TWI744094B

TWI744094B - 用於提升隔離度的電路板結構

Info

Publication number: TWI744094B
Application number: TW109139859A
Authority: TW
Inventors: 許源佳; 葉錦龍
Original assignee: 啟碁科技股份有限公司
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2021-10-21
Also published as: US20220159823A1; US11419206B2; TW202222105A

Abstract

本發明公開一種用於提升隔離度的電路板結構，能通過在兩訊號傳輸線中間增加一段浮接金屬，並調整浮接金屬與兩訊號傳輸線之間的間距，以提升隔離度。

Description

用於提升隔離度的電路板結構

本發明涉及一種電路板結構，特別是涉及一種用於提升隔離度的電路板結構。

在現今無線通訊產品中，涵蓋很多無線頻段，如GPS、LTE/5G、藍芽2.4GHz、Zigbee、UWB、Wi-Fi 2.4GHz、5GHz、6G。當同一產品需涵蓋衆多頻段時，如何降低不同頻率之間的干擾就成爲了相當重要的課題。一般產品都透過將天線配置在不同位置，來降低天線對彼此的影響。

然而，在印刷電路板(PCB)上的隔離度雖可通過增加距離來確保隔離度。然而，由於在成本考量上，印刷電路板的面積有限，一般增加隔離度的方式就是利用接地來隔離，降低彼此的干擾。但以接地方式進行隔離則可能導致其他雜訊透過接地路徑，干擾到主要訊號，進而產生電磁干擾問題。而為了預防此問題則還需要外接額外的濾波器來過濾雜訊，因此導致設計成本增加。

故，如何通過結構設計的改良，來提升印刷電路板的隔離度，來克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種用於提升隔離度的電路板結構，不須額外設置任何元件即可增加印刷電路板上的隔離度。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種用於提升隔離度的電路板結構，其包括第一訊號線、第一接地線、第二訊號線、第一浮接金屬、第二接地線、第三接地線、第四接地線、第一接地延伸部及第二接地延伸部。第一訊號線沿著第一方向設置且跨越依序排列的第一區、浮接區及第二區。第一接地線設置於該第一訊號線的第一側。第二訊號線設置於該第一訊號線的第二側，其中該第一側與該第二側相對。第一浮接金屬，設置在該第一訊號線及該第二訊號線之間，平行於該第一訊號線及該第二訊號線，且浮接設置在該浮接區中。第二接地線設置於該第二側，其中，該第二訊號線位於該第二接地線及該第一訊號線之間。第三接地線設置在該第一訊號線及該第二訊號線之間，且設置在該第一區中。第四接地線設置在該第一訊號線及該第二訊號線之間，且設置在該第二區中。其中，該第一訊號線、該第二訊號線、該第一浮接金屬、該第一接地線、該第二接地線、該第三接地線及該第四接地線位於第一金屬層中。第一接地延伸部，位於該浮接區及第二金屬層中，與該第一接地線電性連接，且從對應該第一接地線的位置沿著該第一接地線朝向該第一訊號線的第二方向延伸，其中該第二金屬層不同於該第一金屬層。第二接地延伸部位於該浮接區及該第二金屬層中，與該第二接地線電性連接，且從對應該第二接地線的位置沿著該第二接地線朝向該第二訊號線的第三方向延伸。其中，該第一浮接金屬係浮接設置於該浮接區中。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的用於提升隔離度的電路板架構，其能通過在兩訊號傳輸線中間增加一段浮接金屬，並適當調整浮接金屬與兩訊號傳輸線之間的間距，以避免接地電流在局部區域流竄，以降低能量從接地端造成的干擾，而不須額外設置任何元件即可增加印刷電路板上的隔離度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“用於提升隔離度的電路板結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

接地共面波導(Grounded coplanar waveguide, GCPW)電路通過將接地層設置在介電材料的底部及頂部，與訊號傳輸線放置在同一平面上，以及設置在訊號傳輸線的兩側，藉此增加電路周圍的接地量，因此可增加兩訊號傳輸線之間的隔離度。本發明基於上述架構，在兩訊號傳輸線中間增加一段浮接金屬，並適當調整浮接金屬與兩訊號傳輸線之間的間距，以提供了一種增加印刷電路板的隔離度的結構。

圖1為根據本發明第一實施例的用於提升隔離度的電路板結構的俯視圖，圖2為沿着圖1中的剖面線I-I繪示的剖面圖，圖3為沿著圖1中的剖面線II-II繪示的剖面圖。參閱圖1至圖3所示，本發明實施例提供一種用於提升隔離度的電路板結構1，其包括第一訊號線S1、第一接地線G1、第二訊號線S2、第一浮接金屬FL1、第二接地線G2、第三接地線G3、第四接地線G4、第一接地延伸部GEP1及第二接地延伸部GEP2。

如圖1所示，電路板結構1可劃分為沿著第一方向D1依序排列的第一區A1、浮接區AF及第二區A2。其中，第一訊號線S1沿著第一方向D1設置且跨越第一區A1、浮接區AF及第二區A2。

第一接地線G1設置於第一訊號線S1的一側，第二訊號線S2設置於第一訊號線S1相對的另一側。第二接地線G2同樣設置於第一訊號線S1相對的另一側，且第二訊號線S2位於第二接地線G2及第一訊號線S1之間。

如圖2所示，在浮接區AF中，設置有第一浮接金屬FL1，其位於第一訊號線S1及第二訊號線S2之間，平行於第一訊號線S1及第二訊號線S2且浮接設置在浮接區AF中。

如圖3所示，在第一區A1中，設置有第三接地線G3，其設置在第一訊號線S1及第二訊號線S2之間。而類似的，在第二區A2中，第四接地線G4設置在第一訊號線S1及第二訊號線S2之間。

綜合圖1至圖3所示，第一訊號線S1、第二訊號線S2、第一浮接金屬FL1、第一接地線G1、第二接地線G2、第三接地線G3及第四接地線G4位於第一金屬層M1中。

在圖3中，第一接地線G1通過位於第二金屬層M2中的第三接地延伸部GEP3於第一區A1中與第三接地線G3電性連接，且通過第三接地延伸部GEP3於第二區A2中與第四接地線G4電性連接。需要說明的是，第二金屬層M2不同於第一金屬層M1，且第二金屬層M2可如圖所示設置在第一金屬層M1下方。

類似的，第二接地線G2通過位於第二金屬層M2的第四接地延伸部GEP4於第一區A1中與第三接地線G3電性連接，且通過位於第二金屬層M2的第四接地延伸部GEP4於第二區A2中與第四接地線G4電性連接。需要說明的是，第一接地線G1及第三接地線G3可分別通過位於介電層中的導通孔V1及V3連接於第三接地延伸部GEP3，第二接地線G2及第三接地線G3可分別通過位於介電層中的導通孔V2及V3連接於第四接地延伸部GEP4。

在圖1至圖3的實施例中，主要繪示了單端訊號的範例，但本發明不限於此，第一訊號線S1及第二訊號線S2的訊號線種類可涵蓋單端及差動對訊號。本實施例以GCPW傳輸線結構為範例，如圖3所示，在第一訊號線S1的左右跟下方都有接地線(亦即第一接地線G1、第三接地線G3及第三接地延伸部GEP3)包圍，由於第一訊號線S1與接地線之間的間距形成為一等效電容，通過控制第一訊號線S1的阻抗，並調整第一訊號線S1與第一接地線G1及第三接地線G3之間的間距ds1，以及與下方的第三接地延伸部GEP3的間距dh1，藉由傳輸線公式計算，就可以得到匹配的阻抗線，例如，50歐姆。

當有兩條已匹配成50歐姆的第一訊號線S1與第二訊號線S2相鄰時，如圖3所示，第一訊號線S1與第二訊號線S2彼此各為獨立的傳輸走線，各自具有間距ds1、ds2以及間距dh1、dh2，可稱此為“一般隔離結構”。其中，第一訊號線S1與第二訊號線S2之間的接地隔絕兩訊號線之間的耦合干擾。然而，部分能量還是會透過第一訊號線S1與第二訊號線S2相互干擾。在此情形下，若要針對一般隔離結構來增加其隔離度，就必須第一訊號線S1與第二訊號線S2的間距。然而，這將會需要耗費更大的電路板面積來達成高的隔離度。為此，本發明進一步在具有類似架構的第一區A1及第二區A2之間設置有浮接區AF，進一步說明如下。

請復參考圖1及圖2，在浮接區AF中，設置有位於第二金屬層M2中的第一接地延伸部GEP1及第二接地延伸部GEP2。第一接地延伸部GEP1與第一接地線G1電性連接（例如，通過導通孔V1），且從對應第一接地線G1的位置沿著第二方向D2延伸（亦即，沿着第一接地線G1朝向第一訊號線S1的方向）。

另一方面，在浮接區AF中，第二接地延伸部GEP2與第二接地線G2電性連接（例如，通過導通孔V2），且從對應第二接地線G2的位置沿著第三方向D3延伸（亦即，沿着第二接地線G2朝向第二訊號線S2的方向）。

在浮接區AF中，更包括第二浮接金屬FL2，對應第一浮接金屬FL1形成於第二金屬層M2中，且第二浮接金屬FL2與第一浮接金屬FL2電性連接，例如，第二浮接金屬FL2可通過位於介電層中的導通孔VL與第一浮接金屬FL2電性連接。在上述架構中，第二浮接金屬FL2不與第一接地線G1及第二接地線G2電性連接。

由圖1及圖2可知，通過將第一訊號線S1與第二訊號線S2之間的接地局部斷開以形成設置於浮接區AF中的浮接金屬，而第一區A1及第二區A2中仍然保留接地狀態（亦即，保留第三接地線G3及第四接地線G4），可形成本發明的隔離結構。

進一步參閱圖4，其爲根據本發明實施例的一般隔離結構的電流分佈圖。如圖所示，其係以實際印刷電路板上的走線為例，假設為8層結構的印刷電路板，上文中描述的第一訊號線S1及第二訊號線S2位於最上層，第二層跟第七層為參考接地層，實際電流分布如圖4所示，電流相對大的區域多數集中於第一接地線G1、第二接地線G2、第三接地線G3、第一訊號線S1及第二訊號線S2的邊緣處，而箭頭所示為電流的走向。由圖4可知，愈靠近訊號端(第一訊號線S1或第二訊號線S2)，相對能量較大，第七層雖然同為接地端，但電流分佈相對較小。此外，也可看到第二層接地電流會向左右流竄，也因此，在傳統僅具備一般隔離結構的電路板上，其隔離度較差。

進一步參閱圖5，其爲根據本發明實施例的浮接區的隔離結構的電流分佈圖。其中，電路板與圖4類似採用了8層架構，故不在此贅述。由圖5可知，在浮接區AF的隔離結構中，第二層的接地電流在局部區域不會向左右流竄，也因此可降低能量從接地端造成的干擾，進而增加第一訊號線S1及第二訊號線S2之間的隔離度。

進一步如圖1所示，在尺寸方面，第一訊號線S1與第一接地線G1之間具有間距ds1，第一訊號線S1與第一接地延伸部GEP1之間具有間距dh1，第二訊號線S2與第二接地線G2之間亦具有間距ds2，第二訊號線S2與第二接地延伸部GEP2之間亦具有間距dh1。浮接金屬FL1分別與第一訊號線S1及第二訊號線S2之間具有間距Sf，而使得第一訊號線與第二訊號線阻抗匹配。

如圖1所示的線長La較佳可大於200mils，第一訊號線S1及第二訊號線S2的線寬w可例如為7mil，當阻抗匹配時，間距ds1、ds2為10mil，線距Sp若為40mil，第一訊號線S1及第二訊號線S2之間的隔離度可參考圖6所示，圖6為根據本發明實施例的一般隔離結構與浮接區隔離結構的隔離度對頻率作圖。如圖6所示，一般隔離結構在2.4GHz時，隔離度為-51.2dB、在5.5GHz時，隔離度為-51.2dB。

若採用浮接區的隔離結構，第一浮接金屬FL1與第一訊號線S1之間的間距Sf，以及與第二訊號線S2之間的間距Sf，可例如為製程最小線寬3mil。當第一浮接金屬FL1的長度Lf為200mil時，隔離度如圖6所示。隔離度在2.4GHz時為-56.1dB、在5.5GHz時隔離度為-54.2dB。可以看到，本發明提供的隔離結構的隔離度在100KHz~ 7GHz都相較於一般隔離結構好。

另一方面，在浮接區AF的隔離結構中，可通過調整間距Sf來調整不同隔離程度。如圖7所示，圖7為根據本發明的一般隔離結構及在不同間距Sf下的浮接區的隔離結構的隔離度對頻率作圖。以長度Lf為200mil為例，在2.4GHz頻段時，若間距Sf為3mil時，隔離度為-56.1dB，若Sf為10mil時，隔離度為-52.8dB，仍優於一般隔離結構，但若間距Sf為17mil時，訊號線正下方因未形成等效電容，隔離度則變差為-44.4dB。

因此，較佳的，在本發明的實施例中，間距Sf可在3mils至10mils的範圍內。而對應上述限制，第二浮接金屬FL2分別與第一接地延伸部GEP1及第二接地延伸部GEP2間隔在3mils至10mils的範圍內，且不小於間距Sf的距離。

而除了前述實施例中採用的GCPW傳輸線結構，本發明實施例更可進一步在上述基礎下採用微帶線(Strip line)的架構。請參考圖1至圖3所示，微帶線(Strip line)的架構基本上是將第二金屬層M2所包含的所有元件(包含中間的介電層及導通孔等架構)對稱形成於位在第一金屬層M1上方的另一金屬層中，且同樣分爲第一區A1、浮接區AF及第二區A2。

因此，類似的，可進一步參考圖8及圖9，圖8及圖9分別為根據本發明實施例的採用微帶線的電路板結構的浮接區及第一區的剖面圖。

如圖8所示，第一金屬層M1位於第二金屬層M2及第三金屬層M3之間，且在浮接區AF中，電路板結構1’更包括第五接地延伸部GEP5、第六接地延伸部及第三浮接金屬FL3。第五接地延伸部GEP5位於第三金屬層中，與第一接地線G1電性連接，且從對應第一接地線G1的位置沿著第二方向D2延伸。

另一方面，第六接地延伸部GEP6同樣位於第三金屬層M3中，與第二接地線G2電性連接，且從對應第二接地線G2的位置沿著第三方向D3延伸。第三浮接金屬FL3對應第一浮接金屬FL1形成於第三金屬層M3中，且第三浮接金屬FL3與第一浮接金屬FL2電性連接，例如，第三浮接金屬FL3可通過位於介電層中的導通孔VL與第一浮接金屬FL2電性連接。在上述架構中，第三浮接金屬FL3不與第一接地線G1及第二接地線G2電性連接。需要說明的是，第一訊號線S1與第五接地延伸部GEP5之間可具有與間距dh1相同的間距dh3，而第二訊號線S2與第六接地延伸部GEP6之間可具有與間距dh2相同的間距dh4，以形成對稱結構，同時而使得第一訊號線S1與第二訊號線S2阻抗匹配。

再者，如圖9所示，在第一區A1中，第一接地線G1通過位於第三金屬層M3中的第七接地延伸部GEP7與第三接地線G3電性連接，而第二接地線G2通過位於第三金屬層M3中的第八接地延伸部GEP8與第三接地線電性連接。另一方面，在第二區A2中亦有類似架構，第一接地線G1通過位於第三金屬層M3中的第七接地延伸部GEP7與第四接地線G4電性連接，而第二接地線G2通過位於第三金屬層M3中的第八接地延伸部GEP8與第四接地線G4電性連接。

因此，類似的，電路板結構1’與圖5類似，在浮接區AF的隔離結構中，在第一金屬層M1及第三金屬層M3中的接地電流在局部區域不會向左右(第二方向D2及第三方向D3)流竄，也因此可降低能量從接地端造成的干擾，進而增加第一訊號線S1及第二訊號線S2之間的隔離度。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1、1’:電路板結構 A1:第一區 A2:第二區 AF:浮接區 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:第三方向 ds1、ds2、dh1、dh2、dh3、dh4、Sf:間距 FL1:第一浮接金屬 FL2:第二浮接金屬 FL3:第三浮接金屬 G1:第一接地線 G2:第二接地線 G3:第三接地線 G4:第四接地線 GEP1:第一接地延伸部 GEP2:第二接地延伸部 GEP3:第三接地延伸部 GEP4:第四接地延伸部 GEP5:第五接地延伸部 GEP6:第六接地延伸部 GEP7:第七接地延伸部 GEP8:第八接地延伸部 I-I、II-II:剖面線 La:線長 Lf:長度 M1:第一金屬層 M2:第二金屬層 M3:第三金屬層 S1:第一訊號線 S2:第二訊號線 Sp:線距 V1、V2、V3、VL:導通孔 w:線寬

圖1為根據本發明第一實施例的用於提升隔離度的電路板結構的俯視圖。

圖2為沿着圖1中的剖面線I-I繪示的剖面圖。

圖3為沿著圖1中的剖面線II-II繪示的剖面圖。

圖4爲根據本發明實施例的一般隔離結構的電流分佈圖。

圖5爲根據本發明實施例的浮接區的隔離結構的電流分佈圖。

圖6為根據本發明實施例的一般隔離結構與浮接區隔離結構的隔離度對頻率作圖。

圖7為根據本發明的一般隔離結構及在不同間距Sf下的浮接區的隔離結構的隔離度對頻率作圖。

圖8為根據本發明實施例的採用微帶線的電路板結構的浮接區的剖面圖。

圖9為根據本發明實施例的採用微帶線的電路板結構的第一區的剖面圖。

1:電路板結構

A1:第一區

A2:第二區

AF:浮接區

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:第三方向

ds1、ds2、Sf:間距

FL1:第一浮接金屬

G1:第一接地線

G2:第二接地線

G3:第三接地線

G4:第四接地線

GEP1:第一接地延伸部

GEP2:第二接地延伸部

GEP3:第三接地延伸部

GEP4:第四接地延伸部

I-I、II-II:剖面線

La:線長

Lf:長度

S1:第一訊號線

S2:第二訊號線

Sp:線距

w:線寬

Claims

一種用於提升隔離度的電路板結構，其包括：一第一訊號線，沿著一第一方向設置且跨越依序排列的一第一區、一浮接區及一第二區；一第一接地線，設置於該第一訊號線的一第一側；一第二訊號線，設置於該第一訊號線的一第二側，其中該第一側與該第二側相對；一第一浮接金屬，設置在該第一訊號線及該第二訊號線之間，平行於該第一訊號線及該第二訊號線，且浮接設置在該浮接區中；一第二接地線，設置於該第二側，其中該第二訊號線位於該第二接地線及該第一訊號線之間；一第三接地線，設置在該第一訊號線及該第二訊號線之間，且設置在該第一區中；一第四接地線，設置在該第一訊號線及該第二訊號線之間，且設置在該第二區中，其中該第一訊號線、該第二訊號線、該第一浮接金屬、該第一接地線、該第二接地線、該第三接地線及該第四接地線位於一第一金屬層中；一第一接地延伸部，位於該浮接區及一第二金屬層中，與該第一接地線電性連接，且從對應該第一接地線的位置沿著該第一接地線朝向該第一訊號線的一第二方向延伸，其中該第二金屬層不同於該第一金屬層；一第二接地延伸部，位於該浮接區及該第二金屬層中，與該第二接地線電性連接，且從對應該第二接地線的位置沿著該第二接地線朝向該第二訊號線的一第三方向延伸；其中該第一浮接金屬不與該第一接地線、該第二接地線、該第三接地線及該第四接地線電性連接。
如請求項1所述的電路板結構，其中該第一接地線通過位於該第二金屬層中的一第三接地延伸部分別於該第一區及該第二區中與該第三接地線及該第四接地線電性連接，且該第二接地線通過位於該第二金屬層的一第四接地延伸部分別於該第一區及該第二區中與該第三接地線及該第四接地線電性連接。
如請求項2所述的電路板結構，其中該第一訊號線與該第一接地線之間具有一第一間距，該第一訊號線與該第一接地延伸部具有一第二間距，該第二訊號線與該第二接地線之間具有一第三間距，該第二訊號線與該第二接地延伸部具有一第四間距，該第一浮接金屬分別與該第一訊號線及該第二訊號線之間具有一第五間距，而使得該第一訊號線與該第二訊號線阻抗匹配。
如請求項3所述的電路板結構，其中該第五間距係在3mils至10mils的範圍內。
如請求項4所述的電路板結構，更包括一第二浮接金屬，對應該第一浮接金屬形成於該浮接區及該第二金屬層中，且與該第一浮接金屬電性連接，其中該第二浮接金屬不與該第一接地線及該第二接地線電性連接。
如請求項5所述的電路板結構，其中該第二浮接金屬分別與該第一接地延伸部及該第二接地延伸部間隔在3mils至10mils的範圍內且不小於該第五間距的距離。
如請求項1所述的電路板結構，其中該第一訊號線及該第二訊號線各為差動訊號線。
如請求項1所述的電路板結構，更包括：一第五接地延伸部，位於該浮接區中及一第三金屬層中，與該第一接地線電性連接，且從對應該第一接地線的位置沿著該第二方向延伸，其中該第一金屬層位於該第二金屬層及該第三金屬層之間；一第六接地延伸部，位於該浮接區中及該第三金屬層中，與該第二接地線電性連接，且從對應該第二接地線的位置沿著該第三方向延伸；一第三浮接金屬，對應該第一浮接金屬形成於該浮接區及該第三金屬層中，且與該第一浮接金屬電性連接，其中該第三浮接金屬不與該第一接地線及該第二接地線電性連接。
如請求項7所述的電路板結構，其中該第一接地線通過位於該第三金屬層中的一第七接地延伸部分別於該第一區及該第二區中與該第三接地線及該第四接地線電性連接，且該第二接地線通過位於該第三金屬層中的一第八接地延伸部分別於該第一區及該第二區中與該第三接地線及該第四接地線電性連接。
如請求項8所述的電路板結構，其中該第一訊號線與該第一接地線之間具有一第一間距，該第一訊號線與該第一接地延伸部之間具有一第二間距，該第二訊號線與該第二接地線之間具有一第三間距，該第二訊號線與該第二接地延伸部之間具有一第四間距，該第一浮接金屬分別與該第一訊號線及該第二訊號線之間具有一第五間距，該第一訊號線與該第五接地延伸部之間具有一第六間距，該第二訊號線與該第六接地延伸部之間具有一第七間距，而使得該第一訊號線與該第二訊號線阻抗匹配。