TW462214B - A method and structure of four layer circuit board improving circuit performance and avoiding electromagnetic interference - Google Patents

Description

462214 A7 —_______ ----------67_____ 五、發明说明（1 ) 本發明係有關於一種改良電路性能及避免電磁干擾 之四層電路板之方法及結構，特別是指一種藉由改變各 層板間絕緣層之厚度之壓合方式俾提高信號品質及有效 抑制電磁干擾。 5 按，—般傳統之四層電路板，其各層之排列方式係 奸浐部中呔ir1¥-i;Jl-只-τ消"合竹^-印欠 —II ί,.^ί ^^^1- n nn ^ dn In m* n^i leJ (諳先閲讀背面之注意事項再禎巧本頁) * 如第一圖所示’該電路板之第一、四層為信號層S1、S2， 第 >層為接地層GND及第三層為電源層power，且第一層 Si A第四層S2面向空氣介質之一面係可供阻-設元件1 〇 ; 其中’該第二層GND與第三層power之間係壓合有一 36mil ίο厚之第一絕緣層11 ’該第二層GND與第一層S1及第三層 POWER與第四層S2之間分別壓合有一 8mil厚之第二絕緣 層12、13 ’而且’該第二絕緣層12與第三絕緣層13之 材質係為一聚酯膠片（PP·)，該第一絕緣層11之材質 係為一紙質、玻璃纖維之類的基材（core);而如上所述， 15各層板間的壓合方式會使得第一層si對第二層GND之阻 抗值1^1 =第四層32對第三層？0贴1"之阻抗值1^4与71.3 歐姆’且由於該第一絕緣層11之厚度為36mil，以致當 一高速訊號在此一電路板中傳輸時，該高速訊號從如第 一廣Si因走線之關係而必須穿層至該第四層δ2時，會 20導敫該高速訊號之訊號反射，並造成訊號傳輸品質不良， 立造成整個信號迴路變大，而造成過高之電磁波干擾β 再者’一般而言，信號層愈接近接地層磁通抵消愈 佳’但傳統電路板中位於第四層之信號層S2因無法靠近 接地層GND，故磁通抵消效果較差，且信號層S2相較於 __ 苐4頁 本紙張尺度述家標车（cNS ) Α4規格< 21〇Χ297公釐) "" ' -- 4 6 22 1 4 A7 B7 五、發明说明（2 ) 信號層S1離接地層較遠，故信號迴路較大’而使訊 號反射較多因而影響訊號品質。 另外，此種電路板在走高速訊號時’其傳輸線路之 P且抗值設計，亦就是層與層之間之阻抗值，依照Intel 5設定之規格理論值最妤應在±10%最好，也就是最好 在49. 5 Ω〜60. 5 Ω之間（或至少鄰近此範圍）’但由傳統 電路板所算出之外層阻抗值Rsl(Rs2)=73. 1Ω ’皆遠超出 了此一範圍，實不適於走高速訊號’故若使電路板之之 第一、四層為訊號走線層SI、S2的相對阻抗值Rsl、Rs2 ίο在此範圍或接近此範圍將更適用於高速線路’進而提高 產品在產業之利用價值。 有鑑於此，是以’本發明人累積多年從事該行業之 經驗，積極從事研究，終有本創作『改良電路性能及避 免電磁干擾之四層電路板之方法及結構』之產生。 15 本發明之主要目的，係提供一種改良電路性能及避 免電磁干擾之四層電路板之方法及結構1特別是指一種 藉由改變各層板間絕緣層之厚度及其壓合方式俾提高信 號品質及有效抑制電磁干擾。 而，本發明之主要特徵，係為改變壓合之步驟’將 20原本位於第四層之信號層壓合至第三層’並將原本位於 第三層之電源層改變壓合至第四層，並改變各該絕緣層 間之厚度；進而達到降低高速訊號之反射及電磁波干擾 ’俾可提高訊號品質並適用於高速訊號之走線。 爰是，為達到上述之目的，本發明係提供一種改良 ____第5頁 本紙張尺度適州中1¾國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） {請先閲讀背面之注意事項再填巧本頁) 訂 462214 A7 B7 五、發明説明（3 ) 電路性能及避免電磁干擾之四層電路板之方法及結構， 係包括一位於該電路板之第二及第三層之間的第一絕緣 層、兩分別位於該電路板之第一及第二層之間的第二絕 緣層及兩分別位於該電路板之第三及四層之間的第三絕 5 緣層，其特徵在於：該電路板之第三層係為一第一信號層 ，第二層係為接地層，第三層係為一第二信號層，而第 四層則為一電源層。 有關本發明為達上述目的、特徵所採用的技術手段 及其功效，茲例舉較佳實施例並配合圖式說明如下： 10 第一圖係習知四層電路板之示意圖 第二圖係本發明較佳實施例之結構示意圖 第三圖係本發明較佳實施例計算第一信號層之阻值（ 即内層之信號層）之示意圖。 第四圖係本發明較佳實施例計算第二信號層之阻值（ 15 即外層之信號層）之示意圖。 圖號對照表： GND 接地層 Power電源層 20第一絕緣層 S1 第一信號層 21第二絕緣層 S2 第二信號層 2〇 22第三絕緣層 請參考第二圖所示，本較佳實施例係為一四層電路 板，其中，吾人先設該第二層為接地層GND，在本實施例 中，係用一整片銅箔當作接地層GND ’並以一材質為一紙 質、玻璃纖維之類的棊材為第一絕緣層20和一第一信號 第6頁 本紙張尺度速用中囤國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） m--·_- ^^^1 ί ml 一 1 tm n^— Inf ^^^1 ί -6I (誚先閲讀背面之注意事項再填巧本頁) 462214 A7 B7 五、發明説明（4 10 15 20 層S1相壓合’在本較佳實施例中，該用以走線用之第一 信號層S1即為該電路板之第三層，在該第一信號層S1 中’僅有走線部分以銅箔作傳輸訊號，而其餘部分則蝕 刻掉；下一步，吾人在已壓合之兩層電路板其接地層GND 未與第一絕緣層20壓合之表面以一材質為聚酯膠片之第 二絕緣層21與一第二信號層S2相壓合，而在本較佳實 施例中，此第二信號層S2即為此電路板之第一層；下一 步再將已壓合之三層電路板其中該第三層之第一信號層 S1未與第一絕緣層20壓合之表面以材質為聚酯膠片之第 三絕緣層22與位於第四層之電源層power壓合，在本較 佳實施例中，該電源層power為一整片的鋼箔。 因此’在本較佳實施例中，該電路板第二層GND及第三 層S1之間係為第一絕緣層20，位於該電路板第一、第二層 S2、GND間係為第二絕緣層21而位於該電路板第三、第四層 SI、POWER間則為第三絕緣層22，而該電路板之第三層係為 一第一信號層S1，第二層係為接地層GND，第一層係為一第 二信號層S2，而第四層則為一電源層POWER。 藉由上述構造，吾人將該等信號層SI、S2壓合於第三 及第一層，使S1及S2最接近接地層GND，磁通抵消最佳，而 和習知之電路板比較，請比較第一及第二圖，將一信號層 由第四層移至第三層之做法，也使該訊號在穿層走線時（务 第一層S2穿層至第三層S1)，信號迴路（走線之距離）大幅 縮短，可大幅提高信號品質，而將信號層移至第三層後， 受到接地層GND (第二層）及電源層POWER (第四層）形成 第7頁 先 閱 讀 背 ίι 之 注 意 事 項 再 η 本 頁 訂 本紙张尺犮適用中國國家標準（CNS〉A4规格（210x 297公釐） 462214 A7 __________ B7 五、發明説明（5 ) 三明治方式之夾制方式，造成遮蔽效應，俾能更有效抑制 電磁干擾β 而如前述所提及，電路板之各該訊號走線層S1、S2 之相對阻抗值最好相近，且最好在於Intel規定之高速 5 線路理論阻抗值49. 5〜59. 5歐姆或鄰近此範圍，本發明 人發現更可藉由改變各絕緣層之厚度而使各該訊號走線 層SI、S2之相對阻抗值隨之改變，進而達到各層阻抗匹 配之目的’故藉由下列之公式來大致說明其-研發之過程 10 首先，請參考第三圖，在本實施例中，該電路板的 第三層’即該第一信號層S1相對於接地層GND與電源層 Power之相對阻抗R1 ’可利用下列公式1求出阻抗值r1: 其中：ER=介電值係數=4. 5

* 60 in. 48 s}ER 0.67 抓 0,8+ \ W

Tl =第一信號層之厚度=1. 4mil=l〇z 15 (誚先閱讀背面之注意事項再填荇本頁) "° W =線寬=6mil 又’如第四圖所示’該電路板外層之相對阻抗值， 即第二信號層S2對於接地層GND之阻抗值R2可先設定 第二絕緣層之適當厚度H2再利用下列公式1求出阻抗值 R2: 20 其中： 87 \ER +1.41 5.9ZH2 I ,0.8^ + 72] 第8頁 本紙張尺度適扣中闽國家標準（CNS ) A4規格{ 210X 297公釐) 4622 1 4 A7 _______ B7 五、發明説明（6 ) ER =介電係數=4. 5 H2 =第二絕緣層之厚度 W =線寬=6mil T2 =該第二信號層S2的厚度=0. 7mil=0. 5oz 5 本發明人利用上列之方式經多次反複嘗試再經測試 ，求出第一絕緣層的厚度H1在6. 175-6. 825mil範圍内， 在此以Hl=6. 5mil為佳、第二絕緣層厚度H2在4. 75-5.25mil範圍内，以Η2=5πιΠ為佳，及第三絕^緣層厚度H3 於48-50mil範圍内，第一信號層S2相對於接地層GND ίο 與電源層Power之相對阻抗R2=58. 7歐姆，而經過測試 後，該第二信號層S1之阻抗值Rl=57, 7歐姆，並符合intel 所制定之規格標準。 綜上所述，本發明有下列之優點： 1. 縮短高速訊號之迴路：因相較於習知之電路板，穿層時 15 整體迴路大大縮短，更適於高速 訊號行走。 2. 磁通抵消佳：因高速訊號不會反射，故亦不會產生駐波 ，且由於信號走線層SI、S2接近接地層 GND，使其磁通抵消作用極佳，符合現今 2〇 業界要求EMI之標準。

3. 降低電磁波干擾：由於該第一信號層位於接地層GND 及該電源層POWER之間，形成三明 治方式，因遮蔽效應可有效抑制電 磁干擾，進而使高速訊號行走不會 第9頁 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS ) A4说格（2i〇x297公釐） {"先閱讀背面之注意事項再"寫本頁) *-e 4 6 2 2 1 4 A7 __ B7 五、發明説明（7 ) 產生問題，符合現今製造業往高速 訊號發展的趨勢，使產品的利用價 值及競爭力可提高。 綜上所述，本發明之『改良電路性能及避免電磁干擾 5 之四層電路板之方法及結構』，確能藉上述所揭露之構造、 裝置，達到預期之目的與功效，且申請前未見於刊物亦未 公開使用，符合發明專利之新穎、進步等要件" 惟，上述所揭之圖式及說明，僅為本發明之實施例而 已，非為限定本發明之實施；大凡熟悉該項技藝之人仕， 10 其所依本發明之特徵範疇，所作之其他等效變化或修飾， 皆應涵蓋在以下本案之申請專利範圍内。 第10頁 (請先閱讀背面之注意事項再"寫本頁}

本紙張尺度適用中阄國家標卑（CNS ) Λ4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 崎I量 462214 A8 B8 C8 D8 ’、、申外]專利範驛。八八九三四號專财請專利範祕正本(修正 曰斯:90.6.18) 種改良電路性能及避免電磁干擾之四層電路板之結 構’係包括-位於該電路板第二及第三層之間之第一^ ίο 2 15 20 一位於該電路板第―、第二層間之第二絕入s 在:於該電路板第三、第四層間之第三絕緣層，其特| 面 該電路板之第三層係為一 &5 接地層，第三層係為: °::了係為| 屆.一， 罘一乜唬層，而第四層則為一钉| η、：俾s使該第二信號層位於該接地層及該電源』 間：極通抵消變佳’並可有效抑制電磁干擾。 ::: :範圍第1項所述之改良電路性能及避免電磁係嶋^範_構’其中该第一絕緣層之厚度.如申請專利範圍第1項 干擾之四層電路板之社構路性能及避免電磁 於5nul±5%之範圍内。，、中5亥第二絕緣層之厚度係.如申請專利範圍第1項 干擾之四層電路板之結良電:路性能及避免電磁 於48-50mil範圍内。 /、中戎弟三絕緣層之厚度係*如申請專利範圍第1項 干擾之四層電路板之結構？其性能及，免電f 材（core)。 ’、 αΛ弟一絕緣層係可為基.如申請專利範圍第1項 干擾之四層電路板之結構处=改良電〃路性能及避免電士 為聚酯膠片（prepreg)。其中该第二、三絕緣層係 緣層 ίΙΓίϊ 裝 訂 線 本紙張尺度通用中阁國家標準（CNS ) Λ4现格 (：10;

   A62214 8 8 8 8 ABCD ^"#^^:1||^0 工 41?".泎---1.^¾ 六、申請專利範園0八八---九三四號卑利申諳專利範s修王本〈修正a期切.6.18) 7·—種改良電路性能及避免電磁干擾之四層電路板之結 構，係包括有： 一第一信號層’係位於電路板之第三層； 一接地層，係位於電路板之第二層’且與該第 5 三層間組設有一厚度為6. 5mil±5%之第一絕緣層； 一第二信號層，係位於電路板之第一層，且與 該第二層間組設有一厚度為5mii±5%之第二絕緣層； 及 一電源層，係位於電路板之第四層，且與該第 10 第三層間組設有一厚度為48-50mil之第三絕緣層。 8 .如申请專利圍第7項所述之改良電路性能及避免電磁 干擾之四層電路板之結構，其中該第一絕緣層係可為 基材（core)。 9 .如f 4專利*第7項所述之改良電路性能及避免電磁 15 干擾之四層電路板之結構，其中該第二、三絕緣層係 可為聚酷膠片（prepreg)。 10·如㈣專利制第7項所述之改良電路性能及避免電 磁干擾之四層電路板之結構，其中該第—絕緣層之厚 度係以6_ 5mi 1為最佳。 2〇 U·如申請專利範圍第7項所述之改良電路性能及避免電 磁干擾之四層電路板之結構，其中該第二絕緣層之厚 度係以5mi 1為最佳。 12·如申，專利範圍第7項所述之改良電路性能及避免電 磁干之四層電路板之結構，其中該第三絕緣層之厚 _ 第12页 本紙张尺度適用中國國家標华（——一. --------裝 FT *—. 訂 I:...:」.~~. V. (請先閱讀背面之注意事項再填ΐ馬本頁)

   、申請專利範闺 Λ Α8 ΒΚ cs D8 Q八八一一一 九三四號專利申請專利範圍;冬正本(修正日 期:90.6.18) 13 度係以48mi 1為最佳 10 經濟.部智/A.J57 :u:x.'/]^^^ri'[J.^ 一種改良電路性能及避免電磁干擾之四層電路板之 壓^合方法，係包括有： a.該電路板位於第二層之接地層係以第一絕緣層與位 於第三層之第一信號層壓合； b•步驟a中已壓合之該電路板接地層未與第一絕緣層 壓合之表面係以第二絕緣層與位於第一層之第二信 號層壓合；及 ° 步驟b中已整合之該電路板第三層之第一信號層未盘 第-絕緣層壓合之表面係以第三絕緣層與位於第四層 之電源層壓合。 •如申請專利範㈣13項所述之以電路性能及避免電 磁干擾之四層電路板之墨合方法，其中該第一絕緣層 之厚度係於6. 5mi 1 ± 5°4範圍内。 •如申請專利範圍印項所叙改良電路性能及避免市 ，干擾之四層電路板之壓合方法，其中該第二絕緣層之 厚度係於5 mil ±5%之範圍内。 I如申請專利範圍第13項所述之改良電路性能及避免電 :干擾之四層電路板之壓合方法，其中該第三絕緣層之 尽度係於48-50niiI範圍内。 1[如中請專利範㈣13或14項所述之改良電路性能及避 免電磁干擾之四層電路板之厣八 α ^ 双D方法，其中該第一絕緣 層係可為基材（core )。 18 .如申請專利範圍第13或15或丨6 項所述之改良電路性能 第υ页 14 15 15 20 請 A 聞 讀 背 1¾ 之 注 意 事 項 再 本 頁 裴 訂 線 t、纸张尺度過用中國國家標孪（CNS ΓΐΚ) κ 297公；¢- 申叫專利範固〇八八---九三四號專利申請專利範齡正本(修正 4 6 2 2 1 A Λ 8 Β8 α 08 曰期:90.6.18) 及避免電磁干擾之四層電路板之壓合方法，其中該第 二、三絕緣層係可為聚酯膠片（prepreg )。 ...iff A ：ι 丨h L) r vl t ^ 14H ---------裝------、-------i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸张尺度適用中國國家標华（CNS ) Λ·4現格（210/2V7公浼）