 - Google Patents

Abstract

一种印刷电路板，具有由绝缘体制成的基板(2)、设置在该基板(2)的前表面上的带状线路(1)以及设置在该基板(2)的后表面上的接地金属层(3)。开孔(4)设置在接地金属层(3)内，可通到基板(2)。一种无线电波接收转换器和天线装置，都包括该印刷电路板。

Description

印刷电路板、无线电波接收转换器以及天线装置

技术领域

本发明涉及印刷电路板、无线电波接收转换器以及天线装置。更具体地说，本发明涉及在回流等热处理之后受到较少弯曲的印刷电路板以及设置有所述相应的印刷电路板的无线电波接收转换器和天线装置。

背景技术

通常来说，众所周知具有配线图案的印刷电路板，这种配线图案在包括绝缘体的基板上形成。这种印刷电路板的一个实例是高频电路板。经常把微波传输带线路和共面线路用作在高频电路板上形成的线路。

其上形成有诸如微波传输带(microstrip)线路的基板部分(以下称作“微波传输带基板”)包括元件表面(其上形成有传输线路的表面)和接地表面。

图13和14示意性示出了这种微波传输带基板。如图13和14所示，该微波传送带基板设有由一种介电材料制成的基板2、在基板2前表面上形成的带状线路1以及在基板2后表面上形成的接地图层3。接地图层3一般由覆盖微波传输带基板的整个接地表面的金属层形成。这里也把这种覆盖整个表面的金属层称作图层(pattern)。与此相比较，共面电路通常设有环绕传输线路周边的接地图层。

例如，当如上所述的微波传输带基板受到回流等热处理时，由于残留在基板2前后表面上的金属所占的面积百分比(残留铜率)不同，因此基板2要遭受弯曲。基板2的弯曲随着基板2前后表面之间的残留铜率的增加而增大。

一般来说，坚硬的基板不大可能由于热处理而出现这样的弯曲。相反，由聚四氟乙烯制成的基板和诸如所谓的柔性基板的软基板会遭受相当大的弯曲，这样的弯曲对电路板的性能和质量影响极大。

因此，通常要采取各种对策避免弯曲，这些对策包括在回流之前按摩基板、在低温下进行回流、以及进行校正弯曲的附加步骤。

但是，这种对策并不能完全避免电路板的弯曲，在回流期间产生元件的脱落或者错位。进一步地，当把电路板安装在外壳中时，会出现芯片裂缝，有可能产生严重的质量问题。更进一步地，按摩基板和其它附加步骤会引起相当大的损失。

发明内容

基于上述原因，本发明的一个目的是通过调整在基板上形成的导电图层来减少印刷电路板在进行热处理之后的弯曲，同时防止产品性能的降低，并限制由于附加步骤而产生的损失。

本发明的另一目的是通过将所述印刷电路板放入其中而提供可靠性高、性能优良的无线电波接收转换器和天线装置。

根据本发明的一个方面，该印刷电路板包括由绝缘体制成的基板、设置在该基板上的第一导电图层以及与第一导电图层间隔开设置在该基板之上的第二导电图层。该第二导电图层设有通到该基板的开孔。限定该“绝缘体”包括介电材料，而限定该“基板”包括呈薄膜等形式的柔性材料。

设置通向基板的第二导电图层中的开孔能够调整其上形成有第二导电图层的基板表面上的残留铜率。因此，可调整基板前后表面之间的残留铜率的差别，以减小在热处理期间由于基板和导电图层的热膨胀系数不同而产生的热应力。因此有可能减少电路板在热处理后的弯曲。

所述开孔是用于防止电路板在进行热处理之后的弯曲，所述开孔暴露出基板的表面。此时暴露的可以是基板的基料本身、或者是覆盖基板表面的层。

优选地，第一导电图层是传输线路，而第二导电图层是接地图层。也就是说，优选在接地图层中设置该开孔。通过这样可减小电路板的弯曲，同时不会降低产品的性能。

第一导电图层可以是微波传输带线路的线路图层。在此情况下，开孔的直径设定不超出波导波长。因此，可减小电路板的弯曲，同时限制住传输损失。

第一导电图层可在该基板的前表面上形成，第二导电图层可在基板的后表面上形成。在此情况下，可把作为接地图层的第三导电图层设置在基板的前表面上，并把开孔设置在第三导电图层中。还是在此情况下，可调整基板前后表面之间的残留铜率的差别，进而减小电路板的弯曲。

该第一导电图层可以是共面线路的线路图层。还是在此情况下，可设定开孔的直径不超出波导波长。因此，与微波传输带线路的情况一样，可减小电路板的弯曲。

根据本发明的另一方面，该印刷电路板包括由绝缘体制成的第一基板和由其材料与第一基板不同的绝缘体制成的第二基板，该第二基板叠加在所述第一基板上，导电图层介于二者之间。在该导电图层中设有通孔。

当把通孔设置在如上所述的基板之间的中间导电层中时，还有可能利用所设置的通孔调整各个基板前后表面之间的残留铜率的差异，因此有可能减小电路板热处理之后的弯曲。另外，可减小各个基板和导电图层之间的接触面积，并进而吸收由于基板的膨胀或收缩而产生的应力，所述基板的膨胀或收缩是因为不同材料制成的基板的热膨胀系数不同。这样也有利于减小电路板的弯曲。

通孔可用于防止电路板在热处理之后发生弯曲，而且通孔通到第一和第二基板的表面。通孔可止于第一和第二基板，不需要使通孔穿透第一和第二基板。

优选地，第一基板具有第一传输线路，而第二基板具有第二传输线路。导电图层优选是接地图层。

通孔的直径可不大于波导波长。在此情况下，可减小电路板的弯曲，同时限制传输损失。

根据本发明另外方面，该印刷电路板包括由具有通孔的绝缘体制成的基板、以及围绕通孔设置在基板表面上的导电图层。在导电图层和通到该基板的通孔之间设置开孔。

一般来说，导电部分设置在通孔中。在进行诸如回流之类的热处理时，热量趋向于累积在该导电部分，该热量传递到在基板之上的导电图层中，从而使基板弯曲。因此，如上所述，把开孔设置在导电图层和通孔之间，这样可减小通道的面积，在诸如回流之类的热处理期间在通孔内的导电部分累积起来的热量通过该通道传递。因此，限制了热处理期间从通孔到导电图层的热扩散或热传导，从而限制了电路板由于热扩散或热传导而产生的弯曲。

优选地，开孔围绕通孔设置。在此情况下，通孔独立于导电图层，因此有可能有效地限制热量从通孔传导到导电图层。

可在通孔周围设置多个这样的开孔。可通过形成导电图层而设置开孔。可选择地，可形成一个或多个导电图层来桥接设置在通孔周围的开孔，从而看起来好象在通孔周围有多个开孔。

当如上所述在通孔周围设置多个这样的开孔，还可以减小从通孔到导电图层的热量传递通道的面积，因此有可能限制住电路板由于从通孔的热扩散或热传导而产生的弯曲。进一步地，可通过导电图层把通孔内部的导电部分接地。当需要把通孔内的导电部分接地时，这样作是很有用的。

根据本发明所述的无线电波接收转换器设有如上所述的印刷电路板。进一步地，本发明所述的天线装置设有相应的无线电波接收转换器和用于把所接收的无线电波反射和引导至该无线电波接收转换器的反射用抛物线部分。

结合附图在一起，从下面对本发明的详细说明中可以更清楚本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点。

附图说明

图1示出根据第一实施例所述印刷电路板的微波传输带线路部分的示意横向剖视图。

图2示出图1所示印刷电路板的后表面。

图3是图2所示开孔的局部放大图。

图4是根据本发明的第二实施例所述印刷电路板的局部俯视平面图。

图5A和5B示出接地表面上的残留铜率与基板弯曲量之间的关系。

图6A和6B示出实际上形成图案时接地表面上的残留铜率与基板弯曲量之间的关系。

图7是根据本发明的第三实施例所述印刷电路板的局部横向剖视图。

图8是根据本发明的第四实施例所述印刷电路板的局部透视图。

图9是根据本发明的第五实施例所述印刷电路板的局部俯视平面图。

图10是图9所示实施例的一种改进的局部俯视平面图。

图11原理图，示出了根据本发明的一种无线电波接收转换器和天线装置。

图12是本发明所述无线电波接收转换器的分解透视图。

图13是有微波传输带的传统电路板的透视图。

图14是图13所示电路板的横向剖视图。

具体实施方式

下面参照图1-10说明本发明的实施例。

第一实施例

图1示意性示出根据第一实施例所述印刷电路板的微波传输带线路。图2示出图1所示印刷电路板的后表面。

如图1和2所示，该印刷电路板包括介电材料(绝缘体)制成的基板(基材)2、作为在基板2前表面上形成的传输线路的带状线路(第一导电图层)1以及形成以覆盖基板2的整个后表面的接地金属层(接地图层)3。

基板2由例如玻璃纤维和聚四氟乙烯制成。带状线路1和接地金属层3由例如铜制成。为防止腐蚀，铜的表面可以覆盖金镀层、焊料镀层、有机树脂等。

在接地金属层3中设有多个开孔4。在图1和2所示的实施例中，开孔4以彼此几乎相等的距离形成在基板2的整个后表面上方，并通到基板2的该表面或在基板2的该表面上形成的覆盖层上。因此，基板2的该表面或在基板2的表面上形成的覆盖层暴露在每一开孔4的底部。例如，可通过蚀刻形成开孔4。

在形成微波传输带线路的过程中，传输线路在基板的一侧上形成，接地金属层在另外一侧的接地表面上形成。因此，这些表面的金属面积比(残留铜率)经常表现出彼此很大的不同。这种不同在绝缘材料(基板2)和具有不同热膨胀系数的各个金属层之间产生了相当大的应力，从而导致基板2弯曲。

图5A和5B示出在下列情况下基板2的弯曲量，即用相对柔软的聚四氟乙烯作为基板2的材料，在基板2各侧的整个表面上形成铜层12和13，并在接地表面(在一侧)上的铜层13中形成开孔以降低该接地表面中的残留铜率，所述接地表面随后经受以不低于200℃(例如200-230℃的状态)的温度下的热处理。

从图5A和5B中可以看出，当接地表面中的残留铜率为100％时，基板2就不发生弯曲，而且基板2的弯曲量随着残留铜率的降低而增加。特别是，当残留铜率在0-25％范围内时，基板2的弯曲量最大。

下一步，在图6A和图6B中示出了在把第一实施例所述的原理应用于具有微波传输带线路的实际印刷电路板时的弯曲测试结果。

在此测试中采用的印刷电路板具有基板2，该基板2由厚度为0.5mm、面积为110mm×110mm的聚四氟乙烯制成。在印刷电路板上装有不同的配线结构和电子元件。在接地金属层3内设有开孔4，从而调整该接地表面的残留铜率。使具有不同残留铜率的基板经受与图5A和5B中相同的热处理，并测定各基板的弯曲量。

如图6A和6B所示，本实施例中最佳点对应的残留铜率大约为75％，而残留铜率大约为70-80％时，基板2的弯曲量较小。这就意味着，通过根据本发明设置带有开孔4的接地金属层3可降低基板2的弯曲量。

最佳残留铜率根据基板2的类型和/或热膨胀系数、设置在基板2的表面上的配线图案、基板2的硬度、厚度和大小及其它因素而变化。因此，有必要在整个实际实验的每种情况下单独地确定最佳残留铜率。

微波传输带线路具有因接地表面的条件而变化的特性。因此，随机地除去铜层可能导致这些特性相当程度地降低。因此，当把本发明应用于高频电路板时，需要如下的具体考虑。

根据操作频率选择开孔4的形状和大小。更具体地说，所设定的开孔4的直径不大于放置有微波传输带线路的波导的波导波长λg。这样就可限制微波传输带线路的特性降低。在图3所示的实例中，开孔4是圆形的，所制作的开孔4的直径不大于波导波长λg。可选择地，开孔4的直径可设定不超出λg/4。

下面解释开孔4的设计方法。在这里利用实例说明圆形开孔4的设计方法。

利用下述表达式(1)表示开孔4(圆形孔)的直径Rg(图3中的D)：

Rg＝λg/4......(1)

其中ε表示基板2的介电常数，而λg表示波导波长。

当基板2中的波长为λ时，则表达式(1)可变化成下列表达式(2)：

$\mathrm{Rg}=(\mathrm{\λ}/4)\×(1/\sqrt{\mathrm{\ϵ}})---\left(2\right)$

通过根据上述表达式(1)和(2)设定开孔4的直径Rg，可防止微波传输带线路的性能降低。

下面说明排布开孔4的一种方法。

如图3所示，从上述表达式(1)可得出开孔4的直径D，并确定用于一定残留铜率的开孔4的位置。第二实施例

参照图4说明本发明的第二实施例。图4是第二实施例所述印刷电路板的局部俯视平面示意图。

如图4所示，可在其上形成有带状线路1的基板2的微波传输带线路的表面上设置接地图层6，并可在相关接地图层6中设置开孔4。还是在此情况下，可调整残留铜率，从而减小电路板的弯曲。开孔4的形状和设计方法与第一实施例相同。

第三实施例

参照图7说明本发明的第三实施例。图7是第三实施例所述印刷电路板的局部横向剖视图。在第三实施例中，本发明应用于具有层叠的基板的印刷电路板。

如图7所示，该印刷电路板具有由不同材料制成的基板7、9，在基板7和9之间形成的中间层8，以及设置在各基板7、9的表面上的带状线路(传输线路)。

基板7由例如FR-4制成，而基板9由例如聚四氟乙烯制成。中间层8由诸如铜之类的金属层制成。

在第三实施例中，通到各基板7、9的通孔5设于中间层8内。设置这种通孔5可限制热处理期间由于不同材料的热膨胀系数不同而引起的内部应力，因此有利于减小电路板的弯曲量。

也可把通孔5的直径设定不大于设有传输线路的波导的波导波长λg。这样可抑制传输线路的性能降低。通孔5的形状可为圆形开孔形状。在此情况下，设定通孔5的开孔直径不大于波导波长λg。可设定开孔的直径不大于λg/4。

尽管可采用与第一实施例相同的方法设计本实施例所述的通孔5，但在计算该通孔时，通过选择基板7、9的介电常数ε中的较大的一个，可确定通孔5的开孔直径。

第四实施例

下面参照图8说明本发明的第四实施例。图8是第四实施例所述印刷电路板的局部横向剖视透视图。

在第四实施例中，本发明应用于印刷电路板的共面线路部分。

如图8所示，第四实施例所述的印刷电路板在基板2的同一表面上设有线路图层(信号线)17和接地图层18。开孔4设在接地图层18中。因此，可调整基板2的线路表面中的残留铜率，进而减小热处理后的电路板的弯曲。

第五实施例

参照图9和10说明第五实施例及其改进之处。图9是第五实施例所述印刷电路板的局部俯视平面图。在第五实施例中，本发明应用于设有通孔的印刷电路板。

在高频电路中，一般采用通孔10来电连接传输表面和后侧上的接地表面。通孔10的内表面覆盖有由镀层等形成的金属层(导电部分)，因此通孔10的导热性大于周围绝缘材料的导热性。这样就扰乱了贯穿整个基板2的热分布，而且基板2很可能在集中设置通孔10的区域弯曲。

因此，在通孔10和环绕通孔10的接地图层(导电图层)6之间设置开孔15。这样可降低通道的面积，通过该通道将在诸如回流等热处理过程中累积在通孔10内的金属层16上的热量传递到接地图层6。因此，可限制热处理期间从通孔10到接地图层6的热扩散或热传导，进而限制可归因于这种热扩散或热传导的基板2的弯曲。

具体地说，如图9所示，围绕通孔10的开孔15将通孔10和接地图层6分开。也就是说，通孔10与基板表面上的导电图层相互独立。因此减少了从通孔10到接地表面的热扩散或热传导，进而减小了由于热量的定位而产生的基板2的弯曲。

如果需要电连接通孔10和接地图层6，如图10所示，可设置小热容的窄连接图层11来连接通孔10内的金属层16和接地图层6。通过这样作，可把从通孔10到接地图层6传输热量的通道做得很小，从而使从通孔10到基板表面传导的热量很少。

例如，可由铜金属图案制成连接图层11。尽管在图10所示的实例中设置了四个连接图层，但是也可设置包括一个在内的任意个连接图层。

在图10所示的实例中，把连接图层11设置到桥式开孔15上。因此看起来好象有多个开孔设置在通孔10的周围。

也可以设想，可通过蚀刻等方法制成接地图层6，在通孔10周围设置多个开孔。还是在此情况下，就象上面所述的情况那样，可使从通孔10到基板表面热传导量很少。

尽管在上述实施例中已说明了把本发明应用到高频电路板上的情况，但是也可以把本发明应用到非高频电路板的印刷电路板上。换句话说，本发明包含了有选择地去除在基板表面上形成的导电图层以防止电路板在热处理之后弯曲的所有情况。

如果把本发明应用于高频电路板上，如上所述，开孔形状和大小以及其它因素有相当大的电效应。因此需要根据上述设计方法选择开孔的适当形状和大小以及其他因素。与此相比较，当本发明应用于非高频电路板中外的任何电路板时，就不象在高频电路板中那样受到这种约束。在这种情况下所需要的所有条件是有选择地去除导电图层，以在任意形状中设置开孔、通孔、切缝或切口，达到不会降低电路特性的程度。

第六实施例

下面参照图11和12说明一种无线电波接收转换器或LNB(Low NoiseBlock down converter，低噪声屏蔽转换器)和天线装置，上述每一装置都使用了本发明所提供的高频电路板。

如图11所示，利用反射用抛物线部分21反射并聚集发自卫星的无线电波(信号)，并将该无线电波导向并引入无线电波接收转换器20。反射用抛物线部分21和无线电波接收转换器20组成该天线装置。

发自卫星的无线电波是包括右旋偏振波和左旋偏振波的圆偏振波。无线电波接收转换器20把这种无线电波分成这两种组分，并将其放大，从而把十几GHz波段的无线电波转换成1GHz波段的信号。通过电缆把转换后的信号发送到室内的接收设备，例如通过卫星接收器22发送到电视机23。

如图12所示，上述无线电波接收转换器20设有金属底盘24，该底盘有输出端子(F-型连接器)25、高频电路板26以及安装在底盘24上的金属机架27。可将本发明所述的印刷电路板用作设置在无线电波接收转换器20中的高频电路板26。

利用螺钉把机架27固定到底盘24上，底盘24和机架27组成无线电波接收转换器20的外壳，并把本发明所述的高频电路板26放入其中。

如上所述，根据本发明的实施例可减少在进行热处理后的印刷电路板的弯曲。发明人发现，当在热处理之前把开孔实际设置在高频电路板的导电图层中，以使基板后侧上的接地表面中的残留铜率达到70-80％时，电路板在热处理后的弯曲量可减小到传统情况下的五分之一至十分之一。由于减小了电路板的弯曲量，也抑制了由于电路板的弯曲而引起的元件的位移或脱落，因此改进了电路板的可靠性。进一步地，在把产品放入外壳后的可靠性也提高了。另外，可采用蚀刻等方法很容易地制成本发明所述的开孔和通孔。因此，与需要按摩基板等的情况相比较，由于附加步骤所引起的损失是很低的。

本发明所述的无线电波接收转换器和天线设有如上所述的印刷电路板，因此，其可靠性非常高，而且确保了优良的性能。

尽管已详细说明和图示了本发明，显而易见，本发明仅是采用了图示和实例的方式，而且并不受其限制，本发明的精神实质和保护范围只是由所附权利要求的权项进行限定。

Claims (10)

1、一种印刷电路板，包括：

由绝缘体制成的基板；

设置在所述基板上的第一导电图层，作为传输线路；以及

设置在所述基板上的第二导电图层，该第二导电图层与所述第一导电图层间隔开，作为接地图层；

其中，所述第二导电图层中设有通到所述基板的多个开孔，

所述开孔用于防止所述基板在进行热处理之后发生弯曲，

所述开孔暴露出所述基板的表面，并且

所述开孔遍布所述第二导电图层。

2、如权利要求1所述的印刷电路板，其中，

所述第一导电图层是微波传输带线路的线路图层，

所述开孔的直径不大于波导波长。

3、如权利要求1所述的印刷电路板，其中，

所述第一导电图层在所述基板的前表面上形成，而所述第二导电图层在所述基板的后表面上形成；

作为接地图层的第三导电图层设置在所述基板的前表面，与第一导电图层间隔开，所述开孔设置在该第三导电图层中。

4、如权利要求1所述的印刷电路板，其中，

所述第一导电图层是共面线路的线路图层，

所述开孔的直径不大于波导波长。

5、一种印刷电路板，包括：

由绝缘体制成的第一基板；

设置在所述第一基板上的第一传输线路；

第二基板，该第二基板由其材料与所述第一基板不同的绝缘体制成，叠加在所述第一基板上，接地图层介于所述第一基板和第二基板之间；

设置在所述第二基板上的第二传输线路；

其中，在所述接地图层中设有多个开孔，

所述开孔用于防止所述第一和第二基板在进行热处理之后发生弯曲，

所述开孔通到所述第一和第二基板的表面，并且

所述开孔遍布所述接地图层。

6、如权利要求5所述的印刷电路板，其中，

所述开孔的直径不大于波导波长。

7、一种无线电波接收转换器，该无线电波接收转换器设置有如权利要求1所述的印刷电路板。

8、一种天线装置，该天线装置设置有如权利要求7所述的无线电波接收转换器和用于把所接收的无线电波反射并引导至所述无线电波接收转换器的反射用抛物线部分。

9、一种无线电波接收转换器，该无线电波接收转换器设置有如权利要求5所述的印刷电路板。

10、一种天线装置，该天线装置设置有如权利要求9所述的无线电波接收转换器和用于把所接收的无线电波反射并引导至所述无线电波接收转换器的反射用抛物线部分。

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