六層電路板的壓合方法及其成品的製作方法

2023-10-10 10:05:54 3

專利名稱：六層電路板的壓合方法及其成品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種六層電路板的壓合方法及其成品，特別涉及一種能達到電路板內外層阻抗匹配，以降低高速信號反射及電磁幹擾的電路板。
以往板厚為1.2mm的六層電路板其各層的排列方式如

圖1所示，該電路板的第一、三、四及六層為訊號走線層S1、S2、S3及S4，第二層為接地層GND及第五層為電源層PWR，其中，該第一層及第六層面向空氣介質的一面用於布設電子零件10，該第三層與第四層之間壓合有一8mil厚的第一絕緣層20，該第三層與第二層及第四層與第五層之間分別壓合有一6mil厚的第二絕緣層21，且該第二層與第一層及第五層與第六層之間分別壓合有一8mil厚的第三絕緣層22，該第一絕緣層20與第三絕緣層22的材質目前在業界係為聚酯膠片成型，該第二絕緣層21的材質則為一紙質、玻璃纖維之類的基材。在實際布線(Layout)時，常會有訊號線要穿層的需要，而如上述各層板間壓合後的結構，會使得第一層板S1對第二層板GND的阻抗值Rs1和第六層板S4對第五層板PWR的阻抗值Rs4皆為71歐姆，第三層板S2對第二層板GND及第五層板PWR的阻抗值Rs2、第四層板S3對第二層板GND及第五層板PWR之阻抗值Rs3則為46歐姆。使以往電路板的壓合結構有下列缺點(1)高速信號反射嚴重當電路板在走高速訊號時，其傳輸線路的阻抗值設計，亦就是層與層之間的阻抗值，依照英特爾(Intel)所設定的規格理論值，應在55Ω±10％最好，也就是在49.5Ω-60.5Ω之間，由此我們可以看出，若定義第一層板及第六層板為外層板，且第三層板及第四層板為內層板時，則第一層板(外層板)S1及第六層板(外層板)S4的阻抗值Rs1及Rs4分別與第三層板(內層板)S2及第四層板(內層板)S3的阻抗值Rs2及Rs3相差25歐姆，而此一內外層板阻抗之差距會造成阻抗差距過大而造成阻抗不匹配的狀況，以致在實際的布線(layout)過程中，當一高速訊號在此一電路板中傳輸時，該高速訊號從外層，(如第一層或第六層)穿層至內層(如第三層板或第四層板)時，會因阻抗差距過大而導致高速訊號的訊號反射，在這裡我們可以算出該高速訊號的反射係數係為ρ=Zl-ZoZl+Zo=Rs1-Rs2Rs1+Rs2=0.21]]>；因此當高速訊號穿層時反射嚴重，進而導致波形嚴重變差，造成信號品質不良。依照上述高速線路設計要求的阻抗亦皆超出了此一範圍，實不適於走高速訊號。
(2)磁通抵消變差因為該高速訊號之反射會產生駐波，且該駐波會使高速訊號的電磁波輻射增強，使其磁通抵消作用變差，而造成過高的電磁波幹擾。
本發明的目的是提供一種六層電路板的壓合方法及其成品，利用該方法製成的六層電路板，能達到降低高速訊號反射及電磁波幹擾的效果。
本發明提供的六層電路板的壓合方法，該電路板的板厚為1.2mm，第二層為接地層，第五層為電源層，而第一、三、四、六層為訊號走線層，其特徵在於該壓合方法系包括下列步驟a.電路板的第三層以相距上述電路板之第四層於15.2-16.8mil範圍內以絕緣材質壓合；b.步驟a中已壓合的電路板兩表面分別以相距於上述電路板第二、五層於5.7-6.3mil範圍內以絕緣材質壓合；及c.步驟b中已壓合的電路板兩表面分別以相距於上述電路板之第一、六層於4.175-4.725mil範圍內以絕緣材質壓合。
本發明提供的六層電路板成品，板厚為1.2mm，電路板的第一、三、四及六層為訊號走線層，第二層為接地層，第五層為電源層，且該電路板之第三層與第四層之間夾設有一第一絕緣層，該電路板之第三層與第二層之間及第四層與第五層之間分別夾設有一第二絕緣層，及該電路板之第二層與第一層之間及第五層與第六層之間分別夾設有一第三絕緣層；其特徵在於所述第一絕緣層的厚度在15.2-16.8mil之間；所述第二絕緣層厚度在5.7-6.3mil之間；所述第三絕緣層厚度在4.175-4.725mil之間。
下面結合附圖及實施例對本發明六層電路板的壓合方法及其成品進行詳細說明，附圖中圖1是以往六層電路板的各層板間的壓合及相對厚度示意圖。
圖2是本發明較佳實施例其各層板間的壓合及相對厚度示意圖。
圖3是本發明較佳實施例的部分放大示意圖。
圖4是本發明較佳實施例的另一部分放大示意圖。
請參考圖2所示，本較佳實施例係為一板厚1.2mm的六層電路板，其中該電路板的第一、三、四及六層為訊號走線層S5、S6、S7及S8，第二層為接地層GND，而第五層則為電源層PWR。該電路板第一層S5以及第六層S8面向空氣介質的一面可布設有電子零件30。
其中，該電路板的第三層S6與第四層S7之間壓合有一第一絕緣層30，第三層S6與第二層GND及第四層S7與第五層PWR之間壓合有一第二絕緣層31，且第二層GND與第一層S5及第五層PWR與第六層S8之間壓合有一第三絕緣層32，我們設定第一層S5對第二層GND的阻抗值為Rs5、第六層S8對第五層PWR的阻抗值為Rs8，第三層S6對第二層GND以及第三層S6對第五層PWR的阻抗值皆為Rs6，第四層S7對第二層GND以及第四層S7對第五層板PWR的阻抗值為Rs7。
為達到阻抗匹配的目的，可藉助下列的公式，約略算出各絕緣層的厚度。
公式一(外層阻抗Rs5及Rs8的計算公式)Zo1=87ER+1.411n{5.98H0.8W+T}]]>其中，如圖3所示，ER＝4.5，是介電常數；H，係為介電厚度，亦即第一層與第二層間，第五層與第六層間的第三絕緣層32的厚度；W＝6mil，為走線的線寬；T＝1.4mil，為走線的厚度；公式二(為內層阻抗Rs6及Rs7的計算公式)Zo2=[1-(A4(A+D+T))]ER1n{1.9(2A+T)0.8W+T}]]>其中，請參考圖4，ER＝4.5，為介電常數；A，是為介電厚度，亦即第三層S6與接地層GND之間及第四層S7與電源層PWR之間的第二絕緣層31厚度；D，是為介電厚度，亦即第三層S6與第四層S3之間的第一絕緣層30厚度；W＝6mil，為走線的線寬；T＝1.4，為走線的厚度；首先，Zo1及Zo2的值必須落在49.5Ω-60.5Ω之間才能符合設計要求，所以可先從公式一中，分別代入Zo1＝49.5Ω及Zo1＝60.5Ω，求得H的值是介於一範圍中，如5.5mil-6.0mil；又如圖2所示，我們知道各層的板厚分別為第一層S5＝0.7mil、第二層GND＝1.4mil、第三層S6＝1.4mil、第四層S7＝1.4mil、第五層PWR＝1.4mil及第六層S8＝0.7mil，可求得加成的板厚和為7mil，因為電路板之總板厚為1.2mm＝48mil，故可得出絕緣層的總厚度2H+2A+D＝48mil-7mil＝41mil2A+D＝41mil-2H，即2A+D＝30mil-31mil之間，繼而在公式二中，分別代入一A及D的值計算出Zo2，並比較Zo1與Zo2兩者數值的差距，及兩者是否皆落在55±10％Ω(49.5Ω-60.5Ω)之間，再依此分別調整H、A及D的數值，再代入公式一及公式二中計算出另一Zo1及Zo2值，再相互比較；利用如此反覆試誤(Try and Error)的方法，來調整H、A及D的厚度大小，即能求出Zo1與Zo2最接近的值，使兩者的值皆在55±10％Ω(49.5Ω-60.5Ω)之間，且H、A及D的最適當厚度因而確定，使得2H+2A+D+各層板厚(7MIL)＝電路板的板厚＝1.2mm。
藉助上述的公式及求解過程，再經測試找出最佳值，可求得當H＝4.5mil，A＝6mil及D＝16mil時，Zo1＝55Ω，Zo2＝56Ω，兩數值皆在55±10％Ω(49.5Ω-60.5Ω)之內，而且2H+2A+D+各層板厚和(7mil)＝電路板板厚(48mil，即1.2mm)，內外層阻抗值相差甚少，故達到阻抗匹配，因此，根據上述求得的結果可得第一絕緣層的厚度30為D＝16mil、第二絕緣層31的厚度為A＝6mil、第三絕緣層32的厚度為H＝4.5mil。
藉助上述構造，本發明可達到的實用功效如後(1)降低高速訊號的反射當高速訊號在此電路板中傳輸時，因內外層阻抗匹配，該高速訊號的訊號反射量(駐波)大幅減少，且符合英特爾Intel所設定層與層之間的阻抗值規格在55Ω±10％之規格理論值，訊號品質大大改善。
(2)磁通抵消變佳由於訊號反射量變小，自然降低了電磁波的幹擾。
(3)在電路布線(Lay Out)時，雖然走線穿至不同層，由於壓以控制，所以不需改變線寬，而仍可達到阻抗控制的優點，可達到布線lay out的時效性。
權利要求
1.一種六層電路板的壓合方法，板厚為1.2mm，該電路板的第二層為接地層，第五層為電源層，而第一、三、四、六層為訊號走線層，其特徵在於該壓合方法系包括下列步驟a.電路板的第三層以相距上述電路板之第四層於15.2-16.8mil範圍內以絕緣材質壓合；b.步驟a中已壓合的電路板兩表面分別以相距於上述電路板第二、五層於5.7-6.3mil範圍內以絕緣材質壓合；及c.步驟b中已壓合的電路板兩表面分別以相距於上述電路板之第一、六層於4.175-4.725mil範圍內以絕緣材質壓合。
2.如權利要求1所述六層電路板的壓合方法，其特徵在於在所述步驟a或c中所用絕緣材質是為聚酯膠片(prepreg)。
3.一種六層電路板成品，板厚為1.2mm，電路板的第一、三、四及六層為訊號走線層，第二層為接地層，第五層為電源層，且所述電路板的第三層與第四層之間夾設有一第一絕緣層，所述電路板的第三層與第二層之間及第四層與第五層之間分別夾設有一第二絕緣層，所述電路板的第二層與第一層之間及第五層與第六層之間分別夾設有一第三絕緣層；其特徵在於所述第一絕緣層的厚度在15.2-16.8mil之間；所述第二絕緣層厚度在5.7-6.3mil之間；所述第三絕緣層厚度在4.175-4.725mil之間。
4.如權利要求3所述的六層電路板成品，其特徵在於所述第一絕緣層與第三絕緣層使用聚酯膠片(prepreg)。
5.如權利要求3或4所述的六層電路板成品，其特徵在於所述第二絕緣層為基材(core)。
6.如權利要求3或4所述的六層電路板成品，其特徵在於所述第一絕緣層的厚度為16mil。
7.如權利要求3或5所述的六層電路板成品，其特徵在於所述第二絕緣層的厚度為6mil。
8.如權利要求3或4所述的六層電路板成品，其特徵在於所述第三絕緣層為4.5mil。
全文摘要
一種六層電路板的壓合方法及其成品,板厚為1.2mm,該電路板的第一、三、四及六層為訊號走線層,第二層為接地層且第五層為電源層,在第三、四層之間壓合有厚度在15.2－16.8mil之間的第一絕緣層,在第三、二層及第四、五層之間分別壓合有一厚度在5.7－6.3mil之間的第二絕緣層,在第二、一層及第五、六層之間分別壓合有一厚度在4.175－4.725mil之間的第三絕緣層,利用不同厚度的絕緣層;使電路板內外層間阻抗能匹配,以降低傳輸訊號之訊號反射及電磁波幹擾。
文檔編號H05K3/00GK1344129SQ0012709
公開日2002年4月10日 申請日期2000年9月15日 優先權日2000年9月15日
發明者鄭裕強 申請人:神達電腦股份有限公司