專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒寮爸谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板制作技術(shù)，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)傳輸高速信號(hào)印制電路板，本發(fā)明還涉及該電路板的制作方法。
背景技術(shù)：
目前高速PCB(印制電路板)的設(shè)計(jì)在通信、計(jì)算機(jī)、圖形圖像處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。所有高科技附加值的電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)都在追求低功耗、低電磁輻射、高可靠性、小型化、輕型化等特點(diǎn)，為了達(dá)到以上目標(biāo)，在高速PCB設(shè)計(jì)中，板材及高速信號(hào)設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵因素。
一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)上為了達(dá)到高速信號(hào)要求，在設(shè)計(jì)理念上，盡量減少器件間互連長(zhǎng)度；在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，要求改善網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減小Stub長(zhǎng)度；在EMI、EMC方面，單板有較高EMI、EMC要求，信號(hào)要求優(yōu)先布在內(nèi)層；在阻抗方面，減少過(guò)孔、焊盤對(duì)阻抗的影響，要求采用小孔小圖形布線。
衡量PCB信號(hào)傳輸質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)主要有2個(gè)信號(hào)的傳輸速度和信號(hào)的傳輸質(zhì)量。
高速信號(hào)的傳輸，類似于電磁波的傳輸，其傳輸速度遵守電磁波的理論，如下公式所示Vp＝C/e1/2(其中Vp——信號(hào)傳輸速度，C——光速，e——介電常數(shù))由此我們可以計(jì)算出在1GHz的條件時(shí)，信號(hào)在三種材料中的傳輸速度如表一所示
表一信號(hào)在3種PCB材料中的傳輸速度

由表一和公式可見(jiàn)，材料的介電常數(shù)愈低，相應(yīng)地信號(hào)傳輸速度愈快。
衡量信號(hào)傳輸?shù)牧硪粋€(gè)指標(biāo)是信號(hào)的質(zhì)量，對(duì)傳輸質(zhì)量的主要影響因素有3個(gè)信號(hào)能量在傳輸過(guò)程中的損失、信號(hào)形成的雜波相互干擾、信號(hào)傳輸表面缺陷過(guò)多造成較大雜波干擾。
縮短信號(hào)傳輸線的長(zhǎng)度、減少介質(zhì)的介電損耗角正切值，均可以有效地減少信號(hào)能量在傳輸過(guò)程中的損失；減少介質(zhì)層的厚度，讓信號(hào)傳輸線更接近地電層，這樣在高速高頻信號(hào)通過(guò)傳輸線時(shí)，所發(fā)出的雜波就會(huì)被地電層吸愈多，對(duì)其他傳輸線上的信號(hào)干擾相對(duì)就減少許多；減少線條邊的不良程度，得到的雜波干擾就會(huì)愈少。
因此從可控的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)PCB高速信號(hào)盡量選擇Df小的材料，同時(shí)減小介質(zhì)厚度，降低線條的銅層厚度，減輕蝕刻時(shí)的側(cè)蝕狀況，是最有效的方法。
另外過(guò)孔對(duì)高速信號(hào)傳輸?shù)漠a(chǎn)生影響。
過(guò)孔是多層PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素，過(guò)孔主要由三部分組成，一是孔；二是孔周圍的焊盤區(qū)；三是POWER層隔離區(qū)，過(guò)孔的工藝過(guò)程是在過(guò)孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過(guò)孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。過(guò)孔可以起到電氣連接，固定或定位器件的作用。過(guò)孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示
過(guò)孔一般又分為三類盲孔、埋孔和通孔。
盲孔，指位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。
埋孔，指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會(huì)延伸到線路板的表面。
通孔，這種孔穿過(guò)整個(gè)線路板，可用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實(shí)現(xiàn)，成本較低，所以一般印制電路板均使用通孔。過(guò)孔的分類如下圖2所示。
過(guò)孔本身存在著對(duì)地的寄生電容，若過(guò)孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2，過(guò)孔焊盤的直徑為D1，PCB的厚度為T，板基材介電常數(shù)為ε，則過(guò)孔的寄生電容大小近似于C＝1.41εTD1/(D2-D1)過(guò)孔的寄生電容會(huì)給電路造成的主要影響是延長(zhǎng)了信號(hào)的上升時(shí)間，降低了電路的速度，容值越小則影響越小。信號(hào)線上的過(guò)孔影響信號(hào)傳輸速度，增大了信號(hào)傳輸延遲。
過(guò)孔本身就存在寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，過(guò)孔的寄生電感帶來(lái)的危害往往大于寄生電容的影響。過(guò)孔的寄生串聯(lián)電感會(huì)削弱旁路電容的作用，減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用，引起轉(zhuǎn)換噪聲，噪聲是由電流的瞬態(tài)變化和電源、地分布的有限阻抗最終導(dǎo)致的。隨著器件中電源或地的電流的變化，當(dāng)芯片邏輯開關(guān)或一個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)器開關(guān)時(shí)，使得互連的電感上有一個(gè)壓降通過(guò)。這個(gè)壓降降低了芯片的電源電壓，使得它們的門延緩慢下來(lái)，從而降低了可工作的最高頻率，電源和地的分布電感是取得高時(shí)鐘頻率的必要組成部分。
若L指過(guò)孔的電感，h是過(guò)孔的長(zhǎng)度，d是中心鉆孔的直徑，過(guò)孔的寄生電感近似于L＝5.08h[ln(4h/d)+1]
從式中可以看出，過(guò)孔的直徑對(duì)電感的影響較小，而對(duì)電感影響最大的是過(guò)孔的長(zhǎng)度。
現(xiàn)有使用印制板HDI工藝技術(shù)。HDIHigh Density Interconnect，高密度互連，也稱BUM(Build-up Multilayer或Build-up PCB)，即積層法多層板。積層互聯(lián)通常采用微孔技術(shù)。下圖3是HDI印制板結(jié)構(gòu)示意圖。
芯層，HDI印制板中用來(lái)做內(nèi)芯的普通層。
積層，疊積于芯層表面的高密互聯(lián)層，通常采用微孔技術(shù)。
微孔底部對(duì)應(yīng)Capture Pad微孔頂部對(duì)應(yīng)Pad。
埋孔，沒(méi)有延伸到PCB表面的導(dǎo)通孔。
HDI關(guān)鍵技術(shù)是微孔的成孔，常用的成孔方式主要有三種等離子成孔、感光成孔、激光成孔。
其中激光成孔是目前HDI印制版工業(yè)中采用最多的成孔技術(shù)，它是利用材料對(duì)激光能量的吸收性能，將介質(zhì)材料汽化、炭化，或者打破有機(jī)材料的分子長(zhǎng)鏈；然后清洗、金屬化的過(guò)程。
目前國(guó)內(nèi)激光成孔技術(shù)采用的激光源一般有兩種UV-YAG激光和CO2激光，其中UV-YAG激光光譜范圍在紫外光部分，而CO2激光光譜則落在紅外部分。兩者的成孔外在表現(xiàn)區(qū)別在于前者可以打穿銅箔，而后者則不能打穿銅箔。
激光成孔相對(duì)于傳統(tǒng)通孔印制板加工，加工流程復(fù)雜。以1+4+1的激光成孔6層HDI板為例。加工流程如下圖4示需要經(jīng)過(guò)裁板、蝕刻L3+L4層線路，其次沖定位孔、AOI檢查，再次加銅泊、PP、并于其上進(jìn)行壓板，在進(jìn)行鉆孔、蝕刻L2、L5層線路，并將孔金屬化、塞孔等，再疊加RCC、鉆CONFORMAL孔、與機(jī)械定位孔，然后CONFORMAL、鉆鐳射孔、鉆通孔，最后進(jìn)行鍍孔、蝕刻外層線路，完成后制程，同多層板作業(yè)。
微孔成孔工藝控制復(fù)雜，良品率較低因?yàn)槲⒖足@孔較小，則PCB板厚與成孔徑比不能過(guò)大，一方面介質(zhì)太厚，則孔壁質(zhì)量形成不好，殘膠量較大；另一方面由于表面張力原因，藥水流動(dòng)困難，孔金屬化困難。
另外對(duì)大量埋孔塞孔工藝難以控制，塞孔質(zhì)量不好出現(xiàn)塞孔凸起或內(nèi)縮。這類埋孔在環(huán)境實(shí)驗(yàn)后極有可能出現(xiàn)斷裂或者使線路斷開。對(duì)常用的激光成孔工藝，其激光源一般有兩種CO2激光和UV激光。CO2激光波長(zhǎng)10.6和9.4um(9.4um能量更高)，屬于紅外線區(qū)域。其特點(diǎn)是可以打穿介質(zhì)，不能打穿銅箔，在成孔前，必須先在銅箔開窗；成孔的機(jī)理是燒蝕，因而在孔壁和孔底形成“焦化”和殘留物，金屬化前必須做好去焦渣處理。隨孔深增加，燒蝕的能量需加強(qiáng)，易引起更多焦渣，并易引起底部銅箔與介質(zhì)分層，因此不適合做小孔深孔(一般孔徑≥80um)；對(duì)玻璃纖維布比較難燒蝕。
UV激光采用固態(tài)光源(如Nd:YAG)，波長(zhǎng)0.355um或0.266um，屬于紫外線區(qū)域。其特點(diǎn)是可以加工銅、介質(zhì)和玻璃布，因此不需在銅箔先開窗，對(duì)1080等加工能力較好；成孔機(jī)理是破壞物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鍵成孔，因而孔壁和孔底光潔，活性高，可直接金屬化；對(duì)比CO2激光，可加工孔徑更小(一般≤100um)，深度更深；但孔徑≥100um時(shí)，加工效率低，成本高，因此目前最常用的依然是CO2激光。
加工成本比較高昂HDI PCB成本所受影響因數(shù)和普通剛性PCB一致外(如PCB層數(shù)、尺寸、板材利用率等)，還受積層層數(shù)、埋孔結(jié)構(gòu)、微孔結(jié)構(gòu)等因素影響。如對(duì)于一個(gè)8層HDI板來(lái)講，其不同的結(jié)構(gòu)成本差異如下(此數(shù)據(jù)僅供參考)
(1)1+6+1(有2～7的機(jī)械埋孔)成本基數(shù)1(2)2+4+2(錯(cuò)開孔，有3～6的機(jī)械埋孔)1.5(3)2+4+2(錯(cuò)開孔，有3～6、2～7的機(jī)械埋孔)1.7(4)2+4+2(微疊孔，有3～6的機(jī)械埋孔)1.9(5)2+4+2(微疊孔，有3～6、2～7的機(jī)械埋孔)2.1另外使用HDI工藝的裝配成品板信號(hào)測(cè)試覆蓋率也相對(duì)較低，如對(duì)細(xì)間距面陣列器件區(qū)域內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)無(wú)法采用通孔測(cè)試點(diǎn)。
基于以上缺陷，從業(yè)界統(tǒng)計(jì)來(lái)看，目前HDI印制板主要應(yīng)用于手機(jī)板和封裝基板，在大尺寸的系統(tǒng)級(jí)高可靠復(fù)雜印制板中應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，針對(duì)現(xiàn)有復(fù)合印制電路板的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒?，降低成本；本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，還提供一種制作上述電路板的的方法。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下提供一種可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒?，由多層板?fù)合構(gòu)成，構(gòu)成所述印制電路板的兩個(gè)外層是能傳輸高速信號(hào)的板材層，內(nèi)層是普通板材層。
一種制作上述可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒宓姆椒ǎ捎脤訅旱姆绞皆谄胀ò宀膶油鈧?cè)形成能傳輸高速信號(hào)的板材層，然后鉆通孔，金屬化，最后形成多層的印制電路板。
具體步驟包括如下1)、對(duì)所述普通板材層進(jìn)行黑化或棕化處理；2)、加入半固化片與外層銅箔與內(nèi)層普通板材層進(jìn)行疊合與壓合，形成能傳輸高速信號(hào)的外層板材層；
3)、對(duì)上述2)步驟形成的多層板，進(jìn)行鉆孔，鍍通孔、在各內(nèi)層板上通過(guò)底片成像與蝕刻，作出所需的導(dǎo)通線路及外層線路，進(jìn)而制得印刷電路板。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)將多層結(jié)構(gòu)的印刷電路板采用特殊板材與普通板材混壓后制得復(fù)合印刷電路板，既可以實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸，又可以降低電路板的成本，板材混壓技術(shù)不但可以降低成本，而且可以解決高速特殊板材的局限性，如部分材料厚度規(guī)格少、后續(xù)PCBA組裝難度高等問(wèn)題；在制作這種結(jié)構(gòu)的電路板時(shí)，可對(duì)高速信號(hào)過(guò)孔使用背鉆工藝，以去掉過(guò)孔端部的無(wú)連接無(wú)屬性的STUB；實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的高速信號(hào)印制電路板設(shè)計(jì)方案，傳統(tǒng)多層板的制作工藝，由于只需一次層壓、一次鉆孔，因此工序比較簡(jiǎn)單，PCB制作良品率及高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量均可得到保證。


圖1是多層電路板中過(guò)孔示意圖；圖2是圖1所示各種過(guò)孔結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明方法中多層電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明方法中多層電路板制作流程圖；圖5是圖4所示制作流程圖中背鉆工藝示意圖；圖6是采用背鉆完成的微孔短導(dǎo)通孔長(zhǎng)度使得接地電感降低，有效地改善了開關(guān)噪聲的對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，一般PCB上高速信號(hào)的傳輸線只是局部的，PCB的部分層可以不使用高檔材料，而使用價(jià)格相對(duì)較低，并且傳輸信號(hào)的性能較普通的普通材料板材如FR4構(gòu)成電路板的多個(gè)內(nèi)層，綜合信號(hào)質(zhì)量要求、仿真結(jié)果及成本、廠商工藝成熟度各方面因素，可采用板材混壓技術(shù)，混壓結(jié)構(gòu)相比于通常結(jié)構(gòu)，在成本、性能、可獲得性等方面具有更多的靈活性和適應(yīng)性，如圖3所示，為實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)的特殊板材ROGERS4350與普通板材FR4的八層板混壓結(jié)構(gòu)兩個(gè)外層采用是能傳輸高速信號(hào)的ROGERS4350特殊板材，6個(gè)內(nèi)層板采用FR4普通板材；可大大降低電路板的材料成本。
使用傳統(tǒng)多層板制作方法完成PCB板的加工，傳統(tǒng)多層板的制作方法是層壓內(nèi)層來(lái)形成多層板，然后鉆通孔，金屬化并制作外層線路。其流程可以概要為以下幾步在各內(nèi)層芯板上通過(guò)底片成像與蝕刻，作出所需的導(dǎo)通線路如焊盤(Pad)；對(duì)內(nèi)層芯板進(jìn)行黑化/棕化處理(Black/Brown Oxide Treament)，完成各內(nèi)層板；加入半固化片與外層銅箔進(jìn)行疊合與壓合，形成多層半成品板；再進(jìn)行鉆孔，鍍通孔(PTH)、底片成像(Image Transfer，正片法或負(fù)片法)以及蝕刻得到外層線路并完成多層板之成品。詳細(xì)步驟如圖4所示；對(duì)部分高速信號(hào)過(guò)孔使用背鉆(Back Drill)工藝采用背鉆方式鉆孔(Back Drill)是將過(guò)孔端部的無(wú)連接屬性的STUB鉆掉；由于信號(hào)線上的過(guò)孔總體表現(xiàn)為容性，使得阻抗降低。背鉆(Back Drill)完成的微孔對(duì)阻抗的影響較通孔要小。
參照?qǐng)D6，背鉆(Back Drill)完成的微孔短導(dǎo)通孔長(zhǎng)度使得接地電感降低，可有效地改善開關(guān)噪聲。
除上述方法外，還可以通過(guò)下列方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸改變過(guò)孔背鉆深度來(lái)實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸；通過(guò)改變過(guò)孔背鉆剩余孔壁的長(zhǎng)度也可以實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸；通過(guò)改變過(guò)孔背鉆孔徑也可以實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸；通過(guò)改變距離背鉆孔徑最近的走線層距離也可以實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒?，由多層板?fù)合構(gòu)成，其特征在于構(gòu)成所述印制電路板的兩個(gè)外層是能傳輸高速信號(hào)的板材層，內(nèi)層板是普通板材層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒澹涮卣髟谟?，所述印刷電路板共?層，所述內(nèi)層板有6層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒澹涮卣髟谟?，所述印刷電路板的外層是采用能傳輸高速信?hào)的ROGERS4350板材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒?，其特征在于，所述印刷電路板的所述?nèi)層板采用的是FR4普通板材。
5.一種制作權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒宓姆椒?，其特征在于采用層壓的方式在普通板材層外?cè)形成能傳輸高速信號(hào)的板材層，然后鉆通孔，金屬化，最后形成多層的印制電路板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述印制電路板的制作方法，其特征在于具體步驟包括如下1)、對(duì)所述普通板材層進(jìn)行黑化或棕化處理；2)、加入半固化片與外層銅箔與內(nèi)層普通板材層進(jìn)行疊合與壓合，形成能傳輸高速信號(hào)的外層板材層；3)、對(duì)上述2)步驟形成的多層板，進(jìn)行鉆孔，鍍通孔、在各內(nèi)層板上通過(guò)底片成像與蝕刻，作出所需的導(dǎo)通線路及外層線路，進(jìn)而制得印刷電路板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述印制電路板的制作方法，其特征在于所屬普通板材層采用的是FR4板材。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述印制電路板的制作方法，其特征在于所述能傳輸高速信號(hào)的板材層采用的是ROGERS4350板材。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述印制電路板的制作方法，其特征在于進(jìn)一步包括如下步驟；對(duì)高速信號(hào)過(guò)孔采用背鉆工藝鉆孔，以去掉過(guò)孔端部的無(wú)連接、無(wú)屬性的STUB。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸?shù)挠≈齐娐钒寮爸谱鞣椒?，?gòu)成印制電路板的兩個(gè)外層是能傳輸高速信號(hào)的板材層，內(nèi)層板是普通板材層。制作方法如下對(duì)內(nèi)層芯板進(jìn)行黑化/棕化處理；加入半固化片與外層銅箔進(jìn)行疊合與壓合，形成多層半成品板；對(duì)多層板進(jìn)行鉆孔，鍍通孔、在各內(nèi)層芯板上通過(guò)底片成像與蝕刻，作出所需的導(dǎo)通線路；得到外層線路，制得多層混合板印刷電路板；對(duì)高速信號(hào)過(guò)孔采用背鉆工藝鉆孔，以去掉過(guò)孔端部的無(wú)連接無(wú)屬性的STUB。印刷電路板用特殊板材與普通板材混壓及常規(guī)通孔工藝制作，使用背鉆工藝可去掉過(guò)孔端部的無(wú)連接無(wú)屬性的STUB；可實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的高速信號(hào)傳輸，PCB制作的良品率及高速信號(hào)的傳輸質(zhì)量均可得到保證。
文檔編號(hào)H05K3/00GK1852633SQ200510101738
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者黃春光 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司