專利名稱：用于高速信號(hào)設(shè)計(jì)的印刷電路板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及印刷電路板(PCB)組裝，更具體地涉及構(gòu)造穿過PCB疊層的同軸通孑L。
背景技術(shù)：
PCB通常由兩個(gè)或更多個(gè)層構(gòu)成，這些層疊積在一起，各層之間被電介質(zhì)材料隔開。這些層可以具有不同的厚度，并且在PCB中可以使用不同的電介質(zhì)材料。可以對(duì)所有層應(yīng)用布線或其它種類的銅結(jié)構(gòu)。PCB的最外層(頂層和底層)可以具有安裝在其外表面上的構(gòu)件。多層PCB相對(duì)于單層結(jié)構(gòu)的重要優(yōu)點(diǎn)是多層PCB在較小的引腳尺寸上具有更大的布線空間，這對(duì)當(dāng)前對(duì)更小尺寸構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求尤為重要。通孔(via)將不同PCB層上的跡線互連并將各層與電源層和/或接地層相連。通孔的物理性質(zhì)取決于電路板的幾何形狀和可用空間以及應(yīng)用場(chǎng)合。例如，在高速信號(hào)應(yīng)用中，特別是對(duì)PCB應(yīng)用GHz量級(jí)的頻率時(shí)，層與層之間要求阻抗匹配轉(zhuǎn)換。在高速信號(hào)設(shè)計(jì)中，阻抗連續(xù)性對(duì)于所有的互連元件(包括跡線、連接器、纜線等)都是必要的。在所有這些互連元件中，通孔最難實(shí)現(xiàn)阻抗控制，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的PCB工藝流程不能制造同軸通孔。高頻應(yīng)用特別需要同軸通孔技術(shù)，因?yàn)檫@可以實(shí)現(xiàn)真正的信號(hào)阻抗連續(xù)性，提供優(yōu)異的地線(GND)回路，并且有效地降低通孔之間的串?dāng)_以及通孔與跡線之間的串?dāng)_。一種現(xiàn)有的方法是用多個(gè)GND通孔包圍一個(gè)信號(hào)通孔。采用這種方法，極大地改善了回路和阻抗控制。然而，額外的GND通孔占用了多層PCB引腳上的有效空間。為了節(jié)省空間，另一種現(xiàn)有的方法是將通孔一分為四，其中一對(duì)用作信號(hào)通孔，另一對(duì)用作GND通孔。然而遺憾的是，這種分割型通孔的性能令人難以接受。因此，確實(shí)存在對(duì)于改善在多層 PCB中構(gòu)造的通孔的阻抗控制和性能的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在多層PCB中形成同軸通孔解決了上述問題。在本發(fā)明中，通孔的鍍覆壁面充當(dāng)同軸通孔的接地回路，而且它還連接PCB中的所有接地層。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造具有同軸通孔的印刷電路板(PCB)的方法。首先裝配具有頂部信號(hào)層和底部信號(hào)層的疊層。形成穿過該疊層的中空通孔以連接所有GND層，并將涂覆非導(dǎo)電材料的導(dǎo)體嵌入該通孔。先用圖案化的介電信號(hào)層覆蓋頂層和底層，然后再覆蓋掩蔽劑。在一種實(shí)施方式中，所述掩蔽劑是光刻膠。然后用導(dǎo)電材料鍍覆頂層和底層以連接通孔內(nèi)的信號(hào)跡線，并將掩蔽劑從頂層和底層去除。在一種實(shí)施方式中，可以使用這種方法制造多個(gè)印刷電路板層，然后將其層壓形成疊層構(gòu)造，其中所述疊層構(gòu)造中的每個(gè)印刷電路板層均具有通孔，該通孔的位置與疊層構(gòu)造中的相鄰印刷電路板上的通孔對(duì)齊。在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制造具有通孔的印刷電路板的方法，所述方法包括裝配多個(gè)層以形成疊層，以使所述多個(gè)層具有頂層和底層。形成穿過所述多個(gè)層的中空通孔并填充電介質(zhì)材料。形成穿過所述電介質(zhì)材料的孔(hole)，以形成連接所述頂層與底層的小孔(aperture)。在所述小孔內(nèi)嵌入或原位形成涂覆非導(dǎo)電材料的導(dǎo)體。用圖案化的介電信號(hào)層覆蓋頂部信號(hào)層23和底部信號(hào)層25，然后用掩蔽劑覆蓋。然后用導(dǎo)電材料鍍覆頂層和底層以連接通孔內(nèi)的信號(hào)跡線，并將掩蔽劑從頂層和底層去除。在一種實(shí)施方式中，可以使用這種方法制造多個(gè)印刷電路板層，然后將其層壓形成疊層構(gòu)造，其中所述疊層構(gòu)造中的每個(gè)印刷電路板層均具有通孔，該通孔的位置與疊層構(gòu)造中的相鄰印刷電路板上的通孔對(duì)齊。通過以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，可以清楚的了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出了其中形成有與同軸通孔相適應(yīng)的小孔的多層PCB ；圖2示出了被圖案化的介電信號(hào)層覆蓋的圖1的多層PCB; 圖3示出了增加了另外的電介質(zhì)層22的多層PCB ；圖4示出了被掩蔽劑部分覆蓋以限定電介質(zhì)層從而暴露用于鍍覆的信號(hào)區(qū)域的多層PCB ；圖5示出了已去除掩蔽劑的圖4的多層PCB ；圖6示出了具有為了鍍覆而涂覆于頂部和底部表面的掩蔽層的多層PCB ；圖7示出了具有涂覆于頂部和底部表面的鍍覆層的多層PCB ；圖8示出了已去除掩蔽層的多層PCB ；圖9示出了具有填充了電介質(zhì)材料的通孔的多層PCB ；圖10示出了具有形成在填充了電介質(zhì)材料的通孔內(nèi)的小孔的圖9的多層PCB ；圖11示出了具有嵌入形成在電介質(zhì)材料的小孔中的同軸通孔的圖13的多層 PCB ；圖12示出了裝配成疊層前的多個(gè)多層PCB;圖13示出了裝配成疊層后的圖12的多層PCB。
具體實(shí)施例方式圖1-13示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的整個(gè)方法的各個(gè)階段的多層PCB的剖面圖。在某些情況下，為了清楚起見，圖1-13所示的PCB的尺寸有所放大?，F(xiàn)在參見圖1，圖 1示出了 PCB 10, PCB 10具有設(shè)置成疊層的多個(gè)層12，且其上形成有小孔以提供通孔14。 如圖所示，PCB 10包括電介質(zhì)層22和接地層M，但在其它實(shí)施方式中，至少某些接地層M 可被電源層替換。在一種實(shí)施方式中，通孔14在其孔內(nèi)表面上涂覆有導(dǎo)電涂層材料15。導(dǎo)電涂層材料15用作同軸通孔的接地回路。導(dǎo)電涂層材料15還連接PCB 10中的所有GND層24。同軸通孔16嵌套在通孔14內(nèi)。圖中所示的同軸通孔16內(nèi)具有被絕緣層20包圍的導(dǎo)電元件18。圖2中增加了信號(hào)層23、25，然后圖3中增加了另外的電介質(zhì)層22。如圖4所示，掩蔽材料(如光刻膠)被涂覆以形成掩蔽層26，從而限定下方的電介質(zhì)層22，暴露用于鍍覆的信號(hào)區(qū)域。然后去除掩蔽層沈，如圖5所示。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過已知的方法去除光刻膠?，F(xiàn)在參見圖6，將掩蔽層沈再次涂覆于PCB 10的頂部和底部表面。在圖7中，增加了鍍覆層觀、29。增加鍍覆層觀、四之后，去除掩蔽層26，PCB 10的鍍覆層觀、四通過同軸通孔16連接。在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了形成在PCB中的用電介質(zhì)材料填充的通孔。 電介質(zhì)材料內(nèi)形成有小孔，并且同軸通孔嵌套在所述小孔中。參見圖9，多層PCB 50由電介質(zhì)層62和GND層64構(gòu)成，多層PCB 50包括通孔52，通孔52的表面涂覆有導(dǎo)電涂層材料53。然后用電介質(zhì)材料M填充通孔52。然后形成穿過電介質(zhì)材料M的小孔56，如圖 10所示。用導(dǎo)電材料60鍍覆小孔56，形成具有導(dǎo)電元件60、電介質(zhì)層M和保護(hù)層53的同軸通孔58，如圖11所示。然后如圖2-5所述處理PCB 50。首先，將電介質(zhì)層涂覆在PCB 50的頂部和底部表面上。涂覆電介質(zhì)層之后，涂覆信號(hào)層。然后，通過將掩蔽材料加到PCB 50的頂部和底部表面上，使PCB 50準(zhǔn)備用于鍍覆。然后在頂部和底部表面上對(duì)PCB 50進(jìn)行鍍覆，并去除掩蔽材料。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，掩蔽材料是光刻膠，采用已知方法去除掩蔽材料。可以使用各種技術(shù)來涂覆光刻膠，包括將PCB 10、50浸漬在光刻膠溶液中，或?qū)⒐饪棠z溶液噴霧、刷涂或輥涂在所需表面上。涂覆光刻膠之后，可以采用已知技術(shù)將過量的溶劑從PCB 10、50中烘焙出來，例如使PCB 10、50受到熱空氣的環(huán)流或?qū)⒓t外線或其它輻射熱源聚集在PCB10、50上。在本發(fā)明的實(shí)施方式采用的鍍覆過程中，金屬被涂覆在通孔16上，從而在PCB 10,50的頂部表面與底部表面之間提供有效的連接，這是通過與所形成的通孔形成連接來實(shí)現(xiàn)的。所選金屬應(yīng)當(dāng)具有高電導(dǎo)率，以便于承載高電流而不降低電壓。而且，所選金屬應(yīng)當(dāng)對(duì)于各層包圍通孔16的表面具有良好的粘附性?，F(xiàn)在參見圖12和13，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過依次層壓PCB層80、82、84，將多個(gè)PCB 10、50裝配成單一的多層PCB 100。以此方式，通孔86將至少一個(gè)內(nèi)層88與多層 PCB中的另一個(gè)層90連接，這對(duì)于半導(dǎo)通孔是有用的。雖然圖12和13放大了 PCB層80、 82、84的尺寸，但應(yīng)理解金屬層的實(shí)際厚度并不影響將圖12中的PCB層80、82、84層壓成多層PCB 100。還應(yīng)理解，盡管圖12中示出了 3個(gè)PCB層，但多層PCB 100的結(jié)構(gòu)還可包括其它的PCB層。在PCB層80、82、84的層壓中，可以使用現(xiàn)有的PCB板層壓時(shí)所用的各種粘附劑。此外，雖然PCB層80、82、84均包含接地層和/或電源層，但在一種實(shí)施方式中，最終的組件中也可以包括一些不具有電源層或接地層但具有本發(fā)明的同軸通孔的層。PCB 10、50、100可以包含粘附在一層絕緣體上的經(jīng)蝕刻的導(dǎo)體。具有導(dǎo)電性的經(jīng)蝕刻的導(dǎo)體也被稱為跡線或軌線。絕緣體被稱為基板。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，PCB 10、50可使用各種方法來進(jìn)行構(gòu)造。PCB 10、50、100的結(jié)構(gòu)中可混入抗蝕油墨，從而保護(hù)本發(fā)明的多構(gòu)件疊層的外表面或構(gòu)件表面上銅箔。后續(xù)的蝕刻去除不期望的銅?；蛘?，在涉及混合電路應(yīng)用的實(shí)施方式中，油墨可具有導(dǎo)電性，印刷在空白(非導(dǎo)電性)板上。PCB 10、50,100的結(jié)構(gòu)還可以包括光掩膜，并如上所述通過化學(xué)蝕刻將銅箔從基板上去除。還可以使用2軸或3軸機(jī)械研磨系統(tǒng)將銅箔從基板上研磨掉，來構(gòu)造PCB 10、50、100。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，PCB 10,50,100可包括由用酚醛樹脂(如Pertinax )浸漬的紙張制成的基板。在其它實(shí)施方式中，基板由FR-4材料構(gòu)成。在其它實(shí)施方式中，基板由具有低介電常數(shù)(電容率)和損耗因數(shù)的塑料構(gòu)成，例如Rogers 4000、Rogers Duroid、DuPont Teflon (GT和GX型)產(chǎn)品、聚亞胺、聚苯乙烯和交聯(lián)聚苯乙烯。對(duì)于使用柔性PCB的應(yīng)用，PCB 10、50、100可包括由DuPont Kapton 聚亞胺薄膜等構(gòu)成的基板。PCB 10、50、100還可以包括在將構(gòu)件焊接到PCB 10、50之后通過浸漬或噴霧而涂
覆的保形涂層。該保形涂層可以是在真空室中濺射到PCB 10、50、100上的硅酮橡膠或環(huán)氧化物或塑料的稀溶液。盡管上文詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板，包括構(gòu)造成疊層的多個(gè)層，所述多個(gè)層具有頂層和底層以及至少一個(gè)導(dǎo)電層；穿過所述多個(gè)層中至少一層的中空通孔；在所述中空通孔中，設(shè)置于限定了所述中空通孔的表面上的導(dǎo)電材料，以及用非導(dǎo)電材料涂覆的導(dǎo)體；其中，在所述頂層和底層上分別設(shè)置電介質(zhì)層，并且在所述頂層和底層上設(shè)置導(dǎo)電材料；其中，所述中空通孔是個(gè)盲通孔，使得所述中空通孔的所述導(dǎo)體連接所述多個(gè)層中的兩層，所述兩層中至少一層是內(nèi)層，而所述兩層中另一層是所述頂層和底層之一，并且所述中空通孔的所述導(dǎo)體不將所述頂層上的導(dǎo)電材料與所述底層上的導(dǎo)電材料連接。
2.如權(quán)利要求1的印刷電路板，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括至少一個(gè)接地層。
3.如權(quán)利要求1的印刷電路板，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括至少一個(gè)電源層。
4.一種印刷電路板，包括層壓成疊層構(gòu)造以形成單個(gè)印刷電路板的多個(gè)印刷電路板層，其中層壓疊層構(gòu)造中的每個(gè)印刷電路板層包括構(gòu)造成疊層的多個(gè)層，所述多個(gè)層具有頂層和底層以及至少一個(gè)導(dǎo)電層；穿過所述多個(gè)層形成的多個(gè)中空通孔，所述中空通孔具有限定表面，所述限定表面具有涂覆于其上的導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料與所述至少一個(gè)導(dǎo)電層連接；在每個(gè)所述中空通孔內(nèi)的用非導(dǎo)電材料涂覆的導(dǎo)體；其中，在所述頂層和底層上分別設(shè)置電介質(zhì)層，并且在所述頂層和底層上設(shè)置導(dǎo)電材料，所述頂層上的導(dǎo)電材料通過所述多個(gè)中空通孔中至少一個(gè)中空通孔內(nèi)的導(dǎo)體與所述底層上的導(dǎo)電材料連接，使得在每一個(gè)電路板中所述至少一個(gè)中空通孔被設(shè)置在其電路板層內(nèi)，其位置使得每個(gè)印刷電路板與以疊層構(gòu)造層壓在一起的印刷電路板層中的相鄰印刷電路板層上的所述至少一個(gè)中空通孔對(duì)齊；并且其中，所述所個(gè)中空通孔中至少另一個(gè)是盲通孔，使得所述至少另一個(gè)中空通孔的所述導(dǎo)體連接所述多個(gè)層中的兩層，所述兩層中至少一層是內(nèi)層，而所述兩層中另一層是所述頂層和底層之一，并且所述至少另一個(gè)中空通孔的所述導(dǎo)體不將所述頂層上的導(dǎo)電材料與所述底層上的導(dǎo)電材料連接。
5.如權(quán)利要求4的印刷電路板，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括至少一個(gè)接地層。
6.如權(quán)利要求4的印刷電路板，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括至少一個(gè)電源層。
7.如權(quán)利要求4的印刷電路板，其中所述至少另一個(gè)中空通孔的導(dǎo)體將所述內(nèi)層與所述疊層構(gòu)造的頂層上的導(dǎo)電材料或所述疊層構(gòu)造的底層上的導(dǎo)電材料之一相連接。
8.一種印刷電路板，包括構(gòu)造成疊層的多個(gè)層，所述多個(gè)層具有頂層和底層以及至少一個(gè)導(dǎo)電層；穿過所述多個(gè)層中至少一個(gè)層設(shè)置的第一通孔，其中所述第一通孔在其內(nèi)表面上涂覆導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料與所述至少一個(gè)導(dǎo)電層連接，其中所述第一通孔用電介質(zhì)材料填充，所述電介質(zhì)材料具有小孔，在所述電介質(zhì)材料小孔內(nèi)設(shè)置導(dǎo)體；和穿過所述多個(gè)層中至少一個(gè)層設(shè)置的第二通孔，其中所述第二通孔在其內(nèi)表面上涂覆導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料與所述至少一個(gè)導(dǎo)電層連接，其中所述第二通孔用電介質(zhì)材料填充，所述電介質(zhì)材料具有小孔并在所述電介質(zhì)材料小孔內(nèi)設(shè)置導(dǎo)體；其中，所述頂層和底層包括電介質(zhì)層并且導(dǎo)電材料被設(shè)置在所述頂層和所述底層上； 其中位于所述第一中空通孔內(nèi)的所述導(dǎo)體將所述所述多個(gè)層中的一內(nèi)層與所述頂層或底層中一層上的導(dǎo)電材料相連接；其中位于所述第二中空通孔內(nèi)的所述導(dǎo)體將所述所述多個(gè)層中的另一內(nèi)層與所述頂層或底層中所述一層上的導(dǎo)電材料相連接；并且其中位于所述第一中空通孔內(nèi)的所述導(dǎo)體和位于所述第二中空通孔內(nèi)的所述導(dǎo)體都不將所述頂層的導(dǎo)電材料與所述底層上的導(dǎo)電材料相連接。
9.如權(quán)利要求8的印刷電路板，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括至少一個(gè)接地層。
10.如權(quán)利要求8的印刷電路板，其中所述至少一個(gè)導(dǎo)電層包括至少一個(gè)電源層。
11.如權(quán)利要求8的印刷電路板，還包括穿過所述多個(gè)層設(shè)置的第三通孔，其中所述第三通孔在其內(nèi)表面上涂覆導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料與所述至少一個(gè)導(dǎo)電層連接，其中所述第三通孔用電介質(zhì)材料填充，所述電介質(zhì)材料具有小孔并在所述電介質(zhì)材料小孔內(nèi)設(shè)置導(dǎo)體；其中所述第三中空通孔的所述導(dǎo)體都將所述頂層的導(dǎo)電材料與所述底層上的導(dǎo)電材料相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高速信號(hào)設(shè)計(jì)的印刷電路板以及制造該印刷電路板的方法。所述方法包括將多個(gè)層裝配成疊層，以使所述疊層中的所述多個(gè)層具有頂信號(hào)層和底信號(hào)層；形成穿過所述多個(gè)層的中空通孔，以連接所述印刷電路板中的GND層；在所述中空通孔內(nèi)形成或嵌入用非導(dǎo)電材料涂覆的導(dǎo)體；用圖案化的介電信號(hào)層覆蓋所述頂層和底層；用掩蔽劑覆蓋所述頂層和底層；用連接通孔內(nèi)的信號(hào)跡線的導(dǎo)電材料鍍覆所述頂層和底層；從所述頂層和底層上去除所述掩蔽劑。
文檔編號(hào)H05K1/11GK102448244SQ20111030433
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者塞吉奧·卡麥格, 威爾林·程, 羅杰·卡爾阿姆 申請(qǐng)人:思科技術(shù)公司