專利名稱：電路板設計的制作方法
技術領域：
本發明涉及電路板設計。更特殊地，本發明涉及改進電路板，以提高其電氣性能。
電路板，包括印刷電路板或PCB，在本行業中常用于在單個單元中來連接元件。最常見類型的印刷電路板是由在本領域被稱為FR4的材料制成的。這類電路板的加工相對比較便宜。它是用玻纖(fiberglass)纖維(fiber)的矩形格柵(grid)或織物(cloth)來構成的，所述玻纖纖維通常是采用環氧樹脂來結合到銅基底的。另外，玻纖織物可以用環氧樹脂來浸漬。阻燃劑(FR)被加到板中，從而使所述板可以經受高熱的環境(例如，當將元件焊到板上時)。電導體(例如，用銅制成)被沉積到板中或板的任一側上，并且在板上的元件(例如，集成電路芯片)、用于插入其他電路板(例如，插入到母板中的子板)的插座等之間傳輸信號。在本領域中，用于FR4電路板的材料在降低信號線之間的串擾(crosstalk)方面已經是有效的。
FR4電路板也用來在差分點對點(point to point)接口中傳輸信號。在這樣的接口中，提供兩條信號線跡線(trace)來傳輸一個數據信號。第一條跡線傳輸所述數據信號的一部分，這部分的信號與在第二條跡線上傳輸的所述數據信號的其他部分180°異相(out-of-phase)。在兩條信號線跡線的接收端，兩個異相的信號被差分(differentiated)，從而再現在信號中傳輸的原始數據。信號跡線對常常用于總線體系結構中。
在目前的操作頻率下，FR4已經成功地被用于差分信號的傳輸。隨著元件(包括處理器)操作頻率的提高，在將FR4用作電路板材料時可能出現問題。例如，當總線頻率超過1GHz(千兆赫，或者每秒10億個周期)，差模-共模轉換(differential to common modeconversion)對信號跡線對來講可能成為問題。在這種轉換中，在第一和第二跡線之間的相位差從上述最佳的180°偏離。如果相位差下降到某個閾值以下，接受設備將無法差分(differentiate)所述的兩個信號以取回(retrieve)原始的數據信號。盡管這樣的轉換出現在FR4電路板中，然而在較低的頻率，轉換的水平還不是一個考慮因素。在較高的頻率，這種轉換會變得嚴重，使公知的FR4電路板的使用無法進行。
對這種問題的一種解決方案是用一種不同的(或許是均勻的(homogeneous))材料來替換FR4板。這樣的板在本領域是公知的，但是通常比普通的FR4材料更昂貴。
由于上述原因，存在對改進的電路板材料的需求。
圖1為具有矩形柵格(lattice)結構和一對信號跡線的FR4電路板的使用示意圖。
圖2為具有鋸齒形或人字形柵格結構和一對信號跡線的FR4電路板的使用示意圖。
圖3為根據本發明的實施方案，改進的FR4電路板和一對信號跡線的使用示意圖。
圖4a-c為本發明的實施方案的示意圖，所述實施方案采用FR4電路板的部分來加工電路板。
具體實施例方式 參見圖1，圖中表示的是具有一對信號跡線的FR4板的部分。電路板10分別包括垂直和水平玻纖纖維11a，11b。雖然只示出了一個矩形柵格結構，但是可以在電路板10中提供多個這樣的柵格結構。電路板10還包括樹脂12(例如環氧樹脂)，所述樹脂被設置成遍及玻纖纖維11a，11b的矩形柵格結構11a-b。在圖1的板中，提供了一對信號跡線13a，13b。在該實施例中，信號線一般平行于水平玻纖纖維11b。這些信號跡線可以埋置在電路板的樹脂中，設置在電路板的樹脂的頂上，等等。如圖1所示，第一信號線13a被一般地設置在相鄰的水平纖維11b之間。在該實施例中，每條信號線跡線具有約5密耳(mil)(即，5毫英寸或0.005英寸)的寬度。然而，第二信號線13b被一般地設置在水平纖維11b中的一根的上面。在該實施例中，跡線間的間距為5密耳(mil)。
當將所述的第一和第二信號線跡線用于差分信號傳輸時，期望使這些跡線在特性阻抗和傳播常數方面是等同的。采用低頻率時，FR4電路板材料的非均勻性對信號跡線的這些特征的影響是可以忽略的。然而，當信號頻率增加時，在所述信號跡線附近的材料組成中的差異對這些特征具有顯著影響。在高信號頻率，這些特征將對由所述跡線傳輸的信號的大小和相位有影響。如果電路板材料對這些跡線中的特性阻抗和傳播常數的影響是不同的，那么，確定在這些跡線中的信號間的差異變得更加困難，并且會導致期望被傳輸的數據丟失。
在圖1的實施例中，在第二跡線13b附近的板材料具有相對較高的玻纖對樹脂的比率，而在第一跡線13a附近的板材料是以玻纖對樹脂的比率要低得多的材料組成的。在604MHz(即604兆赫茲或每秒604兆個周期)，5密耳(mil)寬的FR4電路板跡線具有在3.32和3.50之間變化的介電常數Er。采用兩條5密耳寬并且間隔5密耳的信號線跡線，對30英寸的跡線長度而言，由于所述跡線對之間的累積相移而產生的完全差模-共模轉換(即全部信號損失)估計出現在3.5GHz。
根據本發明的實施方案，采用設想用于FR4電路板的同類材料來制造電路板。圖2表示的是所述的實施方案。參見圖2，在所示的電路板20的部分中，第一和第二玻纖纖維組21a，21b互相重疊。這些組在這個實施方案中形成鋸齒形(zig-zag)或人字形(herringbone)的設計。換句話說，每個玻纖組是以頂點連接的直線段(即，如在周期性的三角波形中那樣)為特征的。雖然示出了兩組玻纖纖維，可以提供一組或更多組這樣的組。與在FR4電路板中一樣，加入樹脂以形成電路板結構。正如在本領域中對FR4電路板所公知的那樣，將存在樹脂材料對玻纖材料的比率相對高的區域(如在區域25)以及所述比率相對較低的區域(如在區域27)。另外，兩條信號線跡線23a，23b被設置在電路板20之中或之上。如從圖2中可見，存在于信號線跡線23a，23b附近的電路板材料是在樹脂和玻纖材料之間的不同比率的混和物。在這個實施方案中，其作用是總體上講，所述第一信號線跡線23a附近的材料的內容與所述第二信號線跡線23b附近的材料相比將是相似的。由于第一和第二信號線跡線23a，23b附近的材料是相似的，因此，總體上講，當將這些跡線用于差模信號傳輸(signaling)時，存在較少的差模-共模轉換。
在圖2的實施方案中，玻纖材料被形成為鋸齒形或人字形設計。相鄰纖維之間的間距與圖1中的玻纖柵格的間距近似，即約5密耳(mil)。隨著信號頻率的提高和信號跡線寬度的減小，玻纖材料柵格的密度(即，厚度和間距)可以被調整，從而減小在信號線對中的差模-共模轉換。
用于在圖1的電路板10中使用的玻纖織物的矩形柵格是以常規方式制成的。所述織物是通過獲得玻纖纖維并且將它們編織在一起或交織水平纖維和垂直纖維來制成的。通過修改目前加工玻纖織物的系統，可以進行圖2中的鋸齒形或人字形設計的制造。例如，在構成玻纖的第一組21a中，當纖維被安放到表面上時，可以左右地(side-to-side)移動給出(emitting)玻纖纖維的裝置。可替換地，當纖維被安放時，可以左右地移動其上被安放纖維的表面。一旦鋸齒形或人字形的玻纖纖維被制成，可以采用環氧樹脂將其附著到銅基底上，正如采用標準的FR4制造方法一樣。因此，通過以常規的方式從電路板上去除不想要的銅可以形成信號線跡線23a，23b。
圖2中所示的本發明實施方案可以以與目前可以獲得的常規FR4電路板相近的低成本來制造。圖2的板的加工可以采用許多與在常規FR4電路板的加工中使用的設備相同的設備。
圖3所示為本發明的另一個實施方案。在圖3中，FR4電路板是以常規方式制成的。換句話說，在環氧樹脂33中提供了水平和垂直玻纖纖維31a，31b的玻纖織物。在玻纖纖維和樹脂成形在一起后，整個裝置被旋轉，然后切割到應有的尺寸。例如，在圖3中，玻纖柵格被旋轉45°(即，水平玻纖纖維或垂直纖維與切割線形成45°的非垂直角(non-rightangle))。當將兩條導電跡線35a，35b設置在電路板37上時，容易發現兩條導體都經過較高玻纖樹脂比(fiberglass-to-resin)的材料和較低玻纖樹脂比的材料的區域，這樣有助于降低在兩條導體跡線中的信號之間的差模-共模轉換。
通過考慮本發明的說明書和實施，對本領于技術人員而言，本發明的其他實施方案將會明顯。另外，為了描述清晰的目的，而非出于限制本發明的目的，使用了某些術語。上面描述的實施方案和優選特征應當認為是示例性的，而本發明是由所附權利要求書來定義的。
例如，一塊或多塊常規的FR4板可以被旋轉(例如，45°)并且切成很多方塊。然后，來自所述板(多塊)的多塊單獨的方塊可以再旋轉到期望的方向并且重新形成在一起。圖4a-c所示為這樣的實施例。在圖4a中，FR4板被旋轉30°并且被切成多個部分或方塊41。在圖4b中，第二塊FR4板被旋轉45°并且被切成多個部分或方塊42。然后，如果需要，多個單獨的方塊可以被旋轉，并且接著被重新形成合在一起，以形成具有導體43a，43b的新的FR4板。
盡管圖4a-c所示的實施方案具有直線形狀，其他形狀也可以使用。另外，如圖4a-c所示，在用來構建新的FR4板的各個部分之間，玻纖纖維的密度是不需要相同的。
權利要求
1.一種電路板，包括
樹脂；以及
以鋸齒形排列的第一組玻纖纖維。
2.如權利要求1的電路板，還包括
以鋸齒形排列的第二組玻纖纖維，所述第二組玻纖纖維與所述第一組玻纖纖維相組合，以形成人字形設計。
3.如權利要求2的電路板，還包括
在所述電路板中傳送電信號的第一導體。
4.一種制造電路板的方法，包括
采用水平和垂直玻纖纖維來形成電路板；
旋轉所述電路板；
切割所述電路板，其中所述水平和垂直玻纖纖維與用于所述電路板的切割線形成非垂直角。
5.如權利要求4的方法，其中所述非垂直角為45°。
6.一種電路板，包括
樹脂；
在所述樹脂中相互垂直設置的第一和第二組玻纖纖維，其中所述樹脂以及第一和第二組玻纖纖維被切割，從而使所述第一和第二組玻纖纖維與所述板的切割線形成非垂直角。
7.如權利要求6的電路板，其中所述非垂直角為45°。
8.如權利要去7的電路板，還包括
設置在所述電路板上、在所述電路板中傳送電信號的第一導體。
9.一種制造電路板的方法，包括
將第一和第二組玻纖纖維形成為人字形圖案。
10.如權利要求9的方法，還包括
將所述第一和第二組玻纖纖維設置在環氧樹脂中。
11.如權利要求10的方法，還包括
將第一導體設置到所述電路板上。
12.一種制造電路板的方法，包括
采用水平和垂直玻纖纖維形成第一電路板；
旋轉所述第一電路板；
切割所述第一電路板，其中所述水平和垂直玻纖纖維與所述第一電路板的切割線形成非垂直角；
采用水平和垂直玻纖纖維形成第二電路板；
旋轉所述第二電路板；
將所述第二電路板切割成若干部分，其中所述水平和垂直玻纖纖維與所述第二電路板的切割線形成第二非垂直角；
采用所述第一和第二電路板的部分來重新形成改進的電路板。
13.如權利要求11的方法，還包括
在所述改進的電路板上形成第一和第二導體。
14.一種制造電路板的方法，包括
形成第一和第二組玻纖纖維的人字形圖案；
用環氧樹脂來浸漬所述人字形圖案，以形成FR4電路板；以及
在所述FR4電路板上形成第一和第二導體。
15.如權利要求14的方法，其中所述人字形圖案是通過編織所述第一和第二組玻纖纖維來形成的。
16.如權利要求15的方法，其中，在所述形成操作中，多個第一和第二組玻纖纖維被形成為人字形圖案。
全文摘要
描述了一種電路板，其中玻纖纖維圖案已被改進，所述圖案與在常規FR4電路板中發現的圖案不同。在一個實施方案中，多組玻纖纖維以鋸齒形或人字形的方式被設置。在一種使用中，當一對導體被設置到板上或設置在板中時，圍繞第一導體的材料傾向于與圍繞第二導體的材料相類似。這樣做可以降低在所述導體間的差模-共模轉換。
文檔編號H05K1/02GK101147432SQ200480023188
公開日2008年3月19日 申請日期2004年8月13日 優先權日2003年8月15日
發明者詹姆斯·麥考爾, 戴維·夏伊金德 申請人:英特爾公司