專利名稱：一種印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板噪聲抑制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種印刷電路板中多芯片共用供 電/接地結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求向小型化、多功能及環(huán)保型等方向的發(fā)展，人們努力 尋求將電子系統(tǒng)越做越小，集成度越做越高，功能越來(lái)越強(qiáng)大?；谌藗冞@樣的想法， 誕生了許多新技術(shù)、新材料和新設(shè)計(jì)，例如系統(tǒng)級(jí)芯片和系統(tǒng)級(jí)封裝等技術(shù)。在這些 技術(shù)中，經(jīng)常需要將多個(gè)芯片放置在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，并且要求共用一個(gè)電源供電 網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)接地網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)芯片的工作狀態(tài)不一樣，例如數(shù)字電路、模擬電路或高敏 感的射頻前端，使得共用電源網(wǎng)絡(luò)或共用接地網(wǎng)絡(luò)易產(chǎn)生"共源干擾"或"共地干擾"， 這些干擾在集成度不高或頻率不高的電路中可以通過(guò)旁路電容消去；然而在高密度集 成的情況下，由于沒(méi)有足夠的空間放置這些旁路電容，再加上芯片相互之間的距離比 較靠近，使得干擾顯現(xiàn)得更加嚴(yán)重。為了抑制高密度集成中的出現(xiàn)的干擾，通常采用 的技術(shù)手段主要有
1. 分段工作模式不同芯片選擇不同的工作模式，將頻段分開(kāi)，達(dá)到互不干擾；
2. 分別供電和接地對(duì)各芯片的電源和接地網(wǎng)絡(luò)使用不同的接入口，將退耦放到 系統(tǒng)其它的位置；
3. 電磁隔離隙(Elec加magnetic Band Gap ， EBG):在電路板中設(shè)計(jì)一些特別的結(jié) 構(gòu)，它能將一個(gè)芯片產(chǎn)生的電磁干擾隔離開(kāi)來(lái)，使它不影響到其他的芯片，其實(shí)質(zhì)上 是一種平面的低通濾波器。
在實(shí)際應(yīng)用中，這些技術(shù)并不總能達(dá)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?yàn)樵谙到y(tǒng)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(duì)工作頻段進(jìn)行了規(guī)劃，也不太可能對(duì)次生頻帶或諧波同時(shí)進(jìn)行規(guī)劃，而 次生頻帶或諧波同樣對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。如果對(duì)不同芯片分別供電和接地，將退耦放到 其他位置，其問(wèn)題是一方面退耦效率會(huì)受到距離遠(yuǎn)的影響，另一方面系統(tǒng)總體上可能 并不會(huì)縮小。EBG是一種新的隔離技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊和隔離效果好，以及加工工藝與現(xiàn)有的工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。但是EBG結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上一個(gè)小的改變會(huì) 對(duì)隔離性能產(chǎn)生很大的影響，從隔離頻帶到隔離深度。因此，EBG的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜， 考慮到實(shí)際電路板的復(fù)雜性，在對(duì)所有單元進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)的同時(shí)還必須對(duì)整體電源接 地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。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，那么工藝誤差將會(huì)使這種技術(shù)的實(shí)用性大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決多芯片的電路板或封裝中各芯片之間的共源/共地干擾問(wèn)題，本發(fā)明提供 了一種印刷電路板中多芯片共用供電展地結(jié)構(gòu)，所述供電/接地結(jié)構(gòu)是在一個(gè)多層印刷 電路板中構(gòu)造其中某三層為"金屬一介質(zhì)一金屬"的典型電容器結(jié)構(gòu)，其中介質(zhì)是高 介電常數(shù)介質(zhì)。
所述供電/接地結(jié)構(gòu)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(gè)數(shù)分割成相同數(shù)目的區(qū)域，每
個(gè)區(qū)域在被供電芯片的正下方。
每個(gè)區(qū)域使用一種金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相互連接，并且所有需要同電壓供電的芯片在同
一個(gè)電壓等級(jí)上。
所述金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為高電感小電阻的結(jié)構(gòu)。 所述金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為供電/接地結(jié)構(gòu)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(shí)在供電和接地兩金
屬平面上。
所述金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為通孔、盲孔或電感元件。
有益效果是本發(fā)明通過(guò)埋入技術(shù)，即整個(gè)供電/接地結(jié)構(gòu)是電路板中的一部份， 這樣連線短，寄生參數(shù)小，能夠工作于高頻，大大地?cái)U(kuò)展了濾波器的高頻性能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例印刷電路板或封裝橫載面示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例上金屬板分割成兩供電區(qū)域，以及供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖和 供電面結(jié)構(gòu)的俯視圖3是本發(fā)明實(shí)施例下金屬板分割成兩供電區(qū)域，以及供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖和 供電面結(jié)構(gòu)的俯視圖4是本發(fā)明實(shí)施例上、下兩金屬板都被分割成兩供電區(qū)域，以及供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖和供電面結(jié)構(gòu)的俯視圖5是本發(fā)明實(shí)施例供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖及結(jié)構(gòu)俯視圖(接地面結(jié)構(gòu)用虛線畫
出)，以及低通濾波器等效電路原理圖6是本發(fā)明實(shí)施例兩芯片供電/接地結(jié)構(gòu)的隔離性能仿真結(jié)果； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例兩芯片供電/接地結(jié)構(gòu)的隔離性能實(shí)測(cè)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
參見(jiàn)圖1,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)是在一個(gè)多層印刷電路板中構(gòu)造其中某三層為"金屬一介質(zhì)一金屬"的典型電容 器結(jié)構(gòu)，其中介質(zhì)是高介電常數(shù)介質(zhì)。其中101 —多層印刷電路板襯底，介質(zhì)材料為 普通材料；102 —表面貼裝原件；103—用于互聯(lián)的盲孔；104 —采用flip Chip形式的裸
片；105 —信號(hào)線；106—采用wire band形式的裸片；107—內(nèi)埋式電阻；108 —多層 印刷電路板core層，介質(zhì)材料為普通材料；109 —用于互聯(lián)的通孔；IIO—BGA封裝中 的焊錫球；lll一接地面或供電面結(jié)構(gòu)；112—內(nèi)埋式電容層，介質(zhì)材料為高介電常數(shù) 材料；113 —供電面或接地面結(jié)構(gòu)。
供電/接地結(jié)構(gòu)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(gè)數(shù)分割成相同數(shù)目的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域在被供電芯片的正下方。每個(gè)區(qū)域使用一種 金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相互連接，并且所有需要同電壓供電的芯片在同一個(gè)電壓等級(jí)上。在實(shí) 際應(yīng)用中，金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為高電感小電阻的結(jié)構(gòu)；金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為供電/接地結(jié)構(gòu)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(shí)在供 電和接地兩金屬平面上。
該結(jié)構(gòu)將電容分割成多個(gè)部分，每一部分對(duì)應(yīng)于一個(gè)需要供電的芯片，位于該芯 片的正下方。當(dāng)有一個(gè)高電感小電阻的結(jié)構(gòu)連接每個(gè)部分時(shí)，各個(gè)部分就有了共同的 電位，滿足了各個(gè)芯片的供電，而電感結(jié)構(gòu)可以阻擋高頻噪聲；同時(shí)，由于高介電系 數(shù)的介質(zhì)作用，使得各個(gè)部分形成了一個(gè)大電容，對(duì)高頻噪聲有相當(dāng)?shù)呐月纷饔?。?外，從電路總體上看，該結(jié)構(gòu)又是一個(gè)電容一電感的低通濾波器，其濾波特性取決于 電容電感值， 一般來(lái)說(shuō)，電容電感值越大，被濾頻率越低。該結(jié)構(gòu)的制造工藝過(guò)程如 下
步驟601:根據(jù)電路對(duì)需要同電壓供電電壓等級(jí)的數(shù)目，在多層電路板中加入一個(gè)或多個(gè)"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)；
步驟602:根據(jù)需要同電壓供電的芯片個(gè)數(shù)及位置，所需電源功率、電流大小和 頻率范圍，將電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割；
在實(shí)際應(yīng)用中，有三種方式進(jìn)行分割a)僅對(duì)印刷電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬" 結(jié)構(gòu)的上金屬板進(jìn)行分割；b)僅對(duì)印刷電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)的下金 屬板進(jìn)行分割；C)對(duì)印刷電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)中的上、下金屬板都 進(jìn)行分割；
圖2表示有兩個(gè)芯片時(shí)對(duì)印刷電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)的上金屬板進(jìn) 行的分割供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖和供電面結(jié)構(gòu)的俯視圖；其中208 —縫隙填充介
質(zhì)為與core層材料相同的材料；211—接地面或供電面結(jié)構(gòu)；212—內(nèi)埋式電容襯底， 介質(zhì)材料為高介電常數(shù)材料；213—供電面或接地面結(jié)構(gòu)；
圖3表示有兩個(gè)芯片時(shí)對(duì)印刷電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)的下金屬板進(jìn)
行的分割供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖和供電面結(jié)構(gòu)的俯視圖；其中308 —縫隙填充介
質(zhì)為與core層材料相同的材料；311—接地面或供電面結(jié)構(gòu)；312—內(nèi)埋式電容襯底， 介質(zhì)材料為高介電常數(shù)材料；313 —供電面或接地面結(jié)構(gòu)；
圖4表示有兩個(gè)芯片時(shí)對(duì)印刷電路板中"金屬一介質(zhì)一金屬"結(jié)構(gòu)的上、下金屬 板進(jìn)行的分割供電/接地結(jié)構(gòu)的剖面圖和供電面結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中401—縫隙填
充介質(zhì)為與多層電路板襯底材料相同的材料；408 —縫隙填充介質(zhì)為與core層材料相 同的材料；411一接地面或供電面結(jié)構(gòu)；412—內(nèi)埋式電容襯底，介質(zhì)材料為高介電常 數(shù)材料；413—供電面或接地面結(jié)構(gòu)；上、下兩金屬板都有分割時(shí)，應(yīng)將分割區(qū)域分開(kāi) (如圖5所示)，接地面結(jié)構(gòu)用虛線畫出；同時(shí)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(zhì)為與多層電路板襯底材料相同的材料；508 —縫隙填充介質(zhì)
為與core層材料相同的材料；511—接地面或供電面結(jié)構(gòu)；512—內(nèi)埋式電容襯底，介 質(zhì)材料為高介電常數(shù)材料；513 —供電面或接地面結(jié)構(gòu)；
在實(shí)際應(yīng)用中，可以但不限于按照大功率大電流的芯片用大一些的面積，小功率 小電流高頻率的芯片用小一些的面積進(jìn)行分割；面積與面積之間的間隔最小為介質(zhì)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(qū)的金屬層面上設(shè)計(jì)出具有高電感小電阻的結(jié)構(gòu)，并將各區(qū)域連 接起來(lái)；
該結(jié)構(gòu)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(shí)也會(huì)增加電阻，所以應(yīng)該對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)計(jì)，在大電感與小電阻之間找到平衡-，
步驟604:按常規(guī)的電路板設(shè)計(jì)原則進(jìn)行布線；
步驟605:用適當(dāng)?shù)姆抡婀ぞ哌M(jìn)行性能估計(jì)，判斷設(shè)計(jì)是否合理，并進(jìn)行必要的 調(diào)整；
步驟606:投版進(jìn)行工藝流程，加工出產(chǎn)品。
在實(shí)際應(yīng)用中，可以先進(jìn)行測(cè)試版的加工與測(cè)試，即按上述步驟設(shè)計(jì)一些測(cè)試結(jié) 構(gòu)，進(jìn)行工藝流程后進(jìn)行實(shí)測(cè)，根據(jù)實(shí)際工藝狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)埋入技術(shù)，即整個(gè)供電/接地結(jié)構(gòu)是電路板中的一部份，這樣連 線短，寄生參數(shù)小，能夠工作于高頻，大大地?cái)U(kuò)展了濾波器的高頻性能。
從電路的角度來(lái)看，EBG是一個(gè)多階帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)，帶阻濾波網(wǎng)絡(luò)中的元件對(duì)網(wǎng) 絡(luò)性能產(chǎn)生很大的影響。但在一般的情況下，對(duì)高頻噪聲的隔離并不必須是帶阻濾波 器，而是低通濾波器。本發(fā)明實(shí)施例運(yùn)用EBG的基本概念，使用一種簡(jiǎn)單的共面結(jié)構(gòu) 構(gòu)成低通濾波網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)由于普通的電源接地網(wǎng)絡(luò)不能滿足很好的濾波特性，又在該 結(jié)構(gòu)中加入了高介電常數(shù)的介質(zhì)，即綜合了埋入電容的技術(shù)，使得本發(fā)明具有了其他 技術(shù)所沒(méi)有的超寬帶寬的濾波特性。理論上，本發(fā)明能在十個(gè)GHz的頻帶內(nèi)產(chǎn)生高達(dá) —40dB到—70dB甚至-100dB的衰減，如圖6所示。在實(shí)際應(yīng)用中，由于連接通路和 其他因素的影響，性能會(huì)有所降低，例如在0.6—3GHz的范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)衰減值在一40 dB — 一60dB，如圖7所示。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精祌和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述供電/接地結(jié)構(gòu)是在—個(gè)多層印刷電路板中構(gòu)造其中某三層為“金屬—介質(zhì)—金屬”的典型電容器結(jié)構(gòu)，其中介質(zhì)是高介電常數(shù)介質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述供電/接地結(jié)構(gòu)是大面積金屬平面。
3. 如權(quán)利要求2所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于， 大面積供電或接地金屬平面分別按所需供電芯片個(gè)數(shù)分割成相同數(shù)目的區(qū)域，每個(gè)區(qū) 域在被供電芯片的正下方。
4. 如權(quán)利要求3所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于， 每個(gè)區(qū)域使用一種金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相互連接，并且所有需要同電壓供電的芯片在同一個(gè) 電壓等級(jí)上。
5. 如權(quán)利要求4所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為高電感小電阻的結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求4所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為供電/接地結(jié)構(gòu)平面被刻蝕出的金屬條帶。
7. 如權(quán)利要求6所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在于， 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(shí)在供電和接地兩金屬平 面上。
8. 如權(quán)利要求4或5所述的印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)為通孔、盲孔或電感元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種印刷電路板中多芯片共用供電/接地結(jié)構(gòu)，屬于電路板噪聲抑制技術(shù)領(lǐng)域。所述供電/接地結(jié)構(gòu)是在一個(gè)多層印刷電路板中構(gòu)造其中某三層為“金屬-介質(zhì)-金屬”的典型電容器結(jié)構(gòu)，其中介質(zhì)是高介電常數(shù)介質(zhì)；大面積供電或接地金屬平面分別按所需供電芯片個(gè)數(shù)分割成相同數(shù)目的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域在被供電芯片的正下方。本發(fā)明通過(guò)埋入技術(shù)，即整個(gè)供電/接地結(jié)構(gòu)是電路板中的一部份，這樣連線短，寄生參數(shù)小，能夠工作于高頻，大大地?cái)U(kuò)展了濾波器的高頻性能。
文檔編號(hào)H05K9/00GK101437368SQ200810239869
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者萬(wàn)里兮, 君 李 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所