TWI396480B - 改良過孔阻抗匹配之方法及結構 - Google Patents

Description

改良過孔阻抗匹配之方法及結構

本發明係關於一種改良過孔阻抗匹配之方法及結構，特別是指一種以同軸電纜式之過孔對在多層印刷電路板層與層之間阻抗進行優化的方法及結構。

隨著數位通訊速度的提升，訊號完整性對於資料傳輸的順利至關重要。因此，訊號完整性已成為印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)設計必須注意的問題之一。元、器件與印刷電路板的參數以及元、器件在印刷電路板上的佈局等因素，都會影響到訊號的完整性，導致系統工作不穩定，甚至完全不工作。如何在印刷電路板的設計過程中充分考慮到訊號完整性的因素，並採取有效的控制措施，已成為當今印刷電路板設計業界的一個熱門話題。

對於印刷電路板來講保持訊號完整性最重要的是阻抗的匹配與一致連續性。阻抗不連續會導致傳輸線反射，過孔(via)導致傳輸線不連續得重要因素。但過孔因為阻抗不連續而造成的反射很小，過孔產生的問題更多集中。

請同時參考圖1及圖2，係分別表示習知兩層印刷電路板之間具有過孔的透視圖及剖視圖。目前，多層(以兩層為例做說明)印刷電路板1的射頻線路佈局，一般採用過孔13的方式，從印刷電路板第一訊號層11過渡到第二層訊號層12。如此的線路佈局之缺點，在於容易引起印刷電路板層與層之間的阻抗失配(mismatch)，而且容易造成信號的洩漏(Loss)，影響到傳輸訊號的不完整及傳輸品質，從而對整個系統產生不良的影響。

本發明目的在於，提供一種在多層印刷電路板上的射頻線路佈局，藉由同軸電纜式之過孔以達到減少印刷電路板層與層之間阻抗失配，進而避免影響訊號的傳輸品質與完整性。

為了實現上述目的，本發明提供了一種改良過孔阻抗匹配之方法，係適用在一印刷電路板，該印刷電路板具有一第一訊號層及一第二訊號層，該方法包括下列步驟：在該印刷電路板的該第一訊號層與該第二訊號層之間形成一空過孔；金屬化該空過孔的一内壁形成一金屬化內壁，使該第一訊號層與該第二訊號層以疊層的方式連接；設置一金屬本體於該空過孔中心；以及在該金屬化內壁與該金屬本體之間充填一填充介質，該金屬化內壁、該金屬本體與該填充介質形成一同軸電纜式過孔，其中該空過孔之直徑大於該金屬本體之直徑。

為了實現上述目的，本發明提供了一種改良過孔阻抗匹配之方法，係適用在一印刷電路板，該印刷電路板具有一第一訊號層及一第二訊號層，該方法包括下列步驟：在該第一訊號層與該第二訊號層之間形成一空過孔；在該空過孔之中心處設置一金屬本體，且該金屬本體之直徑等於該空過孔之直徑；以及於該空過孔周圍，間隔形成一金屬環壁，該金屬環壁環繞該空過孔，且該金屬環壁之直徑大於該空過孔之直徑，而該金屬本體、該金屬環壁以及其間的該印刷電路板材質即形成一同軸電纜式過孔。

為了實現上述目的，本發明提供了一種改良過孔阻抗匹配之結構，包括：形成在一印刷電路板一表面的一第一訊號層，形成在該印刷電路板另一表面的一第二訊號層，以及設置在該地依訊號層與該第二訊號層之間並加以電性連接的一同軸電纜式過孔，其包含：貫穿該印刷電路板並具有一金屬化內壁的一空過孔，設置在該空過孔中心處的一金屬本體，而該空過孔的直徑大於該金屬本體的直徑，及充填在該金屬化內壁與該金屬本體之間的一填充介質。

為了實現上述目的，本發明提供了一種改良過孔阻抗匹配之結構，包括：形成在一印刷電路板一表面的一第一訊號層，形成在該印刷電路板另一表面的一第二訊號層，設置在該地依訊號層與該第二訊號層之間並加以電性連接的一同軸電纜式過孔，包含：貫穿該印刷電路板的一空過孔，設置在該空過孔內的一金屬本體，該空過孔的直徑等於該金屬本體的直徑，及間隔地環繞該空過孔的一金屬環壁，該金屬環壁的直徑大於該金屬本體的直徑。

雖然本發明使用了幾個較佳實施例進行解釋，但是下列圖式及具體實施方式僅僅是本發明的較佳實施例；應說明的是，下面所揭示的具體實施方式僅是本發明的例子，並不表示本發明限於下列圖式及具體實施方式。

在下文中，將具體地描述本發明之方法的實施例。

請同時參考圖3、圖4及圖5，係分別表示本發明一第一實施例的透視圖、剖視圖，以及同軸電纜式過孔的平面圖。

本發明第一實施例的改良阻抗匹配之結構，包括一第一訊號層21、一第二訊號層22及一同軸電纜式過孔23，其中，第一訊號層21及第二訊號層22以疊層方式形成在一印刷電路板2的不同面上，而同軸電纜式過孔23係由一空過孔25、一金屬本體27及一填充介質24所組成，而空過孔25係貫穿印刷電路板2並具有一金屬化的內壁251，金屬本體27係設置在空過孔25的中心處，填充介質24係充填在金屬本體27與空過孔25之間，其中，空過孔25的直徑D大於金屬本體27的直徑d。

而本實施例的改良阻抗匹配之方法，包括：步驟S11：在印刷電路板2的第一訊號層21與第二訊號層22之間形成貫穿的空過孔25；步驟S12：將空過孔25的内壁251進行金屬化，使第一訊號層21與第二訊號層22以疊層的方式連接；步驟S13：在具有金屬化內壁251之空過孔25中心處，設置有直徑d的金屬本體27；步驟S14：將填充介質24充填在具有金屬化內壁251與金屬本體27之間，空過孔25的金屬化內壁251、金屬本體27與填充介質24形成同軸電纜式過孔23。

其中，金屬化的内壁251即可視為同軸電纜的外導體，而填充介質24即可視為同軸電纜的內導體，從而實現兩層結構之印刷電路板線路佈局的連接。

藉由上述第一實施例的結構與方法，由於同軸電纜的特性阻抗Z₀ 的計算公式為歐姆，式中，D為同軸電纜外導體銅網內徑，d為同軸電纜芯線外徑，ε_r 為導體間絕緣介質的相對介電常數。由上式不難看出，傳輸線特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數ε_r 有關，而與傳輸線長短、工作頻率以及傳輸線終端所連接的負載阻抗無關。因此只要能控制同軸電纜的導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數ε_r ，即可以達到準確地控制並方便且利於計算阻抗，進而優化層與層之間的阻抗匹配。

請再參考圖6，係表示本發明一第二實施例的剖視圖。本第二實施例的結構係與上述第一實施例大致相同，其差異在於同軸電纜式過孔23的結構，本實施例的同軸電纜式過孔23係為一空過孔25、一金屬環壁26以及一金屬本體27，空過孔25係貫穿印刷電路板2，金屬本體27係設置在空過孔25內並可視為同軸電纜的內導體，金屬環壁26係環繞空過孔25而可視為同軸電纜的外導體，並與第一訊號層21及第二訊號層22連接。

本第二實施例的改良阻抗匹配之方法，包括：步驟S21：在第一訊號層21與第二訊號層22之間形成空過孔25；步驟S22：在空過孔25內設置有金屬本體27，空過孔25的直徑D等於金屬本體27的直徑d；步驟S23：在中心設置有金屬本體27之空過孔25周圍，間隔形成一細小的金屬環壁26，金屬環壁26環繞空過孔25所形成的直徑D1大於金屬本體27的直徑d，金屬本體27、金屬環壁26以及其間的印刷電路板2材質即形成同軸電纜式過孔23。

其中，金屬環壁26的厚度尺寸盡量的小，在金屬本體27與金屬環壁26之間的介質係為印刷電路板2的材質，且上述第一實施例與第二實施例所提及的內、外導體的金屬，即金屬本體27與金屬化內壁251/金屬環壁26，通常選用銅，而銅的電阻率為1.86μΩ‧cm，而且填充介質24可以選用下表所列材料，其介電常數為4~5.2的材料是較常選用的。

因此，藉由上述的結構與方法，即利用同軸電纜式的過孔，不但可以達到優化層與層之間的阻抗匹配，更有利於加工及製作工序簡單化的優點。

雖然本發明以相關的較佳實施例進行解釋，但是這並不構成對本發明的限制。應說明的是，本領域的技術人員根據本發明的思想能夠構造出很多其他類似實施例，這些均在本發明的保護範圍之中。

1．．．印刷電路板

11．．．第一訊號層

12．．．第二訊號層

13．．．過孔

2．．．印刷電路板

21．．．第一訊號層

22．．．第二訊號層

23．．．同軸電纜式過孔

24．．．填充介質

25．．．空過孔

251．．．金屬化內壁

26．．．金屬環壁

27．．．金屬本體

d．．．金屬本體直徑

D．．．空過孔直徑

D1．．．金屬環壁直徑

步驟S11~S14　依照本發明改良過孔阻抗匹配之方法第一實例的各步驟

步驟S21~S23　依照本發明改良過孔阻抗匹配之方法第二實例的各步驟

根據上述具體實施方式並結合下面的附圖，本發明的目的、優點和新穎性將會更加清楚：

圖1　係表示習知兩層印刷電路板之間具有過孔的透視圖；

圖2　係表示習知兩層印刷電路板之間具有過孔的剖視圖；

圖3　係表示本發明一第一實施例的透視圖；

圖4　係表示本發明第一實施例的剖視圖；

圖5　係表示本發明第一實施例同軸電纜式過孔的平面圖；及

圖6　係表示本發明一第二實施例的剖視圖。

2．．．印刷電路板

21．．．第一訊號層

22．．．第二訊號層

23．．．同軸電纜式過孔

24．．．填充介質

25．．．空過孔

251．．．金屬化內壁

27．．．金屬本體

Claims (9)

1. 一種改良過孔阻抗匹配之方法，係適用在一印刷電路板，該印刷電路板具有一第一訊號層及一第二訊號層，該方法包括下列步驟：在該印刷電路板的該第一訊號層與該第二訊號層之間形成一空過孔；金屬化該空過孔的一内壁形成一金屬化內壁，使該第一訊號層與該第二訊號層以疊層的方式連接；設置一金屬本體於該空過孔中心；以及在該金屬化內壁與該金屬本體之間充填一填充介質，該金屬化內壁、該金屬本體與該填充介質形成一同軸電纜式過孔，其中該空過孔之直徑大於該金屬本體之直徑。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的改良過孔阻抗匹配之方法，其中該金屬化內壁與該金屬本體的材質係為銅。
3. 依據申請專利範圍第1項所述的改良過孔阻抗匹配之方法，其中該填充介質的介電常數係在4~5.2之間。
4. 一種改良過孔阻抗匹配之方法，係適用在一印刷電路板，該印刷電路板具有一第一訊號層及一第二訊號層，該方法包括下列步驟：在該第一訊號層與該第二訊號層之間形成一空過孔，該空過孔係貫穿該印刷電路板；在該空過孔之中心處設置一金屬本體，且該金屬本體之直徑等於該空過孔之直徑；以及 於該空過孔周圍，間隔形成一金屬環壁，該金屬環壁環繞該空過孔，且該金屬環壁之直徑大於該空過孔之直徑，而該金屬本體、該金屬環壁以及其間的該印刷電路板材質即形成一同軸電纜式過孔。
5. 依據申請專利範圍第4項所述的改良過孔阻抗匹配之方法，其中該金屬環壁與該金屬本體的材質係為銅。
6. 依據申請專利範圍第4項所述的改良過孔阻抗匹配之方法，其中該填充介質的介電常數係在4~5.2之間。
7. 一種改良過孔阻抗匹配之結構，包括：一第一訊號層，形成在一印刷電路板的一表面；一第二訊號層，形成在該印刷電路板的另一表面；一空過孔，係貫穿該印刷電路板；一金屬本體，設置在該空過孔內，且該金屬本體之直徑等於該空過孔之直徑；以及一金屬環壁，係間隔地環繞該空過孔，且該金屬環壁之直徑大於該空過孔之直徑；其中設置於該第一訊號層及該第二訊號層之間的該金屬本體、該金屬環壁以及其間的該印刷電路板材質即形成一同軸電纜式過孔。
8. 依據申請專利範圍第7項所述的改良過孔阻抗匹配之結構，其中金屬環壁與該金屬本體的材質係為銅。
9. 依據申請專利範圍第7項所述的改良過孔阻抗匹配之結構，其中該填充介質的介電常數係在4~5.2之間。