CN1295428A - 可抑制电磁干扰的电路板及其压合方法 - Google Patents

Abstract

一种可抑制电磁干扰的电路板及其压合方法,该电路板是四层电路板,包括第一及四层的信号走线层、第二层的电源层及第三层的接地层,电路板的第二及三层之间具有一第一绝缘层,第一、二层及第三、四层之间分别具有一第二绝缘层,其中,第二绝缘层的材质是玻璃纤维强化聚酰亚胺,其介电系数小于第一绝缘层,可降低第二绝缘层的厚度,并使信号走线层的相对阻抗符合高速信号的标准,达到降低电磁干扰及适用于高速信号的效果。

Description

可抑制电磁干扰的电路板及其压合方法

本发明涉及一种可抑制电磁干扰的电路板及其压合方法，特别是涉及一种利用玻璃纤维强化聚酰亚胺来降低电磁干扰，并使其适用于高速信号的电路板及其压合方法。

如图1所示，是已有技术中四层电路板，其第一及四层为信号走线层S1、S2，第二层为电源层POWER及第三层为接地层GND，且该电路板具有一位于该电路板的第二及三层之间的第一绝缘层I1，及两分别位于该电路板的第一及二层与第三及四层之间的第二绝缘层I2，第一绝缘层I1为基材(thincore)，第二绝缘层I2为聚酯胶片(prepreg)，第一绝缘层I1的厚度H1是47mil(1mil=0.00254cm)，第二绝缘层I2的厚度H2是5mil，且该第二绝缘层I2是以介电系数为4.5的玻璃纤维强化环氧树脂制成，因此，该信号走线层S1对于电源层POWER的相对阻抗值RS1=信号走线层S2对于接地层GND的阻抗值RS2=60欧姆(Ω)，但是，由于电路板上的信号频率日渐提高(由33MHZ提升至133MHZ)，而且，以下列的公式1所求得的结果显示，电磁波干扰的磁场强度与频率平方成正比，所以使电磁波干扰也随着频率的增加而上升。公式1： $\left|E\right|=1.32\×{10}^{14}{f}^2\frac{A}{d}I$

其中：|E|：电磁波干扰的磁场强度

        f：信号频率

        I：信号电流大小

        A：信号流过的面积

        d：与辐射源的距离

首先，上列公式1应用在电路板时，信号流过的面积A为：信号流过的走线长度L×信号走线层S2与接地层GND之间的距离(也就是第二绝缘层I2的厚度H2，所以也是信号走线层S1与电源层POWER之间的距离H2)，如图2所示，为欧洲地区在与辐射源的距离d为10m(公尺)下，所能容许电磁波干扰的标准值，而以往电路板在信号的频率为100MHZ、与辐射源的距离d=10m、信号流过走线长度L为100mil(1mil=0.00254cm)及电流值I=20mA的情况下，利用上列公式1所计算出电磁波干扰的磁场强度为34dBμV，高于欧洲规定的标准值30dBμV，因此，以往电路板并不符合标准，而根据上列的公式1，如果能使信号流过的面积A缩小，将能让电磁波干扰的磁场强度随着缩小，因此，使第二绝缘层I2的H2厚度缩小，例如厚度缩小为3mil，就可使电磁波干扰的磁场强度下降至符合标准，电磁波干扰的磁场强度为29.56dBμV。但是第二绝缘层I2的厚度H2缩小时会造成下列缺点：1．电路板总厚度不符合标准：由于此种四层电路板工业标准的总厚度是固定值，但是第二绝缘层I2的厚度H2缩小时，会使总厚度缩小而不符合工业标准。

2．相对阻抗不符合高速信号的阻抗标准：当第二绝缘层I2的厚度H2为3mil时，信号走线层S1对于电源层POWER的阻抗值RS1=信号走线层S2对于接地层GND的阻抗值RS=37Ω，而此种电路板在走高速信号时，其传输线路的阻抗值，等于层与层之间的阻抗值，依照Intel设定的规格理论值是在55Ω±10％之间最好，也就是在49.5Ω~60.5Ω之间，而37Ω并不符合高速信号的阻抗标准。

本发明的目的在于提供一种利用玻璃纤维强化聚酰亚胺来抑制电磁干扰，以在高速信号时降低电磁波干扰的可抑制电磁干扰的电路板及其压合方法。

实现本发明的技术方案是，一种可抑制电磁干扰的电路板压合方法，该电路板是四层电路板，包括第一、四层的信号走线层、第二层的电源层，及第三层的接地层，第二及三层之间具有一第一绝缘层，该电路板的第一及二层与第三及四层之间分别具有一第二绝缘层，其特点是，该方法包括以下的步骤：一、将该电路板的电源层隔着第一绝缘层与接地层压合；二、将已压合的电源层及接地层的两表面，分别隔着一由玻璃纤维强化聚酰亚胺(Polyimide)所制成的第二绝缘层，而与各信号走线层压合，且第二绝缘层的介电系数低于第一绝缘层的介电系数。

一种上述方法所制成的可抑制电磁干扰的电路板，该电路板是四层电路板，包括第一、四层的信号走线层、第二层的电源层，及第三层的接地层，第二及三层之间具有一第一绝缘层，该电路板的第一及二层与第三及四层之间分别具有一第二绝缘层，其特点是，所述的第二绝缘层的材质是玻璃纤维强化聚酰亚胺，且第一绝缘层的介电系数大于各第二绝缘层的介电系数。

由于本发明采用了以上的技术方案，可使电路板的厚度符合工业标准，适用于高速信号的传输，而且降低电磁波干扰的磁场强度，经济效益好。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是已有技术中四层电路板的示意截面图。

图2是欧洲的电磁波干扰的标准值图表。

图3是本发明较佳实施例的示意截面图。

图4是本发明较佳实施例的局部放大示意图。

如图3所示，是本发明的可抑制电磁干扰的电路板的较佳实施例，该电路板为四层电路板，包括第一、四层的信号走线层S1、S2，该电路板的第二层的电源层POWER，及第三层的接地层GND，各信号走线层S1、S2可供电子零件布设，另外，该电路板具有一位于第二及三层之间的第一绝缘层I1及两分别位于该电路板的第一及二与第三及四层之间的第二绝缘层I2，一般厂商将第一绝缘层I1称为基材(thincore)，而第二绝缘层I2称为胶片(prepreg)。

由于电路板的各信号走线层S1、S2的相对阻抗值，最好是在Intel规定的高速线路理论阻抗值49.5~60.5欧姆范围内，而第二绝缘层I2厚度H2缩小时，会使电磁波干扰的辐射强度值下降，但是信号走线层S1、S2的相对阻抗值同时也会下降。在本发明中，该第二绝缘层I2是利用介电系数较低的材质制成，以使其各信号走线层S1、S2的相对阻抗值落在于Intel规定的高速线路理论阻抗值49.5~60.5欧姆范围内。而以往厂商所应用在绝缘层I1、I2的材质是介电系数为4.5的玻璃纤维强化环氧树脂，所以本发明寻找介电系数低于4.5的材质来制造第二绝缘层，此外，一般而言，为了方便对称性压合，厂商设计大都使两第二绝缘层I2的厚度H2相同，但制造上较方便，也较符合现今的制造方式，所以本发明人依据上述的考量来进行对绝缘层的材质及板厚进行改良。

为使对本发明更加明了，现通过下列公式来大致说明本发明的研制过程，但应注意的是，下列说明是针对四层电路板的工业标准的板厚为1.6mm来说明，但本发明的实施应不限制在板厚1.6mm的四层电路板。

配合图4所示，来计算第一信号走线层S1相对于电源层POWER的阻抗值R1(也可为第二信号走线层S2相对于接地层GND的阻抗值R2)，假设第二绝缘层H2是利用介电系数大约为3.0~3.5的玻璃纤维强化聚酰亚胺(polyimide)制成，在本计算过程中，为计算方便，以介电系数3.2来运算，及第二绝缘层H2的适当厚度，再利用下列公式2求出阻抗值R1(或R2，因在本实施例中，两第二绝缘层I2厚度相同，所以R1=R2)。公式2： $R1=\frac{87}{\sqrt{\mathrm{ER}+1.41}}\ln \left\{\frac{5.98H2}{0.8W+T1}\right\}$

其中：ER=介电系数=3.2

      H2=第二绝缘层的厚度

      W=线宽=可在2~8mil范围内，在本实施例中是5mil

      T1=第一信号走线层S1的厚度公式3：1H1+2H2+2T1+2T21.6mm

一般而言，电路板的外层是第一、二信号走线层S1、S2，厚度T1是0.7mil，而内层是电源层POWER及接地层GND，厚度T2是1.4mil，且电路板的总厚度必须符合工业标准1.6mm(如上列的公式3所示)，以前述的条件及概念，利用上列公式及多次实验，求出本发明的较佳实施例，即第一绝缘层I1的厚度H1在38.25~63.75mil范围内时，厚度H1以51mil为最隹、第二绝缘层厚度H2在0.5-5.5mil范围内时，厚度H以23mil为最隹，而该第一绝缘层I1利用以往介电系数为4.5的玻璃纤维强化环氧树脂，且第二绝缘层I2是利用介电系数约为3.0~3.5的玻璃纤维强化聚酰亚胺(如KAPTON)来制成，在此情况下，第一信号走线层S1相对于电源层POWER的阻抗值R1=第二信号走线层S2相对于接地层GND的阻抗值R2=56欧姆，符合2H2+1H1+2T1+2T2=2×3mil+1×51mil+2×0.7mil+2×1.4mil=61.2mil1.55mm及各阻抗值在Intel规定的高速线路理论阻抗值49.5~60.5欧姆范围内，且电磁波干扰的辐射强度值下降。

综上所述，本发明具有下列的优点：

1．电路板的厚度符合工业标准：由于在本实施例中，可将电路板的总厚度调整为1.6mm，使本发明的电路板总厚度符合工业标准。

2．适用于高速信号：本发明的电路板阻抗值R1、R2在Intel规定的高速线路理论阻抗值49.5~60.5范围内，可适用于高速信号，符合现今往高速信号发展的趋势，使产品的利用价值及竞争力可提高。

3．降低电磁波干扰的磁场强度：由于第二绝缘层H2的厚度相较于由5mil降至3mil，使本发明的第二绝缘层H2厚度只有以往第二绝缘层厚度的五分之三，因此，本实施例的电磁波干扰的磁场强度较以往电路板减少五分之二，大约降到29.56dbμV，低于欧洲地区规定安全值，所以可达到降低电磁波干扰的磁场强度的功效。

4．符合经济效应：由于只需改变如绝缘层的厚度及材质等压合条件，就可达到高速信号所要求的磁场强度及阻抗值，而不需花费大量人力、物力，来修改电路板上布局，因而可大幅降低修改所花费的人力及物力，达到符合经济效应。

Claims (16)

1．一种可抑制电磁干扰的电路板压合方法，该电路板是四层电路板，包括第一、四层的信号走线层、第二层的电源层，及第三层的接地层，第二及三层之间具有一第一绝缘层，该电路板的第一及二层与第三及四层之间分别具有一第二绝缘层，其特征在于，该方法包括以下的步骤：一、将该电路板的电源层隔着第一绝缘层与接地层压合；二、将已压合的电源层及接地层的两表面，分别隔着一由玻璃纤维强化聚酰亚胺所制成的第二绝缘层，而与各信号走线层压合，且第二绝缘层的介电系数低于第一绝缘层的介电系数。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中的第一绝缘层的介电系数是4.5。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二中的第二绝缘层的介电系数是在3.0~3.5范围内。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤二中的第二绝缘层的厚度是在0.5mil~5.5mil范围内。

5．如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤一中的第一绝缘层的厚度是在38.25~63.75mil范围内。

6．如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤二中的第二绝缘层的厚度是3mil。

7．如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤一中的第一绝缘层的厚度是51mil。

8．如权利要求1或2项所述的方法，其特征在于：所述步骤一中的第一绝缘层的材质是玻璃纤维强化环氧树脂。

9．一种按权利要求1的方法所制成的可抑制电磁干扰的电路板，该电路板是四层电路板，包括第一、四层的信号走线层、第二层的电源层，及第三层的接地层，第二及三层之间具有一第一绝缘层，该电路板的第一及二层与第三及四层之间分别具有一第二绝缘层，其特征在于：该第二绝缘层的材质是玻璃纤维强化聚酰亚胺，且第一绝缘层的介电系数大于各第二绝缘层的介电系数。

10．如权利要求9所述的电路板，其特征在于：所述第一绝缘层的介电系数是4.5。

11．如权利要求10所述的电路板，其特征在于：所述各第二绝缘层的介电系数是在3.0~3.5范围内。

12．如权利要求11所述的电路板，其特征在于：所述各第二绝缘层的厚度是在0.5~5.5mil范围内。

13．如权利要求12所述的电路板，其特征在于：所述第一绝缘层的厚度是在38.25~63.75mil范围内。

14．如权利要求12所述的电路板，其特征在于：所述各第二绝缘层的厚度是3mil。

15．如权利要求14所述的电路板，其特征在于：所述第一绝缘层的厚度是51mil。

16．如权利要求9所述的电路板，其特征在于：所述第一绝缘层的材质是玻璃纤维强化环氧树脂。

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