CN205160910U - 高速印刷电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速印刷电路板，包括依次层叠的布线层、电介质层和屏蔽层，所述布线层包括BGA区域、非BGA区域和相对设置的两条差分传输线路，两条所述差分传输线路均包括位于所述BGA区域第一差分线、位于所述非BGA区域的第二差分线和连接所述第一差分线和所述第二差分线的第一连接线，所述第一差分线的宽度小于所述第二差分线的宽度，两条所述第一差分线之间的距离小于两条所述第二差分线之间的距离，所述第一连接线的宽度由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加，两条所述第一连接线之间的距离由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加。本实用新型有效地保证了信号传输链路阻抗一致，提高了信号传输质量，进而保证高速信号传输。

Description

高速印刷电路板

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其是涉及一种高速印刷电路板。

背景技术

印刷电路板至少包括布线层、屏蔽层和电介质层，布线层包括信号线和BGA(BallGridAssay，焊球阵列封装)区域、非BGA区域。现有大量的PCB板差分布线方法一般是在非BGA区尽量控制在合理的布线宽幅，其线宽/距离较大；而在BGA区引脚阵列的距离较小，设计者一般采用与非BGA区差分对的线宽相同，减小差分对距离布置在BGA区内与非BGA区互连。而实际上上述设计难以保证BGA区内与非BGA区阻抗一致，从而造成阻抗波动，影响信号传输质量。尤其是伴随着4G、5G高速通讯网络的蓬勃发展，在高速信号传输过程中，对链路阻抗一致性要求越来越高，这意味着维持高质量的高速信号传输质量须控制传输通道阻抗非常稳定。传统的印刷电路板布线方式将无法满足高速信号质量需求。

实用新型内容

基于此，本实用新型在于克服现有技术的缺陷，提供一种高速印刷电路板，其能够保证信号传输链路阻抗一致，提高信号传输质量，进而保证高速信号传输。

其技术方案如下：

一种高速印刷电路板，包括依次层叠的布线层、电介质层和屏蔽层，所述布线层包括BGA区域、非BGA区域和相对设置的两条差分传输线路，两条所述差分传输线路均包括位于所述BGA区域第一差分线、位于所述非BGA区域的第二差分线和连接所述第一差分线和所述第二差分线的第一连接线，所述第一差分线的宽度小于所述第二差分线的宽度，两条所述第一差分线之间的距离小于两条所述第二差分线之间的距离，所述第一连接线的宽度由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加，两条所述第一连接线之间的距离由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加。

在其中一个实施例中，所述第一差分线的宽度和两条所述第一差分线之间的距离满足公式：

$Z_2\≈2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_1+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d1}{h}}),$

其中，Z₂为非BGA区域预设的阻抗要求值，w₁为所述第一差分线的宽度，d₁为两条所述第一差分线之间的距离，h为所述电解质层的厚度，ε_r为所述电解质层的介电常数，t为所述布线层的铜厚。

在其中一个实施例中，所述BGA区域设有以阵列方式布置的焊盘，两条所述第一差分线位于相邻两行所述焊盘之间，所述第一差分线的宽度和两条所述第一差分线之间的距离还满足公式：

2w₁+d₁≤s₁-2s₂，

其中，s₁为相邻两行所述焊盘之间的距离，s₂为所述焊盘至所述第一差分线的最小可加工距离。

在其中一个实施例中，所述第二差分线的宽度和两条所述第二差分线之间的距离满足公式：

$Z_2=2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}\ln \frac{5.98h}{0.8w_2+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d_2}{h}}),$

其中，Z₂为非BGA区域预设的阻抗要求值，w₂为所述第二差分线的宽度，d₂为两条所述第二差分线之间的距离，h为所述电解质层的厚度，ε_r为所述电解质层的介电常数，t为所述布线层的铜厚。

在其中一个实施例中，所述第一连接线靠近所述第一差分线的一端的宽度与所述第一差分线的宽度相等，所述第一连接线靠近所述第二差分线的一端的宽度与所述第二差分线的宽度相等。

在其中一个实施例中，两条所述差分传输线路均还包括位于所述BGA区域的第一焊盘，每一条所述第一差分线远离所述第二差分线的一端均通过第二连接线与所述第一焊盘连接，两条所述第一差分线之间的距离小于两个所述第一焊盘之间的距离，所述第二连接线的宽度由所述第一差分线向所述第一焊盘方向逐渐增加，两条所述第二连接线之间的距离由所述第一差分线向所述第一焊盘方向逐渐增加。

本实用新型的有益效果在于：

根据差分特性阻抗公式可知，电路板差分传输对(两条差分传输线路)的阻抗由差分线的尺寸、距离和支撑差分线的电解质层共同决定。由于第一差分线和第二差分线具有相同的电介质层以及电介质层厚度，因而影响其阻抗的参数仅为其本身的尺寸和距离。本实用新型提供的高速印刷电路板其位于BGA区域第一差分线的宽度小于非BGA区域第二差分线的宽度，同时两条第一差分线的距离小于两条第二差分线的距离。在BGA区域，由于引脚阵列的距离较小，使得第一差分线之间的距离减小，较之于非BGA区域，同时减小第一差分线的宽度，可保证BGA区域和非BGA区域阻抗一致。同时在第一差分线和第二差分线的连接处，由于连接处两侧的差分对宽幅(两条差分线的宽度与两条差分线之间的距离之和)存在差异，连接处易产生阻抗波动。通过采用由BGA区域向非BGA区域宽度逐渐增加的第一连接线连接第一差分线和第二差分线，并使得两条所述第一连接线之间的距离由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加，可以减弱连接处的阻抗变化幅度，保证传输链路阻抗一致性，提高信号传输质量，进而保证高速信号传输。本实用新型设计合理，结构简单，较之于更改电解质层的介电常数等其他参数以实现阻抗的一致性难度更小，易于制作。

根据差分特性阻抗公式 $Z_2\≈2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_1+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d1}{h}})$ 确定BGA区域的第一差分线的线宽和两条第一差分线之间的距离。其中Z₂为非BGA区域预设的阻抗要求值，因而由上述公式确定的第一差分线的线宽和距离可保证BGA区域与非BGA区域差分传输对阻抗一致。

经由上述差分阻抗模型公式确定的第一差分线的线宽和距离还应满足公式2w₁+d₁≤s₁-2s₂，方可保证实际加工时电路板的可靠性和可制造加工性。其中，w₁为所述第一差分线的宽度，d₁为两条所述第一差分线之间的距离，s₁为相邻两行焊盘之间的距离，s₂为焊盘至第一差分线的最小可加工距离。

所述第一连接线靠近所述第一差分线的一端的宽度与所述第一差分线的宽度相等，所述第一连接线靠近所述第二差分线的一端的宽度与所述第二差分线的宽度相等。使得第一差分线和第二差分线之间阻抗连续，促进阻抗平滑过渡，进一步减小阻抗波动和阻抗突变。

由于两个第一焊盘之间的距离大于两条第一差分线之间的距离，为保证第一差分线与第一焊盘连接处的阻抗一致性，通过由所述第一差分线向所述第一焊盘方向宽度逐渐增加的第二连接线连接第一差分线和第一焊盘，并且两条所述第二连接线之间的距离由所述第一差分线向所述第一焊盘方向逐渐增加，可保证第一差分线与第一焊盘之间阻抗波动减小，促进形成阻抗一致、完整的信号传输通道。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的高速印刷电路板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的高速印刷电路板的差分布线方法的流程图；

图3为本实用新型实施例所述的TDR曲线。

附图标记说明：

100、BGA区域，110、第一差分线，120、第一焊盘，200、非BGA区域，210、第二差分线，310、第一连接线，320、第二连接线。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种高速印刷电路板，至少包括依次层叠的布线层、电介质层(附图未标识)和屏蔽层(附图未标识)。布线层包括BGA区域100、非BGA区域200和相对设置的两条差分传输线路。两条所述差分传输线路均包括位于BGA区域100的第一差分线110、位于非BGA区域200的第二差分线210和连接第一差分线110和第二差分线210的第一连接线310。第一差分线110的宽度小于第二差分线210的宽度，两条第一差分线110之间的距离小于两条第二差分线210之间的距离。第一连接线310的宽度由BGA区域100向非BGA区域200逐渐增加，两条第一连接线310之间的距离由BGA区域100向非BGA区域200逐渐增加。

根据差分特性阻抗公式可知，电路板差分传输对的阻抗由差分线的尺寸、距离和支撑差分线的电解质层共同决定。由于第一差分线110和第二差分线210具有相同的电介质层以及电介质层厚度，因而影响传输线路阻抗的因素仅为传输线本身的尺寸和距离。本实用新型提供的高速印刷电路板其位于BGA区域100的第一差分线110的宽度小于非BGA区域200的第二差分线210的宽度，同时两条第一差分线110的距离小于两条第二差分线210的距离。在BGA区域100，由于引脚阵列的距离较小，使得第一差分线110之间的距离减小，较之于非BGA区域200，同时减小第一差分线110的宽度，可保证BGA区域100和非BGA区域200阻抗一致。同时在第一差分线110和第二差分线210的连接处，由于连接处两侧的差分对宽幅(两条差分线的宽度与两条差分线之间的距离之和)存在差异，连接处易产生阻抗波动。若采用一定宽度的直线连接第一差分线110和第二差分线210时，由于连接线的线宽一定，而其之间的距离呈增大或减少趋势，阻抗也将在短暂时间呈现增大或减小的趋势。通过采用呈梯形结构的第一连接线310连接第一差分线110和第二差分线210，可以减弱连接处的阻抗变化幅度，保证传输链路阻抗一致性，提高信号传输质量。所述第一连接线310由BGA区域100向非BGA区域200宽度逐渐增加，并且两条第一连接线310之间的距离由BGA区域100向非BGA区域200逐渐增加。本实用新型结构简单，设计合理，较之于更改电介质层的介电常数等其他参数以实现阻抗的一致性，本实用新型设计难度更小，易于制作。

BGA区域100设有以阵列方式布置的焊盘，即焊盘阵列。所述焊盘阵列包括两个第一焊盘120。两条所述差分传输线路均还包括所述第一焊盘120，每一条第一差分线110远离第二差分线210的一端均通过第二连接线320与第一焊盘120连接。由于两条第一差分线110之间的距离小于两个第一焊盘120之间的距离，为保证第一差分线110与第一焊盘120连接处的阻抗一致性，可通过设计呈梯形结构的第二连接线320连接第一差分线110和第一焊盘120，保证第一差分线110与第一焊盘120连接处阻抗波动减小，促进形成阻抗一致、完整的信号传输通道。第二连接线320由第一差分线110向第一焊盘120方向宽度逐渐增加，并且两条第二连接线320之间的距离由第一差分线110向第一焊盘120方向逐渐增加。

在本实施例中，在非BGA区域200，第二差分线210的宽度和两条第二差分线210之间的距离满足公式：

$Z_2=2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_2+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d_2}{h}}),$

其中，Z₂为非BGA区域200预设的阻抗要求值，w₂为第二差分线210的宽度，d₂为两条第二差分线210之间的距离，h为电解质层的厚度，ε_r为电解质层的介电常数，t为布线层的铜厚。

同时，第一差分线110的宽度和两条第一差分线110之间的距离满足公式：

$Z_2\≈2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_1+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d1}{h}}),$

其中，w₁为第一差分线110的宽度，d₁为两条第一差分线110之间的距离，h为电解质层的厚度，ε_r为电解质层的介电常数，t为布线层的铜厚，Z₂为非BGA区域200预设的阻抗要求值。因而由上述公式确定的第一差分线110的线宽和距离可保证BGA区域100与非BGA区域200的差分传输对(两条第一差分线110或两条第二差分线210)阻抗相等或相近。

经由上述差分阻抗模型公式确定的第一差分线110的线宽和距离还应满足公式2w₁+d₁≤s₁-2s₂，方可保证实际加工时电路板的可靠性和可制造加工性。其中，w₁为第一差分线110的宽度，d₁为两条第一差分线110之间的距离，s₁为相邻两行焊盘之间的距离，s₂为其中一行焊盘至靠近其的第一差分线110的最小可加工距离。

第一连接线310靠近第一差分线110的一端的宽度与第一差分线110的宽度相等，第一连接线310靠近第二差分线210的一端的宽度与第二差分线210的宽度相等。使得第一差分线110和第二差分线210之间阻抗连续，促进阻抗平滑过渡，进一步减小阻抗波动和阻抗突变。在本实施例中，第二连接线320可采用与第一连接线310一样的规格，即第二连接线320靠近第一差分线110的一端的宽度与第一差分线110的宽度相等，第二连接线320靠近焊盘120的一端的宽度与第二差分线210的宽度相等，便于生产制造。

如图2所示，该高速印刷电路板的差分布线方法具体包括以下步骤：

S1、设定非BGA区域200的预设阻抗要求值Z₂，根据预设阻抗要求值Z₂确定第二差分线210宽度w₂和第二差分线210之间的距离d₂，具体可通过公式 $Z_2=2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}\ln \frac{5.98h}{0.8w_2+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d_2}{h}})$ 和实际损耗要求确定w₂和d₂；

S2、根据BGA区域100焊盘阵列中相邻两行焊盘之间的距离s₁和焊盘至第一差分线110的最小可加工距离s₂，计算第一差分线110宽度w₁和两条第一差分线110之间的距离d₁，其中w₁和d₁应满足2w₁+d₁≤s₁-2s₂，同时根据公式 $Z_2\≈2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_1+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d1}{h}})$ 进一步计算得出w₁和d₁；

S3、根据上述确定的w₁和w₂加工第一差分线110和第二差分线210；

S4、根据上述确定的d₁在BGA区域100布置相对设置的两条第一差分线110，其中两条第一差分线110位于相邻两行焊盘之间，同时，根据上述计算得出的d₂在非BGA区域200布置相对设置的两条第二差分线210；

S5、通过第一连接线310连接第一差分线110和与之对应的第二差分线210；

S6、通过第二连接线320连接第一差分线110和与之对应的第一焊盘120，使得第一焊盘120、第二连接线320、第一差分线110、第一连接线310和第二差分线210依次连接配合形成相对设置的两条差分传输线路。

在本实施例中，所述根据公式 $Z_2\≈2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_1+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d1}{h}})$ 进一步计算得出w₁和d₁的数值之后还包括以下步骤：

从满足上述要求的所有w₁和d₁中选择最大数值的w₁为最终BGA区域100的第一差分线110的线宽，与w₁对应的d₁为最终BGA区域100的两条第一差分线110之间的距离。由于在相同条件下，传输线的线宽越大，其损耗越小，因而在控制BGA区具有高的阻抗一致性的基础上，设计较大的传输线线宽，可有效地减少传输过程中的损耗，才能够更好的保证信号传输的完整性。

本实用新型所述的高速印刷电路板实际设计可参照如下：设计Z₂＝100ohm的差分传输对，非BGA区域200中，线宽w₂＝5mil，距离d₂＝8mil；在BGA区域100中，BGA焊盘120阵列距离s₁为18mil，最小可加工距离为2.5mil，采用线宽w₁＝4.3mil，距离d₁＝4.4mil；第一连接线310和第二连接线320均两端宽度为4.3mil和5mil的梯形线。测试效果如图3中的TDR(Time-DomainReflectometry，时域反射技术)测量曲线所示。由图3可知，BGA区域100与非BGA区域200连接处(即图中箭头对应的曲线)的阻抗拨动较小，仅在1ohm以内，其TDR曲线较为平滑，说明本实施例达到了传输链路阻抗一致的效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种高速印刷电路板，包括依次层叠的布线层、电介质层和屏蔽层，其特征在于，所述布线层包括BGA区域、非BGA区域和相对设置的两条差分传输线路，两条所述差分传输线路均包括位于所述BGA区域第一差分线、位于所述非BGA区域的第二差分线和连接所述第一差分线和所述第二差分线的第一连接线，所述第一差分线的宽度小于所述第二差分线的宽度，两条所述第一差分线之间的距离小于两条所述第二差分线之间的距离，所述第一连接线的宽度由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加，两条所述第一连接线之间的距离由所述BGA区域向所述非BGA区域逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的高速印刷电路板，其特征在于，所述第一差分线的宽度和两条所述第一差分线之间的距离满足公式：

$Z_2\≈2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w_1+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d1}{h}}),$

其中，Z₂为非BGA区域预设的阻抗要求值，w₁为所述第一差分线的宽度，d₁为两条所述第一差分线之间的距离，h为所述电解质层的厚度，ε_r为所述电解质层的介电常数，t为所述布线层的铜厚。

3.根据权利要求2所述的高速印刷电路板，其特征在于，所述BGA区域设有以阵列方式布置的焊盘，两条所述第一差分线位于相邻两行所述焊盘之间，所述第一差分线的宽度和两条所述第一差分线之间的距离还满足公式：

2w₁+d₁≤s₁-2s₂，

其中，s₁为相邻两行所述焊盘之间的距离，s₂为所述焊盘至所述第一差分线的最小可加工距离。

4.根据权利要求1所述的高速印刷电路板，其特征在于，所述第二差分线的宽度和两条所述第二差分线之间的距离满足公式：

$Z_2=2*\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}\ln \frac{5.98h}{0.8w_2+t}(1-0.48e^{-0.96\frac{d_2}{h}}),$

其中，Z₂为非BGA区域预设的阻抗要求值，w₂为所述第二差分线的宽度，d₂为两条所述第二差分线之间的距离，h为所述电解质层的厚度，ε_r为所述电解质层的介电常数，t为所述布线层的铜厚。

5.根据权利要求1所述的高速印刷电路板，其特征在于，所述第一连接线靠近所述第一差分线的一端的宽度与所述第一差分线的宽度相等，所述第一连接线靠近所述第二差分线的一端的宽度与所述第二差分线的宽度相等。

6.根据权利要求1所述的高速印刷电路板，其特征在于，两条所述差分传输线路均还包括位于所述BGA区域的第一焊盘，每一条所述第一差分线远离所述第二差分线的一端均通过第二连接线与所述第一焊盘连接，两条所述第一差分线之间的距离小于两个所述第一焊盘之间的距离，所述第二连接线的宽度由所述第一差分线向所述第一焊盘方向逐渐增加，两条所述第二连接线之间的距离由所述第一差分线向所述第一焊盘方向逐渐增加。