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(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型超寬帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，其主要用途在于 取代現(xiàn)有的高速電路/微波電路的電源層，從而抑制在這些結(jié)構(gòu)中存在的地彈噪聲，實現(xiàn) 較好的電源完整性。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在電子技術(shù)，特別是芯片和封裝技術(shù)正逐漸具有高速率，密集成，低功耗等特 性，其對于電源完整性的需求也隨之加大。傳統(tǒng)的電路板由于工作頻段較低，電源供電系統(tǒng) 一般采用普通電源線供電，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(nèi)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 干擾將有可能干擾其它芯片的供電電壓，從而影響系統(tǒng)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?yōu)殡娫磳樱笳呔哂懈〉臍W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于芯片和封裝技術(shù)上的感 性元件，微小的電流擾動產(chǎn)生較大的電壓波動，這個電壓波動對整個系統(tǒng)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，在某些處于諧振的頻率，一塊芯片的電流變化將很容易在電路板中傳播，引起 其他芯片供電電壓的變化，從而破壞了整個系統(tǒng)的電源完整性。本發(fā)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(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提出一種新型超寬帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，其 要用途在于取代現(xiàn)有的高速電路/微波電路的電源層，以抑制在這些結(jié)構(gòu)中存在的地彈噪 聲，實現(xiàn)較好的電源完整性。技術(shù)方案本發(fā)明所述的超寬帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)具有典型的微帶結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)分 三層，其中，中間層為高速電路/微波介質(zhì)板，可以為聚四氟乙烯，F(xiàn)R4，Roger系列等介質(zhì)， 介質(zhì)厚度可以為0. 2mm到2mm不等，上下兩層分別作為供電系統(tǒng)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(jié)構(gòu)。性能評估傳統(tǒng)上講，有一種簡單的方案，即看任意兩個端口之間的轉(zhuǎn)移阻抗，如 果這個阻抗值低于一個設(shè)定的閾值，我們認為電源完整性良好，一片芯片上可能產(chǎn)生的較 大電流波動將不會影響到其他芯片上。而在現(xiàn)實測量中，我們通常采用另一種指標，即兩個 端口之間的插入損耗S21，它和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移阻抗越大，一個端口的變動將更容易地傳播到另外一個端口之上。要保證合理的抑 制地彈噪聲，我們設(shè)定的插入損耗閾值為_30dB，即只有低于此閾值，我們才認為電源完整 性良好，實現(xiàn)較好的噪聲抑制。
有益效果我們首先制備了一個技術(shù)方案中提出的三層結(jié)構(gòu)的典型樣品。其中中 間的介質(zhì)板為FR4，其介電常數(shù)為4. 4，典型厚度為0. 4mm,兩面覆銅，一面不刻蝕，保持連 續(xù)，一面需要刻蝕成需要的電磁帶隙結(jié)構(gòu)。為了驗證其性能，我們制備了一個典型樣品，并 通過我校購買的Agilent公司的E8363的矢量網(wǎng)絡(luò)儀的進行實驗驗證，結(jié)果證實本發(fā)明能 夠在從500MHz到5. 5GHz的頻段內(nèi)，對任意兩個端口都能實現(xiàn)優(yōu)于_30dB的效果，有效地抑 制處于該頻段內(nèi)地彈噪聲，實現(xiàn)良好的電源完整性。


圖1是本發(fā)明的用于取代普通電源層的電磁帶隙結(jié)構(gòu)的整體示意圖。分為三層結(jié) 構(gòu)，中間為介質(zhì)層；下層為地層，覆銅，結(jié)構(gòu)連續(xù)；上層為電源層，覆銅，需要刻蝕成電磁帶 隙結(jié)構(gòu)，并加入外圍金屬。圖2是本發(fā)明的電源層上超寬帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)版圖主視圖。其中圖a為單元結(jié)構(gòu) 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(shù)為a = 30mm, W = 0. 5mm, g = 0. 5mm,ρ = lmm,圖b為整個結(jié)構(gòu)的主視圖，它實際上是9個單元結(jié)構(gòu)疊拼后，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(fā)明的具體性能，測試樣品具有圖1給出典型參數(shù)。
具體實施例方式首先需制備如技術(shù)方案中提出的三層結(jié)構(gòu)的樣品。中間為介質(zhì)板，材料可以選擇 如聚四氟乙烯，F(xiàn)R4，Roger系列等介質(zhì)，上下兩層覆銅，一面連續(xù)，一面需要刻蝕成如圖2的 電磁帶隙結(jié)構(gòu)。加工完畢之后，需要通過具體的實驗驗證，當證實其在一定的的頻段內(nèi)，對任意兩 個端口都能實現(xiàn)低于-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(xiàn)對地彈噪聲的抑制。
權(quán)利要求
1.一種新型的寬帶電磁帶隙(以下簡稱EBG，Electromagnetic Bandgap)結(jié)構(gòu)。包括 三層電路板結(jié)構(gòu)，其中，中間層為高速電路/微波介質(zhì)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(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1提出的結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)板(1)材料可以但不限于聚四氟乙烯， PMMA, FR4等介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1提出的結(jié)構(gòu)，下層地層O)，所覆銅箔厚度可以但不限于標準的18 微米或35微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1提出的結(jié)構(gòu)，上層電源層(3)，所覆銅箔厚度可以但不限于標準的18 微米或35微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述，完整的電源層(3)需要刻蝕出具有雙環(huán)EBG結(jié)構(gòu)的單元 結(jié)構(gòu)，再將若干單元結(jié)構(gòu)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(fā)明提出一種新型超寬帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，其主要用途在于取代現(xiàn)有的高速電路/微波電路的電源層，以抑制在這些結(jié)構(gòu)中存在的地彈噪聲，實現(xiàn)較好的電源完整性。該結(jié)構(gòu)具有典型的三層電路板結(jié)構(gòu)，中間介質(zhì)層，上下兩層金屬，其中電磁帶隙結(jié)構(gòu)位于上層。針對一個典型實例進行了驗證將實驗制備的樣品通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測試，證實了本發(fā)明能夠在從500MHz到5.5GHz的頻段內(nèi)，對任意兩個端口實現(xiàn)優(yōu)于-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(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)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