CN103813614A - Pcb板、用于制造pcb板的芯板和用于制造pcb板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了PCB板、用于制造PCB板的芯板和用于制造PCB板的方法。所述PCB板呈矩形，且包括纤维层和粘附在所述纤维层的表面上的金属层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成，所述玻璃纤维的延伸方向与所述矩形的长度方向成锐角，所述金属层上形成有差分信号线对，所述差分信号线对沿着所述矩形的宽度方向或者长度方向延伸。本发明提供的PCB板通过调整玻璃纤维与芯板边缘的角度就可以有效地降低差分信号传输过程中出现偏斜失真的可能性，并且无需电路布图设计者对原有的电路布图进行调整或重新设计，因此可以在解决现有技术中存在的问题的情况下，保证原有的制造周期和制造成本。

Description

PCB板、用于制造PCB板的芯板和用于制造PCB板的方法
技术领域
本发明涉及电学领域，具体涉及一种PCB板（印刷电路板）、用于制造PCB板的芯板和用于制造PCB板的方法。
背景技术
差分信号通常使用两个输出驱动器驱动一对独立且平行的差分信号线来传输数字数据，差分信号线对上传输的信号的相位相反，并通过差分信号线对上的信号的差来携带信息。差分信号广泛地应用于GPU（图形处理器）板，在该GPU板上的诸如PEX，TMDS和FBIO_CLK/DQS的高速接口通常使用差分信号来传输和接收数据。这些信号的质量对于GPU板的性能来说是至关重要的。
在数字***芯片中，随着传输速度与频率的增加及超大规模集成电路（Very Large Scale Integrated Circuits，VLSI）的小型化，信号完整性（SignalIntegrity，SI）与电路板的微观结构之间的关系已经成为布图设计（Layout）工程师需要考虑的主要问题之一。电路板的微观结构已经开始影响差分信号的质量，例如在差分信号线对上出现不同的传播延迟（Propagation Delay）。对于传输速率较低的电路板来说，传播延迟之间的差异是可以忽略的。但是，对于GPU板而言，由于目前其上的差分信号传输速率通常大于2.5GT/s，甚至高达10GT/s，因此该传播延迟的差异会导致差分信号线对之间出现较大的偏斜失真（例如，具有GDDR5存储器的GF10×GPU板）。这种偏斜失真可能会超过差分信号线对的错配极限（Mismatch Margin），进而严重影响GPU板的性能。
因此，需要一种PCB板、用于制造PCB板的芯板和用于制造PCB板的方法。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种PCB板，所述PCB板呈矩形，且包括纤维层和粘附在所述纤维层的表面上的金属层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成，所述玻璃纤维的延伸方向与所述矩形的长度方向成锐角，所述金属层上形成有差分信号线对，所述差分信号线对沿着所述矩形的宽度方向或者长度方向延伸。
优选地，所述锐角为10°-80°。
优选地，所述锐角为40°-50°。
优选地，所述金属层与所述纤维层是通过环氧树脂粘附的。
优选地，所述纤维层是由玻钎布与环氧树脂制成的。
优选地，所述金属层为铜箔。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于制造PCB板的芯板，所述芯板呈矩形，且包括纤维层和粘附在所述纤维层的表面上的金属层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成，所述玻璃纤维的延伸方向与所述矩形的长度方向成锐角。
优选地，所述锐角为10°-80°。
优选地，所述锐角为40°-50°。
优选地，所述金属层与所述纤维层是通过环氧树脂粘附的。
优选地，所述纤维层由玻钎布与环氧树脂制成的。
优选地，所述金属层为铜箔。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用于制造PCB板的方法，所述方法包括：提供纤维层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成；在所述纤维层的表面上粘附金属层，以形成芯板坯件；将所述芯板坯件切割为矩形，并使所述矩形的长度方向与所述玻璃纤维的延伸方向成锐角；以及在所述金属层上形成差分信号线对，使得所述差分信号线对沿着所述矩形的宽度方向或者长度方向延伸。
优选地，通过刻蚀在所述金属层上形成所述差分信号线对。
优选地，所述锐角为10°-80°。
优选地，所述锐角为40°-50°。
优选地，所述金属层与所述纤维层是通过环氧树脂粘附的。
优选地，所述纤维层是由玻钎布与环氧树脂制成的。
优选地，所述金属层为铜箔。
由此可见，本发明提供的PCB板通过调整玻璃纤维与芯板边缘的角度就可以有效地降低差分信号传输过程中出现偏斜失真的可能性，并且无需电路布图设计者对原有的电路布图进行调整或重新设计，因此可以在解决现有技术中存在的问题的情况下，保证原有的制造周期和制造成本。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1为根据本发明一个实施例的芯板的剖面示意图；
图2为根据本发明一个实施例的纤维层的微观放大图；
图3为根据本发明一个实施例的纤维层的俯视示意图；
图4为根据本发明一个实施例的PCB板的俯视示意图；
图5为PCB板的俯视示意图，其中差分信号线对与纤维玻璃平行或垂直地形成；以及
图6为根据本发明一个实施例制造PCB板的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。
根据本发明的一个方面，提供一种用于制造PCB板的芯板100。芯板100呈矩形。如图1所示，为芯板100的剖视图，芯板100包括纤维层110和金属层120和130。
纤维层110可以由相互交错地编织的玻璃纤维形成。图2示出了玻璃纤维相互交错编织的结构。如图2所示，由玻璃纤维形成的经纱线（Warp yarn）210和纬纱线（Fill yarn）220沿着相互垂直的两个方向延伸并且相互交错地编织，以形成类似于纺织布的结构。作为示例，纤维层110可以由FR4玻璃纤维加工而成，即经纱线210和纬纱线220均由FR4玻璃纤维形成。FR4表示耐燃材料的等级，是指经过燃烧状态必须能够自行熄灭的材料。为了消除差分信号线对所传输的差分信号的偏斜失真，纤维层110中的玻璃纤维的延伸方向与矩形的长度方向成锐角。图3为纤维层110的俯视图。如图3所示，经纱线210和纬纱线220的延伸方向与矩形的纤维层110的边缘呈角度，这样经纱线210和纬纱线220中的每条与纤维层110的长度方向呈锐角，可以理解，此时经纱线210和纬纱线220中的每条与纤维层110的宽度方向也呈锐角。后文将对该结构所带来的效果进行详细描述。
返回图1，金属层120和130粘附在纤维层110的表面上。虽然图1中示出在纤维层110的上表面和下表面上分别粘附有金属层120和130，但是根据需要，可以仅在纤维层110的一个表面上粘附金属层120或130。由于使用该芯板制作PCB板时是通过对金属层120和130进行刻蚀来形成电路图案的，因此，优选地，金属层120和130为具有良好的导电性能的金属材料制成，例如，银、铝、钨、铜及其合金等。考虑到稳定性和刻蚀工艺等原因，优选地，金属层120和130可以为铜箔。
作为示例，金属层120和130与纤维层110是通过环氧树脂粘附的。由于环氧树脂在高温下能够熔化而具有流动性，因此可以将金属层120和130与纤维层110粘附在一起。此外，环氧树脂在低温环境（PCB板正常使用的温度范围内）下会具有良好的耐热性、稳定性和绝缘性。
优选地，纤维层110可以是由玻钎布与环氧树脂制成的。环氧树脂可以覆盖在玻纤布的表面上，在采用加热压合法粘附纤维层110与金属层120和130时，环氧树脂不但可以充当纤维层110与金属层120和130的粘合剂，而且还能够填充玻纤布之间的间隙。玻钎布可以包括玻璃纤维布、玻璃纤维半固化片和玻璃纤维无纺布半固化片等中的一种或多种。
根据本发明的另一个方面，还提供一种PCB板400，如图4所示，PCB板400上形成有差分信号线对410。具体地，差分信号线对410可以是通过对上述任意一种芯板110的金属层120和/或130进行刻蚀形成的。为了消除差分信号线对410所传输的差分信号的偏斜失真，差分信号线对410沿着矩形的宽度方向或者长度方向延伸，以使差分信号线对410与经纱线210和纬纱线220均呈角度地设置。对于该预料不到的技术效果，申请人分析的可能的原因如下：
如果差分信号线对510沿着纬纱线220形成，那么很可能存在差分信号线对510中的第一差分信号线510A正好覆盖在纬纱线220上的情况。而差分信号线对510中的第二差分信号线510B可能位于在两条纬纱线220之间，由于经纱线210和纬纱线220之间可能会填充有环氧树脂等粘合剂，因此导致第一差分信号线510A和第二差分信号线510B所处的环境不同，即第一差分信号线510A和第二差分信号线510B周围的介电层的介电常数不同。由多种材料形成的介电层的介电常数可以利用以下公式进行计算：
Dk=Dk(a)×M(a)%+Dk(b)×M(b)%
其中，Dk为介电层的总介电常数，Dk(a)为介电层中包括的第一种材料的介电常数，M(a)%为该第一种材料在介电层中的质量百分比，Dk(b)为介电层中包括的第二种材料的介电常数，M(b)%为该第二种材料在介电层中的质量百分比。
经纱线210和纬纱线220是由玻璃纤维制成的，其介电常数大约为5.6，而对于F4玻璃纤维，其通常采用的环氧树脂的介电常数大约为3.2。由此可见，第一差分信号线510A和第二差分信号线510B周围的介电层的介电常数不同，其中，第二差分信号线510B周围的介电层的介电常数还与玻璃纤维的尺寸以及玻璃纤维之间的间隙有关。两者周围的介电层的介电常数不同可能会导致两者的阻抗错配，进而导致传播延迟。对于低速PCB板来说，该偏斜失真可以被忽略，但是，对于高速PCB板来说，偏斜失真可能会超过差分信号线对的错配极限。
当差分信号线对510沿着经纱线210形成时，可能出现与上述相似的现象，即差分信号线对中的一条正好覆盖在经纱线210上，而另一条位于在两条经纱线210之间，该差分信号线对所处的环境与上述情况相似，因此不再详细描述。
由于本发明提供的PCB板400使差分信号线对410与经纱线210和纬纱线220成角度，因此可以在一定程度上消除上述效应，使得在差分信号线对410之间形成平衡，进而降低阻抗错配。
由于在制造芯板时可能会存在玻璃纤维与矩形的芯板的边缘之间的角度存在偏差的可能性，且该偏差通常小于5°，因此，优选地，玻璃纤维与矩形的芯板的边缘（即长度方向）之间的锐角可以为10°-80°，以消除制造芯板所带来的偏差。进一步，为了能够使第一差分信号线510A和第二差分信号线510B的阻抗最大程度地匹配，优选地，玻璃纤维与矩形的芯板的边缘（即长度方向）之间的锐角为40°-50°。
可以理解的是，根据待制作的PCB板的结构和功能，PCB板可以包括一层或多层芯板。当PCB板中包括多层芯板时，可以在多层芯板中的一层或多层上形成差分信号线对410。
由此可见，本发明提供的PCB板通过调整玻璃纤维与芯板边缘的角度就可以有效地降低差分信号传输过程中出现偏斜失真的可能性，并且无需电路布图设计者对原有的电路布图进行调整或重新设计，因此可以在解决现有技术中存在的问题的情况下，保证原有的制造周期和制造成本。
根据本发明的再一个方面，提供一种用于制造PCB板的方法，该方法包括以下步骤：
首先，执行步骤601，提供纤维层，该纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成。由玻璃纤维形成的经纱线210和纬纱线220沿着相互垂直的两个方向延伸并且相互交错地编织，以形成类似于纺织布的结构，参照图2。
然后，执行步骤602，在纤维层的表面上粘附金属层，以形成芯板坯件。金属层可以分别粘附在纤维层的上表面和下表面，或者仅粘附至上表面和下表面中的一个。优选地，金属层与纤维层是通过环氧树脂粘附的。优选地，纤维层可以是由玻钎布与环氧树脂制成的。环氧树脂可以覆盖在玻纤布的表面上，在采用加热压合法粘附纤维层与金属层时，环氧树脂不但可以充当纤维层与金属层的粘合剂，而且还能够填充玻纤布之间的间隙。作为示例，金属层可以为铜箔。
接着，将芯板坯件切割为矩形的芯板，并使芯板的长度方向与玻璃纤维的延伸方向成锐角。考虑到制作工艺所带来的偏差，优选地，锐角为可以10°-80°。为了能够使差分信号线对的阻抗最大程度地匹配，进一步优选地，锐角可以为40°-50°。
最后，在金属层上形成差分信号线对，使得差分信号线对沿着矩形的宽度方向或者长度方向延伸，以在差分信号线对之间形成平衡。作为示例，差分信号线对是通过在金属层上进行刻蚀工艺而形成的。刻蚀工艺不但具有较高的精确度，而且还能够形成具有较小尺寸（可以达到几十纳米）的电路图案，进而提高差分信号线对在形状和尺寸方面的一致性，以避免差分信号线对所输出的信号出现偏斜失真。
采用该方法来制作PCB板可以仅在芯板的切割工序中调整芯板中的玻璃纤维与芯板边缘的角度，即可以降低差分信号传输过程中出现偏斜失真的可能性，进而避免对GPU板的性能产品影响。另外，该方法对于电路布图设计者的工作未产生任何影响，通常调整或重新设计电路布图是一项繁琐而耗时的工作。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (19)

1.一种PCB板，所述PCB板呈矩形，且包括纤维层和粘附在所述纤维层的表面上的金属层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成，所述玻璃纤维的延伸方向与所述矩形的长度方向成锐角，所述金属层上形成有差分信号线对，所述差分信号线对沿着所述矩形的宽度方向或者长度方向延伸。
2.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述锐角为10°-80°。
3.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述锐角为40°-50°。
4.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述金属层与所述纤维层是通过环氧树脂粘附的。
5.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述纤维层是由玻钎布与环氧树脂制成的。
6.如权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述金属层为铜箔。
7.一种用于制造PCB板的芯板，所述芯板呈矩形，且包括纤维层和粘附在所述纤维层的表面上的金属层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成，所述玻璃纤维的延伸方向与所述矩形的长度方向成锐角。
8.如权利要求7所述的芯板，其特征在于，所述锐角为10°-80°。
9.如权利要求7所述的芯板，其特征在于，所述锐角为40°-50°。
10.如权利要求7所述的芯板，其特征在于，所述金属层与所述纤维层是通过环氧树脂粘附的。
11.如权利要求7所述的芯板，其特征在于，所述纤维层由玻钎布与环氧树脂制成的。
12.如权利要求7所述的芯板，其特征在于，所述金属层为铜箔。
13.一种用于制造PCB板的方法，所述方法包括：
提供纤维层，所述纤维层由相互交错地编织的玻璃纤维形成；
在所述纤维层的表面上粘附金属层，以形成芯板坯件；
将所述芯板坯件切割为矩形，并使所述矩形的长度方向与所述玻璃纤维的延伸方向成锐角；以及
在所述金属层上形成差分信号线对，使得所述差分信号线对沿着所述矩形的宽度方向或者长度方向延伸。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，通过刻蚀在所述金属层上形成所述差分信号线对。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述锐角为10°-80°。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述锐角为40°-50°。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述金属层与所述纤维层是通过环氧树脂粘附的。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述纤维层是由玻钎布与环氧树脂制成的。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述金属层为铜箔。
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