专利名称：具有微波光子晶体结构接地层的高速印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及印刷电路板技术领域，更具体地说具有微波光子晶体(MPC)结构接地层的高速印刷电路板。
背景技术：
电子技术的发展使得IC的工作速度越来越快，器件工作频率越来越高。当信号的互连延迟大于边沿信号翻转阀值时间的20％时，PCB(印刷电路板)板上信号线就会呈现出传输线效应，即连线不再是显示集总参数的单纯的导线性能，而是呈现出分布的参数效应。这时，由于阻抗的不匹配，以及在不同分支上传输时间的不一致和损耗、串扰等，使高速PCB数字电路系统设计的信号完整性问题以及电磁兼容性方面的问题变得日趋严重。
在高速PCB数字电路中，引起信号完整性变坏的原因是多方面的，主要有以下几个方面(1)传输线之间的串扰引起的信号波形的改变。传输线的电介质层能吸引电磁场使其不向外扩散，而只能沿接地板表面传播而生成表面波。随着工作频率的增加，表面波会越来越严重并与相邻的传输线相互耦合而产生的不期望的噪声电压信号。如果串扰超出一定的值将可能引发电路误动作从而导致系统无法正常工作。(2)传输线损耗会引起幅频特性变化。高速IC封装设计中，波导产生的泄漏是传输损耗的一个主要形式。泄漏主要以表面波或平行板模的形式存在。平行板模主要存在于带状线或有背撑导体的共面微带线的地平面之间，并且在整个频率范围内都存在，而表面波主要存在于微带线中，通常发生在较高频率下。这些泄漏模会沿地平面和介质中发生漏电现象，这些损耗不仅降低信号的幅度而且还减慢信号的边缘速度，进而造成信号发散及抖动容限较差。(3)随着系统开关速度增加，电磁辐射可能成为一个严重问题，并产生电磁干扰。频率高达几千兆赫的辐射可能通过信号线、电源/接地层或者电源/地线传导噪声，从而导致多个网络之间、单系统芯片之间或者多系统之间的性能降低。(4)PCB电路中的非线性器件产生的高次谐波，这些无用的高频寄生信号不但消耗能量而且会影响到整个电路板的性能。
在解决信号完整性问题和电磁兼容问题中，传统的方法是为不同速率的信号设置不同的布线层，并合理地设置电源、地平面层分布。同时，为传输线设置包地或过孔会等也是解决串扰问题的一个有效途径。但这些措施无疑会增加PCB板的层数提高了成本并导致同层布线量增加，使原本有限的布线区域更加拥挤。另外，随频率的增加，泄漏模在同层微带线之间通过接地层泄漏和串扰也是不可避免的。所以今天的电子产品设计迫切需要区别于传统设计环境、设计流程和设计方法的全新思路、流程、方法和技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有微波光子晶体结构接地层的高速印刷电路板。
为了解决在多层PCB电路板中由于表面波或平行板模产生的泄漏和串扰以及电磁兼容等问题，本发明目的在于提供一种新的地平面结构设计，即把具有紧凑的周期性排列的MPC(微波光子晶体)结构刻蚀在金属接地版上，利用MPC在某个频率范围内具有阻带效应可以有效地抑制泄漏模和寄生高次谐波的产生，降低信号在高频段的传输损耗，并阻止噪音信号在地平面上的传播。当这种MPC的周期性结构尺寸可与微波波长相比拟时，这种周期排列结构的电磁特性可以用集总的电路单元(电容或电感)来表达，通过周期布置的电感和电容的耦合效应，会产生一个阻带，其中心频率由MPC的单元周期尺寸决定，阻带的宽度和深度由每个单元的结构尺寸决定，且截止频率处的带边很陡峭。当阻带的宽度设计的较大时，这种二维周期MPC的行为具有低通滤波器的功能，根据电路板工作信号频率的大小设计MPC的周期和单元尺寸，使有用信号落在通带以内，高频的串扰和噪音信号被截止。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在多层的高速PCB电路板的每一接地层上刻蚀如图1所示的MPC单元(单元亦可以是矩形、圆形、三角形和棱形等具有MPC效应的形状)结构，其具体的周期和单元结构尺寸根据所传输有用信号的频率来确定。所铺设的MPC如图2所示。在高速PCB电路板中，高速信号传输一般通过微带线、共面微带线和带状线等传送，在以上传输线的接地面设计成MPC结构可以有效地解决串扰和损耗问题。
本发明是把具有周期性排列的微波光子晶体结构应用到高速印刷电路板(PCB)接地层的结构设计中。
本发明的有益效果是通过MPC产生的阻带效应可以有效地抑制在传输线上产生的表面波和平行板模；可以抑制由于高频辐射和非线性电路元器件产生的噪音和高次谐波；通过对泄漏模的抑制可以降低传输损耗和串扰保证信号的完整性。
技术方案具有MPC结构接地层的高速印刷电路板，在高速PCB板接地层上刻蚀周期排列的MPC结构单元组成二维周期性金属MPC地平面。
在高速PCB板中，在不同的传输线的地平面上应用MPC结构。
传输线是微带线、共面微带线、背面接地的共面微带线和带状线。
MPC单元可选择矩形、圆形、三角形和棱形等可等效为电容—电感结构的形状。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中图1是其中一种二维MPC结构单元的细节图。
图2是在电介质层上铺设二维周期性排列的金属MPC结构的地平面图。
图3是在高速PCB板中，不同类型的传输线中使用MPC结构地平面的立体图。
具体实施例方式
具有MPC结构接地层的高速印刷电路板，其制作过程完全兼容现代PCB板的制作工序。根据设计要求，在需要铺设MPC的覆铜接地版上通过曝光显影和刻蚀工艺，加工出如图2所示的具有周期性排列的MPC结构地平面，根据需要截止的电磁场模式来选择MPC单元，就如图1所给的其中一种结构形状。根据不同层中传输线种类不同，此地平面与传输线中心导体的配置可按图3(a)、(b)、(c)和(d)所示的传输线结构分别制造成微带线、共面微带线、背面接地的的共面微带线和带状线。需要注意的是，为了保证非共面地层的相连而在PCB板中加工出的过孔与中心导体要保持3-4个周期的距离以防对MPC阻带结构的破坏。
图3中，(a)是微带线；(b)是共面微带线；(c)是背面接地的的共面微带线；(d)是带状线1-中心导体，2-微波光子晶体地平面，3-电介质层，4-背面接地层。
权利要求
1.一种具有MPC结构接地层的高速印刷电路板，其特征在于在高速PCB板接地层上刻蚀周期排列的MPC结构单元组成二维周期性金属MPC地平面。
2.根据权利要求1所述的具有MPC结构接地层的高速印刷电路板，其特征在于，在高速PCB板中，在不同的传输线的地平面上应用MPC结构。
3.根据权利要求2所述的具有MPC结构接地层的高速印刷电路板，其特征在于，传输线是微带线、共面微带线、背面接地的共面微带线和带状线。
4.根据权利要求1或2所述的具有MPC结构接地层的高速印刷电路板，其特征在于，MPC单元可选择矩形、圆形、三角形和棱形可等效为电容一电感结构的形状。
全文摘要
本发明涉及印刷电路板(PCB)技术领域，更具体地说具有微波光子晶体(MPC)结构接地层的高速印刷电路板。在高速PCB板接地层上刻蚀周期性排列的MPC单元组成二维周期性金属MPC地平面。在高速PCB板中，在不同的传输线，如传输线是微带线、共面微带线、背面接地的共面微带线和带状线的地平面上应用MPC结构。MPC单元可选择矩形、圆形、三角形和棱形等可等效为电容－电感结构的形状。
文档编号H04B3/32GK1809244SQ200510011210
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月20日 优先权日2005年1月20日
发明者伞海生, 刘超, 祝宁华 申请人:中国科学院半导体研究所