一種印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構的製作方法

2024-01-29 13:17:15 1

專利名稱：一種印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及電路板噪聲抑制技術領域，特別涉及一種印刷電路板中多晶片共用供 電/接地結構。
背景技術：
隨著人們對電子產品的要求向小型化、多功能及環保型等方向的發展，人們努力 尋求將電子系統越做越小，集成度越做越高，功能越來越強大。基於人們這樣的想法， 誕生了許多新技術、新材料和新設計，例如系統級晶片和系統級封裝等技術。在這些 技術中，經常需要將多個晶片放置在一個很小的區域內，並且要求共用一個電源供電 網絡和一個接地網絡。每個晶片的工作狀態不一樣，例如數字電路、模擬電路或高敏 感的射頻前端，使得共用電源網絡或共用接地網絡易產生"共源幹擾"或"共地幹擾"， 這些幹擾在集成度不高或頻率不高的電路中可以通過旁路電容消去；然而在高密度集 成的情況下，由於沒有足夠的空間放置這些旁路電容，再加上晶片相互之間的距離比 較靠近，使得幹擾顯現得更加嚴重。為了抑制高密度集成中的出現的幹擾，通常採用 的技術手段主要有
1. 分段工作模式不同晶片選擇不同的工作模式，將頻段分開，達到互不幹擾；
2. 分別供電和接地對各晶片的電源和接地網絡使用不同的接入口，將退耦放到 系統其它的位置；
3. 電磁隔離隙(Elec加magnetic Band Gap ， EBG):在電路板中設計一些特別的結 構，它能將一個晶片產生的電磁幹擾隔離開來，使它不影響到其他的晶片，其實質上 是一種平面的低通濾波器。
在實際應用中，這些技術並不總能達到滿意的工作效果。分段工作模式有很多情 況是不能允許的，因為在系統的總體要求下，各部分工作頻段是不能改變的；更困難 的是，即使對工作頻段進行了規劃，也不太可能對次生頻帶或諧波同時進行規劃，而 次生頻帶或諧波同樣對系統產生危害。如果對不同晶片分別供電和接地，將退耦放到 其他位置，其問題是一方面退耦效率會受到距離遠的影響，另一方面系統總體上可能 並不會縮小。EBG是一種新的隔離技術，它具有結構緊湊和隔離效果好，以及加工工藝與現有的工藝兼容等優點。但是EBG結構最大的缺點是在結構上一個小的改變會 對隔離性能產生很大的影響，從隔離頻帶到隔離深度。因此，EBG的設計十分複雜， 考慮到實際電路板的複雜性，在對所有單元進行單獨設計的同時還必須對整體電源接 地網絡進行分析與設計。另外，如果考慮到加工工藝中的很多不定因素，例如材料不 一致性，那麼工藝誤差將會使這種技術的實用性大大降低。

發明內容
為了解決多晶片的電路板或封裝中各晶片之間的共源/共地幹擾問題，本發明提供 了一種印刷電路板中多晶片共用供電展地結構，所述供電/接地結構是在一個多層印刷 電路板中構造其中某三層為"金屬一介質一金屬"的典型電容器結構，其中介質是高 介電常數介質。
所述供電/接地結構是大面積金屬平面。
大面積供電或接地金屬平面分別按所需供電晶片個數分割成相同數目的區域，每
個區域在被供電晶片的正下方。
每個區域使用一種金屬導電結構相互連接，並且所有需要同電壓供電的晶片在同
一個電壓等級上。
所述金屬導電結構為高電感小電阻的結構。 所述金屬導電結構為供電/接地結構平面被刻蝕出的金屬條帶。 所述金屬條帶在供電金屬平面上或接地金屬平面上，或者同時在供電和接地兩金
屬平面上。
所述金屬導電結構為通孔、盲孔或電感元件。
有益效果是本發明通過埋入技術，即整個供電/接地結構是電路板中的一部份， 這樣連線短，寄生參數小，能夠工作於高頻，大大地擴展了濾波器的高頻性能。


圖1是本發明實施例印刷電路板或封裝橫載面示意圖2是本發明實施例上金屬板分割成兩供電區域，以及供電/接地結構的剖面圖和 供電面結構的俯視圖3是本發明實施例下金屬板分割成兩供電區域，以及供電/接地結構的剖面圖和 供電面結構的俯視圖4是本發明實施例上、下兩金屬板都被分割成兩供電區域，以及供電/接地結構的剖面圖和供電面結構的俯視圖5是本發明實施例供電/接地結構的剖面圖及結構俯視圖(接地面結構用虛線畫
出)，以及低通濾波器等效電路原理圖6是本發明實施例兩晶片供電/接地結構的隔離性能仿真結果； 圖7是本發明實施例兩晶片供電/接地結構的隔離性能實測結果。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
參見圖1,本發明實施例提供了一種印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，該 結構是在一個多層印刷電路板中構造其中某三層為"金屬一介質一金屬"的典型電容 器結構，其中介質是高介電常數介質。其中101 —多層印刷電路板襯底，介質材料為 普通材料；102 —表面貼裝原件；103—用於互聯的盲孔；104 —採用flip Chip形式的裸
片；105 —信號線；106—採用wire band形式的裸片；107—內埋式電阻；108 —多層 印刷電路板core層，介質材料為普通材料；109 —用於互聯的通孔；IIO—BGA封裝中 的焊錫球；lll一接地面或供電面結構；112—內埋式電容層，介質材料為高介電常數 材料；113 —供電面或接地面結構。
供電/接地結構是大面積金屬平面。大面積供電或接地金屬平面分別按所需供電芯 片個數分割成相同數目的區域，每個區域在被供電晶片的正下方。每個區域使用一種 金屬導電結構相互連接，並且所有需要同電壓供電的晶片在同一個電壓等級上。在實 際應用中，金屬導電結構為高電感小電阻的結構；金屬導電結構為供電/接地結構平面 被刻蝕出的金屬條帶，金屬條帶在供電金屬平面上或接地金屬平面上，或者同時在供 電和接地兩金屬平面上。
該結構將電容分割成多個部分，每一部分對應於一個需要供電的晶片，位於該芯 片的正下方。當有一個高電感小電阻的結構連接每個部分時，各個部分就有了共同的 電位，滿足了各個晶片的供電，而電感結構可以阻擋高頻噪聲；同時，由於高介電系 數的介質作用，使得各個部分形成了一個大電容，對高頻噪聲有相當的旁路作用。另 外，從電路總體上看，該結構又是一個電容一電感的低通濾波器，其濾波特性取決於 電容電感值， 一般來說，電容電感值越大，被濾頻率越低。該結構的製造工藝過程如 下
步驟601:根據電路對需要同電壓供電電壓等級的數目，在多層電路板中加入一個或多個"金屬一介質一金屬"結構；
步驟602:根據需要同電壓供電的晶片個數及位置，所需電源功率、電流大小和 頻率範圍，將電路板中"金屬一介質一金屬"結構進行分割；
在實際應用中，有三種方式進行分割a)僅對印刷電路板中"金屬一介質一金屬" 結構的上金屬板進行分割；b)僅對印刷電路板中"金屬一介質一金屬"結構的下金 屬板進行分割；C)對印刷電路板中"金屬一介質一金屬"結構中的上、下金屬板都 進行分割；
圖2表示有兩個晶片時對印刷電路板中"金屬一介質一金屬"結構的上金屬板進 行的分割供電/接地結構的剖面圖和供電面結構的俯視圖；其中208 —縫隙填充介
質為與core層材料相同的材料；211—接地面或供電面結構；212—內埋式電容襯底， 介質材料為高介電常數材料；213—供電面或接地面結構；
圖3表示有兩個晶片時對印刷電路板中"金屬一介質一金屬"結構的下金屬板進
行的分割供電/接地結構的剖面圖和供電面結構的俯視圖；其中308 —縫隙填充介
質為與core層材料相同的材料；311—接地面或供電面結構；312—內埋式電容襯底， 介質材料為高介電常數材料；313 —供電面或接地面結構；
圖4表示有兩個晶片時對印刷電路板中"金屬一介質一金屬"結構的上、下金屬 板進行的分割供電/接地結構的剖面圖和供電面結構的俯視圖，其中401—縫隙填
充介質為與多層電路板襯底材料相同的材料；408 —縫隙填充介質為與core層材料相 同的材料；411一接地面或供電面結構；412—內埋式電容襯底，介質材料為高介電常 數材料；413—供電面或接地面結構；上、下兩金屬板都有分割時，應將分割區域分開 (如圖5所示)，接地面結構用虛線畫出；同時圖5中也畫出了低通濾波器等效電路； 其中501—縫隙填充介質為與多層電路板襯底材料相同的材料；508 —縫隙填充介質
為與core層材料相同的材料；511—接地面或供電面結構；512—內埋式電容襯底，介 質材料為高介電常數材料；513 —供電面或接地面結構；
在實際應用中，可以但不限於按照大功率大電流的晶片用大一些的面積，小功率 小電流高頻率的晶片用小一些的面積進行分割；面積與面積之間的間隔最小為介質層 厚度加金屬層厚度的三倍以上，這樣可以減小高頻情況下各部分之間的互耦；
步驟603:在分區的金屬層面上設計出具有高電感小電阻的結構，並將各區域連 接起來；
該結構可以是條形的、鋸齒形的、梳狀的或其它形狀； 一般情況下，增加電感的 同時也會增加電阻，所以應該對該結構進行仔細的設計，在大電感與小電阻之間找到平衡-，
步驟604:按常規的電路板設計原則進行布線；
步驟605:用適當的仿真工具進行性能估計，判斷設計是否合理，並進行必要的 調整；
步驟606:投版進行工藝流程，加工出產品。
在實際應用中，可以先進行測試版的加工與測試，即按上述步驟設計一些測試結 構，進行工藝流程後進行實測，根據實際工藝狀況進行設計調整，以達到最佳效果。
本發明實施例通過埋入技術，即整個供電/接地結構是電路板中的一部份，這樣連 線短，寄生參數小，能夠工作於高頻，大大地擴展了濾波器的高頻性能。
從電路的角度來看，EBG是一個多階帶阻濾波網絡，帶阻濾波網絡中的元件對網 絡性能產生很大的影響。但在一般的情況下，對高頻噪聲的隔離並不必須是帶阻濾波 器，而是低通濾波器。本發明實施例運用EBG的基本概念，使用一種簡單的共面結構 構成低通濾波網絡。同時由於普通的電源接地網絡不能滿足很好的濾波特性，又在該 結構中加入了高介電常數的介質，即綜合了埋入電容的技術，使得本發明具有了其他 技術所沒有的超寬帶寬的濾波特性。理論上，本發明能在十個GHz的頻帶內產生高達 —40dB到—70dB甚至-100dB的衰減，如圖6所示。在實際應用中，由於連接通路和 其他因素的影響，性能會有所降低，例如在0.6—3GHz的範圍內，實測衰減值在一40 dB — 一60dB，如圖7所示。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精祌和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於，所述供電/接地結構是在—個多層印刷電路板中構造其中某三層為「金屬—介質—金屬」的典型電容器結構，其中介質是高介電常數介質。
2. 如權利要求1所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於， 所述供電/接地結構是大面積金屬平面。
3. 如權利要求2所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於， 大面積供電或接地金屬平面分別按所需供電晶片個數分割成相同數目的區域，每個區 域在被供電晶片的正下方。
4. 如權利要求3所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於， 每個區域使用一種金屬導電結構相互連接，並且所有需要同電壓供電的晶片在同一個 電壓等級上。
5. 如權利要求4所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於， 所述金屬導電結構為高電感小電阻的結構。
6. 如權利要求4所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於， 所述金屬導電結構為供電/接地結構平面被刻蝕出的金屬條帶。
7. 如權利要求6所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在於， 所述金屬條帶在供電金屬平面上或接地金屬平面上，或者同時在供電和接地兩金屬平 面上。
8. 如權利要求4或5所述的印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，其特徵在 於，所述金屬導電結構為通孔、盲孔或電感元件。
全文摘要
本發明公開了一種印刷電路板中多晶片共用供電/接地結構，屬於電路板噪聲抑制技術領域。所述供電/接地結構是在一個多層印刷電路板中構造其中某三層為「金屬-介質-金屬」的典型電容器結構，其中介質是高介電常數介質；大面積供電或接地金屬平面分別按所需供電晶片個數分割成相同數目的區域，每個區域在被供電晶片的正下方。本發明通過埋入技術，即整個供電/接地結構是電路板中的一部份，這樣連線短，寄生參數小，能夠工作於高頻，大大地擴展了濾波器的高頻性能。
文檔編號H05K9/00GK101437368SQ200810239869
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者萬裡兮, 君 李 申請人:中國科學院微電子研究所