一种阻抗递降的PCB金手指结构及其制造方法与流程

本发明涉及印刷电路板（pcb），具体涉及一种用于高速信号传输的阻抗递降的pcb金手指结构及其制造方法。

背景技术：

1、伴随ai算力服务器规模化部署，pci express（pcie）总线标准由4.0版本的16gt/s传输速率迭代升级至5.0版本的32gt/s、并进一步演进至6.0版本的64gt/s（采用pam4脉冲幅度调制），对pcb的信号完整性提出了极为严苛的要求。金手指作为pcb与外部连接器（如pcie插槽）之间的电气接口，其高频传输特性直接影响整条链路的信号质量。

2、为应对更高传输速率带来的信号损耗，pcb基材已全面升级为megtron6或megtron7等高端高速材料，其介电常数dk约为3.0至3.5，在10ghz频率下的介质损耗因子df不高于0.003。即便是当前量产中最优等级的megtron8基材，其df低至约0.001量级，仍然无法从根本上解决传统实心金手指结构的固有技术短板。

3、传统pcie金手指设计方案中，金手指下方的介质为完整的实体树脂基材，金手指成品宽度约为22mil，金手指到内部参考地平面的介质厚度约为24mil。该传统方案虽然可依靠较宽的铜皮线宽配合实体基材将金手指链路整体的特征阻抗压低至约85ω，以满足pcie标准对阻抗匹配的要求，但其存在以下两个相互制约的技术缺陷：第一，金手指区域的电场在信号传输时全部穿过树脂介质，而树脂介质在高频（如16ghz基频及以上）下的介质损耗不可忽略，导致单段金手指的信号插入损耗约为8%至15%，造成pam4调制信号的眼图明显收缩、高速信号裕量不足；第二，若试图通过更换更低df的基材来降低介质损耗，基材的dk也会相应改变（通常更低），将导致金手指特征阻抗偏离85ω目标值，若再试图同时微调金手指线宽以补偿阻抗，则调整自由度有限，且线宽减小又将增加导体损耗，三者之间形成难以兼顾的矛盾。因此，仅通过更换高速板材和微调线宽的手段无法同步实现低介质损耗与精准特征阻抗双重设计目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阻抗递降的pcb金手指结构，以解决传统金手指结构在高频信号传输中介质损耗高且无法同时实现低损耗与精准阻抗均衡的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种阻抗递降的pcb金手指结构，包括设置于pcb板面（l1层）的金手指，其特征在于，还包括：所述金手指沿其长度方向依次划分为第一段、第二段和第三段，所述第二段位于所述第一段与所述第三段之间；空腔，设置于所述第一段正下方的pcb基材内部，所述空腔沿pcb厚度方向从所述板面（l1层）下表面向下延伸至某一内层，所述空腔内介质为空气；盲孔，设置于所述第三段区域，所述盲孔从所述板面（l1层）向下延伸至pcb内部的一内层参考地层，所述盲孔内设有导电材料，实现所述第三段与所述内层参考地层之间的垂直电气连接；其中，所述第一段的特征阻抗大于所述第二段的特征阻抗，所述第二段的特征阻抗大于所述第三段的特征阻抗。

4、进一步地，所述第一段、所述第二段和所述第三段的组合使得所述金手指整体呈现一目标特征阻抗。

5、进一步地，所述金手指与所述板面（l1层）的信号线连接，所述信号线与所述金手指的所述第三段相接。

6、进一步地，所述空腔沿所述金手指长度方向的尺寸为所述金手指总长度的15%至75%，所述空腔沿垂直于所述金手指长度方向的宽度方向上的尺寸等于或大于所述金手指的成品宽度。

7、进一步地，所述空腔沿pcb厚度方向的深度为pcb总板厚的20%至60%。

8、进一步地，所述盲孔在所述板面（l1层）的孔环与所述第三段的尾部焊盘区域至少部分重叠，形成电气连接且增大所述第三段末端的对地导电面积。

9、进一步地，所述内层参考地层为l3层参考地层；所述空腔沿pcb厚度方向向下延伸至l6层上表面。

10、进一步地，还包括至少一个地孔，所述地孔设置于所述第三段区域且位于所述盲孔的周围，所述地孔为贯穿所述板面（l1层）至所述内层参考地层或更深层地层的通孔，且与所述内层参考地层电气连接。

11、进一步地，所述地孔为两个，对称设置于所述盲孔的两侧。

12、进一步地，所述pcb总板厚为61.96mil，所述金手指成品长度100mil，所述金手指成品宽度19.685mil。

13、本发明还提供一种pcb制造方法，用于制造上述任一项所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，包括以下步骤：s1.提供多层pcb基板，所述多层pcb基板包括自上而下的l1层至ln层；s2.在对应于金手指的第一段正下方的pcb基材内部区域形成空腔，所述空腔沿pcb厚度方向从l1层下表面向下延伸至某一内层；s3.在对应于所述金手指的第三段区域形成盲孔，所述盲孔从l1层向下延伸至pcb内部的一内层参考地层；s4.对所述盲孔进行导电材料填充或孔壁电镀，实现所述第三段与所述内层参考地层的垂直电气连接；s5.在l1层表面通过蚀刻形成所述金手指，所述金手指沿其长度方向依次形成所述第一段、第二段和所述第三段，其中所述空腔位于所述第一段正下方，所述盲孔位于所述第三段区域；其中，形成的所述金手指的所述第一段的特征阻抗大于所述第二段的特征阻抗，所述第二段的特征阻抗大于所述第三段的特征阻抗。

14、进一步地，步骤s2中，所述空腔通过控深铣工艺、或预埋可清除填充材料后清除的工艺、或激光诱导湿法刻蚀工艺形成。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、1.第一段下方设置空气介质空腔，由于空气的损耗因子df≈0，使得该区段介质损耗降至趋近于零，显著降低了金手指整体链路的高频介质损耗。同时空气的低介电常数（dk≈1）降低了对地固有寄生电容，为实现三段差异化阻抗分布提供了初始阻抗抬升条件。该效果源于空腔以空气替换树脂介质这一物理替换，本领域技术人员在申请日前由于技术偏见，无法预见在保留足够尾部实体支撑前提下的三段差异化空腔方案可同时满足机械可靠性和超低介质损耗。

17、2.第三段设置盲孔垂直连接内层参考地层，通过缩短垂直介质厚度、增大对地导电面积、提供垂直耦合导体的三重机制显著增大该段对地寄生电容，使特征阻抗大幅下拉，抵消第一段因空腔而抬升的阻抗。第二段作为无空腔无盲孔的实体过渡区提供梯度缓冲；三段阻抗递降关系和长度加权组合使得金手指整体趋向目标阻抗。该阻抗均衡策略通过三段功能分化和协同实现，该协同技术效果非各单独特征效果的简单叠加，本领域技术人员无法从零散特征的任意组合中合理推知。

18、3.空腔可通过控深铣、预埋填充材料清除或激光诱导湿法刻蚀等多种工艺形成，盲孔可通过激光钻孔一次成型，各工序与现有pcb制造流程兼容。地孔位置可调的阻抗微调设计提升了量产中对工艺公差的适应能力，降低了参数迭代成本。

1.一种阻抗递降的pcb金手指结构，包括设置于pcb板面（l1层）的金手指，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，所述第一段、所述第二段和所述第三段的组合使得所述金手指整体呈现一目标特征阻抗。

3.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，所述金手指与所述板面（l1层）的信号线连接，所述信号线与所述金手指的所述第三段相接。

4.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，所述空腔沿所述金手指长度方向的尺寸为所述金手指总长度的15%至75%，所述空腔沿垂直于所述金手指长度方向的宽度方向上的尺寸等于或大于所述金手指的成品宽度。

5.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，所述空腔沿pcb厚度方向的深度为pcb总板厚的20%至60%。

6.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，所述盲孔在所述板面（l1层）的孔环与所述第三段的尾部焊盘区域至少部分重叠，形成电气连接且增大所述第三段末端的对地导电面积。

7.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，所述内层参考地层为l3层参考地层；所述空腔沿pcb厚度方向向下延伸至l6层上表面。

8.根据权利要求1所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，还包括至少一个地孔，所述地孔设置于所述第三段区域且位于所述盲孔的周围，所述地孔为贯穿所述板面（l1层）至所述内层参考地层或更深层地层的通孔，且与所述内层参考地层电气连接。

9.一种pcb制造方法，用于制造根据权利要求1-8中任一项所述的阻抗递降的pcb金手指结构，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的pcb制造方法，其特征在于，步骤s2中，所述空腔通过控深铣工艺、或预埋可清除填充材料后清除的工艺、或激光诱导湿法刻蚀工艺形成。