CN1852636A - 具有改良焊盘的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有改良焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板包括若干钻孔和所述钻孔贯穿的若干平面层，所述平面层包括信号层、电源层和接地层，所述平面层为一信号层时，在所述钻孔周围环绕一焊盘，所述焊盘包括一环形区域，在所述环形区域向外延伸有四个延长部，所述四个延长部在所述环形区域上均匀分部，呈十字花型，所述延长部用于所述焊盘与所述印刷电路板信号层走线的连接。

Description

具有改良焊盘的印刷电路板
【技术领域】
本发明涉及一种印刷电路板(Printed Circuit Board，以下简称PCB)，特别是一种具有改良焊盘可提高信号完整性的印刷电路板。
【背景技术】
随着集成电路输出开关速度提高以及印刷电路板的布线密度增加，信号完整性已经成为高速数字印刷电路板设计必须关心的问题之一。元器件和印刷电路板的参数、元器件在印刷电路板上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不工作。如何在印刷电路板的设计过程中充分考虑到信号完整性的因素，并采取有效的控制措施，已经成为当今印刷电路板设计业界中的一个热门课题。
由于印刷电路板上的信号密度的提高，就需要更多的信号传输层，而且通过通孔实现层间信号传输也是不可避免的。通孔主要由两个部分组成，一是中间的钻孔(drill hole)，用于PCB层间的电性连接通道；二是钻孔周围的焊盘(via pad)，所述焊盘存在信号层上，用于钻孔和信号层上走线的焊接。在高速、高密度的PCB设计时，设计者总是希望通孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，通孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。
图1为现有PCB的竖直剖面示意图，如图1所示，该PCB40包括若干平面层41和42，所述平面层41和42用钻孔43贯穿，所述平面层41为一信号层，在钻孔43周围有一环形焊盘44，所述焊盘44用于钻孔43和所述平面层41上走线的焊接，所述平面层42为一电源层或接地层，且不需要与钻孔43连接，则在所述钻孔43周围有一反焊盘45，所述反焊盘为一绝缘区域，用于阻隔所述钻孔43和所述平面层42的连接。
图2为图1的平面示意图，如图2所示，当该PCB40上被钻孔43贯穿的平面层为平面层41时，在所述钻孔43周围有一环形焊盘44，所述焊盘44为一环形区域；当被所述钻孔43贯窜的平面层为平面层42时，在所述钻孔43周围有一反焊盘45，所述PCB 40的寄生电容主要由所述平面层41上的焊盘44和平面层42耦合产生，产生的寄生电容给电路带来的影响是延长了信号上升的时间，使信号产生失真，并降低电路的速度。通孔电容的计算公式为
                    C＝1.41ξD1T/(D2-D1)
其中，ξ为PCB介电常数，T为PCB板厚，D1为焊盘直径，D2为平面层反焊盘直径。假设PCB40板厚T为50mil(1mil＝0.0254mm)，焊盘44直径D1为20mil，平面层42上反焊盘45直径为32mil，假设PCB40介电常数ξ为4.4，通过上公式近似算出该通孔寄生电容值大致是(假设所述通孔电容值为C1)
        C1＝1.41*4.4*0.050*0.020/(0.032-0.020)≈0.517pF
这部分电容引起的上升时间变化量
            t＝2.2C(Z0/2)＝2.2*0.517*(55/2)＝31.28ps
其中Z0为信号传输线的特性阻抗，从这些数值可以看出，单个通孔的寄生电容引起的信号上升延变缓不是很明显，但是如果走线中多次使用通孔进行层间切换，则在设计时需要认真考虑。由于现有通孔的焊盘设计为环形，且考虑到寄生电容影响，焊盘直径不能太大，所以焊盘面积比较小，这样又不便于焊盘与印刷电路板层间走线的焊接，会造成虚焊或者焊盘与走线的断开。
因为通孔由钻孔和钻孔周围的焊盘组成，这两部分的尺寸大小决定了通孔的大小，如果通孔越小，则焊盘直径D1减小，在平面层反焊盘直径D2不变的情况下(D2-D1)值增大，根据通孔电容的计算公式其寄生电容就越小，所以对信号的传输影响就越小。目前通孔的减小主要是通过减小钻孔内径实现的，但是钻孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔和电镀等工艺技术的限制：钻孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置；且当钻孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证钻孔壁能均匀镀铜，所以通过减小钻孔大小以使通孔寄生电容减小的方法很难实现。电路板设计人员要么尝试避免在高速线路上使用通孔，要么尝试采用新技术，例如镗孔或盲孔。这些方法虽然有用，但却会增加复杂度，并大大提高电路板成本。
【发明内容】
鉴于上述内容，有必要提供一种具有改良焊盘的印刷电路板，便于焊盘与印刷电路板信号层走线的焊接，并减小通孔电容，从而减少信号上升时间，改善信号完整性。
一种具有改良焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板包括若干钻孔和所述钻孔贯穿的若干平面层，所述平面层包括信号层、电源层和接地层，所述平面层为一信号层时，在所述钻孔周围环绕一焊盘，所述焊盘包括一环形区域，在所述环形区域向外延伸有四个延长部，所述四个延长部在所述环形区域上均匀分部，呈十字花型，所述延长部用于焊盘与所述印刷电路板信号层走线的连接。将所述PCB平面二维图形输入至一仿真软件，由仿真软件计算出的所述PCB通孔的电容值与目前常见的PCB通孔的电容值比较，可发现本发明采用的特殊形状和大小的焊盘的PCB通孔电容值比采用目前环形焊盘的PCB通孔的电容值小。
相较现有技术，所述PCB通孔的电容值减小，从而可减少信号上升时间，改善信号完整性。
【附图说明】
图1为现有PCB的竖直剖面示意图。
图2为图1的平面示意图。
图3为本发明较佳实施方式的PCB平面示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图说明本发明较佳实施方式，如图3所示，为本发明较佳实施方式的PCB平面示意图。
本发明较佳实施方式所述PCB50包括若干钻孔51和所述钻孔51贯穿的平面层52，所述平面层包括信号层、电源层和接地层，当所述平面层52为一信号层时，在所述钻孔51周围环绕有一焊盘53；当所述平面层52为一电源层或接地层时，在做述钻孔51周围环绕有一反焊盘54，所述反焊盘54为一环形绝缘区域，用于阻隔所述钻孔51和电源层或接地层的连接，其虚线框为所述焊盘53形状改变前环形区域外圆边界，与图2所示焊盘44相比，本发明较佳实施例所述焊盘53环形区域55外圆直径减小，由于所述环形区域55面积减小，在PCB工业制造时不易使焊盘与PCB信号层走线焊接，所以本发明较佳实施方式在所述焊盘53环形区域55向外延伸四个延长部56，且所述四个延长部56在所述环形区域55上均匀分部，呈十字花形，所述延长部56用来在PCB工业制造时便于焊盘与PCB信号层走线的连接，避免造成虚焊，且使焊盘与走线不容易断开。由于生产工艺的公差和技术限制，焊盘面积也不能无限制的减小，通常情况下焊盘直径为钻孔直径加1.2mm，最小应该为钻孔直径加1.0mm。所以本发明所述较佳实施例所述PCB可使焊盘直径减小，使之小于1.0mm，且通过减小焊盘外圆直径所减小的面积大于所增加的四个延长部的面积，从而达到减小焊盘面积的目的。由于本发明较佳实施方式所述通孔的焊盘面积减小，根据平板电容特点：平板面积越大，电容值越大；平板距离越近，电容值越大，所以所述PCB50的焊盘53面积减小，所述焊盘53与接地层的寄生电容值减小。
现有PCB通孔焊盘为规则环形，可用公式算出近似电容值的大小，本发明所设计的通孔为不规则图形，不能使用公式进行数值计算。将本发明所述通孔平面二维图形输入一仿真软件，参数设置与计算前述PCB40通孔电容时保持一致，假设本发明所述PCB50通孔的电容值为C2，测得
                       C2≈0.288pF由测试结果可以看出，本发明所设计具有改良焊盘的PCB50的通孔电容值比目前常见环形焊盘的PCB40的通孔电容值要小，所以可使信号上升时间减少，减少信号失真，改善了信号完整性。

Claims (3)

1.一种具有改良焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板包括若干钻孔和所述钻孔贯穿的若干平面层，所述平面层包括信号层、电源层和接地层，所述平面层为一信号层时，在所述钻孔周围环绕一焊盘，其特征在于：所述焊盘包括一环形区域，且在所述环形区域向外延伸至少一个延长部。
2.如权利要求1所述的具有改良焊盘的印刷电路板，其特征在于：所述环形区域向外延伸有四个延长部，且所述四个延长部在所述环形区域上均匀分部，呈十字花型。
3.如权利要求1或2所述的所述的具有改良焊盘的印刷电路板，其特征在于：所述延长部用于所述焊盘与所述信号层上走线的焊接。
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Termination date: 20160423

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