CN114390777B - 多层印刷电路板之地过孔的设计方法及多层印刷电路板 - Google Patents

Abstract

一种多层印刷电路板之地过孔的设计方法，由一处理装置执行，该多层印刷电路板设有一具有一输入输出段及一开路残段的信号通孔，该方法包含：自第一列表取得对应该多层印刷电路板的一包括每一电路层厚度的迭构信息；自第二列表取得对应该信号通孔的一包括一信号换层信息及一所传输之高频信号的基本波频率及相速度的设置信息；根据该基本波频率及该相速度取得间隔距离；根据该信号换层信息及该每一电路层厚度，取得该输入输出段及该开路残段各自的长度；及根据该输入输出段长度、该开路残段长度、该基本波频率及该相速度，取得该地过孔长度。

Description

多层印刷电路板之地过孔的设计方法及多层印刷电路板

【技术领域】

本发明是有关于一种方法及装置，特别是指一种多层印刷电路板之地过孔的设计方法及多层印刷电路板。

【背景技术】

参阅图1，现有多层印刷电路板10常利用一连通柱（via）101（即，信号过孔）来连接位于不同电路层板（layer）间的导线L1、L2。一般来说，该连通柱101可为一通孔（throughhole）、一盲孔（Blind hole）或一埋孔（Buried hole）等不同形式，但由于以该盲孔或该埋孔来制作该连通柱的方式所需成本较高，因此实作上常如图1所示，以该通孔的方式来制作该连通柱101。

在此情况下，若该连通柱101所欲连接的二导线L1、L2不是分别位于该多层印刷电路板10中的一第一外电路层La1及一第二外电路层La2时，则在以该通孔制成的该连通柱101上必然会留下一开路残段（open stub）1011。当该导线L1所传输的一高频信号S1经由该连通柱101传输至该导线L2时，部分该高频信号S1会传输至该连通柱101的该开路残段1011后反射回该等导线L1、L2而造成信号干扰，导致该导线L2所输出的该高频信号S1的信号质量下降。因此，为解决此问题，现有每一连通柱101旁会对应设置一自该第一外电路层La1贯穿至该第二外电路层La2且接地的通孔102（即，地过孔），以为传输至该开路残段1011的部分该高频信号S1提供一回流路径，进而避免部分该高频信号S1因无回流路径而造成信号衰减。

然而，该连通柱101的寄生电容与该通孔102的寄生电容会产生较大的耦合电容（其与该通孔102长度成正相关），而此耦合电容会造成该高频信号S1产生较大的衰减，使得该导线L2所输出的该高频信号S1具有较小的眼高（Eye Height）及较窄的眼宽（EyeWidth），即该导线L2所输出之该高频信号S1的信号质量较差。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种能够克服先前技术缺点的多层印刷电路板之地过孔的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明多层印刷电路板之地过孔的设计方法，由一处理装置执行，该多层印刷电路板设置有至少一信号通孔，该至少一信号通孔具有一输入输出段及一开路残段，该设计方法包含：

(A)自一第一清单取得该多层印刷电路板所对应的一迭构信息，该第一列表储存有多笔分别对应不同多层印刷电路板的迭构信息，每一迭构信息包括每一电路层厚度；

(B)自一第二列表取得该至少一信号通孔所对应的一设置信息，该第二列表储存有多笔分别对应不同信号通孔的设置信息，每一设置信息包括该至少一信号通孔中之一对应者的一信号换层信息，及一其所传输之一高频信号的基本波频率及一相速度；

(C)根据该基本波频率及该相速度取得一间隔距离，该间隔距离为该至少一信号通孔之一邻近该开路残段的信号通孔端与该地过孔之一邻近该开路残段的地过孔端间的距离；

(D)根据该信号换层信息及该每一电路层厚度，取得该至少一信号通孔之该输入输出段及该开路残段各自的长度；及

(E)根据该输入输出段的长度、该开路残段的长度、该基本波频率及该相速度，取得该地过孔的长度。

本发明的另一目的，即在提供一种能够克服先前技术缺点的多层印刷电路板。

该多层印刷电路板包含一第一外电路层、一第二外电路层、多个内电路层，及至少一信号通孔。

该第一外电路层设置有至少一用以传输一高频信号的第一导线。

该等内电路层设置于该等第一及第二外电路层之间，该等内电路层中的一者设置有至少一用以输出该高频信号的第二导线，该等内电路层中至少有一者为一接地层。

该至少一信号通孔自该第一外电路层贯穿至该第二外电路层，且耦接于对应的该等第一及第二导线，对应的该第一导线经由该至少一信号通孔耦接至对应的该第二导线以传输该高频信号。

该至少一地过孔仅自该等内电路层中的一层贯穿至该等内电路层中其余的一层、该第一外电路层，及该第二外电路层三者中的一者，且该至少一地过孔所贯穿之多个电路层中的一层为一接地层。

相较于现有技术，利用本发明多层印刷电路板之地过孔的设计方法，使得该至少一地过孔的长度短于现有接地的通孔的长度，使得该至少一信号通孔的寄生电容与对应的该至少一地过孔的寄生电容产生较小的耦合电容，进而此耦合电容对该高频信号造成的衰减变小，使得该第二导线所输出的该高频信号具有较大的眼高。

【附图说明】

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一示意图，说明习知多层印刷电路板；

图2是一示意图，说明本发明多层印刷电路板之一实施例；及

图3是一流程图，说明本发明多层印刷电路板之地过孔的设计方法。

【具体实施方式】

参阅图2，本发明多层印刷电路板20的一实施例包含一第一外电路层2、一第二外电路层3、多个内电路层、至少一信号通孔，及至少一地过孔。在本实施例中，举该多层印刷电路板20包含四个内电路层4~7、二个信号通孔8、8’，及二个分别与该等信号通孔8、8’对应设置的地过孔9、9’为例，但不限于此。在其他实施例中，该多层印刷电路板20可包含一个信号通孔及一个地过孔，或包含二个以上的信号通孔及二个以上的地过孔。每一地过孔与其所对应的一信号通孔对应设置。

该第一外电路层2设置有至少一用以传输一高频信号的第一导线。在本实施例中，举该第一外电路层2设置有二个第一导线L11、L12为例，但不限于此。该等第一导线L11、L12分别用以传输二个高频信号S11、S12。该等高频信号S11、S12组成一差动信号。

该等内电路层4~7设置于该等第一及第二外电路层2、3之间，该等内电路层4~7中的一者设置有至少一用以传输该高频信号的第二导线，该等内电路层4~7中至少有一者为一接地层。在本实施例中，举该内电路层6设置有二个第二导线L21、L22，及该内电路层4为一接地层为例，但不限于此。该等第二导线L21、L22分别用以输出该等高频信号S11、S12。

该等信号通孔8、8’中的每一者自该第一外电路层2贯穿至该第二外电路层3。该信号通孔8耦接于对应的该等第一及第二导线L11、L21，该信号通孔8’耦接于对应的该等第一及第二导线L12、L22。该第一导线L11经由该信号通孔8耦接至对应的该第二导线L21以传输该高频信号S11，该第一导线L12经由该信号通孔8’耦接至对应的该第二导线L22以传输该高频信号S12。

该等信号通孔8、8’中的每一者具有用于传输该等高频信号S11、S12中之一对应者的一输入输出段81及没有与该输入输出段81电导通且无法传输信号的一开路残段（openvia stub）82。该输入输出段81形成于对应的该等第一及第二导线L11、L21（或该等第一及第二导线L12、L22）间。该开路残段82形成于对应的该第二导线L21（或该第二导线L22）及该第二外电路层3间。于该信号通孔8中，该信号通孔8之一邻近该开路残段82的信号通孔端83与该地过孔9之一邻近该开路残段82的地过孔端91相隔一间隔距离d。于该信号通孔8’中，该信号通孔8’之一邻近该开路残段82的信号通孔端83’与该地过孔9’之一邻近该开路残段82的地过孔端91’相隔该间隔距离d。

该等地过孔9、9’中的每一者仅自该等内电路层4~7中的一层贯穿至该等内电路层4~7中其余的一层、该第一外电路层2，及该第二外电路层3三者中的一者，且该等地过孔9、9’中的每一者所贯穿之多个电路层中的一层为一接地层。在本实施例中，举该等地过孔9、9’中的每一者自该内电路层5贯穿至该第一外电路层2为例，该等地过孔9、9’中的每一者所贯穿之多个电路层2、4、5中的该内电路层4为一接地层，且该等地过孔9、9’中的每一者为一盲孔 （Blind hole），但不限于此。在其他实施例中，该等地过孔9、9’中的每一者可为一埋孔（Buried hole），一由一盲孔与一埋孔相组合而成的地过孔，或一经由一背钻技术钻设而成的钻孔。该背钻技术为熟悉本技术领域之通常知识者所熟知，为求简洁起见，于此不赘述。

详细来说，该多层印刷电路板20是由电路板布局人员将一计算机***藉由一处理装置（图未示）所储存于该计算机***中之相关于一电路图的电路板布局及其电路设定的第一至第三清单提供至后端印刷电路板厂后，由后端印刷电路板厂根据该等第一至第三清单而制成。该第一清单储存有多笔分别对应不同多层印刷电路板的迭构信息，每一迭构信息包括一电路板总层数、每一电路层厚度，及其余迭构所需讯息。该第二清单储存有多笔分别对应不同信号通孔8、8’的设置信息，每一设置信息包括该等信号通孔8、8’中之一对应者其位于该多层印刷电路板20的一坐标、一信号换层信息（即，相关于该等信号通孔8、8’中之该对应者的一端从哪一层接收/输出信号，例如接收/输出一高频信号，及该等信号通孔8、8’中之该对应者的另一端从哪一层接收/输出信号，例如接收/输出该高频信号），及其所传输之该高频信号的一基本波频率及一相速度。需说明的是，该等第一及第二列表是由电路板布局人员所默认并由该处理装置储存于该计算机***中，而该第三列表则由该处理装置执行本发明多层印刷电路板之地过孔的设计方法而取得。

进一步参阅图3，本发明多层印刷电路板20之地过孔的设计方法包含以下步骤。

在步骤21中，该处理装置自该第一列表取得该多层印刷电路板20所对应的一迭构信息。

在步骤22中，该处理装置自该第二列表取得对应该高频信号的该等信号通孔8、8’各自所对应的一设置信息。

在步骤23中，该处理装置根据对应该高频信号的该信号通孔8（或该信号通孔8’ ）所传输之该高频信号S11（或该高频信号S12）的该基本波频率及该相速度取得该间隔距离d。

需说明的是，在本实施例中，该处理装置根据以下公式(1)与公式(2)取得该间隔距离d，

， 公式(1)

， 公式(2)

其中，参数f为该高频信号S11（或该高频信号S12）的该基本波频率，参数为该高频信号S11（或该高频信号S12）的该相速度，参数/>为该高频信号S11（或该高频信号S12）的一波长，参数d为该间隔距离，该间隔距离/>

。

此外，在本实施例中，该信号通孔8（或该信号通孔8’）之一远离该开路残段82的信号通孔端84（或信号通孔端84’）与该地过孔9（或该地过孔9’）之一远离该开路残段82的地过孔端92（或地过孔端92’）相隔另一间隔距离t，且t满足以下条件：

。

实际上，该间隔距离t的最小值取决于该信号通孔8与焊盘（anti pad，图未示）的尺寸，以防止相邻的该等信号通孔8、8’短路。

在步骤24中，该处理装置根据该信号通孔8（或该信号通孔8’）的该信号换层信息及该每一电路层厚度，取得该信号通孔8（或该信号通孔8’）的该输入输出段81及该开路残段82各自的长度。

在步骤25中，该处理装置根据该信号通孔8（或该信号通孔8’）的该输入输出段81的长度、该开路残段82的长度、该基本波频率及该相速度，取得该地过孔9（或该地过孔9’）的长度。

需说明的是，在本实施例中，该处理装置根据以下公式(3)取得该地过孔9（或该地过孔9’）的长度，

公式(3)

其中，参数x为该信号通孔8（或该信号通孔8’）的该输入输出段81的长度，参数y为该信号通孔8（或该信号通孔8’）的该开路残段82的长度，参数为该高频信号S11（或该高频信号S12）的该波长（参公式(1)），参数z为该地过孔9（或该地过孔9’）的长度，参数z小于该多层印刷电路板20的厚度。在其他实施例中，可根据直角三角形的原理来取得该地过孔9（或该地过孔9’）的长度，例如，d2=(x-z+2y)2+t2，参数d、t各自为前述之该间隔距离，参数x、y、z的定义同公式(3)。

在步骤26中，该处理装置根据该间隔距离d及该信号通孔8（或该信号通孔8’）位于该多层印刷电路板20的该坐标，取得该地过孔9（或该地过孔9’）位于该多层印刷电路板20的坐标信息。

举例来说，若该信号通孔8位于该多层印刷电路板20的该坐标为(2，3)，该间隔距离d为50密耳（mil），则该处理装置根据一现有坐标计算方法取得一与该坐标(2，3)间隔50密耳的坐标位置作为该坐标信息，且该坐标位置未设置有其他通孔、盲孔或埋孔。

在步骤27中，该处理装置根据该地过孔9（或该地过孔9’）位于该多层印刷电路板20的坐标信息，及该地过孔9（或该地过孔9’）的长度，建立该第三清单。

如此一来，利用该等第一及第二列表，与该处理装置执行本发明多层印刷电路板之地过孔的设计方法所取得的该第三清单而制成的该多层印刷电路板20中，举例来说，当该高频信号S11为一PCIe Gen3且该基本波频率为4GHz的高频信号时，该波长为3.95cm，该间隔距离d为160mil，该地过孔9与该信号通孔8间的距离足以为传输至该开路残段82的部分该高频信号S11中相关于该基本波频率的信号提供一回流路径，而传输至该开路残段82的部分该高频信号S11中频率为8GHz的二次谐波信号，由于其对应的波长及间隔距离分别为1.975cm及80mil，该地过孔9与该信号通孔8间的距离太远（160mil>80mil）而无法为部分该高频信号S11中的二次谐波信号提供一回流路径，且该开路残段82的长度接近该间隔距离d，因此该开路残段82也无法为部分该高频信号S11中的二次谐波信号提供一回流路径，以致传输至该开路残段82的部分该高频信号S11中的二次谐波信号经由该信号通孔端83及该第二外电路层3辐射至该多层印刷电路板20外部，使得该第二导线L21不会因接收到来自该开路残段82的部分该高频信号S11中的二次谐波信号的反射信号而对其输出造成干扰，进而该第二导线L21所输出的该高频信号S11具有较宽的眼宽（Eye Width）。同理，该第二导线L22所输出的该高频信号S12也具有较宽的眼宽。此外，相较于现有接地的通孔102（见图1），每一地过孔9、9’的长度较短，使得该信号通孔8（该信号通孔8’ ）的寄生电容与该地过孔9（该地过孔9’ ）的寄生电容产生较小的耦合电容，进而此耦合电容对该高频信号S11（该高频信号S12）造成的衰减变小，使得该第二导线L21（该第二导线L22 ）所输出的该高频信号S11（该高频信号S12）具有较大的眼高（Eye Height）。

需补充说明的是，该处理装置还可根据该第三清单自动变更相关于该多层印刷电路板20的电路板布局之一电路图对应之电路设定，藉此，后端印刷电路板厂根据该电路图及其电路设定制成的该多层印刷电路板20的该等第二导线L21、L22所分别输出的该等高频信号S11、S12的信号质量较好。

综上所述，利用该处理装置执行本发明多层印刷电路板之地过孔的设计方法，使得每一地过孔9、9’的长度短于现有接地的通孔102（见图1）的长度，并使得传输至该开路残段82的部分该等高频信号S11、S12中的二次谐波信号分别经由该等信号通孔端83、83’，及经由该第二外电路层3辐射至该多层印刷电路板20外部，进而该等第二导线L21、L22所分别输出的该等高频信号S11、S12具有较大的眼高及较宽的眼宽，亦即该等第二导线L21、L22所分别输出的该等高频信号S11、S12的信号质量较好。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多层印刷电路板之地过孔的设计方法，由一处理装置执行，该多层印刷电路板设置有至少一信号通孔，该至少一信号通孔具有一输入输出段及一开路残段，其特征在于，该设计方法包含：

(A)自一第一清单中的一第一列表取得该多层印刷电路板所对应的一迭构信息，该第一列表储存有多笔分别对应不同多层印刷电路板的迭构信息，每一迭构信息包括每一电路层厚度；

(B)自一第二清单中的一第二列表取得该至少一信号通孔所对应的一设置信息，该第二列表储存有多笔分别对应不同信号通孔的设置信息，每一设置信息包括该至少一信号通孔中之一对应者的一信号换层信息，及其所传输之一高频信号的一基本波频率及一相速度；

(C)根据该基本波频率及该相速度取得一间隔距离，该间隔距离为该至少一信号通孔之一邻近该开路残段的信号通孔端与该地过孔之一邻近该开路残段的地过孔端间的距离；

(D)根据该信号换层信息及该每一电路层厚度，取得该至少一信号通孔之该输入输出段及该开路残段各自的长度；及

(E)根据该输入输出段的长度、该开路残段的长度、该基本波频率及该相速度，取得该地过孔的长度。

2.如请求项1所述的多层印刷电路板之地过孔的设计方法，其特征在于，在(C)中，根据以下公式取得该间隔距离，

其中，参数f为该基本波频率，参数ν为该相速度，参数λ为该高频信号的一波长，参数d为该间隔距离。

3.如请求项1所述的多层印刷电路板之地过孔的设计方法，其特征在于，在(E)中，根据以下公式取得该地过孔的长度，

其中，参数x为该输入输出段的长度，参数y为该开路残段的长度，参数z为该地过孔的长度，参数ν为该相速度，参数λ为该高频信号的一波长。

4.如请求项1所述的多层印刷电路板之地过孔的设计方法，其特征在于，该至少一信号通孔之一远离该开路残段的信号通孔端与该地过孔之一远离该开路残段的地过孔端间的距离小于等于该间隔距离。

5.如请求项1所述的多层印刷电路板之地过孔的设计方法，其特征在于，每一设置信息还包括该至少一信号通孔中之该对应者的一位于该多层印刷电路板的坐标，该设计方法还包含：

(F)根据该间隔距离及该至少一信号通孔中之该对应者位于该多层印刷电路板的该坐标，取得该地过孔位于该多层印刷电路板的一坐标信息。

6.如请求项5所述的多层印刷电路板之地过孔的设计方法，其特征在于，还包含：

(G)根据该地过孔位于该多层印刷电路板的该坐标信息及该地过孔的长度，建立一第三清单，该第三清单中包括一第三列表。

7.一种多层印刷电路板，其特征在于，包含：

一第一外电路层，设置有至少一用以传输一高频信号的第一导线；

一第二外电路层；

多个内电路层，设置于该第一及第二外电路层之间，该内电路层中的一者设置有至少一用以输出该高频信号的第二导线，该内电路层中至少有一者为一接地层；

至少一信号通孔，自该第一外电路层贯穿至该第二外电路层，且耦接于对应的该第一及第二导线，对应的该第一导线经由该至少一信号通孔耦接至对应的该第二导线以传输该高频信号；及

至少一地过孔，仅自该内电路层中的一层贯穿至该内电路层中其余的一层、该第一外电路层，及该第二外电路层三者中的一者，且该至少一地过孔所贯穿之多个电路层中的一层为一接地层，

该至少一信号通孔具有一输入输出段及一开路残段，该输入输出段形成于对应的该第一及第二导线间，该开路残段形成于对应的该第二导线及该第二外电路层间，该至少一信号通孔之一邻近该开路残段的信号通孔端与该地过孔之一邻近该开路残段的地过孔端相隔一间隔距离，

该信号通孔还对应一设置信息，该设置信息包括该信号通孔中之一对应者的一信号换层信息，及其所传输之一高频信号的一基本波频率及一相速度，根据该基本波频率及该相速度取得该间隔距离。

8.如请求项7所述的多层印刷电路板，其特征在于，该间隔距离如下，

其中，参数f为该高频信号之一基本波频率，参数ν为该高频信号的一相速度，参数λ为该高频信号的一波长，参数d为该间隔距离。

9.如请求项7所述的多层印刷电路板，其特征在于，该地过孔的长度如下，

其中，参数z为该地过孔的长度，参数x为该输入输出段的长度，参数y为该开路残段的长度，参数ν为该高频信号的一相速度，参数λ为该高频信号的一波长，参数d为该间隔距离。

10.如请求项7所述的多层印刷电路板，其特征在于，该至少一地过孔为一盲孔、一埋孔、一由一盲孔与一埋孔相组合而成，及一经由一背钻技术钻设而成的钻孔中的其中一者。