實現有電磁兼容性屏蔽的諧振衰減的方法和元件的製作方法
2023-09-16 05:06:25 1
專利名稱：實現有電磁兼容性屏蔽的諧振衰減的方法和元件的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及數據處理領域，更具體地涉及用於實現有電磁兼容性(EMC)屏蔽的諧振衰減的方法和元件。
背景技術：
當前，存在關於消除在電路板中的主層之間出現的板諧振的問題。通常，對於某個中頻範圍，將退耦電容器添加成格柵圖形，以試圖消除該諧振，並額外地為所設置的模塊提供一定的局部存儲。
由於這些退耦電容器大體上是電抗性元件，所以需要約5歐姆或更小的串聯電阻來消耗該諧振能。
損耗邊終端(DET)布置已得以研發，其本質上將0805尺寸的電阻器放置在板周邊，但現有的DET布置缺少允許處於不同直流電位的相鄰電源層得以衰減所需的退耦電容器。
現在需要有效的機構來實現對印刷電路板的有EMC屏蔽的諧振衰減。
術語EMC屏蔽應當理解為包括電磁幹擾(EMI)、電導和/或接地、電暈屏蔽、無線電頻率幹擾(RFI)屏蔽和靜電放電(ESD)保護，並且可與之互換使用。
如本說明書和權利要求中所用的那樣，術語印刷電路板或PCB意味著用於電連接電元件的基板或多層(多個層)基板，且應當理解為一般地包括電路插件板、印刷電路板、印製導線插件卡和印刷線路板。
發明內容
本發明的主要方面是提供用於實現印刷電路板的有EMC屏蔽的諧振衰減(EMC shielded resonance damping)的方法和元件。本發明的其它重要方面是提供這樣的方法和元件，以實現有EMC屏蔽的諧振衰減，而基本上沒有負面影響，且克服了現有布置中的諸多缺點。
簡言之，提供方法和元件以實現印刷電路板的有EMC屏蔽的諧振衰減。有EMC屏蔽的諧振衰減元件包括電容器和電阻器，其形成串聯組合且被容納在屏蔽罩內。一對同軸焊盤被設置用於連接印刷電路板。串聯組合的電容器和電阻器連接在一對同軸焊盤中的第一焊盤與屏蔽罩的內壁之間。屏蔽罩通過該串聯的元件提供了至該對同軸焊盤中的第二焊盤的電流迴路。
通過以下對附圖中示出的本發明優選實施例的詳細說明，可最好地理解本發明及以上和其它目的和優點，其中圖1是根據優選實施例布置的示例性的有EMC屏蔽的諧振衰減元件的切開以顯示內部細節且未按比例顯示的透視圖；圖2是根據優選實施例的圖1的有EMC屏蔽的諧振衰減元件的未按比例顯示的側平面圖；圖3是根據優選實施例的圖1的有EMC屏蔽的諧振衰減元件的未按比例顯示的端平面圖；圖4A是未按比例顯示的端平面圖，示出根據優選實施例布置的另一示例性的有EMC屏蔽的諧振衰減雙埠元件，其作為N埠元件的一個例子；圖4B是根據優選實施例布置的圖4A示例性的有EMC屏蔽的諧振衰減元件的未按比例顯示的側平面圖；以及圖5和6分別示出了示例性印刷電路板布局，用於與根據優選實施例的圖1的有EMC屏蔽的諧振衰減元件一起使用。
具體實施例方式
現在參見附圖，圖1、2和3中示出了根據一優選實施例的示例性的有EMC屏蔽的諧振衰減元件，其總地由附圖標記100表示，包括表面安裝器件(SMD)封裝。有EMC屏蔽的諧振衰減元件100被布置成以比傳統0805尺寸封裝小的封裝實現。
如圖1和2所示，有EMC屏蔽的諧振衰減元件100包括總地由附圖標記102表示的串聯電容器，其連接在通常在中心定位的第一同軸焊盤104和電阻器106的一側之間。電阻器106由電阻塊材形成。電容器102和電阻器106被容納在屏蔽罩108內。
提供屏蔽連接的第二同軸通孔(coaxial via)焊盤110圍繞第一同軸焊盤104，且連接在屏蔽罩108上。同軸通孔焊盤110與第一同軸焊盤104緊鄰地隔開。電容器102包括多個隔開的平行極板112。體電阻器106的背離電容器連接部的一側端接在屏蔽罩108的內壁114上。屏蔽罩108將電流自串聯連接的電容器102和電阻器106返回至屏蔽連接同軸通孔焊盤110。
有EMC屏蔽的諧振衰減元件100將電容器102和電阻器106設置成串聯組合，這適於通過由焊盤104、110定義的單埠同軸通孔結構連接到印刷電路板上。
根據優選實施例的特徵，電阻器106和電容器104在同一封裝屏蔽罩108內的集成將分立器件的板佔用面積(board real estate)減至最小。在傳統布置中，在印刷電路板表面形成通孔的行為破壞了被封閉的印刷電路板層的屏蔽完整性。雖然退耦是局部能量存儲所需要的，但是通常測量來自退耦電容器自身的輻射發射。屏蔽罩108形成了電阻器106和電容器104周圍的外部屏蔽，其基本上防止了電阻器106和電容器104的組合的輻射發射。
根據優選實施例的特徵，有EMC屏蔽的諧振衰減元件100可用在不同值的電壓層上，包括例如+V電壓至接地電壓電位、-V電壓至+V電壓、以及接地1至接地2，在焊盤104、110上分別連接一層。有利地，多個有EMC屏蔽的諧振衰減元件100設置在印刷電路板上，從而在例如呈柵格圖形或圍繞在PCB周邊時衰減諧振發射、從而通過柵欄圖形限制板邊緣輻射、並且從而提供一定的退耦，同時取代電阻器和電容器的傳統較大的無屏蔽分立組合。
根據優選實施例的特徵，與現有技術相比所具有的主要優點在於利用屏蔽外殼108、同軸焊盤接觸部104、110的配對同軸通孔結構形成完整和連續的封裝方案的能力。有EMC屏蔽的諧振衰減元件100允許將正態共模電流(normal and common mode current)的整個電路電流通路與外部輻射和來自電路板內與同軸通孔結構104匹配的相關通孔結構的輻射屏蔽開。與電容器102串聯的體電阻器106的同軸封裝允許電流沿由屏蔽罩108的內壁114、116、118限定的路徑回到同軸焊盤接觸部110的外邊緣120，該屏蔽罩定義了外部屏障並提供了低電感通路。有EMC屏蔽的諧振衰減元件100提供了物理上小且緊湊的電阻器和電容器結構，其對於更高速度的數字和RF應用允許有效工作頻率增加。這是因為愈加減小的結構相對於工作波長在電學上變得越來越小。這將任何封裝諧振移動超出所關注的頻率。
有EMC屏蔽的諧振衰減元件100的電容器102可以以圍繞電容器102的平行極板112的單一介電材料實現，該介電材料例如為空氣、NPO、X7R、X5R、C0G、YTV等。每隔一個的極板112從形成或連接第一同軸焊盤104的中心支撐部122向外延伸，且與每隔一個的其它由電阻器106承載的支撐元件124支持的極板122隔開。介電材料是不良電導體，同時是可存儲能量的靜電場的有效支撐體，且尤其在電容器102中有用。單一介電材料的使用與表面安裝陶瓷電容器的當前由製造者所用的慣例相同。各種傳統材料可用於形成有EMC屏蔽的諧振衰減元件100的電容器102。例如，陶瓷材料或玻璃釉材料可用於形成平行極板112，該陶瓷材料例如是具有各種金屬鈦酸鹽加上調節劑和移動劑(shifter)的燒制陶瓷粉。由鈀和銀或鎳形成的電極可被使用，由銀和玻璃粉、銅和玻璃粉、鎳或錫形成的電容器接線端可被使用，以形成電容器102。
根據優選實施例的特徵，將電阻器106和電容器102封裝在同一小結構108內允許電路板改進或特徵化以達到需要消除電路板諧振的程度，允許成本下降行為在總體上不改變印刷電路板的情況下發生。
根據優選實施例的特徵，與在印刷電路板上設置分立的、無屏蔽的電阻器和電容器相比，對由有EMC屏蔽的諧振衰減元件100定義的整體屏蔽結構而言有特別的益處。
有EMC屏蔽的諧振衰減元件100包括特定的結構，該結構被構造為通過將電容器102和電阻器106容納在一個小的封裝外殼108內來將尺寸和電感最小化。這使頻率響應最大化，允許元件100在較大的頻率範圍內更加有效。
將有EMC屏蔽的諧振衰減元件100的尺寸減至最小還佔用了印刷電路板上更少的空間，且允許這些元件100更緊密地設置在一起，這進一步提高了印刷電路板整個面積上的分布響應(distributed response)。印刷電路板上的示例性圖形參照圖5和6說明和描述。
有EMC屏蔽的諧振衰減元件100的屏蔽罩108還被構造成回流通路。屏蔽罩108由導電材料形成，例如銅、鍍鎳鋼材料。這允許有EMC屏蔽的諧振衰減元件100的屏蔽罩108用作同軸終端，且有效地在該元件內自包含和消耗發射。試圖在標準元件之上設置獨立的屏蔽將在周圍需要多個額外的通孔，且這樣的屏蔽還將佔據更多的印刷電路板空間。這樣的布置還將增加輻射返回電流的環路面積(loop area)，且危害屏蔽完整性。
由有EMC屏蔽的諧振衰減元件100的同軸焊盤104和屏蔽連接焊盤110形成的結構或同軸埠考慮了與同軸通孔結構的連接，從而更利於使迴路面積最小化且將電感減至最小。
如圖所示的有EMC屏蔽的諧振衰減元件100僅具有一個同軸埠。但是，也可延及包括任何範圍的多同軸埠屏蔽元件，其在屏蔽內具有各種電路或集成電路結構。
應當理解，本發明不限於所示構造的有EMC屏蔽的諧振衰減元件100。例如，電容器102和電阻器106可以具有各種不同的形狀和尺寸。
應當理解，本發明不限於所示構造的具有由焊盤104、110定義的單同軸埠的有EMC屏蔽的諧振衰減元件100。例如，另一示例性的有EMC屏蔽的諧振衰減元件參照圖4A和4B得以顯示和說明，該元件具有用於雙埠連接的雙埠布置。本發明的有EMC屏蔽的諧振衰減元件可擴展至涵蓋印刷電路板的N埠與N埠連接。這種擴展的實施例構成具有充分封閉的屏蔽外殼的有源或無源電路，每個電路包括由優選實施例的焊盤104、110限定的同軸焊盤結構，以有效地抑制輻射發射並為更高頻率提供高速內部電流迴路。
現在參見圖4A和4B，示出了根據一優選實施例的總地由附圖標記400表示的另一示例性的有EMC屏蔽的諧振衰減雙埠元件，其包括表面安裝器件(SMD)封裝。有EMC屏蔽的諧振衰減雙埠元件400包括總地由附圖標記402表示的電容器，其連接在第一埠的通常在中心處定位的相應的第一同軸焊盤404和電阻器406之間，並與電阻器406串聯。電阻器406由電阻塊材形成，且支撐電容器402。串聯連接的電容器402和電阻器406容納在屏蔽罩408內。
有EMC屏蔽的諧振衰減雙埠元件400在單一屏蔽罩408內容納一對同軸焊盤結構，每個結構由優選實施例的一對同軸通孔焊盤404、410定義。電容器402和電阻器406的串聯組合分別連接至兩個埠中的每一個的各同軸通孔焊盤404。提供屏蔽連接的每個相應的第二同軸通孔焊盤410圍繞相應的同軸焊盤404，並連接至屏蔽罩408。同軸通孔焊盤410與同軸焊盤404緊鄰地隔開。
屏蔽罩408將來自串聯連接的電容器402和電阻器406的電流返回至屏蔽連接同軸通孔焊盤410。與各電容器102串聯的各體電阻器406的同軸封裝允許電流沿由屏蔽罩408的內壁414、416、418限定的路徑回到同軸焊盤接觸部410，該屏蔽罩形成了外部屏障並提供了低電感通路。
電容器402包括多個隔開的平行極板412。每隔一個的極板412自形成或連接相應第一同軸焊盤404的中心支撐部422向外延伸，且與每隔一個的其它由電阻器406承載的支撐元件424支持的極板412隔開。體電阻器406的與電容器連接部對立的一側端接在中心延長導體430上。第二埠的同軸焊盤404與中心延長導體430一體形成或連接在其上，該中心延長導體由電阻器406支撐且與之電連接。
再參見圖5和6，示出了用於與根據優選實施例的有EMC屏蔽的諧振衰減元件100一起使用的示例性印刷電路板布局500、600。
印刷電路板500包括多個同軸通孔結構504的柵格502，每個同軸通孔結構用於與一個有EMC屏蔽的諧振衰減元件100配合，如圖5所示。
圖6中，印刷電路板600包括多個同軸通孔結構604的邊緣或周邊針腳圖形(stitch pattern)602，每個結構用於與一個有EMC屏蔽的諧振衰減元件100配合，形成柵欄以限制邊緣輻射。
雖然已經參照附圖所示的本發明實施例的細節描述了本發明，但是這些細節不是要限制所附權利要求中所主張的本發明的範圍。
權利要求
1.一種用於實現印刷電路板的有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，包括形成串聯組合的電容器和電阻器；容納所述電容器和所述電阻器的所述串聯組合的屏蔽罩；適於與該印刷電路板連接的一對同軸焊盤；所述電容器和所述電阻器的所述串聯組合連接在所述一對同軸焊盤的第一焊盤和該屏蔽罩的內壁之間；所述屏蔽罩提供了至所述一對同軸焊盤的所述第二焊盤的回流路徑。
2.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述電容器包括多個平行極板和圍繞所述電容器的介電材料。
3.如權利要求2所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述介電材料包括自包括空氣、NPO、X7R、X5R、C0G和YTV的介電材料組中選出的一種。
4.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述電容器連接在所述一對同軸焊盤的所述第一焊盤和所述電阻器之間。
5.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述屏蔽罩提供了用於連接至同軸通孔結構的表面安裝器件(SMD)封裝；所述同軸通孔結構連接至所述同軸焊盤。
6.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述屏蔽罩由自包括銅、鍍鎳鋼材料的導電材料組中選出的一種形成。
7.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述一對同軸焊盤的所述第一焊盤和所述第二焊盤隔開，所述第二焊盤圍繞所述第一焊盤。
8.如權利要求7所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述電阻器由塊電阻材料形成。
9.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述一對同軸焊盤連接至該印刷電路板的同軸通孔結構。
10.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述回流路徑沿所述屏蔽罩的內壁設置。
11.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述電容器和所述電阻器的所述串聯組合與所述一對同軸焊盤形成一直線。
12.如權利要求1所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述同軸焊盤連接該印刷電路板的同軸通孔結構，籍此該印刷電路板的面積被減至最小。
13.一種用於以有EMC屏蔽的諧振衰減元件實現印刷電路板的有EMC屏蔽的諧振衰減的方法，所述方法包括步驟將電容器和電阻器形成串聯組合；將所述電容器和所述電阻器的所述串聯組合容納在屏蔽罩內；提供用於與該印刷電路板連接的一對同軸焊盤；將所述電容器和所述電阻器的所述串聯組合連接在所述一對同軸焊盤的第一焊盤和該屏蔽罩的內壁之間；將所述屏蔽罩提供至所述一對同軸焊盤的所述第二焊盤的回流路徑。
14.如權利要求13所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的方法，包括按選定的圖形在該印刷電路板上設置多個有EMC屏蔽的諧振衰減元件的步驟。
15.如權利要求13所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的方法，包括按印刷電路板上的柵格圖形在該印刷電路板上設置多個有EMC屏蔽的諧振衰減元件的步驟。
16.如權利要求13所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的方法，包括按圍繞印刷電路板的周邊邊緣圖形在該印刷電路板上設置多個有EMC屏蔽的諧振衰減元件的步驟。
17.一種用於實現印刷電路板的有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，包括適於與該印刷電路板連接的一對同軸焊盤；連接所述一對同軸焊盤的第一焊盤的電容器，所述電容器包括多個平行極板；與所述電容器串聯連接的電阻器；容納所述電容器和所述電阻器的屏蔽罩；所述屏蔽罩連接所述一對同軸焊盤的第二焊盤；所述電阻器由所述屏蔽罩的內壁支撐；以及所述屏蔽罩提供至所述一對同軸焊盤的所述第二焊盤的回流路徑。
18.如權利要求17所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述同軸焊盤被隔開，所述第二焊盤圍繞所述第一焊盤。
19.如權利要求17所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，其中所述屏蔽罩提供了用於連接至同軸通孔結構的表面安裝器件(SMD)封裝；所述同軸通孔結構連接至所述同軸焊盤。
20.如權利要求17所述的用於實現有EMC屏蔽的諧振衰減的元件，包括按選定的圖形與該印刷電路板連接的多個有EMC屏蔽的諧振衰減元件。
全文摘要
本發明涉及實現有EMC屏蔽的諧振衰減的方法和元件。有EMC屏蔽的諧振衰減元件包括形成串聯組合且容納在屏蔽罩內的電容器和電阻器。一對同軸焊盤設置成與印刷電路板連接。電容器和電阻器的串聯組合連接在一對同軸焊盤的第一焊盤和屏蔽罩的內壁之間。通過該串聯元件，屏蔽罩提供了至該對同軸焊盤的第二焊盤的回流路徑。
文檔編號H05K1/02GK1708205SQ200510051649
公開日2005年12月14日 申請日期2005年2月22日 優先權日2004年6月10日
發明者唐·A·吉利蘭, 丹尼斯·J·沃思 申請人:國際商業機器公司