具有用于較高帶寬傳輸?shù)那度胧诫姽鉄o源元件的印刷電路板的制作方法
【專利摘要】提供了一種印刷電路板(PCB)，該印刷電路板包括之間具有導(dǎo)電或信號層的多個非導(dǎo)電層。該PCB包括穿過多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第一導(dǎo)電過孔以及穿過多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第二導(dǎo)電過孔，第二導(dǎo)電過孔與第一導(dǎo)電過孔基本平行地定位。還提供了一種嵌入式電光無源元件，其垂直于第一導(dǎo)電過孔與第二導(dǎo)電過孔并且在第一導(dǎo)電過孔與第二導(dǎo)電過孔之間延伸。嵌入的電光無源元件位于印刷電路板中的第一深度處的選擇的層內(nèi)，其中，這樣的第一深度被選擇成將入射電磁波反射回印刷電路板中以通過產(chǎn)生正或負電磁干擾來增強或減少第一導(dǎo)電過孔中的電信號。
【專利說明】具有用于較高帶寬傳輸?shù)那度胧诫姽鉄o源元件的印刷電路板
[0001]優(yōu)先權(quán)的要求
[0002]本專利申請要求2011年11月9日提交的美國臨時申請N0.61/557，883的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用的方式將其明確并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]各種特征涉及多層印刷電路板，并且更具體地，涉及使用嵌入式電光無源元件來降低電磁干擾，改進信號損失，并且將感興趣頻帶處的頻率響應(yīng)陷波(notch)調(diào)整、去除或最小化。
【背景技術(shù)】
[0004]印刷電路板(PCB)中的高速信號傳輸在PCB的各種組件(諸如電鍍通孔或過孔、信號跡線以及開放傳播介質(zhì))之間具有固有的阻抗失配。阻抗失配對在諸如外圍組件互連高速(PC1-Ex)、Gen3、電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE) 802.3ba以及光學(xué)互連論壇(OIF)公共電接口(CEI) 25G長距離(LR)標(biāo)準的高數(shù)據(jù)速率(即每秒8至25+吉比特)協(xié)議中獲得較低損失和平坦數(shù)據(jù)傳輸造成顯著障礙。這些設(shè)計中的一些需要具有用來在PCB的各種層之間路由信號的長過孔的很多層和相對厚的PCB構(gòu)造。這些過孔由于對互連過孔的未用部分回到信號線上的大電磁反射而產(chǎn)生顯著的不期望的干擾。通常，為了防止這種不期望的干擾發(fā)生，過孔的未用短截線被反鉆直到靠近信號層。
[0005]圖1圖示了具有位于PCB內(nèi)的末端開路的短截線(open-ended stub)的過孔通道。PCB102可以包括在之間具有導(dǎo)電層106 (例如，參考/接地層和/或信號層)的多個非導(dǎo)電層104(例如,介電層)。一對末端開路的過孔(open-ended via) 108和110可以穿過多個PCB層。所述一對末端開路的過孔可以包括信號過孔108和參考/接地過孔110。信號過孔108可以被耦接到第一信號跡線103(PCB102的頂面上)和信號層106上的第二信號跡線。參考/接地過孔110可以被耦接到參考/接地層107。
[0006]過孔通道100主要包括以載流軌(過孔管108和110)為界的介電介質(zhì)。過孔通道110是跨越PCB102的厚度的區(qū)，其主要由PCB102的非導(dǎo)電層(例如，介電材料)組成但是也包括薄信號層和/或?qū)щ妼?例如，典型地薄或箔信號層和/或?qū)щ妼?。載流軌可以包括信號過孔108和參考/返回過孔110。流經(jīng)信號過孔108和參考/返回過孔110的源電流120、120’及120”可以為例如由流經(jīng)過孔108和110的源信號105(例如，高頻信號，諸如5GHz信號至25GHz或更高)產(chǎn)生的電磁波提供準橫電磁(TEM)傳播模式。大部分信號能量在介電介質(zhì)內(nèi)部(例如，跨越在過孔108與110之間的PCB非導(dǎo)電、信號以及導(dǎo)電層的厚度)并且通過使信號過孔與接地/參考層和其它信號層隔離的間隙(外焊盤)傳播。雖然圖1圖示了具有一個參考/接地過孔110的簡化情況，但是其它設(shè)計還可以包括多個參考/接地過孔。
[0007]前向電磁波112的一個負效應(yīng)是它被以非受控方式反射離開末端開路的過孔短截線，包括從信號過孔108的端點116消散/傳導(dǎo)離開和/或反射回到PCB102中，這對信號105造成干擾。例如，在典型的非受控反射中，總的信號可以例如在一次和三次諧波的臨界區(qū)域中被減少多達20dB。傳輸線介電介質(zhì)(例如，過孔通道100)以及導(dǎo)電過孔108和110例如可能在多GHz頻帶中具有顯著損失，結(jié)果當(dāng)附加的損失使用太多的信號噪聲預(yù)算時，使用附加的吸收和耗散技術(shù)是不實際的。
[0008]圖2圖示了具有末端開路的電鍍通孔過孔的傳輸線的典型S21衰減模式202。如圖所示，在一次和三次諧波處，對于PCI Ex、Gen3以及IEEE802.3ba標(biāo)準而言，顯著的干擾陷波204和206存在于臨界頻率處(例如，在4.0與5.0GHz之間和在12.0與15.0GHz之間)?？拷淮沃C波的深的陷波204主要是由于末端開路的過孔短截線反射所導(dǎo)致的。第二深的陷波206位于靠近三次諧波的區(qū)域中，在這些較高頻率處具有由于較高的介電和銅損失而導(dǎo)致附加的衰減效應(yīng)。
[0009]防止這種不期望的干擾(例如，在特定頻率處的陷波)發(fā)生的當(dāng)前方法是反鉆過孔。圖3圖示了圖1的過孔通道，其中過孔在PCB內(nèi)已被反鉆。然而，這是不滿意的解決方案。
[0010]圖4圖示了針對具有與圖3類似的傳輸線結(jié)構(gòu)的S21衰減圖樣402，其中成對過孔的短截線被反鉆。反鉆涉及通過對過孔進行鉆孔使得導(dǎo)電鍍層被去除而去除過孔的未用部分。盡管過孔反鉆去除了一次諧波的區(qū)域中的陷波(由反射的電磁波造成)，但是它還在靠近三次諧波的區(qū)域產(chǎn)生了新的且更有害的陷波304。陷波304的位置可以至少部分地取決于PCB層壓件電特性和物理PCB設(shè)計屬性。經(jīng)反鉆的過孔沿著頻率軸將干擾陷波重新定位到三次諧波的臨界區(qū)中。盡管經(jīng)反鉆的過孔因為未用過孔段被去除而在較低頻率處具有傳輸帶寬改進的正效應(yīng)，但是這種改進在較高頻率處是有限的，或者可以實際上將干擾陷波移到較高頻率。
[0011]因此，需要降低由于過孔的使用而導(dǎo)致的不期望的干擾陷波的更有效方式。目前存在用來解決這個問題的兩種一般方法。第一種方法包括將一些端接元件放置在末端開路的過孔(電路)短截線上。第二種方法包括使用嵌入在普通PCB結(jié)構(gòu)中的光丙烯酸波導(dǎo)來增加帶寬并且避免反鉆過孔。這兩者接近方法。
[0012]第一種現(xiàn)有技術(shù)方法存在于美國專利號5，161，086,6, 593，535以及7，457，132中。在這種方法中，入射電磁波的吸收和耗散通過使用端接元件來實現(xiàn)。然而，隨著數(shù)據(jù)速率的增加，在PCB的非導(dǎo)電層(例如，介電材料)和導(dǎo)電/信號層中的損失也大大地增加，從而顯著地限制了 PCB傳輸線的帶寬和長度。因此，當(dāng)附加的損失使用太多的信號噪聲預(yù)算時，這種方法對于使用附加的吸收和耗散技術(shù)而言是不實際的。
[0013]在第二種現(xiàn)有技術(shù)方法中，丙烯酸波導(dǎo)可被嵌入或包括在PCB中，但這是相對昂貴的并且受困于諸如底板、具有子卡的中間板的光學(xué)連接的未解決的問題。另外，這種方法需要具有數(shù)千倍的頻率縮放的電光轉(zhuǎn)換和光轉(zhuǎn)換接口/耦合器。實現(xiàn)這種方法的相對高的成本和能量消耗使這種方法變得不適用。
[0014]因此，存在對于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點同時改進在層壓銅PCB的過孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的信號傳播的解決方案的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]提供了一種包括之間具有導(dǎo)電或信號層的多個非導(dǎo)電層的印刷電路板(PCB)。所述PCB包括穿過多個非導(dǎo)電和導(dǎo)電或信號層的第一導(dǎo)電過孔以及穿過多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第二導(dǎo)電過孔，第二導(dǎo)電過孔與第一導(dǎo)電過孔基本平行地設(shè)置。還提供了一種嵌入式電光無源元件，該元件在第一導(dǎo)電過孔與第二導(dǎo)電過孔之間垂直于第一導(dǎo)電過孔與第二導(dǎo)電過孔延伸。所嵌入的電光無源元件位于在印刷電路板中第一深度處的被選擇的層內(nèi)，其中，該第一深度被選擇成將入射的電磁波反射回印刷電路板中以通過產(chǎn)生正或負電磁干擾來增強或減少第一導(dǎo)電過孔中的電信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1圖示了具有位于PCB內(nèi)的末端開路的短截線的過孔通道。
[0017]圖2圖示了具有末端開路電鍍通孔過孔的傳輸線的典型的S21衰減模式。
[0018]圖3圖示了其中過孔在PCB內(nèi)被反鉆的圖1的過孔通道。
[0019]圖4圖示了與圖3類似的具有反鉆的成對過孔的短截線的傳輸線結(jié)構(gòu)的S21衰減模式。
[0020]圖5圖示了當(dāng)PCB中未使用EOP元件或組件時過孔通道中的電流流動。
[0021]圖6圖示了通過具有末端開路的短截線的過孔通道600的電流的流動，其中沿著過孔對之間的選擇位置耦合有EOP元件601。
[0022]圖7A圖示了根據(jù)一個實施方式的電光無源(EOP)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0023]圖7B圖示了圖7A的電光無源結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0024]圖7C圖示了具有布置在電磁波傳播的區(qū)域中的多個參考/接地過孔的差分信號過孔對的一個示例。
[0025]圖8圖示了過孔通道中嵌入有電光無源(EOP)元件的傳輸線的S21衰減模式響應(yīng)。
[0026]圖9圖示了電磁波通過空氣-層壓件-空氣介質(zhì)的傳播的仿真。
[0027]圖10圖示了如圖9中所示出的沒有EOP元件的過孔通道的仿真結(jié)果。
[0028]圖11圖示了電磁波通過具有內(nèi)置/嵌入式EOP元件的空氣-層壓件-空氣介質(zhì)的傳播的仿真。
[0029]圖12圖示了具有EOP元件的過孔通道的仿真。
[0030]圖13圖示了示出電磁場通過作為僅對于圖9中的邊界具有多達15%衰減的透明媒體的沒有EOP元件的結(jié)構(gòu)來傳播的圖表。
[0031]圖14圖示了示出對于具有嵌入式EOP元件的結(jié)構(gòu)而言電磁場從在IGHz處入射場的僅40%開始并且對于圖11中的邊界在15GHz處大大地下降至0.05%的圖表。
[0032]圖15圖示了示出使用仿真軟件由具有電鍍通孔過孔的傳輸線中的發(fā)送器看到的可見特性阻抗的仿真結(jié)果的圖表。
[0033]圖16圖示了示出過孔通道中嵌入有EOP元件的傳輸線的可見特性阻抗的仿真的圖表。
[0034]圖17圖示了形成具有嵌入式電光無源元件的印刷電路板的方法。
【具體實施方式】[0035]在以下【具體實施方式】中，許多特定細節(jié)被闡述以便提供對實施方式的透徹理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下實踐實施方式。例如，可以不詳細地示出眾所周知的操作、結(jié)構(gòu)以及技術(shù)以便不使實施方式混淆。
[0036]綜述
[0037]根據(jù)一個方面，電光無源(EOP)元件被引入作為在電域和光域中同時工作的組件/器件。電光無源(EOP)元件可以在電域中作為電元件操作以將在信號過孔中流動的信號電流重定向到參考/接地過孔并且防止信號層之下的電磁波的進一步激發(fā)。EOP元件還可以在光域中作為反射鏡操作以便以預(yù)定義方式反射入射的電磁波以在信號跡線被連接的過孔通道的指定點上為總的電磁場提供正干擾或負干擾。
[0038]根據(jù)一個特征，EOP元件沿過孔對的定位被具體地選擇成實現(xiàn)期望的正(建設(shè)性)或負(破壞性)干擾。也就是說，EOP元件沿著過孔通道的定位不是隨機的或者被沿著PCB的厚度任意地定位。相反，EOP元件的定位或距離(例如，特定信號層)可以被例如選擇成提供電磁矢量(例如，入射電磁波和反射電磁波)的幾何和的期望值和/或方向以實現(xiàn)特定的正或負電磁干擾。
[0039]沒有電光無源元件的過孔通道電流流動
[0040]圖5圖示了當(dāng)PCB500中未使用EOP元件或組件時過孔通道502中的電流流動。PCB500可以包括多個非導(dǎo)電層，所述多個非導(dǎo)電層之間具有導(dǎo)電層(例如，信號層、參考層)。電流508可以從信號源507開始流動，通過信號過孔504、信號過孔504的末端開路的短截線，并且接著通過過孔通道電介質(zhì)516作為位移電流522繼續(xù)流動，然后通過參考/接地過孔506作為參考/接地電流509返回到信號源507。如可以在這里了解的那樣，入射電磁波512由信號電流508來引發(fā)。入射電磁波512可以傳播超過PCB500的末端和/或可以造成反射電磁波514。入射電磁波512和/或反射電磁波514可以造成可導(dǎo)致信號損失和/或頻率陷波的不必要的干擾。
[0041 ] 具有電光無源元件的過孔通道電流流動
[0042]圖6圖示了通過具有末端開路的短截線的過孔通道600的電流的流動，其中沿著過孔對之間的選擇位置耦合有EOP元件601。PCB600可以包括多個非導(dǎo)電層，所述多個非導(dǎo)電層之間具有導(dǎo)電層(例如，信號層、參考層)。過孔通道600包括以載流軌(例如，信號過孔604和一個或多個參考/返回過孔606)為界的介電介質(zhì)。信號過孔604可以穿過PCB600的多個導(dǎo)電和/或非導(dǎo)電層。在第一實施方式中，信號過孔604和/或參考/返回過孔606可以貫穿PCB的多個層(例如，從PCB600的第一表面到相對的第二表面)。在第二實施方式中，信號過孔604和/或參考/返回過孔606可以是其中孔僅部分地貫穿PCB (例如，跨越PCB600的各層的子集)的盲過孔。在第三實施方式中，信號過孔604和/或參考/返回過孔606可以是通孔過孔(例如，跨越PCB的多個層延伸)但被反鉆使得該過孔的導(dǎo)電材料僅貫穿PCB600的各層的子集)。注意，在一些實施方式中，信號過孔604和/或參考/返回過孔606兩者都可以具有相同的過孔類型(例如，通孔過孔、盲過孔或反鉆的過孔等)，或者它們可以具有不同的過孔類型(例如，通孔過孔、盲過孔以及反鉆的過孔等的組合)。
[0043]信號源607可以將信號(例如，高頻信號(例如，5GHz或更高))插入到或提供給信號過孔604。電信號電流608從信號源607開始通過信號過孔604流動。從信號過孔604，信號電流608然后流經(jīng)EOP元件601的導(dǎo)電體并且通過它關(guān)聯(lián)的參考/接地過孔606返回到信號源607。在一個實施方式中，EOP元件601可以被部分地實現(xiàn)為僅以對于信號而言小的能量損失來改變電流的方向的元件(例如，低阻抗電阻器)。例如，EOP元件601使電流508從信號過孔604轉(zhuǎn)向通過EOP元件601而到達參考/返回過孔606。如在這里所圖示的那樣，信號電流608、608’以及608”從信號過孔604穿過EOP元件601流動到參考/返回過孔606。EOP元件601因此防止這樣的信號電流608流動到所述多個層中位于EOP元件601下方的過孔部分。
[0044]通過信號過孔604的信號電流608引起入射電磁波612，同時通過參考/返回/接地過孔606的信號電流608”引起反射電磁波614。電磁波612和/或614”可以通過吸收和耗散以及通過控制反射電磁波614使得它干擾(例如，抵消)入射電磁波612而被基本上被排除或消除。電磁波612和614被過孔管中的源電流608激發(fā)并且在過孔管604與606之間的介電介質(zhì)中傳播并且通過電光無源(EOP)元件601的使用而被反射。
[0045]根據(jù)一個特征，電磁波的反射被具體地設(shè)計成降低信號損失和/或最小化或者避免頻帶內(nèi)的衰減陷波。EPO元件601可以被設(shè)計成通過以最小信號損失改變電流軌/過孔管604和606中的電流的方向來提供電氣解決方案，以防止在下部的過孔部分611中激發(fā)/引發(fā)電磁波并防止入射電磁波612傳播到下部的過孔部分611中。以這種方式，EOP元件601抑制了信號層609下方的層中的介電材料中的電磁波的新的部分。
[0046]EPO元件601還被布置成通過選擇沿著過孔對604和606的長度的定位或位置而使得EOP元件601在過孔通道中反射現(xiàn)有的電磁波以便實現(xiàn)前向行進(入射)電磁波604與反向行進(反射的)電磁波614之間的正(建設(shè)性)干擾或負(破壞性)干擾。在一個示例中，建設(shè)性的干擾被用來增加總的信號強度并且補償在較高頻率下的介電和銅損失和/或抑制不期望的頻率陷波。在另一示例中，破壞性的干擾例如被用來在對傳輸鏈路和/或過孔通道的頻率響應(yīng)中使在特定頻帶處的低頻干擾或尖峰衰減。
[0047]由于這些電和光學(xué)特性，EOP元件601在電域和光域中同時地和/或同時操作以在無需反鉆的情況下增加傳輸帶寬、控制電流通路(不只是過孔段)的特性阻抗。在一些實現(xiàn)中，EOP元件601可以被實現(xiàn)在PCB中的用于高頻信號(例如，5GHz和更高)的電通路上。通過在電域和光域兩者中表征信號，人們已經(jīng)觀察到在5-7GHZ附近的沿著從(a)電信號響應(yīng)損失到(b)電和電磁信號損失響應(yīng)的傳輸通路的信號行為。在這個5-7GHZ邊界之上，電磁行為(例如，與光學(xué)行為相同)隨著頻率增加而開始越來越顯著。
[0048]圖7A圖示了根據(jù)一個實施方式的電光無源(EOP)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖7B圖示了圖7A的電光無源結(jié)構(gòu)的頂視圖。電光無源結(jié)構(gòu)700可以包括在一對載流軌(過孔管)之間延伸的EOP元件702。電流軌可以包括信號過孔704和參考/返回過孔706。在一個實施方式中，EOP元件702可以用滿足最小化信號損失的期望要求的任何已知材料來實現(xiàn)，并且能夠在不影響印刷電路板的總體厚度被實現(xiàn)在該結(jié)構(gòu)內(nèi)。導(dǎo)體蝕刻的層壓件708可以圍繞EOP元件702，并且導(dǎo)電層710可以圍繞導(dǎo)體蝕刻的層壓件708。導(dǎo)電層710可以是電光無源結(jié)構(gòu)700被嵌入的PCB內(nèi)的導(dǎo)電層的一部分。
[0049]圖7A和7B圖示了包括一個信號過孔和一個參考/返回過孔的簡化的EOP結(jié)構(gòu)。然而，應(yīng)該理解，其它實施方式可以包括多個信號過孔和多個參考/返回過孔。
[0050]EOP元件702的形狀(例如，尺寸或面積)和EOP元件相對于信號源的距離和定位被具體地選擇成最小化信號損失和期望的頻率響應(yīng)。在這個示例中，EOP元件702的長度和/或?qū)挾瓤梢员痪唧w地選擇成反射入射電磁波同時還將信號損失減到最小。EOP元件的形狀和/或定位可以取決于操作頻帶、連接器引腳場特性、過孔特性(例如，過孔直徑、過孔長度、過孔之間的間隔等)、PCB特性(例如，分層系數(shù)、層厚度、PCB設(shè)計等)。在一種方法中，EOP形狀、距離、定位或位置可以通過使用例如計算機仿真技術(shù)(CTS)Microwave Studi0.?,或其它建模/仿真軟件來獲得特定PCB電和/或電磁響應(yīng)的三維模型/仿真來確定。
[0051]雖然本文中的一些示例圖示了單個信號過孔和單個參考過孔，但是應(yīng)該理解的是，可以存在多個信號過孔和多個參考過孔。參考過孔相對于信號過孔的數(shù)量和/或位置以及過孔與一個或多個參考過孔之間的EOP元件的形狀、尺寸、位置和/或定位將取決于信號過孔的電磁傳播?？梢葬槍γ總€類型或布置的信號過孔來對這樣的電磁波傳播進行仿真和/或建模并且這樣的電磁波傳播可以取決于許多因素，包括過孔直徑、PCB導(dǎo)電層和非導(dǎo)電層特性、信號頻率等。也就是說，特定信號過孔的電磁波傳播可以決定多少參考過孔將被使用、過孔的位置以及該信號過孔與一個或多個參考過孔之間的EOP元件的定位、尺寸和/或位置。
[0052]圖7C圖示了具有布置在電磁波傳播的區(qū)域758a至758d中的多個參考/接地過孔756a至756 j的差分信號過孔對752和754的一個示例。一旦區(qū)758a至758d已被標(biāo)識，參考過孔756a至756 j就可以被定位和/或布置在這些區(qū)域中。EOP元件760a至760d的尺寸和定位同樣取決于差分過孔對752和754的電磁傳播特性。在這個不例中，正信號過孔754具有定位在電磁傳播的區(qū)域758a和758b中的兩個EOP元件760a和760b。注意，參考過孔756a至756 j的定位實際上可以更接近于過孔752和754，但出于圖示的目的被示出得較遠。
[0053]圖8圖示了過孔通道中嵌入了電光無源(EOP)元件的傳輸線的S21衰減模式響應(yīng)802。如圖所示，將EOP元件嵌入在過孔通道內(nèi)去除了在一次諧波處的干擾陷波和三次諧波處的干擾和衰減陷波。也就是說，頻率陷波804示出大約27dB損失或衰減，而在圖2和圖4中的三次諧波的損失更接近于40dB。而且，與對圖2和圖4中所圖示的末端開路的電鍍通孔過孔和反鉆的過孔的S21響應(yīng)相比，信號插入損失在三次諧波的臨界區(qū)域中可顯著地降低大約20dB。在一個示例中，EOP元件可以作為以正方式反射前向行進電磁波以在靶向多GHz頻率區(qū)或帶情況下為介電和銅損失提供補償。
[0054]沒有EOP元件的仿真模型
[0055]圖9圖示了電磁波通過空氣-層壓件-空氣介質(zhì)的傳播的仿真。為了更全面地理解本文中所描述的反射和補償現(xiàn)象，這種仿真對電磁波901通過空氣-層壓件-空氣介質(zhì)900 (例如，空氣-Megtron6-空氣介質(zhì))的傳播建模，所述介質(zhì)900和電磁波在不使用EOP元件的過孔通道中的傳播相匹配。這種輔助結(jié)構(gòu)的電磁仿真示了真實的電鍍通孔和反鉆過孔的理想情況/較高評估。在這個示例中，模擬900包括介于一對空氣介質(zhì)904與906之間的Megtron6層壓件902。第一平面908和第二平面910圖示了位于不同傳播介質(zhì)之間的極小電磁邊界,其中邊界01與03指示電磁邊界的頂面并且02與04指示相同電磁邊界的底面。例如，邊界01指示與第一空氣介質(zhì)908的電磁邊界的頂面。
[0056]圖10圖示了如圖9中所示出的沒有EOP元件的過孔通道的仿真結(jié)果。該仿真圖示了入射的反向行進波以及總的電磁場的振幅與在圖9中的邊界01表面處的頻率的關(guān)系。如圖所示，大且強的陷波1006存在于總M場圖1004中央。陷波1006是在大小與頻率的關(guān)系中改變多達5次的在Megtron6表面的頂上的多達50%反射的結(jié)果。
[0057]具有EOP元件的模擬模型
[0058]圖11圖示了電磁波通過具有內(nèi)置/嵌入式EOP元件的空氣-層壓件-空氣介質(zhì)的傳播的仿真。仿真模型包括與電磁波1101在具有像例如在圖6中所示出的那樣實現(xiàn)的EOP元件的過孔通道中的傳播相匹配的空氣-Megtron6-NiCr_Megtron6-空氣介質(zhì)。更具體地，仿真模型1100包括第一空氣介質(zhì)1102、第一空氣介質(zhì)1102底部的第一 Megtron6層壓件1104、第一 Megtron6層壓件1104的底部的EOP元件1006、E0P元件1006底部的第二Megtron6板1108以及第二 Megtron6層壓件1108底部的第二空氣介質(zhì)1110。在一個實施方式中，EOP元件1106可以是例如鎳鉻(NiCr)的層。然而，EOP元件1106可以用滿足使信號損失減到最小的期望電特性(例如，低阻抗)的任何已知材料實現(xiàn)。例如，可以在第一實例中使用0.05歐姆至I歐姆的阻抗，可以在其它實例中使用I歐姆至5歐姆的阻抗，并且可以在其它情況下使用5歐姆至100歐姆的阻抗。
[0059]如圖11所示,邊界02指示第一空氣介質(zhì)1002與第一 Megtron6板1104之間的電磁邊界的底面，并且屬于Megtron6介質(zhì)。邊界03指示第一 Megtron6層壓件1104與EOP元件1106(NiCr層/層壓件)之間的電磁邊界的頂面，并且屬于Megtron6介質(zhì)。邊界04指示第一 Megtron6層壓件1104與EOP元件1106 (NiCr層壓件)之間的電磁邊界的底面，并且屬于NiCr介質(zhì)。邊界05指示EOP (NiCr層壓件)1006與第二 Megtron6層壓件1008之間的電磁邊界的頂面，并且屬于NiCr介質(zhì)。
[0060]圖11中的邊界01至08指示被了計算電磁場的平面。仿真數(shù)據(jù)將電場的強度示出為頻率的函數(shù)。注意，接收器將僅看到作為前向/入射電磁波1101和反向/反射電磁波1103的和的總電磁場。
[0061]圖12圖示了具有EOP元件的過孔通道的仿真。該仿真圖示了入射的反向行進波以及總電磁場的振幅與在圖11中的01邊界表面處的頻率的關(guān)系。如圖所示，EOP元件(NiCr層)的存在以反射振幅對頻率的小斜率以及總電磁場1204對頻率的增加造成大的多達70%反射(反向行進波1202)。同樣，EOP元件作為反射鏡以增加總電磁場作為前向行進波1200和反射/反向行進波1202的正干擾的結(jié)果。并且，同時，這種現(xiàn)象說明圖8中示出的三次諧波的臨界區(qū)域中的S21響應(yīng)的多達20dB的增加。
[0062]圖13圖示了示出電磁場通過作為透明媒體的沒有EOP元件的結(jié)構(gòu)來傳播的圖表，其中僅對于圖9中的邊界具有多達15%衰減。圖14圖示了示出對于具有嵌入式EOP元件的結(jié)構(gòu)，電磁場從在IGHz處僅入射場的40%開始并且在圖11中的邊界處在15GHz處大大地下降至0.05%的圖表。這表明，在較高頻率情況下，EOP元件的光學(xué)特性可能比電效應(yīng)更占優(yōu)勢，并且能夠在PCB中為較高帶寬傳輸提供顯著改進。因為圖9中所示出的空氣-Megtrone-空氣結(jié)構(gòu)和電鍍通孔過孔或反鉆過孔相匹配，所以圖13還表明，兩種類型的過孔將強烈地輻射并且能夠在相鄰PCB中引發(fā)噪聲以及在機架的金屬部分中引發(fā)雜散電流，這能夠帶來產(chǎn)生電磁兼容(EMC)要求的問題。
[0063]圖11中所示出的空氣-Megtron6-NiCr_Megtron6-空氣結(jié)構(gòu)的另一個面與具有嵌入式EOP元件的過孔相匹配。圖14圖示了示出輸出(即輻射)由于來自作為反射鏡的EOP的反射而從在IGHz處入射場的40%大大地下降至在15GHz處的0.05%的圖表。同樣，EOP元件保護相鄰PCB免于噪聲并且保護機架的金屬部分免于雜散電流，并且提供較好的條件來滿足EMC規(guī)格。
[0064]圖15圖示了示出使用Ansoft HFSS?仿真軟件的針對具有電鍍通孔過孔的傳輸鏈路中的發(fā)送器看到的可見特性阻抗的仿真結(jié)果的圖表。如圖所示，可見特性阻抗在1-2GHZ的區(qū)域中具有最大400歐姆的巨大振蕩，這使得不可能調(diào)諧IC I/O緩沖器。
[0065]圖16圖示了示出在過孔通道中嵌入了 EOP元件的傳輸鏈路的可見特性阻抗的仿真的圖表。如圖所示，可見特性阻抗變化與電鍍通孔過孔的可見特性阻抗變化相比可顯著地降低，使得有可能且易于調(diào)諧IC I/O發(fā)送器緩沖器。此外，Ansoft HFSS?仿真同樣示出了接收器IC的相同行為。
[0066]圖17圖示了形成具有嵌入式電光無源元件的印刷電路板的方法。獲得了具有多個導(dǎo)電和非導(dǎo)電層以及至少一個信號過孔的PCB設(shè)計1702。針對該PCB，獲得了通過信號過孔的信號的電磁傳播特性1704。這可以通過(例如，在一個或多個頻率下)對流過該信號過孔的信號電流建模以確定電磁傳播圖來完成。一個或多個參考過孔的數(shù)量、位置和/或定位基于所確定的電磁傳播特性來選擇1706。類似地，參考過孔與信號過孔之間的距離可以通過所確定的電磁傳播特性來決定。電光元件的位置、尺寸和/或定位然后基于電磁傳播特性被選擇成將入射電磁波反射回印刷電路板中以通過產(chǎn)生正或負電磁干擾來增強或減少第一導(dǎo)電過孔中的電信號1708。
[0067]一個示例提供了一種印刷電路板，該印刷電路板包括多個非導(dǎo)電層，多個非導(dǎo)電層之間具有導(dǎo)電或信號層。第一導(dǎo)電過孔被形成為穿過多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層。第二導(dǎo)電過孔被形成為穿過多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層，第二導(dǎo)電過孔與與第一導(dǎo)電過孔基本平行的定位。還形成了垂直于第一導(dǎo)電過孔與第二導(dǎo)電過孔并且在第一導(dǎo)電過孔與第二導(dǎo)電過孔之間延伸的電光無源元件，該電光無源元件被嵌入在印刷電路板中第一深度處的所選擇的層內(nèi)，其中，這樣的第一深度被選擇成將入射電磁波反射回印刷電路板中以通過產(chǎn)生正或負電磁干擾來增強或減少第一導(dǎo)電過孔中的電信號。
[0068]在一個實現(xiàn)中，第一導(dǎo)電過孔可以被耦合到第一層中的第一信號跡線和第二層中的第二信號跡線，其中，源信號從第一信號跡線流入第一導(dǎo)電過孔。第一導(dǎo)電過孔可以在第一層處被耦合到信號源并且第二導(dǎo)電過孔被耦合到第二層，來自信號源的信號電流通過第一導(dǎo)電過孔流到第二導(dǎo)電過孔。
[0069]在各種示例中，第一導(dǎo)電過孔和第二導(dǎo)電過孔中的至少一個是:(a)末端開路過孔、盲過孔和/或反鉆的過孔。
[0070]該電光無源元件用于重定向信號電流通過第二導(dǎo)電過孔并防止它傳播到第一導(dǎo)電過孔的開端以抑制電磁波在信號層之下的進一步激發(fā)。
[0071]在一個實例中，電光元件被嵌入的深度被選擇成將入射電磁波反射為負干擾入射電磁波以基本上消除入射電磁波。
[0072]在另一實例中，電光元件被嵌入的深度被選擇成將入射電磁波反射為正干擾入射電磁波以增大入射電磁波的反射電磁波。
[0073]在又一個實例中，電光元件被嵌入的深度被選擇成將入射電磁波反射為降低信號損失的反射電磁波。
[0074]在再一個實例中，電光元件被嵌入的深度被選擇成將入射電磁波反射為移動或去除傳輸通路的頻率響應(yīng)中的陷波的反射電磁波。[0075]電光元件可以具有第一導(dǎo)電過孔的直徑與第一導(dǎo)電過孔的直徑兩倍之間的寬度。
[0076]雖然已經(jīng)在附圖中描述并且示出了特定示例性實施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的實施方式僅僅說明廣義發(fā)明并且不限于廣義發(fā)明，以及本發(fā)明不限于所示出和所描述的特定構(gòu)造和布置，因為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以想到各種其它修改。
【權(quán)利要求】
1.一種印刷電路板，該印刷電路板包括: 多個非導(dǎo)電層，所述多個導(dǎo)電層之間具有導(dǎo)電或信號層； 穿過所述多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第一導(dǎo)電過孔； 穿過所述多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第二導(dǎo)電過孔，所述第二導(dǎo)電過孔與所述第一導(dǎo)電過孔基本平行地定位；以及 電光無源元件，其在所述第一導(dǎo)電過孔和所述第二導(dǎo)電過孔之間與所述第一導(dǎo)電過孔與所述第二導(dǎo)電過孔垂直地延伸，所述電光無源元件被嵌入所述印刷電路板中第一深度處的選擇的層內(nèi)，其中，所述第一深度被選擇成將入射電磁波反射回所述印刷電路板中以通過產(chǎn)生正或負電磁干擾來增強或減少所述第一導(dǎo)電過孔中的電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述第一導(dǎo)電過孔被耦接到第一層中的第一信號跡線和第二層中的第二信號跡線，其中，源信號從所述第一信號跡線流入所述第一導(dǎo)電過孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的印刷電路板，其中，所述第一導(dǎo)電過孔被耦接到在第一層處的信號源并且所述第二導(dǎo)電過孔被耦接到第二層，來自所述信號源的信號電流通過所述第一導(dǎo)電過孔流到所述第二導(dǎo)電過孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述第一導(dǎo)電過孔和所述第二導(dǎo)電過孔中的至少一個是末端開 路的過孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述第一導(dǎo)電過孔和所述第二導(dǎo)電過孔中的至少一個是反鉆過孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述第一導(dǎo)電過孔和所述第二導(dǎo)電過孔中的至少一個是盲過孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述電光無源元件重定向所述信號電流通過所述第二導(dǎo)電過孔，并防止所述信號電流傳播到所述第一導(dǎo)電過孔的開路末端以抑制電磁波在信號層之下的進一步激發(fā)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于負干擾所述入射電磁波以基本消除所述入射電磁波的反射電磁波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于正干擾所述入射電磁波以增大所述入射電磁波的反射電磁波。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于降低信號損失的反射電磁波。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于移動或去除傳輸通路的頻率響應(yīng)中的陷波的反射電磁波。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中，所述電光元件具有介于所述第一導(dǎo)電過孔的直徑與所述第一導(dǎo)電過孔的直徑兩倍之間的寬度。
13.—種制造印刷電路板的方法，該方法包括: 形成多個非導(dǎo)電層，所述多個非導(dǎo)電層之間具有導(dǎo)電或信號層； 形成穿過所述多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第一導(dǎo)電過孔； 形成穿過所述多個非導(dǎo)電層和導(dǎo)電或信號層的第二導(dǎo)電過孔，所述第二導(dǎo)電過孔與所述第一導(dǎo)電過孔基本平行地定位；以及 形成在所述第一導(dǎo)電過孔和所述第二導(dǎo)電過孔之間垂直于所述第一導(dǎo)電過孔和所述第二導(dǎo)電過孔延伸的電光無源元件，所述電光無源元件被嵌入所述印刷電路板中第一深度處的選擇的層內(nèi)，其中，所述第一深度被選擇成將入射電磁波反射回所述印刷電路板中以通過產(chǎn)生正或負電磁干擾來增強或減少所述第一導(dǎo)電過孔中的電信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一導(dǎo)電過孔被耦接到第一層中的第一信號跡線和第二層中的第二信號跡線，其中，源信號從所述第一信號跡線流入所述第一導(dǎo)電過孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于負干擾所述入射電磁波以基本消除所述入射電磁波的反射電磁波。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于正干擾所述入射電磁波以增大所述入射電磁波的反射電磁波。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為用于降低信號損失的反射電磁波。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電光元件被嵌入的深度被選擇成反射所述入射電磁波作為由 于移動或去除傳輸通路的頻率響應(yīng)中的陷波的反射電磁波。
【文檔編號】H05K3/46GK104041200SQ201280066454
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月9日
【發(fā)明者】V·杜凡恩克 申請人:桑米納公司, V·杜凡恩克