抑制高速電路/微波電路地彈噪聲的超寬帶電磁帶隙結構的製作方法

2023-06-29 02:15:01 1

專利名稱：抑制高速電路/微波電路地彈噪聲的超寬帶電磁帶隙結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型超寬帶電磁帶隙結構，屬於信息技術領域，其主要用途在於 取代現有的高速電路/微波電路的電源層，從而抑制在這些結構中存在的地彈噪聲，實現 較好的電源完整性。
背景技術：
現在電子技術，特別是晶片和封裝技術正逐漸具有高速率，密集成，低功耗等特 性，其對於電源完整性的需求也隨之加大。傳統的電路板由於工作頻段較低，電源供電系統 一般採用普通電源線供電，歐姆損耗也很小，因此具有非常好的電源完整性。但是隨著諸如 處理器，內存等電子器件工作頻段的逐漸上升，電源線本身的歐姆損耗和周圍器件的電磁 幹擾將有可能干擾其它晶片的供電電壓，從而影響系統的電源完整性，嚴重之時甚至妨礙 電路的正常工作。為了克服這個問題，電源線逐漸演變為電源層，後者具有更小的歐姆損 耗。但是隨著工作頻率進一步提高，到了超過500MHz進入微波頻段之時，一種新的問題，即 地彈噪聲進一步影響電源層的供電效率。地彈噪聲一般認為起源於晶片和封裝技術上的感 性元件，微小的電流擾動產生較大的電壓波動，這個電壓波動對整個系統來講是有害的，因 此稱為地彈噪聲。而在微波頻段，除了感性元件而外，電路板自身的諧振則成為地彈噪聲更 重要的誘因，在某些處於諧振的頻率，一塊晶片的電流變化將很容易在電路板中傳播，引起 其他晶片供電電壓的變化，從而破壞了整個系統的電源完整性。本發明即提出一種方案，以 解決在高速電路/微波電路上存在的這一問題。

發明內容
發明目的本發明針對現有技術的問題，提出一種新型超寬帶電磁帶隙結構，其 要用途在於取代現有的高速電路/微波電路的電源層，以抑制在這些結構中存在的地彈噪 聲，實現較好的電源完整性。技術方案本發明所述的超寬帶電磁帶隙結構具有典型的微帶結構。主體結構分 三層，其中，中間層為高速電路/微波介質板，可以為聚四氟乙烯，FR4，Roger系列等介質， 介質厚度可以為0. 2mm到2mm不等，上下兩層分別作為供電系統的電源層和地層，均覆金屬 銅，銅箔厚度為標準的18um或35um，下層作為地層，不作刻蝕，上層為電源層，需要刻蝕出 電磁帶隙結構。性能評估傳統上講，有一種簡單的方案，即看任意兩個埠之間的轉移阻抗，如 果這個阻抗值低於一個設定的閾值，我們認為電源完整性良好，一片晶片上可能產生的較 大電流波動將不會影響到其他晶片上。而在現實測量中，我們通常採用另一種指標，即兩個 埠之間的插入損耗S21，它和轉移阻抗具有相同的變化趨勢，即S21越接近1，插入損耗越 小，轉移阻抗越大，一個埠的變動將更容易地傳播到另外一個埠之上。要保證合理的抑 制地彈噪聲，我們設定的插入損耗閾值為_30dB，即只有低於此閾值，我們才認為電源完整 性良好，實現較好的噪聲抑制。
有益效果我們首先製備了一個技術方案中提出的三層結構的典型樣品。其中中 間的介質板為FR4，其介電常數為4. 4，典型厚度為0. 4mm,兩面覆銅，一面不刻蝕，保持連 續，一面需要刻蝕成需要的電磁帶隙結構。為了驗證其性能，我們製備了一個典型樣品，並 通過我校購買的Agilent公司的E8363的矢量網絡儀的進行實驗驗證，結果證實本發明能 夠在從500MHz到5. 5GHz的頻段內，對任意兩個埠都能實現優於_30dB的效果，有效地抑 制處於該頻段內地彈噪聲，實現良好的電源完整性。


圖1是本發明的用於取代普通電源層的電磁帶隙結構的整體示意圖。分為三層結 構，中間為介質層；下層為地層，覆銅，結構連續；上層為電源層，覆銅，需要刻蝕成電磁帶 隙結構，並加入外圍金屬。圖2是本發明的電源層上超寬帶電磁帶隙結構版圖主視圖。其中圖a為單元結構 的主視圖，為了驗證其具體性能，我們給出一個典型實例，具體參數為a = 30mm, W = 0. 5mm, g = 0. 5mm,ρ = lmm,圖b為整個結構的主視圖，它實際上是9個單元結構疊拼後，再在外圍 加入一圈寬為IOcm的金屬銅。圖3是通過實驗驗證了的本發明的具體性能，測試樣品具有圖1給出典型參數。
具體實施例方式首先需製備如技術方案中提出的三層結構的樣品。中間為介質板，材料可以選擇 如聚四氟乙烯，FR4，Roger系列等介質，上下兩層覆銅，一面連續，一面需要刻蝕成如圖2的 電磁帶隙結構。加工完畢之後，需要通過具體的實驗驗證，當證實其在一定的的頻段內，對任意兩 個埠都能實現低於-30dB的插入損耗，即可將其拿作普通高速電路/微波電路的電源層 的替代，以實現對地彈噪聲的抑制。
權利要求
1.一種新型的寬帶電磁帶隙(以下簡稱EBG，Electromagnetic Bandgap)結構。包括 三層電路板結構，其中，中間層為高速電路/微波介質板(1)；下層覆銅，作為地層O)，不需 要刻蝕，；上層覆銅，作為電源層(3)，需要刻蝕成EBG結構。
2.根據權利要求1提出的結構，中間層介質板(1)材料可以但不限於聚四氟乙烯， PMMA, FR4等介質。
3.根據權利要求1提出的結構，下層地層O)，所覆銅箔厚度可以但不限於標準的18 微米或35微米。
4.根據權利要求1提出的結構，上層電源層(3)，所覆銅箔厚度可以但不限於標準的18 微米或35微米。
5.根據權利要求4所述，完整的電源層(3)需要刻蝕出具有雙環EBG結構的單元 結構，再將若干單元結構合成一個整體，在外圍進一步覆一定寬度的銅(5)，才能最終形成。
全文摘要
本發明提出一種新型超寬帶電磁帶隙結構，屬於信息技術領域，其主要用途在於取代現有的高速電路/微波電路的電源層，以抑制在這些結構中存在的地彈噪聲，實現較好的電源完整性。該結構具有典型的三層電路板結構，中間介質層，上下兩層金屬，其中電磁帶隙結構位於上層。針對一個典型實例進行了驗證將實驗製備的樣品通過網絡分析儀測試，證實了本發明能夠在從500MHz到5.5GHz的頻段內，對任意兩個埠實現優於-30dB的噪聲抑制。
文檔編號H05K1/02GK102131343SQ20111006452
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者馮一軍, 凡金龍, 張歡, 徐曉非, 趙俊明, 黃慈 申請人:南京大學