一种高速信号传输电路板组件的制作方法

本技术涉及高速互连与印刷电路板领域，尤其是涉及一种高速信号传输电路板组件。

背景技术：

1、高速传输pcb（printed circuit board，印刷电路板）是实现高速数字信号传输的载体，广泛应用于服务器、数据中心、通信基站、高性能计算等领域的设备内部及设备间的高速互连，随着数据传输速率不断提升，当前主流高速串行接口的信号速率已普遍达到10gbps以上，甚至向56gbps、112gbps演进，这对pcb的信号完整性设计提出了严苛的要求。

2、在高速传输pcb的设计中，特性阻抗控制和信号串扰抑制是两大核心技术指标，特性阻抗的连续性直接影响信号的反射和损耗，而信号串扰则直接影响信号传输的误码率和系统可靠性。

3、相关技术中，高速传输pcb通常采用多层板结构，例如四层板或六层板，以常见的四层板为例，外侧两层为信号走线层，中间两层为完整的接地层（gnd层），信号走线层的两端分别设有信号接口区域，信号接口区域通常包括金手指、焊盘、连接器引脚、bga焊盘等，作为高速信号输入输出的物理接口，中间层的gnd层主要承担两个功能：一是作为信号走线层传输线的特性阻抗参考地，二是作为相邻信号线之间的串扰屏蔽地，信号接口区域的物理尺寸通常远大于常规信号走线的宽度，这会导致该区域的局部特性阻抗下降，与信号走线的特性阻抗产生失配，从而引发信号反射、插入损耗增大等问题。

4、为了解决信号接口区域的阻抗失配问题，现有技术普遍采用的做法是：在gnd层上对应信号接口区域的正下方位置进行大面积掏空处理，即在该位置将gnd层的金属去除，形成矩形或其他形状的掏空区域，通过增加信号接口区域到参考地平面之间的距离，来提升该区域的局部特性阻抗，尽可能与信号走线的特性阻抗相匹配。

5、然而，由于gnd层在信号接口区域的正下方被大面积掏空，该区域相邻信号接口之间完全丧失了gnd层的电磁屏蔽作用，相邻信号接口（如相邻的金手指、相邻的焊盘）之间的电场和磁场无法被有效隔离，导致信号串扰大幅增加，在10gbps以上的高速传输场景中，这种串扰会导致误码率上升，可见，现有技术在大面积掏空gnd层以提升阻抗的同时，破坏了接地层的完整性，造成信号接口区域串扰抑制能力的严重下降，存在阻抗匹配与信号串扰抑制难以兼顾的技术缺陷。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术提供一种高速信号传输电路板组件。

2、本技术提供的一种高速信号传输电路板组件采用如下的技术方案：包括相对设置的两个电路板层和位于两个所述电路板层之间的中间支架，两个所述电路板层的叠层结构相对于所述中间支架对称设置，每个所述电路板层上均设有信号接口区域和接地区域，所述中间支架开设有贯穿自身厚度的第一掏空区域，所述第一掏空区域的位置与两个所述电路板层的所述信号接口区域上下对准，使得组装后，所述第一掏空区域被两侧的所述电路板层封闭，从而在两个所述电路板层的所述信号接口区域之间形成空气介质腔。

3、通过采用上述技术方案，在中间支架上开设贯穿自身厚度的第一掏空区域，并在组装后被两侧的电路板层封闭，从而在两个电路板层的信号接口区域之间形成空气介质腔，利用空气介质介电常数约1.0、远低于常规固体材料的特性，信号接口区域周围的等效介电常数被显著降低，提升了信号接口区域的特性阻抗，有助于实现与信号走线特性阻抗的匹配，该方案将掏空区域从电路板层内部的gnd层转移至两个电路板层之间的中间支架上，可以降低接地区域的掏空面积，减少了因接地区域被大面积掏空而导致相邻信号接口之间丧失电磁屏蔽的问题，由此，通过将阻抗提升功能与电磁屏蔽功能在空间上进行分离，空气介质腔承担提升阻抗的功能，电路板层内部接地层保留电磁屏蔽的功能，兼顾了阻抗匹配与信号串扰抑制的技术效果。

4、优选的，所述信号接口区域包括若干个金手指和若干个焊盘，所述第一掏空区域对应地划分为与若干个所述金手指对应的第一掏空结构，以及与若干个所述焊盘对应的第二掏空结构。

5、通过采用上述技术方案，中间支架上的第一掏空区域对应地划分为与金手指对应的第一掏空结构以及与焊盘对应的第二掏空结构，使得金手指下方和焊盘下方均独立形成空气介质腔，空气介质腔降低了两个电路板层对应金手指和对应焊盘之间的等效介电常数，从而分别提升金手指和焊盘的特性阻抗，有助于金手指和焊盘各自特性阻抗与信号走线特性阻抗的匹配。

6、优选的，每个所述电路板层均包括依次层叠设置的pcb板、掏空电路板以及信号电路板，所述接地区域设置于所述掏空电路板上，所述信号接口区域设置于所述信号电路板上，所述信号电路板和所述掏空电路板设置于所述pcb板的两侧，所述掏空电路板位于所述pcb板靠近所述中间支架的一侧，所述信号电路板位于所述pcb板远离所述中间支架的一侧。

7、通过采用上述技术方案，将信号电路板直接设置于pcb板远离中间支架的一侧，并将掏空电路板作为接地区域置于pcb板靠近中间支架的一侧，利用pcb板的厚度精确限定了信号接口区域与接地参考层之间的介质间距，从而为阻抗控制提供了稳定且易于调节的物理基础，同时，掏空电路板紧邻中间支架的第一掏空区域，使得信号电路板下方的介质环境由pcb板与空气介质腔共同构成，借助空气的低介电常数与稳定电特性，有效降低了信号接口区域的等效介电常数，减少了介质损耗与阻抗波动，而掏空电路板可提供连续的低阻抗回流路径和良好的电磁屏蔽，抑制信号串扰与外部干扰，从而在信号接口区域实现更精确、更稳定的阻抗匹配，保障高频信号的完整性与传输质量。

8、优选的，每个所述掏空电路板均设置有第二掏空区域，所述第二掏空区域包括与所述金手指对应的第三掏空结构和与所述焊盘对应的第四掏空结构。

9、通过采用上述技术方案，掏空电路板为接地区域，通过将金手指和焊盘正下方的接地层金属予以选择性移除，进一步增大了信号接口区域与接地参考面之间的空气介质体积，降低了金手指和焊盘处的寄生电容与等效介电常数，使阻抗更加接近目标值，同时，针对金手指和焊盘的结构差异分别设置第三掏空结构和第四掏空结构，可对金手指和焊盘的阻抗特性进行独立优化，从而在金手指和焊盘处同步实现更精确、更一致的阻抗匹配，有效减少因阻抗不连续引起的信号反射与插入损耗，保障高频信号经由金手指和焊盘传输时的完整性与稳定性。

10、优选的，所述第二掏空区域为沿所述掏空电路板的厚度方向上为贯穿设置。

11、通过采用上述技术方案，第二掏空区域沿掏空电路板的厚度方向贯穿设置，与中间支架上贯穿自身厚度的第一掏空区域沿垂直方向形成连续贯通的空气介质腔，使信号接口区域下方的介质环境由更大体积且更为纯净的空气介质构成，进一步降低了金手指与焊盘处的等效介电常数，从而更显著地提升特性阻抗，同时，第一掏空区域与第二掏空区域的贯穿连通，使得两侧掏空电路板的接地参考面与中间支架的空间关系更加明确一致，减少了因局部介质不均匀引起的阻抗波动与模式转换。

12、优选的，所述第三掏空结构设置有遮蔽部。

13、通过采用上述技术方案，在第三掏空结构设置遮蔽部，遮蔽部在金手指内引入了局部接地参考结构，能够在保持空气介质的低介电常数以提升特性阻抗的基础上，补偿阻抗值，同时，遮蔽部作为接地的电磁隔离屏障，可有效吸收并抑制金手指的电磁串扰，从而在保证阻抗精确匹配的同时，改善金手指的信号完整性与抗干扰能力。

14、优选的，每个所述pcb板对应所述焊盘的位置设置有第一连接区域，每个所述pcb板对应所述金手指的位置设置有第二连接区域。

15、通过采用上述技术方案，每个pcb板对应焊盘的位置设置有第一连接区域，每个pcb板对应金手指的位置设置有第二连接区域，第一连接区域与第二连接区域分别为焊盘与金手指提供了独立的层间电气互连通道，使焊盘和金手指能够通过pcb板与下方的掏空电路板建立电性连接，第一连接区域和第二连接区域的分区域设置可针对焊盘和金手指各自的工作特性进行差异化布局，减少共用连接路径带来的信号相互干扰，同时，第一连接区域与第二连接区域在pcb板上形成对应的接地点位，为焊盘和金手指提供短而直接的回流路径，降低寄生电感与接地阻抗，增强信号回路的一致性，从而协同提升信号接口区域整体的阻抗匹配精度与高频信号传输稳定性。

16、优选的，所述中间支架对应两侧的所述电路板层均设置有至少一个柱体，所述柱体依次穿设两个所述掏空电路板、所述pcb板和所述信号电路板。

17、通过采用上述技术方案，中间支架对应两侧的电路板层设置有至少一个柱体，柱体依次穿设两个掏空电路板、pcb板和信号电路板，柱体为中间支架与两侧的电路板层提供了机械定位与层间固定，确保第一掏空区域与第二掏空区域的垂直对准，从而保证空气介质腔的结构完整性与一致性，同时，柱体贯穿信号接口区域并与两侧作为接地层的掏空电路板连接，构建了贯通两侧作为接地层的掏空电路板低阻抗垂直接地路径，有效均衡接地电位、减小接地回路电感，增强整体结构的电磁屏蔽连续性。

18、优选的，每个所述柱体靠近所述信号接口区域的一端设置有块体，每个所述pcb板对应所述块体的位置设置有第三连接区域，每个所述信号电路板设置于对应的所述第三连接区域和对应的所述块体之间。

19、通过采用上述技术方案，每个pcb板对应块体的位置设置有第三连接区域，每个信号电路区域设置于对应的第三连接区域和对应的块体之间，块体通过第三连接区域将柱体的接地路径延伸至信号电路板近旁，使信号电路板与接地结构之间的电气距离最小化，从而在信号电路板内构建出紧邻信号的局部接地参考面，有效降低信号回流路径的寄生电感并增强局部电磁屏蔽效能，同时，块体与第三连接区域在垂直方向上形成夹持式连接结构，增强了信号电路区域与pcb板及柱体之间的机械固定强度，减少因振动或热胀冷缩引起的层间微动，确保信号电路区域在长期工作中的电气连接稳定性与结构可靠性。

20、优选的，还包括连接板和若干个导线，所述中间支架嵌设于所述连接板，每个所述导线穿设所述连接板与对应所述焊盘焊接。

21、通过采用上述技术方案，连接板为中间支架和导线提供集成承载基础，中间支架嵌设于连接板内，每根导线穿设连接板后与对应焊盘焊接，连接板为中间支架与焊盘之间提供了稳固的机械支撑与精确的空间定位，使导线在穿设路径上保持确定的走向和间距，减少导线因振动或外力引起的位移导致焊点应力集中，保障焊点长期可靠性，同时，导线穿设连接板并与焊盘直接焊接，导线之间通过连接板实体隔开，有效抑制相邻通道间的串扰。

22、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

23、1.在中间支架上开设贯穿自身厚度的第一掏空区域，并在组装后被两侧的电路板层封闭，从而在两个电路板层的信号接口区域之间形成空气介质腔，利用空气介质介电常数约1.0、远低于常规固体材料的特性，信号接口区域周围的等效介电常数被显著降低，提升了信号接口区域的特性阻抗，有助于实现与信号走线特性阻抗的匹配；

24、2.将掏空区域从电路板层内部的gnd层转移至两个电路板层之间的中间支架上，可以降低接地区域的掏空面积，减少了因接地区域被大面积掏空而导致相邻信号接口之间丧失电磁屏蔽的问题，由此，通过将阻抗提升功能与电磁屏蔽功能在空间上进行分离。空气介质腔承担提升阻抗的功能，电路板层内部接地层保留电磁屏蔽的功能，兼顾了阻抗匹配与信号串扰抑制的技术效果；

25、3.在第三掏空结构设置遮蔽部，遮蔽部在金手指内引入了局部接地参考结构，能够在保持空气介质的低介电常数以提升特性阻抗的基础上，补偿阻抗值，同时，遮蔽部作为接地的电磁隔离屏障，可有效吸收并抑制金手指的电磁串扰，从而在保证阻抗精确匹配的同时，改善金手指的信号完整性与抗干扰能力。