專利名稱：具網(wǎng)狀接地面的多層電路板特性阻抗控制方法及結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開一種多層電路板，尤指一種具有網(wǎng)狀接地面的多層電路板及調(diào)整其特性阻抗控制的技術。
背景技術：
一般電子產(chǎn)品的電路設計多半采用實心的接地面，但某些電子產(chǎn)品的電路設計，則將電流的回流路徑設計成網(wǎng)狀接地面，有別于前述一般常見的實心接地面，如此設計通?；趦蓚€目的一.為了增加產(chǎn)品結構的強度例如低溫共燒陶瓷(LTCC)組件，由于陶瓷層與實心的金屬層無法良好地結合，容易造成陶瓷層與金屬層的層間結合力不足，因此將金屬層設計成網(wǎng)格狀可增加陶瓷材料與金屬的機械結合力。又譬如在可撓曲的軟性電路板中，將實心的接地面設計成網(wǎng)格狀，可減少接地面金屬所占的比例，以增加軟性電路板的柔軟度及可撓曲性，增進軟性電路板耐彎折的特性。
二.為達成阻抗特性匹配，使高頻高速的信號能有效地在電子組件間傳遞例如在某些組件的電性要求下，要求傳輸線必須有很高的特性阻抗或是使其特性阻抗作連續(xù)性的改變，在此狀況下，也可透過網(wǎng)狀接地面的變化設計來達成此目的。
由于電子組件的發(fā)展趨勢朝向高頻高速發(fā)展，用于連接各電子組件的互連結構包含印刷電路板的特性阻抗控制已愈顯重要。因此，用于上述不同產(chǎn)品的網(wǎng)狀接地面上的傳輸線路也面臨特性阻抗控制的問題。然而，在網(wǎng)狀接地面上的傳輸線路，其特性阻抗設計的考慮有別于一般在實心接地面上的特性阻抗控制，除了必須考慮傳輸線寬度、傳輸線厚度、介電材料厚度以及介電系數(shù)以外，網(wǎng)狀接地面的網(wǎng)格大小、網(wǎng)線寬度、網(wǎng)線幾何形狀設計以及傳輸線路與網(wǎng)狀接地面網(wǎng)格的相對位置都會影響特性阻抗。
目前一些相關的專利只針對網(wǎng)格大小、網(wǎng)線寬度作探討，至于線路與網(wǎng)狀接地面的相對位置關系鮮少有人作深入探討。如臺灣專利公報公告第427584號“具改良阻抗特征之接地撓性印刷電路板”新型專利案，其提出的一種技術內(nèi)容如其權利要求1所述(請參見圖9和10所示)“一種扁平可撓電纜1，包括長形可繞絕緣基板2；多數(shù)信號導體3縱向延伸于絕緣基板2的至少一面；以及接地柵極4，位于絕緣基板2上，該接地柵極4具有不規(guī)則幾何圖型。”前述的接地柵極4即為一網(wǎng)格形式，該專利進一步定義該網(wǎng)格形狀為不規(guī)則形狀。經(jīng)參閱前述專利的說明書內(nèi)容可知，其是利用不規(guī)則形狀的網(wǎng)格以消除傳輸線路與網(wǎng)狀接地面的相對位置所可能造成的特性阻抗變異。然而，不規(guī)則形狀的網(wǎng)格無法利用線路布局軟件進行自動布線，故在設計實務上有其困難，而且耗費人力時間。
由上述可知，基于結構強度的增進與達成特性阻抗的控制，在電路板的一面上形成有網(wǎng)狀接地面為已知技術，但現(xiàn)有技術未考慮電路板上傳輸線路與網(wǎng)狀接地面的相對位置可能造成特性阻抗變異的因素，或提出的解決方案有缺陷難行之處，故有待進一步檢討，并謀求可行的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的主要問題是提供一種實現(xiàn)容易且可獲致理想特性阻抗的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板特性阻抗控制方法。
本發(fā)明要解決的另一個問題是提供一種具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該多層電路板對于傳輸線的對位偏差不敏感，而具有理想的阻抗特性。
為了解決上述問題，本發(fā)明的方法包括下列步驟在多層電路板上至少形成網(wǎng)狀接地面層及傳輸線路層，該網(wǎng)狀接地面層由數(shù)個對稱形狀且作矩陣排列的網(wǎng)格組成；所述網(wǎng)狀接地面層上各網(wǎng)格的縱對角線與電路板的長度方向平行；傳輸線路層上各傳輸線與縱對角線平行，且使該傳輸線中心與縱對角線的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
所述網(wǎng)狀接地面層的網(wǎng)格形狀可為正方形、菱形、多角形、圓形或橢圓形等對稱的幾何形狀。
相應地，本發(fā)明的多層電路板包括第一絕緣層，為扁長形的可撓構造；
網(wǎng)狀接地面層，形成于所述第一絕緣層的底面，由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與第一絕緣層的長度方向平行；傳輸線路層，由至少一條傳輸線構成，其形成于第一絕緣層的表面，該傳輸線與縱對角線平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
所述傳輸線中心與縱對角線的距離為d/2。
所述傳輸線中心與縱對角線的距離為d/4。
所述傳輸線路層包括數(shù)個傳輸線，每一傳輸線中心與縱對角線的距離為d/2或d/2的整數(shù)倍。
所述傳輸線路層包括數(shù)個傳輸線，每一傳輸線中心與縱對角線之距離為d/4或d/4的奇數(shù)倍。
所述第一絕緣層表面形成有第二絕緣層，并覆蓋其上的傳輸線路層。
所述第二絕緣層上進一步形成有第二網(wǎng)狀接地面層，由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與第二絕緣層的長度方向平行；又傳輸線路層上的傳輸線與縱對角線平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為由于傳輸線被定義在多層電路板的特定位置上，且傳輸線在該位置上的特性阻抗值穩(wěn)定性最高，換言之，對于制程中傳輸線的對位偏差較不敏感，因而可獲致穩(wěn)定而理想的特性阻抗值。


圖1是本發(fā)明第一較佳實施例的平面圖；圖2是本發(fā)明第一較佳實施例的剖視圖；圖3是本發(fā)明第二較佳實施例的剖視圖；圖4是本發(fā)明第一較佳實施例中傳輸線單位長度的電感值曲線圖；圖5是本發(fā)明第一較佳實施例中傳輸線單位長度的電容值曲線圖；圖6是本發(fā)明第一較佳實施例中傳輸線在橫軸上不同位置的特性阻抗曲線圖；圖7是本發(fā)明第三較佳實施例的平面圖；圖8是本發(fā)明第三較佳實施例中傳輸線在橫軸上不同位置的特性阻抗曲線圖；圖9是臺灣專利公報公告第427584號新型專利案的平面圖；
圖10是臺灣專利公報公告第427584號新型專利案的局部放大圖。
主要組件符號說明10第一絕緣層20、20’網(wǎng)狀接地面層21、21’、22網(wǎng)格30傳輸線路層31傳輸線40第二絕緣層具體實施方式
如圖1和2所示，本發(fā)明的多層電路板包括第一絕緣層10，為扁長形的可撓構造；至少一個網(wǎng)狀接地面層20，于本實施例中，是于前述第一絕緣層10的底面形成網(wǎng)狀接地面層20，該網(wǎng)狀接地面層20由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格21組成，在本實施例中，各網(wǎng)格21為正方形，除此以外，其可為菱形、多角形、圓形或橢圓形等對稱的幾何形狀。再者，各網(wǎng)格21的縱對角線Y分別與第一絕緣層10的長度方向平行；傳輸線路層30，由至少一條傳輸線31構成，其形成于第一絕緣層10的表面，該傳輸線31與縱對角線Y平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。一般多層電路板上的傳輸線路層30多半由數(shù)個傳輸線31組成，在此狀況下，各傳輸線31與選定縱對角線Y的距離依序為d/2、d/2的整數(shù)倍，或d/4或d/4的奇數(shù)倍(其定義與具體工作原理在后面詳述)。
第二絕緣層40，形成于第一絕緣層10的表面，并覆蓋其上的傳輸線路層30。
由上述可知，本發(fā)明一個較佳實施例的具體構造，除前述實施例所揭示的結構型態(tài)外，本發(fā)明的結構可為另種實施型態(tài)，請參見圖3所示，揭示有本發(fā)明第二實施例的具體構造，其整體構造與前一實施例大致相同，不同之處在于第二絕緣層40表面進一步形成第二網(wǎng)狀接地面層20’，該第二網(wǎng)狀接地面層20’仍由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格(圖中未示)組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與第二絕緣層40的長度方向平行，該第二網(wǎng)狀接地面層20’上各網(wǎng)格與傳輸線路層30上各傳輸線31的關系與前述網(wǎng)狀接地面層20相同，意即傳輸線31與網(wǎng)格的縱對角線平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
由上述說明可了解本發(fā)明兩具體實施例的詳細構造，至于該等實施例中傳輸線31在定義在多層電路板的特定位置上，以獲致理想的特性阻抗控制，其定義方式及原理詳述如后如前面所述的傳輸線其特性阻抗Z0在無損耗的情況下，可由傳輸線的單位長度的電感(L)與單位長度的電容(C)得出，其關系式為Z0=L/C.]]>在電路設計上，常用二維特性阻抗仿真軟件或是近似計算公式來估計某種特殊疊板結構下傳輸線路的特性阻抗，譬如Z0=199.92(ϵr+1)[ln(4(h/w)+16(h/w)+16(h/w)2+2)]]]>這些現(xiàn)有的設計工具均是假設接地面為實心，且傳輸線上任意位置的剖面結構一致，不隨距離遠近而改變。然而，當傳輸線路層所對應的接地面為網(wǎng)狀時，傳輸線上任意位置的剖面結構即隨距離遠近而隨時在改變。當網(wǎng)格尺寸遠小于傳輸線寬度時，可以接地面遮蔽率多寡來估計特性阻抗升高的幅度，僅需將二維阻抗軟件及近似計算公式求出的阻抗值乘上一個與遮蔽率有關的參數(shù)即可。
但是，當接地面的網(wǎng)格大到與傳輸線寬度接近甚至超過傳輸線寬度時，影響特性阻抗的因素就不再只是遮蔽率的問題，還加入了傳輸線與網(wǎng)格間彼此對位的關系。
由于不同的對位關系會造成接地面上的信號回流路徑改變，因此無法使用一般的二維阻抗設計軟件或是文獻上所提供的計算公式作設計，而必須藉助3D電磁場仿真軟件的協(xié)助及實作的驗證以建立設計數(shù)據(jù)庫來輔助設計。
在前述實施例中，是采用網(wǎng)狀接地面，以正方形網(wǎng)格為例，傳輸線31的方向與網(wǎng)格21縱對角線Y平行(如圖1所示)，今若定義網(wǎng)格21在橫軸X上與相鄰網(wǎng)格21’的交點距離為d。則將傳輸線31以已定義的縱對角線Y為原點往橫軸X的正值方向移動，可發(fā)現(xiàn)每隔d/2的距離適與相鄰網(wǎng)格21’的縱對角線重疊，亦即傳輸線31在橫軸X上相對位置變化的周期為d/2(＝0.5×d)。經(jīng)由3D電磁場仿真軟件的分析，可得隨著d/2周期變化的傳輸線，其單位長度的電感值L如圖4所示，單位長度的電容值C則如圖5所示。
如前面所述，傳輸線的特性阻抗Z0在無損耗的情況下為 因此得到特性阻抗隨著橫軸X上坐標的周期變化狀況如圖6所示，由第五圖觀察，特性阻抗在傳輸線31與網(wǎng)格21交點重疊時(橫軸X上坐標等于0.5d的整數(shù)倍)，其特性阻抗值最高；而當傳輸線31位置與相鄰兩網(wǎng)格21交點的距離為等距時(橫軸X上坐標等于0.25d的奇數(shù)倍)其特性阻抗值最低，根據(jù)3D電磁場仿真軟件的分析，傳輸線31在前述的兩種位置時，阻抗值對橫軸X變化的斜率為零，其意味著當傳輸線31被定義在此兩種特殊位置上時，其特性阻抗對于線路位置的稍微對位偏差較不敏感，從而可獲致最穩(wěn)定的阻抗值。
再如圖7所示，揭示有本發(fā)明再一較佳實施例，不同之處在于該網(wǎng)狀接地面層20中的網(wǎng)格22為圓形，先定義一個縱對角線Y，其由各網(wǎng)格22的直徑方向通過且平行于多層電路板的長度方向，又定義以前述縱對角線Y為原點的橫軸X；如將傳輸線31由橫軸X軸原點往正值方向移動，也可發(fā)現(xiàn)該傳輸線31在每隔d/2的距離處適與相鄰網(wǎng)格22的縱對角線重疊，由于傳輸線31在橫軸X位置上的變化周期為d/2(＝0.5×d)。同樣的，透過3D電磁場仿真軟件的分析(如圖8所示)，特性阻抗在傳輸線31與網(wǎng)格22交點重疊時(橫軸X上坐標等于0.5d的整數(shù)倍)，其特性阻抗值最高；而當傳輸線31位置與相鄰兩網(wǎng)格22交點的距離為等距時(橫軸X上坐標等于0.25d的奇數(shù)倍)其特性阻抗值最低，換言之，傳輸線31在前述的兩種位置時，阻抗值對橫軸X變化的斜率為零，其依然意味著當傳輸線31被定義在此兩種特殊位置上時，其特性阻抗對于線路位置的稍微對位偏差較不敏感，從而可獲致最穩(wěn)定的阻抗值。
如前面所述，網(wǎng)狀接地面層的網(wǎng)格形狀不限前述實施例所舉例的正方形及圓形，只要是對稱的幾何形狀均具備相同的特性，而至少涵蓋如正方形、菱形、多角形、圓形、橢圓形等形狀。
由上述可知，在電路板的一面上形成有網(wǎng)狀接地面，以增進結構強度或達成特性阻抗控制為已知技術，但現(xiàn)有技術未考慮電路板上傳輸線路與網(wǎng)狀接地面的相對位置可能造成特性阻抗變異的因素，或提出的解決方案在實際的線路設計存在困難，而本發(fā)明提出的多層電路板及其特性阻抗控制技術，將傳輸線定義在多層電路板的特定位置上，使傳輸線的特性阻抗在該位置上時對于對位偏差的敏感度較低，從而可獲致理想的特性阻抗控制，并解決現(xiàn)有技術的瓶頸。由此可見，本發(fā)明確己具備突出的技術特征且非顯而易見，故已符合發(fā)明專利要件，依法提出申請。
權利要求
1.一種具網(wǎng)狀接地面的多層電路板特性阻抗控制方法，包括下列步驟在多層電路板上至少形成網(wǎng)狀接地面層和傳輸線路層，該網(wǎng)狀接地面層由數(shù)個對稱形狀且作矩陣排列的網(wǎng)格組成；所述網(wǎng)狀接地面層上各網(wǎng)格的縱對角線與電路板的長度方向平行；傳輸線路層上各傳輸線與縱對角線平行，且使該傳輸線與縱對角線的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
2.如權利要求1所述的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板特性阻抗控制方法，該網(wǎng)狀接地面層的網(wǎng)格形狀為正方形、菱形、多角形、圓形或橢圓形等對稱的幾何形狀。
3.一種具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，包括第一絕緣層，為扁長形的可撓構造；網(wǎng)狀接地面層，形成于所述第一絕緣層的底面，由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與第一絕緣層的長度方向平行；傳輸線路層，由至少一條傳輸線構成，其形成于第一絕緣層的表面，該傳輸線與縱對角線平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
4.如權利要求3所述的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該傳輸線中心與縱對角線的距離為d/2。
5.如權利要求3所述的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該傳輸線中心與縱對角線的距離為d/4。
6.如權利要求3所述的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該傳輸線路層包括數(shù)個傳輸線，每一傳輸線中心與縱對角線的距離為d/2或d/2的整數(shù)倍。
7.如權利要求3所述的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該傳輸線路層包括數(shù)個的傳輸線，每一傳輸線中心與縱對角線的距離為d/4或d/4的奇數(shù)倍。
8.如權利要求3至7所述的任意一種具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該第一絕緣層表面形成有第二絕緣層，并覆蓋其上的傳輸線路層，該第二絕緣層上進一步形成有第二網(wǎng)狀接地面層，該第二網(wǎng)狀接地面層由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與第二絕緣層的長度方向平行；又傳輸線路層上的傳輸線與縱對角線平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
9.如權利要求3至7所述的任意一種具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該網(wǎng)狀接地面層的網(wǎng)格形狀為正方形、菱形、多角形、圓形或橢圓形等對稱的幾何形狀。
10.如權利要求9所述的具網(wǎng)狀接地面的多層電路板，該第一絕緣層表面形成有第二絕緣層，并覆蓋其上的傳輸線路層，該第二絕緣層上進一步形成有第二網(wǎng)狀接地面層，該第二網(wǎng)狀接地面層由數(shù)個且呈對稱形狀的金屬網(wǎng)格組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與第二絕緣層的長度方向平行；又傳輸線路層上的傳輸線與縱對角線平行，且其二者的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具網(wǎng)狀接地面的多層電路板特性阻抗控制方法及結構，是多層電路板具有網(wǎng)狀接地面層及傳輸線路層，其中，該網(wǎng)狀接地面層由數(shù)個對稱形狀且作矩陣排列的網(wǎng)格組成，各網(wǎng)格的縱對角線分別與電路板的長度方向平行，又令傳輸線路層的傳輸線與縱對角線平行，且傳輸線與縱對角線的距離為兩相鄰網(wǎng)格交點距離d的特定比率；藉此，對傳輸線的對位偏差具有較高的容忍度，從而使該多層電路板具備理想的特性阻抗。
文檔編號H01B7/08GK101022696SQ20061000820
公開日2007年8月22日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權日2006年2月16日
發(fā)明者楊偉雄, 林志謙, 陳彥瑞 申請人:華通電腦股份有限公司