测量多层印刷电路板介电常数的方法和系统与流程

本公开涉及一种测量多层印刷电路板介电常数的方法和测量多层印刷电路板介电常数的系统。

背景技术：

随着集成电路设计技术的快速发展，印刷电路板(pcb)作为芯片等各种电子器件的载体，正向着高密度、高速、低功耗、低成本的方向发展。

在研究多层pcb电路板的传输速度等特性时，首先需要了解其物理特性，例如pcb电路板的介电常数等。

技术实现要素：

本公开的一个方面提供了一种测量多层印刷电路板介电常数的方法，所述多层印刷电路板包括相对的第一外表面和第二外表面，以及位于所述第一外表面和第二外表面之间的至少一个中间层，所述方法包括：从所述多层印刷电路板的第一外表面输入信号，以所述多层印刷电路板中的一中间层作为信号输出层，从所述信号输出层接收输出信号，调整所述输入信号的频率，记录与所述输出信号的最小幅值相对应的输入信号的第一频率，以及根据所述输入信号的第一频率以及所述一中间层与所述第二外表面之间的第一距离，计算所述多层印刷电路板的介电常数。

可选地，上述输入信号包括电磁波输入信号。

可选地，所述中间层可以是电源层、地层或者信号层中的任意一种，所述信号输出层包括信号层。

可选地，上述多层印刷电路板包括至少一个从第一外表面贯穿至第二外表面的通孔。

可选地，上述信号从所述第一外表面传输到所述一中间层包括通过所述通孔进行信号的层间传输。

可选地，上述根据所述输入信号的第一频率以及所述一中间层与所述第二外表面之间的第一距离计算所述多层印刷电路板的介电常数，包括：所述多层印刷电路板的介电常数与所述第一频率的二次方成反比关系，以及所述多层印刷电路板的介电常数与所述第一距离的二次方成反比关系。

可选地，上述介电常数由以下公式表示：

其中，ε表示所述介电常数，c表示光速，l表示所述第一距离，f0表示所述第一频率。

本公开的另一方面提供了一种测量多层印刷电路板介电常数的系统，所述多层印刷电路板包括相对的第一外表面和第二外表面，以及位于所述第一外表面和第二外表面之间的至少一个中间层，所述系统包括：信号源，从所述多层印刷电路板的第一外表面将信号输入至所述多层印刷电路板，接收器，以所述多层印刷电路板中的一中间层作为信号输出层，接收从所述信号输出层输出的信号，以及控制器，调整所述输入信号的频率，记录与所述输出信号的最小幅值相对应的输入信号的第一频率，根据所述输入信号的第一频率以及所述一中间层与所述第二外表面之间的第一距离，计算所述多层印刷电路板的介电常数。

可选地，上述输入信号包括电磁波输入信号。

可选地，所述中间层可以是电源层、地层或者信号层中的任意一种，所述信号输出层包括信号层。

可选地，上述多层印刷电路板包括至少一个从第一外表面贯穿至第二外表面的通孔；

可选地，上述信号从所述第一外表面传输到所述一中间层包括通过所述通孔进行信号的层间传输。

可选地，上述根据所述输入信号的第一频率以及所述一中间层与所述第二外表面之间的第一距离计算所述多层印刷电路板的介电常数，包括：所述多层印刷电路板的介电常数与所述第一频率的二次方成反比关系，以及所述多层印刷电路板的介电常数与所述第一距离的二次方成反比关系。

可选地，上述介电常数由以下公式表示：

其中，ε表示所述介电常数，c表示光速，l表示所述第一距离，f0表示所述第一频率。

本公开的另一方面提供了一种非易失性存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

本公开的另一方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的测量多层印刷电路板介电常数的方法和系统的应用场景；

图2示意性示出了根据本公开实施例的测量多层印刷电路板介电常数的方法的流程图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的测量多层印刷电路板介电常数的系统的框图；以及

图4示意性示出了根据本公开另一实施例的测量多层印刷电路板介电常数的系统的框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。

因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

多层印刷电路板的介电常数除了直接影响信号的传输速度以外，还在很大程度上决定pcb电路板的特性阻抗，因此，准确测量pcb电路板的介电常数在对电路设计和研究等方便都有十分重要的意义。

而多层印刷电路板由于其组成材料的多样性(例如，不同材质的半固化片和芯板)，使得现有的测量介电常数的方法并不适用于对多层pcb电路板进行测量。

本公开的实施例提供了一种测量多层印刷电路板介电常数的方法以及能够应用该方法的系统。多层印刷电路板包括相对的第一外表面和第二外表面，以及位于第一外表面和第二外表面之间的至少一个中间层，该方法包括：从多层印刷电路板的第一外表面输入信号，以多层印刷电路板中的一中间层作为信号输出层，从该信号输出层接收输出信号，调整输入信号的频率，记录与输出信号的最小幅值相对应的输入信号的第一频率，根据输入信号的第一频率以及信号输出层与第二外表面之间的第一距离，计算该多层印刷电路板的介电常数。

图1示意性示出了根据本公开实施例的测量多层印刷电路板介电常数的方法和系统的应用场景。

图1示出了具有6层的印刷电路板100的示意图，印刷电路板100包括第一外表面110、第二外表面120、至少一个中间层130以及通孔140。

根据本公开实施例，第一外表面110例如可以是零件面，零件通过该第一外表面与pcb电路板相连。第一外表面110同时可以是信号层，信号可以从第一外表面输入至pcb电路板，信号也可以通过pcb电路板从第一外表面110输出。

第二外表面120与第一外表面110相对，第二外表面120可以是信号层，信号可以从第二外表面输入至pcb电路板，信号也可以通过pcb电路板从第二外表面120输出。

至少一个中间层130位于第一外表面110和第二外表面120之间，图1中示出了具有四个中间层130的多层pcb电路板结构，可以理解，本公开不限制中间层的数量，可以根据需求设置任意数量的中间层。中间层130可以是电源层、地层或者信号层中的任意一种。在本公开实施例中，可以选择信号层作为信号输出层。

通孔140从第一外表面到第二外表面贯穿整个pcb电路板，为层间提供电气连接，使得信号可以在各层之间进行传输。

根据本公开实施例，信号从第一外表面输入，经过pcb电路板从一中间层130输出，在这种情况下，由于通孔的谐振现象，会使得输出的信号有衰减现象，不同频率的输入信号在通过通孔进行层间传输时，造成的信号衰减的程度不同。

在某一输入信号频率下，由于通孔的谐振现象会造成信号具有最大强度的衰减，以使得输出信号为零或者接近于零。而此时的输入信号频率与该pcb电路板的介电常数以及信号输出的中间层与第二外表面之间的距离相关。

本公开的实施例通过利用通孔谐振现象来计算pcb电路板的介电常数。

可以理解，本公开上述实施例仅提供了具有6层的pcb电路板结构，但是本公开不限制多层pcb的层数和结构。

下面结合图1的应用场景，参考图2来描述根据本公开示例性实施方式的测量多层印刷电路板介电常数的方法。需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本公开的精神和原理而示出，本公开的实时方式在此方面不受任何限制。相反，本公开的实施方式可以应用于适用的任何场景。

图2示意性示出了根据本公开实施例的测量多层印刷电路板介电常数的方法的流程图。

如图2所示，该方法包括操作s201～s204。

在操作s201，从多层印刷电路板的第一外表面输入信号。

根据本公开实施例，多层印刷电路板包括相对的第一外表面和第二外表面，其中，第一外表面例如可以是零件面，电子元器件或者电子产品等通过该第一外表面与pcb电路板相连。第一外表面同时可以是信号层，信号可以再第一外表面进行传输，例如，信号可以从第一外表面输入至pcb电路板。

在本公开实施例中，第一外表面为信号层，将输入信号从pcb电路板的第一外表面输入至pcb电路板。其中，输入信号例如可以是各频率的电磁波信号。

在操作s202，以多层印刷电路板中的一中间层作为信号输出层，从该信号输出层接收输出信号。

根据本公开实施例，多层电路板的中间层可以是电源层、地层或者信号层中的任意一种，所述信号输出层包括信号层。

该多层电路板还包括一至少一个通孔，该通孔从第一外表面到第二外表面贯穿整个pcb电路板，为层间提供电气连接，使得信号可以在各层之间进行传输。信号从第一外表面传输到一中间层包括通过通孔进行信号的层间传输。

在本公开实施例中，选择中间层中的任意一个信号层作为信号输出层，即，除第一外表面和第二外表面之外的任意一层具有信号输出功能的中间层作为本次信号传输的信号输出层，从该信号输出层接收输出信号。例如，信号可以从第一外表面输入，然后经过第一外表面传输至达通孔，经过通孔传输至某一中间层(例如，该中间层为信号层)，而后以该中间层作为信号输出层，从该信号输出层接收输出信号。

在本公开实施例中，信号传输过程中，需要经过通孔进行传输。

在操作s203，调整输入信号的频率，记录与输出信号的最小幅值相对应的输入信号的第一频率。

根据本公开实施例，当信号通过通孔进行层间传输时，由于通孔的谐振现象，造成信号的衰减，该衰减现象导致输出信号的幅值小于输入信号。

不同频率的输入信号在通过通孔进行层间传输时，造成的信号衰减的程度不同。

在输入信号为某一频率时，通孔的谐振现象会对输入信号造成最大程度的衰减，从而，使得输出信号具有最小幅值，例如输出信号为零或者接近于零。

在本公开实施例中，调整输入信号的频率，检测输出信号的幅值，直到输出信号的幅值为最小(例如，输出信号为零或者接近于零)时，记录此时对应的输入信号的频率为第一频率。

在操作s204，根据输入信号的第一频率以及一中间层与第二外表面之间的第一距离，计算多层印刷电路板的介电常数。

根据本公开实施例，输入信号在通孔中传输时，会在通孔中产生回波，当输入信号以某一频率在通孔中传输时，在通孔中产生的回波会完全或者接近完全地抵消掉输入信号，使得输出信号为零或接近于零。在这种情况下，输入信号的第一频率与该pcb电路板的介电常数以及信号输出的中间层与第二外表面之间的通孔距离相关。

本公开利用该现象，通过检测到的输入信号的第一频率以及信号输出的中间层与第二外表面之间的通孔距离(即，第一距离)，从而得到pcb电路板的介电常数。

应当理解，理论上在某一频率的信号通过通孔传输时，该信号会被完全抵消，造成输出信号为零或接近于零。但是实际情况中，由于干扰和波动，可能不会抵消完全，因此，本公开记录输出信号最小幅值时对应的输入信号的第一频率。

根据本公开实施例，第一距离包括信号输出层的下表面与第二外表面之间的距离。可以理解，由于中间层的厚度很小，因此，第一距离也可以是信号输出层的上表面与第二外表面之间的距离，或者还可以是信号输出层的中间位置与第二外表面之间的距离。其中，信号输出层的下表面表示远离信号输入层(即，第一外表面)的一面，信号输出层的上表面表示靠近信号输入层的一面。

在本公开实施例中，根据输入信号的第一频率以及一中间层与第二外表面之间的第一距离计算多层印刷电路板的介电常数，包括：多层印刷电路板的介电常数与第一频率的二次方成反比关系，以及多层印刷电路板的介电常数与第一距离的二次方成反比关系。

具体地，pcb电路板的介电常数可以由以下公式表示：

其中，ε表示pcb电路板的介电常数，c表示光速(c＝3×10⁸m/s)，，表示第一距离，f0表示第一频率。

根据本公开实施例，利用信号在通孔中传输时的衰减现象测量pcb电路板的介电常数，不需要添加另外的检测仪器(例如，数字电桥或者谐振腔)，使得测量方式简单方便易操作。并且，本公开实施例提供的测量介电常数的方法，不受多层pcb电路板多种组成材料的影响，可以简单准确地测量出多层pcb电路板的介电常数。

本公开实施例提供了一种测量多层印刷电路板介电常数的系统。

图3示意性示出了根据本公开实施例的测量多层印刷电路板介电常数的系统300的框图。

如图3所示，测量多层印刷电路板介电常数的系统300包括信号源310、接收器320以及控制器330。该系统300可以执行上面参考图2描述的方法，以实现对多层印刷电路板的介电常数的测量。

具体地，信号源310从多层印刷电路板的第一外表面将信号输入至多层印刷电路板。

根据本公开实施例，多层印刷电路板包括相对的第一外表面和第二外表面，其中，第一外表面例如可以是零件面，电子元器件或者电子产品等通过该第一外表面与pcb电路板相连。第一外表面同时可以是信号层，信号可以再第一外表面进行传输，例如，信号可以从第一外表面输入至pcb电路板。

在本公开实施例中，第一外表面为信号层，将输入信号从pcb电路板的第一外表面输入至pcb电路板。其中，输入信号例如可以是各频率的电磁波信号。

接收器320以多层印刷电路板中的一中间层作为信号输出层，接收从该信号输出层输出的信号。

根据本公开实施例，多层电路板的中间层可以包括电源层、地层、或者信号层。

该多层电路板还包括一至少一个通孔，该通孔从第一外表面到第二外表面贯穿整个pcb电路板，为层间提供电气连接，使得信号可以在各层之间进行传输。信号从第一外表面传输到一中间层包括通过通孔进行信号的层间传输。

在本公开实施例中，选择中间层中的任意一个信号层作为信号输出层，即，除第一外表面和第二外表面之外的任意一层具有信号输出功能的中间层作为本次信号传输的信号输出层，从该信号输出层接收输出信号。例如，信号可以从第一外表面输入，然后经过第一外表面传输至达通孔，经过通孔传输至某一中间层(该中间层为信号层)，而后以该中间层作为信号输出层，从该信号输出层接收输出信号。

在本公开实施例中，信号传输过程中，需要经过通孔进行传输。

控制器，调整输入信号的频率，记录与输出信号的最小幅值相对应的输入信号的第一频率，根据输入信号的第一频率以及一中间层与所述第二外表面之间的第一距离，计算多层印刷电路板的介电常数。

根据本公开实施例，当信号通过通孔进行层间传输时，由于通孔的谐振现象，造成信号的衰减，该衰减现象导致输出信号的幅值小于输入信号。

不同频率的输入信号在通过通孔进行层间传输时，造成的信号衰减的程度不同。

在输入信号为某一频率时，通孔的谐振现象会对输入信号造成最大程度的衰减，从而，使得输出信号具有最小幅值，例如输出信号为零或者接近于零。

在本公开实施例中，调整输入信号的频率，检测输出信号的幅值，直到输出信号的幅值为最小(例如，输出信号为零或者接近于零)时，记录此时对应的输入信号的频率为第一频率。

根据本公开实施例，输入信号在通孔中传输时，会在通孔中产生回波，当输入信号以某一频率在通孔中传输时，在通孔中产生的回波会完全或者接近完全地抵消掉输入信号，使得输出信号为零或接近于零。在这种情况下，输入信号的第一频率与该pcb电路板的介电常数以及信号输出的中间层与第二外表面之间的通孔距离相关。

本公开利用该现象，通过检测到的输入信号的第一频率以及信号输出的中间层与第二外表面之间的通孔距离(即，第一距离)，从而得到pcb电路板的介电常数。

应当理解，理论上在某一频率的信号通过通孔传输时，该信号会被完全抵消，造成输出信号为零或接近于零。但是实际情况中，由于干扰和波动，可能不会抵消完全，因此，本公开记录输出信号最小幅值时对应的输入信号的第一频率。

根据本公开实施例，第一距离包括信号输出层的下表面与第二外表面之间的距离。可以理解，由于中间层的厚度很小，因此，第一距离也可以是信号输出层的上表面与第二外表面之间的距离，或者还可以是信号输出层的中间位置与第二外表面之间的距离。其中，信号输出层的下表面表示远离信号输入层(即，第一外表面)的一面，信号输出层的上表面表示靠近信号输入层的一面。

在本公开实施例中，根据输入信号的第一频率以及一中间层与第二外表面之间的第一距离计算多层印刷电路板的介电常数，包括：多层印刷电路板的介电常数与第一频率的二次方成反比关系，以及多层印刷电路板的介电常数与第一距离的二次方成反比关系。

具体地，pcb电路板的介电常数可以由以下公式表示：

其中，ε表示pcb电路板的介电常数，c表示光速(c＝3×10⁸m/s)，l表示第一距离，f0表示第一频率。

根据本公开实施例，利用信号在通孔中传输时的衰减现象测量pcb电路板的介电常数，不需要添加另外的检测仪器(例如，数字电桥或者谐振腔)，使得测量方式简单方便易操作。并且，本公开实施例提供的测量介电常数的方法，不受多层pcb电路板多种组成材料的影响，可以简单准确地测量出多层pcb电路板的介电常数。

图4示意性示出了根据本公开另一实施例的测量多层印刷电路板介电常数的系统400的框图。

如图4所示，测量多层印刷电路板介电常数的系统400包括控制器410、可读存储介质420、信号源430、以及接收器440。该系统400可以执行上面参考图2描述的方法，以对多层印刷电路板的介电常数的测量。

具体地，控制器410例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))，等等。控制器410还可以包括用于缓存用途的板载存储器。控制器410可以是用于执行参考图2描述的根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

可读存储介质420，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

可读存储介质420可以包括计算机程序421，该计算机程序421可以包括代码/计算机可执行指令，其在由控制器410执行时使得控制器410执行例如上面结合图2所描述的方法流程及其任何变形。

计算机程序421可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序421中的代码可以包括一个或多个程序模块，例如包括421a、421b、……。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合，当这些程序模块组合被控制器410执行时，使得控制器410可以执行例如上面结合图2所描述的方法流程及其任何变形。

根据本公开的实施例，控制器410可以与信号源430和接收器440进行交互，来执行上面结合图2所描述的方法流程及其任何变形。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。