專利名稱：一種印制電路板疊層結(jié)構(gòu)及多層板疊層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)層及其相應(yīng)十二，十四、十六層印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著科技的高速發(fā)展，芯片的集成度和復(fù)雜度越來越高，印制電路板PCB的設(shè)計具有如下特點(1)PCB上傳輸?shù)男盘査俾试礁邅碓礁?，從原來的幾MHZ到幾十MHZ，甚至到現(xiàn)在的幾GHZ。
(2)PCB上的電源的種類也從原來的幾種到現(xiàn)在的十多種，PCB上的電壓等級越來越低，電源功率越來越大。
(3)PCB上的信號互連密度也越來越大。
這就對PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性等各方面提出了更高的要求。
如圖1所示，常見的多層板是由是由表層銅箔1、半固化片2、芯板3組成，半固化片2是不帶銅箔1的介質(zhì)，芯板3兩面附有銅箔31，芯板3中間為介質(zhì)材料32，即芯板3是一個簡單的雙面板，圖1顯示了一個四層板。
其疊層結(jié)構(gòu)由上至下為上表層銅箔1、銅箔31、銅箔31、下表層銅箔1。
各種材料的疊壓由上至下為銅箔、介質(zhì)、銅箔、介質(zhì)、銅箔、介質(zhì)、銅箔。
多層PCB板是由半固化片2與芯板3交替疊壓而成的，如圖2所示的六層板結(jié)構(gòu)。
PCB板中的各層的電路板上所鋪設(shè)的線路主要分為三種疊層類型電源層、地平面層和信號層。電路板布線中的任何信號，都必需有一個回流路徑，使得信號流回源端。一般來說，高速信號的回流總是選擇阻抗最低的路徑，因此，與信號層相鄰的電源層、地平面層由于是大塊的平面，阻抗很小，成為信號回流的最佳途徑。我們將這種能夠為信號提供低阻抗的回流路徑的平面稱之為參考平面。
現(xiàn)有的電路板層設(shè)計，一般在信號層的相鄰層有1-2層電源層或地平面層作為參考平面。但如果電源平面作為高速信號的參考平面，會帶來很多問題。由于電路板都有多種電源，如5v、3.3v、1.8v、2.5v等，而很多電源只是給電路板上部分器件供電，因此，一般的做法是同時把好幾種不同的電源放在同一個電源層進(jìn)行鋪設(shè)，在設(shè)計時，不同的電源之間通過開槽來隔開，以保證各電源之間的絕緣，稱之為分割。但是由于這種分割，如果相鄰的信號層有信號線跨越了這個分割，如圖3所示，那么在電源層的回流就無法通過這個分割開槽，只能繞行；繞行后，整個信號電流的環(huán)路就顯著的加大了，如圖3所示，信號AB在電源平面回流時，由于槽的存在，在電源平面回流的線路不得不沿槽流動，對于信號CD，在電源平面回流的線路也不得不沿槽流動，這就帶來了以下缺點1、增大電流環(huán)路面積，加大了環(huán)路電感，使輸出的信號波形容易振蕩；2、增加向空間的輻射干擾，同時易受空間磁場的影響；3、加大與電路板上其它電路產(chǎn)生磁場耦合的可能性；4、環(huán)路電感上的高頻壓降構(gòu)成共模輻射源，并通過外接電纜產(chǎn)生共模輻射。
這對于需要嚴(yán)格的阻抗控制、按帶狀線模型走線的高速信號線而言，還會因為上平面或下平面或上下平面的開槽破壞帶狀線模型，造成阻抗的不連續(xù)，破壞信號完整性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供信號、電源完整性好的印制電路板，避免信號線跨分割，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
本發(fā)明所采用的印制電路板疊層方法為在所述印制電路板中，包括一個順序為地平面層、電源層、電源層、地平面層的疊層結(jié)構(gòu)，所述兩個電源層夾放于所述地平面層之間。
所述的各電源層至少與一個地平面層相鄰；所述的兩個電源層位于印制電路板各層的中間位置；所述的電源層上、下側(cè)的相對稱各疊層的類型相同，疊層結(jié)構(gòu)完全對稱；所述的印制電路板的各信號層都與至少一個地平面層相鄰；一種十二層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)為第六層、第七層為電源層；第二層、第五層、第八層、第十一層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第九層、第十層、第十二層為信號層；所述的印制電路板的第一、十二信號層中的導(dǎo)電層厚度在1.8±0.7mil范圍內(nèi)，其它各層的導(dǎo)電層厚度在1.4±0.7mil范圍內(nèi)。
一種十四層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)為第七層、第八層為電源層；第二層、第四層、第六層、第九層、第十一層、第十三層為地平面層；第一層、第三層、第五層、第十層、第十二層、第十四層為信號層；所述的印制電路板的各層中導(dǎo)電層厚度在1.4±0.7mil范圍內(nèi)，第三、五、十、十二信號層與相鄰地平面層之間的介質(zhì)厚度相同。
一種十六層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)為第八層、第九層為電源層；第二層、第五層、第七層、第十層、第十二層、第十五層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第六層、第十一層、第十三層、第十四層、第十六層為信號層；所述的印制電路板的第一、十六信號層中的導(dǎo)電層厚度在1.8±0.7mil范圍內(nèi)，其它各層的導(dǎo)電層厚度在1.4±0.7mil范圍內(nèi)；所述的信號層中，第六層和第十一層適合傳輸時鐘、高速信號；本本發(fā)明的有益效果為在本發(fā)明中，電源層夾放于地平面層之間，電源層上的電磁波更易被地平面層吸收，防止電源層上的電磁波輻射出去，電源層只與地平面層或電源層相鄰，形成了地平面層、電源層、電源層、地平面層的層疊順序，使得每個電源層都有一個地平面層相鄰，形成一個較大的平面電容，該平面電容可以有效地濾出電源層上的高頻電源噪聲，從而提高電源的高頻性能。
由于地平面層是完整的平面，不用參考電源平面，每個信號層的參考平面都是地，能夠完全避免高速信號跨分割，有效地避免信號線跨分割帶來的電磁輻射，這樣更有利于控制信號線的阻抗。
電源層位于印制電路板的中間層疊位，電源層上、下側(cè)的對稱層疊位的疊層類型相同，這樣就可使得疊層結(jié)構(gòu)完全對稱，即從上到下的排列順序與從下到上的排列順序完全一樣，對稱的疊層結(jié)構(gòu)有助于PCB板內(nèi)部疊層應(yīng)力平衡，不容易引起板變形，進(jìn)一步提高本發(fā)明的實用性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中四層板的疊層剖面示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中六層板的疊層剖面示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中電源平面分割開槽引起信號的串?dāng)_示意圖；圖4為實施例1疊層結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實施例2疊層結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實施例3疊層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明為方便描述，用S(Signal)代表信號層，P(Power)代表電源層，G(GND)代表地平面層，將疊層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層從上到下依次排序，例如第一層為信號層，稱為S1；第二層為地平面層，稱為G2；第三層為電源層，稱為P3等等。
實施例1根據(jù)圖4，一種十二層印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)為第六層、第七層為電源層；第二層、第五層、第八層、第十一層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第九層、第十層、第十二層為信號層。
由圖4所示，第五層至第八層依序為地平面層G5、電源層P6、電源層P7、地平面層G8，電源層P6和電源層P7位于該印制電路板的中間疊層位置，電源層P6、P7上、下側(cè)的疊層結(jié)構(gòu)對稱，即從上到下的排列順序與從下到上的排列順序完全一樣，是以電源層P6、P7為對稱軸的疊層結(jié)構(gòu)。
電源層P6、P7夾在地平面層G5、G8中間，使得每個電源層P6、P7都有一個地平面層相鄰，形成一個大的平面電容；同時，電源平面上的電磁波更易被地吸收，防止電源平面上的電磁波輻射出去。
電源種類較多的時候，該疊層結(jié)構(gòu)將電源層P6、P7包在地平面層G5、G8中間，由于地平面層是完整的平面，每個信號層的參考平面都是地平面層，不存在跨分割的現(xiàn)象，這樣更有利于控制信號線的阻抗。
如表1所示，是一個2.0mm的十二層板的各疊層及相關(guān)介質(zhì)的材料、厚度表。


表1信號層S的走線線寬及阻抗控制參數(shù)如表4所示。

表4上述走線線寬和間距還可以在上表數(shù)值左右增減1.0mil。上述設(shè)計參數(shù)能夠在2.0mm板厚情況下控制單線55歐姆左右，差分線100歐姆左右。
實施例2如圖5所示的一種十四層印制電路板，疊層結(jié)構(gòu)為第七層、第八層為電源層；第二層、第四層、第六層、第九層、第十一層、第十三層為地平面層；第一層、第三層、第五層、第十層、第十二層、第十四層為信號層。
由圖5所示，第六層至第九層依序為地平面層G6、電源層P7、電源層P8、地平面層G9的疊層順序，電源層P7和電源層P8位于該印制電路板的中間疊層位置，電源層P7、P8上、下側(cè)的對疊層結(jié)構(gòu)對稱，即從上到下的排列順序與從下到上的排列順序完全一樣，是以電源層P7、P8為對稱軸的疊層結(jié)構(gòu)，信號層S3、S5、S10、S12被夾于各地平面層G之間。
兩個不完整的、有分割的電源層P7、P8放在最中間，電源層P7的上面為地平面層G6、電源層P8的下面為地平面層G9，這樣就把兩個電源層P7、P8夾在兩個地平面層G6、G9之間，任何信號層都不會與這兩個有分割的電源層P7、P8相鄰，有效地避免了跨分割。兩個電源層P7、P8全部被屏蔽，能夠有效地屏蔽電源層P7、P8的對外輻射，降低整個印制電路板的電磁干擾。
同時，S1、S14、S3、S5、S10、S12等信號層的相鄰層都是完整的地平面，不存在跨分割的問題。
如表2所示，是一個板厚為2.5mm的十四層板的各疊層及相關(guān)介質(zhì)的材料、厚度表。


表2其中，信號層S3、S5、S10、S12與相鄰的兩個地平面層之間的介質(zhì)材料、厚度完全相同，從而可以保證這四個信號層S3、S5、S10、S12走線的阻抗一致，同時通過調(diào)整信號層S1、S14到相鄰層的介質(zhì)厚度為4.5mil，使得這兩層信號到其他四層的阻抗基本一致，從而有效地減少信號在信號層之間的反射。
信號層S的走線線寬及阻抗控制參數(shù)如表5所示。


表5上述走線線寬和間距還可以在上表數(shù)值左右增減1.0mil。本實施例中的每層單線阻抗都控制在50歐姆，差分阻抗都控制在100歐姆，這樣信號線換層時，避免了阻抗不連續(xù)的發(fā)生，減少信號反射的發(fā)生。
實施例3根據(jù)圖6，一種十六層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)為第八層、第九層為電源層；第二層、第五層、第七層、第十層、第十二層、第十五層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第六層、第十一層、第十三層、第十四層、第十六層為信號層。
由圖6所示，第7層至第10層包含有一個地平面層G7、電源層P8、電源層P9、地平面層G10的疊層順序，電源層P8和電源層P9位于該印制電路板的中間疊層位置，電源層P8、P9上、下側(cè)的疊層結(jié)構(gòu)對稱，即從上到下的排列順序與從下到上的排列順序完全一樣，是以電源層P8、P9為對稱軸的疊層結(jié)構(gòu)，對稱的疊層結(jié)構(gòu)不容易引起PCB板變形。
兩個電源層P8、P9包在兩個地平面層G7、G10中間，所有信號層S都是與地平面層G相鄰，而不會與電源層P相鄰，所有信號層S上的信號都不會跨電源分割線，從而避免了高速信號跨越電源分割線而引起的信號完整性和電磁兼容性等方面的問題。
電源層P8、P9分別與地平面層G7、G10相鄰，電源層P8、P9、地平面層G7、G10與相應(yīng)的介質(zhì)一起組成了一個平面電容，該平面電容可以有效地濾出電源層P8、P9上的高頻電源噪聲，從而提高電源的高頻性能。
信號層S6、S11夾在兩個地平面層G之間，不與其他信號層S相鄰，可適合于傳輸時鐘、高速信號等關(guān)鍵高速信號線，不會對其他信號層S的信號產(chǎn)生干擾或受其它信號干擾。
如表3所示，是一個3.0mm的十六層板的各疊層及相關(guān)介質(zhì)的材料、厚度表。

表3
信號層S的走線線寬及阻抗控制參數(shù)如表6所示，走線線寬和間距可以在下表數(shù)值左右增減1.0mil。

表6信號層S3、S4，及信號層S13、S14為兩兩相鄰結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行布線時要注意控制相鄰信號層S的走線方向，盡量避免長距離并行走線，以防止干擾的發(fā)生。
本實施例中的每層單線阻抗都控制在50歐姆左右，差分阻抗都控制在100歐姆左右，這樣信號線換層時，避免了阻抗不連續(xù)的發(fā)生，盡量減少信號反射的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述印制電路板中，包括一個順序為地平面層、電源層、電源層、地平面層的疊層結(jié)構(gòu)，所述兩個電源層夾放于所述地平面層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的各電源層至少與一個地平面層相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的兩個電源層位于印制電路板各層的中間位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的電源層上、下側(cè)的相對稱各疊層的類型相同，疊層結(jié)構(gòu)完全對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的印制電路板的疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的印制電路板的各信號層都與至少一個地平面層相鄰。
6.一種十二層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述印制電路板中包括以下各層第六層、第七層為電源層；第二層、第五層、第八層、第十一層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第九層、第十層、第十二層為信號層。根據(jù)權(quán)利要求6所述的十二層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的印制電路板的第一、十二信號層中的導(dǎo)電層厚度在1.8±0.7mil范圍內(nèi)，其它各層的導(dǎo)電層厚度在1.4±0.7mil范圍內(nèi)。
8.一種十四層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述印制電路板中，包括以下各層第七層、第八層為電源層；第二層、第四層、第六層、第九層、第十一層、第十三層為地平面層；第一層、第三層、第五層、第十層、第十二層、第十四層為信號層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的十四層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的印制電路板的各層中導(dǎo)電層厚度在1.4±0.7mil范圍內(nèi)，第三、五、十、十二信號層與相鄰地平面層之間的介質(zhì)厚度相同。
10.一種十六層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述印制電路板中，包含以下各層第八層、第九層為電源層；第二層、第五層、第七層、第十層、第十二層、第十五層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第六層、第十一層、第十三層、第十四層、第十六層為信號層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的十六層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的印制電路板的第一、十六信號層中的導(dǎo)電層厚度在1.8±0.7mil范圍內(nèi)，其它各層的導(dǎo)電層厚度在1.4±0.7mil范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的十六層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的信號層中，第六層和第十一層適合傳輸時鐘、高速信號。
全文摘要
一種印制電路板疊層結(jié)構(gòu)及多層板疊層結(jié)構(gòu)，在印制電路板的層疊中，包括一個順序為地平面層、電源層、電源層、地平面層的疊層結(jié)構(gòu)，所述兩個電源層夾放于所述地平面層之間；兩個電源層位于印制電路板各層的中間位置；電源層上、下側(cè)的相對稱各疊層的類型相同，疊層結(jié)構(gòu)完全對稱；一種十二層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，第六層、第七層為電源層；第二層、第五層、第八層、第十一層為地平面層；第一層、第三層、第四層、第九層、第十層、第十二層為信號層；本發(fā)明還給出了一種十四層和十六層印制電路板疊層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能提高電源的高頻性能，避免信號跨分割。
文檔編號H05K3/46GK1747620SQ20041007993
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 胡慶虎, 趙經(jīng)能, 賈榮華, 黃希斌, 唐晟, 唐艷梅, 何波, 劉濤, 余進(jìn), 姜向中 申請人:華為技術(shù)有限公司