專利名稱：印刷電路板和印刷電路板的阻抗保證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及其由要求阻抗保證的傳輸線構(gòu)成的印刷電路板，并且涉及該印刷電路板的阻抗保證方法。
背景技術(shù)：
近來，電子設(shè)備中的電路元件之間的傳輸速率不斷增加，元件之間傳輸線路或連線的阻抗控制技術(shù)是維持經(jīng)由傳輸線路的信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性的重要因素。
在高頻信號(hào)傳輸線路中，通過控制傳輸線路的阻抗(高頻阻抗)，信號(hào)能夠以最大能量進(jìn)行傳遞。
在上文所述的電子設(shè)備中，處理高頻信號(hào)的電路元件被安裝在印刷電路板上，使得必須對(duì)印刷電路板的阻抗進(jìn)行控制。
通過控制諸如傳輸線的寬度和厚度，以及中板(core)或者例如由預(yù)浸材料形成的基底的介電常數(shù)和厚度等各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷電路板上的傳輸線的阻抗的控制。
根據(jù)傳輸線的特性，將要進(jìn)行控制的阻抗大致可以分為單端阻抗(后文中用Z0表示)和差分阻抗(后文中以Zdiff表示)。
上述作為阻抗控制的對(duì)象的印刷電路板(阻抗板)包括，其上安裝有電路元件的并入產(chǎn)品作為電路板的產(chǎn)品部分，以及通過對(duì)需進(jìn)行保證的傳輸線的阻抗進(jìn)行測(cè)試從而判斷其是否落在指標(biāo)值的范圍之內(nèi)以實(shí)現(xiàn)阻抗檢測(cè)的試片(coupon)部分。
多層印刷電路板具有表層連線部分和內(nèi)層連線部分，以及分別作為表層連線部分的信號(hào)層和內(nèi)層連線部分的信號(hào)層，用于高速信號(hào)傳輸?shù)倪B線圖形(高速信號(hào)傳輸線)。在多層印刷電路板中，電源層和地(GND)層一般位于內(nèi)層并用信號(hào)層作為間隔。在多層印刷電路板的產(chǎn)品部分，其上安裝大量用于處理高頻帶中的高速信號(hào)的電路元件，并且這些電路元件的傳輸線(高速信號(hào)傳輸線)被形成于獨(dú)立的信號(hào)層。每個(gè)電路的傳輸線的阻抗值都被分別定義。例如，阻抗的中心值和容許值的范圍被定義為[20 = 550+/-10%].。
在裝運(yùn)印刷電路板時(shí)，或提供到電路元件安裝線之前，通過利用在印刷電路板的試片部分中形成的測(cè)試試片部分測(cè)量阻抗值，從而判斷上述阻抗是否落入容許值的范圍之內(nèi)。
從來，對(duì)于具有包括在作為阻抗保證對(duì)象的表面層和內(nèi)層中的各種不同類型的傳輸線，準(zhǔn)備測(cè)試試片在測(cè)試試片部分。例如，當(dāng)Z0表面層連線，Z0內(nèi)層連線，Zdiff表面層
連線，以及Zdiff內(nèi)層連線(兩種類型)存在于產(chǎn)品部分時(shí)，為zo表面層連線，zo內(nèi)層連線，Zdiff表面層連線，以及Zdiff內(nèi)層連線(兩種類型)準(zhǔn)備的測(cè)試部分位于試片部分。
通過測(cè)試相應(yīng)試片部分對(duì)各個(gè)傳輸線進(jìn)行阻抗保證測(cè)試(測(cè)量)。相應(yīng)的，利用大量數(shù)目的試片部分進(jìn)行阻抗測(cè)量需要耗費(fèi)大量人力和時(shí)間。
對(duì)具有此類試片部分的印刷電路板，試片部分技術(shù)包括，在作為試片部分的阻抗測(cè)量部分中，通常會(huì)存在用于測(cè)量產(chǎn)品部分的連線中的阻抗的上限和下限的電路。(例如，日
本專利申請(qǐng)公開公報(bào)號(hào)2002—359451)。同樣，已經(jīng)出現(xiàn)通過在測(cè)量信號(hào)線的兩側(cè)上形成不接地并行的偽圖形以增加產(chǎn)品部分和測(cè)試試片部分之間的匹配性的試片部分技術(shù)(例如，日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)號(hào)產(chǎn)品部分2005 — 197556)。
當(dāng)在產(chǎn)品部分中需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線的種類的數(shù)目為一種或兩種時(shí)，上文描述的傳統(tǒng)試片技術(shù)可以作為有效的方法采用。如果需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線種類的數(shù)目增加，在整個(gè)板上試片區(qū)域所占用的面積將大大增加，從而對(duì)產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)率造成很大影響。
如上文所述，在傳統(tǒng)試片技術(shù)中，需進(jìn)行阻抗保證的傳輸線的各個(gè)種類都需要對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)類型的試片，從而在印刷電路板上大大增加試片部分的面積和產(chǎn)品部分的面積的比例。這將對(duì)產(chǎn)品成本和生產(chǎn)率產(chǎn)生很大影響。
本發(fā)明的一個(gè)目的是為了提供通過有效利用少量的試片和己知測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)多種傳輸線類型的阻抗進(jìn)行保證，從而能降低印刷電路板上試片部分的面積和產(chǎn)品部分的面積的比例，提供安裝各種不同高頻電路的印刷電路板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供印刷電路板，其包括其具有為多種信號(hào)層提供的阻抗保證試片作為該層的參考的試片部分；和其具有在多個(gè)信號(hào)層中的至少一個(gè)層中，需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線具有與試片部分形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)，其中根據(jù)傳輸線的已知的阻抗決定因數(shù)和試片的測(cè)量值對(duì)傳輸線的阻抗進(jìn)行保證的產(chǎn)品部分。
本發(fā)明同樣提供具有產(chǎn)品部分和試片部分的印刷電路板的阻抗保證方法，該方法包括在試片部分，形成為多種信號(hào)層提供參考的阻抗保證試片；在產(chǎn)品部分形成，其在多個(gè)信號(hào)層中的至少一個(gè)層中，具有與試片部分形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)的，需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線；以及根據(jù)傳輸線的已知的阻抗決定因數(shù)和試片的測(cè)量值對(duì)傳輸線的阻抗進(jìn)行保證。
4本發(fā)明能夠提供通過有效利用少量的試片和已知測(cè)量數(shù)據(jù)，并降低印刷電路板上試片部分的面積和產(chǎn)品部分的面積的比例，從而對(duì)很多傳輸線類型的阻抗進(jìn)行保證從而能夠安裝各種不同高頻電路的印刷電路板。
將在下文中說明本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)，并且在說明中加以突出?？梢酝ㄟ^在后文中指出的手段以及組合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)并且獲得其所具有的優(yōu)勢(shì)。


參考下列組成說明書一部分的附圖，結(jié)合前述的總體說明和下面將要給出的具體實(shí)施例的描述來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的印刷電路板的配置的示意圖；圖2是顯示根據(jù)該實(shí)施例的印刷電路板的疊層的實(shí)例的示意圖；圖3是顯示根據(jù)該實(shí)施例的印刷電路板的阻抗構(gòu)成元件的示意圖；圖4是顯示根據(jù)該實(shí)施例的印刷電路板的阻抗構(gòu)成元件的示意圖；圖5是顯示根據(jù)本實(shí)施例的印刷電路板的制造工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，印刷電路板包括具有對(duì)多種信號(hào)層提供的其作為該層的參考的阻抗保證試片的試片部分；和其具有
在多個(gè)信號(hào)層中的至少一個(gè)層中，需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線具有與試片部分形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)，其中根據(jù)傳輸線的已知的阻抗決定因數(shù)和試片的測(cè)量值對(duì)傳輸線的阻抗進(jìn)行保證的產(chǎn)品部分。
將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。在實(shí)際應(yīng)用中，在多層印刷電路板上形成的各種信號(hào)層都會(huì)進(jìn)行阻抗保證。為簡(jiǎn)化說明，以對(duì)包括表面層的兩層信號(hào)層進(jìn)行阻抗保證的配置為例進(jìn)行說明。
如圖l所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多層印刷電路板l包括通過部分安裝結(jié)合為電路
板的產(chǎn)品的產(chǎn)品部分2，以及用于通過測(cè)量判斷產(chǎn)品部分2的傳輸線的阻抗是否落入指標(biāo)值的范圍之內(nèi)的試片部分3。
在產(chǎn)品部分2中，每個(gè)需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線被分別形成于多層印刷電路板l的不同層中。在圖l所示的實(shí)施例中，作為需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線，由實(shí)線指示的三種類型的傳輸線21a， 21b，和21c被形成于表面層的信號(hào)層中，由虛線指示的三種類型的傳輸線22a， 22b，和22c被形成于內(nèi)側(cè)的信號(hào)層中。在21a， 21b, 21c， 22a， 22b和22c中，傳輸線21a和22a的阻抗只能被試片部分3的一個(gè)試片保證，剩下的傳輸線21b， 21c， 22b和22c需要以具有與在試片部分3上形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)進(jìn)行阻抗保證。需要以具有與在試片部分3上形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)進(jìn)行阻抗保證的傳輸線21b，21c，22b和22c在下文中被稱為異化傳輸線。
在試片部分3中，作為參考阻抗試片，阻抗保證層被分別形成在表面層側(cè)的信號(hào)層和內(nèi)層側(cè)的信號(hào)層。另外，試片部分3具有與試片部分3上形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)的與需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線的類型相對(duì)應(yīng)的假線(具有線寬測(cè)試圖形)。在圖1所示的實(shí)施例中，作為具有某一層的參考阻抗的阻抗保證試片，形成與產(chǎn)品部分2的傳輸線21a相對(duì)應(yīng)的阻抗保證試片31a以及與產(chǎn)品部分2的傳輸線22a相對(duì)應(yīng)的阻抗保證試片32a。阻抗保證試片31a和32a具有用于連接探頭的測(cè)量端Tl， T2。與產(chǎn)品部分2的異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c對(duì)應(yīng)的假線31b， 31c， 32b和32c同樣被形成于試片部分3。通過具有最小線長(zhǎng)(例如，大約10mm)的連接圖形(當(dāng)線長(zhǎng)方向可以被確定時(shí)，通過例如，AOI(Automated Optical Inspection),其線寬可以被測(cè)量)形成假線31b， 31c， 32b，和32c。
在產(chǎn)品部分2上形成的傳輸線21a和在試片部分3上形成的阻抗保證試片31a具有相同的參數(shù)，包括作為阻抗決定因數(shù)的線寬。相似地，傳輸線22a和阻抗保證試片32a具有相同的參數(shù)，包括作為阻抗決定因數(shù)的線寬。相應(yīng)的，可以通過測(cè)量阻抗保證試片31a保證傳輸線21a的阻抗，并且通過測(cè)量阻抗保證試片32a保證傳輸線22a的阻抗。
在產(chǎn)品部分2上形成的異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c和在試片部分3上形成的假線31b， 31c， 32b和32c具有相同的線寬。在本實(shí)施例中，異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c各自都由兩條平行的傳輸線構(gòu)成用于傳輸差分信號(hào)，因此假線31b， 31c， 32b和32c各自也都由具有相同連線距離的兩條平行傳輸線構(gòu)成。
在產(chǎn)品部分2上形成的傳輸線21a， 21b， 21c， 22a， 22b和22c中，沒有在試片部分3上形成對(duì)異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c進(jìn)行阻抗保證的試片。根據(jù)在試片部分3上形成的試片的測(cè)量值和假線的線寬的測(cè)量值對(duì)異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c進(jìn)行阻抗保證?；谧杩贡ＷC試片31a的測(cè)量值和與異化傳輸線21b和21c相對(duì)應(yīng)的假線31b和31c的線寬的測(cè)量值，對(duì)異化傳輸線21b和21c進(jìn)行阻抗保證?；谧杩贡ＷC試片32a的測(cè)量值和與異化傳輸線22b和22c相對(duì)應(yīng)的假線32b和32c的線寬的測(cè)量值，對(duì)異化傳輸線22b和22c進(jìn)行阻抗保證。
如上文所述，對(duì)于每一層而言，阻抗測(cè)量只進(jìn)行一次，基于上述阻抗測(cè)量的測(cè)量結(jié)果和在制造過程中的測(cè)量得到的線寬，對(duì)剩余傳輸線或異化傳輸線的阻抗進(jìn)行保證。
將參考圖2到圖4對(duì)傳輸線的阻抗的構(gòu)成元件進(jìn)行說明。注意在以下說明中，Z0代表單端阻抗，Zdiff代表差分阻抗。
圖2顯示多層印刷電路板的疊層結(jié)構(gòu)的實(shí)例。對(duì)于疊層絕緣層5， 6和7，設(shè)置第一層
Ll導(dǎo)到第四層L4的導(dǎo)電層。作為第一層L1的表面層和作為第三層L3的內(nèi)層提供為導(dǎo)電
層作為信號(hào)層使用。第二層L2和第四層L4分別作為電源層和接地(GND)層。通過所使
用的絕緣材料確定絕緣層5， 6和7的介電常數(shù)(sr)。
圖3顯示表面層中的阻抗構(gòu)成元件。圖4顯示內(nèi)層中的阻抗構(gòu)成元件。
如圖3所示，具有特定介電常數(shù)sr—1和厚度t (srl)的絕緣層5被疊放在電源/GND層
L2上。
在絕緣層5上形成具有厚度Pt的單端表面層信號(hào)圖形21 (i)，其具有線寬(W (l)) 以實(shí)現(xiàn)指定的阻值。相似地，為實(shí)現(xiàn)指定的阻值，具有厚度Pt的差分信號(hào)圖形21 (j)和 21 (k)被平行形成，并分別具有線寬W (2)和W (3)，并且兩者之間保持預(yù)定的間隔S。
單端阻抗(Z0)具有下述關(guān)系。
Z0 = & (sr—l，絕緣層厚度t(srl),線寬W (1)，和連線厚度Pt) 差分阻抗(Zdiff)具有下述關(guān)系。
Zdiff = fk (sr—l，絕緣層厚度t(srl)，線寬W (2)和W (3)，連線間隔S和連線厚度
Pt)
對(duì)于圖4中的內(nèi)層連線，在絕緣層7之上的導(dǎo)電層L3上形成單端，表面層信號(hào)22 (i) 和差分信號(hào)圖形22 (j)和22(k)。具有特定介電常數(shù)sr—2的絕緣層6和絕緣層厚度t(sr2) 被疊置于信號(hào)圖形22 (i)， 22 (j)和22 (k)。電源/GND層L2被形成于絕緣層6之上。 因此，其關(guān)系如下。
Z0 = fe (sr—l，絕緣層厚度t(srl)， sr—2，絕緣層厚度t(sr2),線寬W (1)和連線厚度Pt)
Zdiff = fic (srj,絕緣層厚度t(srl)，er—2,絕緣層厚度t(sr2)，線寬W (2)和W (3)， 連線間隔S和連線厚度Pt)
在上述關(guān)系中，本發(fā)明將參數(shù)分類為基于材料決定的參數(shù)和在制造過程中確定的參數(shù)。 借助AOR或類似制造步驟，在制造過程中確定的參數(shù)被自動(dòng)測(cè)量，從而可以在沒有試片 的情況下進(jìn)行阻抗保證。同樣，為了糾正測(cè)量錯(cuò)誤和測(cè)量實(shí)際阻抗以作為參考值，在每一 層中僅于一處設(shè)置阻抗測(cè)量試片，并進(jìn)行測(cè)量。
該測(cè)量同樣被用于計(jì)算背面不可測(cè)量項(xiàng)目(例如，不容易進(jìn)行絕緣層厚度的非破壞性 測(cè)量)即，
Z0 = fk (sr—l,絕緣層厚度t(srl), sr—2，絕緣層厚度t(sr2),線寬W( 1 )和連線厚度Pt)。
7當(dāng)在上述關(guān)系中，絕緣層厚度t(sr2)不能被測(cè)量和決定時(shí)，如果已知ZO的測(cè)量值時(shí)， 可以通過利用逆函數(shù)確定絕緣層厚度t(sr2)。通過利用獲得的參數(shù)和測(cè)量得到的參數(shù)，可以 對(duì)圖1中所示的沒有設(shè)置試片的異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c進(jìn)行阻抗保證。
圖5是顯示圖1中能夠進(jìn)行阻抗保證的印刷電路板1的制造步驟的流程圖。在印刷電 路板1的制造步驟中，只要當(dāng)如圖1中所示的諸如圖形22 (a)， 22 (b)， 22 (c)的內(nèi)層 圖形形成時(shí)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的預(yù)定的制造標(biāo)準(zhǔn)通過AOI或類似方法，內(nèi)層圖形的參數(shù)被測(cè)量(步 驟S1和S2)。在步驟S2中，假線32b和32c的線寬被測(cè)量。
在預(yù)定數(shù)目的疊置步驟(步驟S1到S3)之后諸如圖形21 (a)， 21 (b)， 21 (c)的表 面層圖形被形成(步驟S4)，并對(duì)該表面層圖形進(jìn)行如上文所述的相同測(cè)試(步驟S5)。 在該步驟(S5)中，假線31b和31c的線寬被測(cè)量。
在上述步驟中，利用試片部分3的阻抗保證試片31a和32a進(jìn)行阻抗測(cè)量，從而獲得 測(cè)量參數(shù)值(步驟S6)。另外，上述測(cè)量參數(shù)值和測(cè)量線寬值被用于對(duì)異化傳輸線21b， 21c， 22b和22c進(jìn)行阻抗保證的處理(計(jì)算)。
上述阻抗保證方法可以減少多層印刷電路板1中由試片部分3所占的面積(試片面 積)，從而減少產(chǎn)品部分2的成本。同樣可以保證各種高速信號(hào)傳輸線的阻抗。進(jìn)一步， 因?yàn)闆]有必要實(shí)際測(cè)量差分電阻，阻抗測(cè)量可以被簡(jiǎn)化。
注意在上述實(shí)施例中，所有異化傳輸線的假線(線寬測(cè)試圖形)被形成于試片部分3。 然而，可以通過在試片部分3中僅形成與內(nèi)層異化傳輸線對(duì)應(yīng)的假線使試片部分3進(jìn)一步 被簡(jiǎn)化，并且實(shí)際測(cè)量在表面層上形成的異化傳輸線的線寬。同樣注意，為了便于理解本 發(fā)明的實(shí)施例，在上述實(shí)施例中公開的多層印刷電路板的配置中，主要組成元件被簡(jiǎn)化。 當(dāng)該實(shí)施例被實(shí)施時(shí)，在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)該組成元件進(jìn)行各種調(diào)整 和修改。
對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練的技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)其他的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更 廣泛的各個(gè)方面不局限于本文所示和所描述的具體細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施例。相應(yīng)地，可以 進(jìn)行各種修改而不背離由附后的權(quán)利要求及其等效內(nèi)容限定的總體發(fā)明概念的精神和范 圍。
權(quán)利要求
1. 一種印刷電路板，其特征在于，包括試片部分，其對(duì)于多個(gè)信號(hào)層的每一層具有作為該層的參考的阻抗保證試片；產(chǎn)品部分，其在所述多個(gè)信號(hào)層中的至少一個(gè)層中，具有需要阻抗保證的傳輸線，該傳輸線具有與在所述試片部分中形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)，其中根據(jù)所述傳輸線的已知的阻抗決定因數(shù)和所述試片的測(cè)量值對(duì)所述傳輸線的阻抗進(jìn)行保證。
2. 如權(quán)利要求l所述的印刷電路板，其特征在于，所述已知的阻抗決定因數(shù)是在所述產(chǎn)品部分的制造步驟中線寬的測(cè)量值。
3. 如權(quán)利要求2所述的印刷電路板，其特征在于，所述已知的阻抗決定因數(shù)是在與所述傳輸線對(duì)應(yīng)的所述試片部分中形成的假線的線寬的測(cè)量值。
4. 如權(quán)利要求3所述的印刷電路板，其特征在于，所述假線通過其線寬可以被測(cè)量的最小長(zhǎng)度的導(dǎo)電圖形形成。
5. —種具有產(chǎn)品部分和試片部分的印刷電路板的阻抗保證方法，其特征在于，包括在所述試片部分，對(duì)多個(gè)信號(hào)層的每一層形成作為該層的參考的阻抗保證試片；在所述產(chǎn)品部分，在所述多個(gè)信號(hào)層中的至少一個(gè)層中，形成需要阻抗保證的具有與所述試片部分中形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)的傳輸線；以及根據(jù)所述傳輸線的己知的阻抗決定因數(shù)和所述試片的測(cè)量值對(duì)所述傳輸線的阻抗進(jìn)行保證。
6. 如權(quán)利要求5所述的阻抗保證方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述試片部分形成與所述傳輸線的線型相對(duì)應(yīng)的假線，在所述印刷電路板的制造步驟中測(cè)量假線的線寬，并且將該線寬的測(cè)量值作為已知的阻抗決定因數(shù)。
7. 如權(quán)利要求6所述的阻抗保證方法，其特征在于，所述假線通過其線寬可以被測(cè)量的最小長(zhǎng)度的導(dǎo)電圖形形成。
全文摘要
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，印刷電路板(1)，其包括其具有為多種信號(hào)層(21a-21c，22a-22c)提供的阻抗保證試片(31a，32a)作為該層的參考的試片部分(3)；和其具有在多個(gè)信號(hào)層中的至少一個(gè)層中，需要進(jìn)行阻抗保證的傳輸線(21b，21c，22b，22c)具有與試片部分形成的試片不同的阻抗決定因數(shù)，其中根據(jù)傳輸線的已知的阻抗決定因數(shù)和試片(31a，32a)的測(cè)量值對(duì)傳輸線的阻抗進(jìn)行保證的產(chǎn)品部分(2)。
文檔編號(hào)H05K1/02GK101466196SQ20081017297
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者古賀裕一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝