TWI426846B - Multi - layer printed circuit board signal connection structure with electromagnetic energy gap - Google Patents

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Description

具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構
本發明是有關一種多層印刷電路板，特別是指多層印刷電路板的信號連線結構。
由於電子產品朝向輕薄短小的目標發展，其所使用的電子零件大幅增加，且線路佈局的密度也提高，因此發展出多層印刷電路板。
請參考圖6所示，以四層印刷電路板舉例說明，其主要包含一第一線路層51、一第二線路層52、一接地層53、一電源層54與複數絕緣層55，其中該複數絕緣層55分別設於該第一線路層51、該接地層53、該電源層54與該第二線路層52的層結構之間。
該第一線路層51與該第二線路層52為佈局完成的金屬線路，可供電連接電子元件，為使該第一線路層51與該第二線路層52構成電性連接，必需形成一貫穿接地層53、電源層54與複數絕緣層55的導電柱56，由該導電柱56電連接該第一線路層51與該第二線路層52，且接地層53與電源層54於相應導電柱56的周圍形成間隔區57以避免導電柱56電性接觸接地層53、電源層54。
為使該第一線路層51與該第二線路層52電連接到電源層54與接地層53，可形成貫穿絕緣層的導電柱以連接至電源層53、接地層54；是以，當該電源層54與接地層53分別連接到一電源及接地時，即可驅動第一、第二線路層51、52上的電子元件。
第一線路層51是以接地層53作為參考平面，使信號可在第一線路層51中傳遞，同樣的，第二線路層52是以電源層54作為參考平面，使信號可在第二線路層52中傳遞。然而，由於第一線路層51與第二線路層52的參考平面不同，使得線路層阻抗在導電柱56中產生阻抗不連續的現象，因此信號入射導電柱56時會產生反射，而反射的信號再與入射的信號發生交互作用，導致原有的信號失真。
此外，對於多層印刷電路板而言，該接地層53與電源層54之間形成共振腔結構，當信號自導電柱56通過接地層53與電源層54時，會在接地層53與電源層54之間產生電磁波干擾，且電磁波干擾以導電柱56為中心往外擴散，而在共振腔中激發至少一個共振模態(mode)；在多層印刷電路板中，通常具有多數個導電柱56，各個導電柱56所產生的電磁波干擾又再度發生交互作用，導致更大的雜訊產生，使得原信號大幅失真。
綜上所述，連接線路層的導電柱56將導致雜訊增加，使原信號變得無法辨識。
因此本發明的主要目的是提供一種具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，以期信號在線路層上傳遞時，可降低信號被干擾的情形發生。
為達前揭目的，本發明所採用的技術手段是令該具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構包含有：至少兩線路層，為相對設置；至少一導電柱，係電連接該至少兩線路層；複數金屬層，設於該至少兩線路層之間且被該導電柱貫穿，各金屬層相應於導電柱的周圍形成一間隔區；複數絕緣層，分別設於金屬層及線路層的層與層之間，且該至少一導電柱係貫穿絕緣層；以及複數耦合器，各耦合器設於各金屬層的間隔區中，且包含對應於該間隔區形狀的複數個耦合段，該複數耦合段未與金屬層電性接觸。
藉由耦合器的設置，使複數金屬層之間形成耦合路徑，得以降低阻抗不連續之情況，可降低原信號被反射信號的干擾，此外，導電柱與該複數金屬層之間形成電磁能隙，故當信號在線路層與導電柱中傳遞時，減少自導電柱往外傳播的電磁波干擾，根據本發明的信號連線結構，可減少信號被干擾，進而使信號更具完整性。
多層印刷電路板是包含有複數線路層、複數金屬層、複數絕緣層、複數耦合器以及至少一導電柱，各絕緣層係分別設於金屬層與金屬層之間，以及線路層與金屬層之間。
本實施例係以四層印刷電路板舉例說明。請參考圖1至圖3所示，本實施例中，該複數線路層包含一第一線路層11與一第二線路層12，第一、第二線路層11、12為 相對設置，線路層係金屬線路的佈局，且可供連接電子元件。
該至少一導電柱20係電連接該至少兩線路層，本實施例中，導電柱20係電連接該第一線路層11與該第二線路層12，使第一線路層11與第二線路層12構成電性連接。
該複數金屬層設於該至少兩線路層之間且被該導電柱貫穿，各金屬層相應於導電柱的周圍形成一間隔區；本較佳實施例中，該複數金屬層包含一接地層31與一電源層32，且相應於導電柱20的周圍分別形成間隔區310、320。
該複數絕緣層分別設於金屬層以及線路層的層結構之間，且被該至少一導電柱20貫穿；本較佳實施例中，絕緣層33分別設於第一線路層11與接地層31之間、接地層31與電源層32之間、電源層32與第二線路層12之間。
該複數耦合器40分別設於各金屬層的間隔區中，該導電柱20貫穿耦合器40，且各耦合器40與其所在的金屬層為共平面，各耦合器40包含有對應於間隔區形狀的耦合段400，且各耦合段400未與金屬層構成電性接觸；請參考圖4所示，係其中一金屬層，如接地層31及一耦合器40的相對位置示意圖，於本較佳實施例中，該接地層31的間隔區310為矩形，各耦合器40則包含四個耦合段400，且各耦合段400為L形而所有耦合段400係構成為卐字排列，各耦合段400具有相對兩端，其一端沿導電 柱20的切線方向連接該導電柱20，另端則平行於間隔區310側邊的延伸方向。
請參考圖5所示的另一較佳實施例，該間隔區310為矩形，導電柱20在對應於間隔區310位置往外形成一環凸部21，且該環凸部21的形狀對應於間隔區310的形狀而為矩形，該耦合器對應具有四個耦合段410，複數耦合段410分佈排列於環凸部21與接地層31之間且未與兩者接觸。每一耦合段410包含有一矩形部411、一直延伸部412與一L形延伸部413，該直延伸部412與該L形延伸部413係分別自該矩形部411的相對兩側側向延伸，且矩形部411與L形延伸部413之間的空隙形成一容置部414；對兩相鄰的耦合段410而言，其中一耦合段410的直延伸部412係位於另一耦合段410的容置部414中。
根據本發明的結構，在導電柱20周圍設置耦合器40，耦合器40可在導電柱20與各金屬層之間的間隔區310、320形成電磁能隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)結構；當高頻信號在第一、第二線路層11、12與導電柱20中傳遞時，接地層31、電源層32的耦合器40結構將產生等效電容與等效電感，而等效電容與等效電感形成一耦合路徑，其中該耦合路徑可藉由等效電容與等效電感模擬出的共振電路表示。
是以，當高頻信號在導電柱20中通過接地層31與電源層32時，該耦合路徑即可降低阻抗不連續的情況，使高頻信號在低雜訊干擾的情況下通過導電柱20，且電磁能隙抑制高頻信號在接地層31與電源層32間產生的電磁波 干擾，避免電磁波干擾在接地層31與電源層32上擴散傳遞，進而抑制共振腔所產生的共振模態。
11‧‧‧第一線路層
12‧‧‧第二線路層
20‧‧‧導電柱
21‧‧‧環凸部
31‧‧‧接地層
32‧‧‧電源層
310‧‧‧間隔區
320‧‧‧間隔區
33‧‧‧絕緣層
40‧‧‧耦合器
400‧‧‧耦合段
410‧‧‧耦合段
411‧‧‧矩形部
412‧‧‧直延伸部
413‧‧‧L形延伸部
414‧‧‧容置部
51‧‧‧第一線路層
52‧‧‧第二線路層
53‧‧‧接地層
54‧‧‧電源層
55‧‧‧絕緣層
56‧‧‧導電柱
57‧‧‧間隔區
圖1：本發明之較佳實施例平面示意圖。
圖2：圖1的剖視示意圖。
圖3：圖1的另一剖視示意圖。
圖4：圖1中接地層及耦合器的示意圖。
圖5：本發明另一較佳實施例的耦合器示意圖。
圖6：已知多層印刷電路板的信號連線結構。
11．．．第一線路層
12．．．第二線路層
20．．．導電柱
310．．．間隔區
33．．．絕緣層
40．．．耦合器
400．．．耦合段

Claims (9)

  1. 一種具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，其包含有：至少兩線路層，為相對設置；至少一導電柱，係電連接該至少兩線路層；複數金屬層，設於該至少兩線路層之間且被該導電柱貫穿，各金屬層相應於導電柱的周圍形成一間隔區，該間隔區為矩形；複數絕緣層，分別設於金屬層及線路層的層與層之間，且該至少一導電柱係貫穿絕緣層；以及複數耦合器，各耦合器設於各金屬層的間隔區中，且該導電柱貫穿耦合器，各耦合器包含對應於該間隔區形狀的四個耦合段，該四個耦合段未與金屬層電性接觸，該複數金屬層與耦合器形成耦合路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，其中各耦合段為L形而所有耦合段係構成為卐字排列，各耦合段具有相對兩端，其一端沿導電柱的切線方向連接該導電柱，另端則平行於該間隔區側邊的延伸方向。
  3. 如申請專利範圍第1項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，其中：各導電柱在對應於間隔區位置往外形成一環凸部；該四個耦合段分佈排列於該環凸部與金屬層之間且未與該環凸部與金屬層接觸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述具有電磁能隙的多層印 刷電路板信號連線結構，各耦合段包含：一矩形部，具有相對兩側；一直延伸部，自該矩形部的一側側向延伸；一L形延伸部，自該矩形部的另一側側向延伸，且該矩形部與該L形延伸部之間的空隙形成一容置部；對兩相鄰的耦合段而言，其中一耦合段的直延伸部位於另一耦合段的容置部中。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，各耦合器與其所在的金屬層為共平面。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，該複數金屬層包含有至少一電源層與至少一接地層。
  7. 如申請專利範圍第5項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，該複數金屬層包含有至少一電源層與至少一接地層。
  8. 如申請專利範圍第6項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，該複數線路層係金屬線路的佈局。
  9. 如申請專利範圍第7項所述具有電磁能隙的多層印刷電路板信號連線結構，該複數線路層係金屬線路的佈局。
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