一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。在封裝基板分別與散熱封裝蓋或者散熱器之間設(shè)有周期性的電磁帶隙EBG結(jié)構(gòu)，以在所需頻段內(nèi)實現(xiàn)PMC的邊界條件進(jìn)行電磁輻射抑制，具體為間隔陣列均布的銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)和蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)，電磁帶隙結(jié)構(gòu)和封裝基板之間具有空氣縫隙，使得電磁帶隙結(jié)構(gòu)底面和封裝基板之間的距離小于工作頻段中心頻率對應(yīng)波長的四分之一。本發(fā)明專利技術(shù)能實現(xiàn)有效降低工作頻段內(nèi)的電磁輻射，尤其對于高頻的電磁輻射有明顯的抑制作用，實現(xiàn)設(shè)計尺寸的小型化，可用于芯片、印刷電路板等的封裝設(shè)計中。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及了一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，尤其是涉及了一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。技術(shù)背景隨著電子與電氣設(shè)備的高速發(fā)展，高速數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸速率和時鐘頻率快速提高，電磁干擾和散熱問題成為下一代電子產(chǎn)品所面臨的一個重大挑戰(zhàn)。為了解決散熱問題，在印刷電路板及芯片的封裝設(shè)計中通常會加入封裝蓋及散熱器。傳統(tǒng)的散熱器和封裝蓋通常由高導(dǎo)熱率和高導(dǎo)電率的金屬制成，隨著集成電路操作速率的不斷提高，封裝蓋及散熱器很容易與封裝基板的金屬地平面之間形成諧振腔，噪聲電流會通過電容效應(yīng)耦合到封裝蓋及散熱器上，使散熱器和封裝蓋成為新的輻射源，造成嚴(yán)重的EMI問題。傳統(tǒng)解決由封裝蓋和散熱器引起的電磁輻射問題的途徑主要有接地和涂覆吸波材料。但是接地僅在低頻時可以有效抑制電磁輻射，對高頻的電磁輻射沒有明顯抑制作用，有時甚至?xí)垢哳l的電磁輻射惡化。而在封裝蓋和散熱器上涂覆吸波材料雖然可以有效抑制不同頻段的電磁輻射，但吸波材料價格昂貴且會影響集成電路的工作性能及散熱。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利技術(shù)目的在于提供了一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，通過在封裝蓋和散熱器下表面增加EBG結(jié)構(gòu)抑制相關(guān)電子產(chǎn)品的電磁輻射，解決了由散熱器及封裝蓋引起的電磁輻射超標(biāo)問題。本專利技術(shù)解決相關(guān)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：在封裝基板分別與散熱封裝蓋或者散熱器之間設(shè)有周期性的電磁帶隙EBG結(jié)構(gòu)，以在所需頻段內(nèi)實現(xiàn)PMC的邊界條件進(jìn)行電磁輻射抑制，以抑制不需要的電磁波的傳播。所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)固定在散熱封裝蓋或者散熱器下表面?？紤]到加工工藝及散熱問題，所述周期性的電磁帶隙結(jié)構(gòu)為間隔陣列均布的銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)和蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)。所述銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)包括金屬銷釘，金屬銷釘上端固定在散熱封裝蓋或者散熱器的頂層金屬板的下表面，封裝基板包括介質(zhì)層和底層金屬板，金屬銷釘下端和封裝基板的介質(zhì)層之間具有空氣縫隙。所述蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)包括金屬銷釘和金屬貼片，金屬銷釘上端固定在散熱封裝蓋或者散熱器的頂層金屬板的下表面，金屬銷釘下端連接在金屬貼片上端中心，金屬貼片下端和封裝基板的介質(zhì)層之間具有空氣縫隙，封裝基板包括介質(zhì)層和底層金屬板。所述的電磁帶隙結(jié)構(gòu)和封裝基板之間具有空氣縫隙，電磁帶隙結(jié)構(gòu)底面和封裝基板之間的距離(即空氣縫隙厚度+介質(zhì)層厚度)小于工作頻段中心頻率對應(yīng)波長的四分之一，使得由電磁帶隙結(jié)構(gòu)與封裝基板的金屬地平面共同形成縫隙波導(dǎo)，在工作頻段內(nèi)有效抑制封裝蓋或散熱器與封裝基板金屬地平面之間的平行板模式和諧振，從而有效降低工作頻段內(nèi)的電磁輻射。在工作頻段內(nèi)，能夠有效抑制封裝蓋或散熱器與封裝基板金屬地平面之間的空腔模式和平行板模式，從而有效降低該頻段內(nèi)的電磁輻射。本專利技術(shù)具體實施通過調(diào)節(jié)電磁帶隙結(jié)構(gòu)與封裝基板之間的距離改變抑制電磁輻射的有效頻段，也通過改變周期單元結(jié)構(gòu)的幾何尺寸包括周期長度、金屬銷釘?shù)拈L度和邊長、介質(zhì)層厚度、空氣縫隙厚度來改變制電磁輻射的有效頻段。所述散熱器和封裝蓋與封裝基板之間可以有物理連接，不會影響所設(shè)計散熱器或封裝蓋對電磁輻射的抑制效果。本專利技術(shù)沒有引入帶有損耗的材料，不會影響集成電路的工作性能和整個結(jié)構(gòu)的散熱性能。本專利技術(shù)的技術(shù)方案中所涉及的封裝基板材料可根據(jù)實際封裝模型做出相應(yīng)調(diào)整。所述電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)在芯片或者印刷電路板封裝中的應(yīng)用。本專利技術(shù)能用于芯片、印刷電路板等的封裝設(shè)計中，抑制相關(guān)電子產(chǎn)品的電磁輻射。本專利技術(shù)利用EBG結(jié)構(gòu)在一定頻段內(nèi)實現(xiàn)PMC的邊界條件。在特定頻段內(nèi)沒有電磁波可以在金屬平面及EBG結(jié)構(gòu)之間的縫隙中傳播，該縫隙的高度取決于EBG結(jié)構(gòu)的相關(guān)幾何參數(shù)，一般小于有效中心頻率對應(yīng)波長的四分之一。小于四分之一波長時，任何方向的電磁波均不能在電磁帶隙EBG結(jié)構(gòu)底面和封裝基板頂面的兩個平面之間的空氣縫隙中傳播，電磁波只能沿兩平面間的傳輸線傳播，如微帶線、鍵合線等，而其他方向電磁波的傳播將受到抑制。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)在不影響集成電路散熱及性能的前提下，有效的抑制了相關(guān)電子產(chǎn)品工作頻段內(nèi)的電磁輻射，從而使相關(guān)電子產(chǎn)品滿足電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)。本專利技術(shù)可用于芯片、印刷電路板等的封裝設(shè)計中，尤其對于高頻的電磁輻射由明顯的抑制作用，且可以通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)改變其有效頻段，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。本專利技術(shù)適用于電子設(shè)備中封裝蓋及散熱器的設(shè)計，尤其是提出的蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)的實施例可以有效減小同類金屬EBG結(jié)構(gòu)的尺寸，實現(xiàn)設(shè)計尺寸的小型化，使本專利技術(shù)中的封裝蓋及散熱器設(shè)計方案的應(yīng)用范圍和應(yīng)用頻段更加廣泛。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的原理示意圖。圖2是本專利技術(shù)中所用銷釘型金屬表面單元結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)圖。圖3是本專利技術(shù)中所用蘑菇型金屬表面單元結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)圖。圖4是本專利技術(shù)中利用銷釘型金屬表面設(shè)計的新型封裝蓋三維結(jié)構(gòu)圖。圖5是本專利技術(shù)中利用蘑菇型金屬表面設(shè)計的新型封裝蓋三維結(jié)構(gòu)圖。圖6是本專利技術(shù)中利用蘑菇型金屬表面設(shè)計的新型散熱器三維結(jié)構(gòu)圖。圖7是利用銷釘型金屬表面設(shè)計的新型封裝蓋在WB-BGA封裝中應(yīng)用的正視圖。圖8是利用蘑菇型金屬表面設(shè)計的新型封裝蓋在WB-BGA封裝中應(yīng)用的正視圖。圖9是利用蘑菇型金屬表面設(shè)計的新型散熱器在WB-BGA封裝中的應(yīng)用(a)正視圖和(b)俯視圖圖10是利用銷釘型金屬表面設(shè)計的新型封裝蓋應(yīng)用于WB-BGA封裝的3m場輻射圖。圖11是利用蘑菇型金屬表面設(shè)計的新型封裝蓋應(yīng)用于WB-BGA封裝的3m場輻射圖。圖12是利用蘑菇型金屬表面設(shè)計的新型散熱器應(yīng)用于WB-BGA封裝的3m場輻射圖。圖中：1、散熱封裝蓋或者散熱器，2、電磁帶隙結(jié)構(gòu)，3、空氣縫隙，4、封裝基板；5、頂層金屬板，6、金屬銷釘，7、空氣縫隙，8、介質(zhì)層，9、底層金屬板；10、頂層金屬板，11、金屬銷釘，12、金屬貼片，13空氣縫隙，14、介質(zhì)層，15、底層金屬板；16，金屬封裝蓋、17、銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)，18、蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)，19、散熱器，20、蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施實例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。如圖2和圖3所示，傳統(tǒng)封裝中常用的封裝蓋下表面為一個光滑的金屬平面，且通常與封裝基板的距離很小。由于封裝蓋距離噪聲源很近，大量噪聲電流會耦合到封裝蓋上，并且傳統(tǒng)封裝蓋與封裝基板的金屬地平面之間會形成諧振腔，兩平行板之間的諧振會使整個結(jié)構(gòu)的電磁輻射大幅度增強?；谏鲜隹p隙波導(dǎo)理論，在封裝蓋的下表面設(shè)計本專利技術(shù)EBG結(jié)構(gòu)，與封裝基板金屬地平面一起形成縫隙波導(dǎo)，可以在設(shè)計頻段內(nèi)抑制不需要的電磁波的傳播從而降低該頻段內(nèi)的電磁輻射。實施例1如圖4所示，在封裝基板4與散熱封裝蓋1之間的散熱封裝蓋1下表面設(shè)有周期性的電磁帶隙EBG結(jié)構(gòu)2，周期性的電磁帶隙結(jié)構(gòu)2為間隔陣列均布的銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)，包括金屬銷釘6，金屬銷釘6上端固定在散熱封裝蓋或者散熱器的頂層金屬板5的下表面，封裝基板4包括介質(zhì)層8和底層金屬板9，封裝基板4的底層金屬板9作為金屬地平面，金屬銷釘6下端和封裝基板4的介質(zhì)層8之間具有空氣縫隙7。具體實施根據(jù)設(shè)計需要，調(diào)整單元結(jié)構(gòu)的周期，金屬銷釘?shù)拈L度和寬度及空氣縫隙的高度設(shè)計有效頻段，抑制特定頻段內(nèi)的電磁輻射。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)，其特征在于：在封裝基板(4)分別與散熱封裝蓋或者散熱器(1)之間設(shè)有周期性的電磁帶隙結(jié)構(gòu)(2)，以在所需頻段內(nèi)實現(xiàn)PMC的邊界條件進(jìn)行電磁輻射抑制。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)，其特征在于：在封裝基板(4)分別與散熱封裝蓋或者散熱器(1)之間設(shè)有周期性的電磁帶隙結(jié)構(gòu)(2)，以在所需頻段內(nèi)實現(xiàn)PMC的邊界條件進(jìn)行電磁輻射抑制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述電磁帶隙結(jié)構(gòu)(2)固定在散熱封裝蓋或者散熱器下表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述周期性的電磁帶隙結(jié)構(gòu)(2)為間隔陣列均布的銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)或者蘑菇型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于縫隙波導(dǎo)理論的電磁輻射抑制結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述銷釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)包括金屬銷釘(6)，金屬銷釘(6)上端固定在散熱封裝蓋或者散熱器的頂層金屬板(5)的下表面，金屬銷釘(6)下端和封裝基板(4)之間具有空氣縫隙(7)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于縫隙波導(dǎo)理論...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李爾平，楊曉莉，成萍，李永勝，祝棟柯，黃銀濤，李斌，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33