[發(fā)明專(zhuān)利]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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710080721.1
• 申請(qǐng)日: 2017-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106937521B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李爾平;楊曉莉;成萍;李永勝;祝棟柯;黃銀濤;李斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H05K9/00
• 分類(lèi)號(hào): H05K9/00;H01L23/552
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開(kāi)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(shí)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(xiāo)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(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的四分之一。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)有效降低工作頻段內(nèi)的電磁輻射，尤其對(duì)于高頻的電磁輻射有明顯的抑制作用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)尺寸的小型化，可用于芯片、印刷電路板等的封裝設(shè)計(jì)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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(shí)鐘頻率快速提高，電磁干擾和散熱問(wèn)題成為下一代電子產(chǎn)品所面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。為了解決散熱問(wèn)題，在印刷電路板及芯片的封裝設(shè)計(jì)中通常會(huì)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(huì)通過(guò)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(wèn)題。

傳統(tǒng)解決由封裝蓋和散熱器引起的電磁輻射問(wèn)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(shí)可以有效抑制電磁輻射，對(duì)高頻的電磁輻射沒(méi)有明顯抑制作用，有時(shí)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(jià)格昂貴且會(huì)影響集成電路的工作性能及散熱。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明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(guò)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(wèn)題。

本發(fā)明解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)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(shí)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。

考慮到加工工藝及散熱問(wèn)題，所述周期性的電磁帶隙結(jié)構(gòu)為間隔陣列均布的銷(xiāo)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(xiāo)釘型二維金屬EBG結(jié)構(gòu)包括金屬銷(xiāo)釘，金屬銷(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)釘和金屬貼片，金屬銷(xiāo)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(xiāo)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(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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。

本發(fā)明具體實(shí)施通過(guò)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(guò)改變周期單元結(jié)構(gòu)的幾何尺寸包括周期長(zhǎng)度、金屬銷(xiāo)釘?shù)拈L(zhǎng)度和邊長(zhǎng)、介質(zhì)層厚度、空氣縫隙厚度來(lái)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(huì)影響所設(shè)計(jì)散熱器或封裝蓋對(duì)電磁輻射的抑制效果。