[发明专利]印刷电路板及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体而言，本发明涉及印刷电路板及其设计方法。

背景技术

随着现代电技术的高速发展，PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板间的数据传输速率越来越高，目前一对差分线已经能达到了10G比特每秒的传输速率，同时采用了越来越多的信号线来提高传输数据的吞吐率。

现有PCB板的设计解决方案有以下形式：

1)采用普通微同轴线缆；

2)采用微带线设计方法设计的软硬结合PCB。

采用普通微同轴线缆的方案具有以下特点：

优点是单线的传输速率高；

缺点是PCB的单位面积下的信号数量少：由于一根微同轴线只能传输单根信号，如果要传输差分信号，就需要2根，微同轴线的直径在1mm左右，将导致PCB的单位面积下的能够使用的信号数量少，不能用于大吞吐传输速率的场合。

采用微带线设计方法设计的软硬结合PCB的方案具有以下特点：

如图1所示，为现有多层柔性材料制作的PCB截面图，图中，部分为聚酰亚胺树脂(Polyimide，PI)或聚酯树脂(PET)，部分为环氧树脂胶；部分为铜箔。

优点是可提高PCB的单位面积下的信号数量。

缺点是为了减小G比特信号的传输差损，必须采用两张以上的柔性材料芯板进行层压，容易造成PCB板的分层。

普通软板板材的结构图2如下：基材部分(Substrcate)为聚酰亚胺树脂(Polyimide，PI)或聚酯树脂(PET)，粘结剂部分(Adhesive)为环氧树脂胶；导体部分(Conductor)为铜箔

普通软板板材的结构如下表所示：部分为聚酰亚胺树脂(Polyimide，PI)或聚酯树脂(PET)，部分为环氧树脂胶；部分为铜箔。

软板板材采用2层结构为最优，但目前材料供应商少，且提供的板材的中间介质层厚度较薄，常用板材的厚度规格有15um、25um、40um等，介质层较厚的板材基本没有现货，需要和材料供应商订制，货期长，价格昂贵。

如果要采用2层结构，在选择板材时只能选用1～2mil的板材。就决定了信号层与参考地之间的介质厚度只有1～2mil。为了保证差分阻抗为100欧，采用嵌入式微带差分线结构时，介质厚度为1mil，计算差分阻抗，线宽只有2mil左右，制板厂无法加工；介质厚度为2mil时，计算差分阻抗，线宽只有4mil，但信号差损过大不利于高速信号的传输。

在本发明中，使用的单位mil为本领域的常用单位，1mil为1英寸的千分之一，单位um为1mm的千分之一。

鉴于采用2层结构有一定的困难，可采用3层结构，三层结构存在固有的可靠性问题。3层柔性印制板的X-Y截面图如图2所示。

3层结构的板材的变形量小于2层结构的板材，是因为粘结剂(环氧树脂，epoxy)为热固性树脂其分子键的柔性较小，因此有粘结剂的板材的产品特性较硬，无粘结剂的板材的产品特性较软易弯曲。

3层结构的板材的环氧树脂(epoxy)与铜箔(Cu)的表面能较好，所以层间剪应力较小，2层结构的板材的聚酰亚胺树脂(PI)与铜箔(Cu)的表面能力差，所以层间剪应力较大。

3层结构的板材的层间剥离应力大于2层结构的板材，是因为粘结剂(环氧树脂，epoxy)的分子链的键能较小，高温下容易降解，因此在层间界面的抗剥离强度较差，易分层从而导致可靠性问题。

传统的柔性印制板板材(3层结构)必须以粘结剂作为基材与铜箔的粘结，但这一层粘结剂明显造成一些缺点：1、粘结剂无法耐高温，在垂直方向上的接触强度较差，影响多层板的品质；2、在高速信号的情况下，粘结剂的绝缘性能恶化而导致柔性印制板的性能下降。

因此，有必要提出一种有效的设计方法，以解决3层结构软板的可靠性问题和2层结构软板的上微带传输线差损大的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别通过采用了一张两层结构并且厚度小于1.5mil的柔性材料芯板，降低软板材料的成本，并对PCB的硬板部分采用微带线的设计方法，对软板部分采用CPW(Co-planar Waveguide，共面波导架构)的设计方法来减小信号传输损耗，以及对软板部分的CPW结构中地信号打孔和硬板部分的地信号相连以提高软板部分的信号线阻抗的一致性。

为了达到上述目的，本发明的实施例一方面提出了一种印刷电路板，包括硬板部分和软板部分，