CN102176236B - 一种印刷电路板、安全数码卡和制造印刷电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种印刷电路板(PCB)，以实现小尺寸的蜂窝网络通信模块，方便携带。该电路板包括：位于该PCB一端的安全数码输入输出(SDIO)端子，在远离所述SDIO端子的另一端设置有天线，在与所述天线相邻的区域设置有射频电路，在不与天线相邻的区域设置有存储模块。本发明还提供一种安全数码卡，其包括上述的PCB。本发明还提供一种制造SD卡尺寸的PCB的方法，包括：将SDIO端子布置在该PCB的一端；将天线布置在远离SDIO端子的另一端；将射频电路设置在与所述天线相邻的区域。

Description

一种印刷电路板、安全数码卡和制造印刷电路板的方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是一种安全数码卡(Secure Digital Card，SD卡)印刷电路板、安全数码卡和制造印刷电路板的方法。
背景技术
安全数码卡(SD卡)是一种十分普及的存储卡，因其体积小巧、传输速度较快、成本较为低廉，而成为现在各种电子设备(如数码相机、平板电脑、笔记本电脑)通用的扩展存储卡。根据现有的SD卡规范，SD卡的尺寸为24mm×32mm×2.1mm，其内部的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)较为简单，通常层叠如下表：
Figure BDA0000046725030000011
现有的第三代(3rd Generation，3G)移动通信模块，例如MI模块，尺寸大约为33mm×50mm，PCB通常采用FR4材质，6层或8层高密度互连(HighDensity Interconnection，HDI)层叠，厚度为0.8～1mm。
发明人在实现本发明的过程中发现：现有的3G通信模块尺寸过大，携带不便，难以实现和SD卡的集成。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种SD卡的印刷电路板(PCB)，以实现小尺寸的蜂窝网络通信模块和SD卡集成，方便携带。
该电路板包括：位于该PCB一端的安全数码输入输出(SDIO)端子，在远离所述SDIO端子的另一端设置有天线，在与所述天线相邻的区域设置有射频电路，在不与天线相邻的区域设置有存储模块。
本发明的另一个实施例提供一种安全数码卡，其包括上述的PCB。
本发明的又一个实施例提供一种制造SD卡尺寸的PCB的方法，包括：
将SDIO端子布置在该PCB的一端；
将天线布置在远离SDIO端子的另一端；
将射频电路设置在与所述天线相邻的区域。
上述本发明实施例提供的PCB、SD卡和方法，使得小尺寸的蜂窝网络无线通信模块可以实现和SD卡的集成，方便携带，且创造了新的终端形态，使得任何能够接插SD卡的设备可以随时随地联网，使信息的传输更为方便。
附图说明
图1是本发明实施例公开的SD卡的剖视图；
图2是本发明一个实施例公开的PCB的布局示意图；
图3A是本发明一个实例中PCB的第一外层的布局示意图；
图3B是本发明一个实例中PCB的第二外层的布局示意图；
图4A是本发明另一个实例中PCB的第一外层的布局示意图；
图4B是本发明另一个实例中PCB的第二外层的布局示意图；
图5是本发明一个具体布板实例的层叠示意图；
图6是射频线下方挖空的示意图；
图7是本发明PCB设计方法的实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例公开一种SD卡的印刷电路板(PCB)，包括位于该PCB一端的安全数码输入输出(Secure Digital Input &Output，SDIO)端子1，在远离SDIO端子1的另一端设置有天线2，在与天线2相邻的区域设置有射频电路3。为了保证SD卡尺寸的要求，扣除芯片和塑封的高度，该PCB的高度以0.3～1mm为宜，当然，如果芯片和塑封够薄，在符合SD卡厚度要求的前提下，该PCB的厚度可以更大一些。在一个实施例中，在不与天线相邻的区域设置有存储模块4，为避免存储模块4对天线2和射频电路3的干扰，可以将存储模块设置在与SDIO端子1相邻的区域或SDIO端子1背面的区域。天线2和SDIO端子1可以设置在该PCB的同一外层，也可以分别设置在该PCB的两个外层上。天线2可以为印制天线。该PCB上还可以设置无线通信处理模块5，用于对无线信号进行处理，无线通信处理模块可以为蜂窝网络基带处理器(如2G基带处理器、3G基带处理器)、无线局域网的网卡芯片等。无线通信处理模块5可以设置在与射频电路3相邻的区域。射频电路3包括射频发射电路和射频接收电路，射频发射电路一般包括射频功率放大器，射频接收电路一般包括双工器和匹配网络。
其中，存储模块4和无线通信处理模块5分别与SDIO端子1相耦合，射频电路3与天线2相耦合，无线通信处理模块5和射频电路3相耦合。
由于上述PCB尺寸很小，非常薄，为保证足够的强度以及满足塑封的需要，其基材优选采用高玻璃化温度、低介电常数、低热膨胀率的材料，例如双马来酰亚胺-三嗪(Bismaleimide-triazine，BT)树脂、聚四氟乙烯(PTEE，俗称teflon；Dk2.1～2.6)、聚酰亚胺(PI)、聚苯醚(PPE或PPO)、氰酸酯树脂(CE)等。
该PCB可以采用4、5、6、7、8、9或10层板设计，并可采用1阶到3阶HDI设计或者任意层互连技术设计。由于该PCB面积很小，其上的开孔优选采用激光孔，孔径小于或等于0.15mm，当然，如果机械孔能够满足尺寸上的需要，亦可采用。开孔小可以提高PCB的布线面积，有助于在有限的面积上布置更多的线。
为了保证蜂窝网络连接的无线性能，天线需占据一定的宽度，在一个实施例当中，天线的长度等于SD卡的宽度，天线的宽度为3-7mm。
图3A和图3B是该PCB的一个具体的布局实例。如图3A所示，在该PCB的第一外层，设置有天线2、射频发射电路31、射频接收电路32、晶振电路6、存储模块4、用户识别模块(Subscriber Identity Module，SIM)7、数字射频集成芯片51，其中天线2设置在该PCB的一端，射频发射电路31和射频接收电路32设置在与天线相邻的区域，存储模块4则设置在与天线2不相邻的区域，在图3A中设置在该PCB上远离天线2的另一端。数字射频集成芯片51设置在与射频发射电路31和射频接收电路32相邻的区域。在本例中，SIM模块7设置在与存储模块4相邻的区域，而晶振电路6设置在与天线2相邻的区域。
图3B是本例PCB的第二外层的布局示意图。在该第二外层，远离天线区域的一端设有SDIO端子1，在PCB的中间部分设有通用串行总线(UniversalSerial Bus，USB)转换电路8和滤波电路9。这里USB转换电路8的作用是将数字射频集成芯片51输出的USB信号转换为SDIO信号，因为当前许多型号的数字射频集成芯片都不支持直接输出SDIO信号。当然，如果无线通信处理模块5集成了USB转换电路，或者支持直接输出SDIO信号，则没有必要设置单独的USB转换电路。滤波电路9的作用是为数字射频集成芯片51输出的射频信号进行滤波。这里说的天线区域是指天线2在第二外层上的投影区域。本例中天线2和SDIO端子1设在PCB的不同外层上，如前所述，它们也可设置在同一外层上。
本例中的数字射频集成芯片51即是前述的无线通信处理模块5的一种具体实施方式，是一块集成了基带处理器、射频收发器(Radio FrequencyTransceiver)模块和电源管理模块的芯片，如本领域技术人员所知，射频收发器的作用是将基带信号调制到射频信号上，以及将射频信号解调得到基带信号。由于该芯片集成了较多的功能，为其滤波的器件分布相对集中，所以在本例中单辟了一块区域布置为其滤波的滤波电路，该滤波电路的位置优选在数字射频集成芯片的背面，这样滤波电路离数字射频集成芯片近，干扰和损耗都比较小。
本例中存储模块4、SIM模块7、晶振电路6的位置可以根据布板的实际情况进行调整，只要遵循天线2和SDIO端子1分设PCB的两端、射频电路3设置在与天线相邻的区域、存储模块4设置在不与天线2相邻的区域的布局原则即可。例如，可以将SIM模块7和存储模块4位置调换，将SIM模块7和晶振电路6位置调换，将SIM模块和/或晶振电路设置在PCB上其他空白区域，等等。
图4A和图4B是该PCB的另一种布局方案。如图4A所示，该PCB的第一外层设置有天线2、存储模块4、射频发射电路31和基带处理器52。天线2设置在该PCB的一端，存储模块4设置在远离天线2的另一端，射频发射电路31设置在与天线相邻的区域，基带处理器52位于和射频发射电路31以及天线2相邻的区域。此外，该PCB还可以包括SIM模块7和USB转换电路8，如图4A所示，在本例中，SIM模块7设置在与射频发射电路31相邻的区域，USB转换电路8位于该PCB的一角，远离天线。
图4B是该PCB的第二外层的布局示意图。如图所示，在第二外层上设置有SDIO端子1、射频收发器(Radio Frequency Transceiver)10、射频接收电路32和电源管理电路11，其中射频接收电路32设置在与天线区域相邻的区域，SDIO端子1设置在该PCB上远离天线区域的另一端，射频收发器10设置在SDIO端子1和射频接收电路32之间，其余区域设置电源管理电路11。
本例中的基带处理器52是所述无线通信处理模块5的另一种具体实施方式，该芯片并未集成射频收发器模块和电源管理模块，故而在本例中设置了单独的射频收发器10和电源管理电路11。为了避免引出过长的射频线(过长的射频线损耗较大，且更易受到干扰)，射频收发器优选设置在基带处理器的背面。由于基带处理器52、射频收发器10、电源管理电路11没有集成在一起，为这些电路滤波的器件可以分散设置，因此没有必要专门为滤波电路辟出一块区域。
本例中存储模块4、SIM模块7、晶振电路6的位置可以根据布板的实际情况进行调整，只要遵循天线2和SDIO端子1分设PCB的两端、射频电路3设置在与天线2相邻的区域、存储模块4设置在不与天线2相邻的区域的布局原则即可。例如，可以将SIM模块7和存储模块4位置调换，将SIM模块7和晶振电路6位置调换，将SIM模块7和/或晶振电路6设置在PCB上其他空白区域，等等。
以下实施例介绍该PCB的一种布线方案：
将除射频线以外的走线布置在内层，以一个内层为主地(该内层即为地层)。当该PCB的层数大于4时，该地层优选为不与外层相邻的内层，当然，也不排除以与外层相邻的内层为主地。主地的作用是为信号提供回流路径，可以减少信号间的串扰。内层作为主地，能提供完整的大面积回流地，而以主地作为信号回流路径的信号之间的串扰比较小。除了单独设置地层之外，还可以在其他电路层上铺地，特别是可以在外层上铺地，这些其他电路层上的地通过过孔与地层相连。
外层不布置除射频线以外的线，但是根据布板的实际情况，也可以在外层布置少量的除射频线以外的线，但是布置在外层的除射频线以外的线，应少于布置在内层的除射频线以外的线，在一个实施例中，布置在外层的除射频线以外的线少于布置在任何一个内层(地层除外)的除射频线以外的线。
信号线实行按功能分区布线，也就是说，按照信号线的功能对信号线进行分类，相同种类的信号线布置在一起。例如，将走存储数据信号的线布置在一个区域，而将走基带信号的线布置在另一个区域。或者，将信号线按种类分簇布置，即把相同种类的线平行(或大致平行)地布置在一起，形成一簇。分区布线可以有效减少串扰。为了更进一步的减小串扰，可以用地线将不同种类的信号线隔开，所述地线与主地连通。
在一个实施例中，将传输某种信号的信号线布置在收发该信号的器件的投影区域内，例如将传输存储信号的信号线布置在存储模块的投影区域内，将传输基带信号的信号线布置在无线通信处理模块的投影区域内，等等。当然，根据布板的实际情况，可以将部分传输某种信号的信号线布置在收发该信号的器件的投影区域外，但是布置在所述投影区域外的信号线应少于布置在所述投影区域内的信号线。
主电源线走内层，沿板边走，与滤波电路或者电源管理电路所在层相邻的内层为电源线走线优选层，例如可以将主电源线布置在与滤波电路所在层相邻的内层的板边。主电源线与板边之间有宽地线或铜皮隔离，或者可以在该隔离地沿长度方向上每间隔一定距离就增加地孔和其它层的地良好连通。其它电源线走内层，优先布线层为与滤波电路或者电源管理电路所在层相邻的内层。走线时与另一个内层的走线尽量少交叉，若交叉也要尽量垂直。
射频线布置在外层，因为射频线上走的是高频模拟信号，易与别的信号线产生串扰，此外在内层布线需要打孔和外层器件相连，对于射频线来说过孔会带来分布电容，影响射频信号的质量。根据布板的实际情况，也可以将射频线布置在内层，但是布置在内层的射频线应少于布置在外层的射频线，在一个实施例中，布置在内层的射频线少于任何一个外层上布置的射频线。射频线布置在外层时，可以走成微带线，射频线布置在内层时可以走成带状线。
在该PCB上可以设置盲孔、通孔、埋孔等各种过孔，如前所述，由于该PCB面积小，优选使用激光孔。为提高外层的面积利用率，过孔可以全部设置在焊盘下。当然，根据布板的实际情况，也可以在焊盘之外设置过孔，在一个实施例中，焊盘之外的过孔应少于焊盘下的过孔。
设置线宽和层高控制阻抗目标值。目前PCB的生产过程中，一般是设计时提出最终阻抗控制目标值，具体由厂家按各自生产工艺水平进行调整达到该最终阻抗控制目标值。而对于本发明实施例提供的PCB，由于面积小走线短，射频信号线走线的阻抗控制的一致性(或称连续性)优先于最终阻抗控制目标值。基于这个原理，本发明实施例中，通过控制线宽/层高/介质Dk值/铜厚的一致性来间接控制最终阻抗目标值。只要线宽/层高/介质Dk值/铜厚达到设计参数，则能保证最终阻抗控制目标值。这个方法在保证阻抗控制的同时，也保证了不同PCB厂家制造单板整板电气性能的一致性，这一点有利于电路参数调整，便于各种电气指标裕量的保证，也使单板运行更加稳定可靠。
如本领域技术人员所知，层高越大，阻抗越大，线宽越小，阻抗越大，因此要增大阻抗就需要增加层高或者减小线宽。考虑到本发明实施例中的PCB很薄，单独一层的层高可能难以满足射频线阻抗设计的需要，此时就需要减小线宽，但是线宽不能太小，因为太细的线在工艺上实现困难，同时损耗大，容差控制也比较困难，为此，如图6所示，可以对射频线的下方作挖空处理，也就是在一条射频线在至少一个相邻层上的投影区域内不铺设导体，这样一来，射频线的阻抗就参考更下面的一层，相当于增大了层高，如此可以在避免把线做得很细的情况下达到阻抗控制的目标。
如图5所示，下面介绍一个具体的布板实例。该实例中，外层的器件布局如图3A和图3B所示。该实例中的PCB为6层板，厚度为0.39mm，其中第一层和第六层为外层，第二至五层为内层。在本例中，以第四层为地层，即在第四层铺设大面积的金属地。第二层和第三层布置存储信号线和基带信号线，第五层布置基带信号线和电源线。各层的厚度如下表：
射频线主要布置在第一层，在第二层和第五层布有少量的射频线，但是其数量均少于布在第一层的数量。射频线下方的相邻层上的相应区域挖空，例如，第一层上的射频线下方的第二层相应区域挖空。挖空时，至少要把射频线的投影区域挖空，实际挖空时都是将把包括该投影区域的一块区域整个挖空。
在该PCB上设置有盲孔、通孔、埋孔等各种过孔，全部为激光孔。
如图1所示，本发明的另一实施例公开一种具有无线通信功能的SD卡，包括有前述实施例所揭示的PCB。
本发明的再一实施例公开一种制造SD卡的PCB的方法，如图7所示，包括以下步骤：
S701，将SDIO端子布置在该PCB的一端；
S702，将天线布置在远离SDIO端子的另一端；
S703，将射频电路设置在与所述天线相邻的区域。
在一个实施例中，上述方法还包括：
S704，将存储模块设置在不与天线相邻的区域。
在一个实施例中，上述方法还包括：
S705，将无线通信处理模块设置在与所述射频电路相邻的区域，所述无线通信处理模块用于对无线信号进行处理。
在另一个实施例中，上述方法还包括：
S706，将除射频线以外的走线布置在内层，以一个内层为主地；
S707，将射频线布置在外层；
在又一个实施例中，上述方法还包括：
S708，设置线宽和层高控制阻抗目标值。
本领域技术人员可以理解，上述各步骤的执行顺序可以根据实际需要进行调整，不必拘泥于上述的顺序。
以上实施例中分别说明的各技术、***、装置、方法以及各实施例中分别说明的技术特征可以进行组合，从而形成不脱离本发明的精神和原则之内的其他的模块，方法，装置，***及技术，这些根据本发明实施例的记载组合而成的模块，方法，装置，***及技术均在本发明的保护范围之内。
以上只是本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种安全数码SD卡的印刷电路板PCB，包括位于该PCB一端的安全数码输入输出SDIO端子，在远离所述SDIO端子的另一端设置有天线，在与所述天线相邻的区域设置有射频电路，在不与天线相邻的区域设置有存储模块，所述PCB上还设置有无线通信处理模块；其中，所述存储模块和所述无线通信处理模块分别与所述SDIO端子相耦合，所述射频电路与所述天线相耦合，所述无线通信处理模块和所述射频电路相耦合；
所述PCB上还设置有晶振电路、用户识别模块、通用串行总线USB转换电路和滤波电路，所述无线通信处理模块具体为数字射频集成芯片，所述射频电路包括射频接收电路和射频发射电路；
所述天线、所述射频发射电路、所述射频接收电路、所述晶振电路、所述存储模块、所述用户识别模块、所述数字射频集成芯片设置在所述PCB的第一外层，其中所述天线设置在所述PCB的一端，所述射频发射电路和所述射频接收电路设置在与天线相邻的区域，所述存储模块设置在与所述天线不相邻的区域，所述数字射频集成芯片设置在与所述射频发射电路和所述射频接收电路相邻的区域；
所述SDIO端子设置在所述PCB的第二外层上远离天线区域的一端，所述USB转换电路和所述滤波电路设置在所述第二外层的中间部分；
所述USB转换电路用于将所述数字射频集成芯片输出的USB信号转换为SDIO信号，所述滤波电路用于为所述数字射频集成芯片输出的射频信号进行滤波；
所述天线区域是指所述天线在所述第二外层上的投影区域。
2.如权利要求1所述的PCB，其特征在于：
除射频线以外的走线布置在内层，以一个内层为地层；
射频线布置在外层，或者布置在内层的射频线少于布置在外层的射频线，布置在外层的射频线走成微带线，布置在内层的射频线走成带状线；
信号线按功能分区布线；
主电源线布置在与所述PCB上的滤波电路或者电源管理电路所在层相邻的内层，且沿板边走线，所述主电源线与所述板边之间有宽地线或导体隔离。
3.如权利要求1或2所述的PCB，其特征在于：所述无线通信处理模块设置在与所述射频电路相邻的区域。
4.如权利要求1或2所述的PCB，其特征在于：所述PCB的基材为双马来酰亚胺-三嗪树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚苯醚或氰酸酯树脂。
5.如权利要求1或2所述的PCB，其特征在于：所述PCB为4-10层板。
6.如权利要求5所述的PCB，其特征在于：所述PCB的基材为双马来酰亚胺-三嗪树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚苯醚或氰酸酯树脂。
7.一种安全数码SD卡的印刷电路板PCB，包括：
位于该PCB一端的安全数码输入输出SDIO端子，在远离所述SDIO端子的另一端设置有天线，在与所述天线相邻的区域设置有射频电路，在不与天线相邻的区域设置有存储模块，所述PCB上还设置有无线通信处理模块；其中，所述存储模块和所述无线通信处理模块分别与所述SDIO端子相耦合，所述射频电路与所述天线相耦合，所述无线通信处理模块和所述射频电路相耦合；
所述PCB上还设置有晶振电路、用户识别模块、USB转换电路、射频收发器和电源管理电路，所述射频电路包括射频接收电路和射频发射电路；
所述天线、所述存储模块、所述射频发射电路和蜂窝网络基带处理器设置在该PCB的第一外层，所述天线设置在所述PCB的一端，所述存储模块设置在远离所述天线的另一端，所述射频发射电路设置在与所述天线相邻的区域，所述蜂窝网络基带处理器位于和所述射频发射电路以及所述天线相邻的区域；
所述SDIO端子、所述射频收发器、所述射频接收电路和所述电源管理电路设置在所述PCB的第二外层上，其中所述射频接收电路设置在与天线区域相邻的区域，所述SDIO端子设置在所述第二外层上远离所述天线区域的另一端，所述射频收发器设置在所述SDIO端子和所述射频接收电路之间，所述第二外层上的其余区域设置所述电源管理电路；
所述天线区域是指所述天线在所述第二外层上的投影区域。
8.如权利要求7所述的PCB，其特征在于：所述射频收发器设置在所述蜂窝网络基带处理器的背面。
9.如权利要求7或8所述的PCB，其特征在于：
除射频线以外的走线布置在内层，以一个内层为地层；
射频线布置在外层，或者布置在内层的射频线少于布置在外层的射频线，布置在外层的射频线走成微带线，布置在内层的射频线走成带状线；
信号线按功能分区布线；
主电源线布置在与所述PCB上的滤波电路或者电源管理电路所在层相邻的内层，且沿板边走线，所述主电源线与所述板边之间有宽地线或导体隔离。
10.如权利要求7或8所述的PCB，其特征在于：
布置在外层的除射频线以外的线少于布置在内层的除射频线以外的线；
射频线布置在外层，或者布置在内层的射频线少于布置在外层的射频线，布置在外层的射频线走成微带线，布置在内层的射频线走成带状线；
主电源线布置在与所述PCB上的滤波电路或者电源管理电路所在层相邻的内层，且沿板边走线，所述主电源线与所述板边之间有宽地线或导体隔离。
11.如权利要求9所述的PCB，其特征在于：布置在外层的除射频线以外的线少于布置在除地层外任何一个内层的除射频线以外的线。
12.如权利要求9所述的PCB，其特征在于：布置在内层的射频线少于任何一个外层上布置的射频线。
13.如权利要求9所述的PCB，其特征在于：至少一条射频线在至少一个相邻层上的投影区域内不铺设导体。
14.如权利要求9所述的PCB，其特征在于，所述信号线按功能分区布线具体为：按照信号线的功能对信号线进行分类，相同种类的信号线布置在一起。
15.如权利要求9所述的PCB，其特征在于，所述信号线按功能分区布线具体为：按照信号线的功能对信号线进行分类，相同种类的信号线大致平行地布置在一起，形成一簇。
16.如权利要求14所述的PCB，其特征在于：不同种类的信号线用地线隔开，所述地线与主地连通。
17.如权利要求9所述的PCB，其特征在于：信号线布置在收发该信号线所传输信号的器件的投影区域内，或者布置在所述投影区域外的所述信号线少于布置在所述投影区域内的所述信号线。
18.如权利要求9所述的PCB，其特征在于：所述PCB为六层板，其中第一层和第六层为外层，第二至五层为内层，第四层为地层，第二层和第三层布置存储信号线和基带信号线，第五层布置基带信号线和电源线，射频线布置在第一层、第二层和第五层，且布置在第二层或第五层的射频线均少于布在第一层的射频线。
19.一种安全数码SD卡，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的印刷电路板。
20.一种安全数码SD卡，其特征在于：包括如权利要求7-18任一项所述的印刷电路板。
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