屏蔽裝置的製作方法
2023-06-28 05:34:11 1
專利名稱：屏蔽裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種增強的屏蔽裝置。
背景技術：
靈敏電子元件和由其構成的集成電路對於電磁幹擾EMI很敏 感。電子信號的存在會干擾靈敏電子元件的操作和特性。當存在電 磁幹擾時，也存在EMI的源，受該EMI幹擾的接收元件、以及耦合 路徑，通過該耦合路徑，幹擾源的發射被導向接收元件。某些電子 元件在工作過程中發射電磁信號。這樣的電磁發射元件會影響例如 同一塊電路板上的其他元件的性能和可操作性。EMI還降低元件和 電路的可靠性。某些元件既可以作為EMI源，也可以作為接收元件。 在源和接收元件之間存在所謂的耦合路徑。
EMI源發射可能是傳導的電壓或電流通過傳導的路徑耦合，通 過該路徑電流可以流動，或者是電或》茲場通過空間或材料通過電》茲 波傳播而耦合。因此，EMI的發射可以通過電路發生，或由於電場 和/或》茲場傳糹番通過空氣發生。電》茲波還可以通過電蹤4反或^t底材 料傳播。EMI信號可以由於一些電磁輻射體、電或磁場、或設計中 的缺陷，如與EMI源共享導體等發生。
為了保護靈敏電子元件和儘量減少幹擾信號的出現，採用了 EMI 屏蔽。EMI屏蔽用於保護電子元件既不受同一組件上的幹擾源影響， 也不受另外裝置的幹擾源影響。可以運用屏蔽罐防止千擾信號由發 射源發射，或禁止幹擾信號傳播到接收元件。EMI屏蔽罐通過吸收或反射入射到屏蔽罐的壁上的波來防止通過空間傳播的電滋波。屏
蔽罐的材料最好有效，使得大部分幹擾EMI信號或波從屏蔽壁被反 射。然後，屏蔽壁最好吸收幹擾波的沒有反射掉的發射部分。只有 一些殘留的噪聲或能量能夠通過屏蔽壁。該殘留的噪聲或能量形成 最終的EMI。所以，關鍵的特性是屏蔽罐的發射和吸收屬性。這些 特性取決於屏蔽材料和具有基礎襯底和電路接地的屏蔽的接口 。
屏蔽內部的接口和接地是屏蔽概念的關鍵部分。通常在屏蔽壁 中必須有一些開口以形成系統的某些有用信號的輸入和輸出。所以， 屏蔽裝置永遠不會是完美的(封閉的)，而必須包括開口作為信號 的輸入和輸出。問題是，無用的信號往往也利用這些路徑，因為印 刷電路板的信號線通常起天線的作用。通過這些信號線，外部噪聲 進入被屏蔽的環境，而系統的信號則漏掉。
屏蔽靈敏電氣元件的另 一 個問題是接地。接地和 一 般的接地概 念是一個問題，其典型地降低屏蔽效率並幹擾系統。通常，印刷電 路板是層疊的，以便使裝置儘可能緊湊。通常印刷電路板以機械和 電氣方式與支持所述裝置的一個基座或機架接觸。印刷電路板的電 路和機架通常具有共同的接地電位。現有技術中幾乎沒有試圖通過 利用獨立的接地電位避免EMI效應。如果電^各和才幾架的這些不同的 地相互接觸，在印刷電路板之間可能發生接地迴路。通過使其暴露 於討厭的噪聲，接地迴路影響印刷電路板的操作，這又會使電路的 地畸變為超過零的一個值。這樣會影響電路的正常操作。
在專利文獻US6，011，691中，具有印刷電路板和機殼的顯著的 獨立接地電位。這些接地電位被分開，使得在電子元件裝置的頂部 和底部加上一個封蓋以提供法拉第屏蔽。此外，該封蓋與該電子元 件裝置外圍附近的一個電鍍區(plated area)接觸，保證散熱器和印 刷電路板的外部底盤接地電位和內部接地電位不會接觸。該解決方
案是基於一個內部核心和覆蓋該核心的至少一部分的介電材料，在 該介電材料上安排所述印刷電路板和機殼進行組裝。
發明內容
本發明的目的是改善屏蔽裝置的效力。
這一 目的是通過簡單而且增強的接地概念實現的。
本發明的特徵在於所謂獨立權利要求的特徵部分。本發明的其 他實施例在從屬權利要求中闡述。
當使用屏蔽罐時，最終目的是在被保護或屏蔽的電路和元件周 圍實現一個法拉第罩，如，電場的消失。為了形成一個法拉第罩， 要求屏蔽結構是堅固和整體的，或至少是基本封閉的。要使保護足 夠好，以便靈敏元件按所期望的操作，最好沒有大於1/20波長的開 口。根據本發明的一個優選實施例，這在印刷電路板的設計階段就 要考慮。通過妥善處理不過分限制開口的預定尺寸的限制和通過在 屏蔽裝置下面應用一個固定的接地層，所述法拉第罩可以良好成形 和實現。所述屏蔽罐可以是法拉第罩的重要部分，但只是其一部分。 法拉第罩的另一部分，即構成屏蔽罐的相對部分的部分是印刷電路 板。根據一個優選實施例，屏蔽罐的地在多層印刷電路板的上部信 號層與電路的地隔離。在隔離屏蔽和電路的地的情況下，屏蔽罐的 接地層提供法拉第罩的 一 部分，其保護印刷電路板上的電路不受電 磁幹擾。有利的接地概念還提供小迴路，這又會增強屏蔽裝置的可 操作性和安全性。
根據本發明的優選實施例，靈敏源的信號以及發射源的信號被 置於安全屏蔽中。這些元件具有環繞它們的隔離區城，信號通過屏 蔽的路徑傳播到這些屏蔽的區城。最好是形成同軸隧道來屏蔽所述 屏蔽罐的覆蓋內出現的信號。該同軸隧道最好在接地電位層之間形 成。該同軸隧道從一個發射源維持到對應的接收元件。本發明的優 選配置提供一種屏蔽裝置，該裝置沒有任何無用信號的不確定返回 電流路徑。
下面參考附圖詳細描述本發明。圖1示出本發明一個優選實施例的側視圖； 圖2示出本發明一個優選實施例的頂視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明一個優選實施例的基本概念。圖1以側視 圖示出一個多層印刷電路板，其具有八個不同層，包括第一層101, 該層最好連接到接地電位，以產生與元件相反方向上的屏蔽。第二 層102和第三層103也是信號層，在該示範實施例中沒有用到。第 四層104和第六層106是接地電位的信號層，或所謂接地層。第五 層105、第七層107和第八層108是信號層。在第八信號層上具有電 氣元件109a、 109b、 109c、 109d、 109e和109f。
箭頭20表示信號出現在信號層108上的路徑。根據圖l所示實 施例，第五層105在4矣地電位層104和106之間，在其上只有去往 信號層108的外部敏感或關鍵信號，特別是去往元件109a、 109b、 109e的信號才能通過圖1中表示信號路徑的虛線。在印刷電路板上 有元件之間的連接和互連。元件109a和109f上的箭頭ll描述電流 方向。根據一個優選實施例，元件109a直接接地到接地層104，如 箭頭12所示。接地是通過直接到達接地層104的通過孔實現的，以 保持路徑儘量短。短的路徑更安全，且不易像長路徑一樣受到幹擾 的影響。短路徑的裝置可以被更好地管理和控制。元件109b連接到 元件109c,電流方向用箭頭13表示。元件109e連接到元件109d, 箭頭14表示電流方向。元件109c和109d有利地直接^"地到接地層 106和/或104，如箭頭15所示。在圖1中，數字IO表示垂直於印 刷電3各才反的通過孔。
屏蔽罐111包括機架和蓋子。屏蔽罐111在元件109a、 10%、 109c、 109d、 109e、和109f上面的最上層配置，以保護元件、印刷 電路板和互相間的連接不受幹擾。屏蔽罐111沿圖1所示裝置的邊 緣通過孔接地。所以屏蔽罐111也通過最短的路徑直接4矣地到接地 電位層。根據上述解決方案，所述元件通過與屏蔽罐相同的邊緣通過孔接地。根據上述解決方案，上述元件的接地路徑在最上層印刷 電路板的表面延伸到某個接地通過孔，這對於屏蔽罐和元件通常是
相同的。
根據優選實施例，屏蔽罐的地與信號地在最上信號層隔離。這
是有利的，因為在信號層107或108中沒有大的接地面積，但接地 通過垂直向下到達接地電位層而實現。這種接地概念提供小迴路， 並使幹擾可能性最小化。如果任何幹擾或噪聲到達層108，則可能引 起洩漏問題。所以屏蔽108層，特別是其中包含電氣元件、信號和 連接的電氣區城。在該電氣區域中主要有需要屏蔽的元件和其間的 連接。
通過優選的接地概念，在屏蔽罐111機架和層107和108中包 含電氣元件的電氣區域之間形成了隔離區域110。在隔離區域110 中沒有銅或其他導體襯底，也沒有路徑或元件。這些隔離區域110 保證屏蔽裝置的安全和可靠。此外，屏蔽罐機架和電氣區域之間的 隔離110還支持小迴路概念，使得電氣區域的屏蔽對外部幹擾更有 效。沒有外部連接線或信號線能穿過隔離區域。因此，該隔離區域 110還防止外部信號4曼入屏蔽的電氣區域。
根據一個優選實施例，被屏蔽區域中的所有元件具有共同的地。 在該示範實施例中，共同的地由層104和106構成。通常，必須具 有至少兩個地。藉助於共同的地可以使迴路較小。為了最小化操作 的不確定性和不穩定性，保持濾波電路的迴路儘量小很重要。
根據一個優選實施例，所有待屏蔽的信號都安排為通過一個屏 蔽的信號層，在圖1中是層105。最關鍵的待屏蔽信號是靈敏電氣元 件的信號和輻射源的信號。選擇最關鍵的待屏蔽信號是設計和實現 過程的重要部分。因此，屏蔽信號的選擇取決於在特定裝裡中靈敏 或輻射元件的類型和出現，以及它們作為整體與該裝置的聯繫和關 聯。當發生內部幹擾時，存在一個輻射的發射源、被幹擾侵害的相 應被侵害元件，以及二者間的耦合途徑。
根據 一 個優選實施例，待屏蔽信號的路徑置於在接地線之間形成的所謂同軸隧道內，在該示範實施例中，所述接地線由接地電位
層104和106形成。從圖1可見，到元件109f、 10%和109e的信號 通過孔20和同軸接地通過孔10垂直於層101-108。屏蔽路徑的該同 軸結構有利地從發射源元件保持到相應的元件，整個路徑通過耦合 路徑。典型地，該結構是管狀的。很重要的是信號通過管狀同軸屏 蔽信號隧道傳播到信號層，並返回到該隧道，從而使信號在全部過 程中都位於屏蔽空間內。最好只有屏蔽的同軸路徑或通道供外部信 號傳播到屏蔽罐覆蓋內部的屏蔽電氣區域。
在信號層107和108中，應當只有需要的元件，而沒有額外的。 最好使信號和信號層靠近元件以防長路徑和迴路。關於此，圖1所 示裝置應當理解為僅僅是舉例。任何較大的用於輸入和/或輸出的通 過孔最好在中間層中實現，如圖1中的層102-107。通常中間層用作 輸入輸出層比外部、邊界層更安全。
為了實現本發明，通常採用具有8層的印刷電路板。但這只是 一種通用的方法，任何具有多層的印刷電路板都可以用來實現本發 明的屏蔽裝置，對層數沒有特別限制。圖1中的接地電位層104和 106隻是實現本發明的優選實施例的舉例。本發明不限於印刷電路板 的任何材料。通常假設印刷電路板包含不同類型的通過孔結構，例 如微通過孔(microvia)。根據本發明優選實施例的屏蔽罐在全部射 頻(RF)和基帶(BB)範圍以及用壓控振蕩器(VCO)中可以不受 限制地實現。上述在印刷電路板上建立的裝置防止到任何高頻或低 頻信號的不確定返回電流路徑。RF源越有效，要求輸入和輸出信號 的屏蔽越好。
圖2示出根據優選實施例的屏蔽裝裡的頂視圖。其中示出具有 屏蔽罐機架llla和兩個元件10%及109c的印刷電路板的頂視圖。 其中示出元件109b和109c之間有一些連接。在圖2中還通過在屏 蔽機架和待屏蔽元件區域的邊緣之間包圍的虛線示出對應於圖1的 隔離區域IIO。
此外，圖2還示出去往屏蔽區域的信號20。最好，輸入和輸出屏蔽區域的任何信號都通過在接地電位層之間形成的屏蔽同軸隧道 傳播。沒有外部信號能夠直接沿最上信號層傳播到最上信號層。在
圖2中，虛線20表示位於屏蔽罐的覆蓋內部區域中接地電位層之間 的信號。根據優選實施例，外部信號只有通過特定的一個或幾個層 才能出現在屏蔽的覆蓋區域。然後，信號沿通過孔直線向上通過各 層到達最上信號層。
上述實施例應當理解為描述本發明的基本概念的例子。在不偏 離本發明範圍的情況下，本發明可以實現為多種形式和修改。
權利要求
1.一種屏蔽裝置，其特徵在於包括分層印刷電路板(101、102、103、104、105、106、107、108)，至少具有設置在所述分層印刷電路板的第一外部表面上的電氣元件(109a、109b、109c、109d、109e、109f)；屏蔽罐(111)，設置在所述分層印刷電路板的所述第一外部表面上，所述屏蔽罐(111)覆蓋至少一個電氣元件；所述印刷電路板內的至少兩個接地電位層(101、104、106)；所述屏蔽罐(111)的邊緣和至少一個所述接地電位層(101、104、106)之間的接地連接；所述屏蔽罐內的元件(109a、109b、109c、109d、109e、109f)和至少一個所述接地電位層(101、104、106)之間的接地連接；以及所述屏蔽罐(111)內的元件(109a、109b、109c、109d、109e、109f)的接地連接在所述分層印刷電路板(101、102、103、104、105、106、107、108)的最上信號層中與所述屏蔽罐(111)的所述接地連接相隔離。
2. 根據權利要求1所述的屏蔽裝置，特徵在於包括接地電位 層(104、 106)之間的用於使信號出現在所述屏蔽罐(111 )內部的 同軸屏蔽路徑(20)。
3. 根據權利要求1所述的屏蔽裝置，其特徵在於包括只能從 所述屏蔽罐(111 )覆蓋之內的所述接地電位層(104、 106)之間出 現的信號。
4. 根據權利要求1所述的屏蔽裝置，其特徵在於包括所述印 刷電路板的接地電位層(104、 106)之間的同軸屏蔽路徑(20), 用於從發射信號的源到接收元件(109f、 109b、 109e)的整個耦合路徑。
全文摘要
本發明涉及一種增強的屏蔽裝置。所述屏蔽裝置包括屏蔽罐(111)和具有電氣元件(109a、109b、109c、109d、109e、109f)的分層的印刷電路板(101、102、103、104、105、106、107、108)以及至少兩個接地電位層(101、104、106)。在所述屏蔽罐(111)的邊緣和至少一個接地電位層(101、104、106)之間有接地連接，在所述屏蔽罐(111)內的元件(109a、109b、109c、109d、109e、109f)和至少一個接地電位層(101、104、106)之間的接地連接。所述兩個接地連接只通過至少一個接地電位層(101、104、106)相互連接，以提供小迴路。
文檔編號H05K9/00GK101646334SQ200910170699
公開日2010年2月10日 申請日期2004年2月6日 優先權日2003年2月7日
發明者J·海諾寧, J·科爾約寧, J·薩爾米寧, K·-E·古斯塔夫森 申請人:諾基亞有限公司