TW201433222A - 印刷電路板、用於製造印刷電路板的核心與用於製造印刷電路板的方法 - Google Patents

印刷電路板、用於製造印刷電路板的核心與用於製造印刷電路板的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種印刷電路板(PCB)，一種用於製造PCB板的核心，以及一種用於製造PCB板的方法。該PCB板的形狀為矩形並且包括：一纖維層，其係由交織的玻璃纖維形成；一金屬層，其附加在該纖維層的表面上；及一對差動訊號線路，其形成在該金屬層上，其中，該等玻璃纖維的延伸方向與該矩形的長度方向形成銳角，而且該對差動訊號線路沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸。該PCB板能夠經由調整玻璃纖維和核心的邊緣之間的角度而有效降低差動訊號之傳送過程期間偏斜失真的可能性，無需調整或重新設計原始的電路佈局。

Description

印刷電路板、用於製造印刷電路板的核心與用於製造印刷電路板的方 法
本發明大體上有關通訊技術，明確地說，有關PCB板(印刷電路板)，用於製造PCB板的核心，以及用於製造PCB板的方法。
差動訊號經常使用兩輸出驅動器來驅動一對獨立且平行的差動訊號線路，以便傳送該數位資料。在該對差動訊號線路中傳送的訊號的相位為相反，而且資訊係由該對差動訊號線路中的訊號之間的差異所攜載。差動訊號廣泛使用在GPU(圖形處理單元)板之中。GPU板上的高速介面(例如，PEX、TMDS、以及FBIO_CLK/DQS)經常使用差動訊號來傳送與接收資料。此些訊號的品質對GPU板的效能特別重要。
在數位系統晶片中，隨著傳送速度和頻率的提高以及VLSI(超大型積體電路)的微型化，SI(訊號完整性)及電路板的微結構之間的關係已經成為佈局工程師所考量的主要問題之一。電路板的微結構已開始影響差動訊號的品質。舉例來說，不同的傳導延遲會出現在該對差動訊號線路上。就具有較低傳送速度的電路板而言，傳導延遲之間的差異可以忽略。然而，對GPU板而言，其上之差動訊號的傳送速度經常大於2.5GT/s，甚至高達10GT/s(舉例來說，具有GDDR5記憶體的GF10x GPU板)。所以，傳導延遲之間的差異可能導致該對差動訊號線路之間較大的偏斜失真。偏斜失真可能超過該對差動訊號線路的匹配誤差邊限，並且接著嚴重影響GPU板的效能。
所以，需要提供一種PCB板，一種用於製造PCB板的核心，及一種用於製造PCB板的方法，以解決先前技術中的上述問題。
為解決上述問題，根據本發明之一態樣提供一種PCB板。該PCB板的形狀為矩形並且包括一纖維層；及一金屬層，其附加在該纖維層之表面上，其中，該纖維層係由交織的玻璃纖維形成，該等玻璃纖維的延伸方向與該矩形的長度方向形成銳角，一對差動訊號線路形成在該金屬層上，而且該對差動訊號線路沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸。
最好係，該銳角為10°至80°。
最好係，該銳角為40°至50°。
最好係，該金屬層經由環氧樹脂附加至該纖維層。
最好係，該纖維層係由一玻璃纖維薄板和環氧樹脂製成。
最好係，該金屬層為一銅薄片。
根據本發明之另一態樣提供一種用於製造PCB板的核心。該核心的形狀為矩形並且包括一纖維層；及一金屬層，其附加在該纖維層之表面上，其中，該纖維層係由交織的玻璃纖維形成，而且該等玻璃纖維的延伸方向與該矩形的長度方向形成銳角。
最好係，該銳角為10°至80°。
最好係，該銳角為40°至50°。
最好係，該金屬層經由環氧樹脂附加至該纖維層。
最好係，該纖維層係由一玻璃纖維薄板和環氧樹脂所製成。
最好係，該金屬層為一銅薄片。
根據本發明之仍然另一態樣提供一種用於製造PCB板之方法。該方法包括：提供一纖維層，係由交織的玻璃纖維所形成；附加一金屬層在該纖維層的表面上，用以形成一核心素料；將該核心素料切割成一矩形並且讓該矩形的長度方向與該等玻璃纖維的延伸方向形成銳角；及形成一對差動訊號線路於該金屬層上；最好係，該對差動訊號線路沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸。
最好係，該銳角為10°至80°。
最好係，該銳角為40°至50°。
最好係，該金屬層經由環氧樹脂附加至該纖維層。
最好係，該纖維層係由一玻璃纖維薄板和環氧樹脂所製成。
最好係，該金屬層為一銅薄片。
總結來說，本發明提供的PCB板能夠經由調整玻璃纖維和核心的邊緣之間的角度而有效降低差動訊號之傳送過程期間偏斜失真的可能性，而且佈局設計人員無需調整或重新設計原始的電路佈局。因此，本發明能夠在解決先前技術中既存問題的情況下保持原始的製造循環及製造成本。
在發明內容中併入一連串的簡化概念，在下面實施方式中將進一步更詳細說明。發明內容既沒有限制要保護之技術方案的基本特點及必要技術特點的意圖，亦沒有定義要保護之技術方案的保護範疇的意圖。
本發明的優點與特點將在下面配合附圖詳細說明。
100‧‧‧核心
110‧‧‧纖維層
120‧‧‧金屬層
130‧‧‧金屬層
210‧‧‧縱向紗線
220‧‧‧橫向紗線
400‧‧‧PCB板
410‧‧‧差動訊號線路
500‧‧‧(未定義)
510‧‧‧差動訊號線路
510A‧‧‧第一差動訊號線路
510B‧‧‧第二差動訊號線路
本說明書中利用作為本發明之一部分的本發明下面圖式來瞭解本發明，具體實施例及其說明會圖解在圖式中，以解釋本發明的原理，其中：第一圖為根據本發明之一具體實施例之核心的截面示意圖；第二圖為根據本發明之一具體實施例之纖維層的顯微放大圖；第三圖為根據本發明之一具體實施例之纖維層的上視示意圖；第四圖為根據本發明之一具體實施例之PCB板的上視示意圖；第五圖為PCB板的概略俯視圖，其中，一對差動訊號線路被平行或垂直形成於玻璃纖維；及第六圖為根據本發明之一具體實施例之用以製造PCB板的流程圖。
本說明書在下面的說明中提出許多明確細節，以更透澈瞭解本發明。然而，熟習本技術的人士應明白，在沒有這些細節之一或多者， 本發明亦可施行。在其它範例中，不會說明本技術中已知的某些技術特點，以免混淆本發明。
應該瞭解，當說明書表示一元件或層「位於另一元件或層之上」、「相鄰於另一元件或層」、「連接至另一元件或層」、或是「耦合至另一元件或層」時，該元件或層可能「直接位於另一元件或層之上」、「直接相鄰於另一元件或層」、「直接連接至另一元件或層」、或是「直接耦合至另一元件或層」，或者，一中間元件或層設置在其間。相反地，當一元件或層「直接位於另一元件或層之上」、「直接相鄰於另一元件或層」、「直接連接至另一元件或層」、或是「直接耦合至另一元件或層」時，則沒有中間元件或層。
根據本發明之一態樣，本說明書提供一種用於製造PCB板的核心100。核心100為矩形。第一圖為核心100的側視圖。核心100包括一纖維層110及金屬層120與130，如第一圖所示。
纖維層110可以由交織的玻璃纖維所形成。第二圖例示交織玻璃纖維的結構。由玻璃纖維形成的縱向紗線210和橫向紗線220沿著兩正交方向延伸並且交織而形成類似紡織物的結構，如第二圖所示。在一範例中，纖維層110可以藉由處理FR4玻璃纖維而形成，即是，縱向紗線210和橫向紗線220係由FR4玻璃纖維形成。FR4的意思為燃燒之後能夠自行滅火的防火材料的等級。為消弭該對差動訊號線路所傳送的差動訊號的偏斜失真，纖維層110中玻璃纖維的延伸方向會與該矩形的長度方向形成銳角。第三圖為纖維層110的上視圖。如第三圖中所示，縱向紗線210和橫向紗線220的延伸方向會與矩形纖維層110的邊緣形成角度，使得縱向紗線210之每一者和橫向紗線220之每一者會與纖維層110的長度方向形成銳角。應該瞭解，縱向紗線210之每一者和橫向紗線220之每一者同樣會與纖維層110的寬度方向形成銳角。該結構帶來的效應將在下面詳述。
請即重新參考第一圖，金屬層120和130附加在纖維層110的表面上。第一圖雖然顯示金屬層120和130分別附加在纖維層110的上表面與下表面；不過，必要時，金屬層120和130亦可僅附加在纖維層110的單一表面上。在該核心用於製造該PCB板時，電路圖案係藉由蝕刻金屬層120和130形成，且因此，金屬層120和130最好由具有極優導體效能 的金屬材料製成，例如，銀、鋁、鎢、銅、或是其合金。鑒於穩定性和蝕刻製程、...等，金屬層120和130最好為銅薄片。
在一範例中，金屬層120和130經由環氧樹脂附加至纖維層110。環氧樹脂會在高溫下熔化而流動，且所以，金屬層120和130會附加至纖維層110。此外，環氧樹脂在低溫環境下(在PCB板正常使用的溫度範圍中)還具有極優的耐熱效能、穩定性、及絕緣性。
最好係，纖維層110可以由玻璃纖維薄板和環氧樹脂製成。環氧樹脂可以覆蓋該玻璃纖維薄板的表面。當金屬層120和130經由熱壓方式附加至纖維層110時，環氧樹脂不僅可以充當纖維層110與金屬層120和130之間的黏著劑，還可以填充該玻璃纖維薄板中的空間。該玻璃纖維薄板可以包括下面之一或多者：玻纖布、玻纖膠片、玻纖非織狀膠片、...等。
根據本發明之另一態樣，本說明書亦提供一PCB板400。一對差動訊號線路410形成在PCB板400，如第四圖所示。明確地說，該對差動訊號線路410可以藉由蝕刻前述任何核心110的金屬層120及/或130而形成。為消弭該對差動訊號線路410所傳送的差動訊號的偏斜失真，該對差動訊號線路410沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸，使得該對差動訊號線路410以及縱向紗線210和橫向紗線220會與該寬度方向或該長度方向形成角度。關於非預期的技術效應，申請人分析的可能理由如下：倘若該對差動訊號線路510沿著橫向紗線220形成，該對差動訊號線路510中的第一差動訊號線路510A可能剛好落在橫向紗線220上，而該對差動訊號線路510中的第二差動訊號線路510B則位於兩橫向紗線220之間。黏著劑(例如，環氧樹脂、...等)可能填充在縱向紗線210和橫向紗線220之間。其會導致圍繞第一差動訊號線路510A的周遭物質不同於圍繞第二差動訊號線路510B的周遭物質。即是，圍繞第一差動訊號線路510A的介電層的介電常數不同於圍繞第二差動訊號線路510B的介電層的介電常數。由複數種材料形成的介電層的介電常數可以下面的公式來計算：Dk=Dk(a)×M(a)%+Dk(b)×M(b)%
其中，Dk為一介電層的總介電常數，Dk(a)為該介電層中所包括的第 一材料的介電常數，M(a)%為該介電層中的第一材料的質量分量，Dk(b)為該介電層中所包括的第二材料的介電常數，以及M(b)%為該介電層中的第二材料的質量分量。
縱向紗線210和橫向紗線220係由玻璃纖維製成，而且玻璃纖維的介電常數為約5.6。然而，F4玻璃纖維中對應使用的環氧樹脂的介電常數為約3.2。因此，其可以看出，圍繞第一差動訊號線路510A和第二差動訊號線路510B的介電層的介電常數不相同，其中，圍繞第二差動訊號線路510B的介電層的介電常數還亦和玻璃纖維的尺寸及玻璃纖維之間的空間有關。圍繞第一差動訊號線路510A和第二差動訊號線路510B的介電層的介電常數之間的差異可能導致阻抗匹配誤差，並且進一步導致傳送延遲。對較低傳送速度的PCB板而言，偏斜失真可以忽略；然而，對較高傳送速度的PCB板而言，偏斜失真則可能超過該對差動訊號線路的匹配誤差邊限。
當該對差動訊號線路510沿著縱向紗線210形成時，可能出現類似前述的現象。即是，該對差動訊號線路之一者剛好落在縱向紗線210上，而另一者則位於兩縱向紗線210之間。該對差動訊號線路周圍的周遭物質係類似上述，且因此不再詳述。
本發明提供的PCB板400讓該對差動訊號線路410與縱向紗線210和橫向紗線220形成角度，所以，某種程度上可消弭該效應。該對差動訊號線路410之間形成平衡，以降低阻抗匹配誤差。
在該玻璃纖維和該矩形核心的邊緣之間的角度在該核心之製造期間可能偏離預設值，且該偏離值經常小於5°。因此，在該玻璃纖維和該矩形核心的邊緣(即是，長度方向)之間的銳角可最好為10°至80°，以消弭因該核心之製造所導致的偏離。此外，為盡可能匹配第一差動訊號線路510A的阻抗和第二差動訊號線路510B的阻抗，最好係，在該玻璃纖維和該矩形核心的邊緣(長度方向)之間的銳角可為40°至50°。
應該瞭解，該PCB板可包括根據所要製造之PCB板的結構和功能之一或多個核心。當該PCB板包括複數個核心時，該對差動訊號線路410會形成在該等複數個核心之一或多個核心上。
總結來說，本發明提供的PCB板能夠經由調整玻璃纖維和核心的邊緣之間的角度而在差動訊號之傳送過程期間，可有效降低偏斜失真的可能性，而且佈局設計人員無需調整或重新設計原始的電路佈局。因此，本發明能夠在解決先前技術中既存問題的情況下保持原始的製造週期及製造成本。
根據本發明之仍然另一態樣，提供一種用於製造PCB板之方法。該方法包括下面步驟：首先，在步驟601，提供一纖維層，其係由交織的玻璃纖維所形成。由玻璃纖維形成的縱向紗線210和橫向紗線220沿著兩正交方向延伸並且交織而形成類似紡織物的結構，如第二圖所示。
接著，在步驟602，一金屬層會附加在該纖維層的表面以形成一核心素料。該等金屬層可以分別附加在該纖維層的上表面與下表面；或者，可以只附加在該上表面與該下表面之一者。最好係，該金屬層經由環氧樹脂附加至該纖維層。最好係，該纖維層係由玻璃纖維薄板和環氧樹脂製成。該環氧樹脂可以覆蓋該玻璃纖維薄板的表面。當金屬層藉由熱壓方式附加至該纖維層時，環氧樹脂不僅只充當該纖維層與該金屬層之間的黏著劑，還可以填充該玻璃纖維薄板中的空間。在一範例中，該金屬層可為一銅薄片。
接著，在步驟603，該核心素料被切割成一矩形，而且該矩形的長度方向與該等玻璃纖維的延伸方向形成銳角。鑒於製程引起的偏離，該等銳角最好可為10°至80°。為盡可能匹配第一差動訊號線路510A的阻抗和第二差動訊號線路510B的阻抗，該等銳角可更佳為40°至50°。
最後，在步驟604，一對差動訊號線路形成在該金屬層上。該對差動訊號線路沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸，以在該對差動訊號線路之間形成平衡。如一範例，該對差動訊號線路藉由蝕刻製程形成在該金屬層上。該蝕刻製程不僅具有高精確性，還能夠形成具有較小尺寸(達到數十奈米)的電路圖案。所以，可以改善該對差動訊號線路的形狀和尺寸的一致性，使得可以減少該對差動訊號線路所輸出訊號的偏斜失真。
用於製造PCB板之方法可以在用於切割該核心的製程中只 調整該核心的玻璃纖維和該核心的邊緣之間的角度。其可以降低差動訊號之傳送過程期間偏斜失真的可能性，並且避免影響GPU板的效能。此外，該方法亦不會影響佈局設計人員的工作。調整或重新設計電路佈局經常係乏味且耗時的工作。
上述實施例雖然已說明本發明；不過，應該瞭解，上述實施例為闡述與說明之目的，而不是限制本發明已述具體實施例之範疇。此外，熟習本技術的人士便會明白，本發明未侷限於上述具體實施例，且可以進行根據本發明示意內容的各種修改與變更，且在本發明的範疇與精神內。本發明的保護範疇進一步由文後申請專利範圍及其等效範疇來定義。

Claims (10)

  1. 一種矩形印刷電路板(PCB)，該PCB包括：一纖維層，其係由交織的玻璃纖維所形成；一金屬層，其附加在該纖維層的表面上；一對差動訊號線路，其形成在該金屬層上，其中，該等玻璃纖維的延伸方向與該矩形的長度方向形成銳角，而且該對差動訊號線路沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項之PCB，其中，該銳角為10°至80°。
  3. 如申請專利範圍第1項之PCB，其中，該銳角為40°至50°。
  4. 如申請專利範圍第1項之PCB，其中，該金屬層經由環氧樹脂附加至該纖維層。
  5. 如申請專利範圍第1項之PCB，其中，該纖維層係由一玻璃纖維薄板和環氧樹脂所製成。
  6. 如申請專利範圍第1項之PCB，其中，該金屬層係一銅薄片。
  7. 一種用於製造印刷電路板(PCB)的核心，該核心為矩形且包括一纖維層及一金屬層，該金屬層附加至該纖維層之表面上，其中，該纖維層係由交織的玻璃纖維所形成，而且該等玻璃纖維的延伸方向與該矩形的長度方向形成銳角。
  8. 如申請專利範圍第7項之核心，其中，該纖維層係由一玻璃纖維薄板和環氧樹脂所製成。
  9. 如申請專利範圍第7項之核心，其中，該金屬層係一銅薄片。
  10. 一種用於製造印刷電路板(PCB)之方法，包括：提供一纖維層，其係由交織的玻璃纖維所形成；附加一金屬層在該纖維層的表面上，用以形成一核心素料；將該核心素料切割成一矩形，使得該矩形的長度方向與該等玻璃纖維的延伸方向形成銳角；及形成一對差動訊號線路在該金屬層上，其中，該對差動訊號線路沿著該矩形的寬度方向或長度方向延伸。
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