一种印制电路板及背板架构系统、通信设备的制作方法

1.本技术涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种印制电路板及背板架构系统、通信设备。


背景技术：

2.当前电子设备中，通常以印制电路板作为各个电子元器件的载体，同时通过印制电路板的走线将各个元器件互连。各元器件主要通过压接、焊接的方式同印制电路板形成稳定电气连接和机械连接。
3.当一个元器件具有多个信号需要连接到印制电路板时，印制电路板上就需要有足够多的焊盘或过孔同对应于多个信号的多个引脚相连，典型的场景是具有球栅阵列(bga)封装形式的芯片的焊球引脚同印制电路板上的阵列式焊盘连接，以及高速连接器的压接鱼眼引脚同印制电路板上的阵列式压接过孔连接。
4.对于这种多个信号的多引脚封装，为了尽量减小芯片在板面积和连接器在板面积，各引脚焊盘之间的间距非常近，对于芯片焊盘最小可以达到0.4mm左右的量级，对于连接器压接脚焊盘最小可以达到1.1mm左右的量级。无论是芯片场景还是连接器场景，这些信号都需要在有限的封装面积内完成走线出线，这需要利用大量的过孔完成器件到板上各层走线的互连。高密封装区域内的大量信号过孔、走线彼此邻近，将引起串扰问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种印制电路板及背板架构系统，用于改善背板架构系统的串扰问题，改善信号传输效果。
6.第一方面，提供了一种印制电路板，该印制电路板应用于背板架构系统，该印制电路板包括层叠设置的多个层结构，多个层结构分别为不同的功能层，如多个层结构中包括交替排布的接地层和走线层。另外，为与其他器件配合，印制电路板设置有与其他器件配合的设置面，该设置面为多个层结构中位于最外层的层结构的一表面。该设置面设置有差分对单元以及用于屏蔽该差分对单元的屏蔽结构。其中，差分对单元包括两个信号过孔，每个信号过孔穿过至少部分的接地层和走线层，并与其中的一个走线层上的走线连接。另外，每个信号过孔穿过的接地层设置有与该信号过孔对应的反焊盘，以避免信号过孔接地。在具体设置两个反焊盘时，两个信号过孔对应的反焊盘之间间隔排列，两个反焊盘之间间隔有接地层的部分金属。上述屏蔽结构包括设置在设置面的两个主接地孔以及第一辅助接地孔，其中，两个主接地孔位于差分对单元的两侧，第一辅助接地孔位于两个信号过孔之间。上述主接地孔及第一辅助接地孔分别穿设过部分走线层和接地层，且主接地孔和第一辅助接地孔分别与穿设过的接地层接地连接。在上述技术方案中，通过采用每个信号对应一个反焊盘，且反焊盘之间间隔了地层，从而降低了信号过孔或隔层走线的信号穿过反焊盘后干扰走线，改善了印刷电路板内的串扰问题。另外，通过主接地孔和第一辅助接地孔组成屏蔽结构，降低了差分对单元与其他差分对单元之间的串扰，改善了印制电路板的串扰问题，
便于印制电路板上插孔的密集化设置。
7.在一个具体的可实施方案中，第一接地层的两侧的走线层的走线位于所述第一接地层的反焊盘的外侧；其中，所述第一接地层为所述每个信号过孔穿设过的接地层。通过反焊盘中间的接地层互连及邻近的主地孔和辅助地孔，最小化两侧走线层走线彼此耦合干扰，改善了印制电路板的效果。
8.在一个具体的可实施方案中，反焊盘为圆形、方形、椭圆形等不同的形状，从而实现不同的反焊盘改善线与线之间的串扰。
9.在一个具体的可实施方案中，反焊盘为圆形，且反焊盘与对应的信号过孔同轴设置，进一步的降低了反焊盘的面积，改善了信号过孔与走线的之间的串扰，也改善了走线与走线之间的串扰。
10.在一个具体的可实施方案中，所述差分对单元的个数为多个，且相邻的差分对单元之间的主接地孔共用。降低了主接地孔的个数。
11.在一个具体的可实施方案中，每个主接地孔在第一方向的宽度大于所述每个信号过孔在所述第一方向的宽度；所述第一方向为平行于所述设置面，且垂直于所述两个信号过孔排列方向的方向。改善对信号过孔的屏蔽效果。
12.在一个具体的可实施方案中，每个主接地孔包括主孔，以及环绕所述主孔的至少一个从孔；其中，所述主孔与每个从孔连通并导电连接。通过主孔与从孔的配合改善对信号过孔的屏蔽效果。
13.在一个具体的可实施方案中，每个主接地孔包括两个主孔，以及位于所述两个主孔之间的从孔；其中，所述从孔分别与所述两个主孔连通并导电连接。通过主孔与从孔的配合改善对信号过孔的屏蔽效果。
14.在一个具体的可实施方案中，主孔可为圆形、方形、椭圆形等不同形状的过孔。从孔可为圆形、方形、椭圆形等不同形状的过孔。
15.在一个具体的可实施方案中，所述两个主接地孔及所述第一辅助接地孔组成包裹所述差分对单元的c形屏蔽结构。通过主接地孔与第一副接地孔组成一个c形的形状包裹差分对单元，改善对差分对单元的屏蔽效果。
16.在一个具体的可实施方案中，在所述主接地孔包括主孔以及环绕所述主孔的至少一个从孔时，所述两个主接地孔的中心点连线与所述两个信号过孔的中心点连线重叠。方便排布设置主接地孔。
17.在一个具体的可实施方案中，所述第一辅助接地孔的中心点位于所述两个信号过孔的中心点连线的一侧。方便形成c形的屏蔽结构。
18.在一个具体的可实施方案中，所述第一辅助接地孔的个数为两个，且两个所述第一辅助接地孔的中心点分别位于所述两个信号过孔的中心点连线的两侧。从而提高对差分对单元的屏蔽效果。
19.在一个具体的可实施方案中，所述屏蔽结构还包括设置在所述主接地孔与相邻的信号过孔之间的第二辅助接地孔。进一步改善形成的屏蔽结构对差分对单元的屏蔽效果。
20.第二方面，提供了一种背板系统架构，该背板系统架构包括背板以及与背板连接的连接器；其中，所述背板为上述任一项所述的印制电路板。在上述技术方案中，通过采用每个信号对应一个反焊盘，且反焊盘之间间隔了地层，从而降低了信号过孔或隔层走线的
信号穿过反焊盘后干扰走线，改善了印刷电路板内的串扰问题。另外，通过主接地孔和第一辅助接地孔组成屏蔽结构，降低了差分对单元与其他差分对单元之间的串扰，改善了印制电路板的串扰问题，便于印制电路板上插孔的密集化设置。
21.第三方面，提供了一种通信设备，该通信设备包括机框以及上述任一项所述的印制电路板，所述印制电路板被插入所述机框内。在上述技术方案中，通过采用每个信号对应一个反焊盘，且反焊盘之间间隔了地层，从而降低了信号过孔或隔层走线的信号穿过反焊盘后干扰走线，改善了印刷电路板内的串扰问题。另外，通过主接地孔和第一辅助接地孔组成屏蔽结构，降低了差分对单元与其他差分对单元之间的串扰，改善了印制电路板的串扰问题，便于印制电路板上插孔的密集化设置。
附图说明
22.图1为一种背板系统架构的分解示意图；
23.图2为一种芯片和印刷电路板连接的场景示意图；
24.图3为本技术实施例提供的印刷电路板的结构示意图；
25.图4为印刷电路板的设置面的示意图；
26.图5为本技术实施例提供的主接地孔的结构示意图；
27.图6为本技术实施例提供的接地层的反焊盘设置方式；
28.图7为本技术实施例提供的主接地孔及辅助接地孔形成的屏蔽结构；
29.图8为本技术实施例提供的不同的差分对单元之间的串扰示意图；
30.图9为本技术实施例提供的孔线耦合串扰和线线耦合串扰发生的位置示意图；
31.图10为本技术实施例提供的印刷电路板的另一示意图；
32.图11为本技术实施例提供的差分对单元的排布示意图；
33.图12为本技术实施例提供的一个差分对单元及对应的屏蔽结构；
34.图13为本技术实施例提供的另一种屏蔽结构的示意图；
35.图14为与芯片配合的印刷电路板的过孔及接地孔的排布示意图；
36.图15为图14所示的印刷电路板的三维示意图。
具体实施方式
37.下面将结合附图对本技术实施例作进一步描述。
38.首先介绍本技术实施例介绍的几个概念：
39.串扰：串扰指的是有害信号从一个网络传递到另一个网络的耦合效应。
40.反焊盘：在连接器封装区域，印刷电路板内的各层结构除信号布线层外，其余通常为电源层、地平面层，这些平面层实际上就是一层金属层，为了避让垂直走向的过孔、各层的过孔焊盘、封装焊盘等，需要对平面金属层(电源层平面、地平面层)掏空避让，以免不同网络接触形成短路，这些金属层掏空的区域被称为反焊盘(anti-pad)。
41.接地孔：指的是信号返回电流通过的过孔，是信号过孔的参考(电流是个闭合的环路)。
42.信号过孔：指的是数据信号通过的过孔。
43.封装：本技术实施例中的封装指的是印制电路板同芯片、连接器等器件对应引脚
配合的焊盘及过孔排布方式。
44.差分信号：同单端信号需要采用一条导线在发送器到接收器之间传递信号不同，差分信号需要采用两个导线来传递信号，并且两根导线上的信号大小相同，极性相反，接收器最终采样的信号取两根导线上的信号差值的一半；构成差分信号传输路径的一对走线或过孔常被称为差分对。
45.serdes:serdes是英文serializer(串行器)/deserializer(解串器)的简称，即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒介后在接收端将高速串行信号重新转换成低速并行信号。
46.为方便理解本技术实施例提供的印刷电路板，首先介绍本技术实施例提供的印刷电路板的应用场景，本技术实施例提供的印刷电路板应用于通信系统的设备中。
47.参考图1，图1给出了一种背板系统架构的分解示意图。背板系统架构包括背板10、公端连接器30、母端连接器40和单板10。背板10上有对应于公端连接器30的封装50，该封装50为背板10的一部分，具体为一组规律排列的过孔和相应反焊盘掏空构成的区域。在系统实现中，封装50中部分过孔容纳连接器30的压接引脚70，从而将连接器30安装固定在背板10，并提供电气连接。单板20上有对应于母端连接器40的封装60，封装60是单板20的一部分，封装60具体为一组规律排列的过孔和相应反焊盘掏空构成的区域。在系统实现中，封装60中部分过孔容纳连接器40的压接引脚80，从而将连接器60安装固定在单板20上，并提供电气互连。本发明实施例提供的印刷电路板即可为背板系统架构中的单板，也可为背板。
48.图2示出了一种芯片100和印刷电路板200连接的场景示意图，其中芯片100具有焊球引脚101，印刷电路板200上设置有对应于芯片焊球101的封装201。封装201具体为芯片封装指的焊球引脚对应的表层焊盘和在临近区域内与表层焊盘对应连接实现走线换层出线的过孔、内层走线和反焊盘的组合。在系统实现中，封装201中部分表层焊盘与芯片100的焊球引脚101连接，从而将芯片100安装固定在印刷电路板200上，并提供电气互连。
49.在上述图1和图2所示的印刷电路板的应用场景中，当信号数据速率提升到90gbps 时，信号多采用pam4(4pulse amplitude modulation，第四代脉冲幅度调制，第四代脉冲幅度调制信号作为下一代数据中心中高速信号互联的热门信号传输技术，被广泛应用于200g/400g接口的电信号或光信号传输)电平调制，以确保速率提高的同时降低对互连带宽乃至成本的挑战。然而pam4编码的信号电压阶距是nrz(not return to zero，不归零码)信号的1/3，导致信噪比损失9.5db，因此通过pam4编码传输数据时对于噪声性能要求更加严苛。即使仍旧使用nrz电平调制，速率提高带来的带宽增加仍然要求在更高的带宽内约束噪声。而串扰作为高速信号完整性无源指标中的一种，在速率越高的情况下优化越难，并且由于serdes有源电路上针对串扰的抑制能力也非常有限，因此在高速设计中串扰的优化通常是重中之重。而现有技术中的印刷电路板在与芯片或连接器连接时，在器件高密封装区域，信号传输路径经过信号过孔和在印刷电路板内部各层的过孔出线进行传递，在此密集空间内垂直走向的过孔和平面走向的走线彼此都产生耦合干扰。为此本技术实施例提供了一种印刷电路板，用于改善印刷电路板在使用时过孔与过孔之间的串扰或过孔和走线之间的串扰。
50.参考图3，图3示出了本技术实施例提供的印刷电路板的结构示意图。为方便理解本技术实施例提供的印刷电路板上的各个结构的相对位置关系，建立参考坐标系xyz，其
中，x方向、y方向及z方向相互垂直。印刷电路板相邻的三个侧边分别一一对应与x方向、y方向及z方向平行。另外，定义了印刷电路板的设置面，设置面平行于xy平面。该设置面用于与其他器件对应连接，示例性的，如图1中所示的背板系统架构中，设置面为单板或背板与连接器配合的表面；如图2所示的芯片系统中，设置面为印刷电路板与芯片配合的表面。
51.本技术实施例提供的印刷电路板500具有多个层结构，多个层结构沿z方向层叠排布。多个层结构可为具有不同功能的层结构，如多个层结构中包括走线层和接地层505。走线层为印刷电路板500的内部布线层，走线层用于布置走线传递信号。接地层505作为印刷电路板500的参考地平面，用于实现接地效果。接地层505作为印刷电路板500层叠的层结构中用于作为走线参考的地平面，接地层505提供信号的平面返回路径。
52.印刷电路板500的设置面即为上述多个层结构中位于最外层的一个表面。如最外层为接地层505时，设置面为该接地层505外露的一个表面；若最外层为走线层时，设置面为该走线层外露的一个表面。
53.为实现印刷电路板500与其他部件(如芯片或连接器)的电连接，印刷电路板500的设置面设置有差分对单元，该差分对单元包括两个用于传输差分信号的信号过孔501，如与连接器配合时，连接器设置有成对的两个压接引脚，两个信号过孔501与两个压接引脚一一对应插拔连接，以传输成对的信号。
54.差分对单元的每个信号过孔501的开口位于设置面，每个信号过孔501沿z方向延伸到印刷电路板500的内层。信号过孔501沿z方向延伸时穿过至少部分的接地层505和走线层，并与其中的一个走线层上的走线连接。示例性的，两个信号过孔501分别与位于同一个走线层的两个走线一一对应连接。通过信号过孔501与走线，实现信号沿过孔垂直走向到沿印刷电路板500走线平面走向的过渡。
55.信号过孔501的内侧壁金属化以具有导电性，在印刷电路板500与连接器配合时，信号过孔501需要容纳连接器的压接引脚，完成印刷电路板500与连接器的可靠电互连，同时负责信号的垂直(沿z方向)传递以实现将连接器的信号传递到印刷电路板500的内层走线传递。在印刷电路板500与芯片配合时，信号过孔501负责将芯片焊盘同印刷电路板500的内层走线互连，实现信号的垂直传递和换层。应理解，在具体设置信号过孔501时，信号过孔501的深度通常小于等于印刷电路板500的厚度，而大于该信号过孔501对应连接的走线层所在层的深度。在上述信号过孔501穿设接地层505时，每个信号过孔501穿过的接地层505设置有与该信号过孔501对应的反焊盘504(图中未示出)，以避免信号过孔501接地。
56.一并参考图4，图4示出了印刷电路板的设置面的示意图。对于多个差分对单元，通常为了尽量减小芯片在板面积和连接器在板面积以及考虑其他系统规格，印刷电路板设置的信号过孔501之间的间距非常近，对于芯片对应的信号过孔501最小可以达到0.4mm左右的量级，对于连接器对应的信号过孔501最小可以达到1.1mm左右的量级。
57.如图4中所示，信号过孔501沿x方向及y方向呈阵列排列。在布置上述信号过孔501时，大量信号过孔501彼此邻近，将引起串扰问题。为改善信号过孔501之间的串扰问题，本技术实施例提供的印刷电路板在设置面设置有用于屏蔽差分对单元的屏蔽结构。该屏蔽结构用于隔离相邻的差分对单元，避免产生串扰。为方便描述在下文中将产生干扰的差分对单元命名为干扰对，将被干扰的差分对单元命名为受扰对。
58.屏蔽结构包括在设置面的两个主接地孔502以及第一辅助接地孔503，其中，两个
主接地孔502位于差分对单元的两侧，第一辅助接地孔503位于两个信号过孔501之间。如图4中所示，每个差分对单元对应的主接地孔502与该差分对单元的两个信号过孔501排列成一行(沿x方向)。在设置主接地孔502时，沿两个信号过孔501的排布方向，主接地孔502分列在差分对单元的两侧。而第一辅助接地孔503设置在两个信号过孔501之间。在设置面上，两个主接地孔502及第一辅助接地孔503组成一个“c”形的包裹两个信号过孔501的屏蔽结构。下面结合附图对上述屏蔽结构详细描述。
59.结合图3所示的层结构，主接地孔502及第一辅助接地孔503分别穿设过部分走线层和接地层505，且主接地孔502和第一辅助接地孔503分别与穿设过的接地层505接地连接。而信号过孔501在穿过接地层505时，接地层505设置与每个信号过孔对应的反焊盘504。
60.在差分对单元的个数为多个时，相邻的差分对单元之间的主接地孔502共用。即在同一行差分对单元中，相邻的两个差分对单元之间只需设置一个主接地孔502即可，该主接地孔502参与其相邻的两个差分对单元的屏蔽结构。从而减少主接地孔502的设置个数。
61.一并参考图5，图5示出了主接地孔502的结构示意图。每个主接地孔502为主从式地孔，沿z方向，主从式地孔穿过印刷电路板的各个层结构，并连通自身穿过的印刷电路板内的各个接地层。在传输信号时，信号通过信号过孔及其连接的走线实现在印刷电路板内的传递，而主接地孔502用于传递信号的返回电流，是信号传播路径的重要组成。
62.主从式地孔是印刷电路板上数个相连的接地过孔的组合，每个主从式地孔包括至少一个主孔5021和至少一个从孔5022，并且主孔5021与每个从孔5022连通并导电连接。在连接器应用场景下，主从式地孔的主孔5021容纳连接器的接地引脚，完成印刷电路板与连接器的可靠电互连，同时也连通印刷电路板上其穿过的接地层。主从式接地孔的从孔5022不需要容纳接地引脚，因此通常可以应用更小的孔径，即从孔5022的直径小于主孔5021的直径。从孔5022需要同主孔5021实连接，并连通印刷电路板上其穿过的接地层。在芯片应用场景下，主从式地孔负责将芯片的接地焊盘同印刷电路板内的地参考层互连互通，其中连接接地焊盘的孔为主孔5021，以它为中心分布于周边的孔为从孔5022，主孔5021和从孔5022连通印刷电路板内其穿过的接地层。应理解，无论上述哪种应用场景，主从式地孔的深度不小于信号过孔的深度。
63.示例性的，如图5所示，主接地孔502由至少一个主孔5021和主孔5021附近四个从孔5022构成，四个从孔5022环绕主孔5021设置，排布成“梅花”状的结构。主孔5021的部分侧壁为从孔5022的侧壁的一部分。在具体实现中，先在印刷电路板内沿z方向上钻孔形成数个从孔5022并镀铜，然后利用如树脂等材料塞孔后，再在数个从孔5022之间的中央位置钻孔并电镀完成主孔5021。
64.作为一个可选的方案，主孔5021可为圆形、方形、椭圆形等不同形状的过孔。同理，从孔5022可为圆形、方形、椭圆形等不同形状的过孔。在具体设置主孔5021和从孔5022时，可以采用任意形状的孔进行组合。
65.继续参考图4，第一辅助接地孔503是印刷电路板上的一种小直径的从孔，通常是在加工工艺厚径比(指的是板厚/孔径，即印刷电路板的厚度与孔直径的比值)极限条件下可以在印刷电路板上实现的最小孔径的过孔，第一辅助接地孔503不直接同连接器或芯片的引脚相连，而是对印刷电路板上其穿过层中的接地层互连。在使用时，第一辅助接地孔503与主接地孔502配合，一起组成屏蔽差分对单元的屏蔽结构，有助于改善封装区域的串
扰。作为一个可选的方案，第一辅助接地孔503的个数不限于一个，还可为两个，在第一辅助接地孔的个数为两个时，两个所述第一辅助接地孔的中心点分别位于两个信号过孔的中心点连线的两侧，从而形成一个“o”形的屏蔽结构，提高对差分对单元的屏蔽效果。
66.参考图6，图6示出了接地层505的反焊盘504设置方式。反焊盘504为信号过孔501穿过的接地层505上设置的与该信号过孔501对应的掏空区域，以避免信号过孔501与接地层505导电。针对每个差分对单元，其包含的两个信号过孔501分别对应一个反焊盘504。两个信号过孔501对应的反焊盘504之间间隔排列，且两个反焊盘504之间间隔有接地层505的部分金属。上述反焊盘504是印刷电路板的接地层505中，为了避让信号过孔501设计的金属层掏空区域。凡是信号过孔501穿越的接地层505都需要设计反焊盘504。在本技术实施例中的反焊盘504采用双反焊盘504设计，即每个差分对单元中一个信号过孔501对应一个反焊盘504。
67.作为一个可选的方案，反焊盘504为圆形、方形、椭圆形等不同的形状，只需要实现信号过孔501与接地层505之间的电隔离即可。作为一个可选的方案，反焊盘504为圆形，且反焊盘504与对应的信号过孔501同轴设置，从而可降低反焊盘504的尺寸。
68.在本技术实施例中，针对印刷电路板内的串扰，本技术实施例提供的印刷电路板通过垂直走向的地孔阵(主接地孔及第一辅助接地孔)列设计，结合双反焊盘504构造封装区域内三维空间小尺寸网格，最大程度约束电磁场传播干扰，实现低串扰性能。下面详细说明本技术实施例中印刷电路板中的各结构如何实现对信号的屏蔽。
69.印刷电路板的封装区域的串扰可以分解为孔孔耦合(差分对单元与差分对单元中的信号过孔501的耦合)、孔线耦合(信号过孔501与走线的耦合)和线线耦合(走线与走线的耦合)。由于封装区域主体是由信号过孔501和接地孔决定的，因而孔孔耦合串扰通常是首要考虑的对象。孔孔耦合从电磁耦合原理上可以分为电场耦合和磁场耦合，电场耦合通常在两个信号过孔501彼此距离接近的情况下较为显著，如同行信号过孔501中，不同差分对单元的相邻信号过孔501之间，其导致的干扰与信号过孔501之间的互容正相关；磁场耦合则普遍存在，其导致的干扰与信号过孔501之间的互感大小正相关。
70.从干扰的来源出发，抑制电场耦合应当从减小互容着手，主要的方式是减小攻击孔(产生串扰信号的信号过孔501)和受害孔(被串扰的信号过孔501)的正对面积或者拉远彼此的距离；抑制磁场耦合应当从减小互感着手，主要的方法是改善信号过孔501的回流，设置就近参考地孔，避免返回电流跨越分割，约束电磁场的分布。
71.基于以上工作原理，如图7所示，本技术实施例提供的印刷电路板构造了一种“c”型地孔阵列(主接地孔502及第一辅助接地孔503)，隔离并减小不同差分对单元的信号过孔501之间的正对面积以降低电场耦合。另外，通过地孔阵列改善信号过孔501的回流，将各个差分对单元的信号过孔501的电磁场约束在“c”型地孔阵列内从而降低磁场耦合，最终达成孔孔耦合的抑制。
72.参考图8，图8示例出了不同的差分对单元之间的串扰情况，为方便描述，根据串扰情况将差分对单元划分为干扰对和受扰对。其中，干扰对指代的是发送的信号干扰其他差分对单元的差分对单元，受扰对指代的是受到其他差分对单元的信号干扰的差分对单元。
73.对于位于同行的干扰对和受扰对1，各自的其中一个信号过孔位置临近，如干扰对的第一信号过孔5011和受扰对1的第二信号过孔5012，倘若第一信号过孔5011和第二信号
过孔5012之间间隔以一个常规地孔，则隔离的效果不足，因此在本技术实施例中采用“梅花”状的主接地孔502，通过主孔以外的从孔增大了单个主接地孔502的直径，从两侧的信号过孔(第一信号过孔5011和第二信号过孔5012)来看，“梅花”状的主接地孔502使得回流路径的面积增大，同时主接地孔502两侧的信号过孔直接的电场耦合得到了更大面积的屏蔽，因此“梅花”状主接地孔502显著发挥了降低干扰对对受扰对1的串扰的作用。
74.然后，考虑干扰对对受扰对2的串扰，虽然通常大多数封装会对相邻行进行偏移以降低相邻行差分对的串扰，然而，在速率提高到50gbps 情况下，这种偏移已经无法保证在高带宽内足够的低封装串扰效果。因此，在差分对单元的两信号过孔中间偏移向上的位置设置一个第一辅助接地孔503，通过第一辅助接地孔503有效隔离了干扰对对受扰对2的串扰。
75.须知，“梅花”形的主接地孔502和第一辅助接地孔503不是仅仅发挥以上作用降低串扰的作用，还具备其他作用，例如“梅花”形的主接地孔502还可改善差分对的回流，差分对的电磁场更多约束在差分对单元附近，减少了对远处其他差分对单元的临近地孔(主接地孔502或第一辅助接地孔503)的参考，因此也能降低隔行的差分对单元之间的串扰。
76.在本技术实施例中，应当把“梅花”形的主接地孔502和第一辅助接地孔503视作一个整体，在一个具有多个差分对单元的印刷电路板中，例如图8中所示的多组“梅花”形的主接地孔502和第一辅助接地孔503构成的“c”型屏蔽结构屏蔽分别包围多个差分对单元，从而确保信号在沿孔垂直于印刷电路板的设置面方向(z方向)传播时，各差分对单元之间具备良好的垂直屏蔽结构以隔离串扰。
77.由上述描述可看出，本技术提供的“c”形屏蔽结构可屏蔽差分对单元的作用，主要改善了孔孔耦合串扰。但是，本技术实施例中的印刷电路板并非仅仅是简单地考虑串扰的孔孔耦合部分，还可改善孔线耦合串扰和线线耦合串扰。
78.图9示出了孔线耦合串扰和线线耦合串扰发生的位置示意图。为了便于显示说明信号过孔与走线之间的串扰，仅仅展示了干扰对5052和受扰对5051所在行的过孔(信号过孔及接地孔)，其他行的过孔都被隐藏以便于说明，应理解，在本图9中仅以一个干扰对5052和受扰对5051为例进行的说明。在印刷电路板中存在多个差分对单元时，可存在多个如图9相类似的结构。孔线耦合串扰和线线耦合串扰在任何印刷电路板中均有发生，在信号速率低的情况下，由于有效带宽较低，这孔线耦合和线线耦合相对较小，然而在速率提高以及串扰的规格要求提升后，这孔线耦合和线线耦合的作用不可忽视甚至可能是关键瓶颈。
79.在干扰对5051和受扰对5052与印刷电路板内的走线连接时，干扰对5051中的信号过孔连接走线5062，受扰对5052中的信号过孔连接走线5061。走线5052和走线5061之间间隔有接地层505，为区分其他的接地层，将接地层505命名为第一接地层。第一接地层的两侧的走线层的走线(5061及5062)位于第一接地层的反焊盘504的外侧。
80.走线5062在布线时，距离干扰对5051较近。串扰耦合最严重的区域在两者(干扰对5051与走线5062)交叉相邻的位置。对于干扰对5051来说，其干扰最强的是穿过走线5061所在层附近的部分。对于走线5061来说，其受扰最严重的是它经过干扰对5051附近的部分。产生干扰的干扰对5051垂直于印刷电路板的设置面，而受扰的走线5061是位于印刷电路板内且平行于设置面，因此干扰的传递方向主要是三维，所以不能仅仅靠接地孔组成的屏蔽结构调整改善孔线耦合串扰，还需通过接地层隔离干扰沿垂直方向传递的分量。
81.对于接地层而言，它的掏空通常就是信号过孔的反焊盘504，因此接地层隔离干扰的效果取决于反焊盘504的尺寸，反焊盘504的尺寸越大，接地层上的非金属区域越大，信号穿过接地层的可能性就大，接地层隔离干扰的效果就差；反之，反焊盘504的尺寸较小，接地层的金属区域越小，接地层的隔离干扰的效果就越好。而在本技术实施例中，对于差分对单元中的信号过孔对采用双反焊盘504，一对信号过孔的中间接地层保持互连互通不割裂，使得接地层产生掏空的区域最小化，最大程度抑制干扰沿垂直方向传递的分量传递，也就在“c”形屏蔽结构隔离的基础上进一步提升了孔线耦合的抑制。
82.在线线耦合串扰中，考虑受扰走线为走线5061，侵扰走线为走线5062，他们彼此不在同一层但是共用了一个接地层505。由于信号过孔在接地层需要对应设置反焊盘504504，因此在接地层505无法做到完全封闭没有开孔，造成走线5062的能量能够透过反焊盘504耦合到隔层的走线5061。因此反焊盘504开孔的面积对线线耦合有较大影响。而在本技术实施例中，反焊盘504与信号过孔一一对应，使得反焊盘504的开孔较小，只有波长较短的信号可通过反焊盘504，波长较长的信号无法通过反焊盘504，因此可抑制更多的线线耦合干扰。从另一个角度来看，双反焊盘504保留了一对信号过孔中间的接地层的连接，使得反焊盘504对信号回流的干扰更小，走线5061和走线5062不会因为彼此较大的回流路径有较强的互感，产生的耦合相对较小。
83.由上述描述可以看出，干扰信号不是单一沿垂直于设置面方向传播，也不是单一沿平行于设置面方向传播的，干扰信号的传播方向是三维的。因此，本技术实施例提供的印刷电路板通过双反焊盘504和地孔阵列不是分别单独地对垂直方向干扰和水平方向干扰起作用，而是通过双反焊盘504和地孔阵列构成封装区域内的一个三维整体屏蔽结构，在有限空间内给信号提供各方向的就近回流参考，从而抑制干扰信号传递。在印刷电路板的多层空间内，双反焊盘504优化了接地层的分割，改善了平面回流，地孔阵列改善了垂直方向上的回流，地孔阵列和采用双反焊盘504的接地层将印刷电路板内的空间划分为一个个小尺寸的网格单元，信号穿过一个个网格单元均具有良好的回流参考，从而抑制了干扰的对外传递。
84.图10示出了本技术实施例提供的印刷电路板的另一示意图。印刷电路板包含多个差分对单元，每个差分对单元包括两个信号过孔604，信号过孔604沿z方向穿过印刷电路板的部分层结构。
85.参考图11，图11示出了差分对单元的排布示意图。多个差分对单元呈阵列排列。第一行差分对单元中包含信号过孔a1、b1、c1、d1、e1、f1；第二行差分对单元包括信号过孔a2、b2、c2、d2、e2、f2；第三行差分对单元包括信号过孔a3、b3、c3、d3、e3、f3。应理解，在图11中仅以三行差分对单元为例进行说明，在实际的印刷电路板中，可根据实际需要设置不同行数的差分对单元。
86.一并参考图12，图12示出了一个差分对单元及对应的屏蔽结构。每个差分对单元包括两个信号过孔601。对应于信号过孔601穿过的各接地层上对应设置的圆形的反焊盘604604。屏蔽结构包括主接地过孔602和三个辅助接地孔603，三个辅助接地孔603分别为设置在两个信号过孔601之间的第一辅助接地孔，以及位于主接地孔602和信号过孔601之间的第二辅助接地孔。
87.以一个差分对单元的信号过孔601排列的方向为第二方向(x方向)，其垂直方向称
第一方向(y方向)，即第一方向为平行于设置面，且垂直于两个信号过孔601排列方向的方向。沿第二方向在信号过孔601两侧各有一个主接地孔602。主接地孔602由主孔和四个从孔构成，从孔以主孔为中心分布于地孔四周，且任一从孔通过其金属化的孔壁或其连接的地平面与主孔形成电气连接。应理解，在一些示例中，单个主孔的从孔可以少于本实施例的数目，但从孔的个数应不少于一个。从孔在分布时，需要使得主接地孔602整体在第一方向上的宽度增大，即达到每个主接地孔602在第一方向的宽度大于每个信号过孔601在第一方向的宽度，从而提升屏蔽效果。另外，主接地孔602设置时，两个主接地孔602的中心点连线与两个信号过孔601的中心点连线重叠，以方便排布更多行的差分对单元。
88.在设置辅助接地孔603时，辅助接地孔603的中心点位于两个信号过孔601的中心点连线的一侧，以便于与主接地孔602配合形成c形的屏蔽结构。如图12中所示，三个辅助接地孔603分布于信号过孔601的一侧，并同主接地孔602组成c形的屏蔽结构。在一些实现中，辅助接地孔603可以少于本实施例的数目，但不少于一个，且至少有一个辅助接地孔603在差分对单元的两个信号过孔601之间，以同地孔构成“c”型地孔屏蔽阵列。
89.一并参考图11及图12，沿第二方向排布的相邻差分对单元共用一个主接地孔602，差分对单元沿第二方向的间距可为1.3mm。以孔中心为参考，在10.8mm内一行可以排布三个差分对单元。在本实施例中，相邻行的间距为1.8mm，为了避免信号过孔在第一方向上垂直正对导致较强的串扰，第二行相对于第一行向左沿第二方向偏移，示例性的，偏移距离可为1mm。除采用行错位改善不同行的差分对单元串扰外，还通过设置辅助接地孔603减少相邻行的差分对单元之间的串扰。沿第二方向看，不同单元的多个辅助接地孔603和多主接地孔602构成一行地孔阵列，形成行间串扰的有效屏蔽。由上述描述可看出，辅助接地孔603与主接地孔602配合构成对差分对单元的“c”型屏蔽结构，仅在信号过孔沿第一方向的一侧开放以便走线出线。
90.在本实施例中，信号过孔601的侧壁上电镀金属以形成导电层传递信号，在一些实现中，信号过孔601的金属层可以贯穿整个印刷电路板厚度，也可以以盲孔或者背钻的工艺形式不贯穿整个印刷电路板厚度。把垂直于印刷电路板厚度的方向称第三方向(z方向)，它垂直于第二方向和第一方向所在的平面。对于主接地孔602和辅助接地孔603，其孔侧壁金属层沿第一方向上的长度应不小于信号过孔601沿第一方向上的长度。过孔侧壁金属包括不限于铜、铝、银等导电金属材料，其加工工艺包括不限于电镀、蒸镀、溅射、化学镀或气相沉积等方式。
91.印刷电路板内部设置有用于信号参考的接地层，针对一个差分对单元，在其通过的各接地层上应用了与差分对单元的每个信号过孔对应的反焊盘604，即采用双反焊盘604与一个差分对单元的信号过孔604对应。双反焊盘604既实现了接地层避让参考信号和过孔阻抗控制的常规作用，还保留了接地层在信号过孔中间的互连，使得单个反焊盘604在接地层上的开孔较小，并且同前面的地孔屏蔽阵列构成三维横纵交错的接地互连网格，同时提升对孔孔耦合、孔线耦合和线线耦合的串扰抑制效果。在一些其他实现中，反焊盘的形状包括不限于圆形、矩形、方形、椭圆形等，但需要确保双反焊盘能够保留接地层在信号过孔中间的互连。
92.在本实施例中，主接地孔602的主孔为压接过孔，从孔分布于主孔的四周，由于从孔不需要容纳连接器引脚，其孔径可以做得更小而且通常其过孔焊盘也会做得相对较小。
93.参考图13，图13示出了本技术实施例提供的另一种屏蔽结构的示意图。印刷电路板上的过孔包括信号过孔6001、主接地孔6002、辅助接地孔6003。主接地孔6002是包含了两个主孔60021和一个从孔60022的主从式地孔，从孔60022位于两个主孔60021之间，并与分别与主孔60021连通并导电连接。示例性的，从孔60022位于两个主孔60021的中间，三者沿第一方向排列，或相对第一方向倾斜的方向排列。
94.两个主孔60021同连接器接地引脚相连接，而从孔60022不同连接器引脚直接相连，而其利用其孔内的侧壁金属连通两个主孔60021，使得整个主从式地孔6002在第一方向上的宽度显著大于信号过孔6001在第一方向上的宽度，从而改善了在第一方向上同行间不同差分对单元之间的隔离度。此外，辅助接地孔在差分对单元的两过孔6001中心的第一方向上，以同主接地孔6002构成“c”型地孔屏蔽阵列。特别地，为了配合“c”型地孔屏蔽阵列，需要在信号过孔6001穿过的参考地平面6005上设置双反焊盘6004。在图13中反焊盘6004采用矩形形状。
95.为方便理解本技术实施例提供的印刷电路板对信号串扰的效果，对本技术实施例提供给的印刷电路板和现有技术中的印刷电路板进行全波仿真，仿真结果参考表1，在表1中以图10中的c2d2为干扰对，分别考虑其周边八个差分对同时带来近端或远端串扰时的综合串扰。
96.表1
[0097][0098][0099]
由表1可看出，本实施例提供的印刷电路板与现有常规的印刷电路板相比，具备更低的孔间耦合串扰效果。此外，本实施例采用的双反焊盘，最大程度抑制层偏导致的孔线耦合和线线耦合劣化。
[0100]
在印刷电路板制备时，由于各层制备时的偏差使得反焊盘沿第二方向偏离7mil时，相对于传统的单反焊盘掏空设计，双圆反焊盘配合“c”型屏蔽地孔阵列的孔线耦合抑制收益达到mdnext收益3.6db@14ghz和4.1db@28ghz，mdfext收益3.6db@14ghz和4.8db@28ghz。
[0101]
在层偏使得反焊盘沿第二方向偏离7mil时，相对于传统的单反焊盘掏空设计，双圆反焊盘配合“c”型屏蔽地孔阵列的线线耦合抑制收益达到mdnext收益4.2db@14ghz和6.1db@28ghz，mdfext收益6.6db@14ghz和6.2db@28ghz。
[0102]
图14示出了与芯片配合的印刷电路板的过孔及接地孔的排布示意图，图15为图14对应的三维结构示意图。
[0103]
印刷电路板上一部分对应于芯片所有引脚的焊盘及其相应的过孔区域，印刷电路板具有多组差分对单元。如图14所示，本实施例的芯片焊盘2012按行和列呈4
×
8等间距矩
阵式分布，在其他一些实施方式中芯片焊盘可以按照等间距或不等间距地按一定规律周期性分布。在4
×
8个芯片焊盘2012内，可以高密度地排布8对差分对单元，同时具备良好的信号完整性。根据分配的信号网络属性不同，芯片焊盘2012分为信号焊盘20121和接地焊盘20122，分别对应于芯片的信号引脚和接地引脚。为方便描述，将一对信号焊盘20121所在的直线为第一方向，沿印刷电路板平面垂直于第一方向的方向为第二方向。
[0104]
沿第一方向，两个临近的芯片信号焊盘20121为一组差分对单元，在信号焊盘20121两侧各有一个接地焊盘20122，相邻的两组差分对单元之间间隔以一个接地焊盘20122。沿第二方向，两组最临近的差分对单元之间在第一方向上错位一个芯片焊盘间隔的长度，以避免相邻行的两组差分单元对正对造成较大的串扰。
[0105]
尽管以上排布已经通过间隔接地焊盘和隔行差分对单元错位的方法来尽量降低串扰，在紧凑的空间内信号焊盘、走线间仍将有较明显的封装串扰制约链路性能。
[0106]
为了将芯片焊盘上的信号引出到印刷电路板不同层走线，在芯片焊盘20121中间设置信号过孔2013，其钻孔直径为8mil，通常采用盘中孔工艺来完成。为了隔离不同差分对单元的信号过孔2013之间的串扰，同时为信号过孔2013传输的信号提供接地返回路径，在接地焊盘20122中间设置主接地过孔2014，它由沿第二方向上分布的三个接地过孔构成，钻孔直径都是8mil，在第二方向上各过孔的中心距离为7mil。其中，位于接地焊盘20122的过孔为主孔，沿第二方向分布的两侧过孔为从孔，两个从孔的孔壁金属都与主孔的孔壁金属电气相连，从而使得三个过孔形成的主接地过孔2014在第二方向上的长度大于信号过孔2013在第二方向上的长度，以有效地隔离沿第一方向上相邻差分对单元之间的串扰。
[0107]
此外，在任一差分对单元的两信号焊盘20121中间，沿第二方向向上7mil的位置设置一个辅助接地孔2015，其钻孔直径为8mil。辅助接地孔2015能有效地改善相邻行间的差分对单元之间的串扰。在一对差分对单元内，一个辅助接地孔2015配合两侧的主接地过孔2014，构成了“c”型地孔屏蔽，从整个封装来看，多个这种组合形成了封装内的“c”型地孔屏蔽阵列，有效改善了孔孔耦合串扰。
[0108]
在本实施例中，芯片焊盘2012所在的顶层不设置参考地平面，而在印刷电路板内层按照设计需要设置了多层接地层2011。为了避让信号过孔2013，在信号过孔2013穿过的接地层2011上以信号过孔为中心对接地层2011掏空金属构成反焊盘2016，它在本实施例中的形状为圆形。应立即，上述的主接地过孔2014和辅助接地孔2015均需要同参考接地层2011相连。双反焊盘2016配合“c”型地孔屏蔽阵列，能够有效地改善封装区域内的线线耦合串扰和孔线耦合串扰。
[0109]
本技术实施例还提供了一种背板系统架构，该背板系统架构包括背板以及与背板连接的连接器。具体连接方式可参考图1中的连接方式。背板为上述任一项的印制电路板。在上述技术方案中，通过采用每个信号对应一个反焊盘，且反焊盘之间间隔了地层，从而降低了信号过孔或隔层走线的信号穿过反焊盘后干扰走线，改善了印刷电路板内的串扰问题。另外，通过主接地孔和第一辅助接地孔组成屏蔽结构，降低了差分对单元与其他差分对单元之间的串扰，改善了印制电路板的串扰问题，便于印制电路板上插孔的密集化设置。
[0110]
本技术实施例还提供了一种通信设备，该通信设备可为基站或者机房内的机柜等通信装置，该通信设备包括机框以及上述任一项所述的印制电路板，所述印制电路板被插入所述机框内。在上述技术方案中，通过采用每个信号对应一个反焊盘，且反焊盘之间间隔
了地层，从而降低了信号过孔或隔层走线的信号穿过反焊盘后干扰走线，改善了印刷电路板内的串扰问题。另外，通过主接地孔和第一辅助接地孔组成屏蔽结构，降低了差分对单元与其他差分对单元之间的串扰，改善了印制电路板的串扰问题，便于印制电路板上插孔的密集化设置。
[0111]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。