CN201550357U - 一种印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种印刷电路板，该印刷电路板包括顶层电路板、第二层电路板和第三层电路板，其中，第二层电路板中存在与顶层电路板上电容焊盘形状相同的挖空区域，该挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域与电容焊盘部分重叠，且电容焊盘上靠近印刷电路板宽度方向上中轴线的一边与挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离大于0。通过本实用新型能够有效地平衡信号完整性和电磁干扰辐射以满足用户的使用需求。

Description

一种印刷电路板
技术领域
本实用新型涉及集成电路技术，特别涉及一种印刷电路板。
背景技术
随着集成电路技术的迅速发展，目前诸如交换机之类的高端网络产品越来越趋向高速高密度印刷电路板(PCB)的发展趋势。例如，现有的10G端口从之前的2口逐渐变为8口、16口、32口，甚至可能为48口，显然，端口密集度的增大以及信号频率增大使得PCB的信号完整性和电磁干扰(EMI)辐射问题越加突出，如何权衡信号完整性和EMI辐射成为PCB的一个设计重点。
通常，PCB的器件焊盘，例如电容焊盘在顶(top)层，对于三层电路板的PCB，除了top层之外，还包括第二层(Layer2)和第三层(Layer3)，且在每一层之间都会存在绝缘介质，图1为PCB板的立体图。其中，第二层通常走地线。在现有的PCB中，通常会采用以下两种PCB：
第一种PCB：保持PCB板各层的完整性，都没有进行挖空处理，如图2所示，图2为沿PCB板长度方向上中轴线的截面图。但这种PCB中，电容焊盘与地线之间的耦合电容容易造成差分阻抗突变，产生反射，使得高速信号的损耗增大，影响信号完整性。
第二种PCB：PCB板上电容焊盘的底部各层进行了全部挖空处理，如图3所示，图3为沿PCB板长度方向上中轴线的截面图，整个挖空的矩形区域(图中的灰色部分)与电容焊盘的边界区域正切。这种方式虽然大大减小了电容焊盘与地线之间的耦合电容，降低了差分阻抗的突变，但是由于高频信号的回流路径应该在信号线层(即top层)临近的参考地平面(即第二层)上，这种全部挖空处理的PCB增大了信号的回流路径，耦合电容的减小使得共模阻抗增大，从而增大了EMI辐射。
显然，上述两种PCB都无法平衡信号完整性和EMI辐射，以满足用户的使用需求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种PCB，以便于平衡信号完整性和EMI辐射，以满足用户的使用需求。
该印刷电路板包括顶层电路板、第二层电路板和第三层电路板，所述第二层电路板中存在与顶层电路板上电容焊盘的形状相同的挖空区域，所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域与电容焊盘部分重叠，且所述电容焊盘上靠近印刷电路板宽度方向上中轴线的一边与所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离Gapcut大于0。
由以上技术方案可以看出，本实用新型提供的PCB，在第二层电路板中采用半挖空的方式，既能够在一定程度上减小电容焊盘与地线之间的耦合电容，也在一定程度上保证了信号回流路径，通过控制挖空区域的位置和大小，能够实现对EMI辐射程度和差分阻抗的突变程度的控制，从而平衡信号完整性和EMI辐射以满足用户的使用需求。
附图说明
图1为PCB板的立体图；
图2为不挖空方式下PCB板沿长度方向上中轴线的截面图；
图3为全挖空方式下PCB板沿长度方向上中轴线的截面图；
图4本实用新型提供的PCB板的俯视图；
图5为本实用新型提供的PCB板沿长度方向上中轴线的截面图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
本实用新型中，权衡信号完整性和EMI辐射两方面，本实用新型采用对PCB部分挖空的方式，既在一定程度上减小了电容焊盘与地线之间的耦合电容，也在一定程度上保证了信号回流路径。即本实用新型提供的PCB的第二层电路板中存在与顶层电路板上电容焊盘的形状相同的挖空区域，所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域与电容焊盘部分重叠，且电容焊盘上靠近PCB宽度方向上中轴线的一边与挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离大于0。
下面仍以图1所示的PCB板为例对本实用新型进行详细描述，图4为本实用新型提供的PCB板的俯视图，图5为本实用新型提供的沿PCB板长度方向上中轴线的截面图。图4和图5中灰色部分表示在PCB板中第二层电路板上的挖空区域(需要注意的是，图中灰色部分应该为矩形，该矩形被电容焊盘重叠的部分没有用灰色示出)，由于该实施例中PCB板的两对电容焊盘沿PCB板宽度方向上中轴线对称，较优地，每个挖空区域相对于PCB长度方向上中轴线成对称结构，且两个挖空区域相对于PCB宽度方向上中轴线对称。在此仅以其中一个挖空区域为例进行描述，另一个挖空区域的结构相同。
需要说明的是，本实用新型中以两对电容焊盘为例，如果PCB板上仅存在一对电容焊盘，则仅需要在第二层电路板上存在一个挖空区域，该挖空区域和电容焊盘的位置关系如上所述。也就是说，挖空区域的数目与电容焊盘的数目相同。
以挖空区域1为例，该挖空区域1与电容焊盘1的形状相同，电容焊盘1为矩形，挖空区域1也为矩形，但该挖空区域1与电容焊盘1的边界不是完全正切，而是该挖空区域1垂直映射在顶层电路板上的区域与电容焊盘1部分重叠，其中，电容焊盘1上靠近PCB宽度方向上中轴线的一边与该挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域不重叠，如图4和图5中所示，电容焊盘1上靠近PCB宽度方向上中轴线的一边为边界1，该边界1与灰色区域映射在顶层电路板上区域不重叠，即两者之间的距离Gapcut大于0。
对于电容焊盘1上除了边界1之外的其它边，均与挖空区域映射在顶层电路板上区域重叠或者正切，如图4所示，电容焊盘1上远离PCB宽度方向上中轴线的一边(例如图4和图5中的边界2)与挖空区域1垂直映射在顶层电路板上区域边界的距离GapExt1≥0。电容焊盘1上远离PCB长度方向上中轴线的一边(例如图4中的边界3)与挖空区域1垂直映射在顶层电路板上区域边界的距离GapExt2≥0。
通过控制Gapcut的距离可以控制信号回流路径的大小，从而控制EMI辐射程度，通过控制GapExt1和GapExt2可以控制电容焊盘与地线之间的耦合电容，从而控制差分阻抗的突变程度。通常在保证高速差分时，用户对差分阻抗的突变要求为±10％，且尽可能保证回流阻抗连续性以及尽可能减小回流面积，经过仿真和实验后，上述Gapcut、GapExt1和GapExt2的取值范围可以分别为：w≤Gapcut≤PadW，0≤GapExt1≤20mil，0≤GapExt2≤20mil，其中，w为该PCB的走线宽度，PadW为电容焊盘在PCB长度方向上的宽度。需要说明的是，mil是线径单位，等于千分之一英寸。
下面以PCB设计中常使用的0603电容焊盘为例，相关参数如表1所示，顶层电路板的走线宽度w为6mil，两个电容焊盘如图4所示，并列放置且间距A为18mil，每个电容焊盘在PCB长度方向上的宽度PadW为32mil，每个电容焊盘在PCB宽度方向上的宽度PadL为35mil，电容焊盘内部两电容的间距PadGap为25mil，如图5所示，顶层电路板与第二层电路板之间的介质厚度H1为3.8mil，第二层电路板与第三层电路板之间的介质厚度H2为3.15mil。在保证差分阻抗的突变要求为±10％，且尽可能保证回流阻抗连续性以及尽可能减小回流面积的条件下，对0603电容焊盘的PCB板进行仿真，得到最优的GapCut、GapExt1和GapExt2的参数取值分别为：8mil、5mil和5mil。
表1
  参数   说明   取值
  A   两个电容并排放置，焊盘边到边间距   18mil
  w   走线线宽   6mil
  PadW   0603电容焊盘在PCB长度方向上的宽度   32mil
  PadL   0603电容焊盘在PCB宽度方向上的宽度   35mil
  PadGap   两个并列放置的0603电容焊盘之间的间距   25mil
  GapCut   电容焊盘靠近PCB宽度方向上中轴线一边到挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离   8mil
  H1   顶层电路板与第二层电路板之间的介质厚度   3.8mil
  H2   第二层电路板与第三层电路板之间的介质厚度   3.15mil
  GapExt1   电容焊盘上远离PCB宽度方向上中轴线的一边与挖空区域垂直映射在顶层电路板上区域边界的距离   5mil
  参数   说明   取值
  GapExt2   电容焊盘上远离PCB长度方向上中轴线的一边与挖空区域垂直映射在顶层电路板上区域边界的距离   5mil
将0603电容焊盘为基础的本实施例提供的PCB板和现有技术中不挖空和全挖空两种PCB板进行仿真，以100ohm的差分阻抗作为标准，要求变化范围在±10％，将关键频点差共模转换(SCD)的仿真结果进行对比。对比结果如表2所示，本实用新型提供的PCB板以频率为3.125GHz的高速信号仿真时，SCD仿真结果为-70.258dB，以频率为6.25GHz的高速信号仿真时，SCD仿真结果为-62.925dB，SCD的值越小说明EMI辐射越小。可以看出，本实用新型中提供的PCB板的差分阻抗满足变化范围为±10％的要求，且保证了EMI辐射尽可能小。
表2
Figure G2009202914261D00051
由以上描述可以看出，本实用新型提供的PCB，在第二层电路板中采用半挖空的方式，即第二层电路板中存在与电容焊盘的形状相同的挖空区域，该挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域与电容焊盘部分重叠，且电容焊盘上靠近印刷电路板宽度方向上中轴线的一边与挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域不重叠。本实用新型既能够在一定程度上减小电容焊盘与地线之间的耦合电容，也在一定程度上保证了信号回流路径，通过控制挖空区域的位置和大小，能够实现对EMI辐射程度和差分阻抗的突变程度的控制，从而平衡信号完整性和EMI辐射以满足用户的使用需求。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种印刷电路板，该印刷电路板包括顶层电路板、第二层电路板和第三层电路板，其特征在于，所述第二层电路板中存在与顶层电路板上电容焊盘的形状相同的挖空区域，所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域与电容焊盘部分重叠，且所述电容焊盘上靠近印刷电路板宽度方向上中轴线的一边与所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离Gapcut大于0。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，当所述印刷电路板的电容焊盘为两对时，所述挖空区域为两个，且两个挖空区域分别与不同的电容焊盘存在如权利要求1中的位置关系。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，所述两个挖空区域相对于印刷电路板宽度方向上中轴线对称，每一个挖空区域相对于印刷电路板长度方向上中轴线成对称结构。
4.根据权利要求1至3任一权项所述的印刷电路板，其特征在于，所述Gapcut为：w≤Gapcut≤PadW，其中，w为走线宽度，PadW为所述电容焊盘在PCB长度方向上的宽度。
5.根据权利要求1至3任一权项所述的印刷电路板，其特征在于，所述电容焊盘上远离印刷电路板宽度方向上中轴线的一边与所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离GapExt1为：0≤GapExt1≤20mil。
6.根据权利要求1至3任一权项所述的印刷电路板，其特征在于，所述电容焊盘上远离印刷电路板长度方向上中轴线的一边与所述挖空区域垂直映射在顶层电路板上的区域边界的距离GapExt2为：0≤GapExt2≤20mil。
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