一种印刷电路板和印刷电路板的设计方法
阅读说明：本技术 一种印刷电路板和印刷电路板的设计方法 (Printed circuit board and design method thereof ) 是由 李雅君 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种印刷电路板和印刷电路板的设计方法,至少包括信号层和混合PP层；信号层按照传输的信号速率进行分区；混合PP层由损耗不同的基材拼接组成；且传输信号速率最大的分区在混合PP层对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号速率最大的分区之外的分区在混合PP层对应的区域分别采用相应损耗的基材。本发明还提出了一种印刷电路板的设计方法,用于设计一种印刷电路板。根据将信号层分割成不同的基材区,然后在每个信号层的上下使用不同成本的介质基材,基材进行同层混合的设计,在基材压合时,将PP水平旋转预设角度。可以极大地避免编织效应对高速信号的影响,保证信号完整性和产品性能的基础上降低PCB的基材生产成本。(The invention provides a printed circuit board and a design method thereof, which at least comprises a signal layer and a mixed PP layer; the signal layer is partitioned according to the transmission signal rate; the mixed PP layer is formed by splicing base materials with different losses; the partition with the maximum transmission signal rate adopts the base material with the minimum loss in the area corresponding to the mixed PP layer; and the subareas except the subarea with the maximum transmission signal rate respectively adopt the base materials with corresponding losses in the areas corresponding to the mixed PP layer. The invention also provides a design method of the printed circuit board, which is used for designing the printed circuit board. According to the method, a signal layer is divided into different substrate areas, then medium substrates with different costs are used above and below each signal layer, the design of mixing the same layers is carried out on the substrates, and when the substrates are laminated, PP is horizontally rotated by a preset angle. The influence of the weaving effect on the high-speed signal can be greatly avoided, and the production cost of the base material of the PCB is reduced on the basis of ensuring the integrity of the signal and the performance of the product.)
技术领域
本发明属于印刷电路板设计技术领域，特别涉及一种印刷电路板和印刷电路板的设计方法。
背景技术
PCB，(Printed Circuit Board)即印刷电路板。随着电子技术的发展以及行业竞争压力的增大，使得服务器产品整机日益趋向小型化及设计生产成本的降低，进而在研发过程中，需要研发设计人员更加精细地考虑及处理PCB设计过程中遇到的许多问题，在保证产品性能最优化的前提下降低产品设计及生产成本。
在现有的PCB设计过程中，在基材选择方面，会优先根据PCB板卡上信号传输速率及信号损耗要求，选择符合要求的PCB基材，从而保证重要信号线的信号质量。以PCB的8层板设计为例，典型的叠层结构及基材选择如下表1所示：
层叠
类型
材料
厚度(mil)
材料类型
top
SIGNAL
Copper
1.9
1oz+Plating
PP
2.7
PP(1080(RC65))
L2
GND
Copper
1.2
1oz
Core
4.0
CORE(1*3313)
L3
SIGNAL
Copper
1.2
1oz
PP
15.0
PP(2116(RC61)*3)
L4
GND/PWR
Copper
2.4
2oz
Core
5.0
CORE(2*1078)
L5
GND/PWR
Copper
2.4
2oz
PP
15.0
PP(2116(RC61)*3)
L6
SIGNAL
Copper
1.2
1oz
Core
4.0
CORE(1*3313)
L7
GND
Copper
1.2
1oz
PP
2.7
PP(1080(RC65))
bottom
SIGNAL
Copper
1.9
1oz+Plating
由表1可以看出，在PP和CORE基材类型的选择上，以一整层作为单位来调整材料类型，不会根据每一层实际的PCB布线情况来选择符合条件而且成本最低的基材。现有技术虽然会根据板卡信号的不同，来调整板卡所使用的不同基材，但是经常会出现为了某一层较少数的重要信号线，而一整层都使用损耗低、性能好、成本高的Low Loss基材，这样非常不利于降低成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种印刷电路板和印刷电路板的设计方法。首先既满足了信号性能的要求，又可以极大地降低生产成本；通过充分利用基材废料和不够生产大料尺寸的基材，提高了基材的利用率，有利于保护环境和降低材料成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种印刷电路板，所述印刷电路板至少包括信号层和混合PP层；
所述信号层按照传输的信号速率进行分区；所述混合PP层由损耗不同的基材拼接组成；
且传输信号速率最大的分区在混合PP层对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号速率最大的分区之外的分区在混合PP层对应的区域分别采用相应损耗的基材。
进一步的，所述信号层按照传输的信号速率进行分区包括：所述信号层按照传输的信号速率分为第一分区、第二分区和第三分区；
传输速率大于第一速率阈值为第一分区；大于第二速率阈值小于第一速率阈值为第二分区；小于第二速率阈值为第三分区；其中，第一速率阈值大于第二速率阈值。
进一步的，所述混合PP层由损耗不同的基材拼接组成还包括：所述混合PP层由损耗依次升高的第一基材、第二基材和第三基材横向拼接组成；第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区在混合PP层对应的区域采用第二基材；第三分区在混合PP层对应的区域采用第三基材。
进一步的，所述混合PP层相对于信号层水平旋转预设角度，用于消除编制效应引起的传输时延。
进一步的，所述预设角度为10度至35度中的任意一个角度。
进一步的，所述混合PP层由损耗不同的基材拼接组成包括：所述混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成；且所述第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区和第三分区在混合PP层对应的区域均采用第二基材。
进一步的，当所述混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成时，将所述第一基材和第二基材压合后，混合PP层的介电常数为：
其中，ε1为第一基材的介电常数；ε2为第二基材的介电常数；h1为第一基材的厚度；h2为第一基材的厚度。
本发明还提出了一种印刷电路板的设计方法，用于设计所述的一种印刷电路板，包括以下步骤：
将印刷电路板的信号层按照信号的传输速率进行分区；
根据所述信号层的分区，切割对应的PP层；且传输信号最重要的分区在混合PP层切割后对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号最重要的分区之外的分区在混合PP层切割对应的区域分别采用相应损耗的基材。
进一步的，所述将印刷电路板的信号层按照传输的信号重要程度进行分区包括：将印刷电路板的信号层按照传输的信号重要程度划分为重要程度依次降低的第一分区、第二分区和第三分区。
进一步的，所述传输信号速率最大的分区在混合PP层对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号速率最大的分区之外的分区在混合PP层对应的区域分别采用相应损耗的基材包括：
混合PP层由损耗依次升高的第一基材、第二基材和第三基材横向拼接组成；第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区在混合PP层对应的区域采用第二基材；第三分区在混合PP层对应的区域采用第三基材；或者，混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成；且所述第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区和第三分区在混合PP层对应的区域均采用第二基材。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种印刷电路板和一种印刷电路板的设计方法，印刷电路板至少包括信号层和混合PP层；信号层按照传输的信号速率进行分区；混合PP层由损耗不同的基材拼接组成；且传输信号速率最大的分区在混合PP层对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号速率最大的分区之外的分区在混合PP层对应的区域分别采用相应损耗的基材。本发明还提出了一种印刷电路板的设计方法，用于设计一种印刷电路板。本发明中根据信号层的PCB布线设计，将信号层分割成不同的基材区，然后在每个信号层的上下使用不同成本的介质基材，提出将基材进行同层混合的设计；一些基材的小面积废料也可以得到充分的利用，在基材压合时，将PP水平旋转10度。既满足了信号性能的要求，又可以极大地降低生产成本；通过充分利用基材废料和不够生产大料尺寸的基材，提高了基材的利用率，有利于保护环境和降低材料成本。而且Layout工程师在设计PCB布线的过程中，使用10度走线的设计，这样更加简便快捷易实现，可以极大地避免编织效应对高速信号的影响，避免了走线频繁转角而造成线宽的细微变化，有利于在保证信号完整性和产品性能的基础上降低PCB的基材生产成本。
附图说明
如图1为本发明实施例1一种印刷电路板中基材选择示意图；
如图2为本发明实施例1一种印刷电路板信号层高速线示意图；
如图3为本发明实施例1一种印刷电路板中信号层区域划分示意图；
如图4为本发明实施例1一种印刷电路板中跨区域线宽的变化示意图；
如图5为本发明实施例1一种印刷电路板中基材压合示意图；
如图6为本发明实施例1一种印刷电路板中CORE层水平压合过程切换图；
如图7为本发明实施例1一种印刷电路板水平压合示意图；
如图8为本发明实施例1一种印刷电路板中PP层水平旋转10度的俯视图；
如图9为本发明实施例1一种印刷电路板中PP层水平旋转10度的主视图；
如图10为本发明实施例1编制效应影响的对比示意图；
如图11为本发明实施例2中垂直压合基材示意图；
如图12为本发明实施例3一种印刷电路板设计方法流程图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
本发明实施例1提出了一种印刷电路板，可以根据每一层PCB信号线的布线设计来选择不同级别的基材，在同一层，选择在不同区域使用不同成本的基材进行混合。印刷电路板至少包括信号层和混合PP层；
信号层按照传输的信号速率进行分区；所述混合PP层由损耗不同的基材拼接组成；且传输信号速率最大的分区在混合PP层对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号速率最大的分区之外的分区在混合PP层对应的区域分别采用相应损耗的基材。
信号层按照传输的信号速率分为第一分区、第二分区和第三分区；传输速率大于第一速率阈值为第一分区；大于第二速率阈值小于第一速率阈值为第二分区；小于第二速率阈值为第三分区；其中，第一速率阈值大于第二速率阈值。混合PP层由损耗依次升高的第一基材、第二基材和第三基材横向拼接组成。第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区在混合PP层对应的区域采用第二基材；第三分区在混合PP层对应的区域采用第三基材。
如图1为本发明实施例1一种印刷电路板中基材选择示意图；针对每一个信号层的PCB布线，根据信号线的速率和信号重要性等，分割成Normal(普通区)、低损耗区和过渡区部分。在关键信号线处使用低损耗、性能好、成本高的Ultra Low Loss(超低损耗)基材，在非关键信号线处使用中损耗、性能一般、成本较低的Normal基材(普通基材)，在过渡区使用Low Loss基材(低损耗基材)。以16GHz、带状线为例，Normal基材的损耗标准是2.1dB/in，Low loss基材的损耗标准1.49dB/in，Ultra Low loss基材的损耗标准是0.96dB/in。如图1为本发明实施例1一种印刷电路板中基材选择示意图；如图2为本发明实施例1一种印刷电路板信号层高速线示意图，这一层只有几对高速差分线，其他部分均为低速单端线。如图3为本发明实施例1一种印刷电路板中信号层区域划分示意图；将信号层的参考介质分割成三个部分，左边部分无重要信号线，为Normal区，其参考介质选择Normal基材；右边部分有传输速率高的重要信号线，为低损耗区，其参考介质选择Ultra Low loss基材；在Normal区和低损耗区之间设置5mm过渡区，使用Low loss基材。由于不同基材的介电常数不同，所以当信号从低损耗区经由过渡区进入Normal区时，基材的介电常数在变大，信号线的线宽会变小；以50ohms阻抗线为例，信号线在A点由7mil减小到6.4mil，在B点由6.4mil减小到6mil，如图4为本发明实施例1一种印刷电路板中跨区域线宽的变化示意图，对应于如下表二中的线宽变化数据。
在分割好不同成本的基材部分后，将每一层的基材选择要求发送给PCB板厂，PCB板厂在备料时需要根据每一层的基材区域分割来加工PP和CORE。在压合CORE时，需要先根据设计人员提供的基材区域分割图将不同的基材切割成需要的尺寸，如图5为本发明实施例1一种印刷电路板中基材压合示意图；不同成本的基材再进行同层混合。然后铜箔、混合基材、铜箔经过高温高压压合在一起，如图6为本发明实施例1一种印刷电路板中CORE层水平压合过程切换图；形成一张混合CORE。在压合PCB板时，将铜箔、混合PP、混合CORE等压合在一起。如图7为本发明实施例1一种印刷电路板水平压合示意图；即可完成一张低成本板卡。这样一些基材较小面积的废料也可以实现重新利用，提高了基材的利用率。
在压合CORE和PCB之前，需要将Ultra Low Loss基材水平旋转预设角度，旋转预设角度在10度到35度之间都可以实现。(随着旋转角度增大，板材利用率会降低，所以从成本的角度考虑，优先选择10度。如图8为本发明实施例1一种印刷电路板中PP层水平旋转10度的俯视图；这样制作出来的PCB不需要Layout工程师在PCB布线过程中进行10度走线的设计。如图9为本发明实施例1一种印刷电路板中PP层水平旋转10度的主视图；白色示意为铜板，黑色示意为PP。如图10为本发明实施例1编制效应影响的对比示意图；左图为正常走线，右图为旋转PP之后的10度走线。由于编织效应，差分线的P和N的传输延时差较大，10度走线可以消除这种影响。
实施例2
由于同层混合在生产加工时较为复杂，所以提出直接压合Ultra Low Loss基材的设计方法。即混合PP层由损耗不同的基材拼接组成包括：混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成；且第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区和第三分区在混合PP层对应的区域均采用第二基材。
混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成时，将所述第一基材和第二基材压合后，混合PP层的介电常数为：
其中，ε1为第一基材的介电常数；ε2为第二基材的介电常数；h1为第一基材的厚度；h2为第一基材的厚度。
在Layout布线完成时，将信号层上重要信号线的区域划分为Ultra Low Loss区域，其参考介质除了正常的Normal基材，再额外增加一层Ultra Low Loss基材，这样既避免了整层都使用成本高的Ultra Low Loss基材，又保证了信号的传输质量。如图11为本发明实施例2中垂直压合基材示意图；
这样直接压合的基材介电常数介于Normal基材和Ultra Low Loss基材之间，直接压合的基材的介电常数ε与Normal基材和Ultra Low Loss基材的介电常数的关系为：
其中，ε1是Normal基材的介电常数，ε2是Ultra Low Loss基材的介电常数，h1是Normal基材的厚度，h2是Ultra Low Loss基材的厚度。
基材的损耗会优于Normal基材，既可以保证信号的传输质量，又可以降低成本。
根据信号层的PCB布线设计，将信号层分割成不同的基材区，然后在每个信号层的上下使用不同成本的介质基材，提出将基材进行同层混合的设计；一些基材的小面积废料也可以得到充分的利用，在基材压合时，将PP水平旋转10度至35度中的任意角度。这样更加简便快捷易实现，可以极大地避免编织效应对高速信号的影响，避免了走线频繁转角而造成线宽的细微变化，有利于在保证信号完整性和产品性能的基础上降低PCB的基材生产成本。
实施例3
基于本发明实施例1和实施例2提出的一种印刷电路板，本发明实施例3提出了一种印刷电路板的设计方法。如图12为本发明实施例3一种印刷电路板设计方法流程图。
在步骤S1201中，将印刷电路板的信号层按照信号的传输速率进行分区；
信号层按照传输的信号速率分为第一分区、第二分区和第三分区；传输速率大于第一速率阈值为第一分区；大于第二速率阈值小于第一速率阈值为第二分区；小于第二速率阈值为第三分区；其中，第一速率阈值大于第二速率阈值。
在步骤S1202中，根据信号层的分区，切割对应的PP层；且传输信号最重要的分区在混合PP层切割后对应的区域采用损耗最小的基材；除传输信号最重要的分区之外的分区在混合PP层切割对应的区域分别采用相应损耗的基材。
混合PP层由损耗依次升高的第一基材、第二基材和第三基材横向拼接组成；第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区在混合PP层对应的区域采用第二基材；第三分区在混合PP层对应的区域采用第三基材；且
混合PP层相对于信号层水平旋转预设角度，用于消除编制效应引起的传输时延。其中预设角度为10度至35度中的任意一个角度。
或者，混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成；且所述第一分区在混合PP层对应的区域采用第一基材；第二分区和第三分区在混合PP层对应的区域均采用第二基材。
混合PP层由损耗依次升高的第一基材和第二基材垂直拼接组成时，将所述第一基材和第二基材压合后，混合PP层的介电常数为：
其中，ε1为第一基材的介电常数；ε2为第二基材的介电常数；h1为第一基材的厚度；h2为第一基材的厚度。
本发明实施例3提出了混合CORE的压合方法；在压合过程中将基材水平旋转10度以避免编制效应的设计；局部压合Ultra Low Loss基材的设计方法。更加简便快捷易实现，可以极大地避免编织效应对高速信号的影响，避免了走线频繁转角而造成线宽的细微变化，有利于在保证信号完整性和产品性能的基础上降低PCB的基材生产成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。