CN103717012A - 一种pcb板过孔阻抗控制的方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCB板过孔阻抗控制的方法及结构。通过重新利用被业界舍弃的PCB板上的非功能焊盘，在与过孔连接的出线层外的其他层设置非功能焊盘，以调节过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。通过本发明，可以大幅度改善目前现有过孔阻抗控制技术的缺陷，从而达到改善PCB板整体网络通信信号质量的目的。

Description

一种PCB板过孔阻抗控制的方法及结构

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种PCB板过孔阻抗控制的方法及结构。

背景技术

PCB（Printed Circuit Board）板是通信设备内重要的部件，是电子元器件的支撑体和电气连接的提供者。随着PCB板承载通信的电子信号速率越来越高，PCB板上的电子线路需要进行阻抗控制以保证电子信号质量。通过调整PCB板各层的层叠设计和走线线宽，可以实现对PCB板走线不同阻抗值的精确控制。目前业界常见的做法是按照单端走线50Ω、差分走线100Ω进行控制。PCB板走线的阻抗控制技术已经非常成熟。PCB板不同层的走线借由过孔连接成为彼此连通的通信网络（如图1所示）。过孔作为PCB通信网络的重要组成部分，本身具有和PCB走线一样的分布阻抗特性。并且通常过孔才是PCB线路网络中阻抗最大不连续点所在。随着PCB板通信速率进入GHz时代，过孔阻抗控制技术日益成为保证PCB板通信信号质量的关键技术。

业界最常见的过孔阻抗控制技术如图2所示，通过控制反焊盘尺寸大小来改善整体过孔电气特性。通过3D电磁场仿真我们可以确定最佳的反焊盘尺寸大小。然而，如图3所示，仿真显示过孔阻抗并非均匀一致，而是呈现分布式的阻值变化。在最佳反焊盘设计情况下过孔阻抗偏离50Ω的目标值仍然有正负2.5欧姆的偏差，该偏差是现有阻抗控制方法固有的误差，无法继续提升阻抗控制精度。

发明内容

有鉴于此，本发明在目前业界常规过孔阻抗控制技术基础之上，提出一种新颖的过孔阻抗控制技术，可以大幅度改善现有过孔阻抗控制技术的缺陷，从而达到改善整体网络通信信号质量的目的。

为实现本发明目的，本发明实现方案具体如下：

一种PCB板过孔阻抗控制的方法，用于对PCB板上的过孔阻抗进行精确控制，其中，在与过孔连接的出线层之外的其他层设置有非功能焊盘，以调节过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。

进一步地，所述PCB板过孔上还包括有表层普通焊盘、出线层普通焊盘以及反焊盘。

进一步地，所述PCB板过孔上的表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘、反焊盘尺寸的大小以及表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘和反焊盘尺寸大小之间的关系，是通过采用3D电磁场仿真计算得出。

进一步地，所述方法还包括：优化PCB层叠结构，使各层之间的间距一致，从而达到过孔传输路径上的普通焊盘和非功能焊盘均匀分布。

进一步地，所述方法还包括：在所述PCB板过孔的周围进一步设置控制信号回流的地过孔，通过地过孔的通孔结构改变PCB板过孔和地过孔间的电磁场分布，从而达到改善信号过孔阻抗控制精度的目的。

本发明同时提供一种PCB板过孔阻抗控制的结构，用于改善PCB板过孔的阻抗控制精度，其中，所述PCB板过孔结构包括有：非功能焊盘，分布于与过孔连接的出线层外的其他层，以调节所述过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。

进一步地，所述PCB板过孔结构上还包括有表层普通焊盘、出线层普通焊盘以及反焊盘。

进一步地，所述PCB板过孔结构上的表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘、反焊盘尺寸的大小以及表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘和反焊盘尺寸大小之间的关系，是通过采用3D电磁场仿真计算得出。

进一步地，通过优化PCB层叠结构，使各层之间的间距一致，从而使得过孔传输路径上的普通焊盘和非功能焊盘等间距均匀分布。

进一步地，在所述PCB过孔结构的周围进一步设置有控制信号回流的地过孔，通过地过孔的通孔结构改变信号过孔和地孔之间的电磁场分布，从而达到改善信号过孔阻抗控制精度的目的。

与现有的技术方案相比，本发明可以将过孔的分布电容设计和制作的更加均匀，从而实现极高精度的过孔分布阻抗控制，从而改善单板通信信号质量。

附图说明

图1是现有方案多层PCB板过孔的结构示意图。

图2是现有方案通过反焊盘控制过孔阻抗的多层PCB板结构示意图。

图3是现有方案通过仿真显示不同反焊盘尺寸过孔阻抗控制效果图。

图4是现有方案PCB板常规过孔制作工艺结构示意图。

图5是本发明PCB板过孔带有均匀分布的非功能焊盘结构示意图。

图6是本发明PCB板回流地过孔均匀分布在信号过孔周围以辅助阻抗控制的结构示意图。

图7是本发明通过仿真显示不同反焊盘尺寸过孔阻抗控制效果图。

具体实施方式

仍以图2所示的PCB板为例，PCB板的信号过孔的制作，一般包括如下控制指标：

1、钻孔孔径（Drill Diamater)

2、电镀厚度（Plated）

3、普通焊盘（Regular Pad)

4、散热焊盘（Thermal Relief）

5、反焊盘（Anti Pad）

其中普通焊盘主要应用在PCB板的出线层和表层，出线层的普通焊盘可以增强PCB走线和金属过孔间的机械连接性能，有利于PCB机械加工制作。除表层和出线层之外的其他层普通焊盘称为非功能焊盘。根据信号完整性理论，非功能焊盘作为通信链路的桩线（Stub），会影响信号的有效传输。业界多年的标准做法是删除PCB板各层间的非功能焊盘以改善信号过孔的电气性能。

在现有方案中，由于内层非功能焊盘做为桩线一般被PCB板加工厂删除，因此，信号过孔在垂直方向上的金属焊盘分布并不均匀。以图4所示的过孔结构为例，PCB板两出线层普通焊盘之间较长一段过孔结构没有水平方向的普通金属焊盘，导致过孔传输路径上的金属焊盘分布不均匀。根据电磁场理论，空间中相邻的两个金属导体会存在电容效应。单位长度导体会存在分布电容和分布电感，两者综合作用形成分布阻抗。金属焊盘的不均匀分布意味着过孔的分布电容无法保持均衡一致，导致分布阻抗也无法保证均衡一致。过孔阻抗必然存在不连续的情况。

而对于信号过孔，业界希望阻抗尽可能接近目标控制值，同时也希望过孔传输路径的阻抗值尽可能地保持一致。如果阻抗发生变化，也希望变化的幅度越小越好。因为过孔阻抗控制精度越高，则单板网络的阻抗一致性越好，如此，信号能量损失越小，信号保真度越高，单板网络信号质量越好。

由于决定阻抗一致性的根本因素是单位长度分布电容。为此，本发明采用的PCB板过孔阻抗控制的方法为：重新利用被业界舍弃的PCB板上的非功能焊盘，通过在与过孔连接的PCB出线层外的其他层设置非功能焊盘，以调节过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。

为了获得最佳的普通焊盘尺寸设计，确保过孔阻抗的控制效果。本发明中需要采用3D电磁场仿真计算出PCB板表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘、反焊盘尺寸的大小以及PCB板表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘和反焊盘尺寸大小之间的关系。依据本发明最终形成的PCB板过孔阻抗控制结构如图5所示。

进一步地，为了便于PCB板出线层之外的其他层等间距地增加非功能焊盘，较佳地，本发明PCB板过孔阻抗控制的方法还包括：优化PCB层叠结构，使PCB板各层之间的间距一致，从而达到过孔传输路径上的普通焊盘和非功能焊盘等间距均匀分布。

进一步地，为了获得最佳的过孔阻抗控制精度性能，如图6所示，所述方法在PCB板周围进一步设置控制信号回流的地过孔，通过地过孔的通孔结构改变信号过孔和地孔之间的电磁场分布，从而达到改善信号过孔阻抗控制精度的目的。

如图7所示，通过本发明方法，对PCB板过孔优化非功能焊盘的分布、尺寸，可以使得过孔阻抗的控制精度达到目标阻抗正负0.75欧姆范围以内，相较于现有技术正负2.5欧姆的控制精度，控制精度有3倍的提升。

本发明同时提供一种PCB板过孔阻抗控制的结构，用于改善PCB板过孔的阻抗控制精度。其中所述PCB板过孔结构包括：

非功能焊盘，分布于PCB板出线层之外的其他层之间，以调节所述过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。

进一步地，所述PCB板过孔结构上还包括有表层普通焊盘、出线层普通焊盘以及反焊盘。

进一步地，所述PCB板过孔结构上的表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘、反焊盘尺寸的大小以及表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘和反焊盘尺寸大小之间的关系，是通过采用3D电磁场仿真计算得出。

进一步地，通过优化PCB层叠结构，使各层之间的间距一致，从而使得过孔传输路径上的普通焊盘和非功能焊盘等间距均匀分布。

进一步地，在所述PCB过孔结构的周围进一步设置有控制信号回流的地过孔，通过地过孔的通孔结构改变信号过孔和地孔之间的电磁场分布，从而达到改善信号过孔阻抗控制精度的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种PCB板过孔阻抗控制的方法，用于对PCB板上的过孔阻抗进行精确控制，其特征在于，该方法包括：在与过孔连接的出线层之外的其他层设置非功能焊盘，以调节过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PCB板过孔上还包括有表层普通焊盘、出线层普通焊盘以及反焊盘。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述PCB板过孔上的表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘、反焊盘尺寸的大小以及表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘和反焊盘尺寸大小之间的关系，是通过采用3D电磁场仿真计算得出。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：优化PCB层叠结构，使各层之间的间距一致，从而达到过孔传输路径上的普通焊盘和非功能焊盘均匀分布。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述PCB板过孔的周围进一步设置控制信号回流的地过孔，通过地过孔的通孔结构改变PCB板过孔和地过孔间的电磁场分布，从而达到改善信号过孔阻抗控制精度的目的。

6.一种PCB板过孔阻抗控制的结构，用于改善PCB板过孔的阻抗控制精度，其特征在于，所述PCB板过孔结构包括有：

非功能焊盘，分布于与过孔连接的出线层外的其他层，以调节所述过孔传输路径上金属焊盘的均衡性，从而改善单位长度分布电容的一致性。

7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述PCB板过孔上还包括有表层普通焊盘、出线层普通焊盘以及反焊盘。

8.如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述PCB板过孔上的表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘、反焊盘尺寸的大小以及表层普通焊盘、出线层普通焊盘、非功能焊盘和反焊盘尺寸大小之间的关系，是通过采用3D电磁场仿真计算得出。

9.如权利要求6、7或8所述的结构，其特征在于，通过优化PCB层叠结构，使各层之间的间距一致，从而使得过孔传输路径上的普通焊盘和非功能焊盘等间距均匀分布。

10.如权利要求9所述的结构，其特征在于，在所述PCB过孔结构的周围进一步设置有控制信号回流的地过孔，通过地过孔的通孔结构改变信号过孔和地孔之间的电磁场分布，从而达到改善信号过孔阻抗控制精度的目的。

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