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如何把芯片的EMI消灭在源头----从封装入手

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1#
发表于 2015-2-15 16:46 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 pjh02032121 于 2015-2-16 11:45 编辑
% Y' b! C( n- t0 P/ Q3 }( G3 J+ a. {3 ^
下图是一块1994年的pcb,现在看来是很简单了,但是20多年前却是绝对的高大上。5 @, K+ U/ M4 R7 L5 P
它是一个ECU(engin contol unit)模块,是Motorola(摩托罗拉)给Chrysler(克莱斯勒)专门定做的发动机引擎控制单元,地地道道的发动机心脏。
7 `3 f0 B' A; }2 c8 g: }(那个时代的巨头们的风采,啧啧...)
& N! t# z' c+ Q% R% g/ x4 @/ z
  g5 z4 G1 T' @% H5 }汽车电子对可靠性的要求,基本和军工是一个等级,所以对EMC的要求也是相当的高。
( k, u! n$ N2 P1 y( b0 y  p& v! z$ R: h . W8 l! J( N0 R; C& @' j6 Y

$ W# m. }. V2 \6 E% f- ?图中红圈中是PCB上贴装的一个mcm芯片封装(QFP的,BGA技术还没商用),内部封了3个裸芯,三个裸芯具体的功能就不讲了。' l9 d, @  @+ [9 G0 g' V
为什么要把三个芯片做在一起呢?(那时多芯片封装还极少商用,主要是成本高,技术不成熟)' U  K  B: R& u: r
PCB上有大把空间,三个芯片单独封装完全可以放的下。" v; J( y+ n( o$ T) k4 y
但是由于单独封装,芯片之间的互联路径太长,造成EMI辐射。问题解决不了,不得不尝试新技术mcm。" f/ d" S5 z' m( J* u! R+ z# r
mcm将三个裸芯放在一个封装里,互联路径短了,信号辐射就降下来了。
- ]3 r' N' H2 Q
3 H' u2 M; n; z  w3 @- U下两图是他们在采用mcm技术前后的emc测试对比。, _! M, G8 N4 s

0 w6 j0 |4 O2 y" {& k. a# L) x. _, j* [0 T' [
所以封装的小型化,高集成度不失为解决EMI问题的一个好方法。
5 B2 o: R% z* O未完待续...: ~  T0 ?$ W) U$ U( e0 Y/ v

# p) G5 e" q# Y! f) c+ P- k继续$ v( @  F6 e1 `, Q
芯片封装里的电磁辐射来自哪里,看下图是贴在pcb上的封装好的芯片,我们常用的芯片基本都是这种塑封封装。+ K8 i+ G+ v9 A7 M; ^' G' d( a
从外观我们看不出什么来,芯片被塑封料完全覆盖。. q7 `" D' D( }
) D, I' Q5 a6 ]4 N

5 L  F( |0 j8 t6 e! v+ V; u- A$ B继续看下图封装内部的图片,可以看到封装内部的互联金丝、基板走线、以及芯片上的布线等所有的互联结构。0 K. V; |2 g7 f! I* |
塑封料只能对封装内部起到物理保护和化学保护,风吹雨打没问题。但塑封料对电磁辐射完去没有任何招架能力,所有的电路都是完全暴露在电磁环境下的。(可以想象一下,我们的pcb所有的封装塑封都去除掉后的样子,那是一大堆的光屁股裸奔芯片
+ i0 i+ _: B! u$ ~9 p封装内部的辐射直接到空间,空间的辐射直接到封装内,尤其高频的芯片,更易产生EMI问题。. ]0 E( t9 q9 Q: V0 ]3 ^

, k5 K- F) f4 Z. f7 D! k  R

该用户从未签到

3#
发表于 2015-2-16 10:43 | 只看该作者
20年前绝对是顶尖技术!
  • TA的每日心情
    开心
    2024-2-21 15:59
  • 签到天数: 313 天

    [LV.8]以坛为家I

    4#
    发表于 2015-2-16 13:31 | 只看该作者
    第一次看到芯片内部实物图

    该用户从未签到

    5#
    发表于 2015-2-16 13:58 | 只看该作者
    20年前啊,想都不敢想,老外真是先进
  • TA的每日心情
    郁闷
    2025-4-28 15:02
  • 签到天数: 13 天

    [LV.3]偶尔看看II

    6#
    发表于 2015-2-16 15:31 | 只看该作者
    见识了,版主

    该用户从未签到

    7#
     楼主| 发表于 2015-2-23 13:22 | 只看该作者
    本帖最后由 pjh02032121 于 2015-2-23 13:37 编辑 0 }0 y" b: n1 Y2 r0 r. c5 u
    6 d" k; Y3 {0 X) Y# ]
    继续1 @+ `, Y* M* V! v' \
    小型化只是减小了EMI,并不能完全完全消除,所以sip封装有时候需要进一步的做EMI工作,终极的隔离屏蔽措施。! w, p7 n! g; P2 B
    下图分别是屏蔽盖、供形屏蔽、金属封装的。
    8 T6 n3 ?4 [4 D3 M9 I! \- t : {4 I/ b/ S& A# D* r1 `
    屏蔽盖,有效的解决EMI问题,无论在封装级还是在系统级都是常用的,也是成本最低的措施。$ u* N  ?( Q0 K# \, o& u+ Q( T

    7 J: N' J, V) T8 e
    ( B3 m0 V7 @' q$ `& V5 Q共形屏蔽,在塑封的表面溅射一层金属,并与IC载板的地层连接在一起,这样所有的元器件都被包裹在屏蔽层内,与外界电磁环境完全隔离。
    1 q- T( F+ F+ P+ F3 v; g; A! U
    ; ?3 V" `6 ~8 x' Q+ }  o% H7 N# k& [6 E7 E/ k% n* c
    金属屏蔽,用金属壳体将芯片等完全密封起来,屏蔽效果最佳,成本也高。3 b; N8 ^) F2 ?0 v3 A. q2 q

    5 c6 C- g, n* j! M) P. H- r最近几年最IC载板内埋器件的厂家也越来越多,这也是在封装级解决EMI的一个独到方案。8 q1 X& C* f, Q( u8 K8 \, Z
    详情参阅:https://www.eda365.com/thread-105112-1-1.html6 a8 Q$ {# S5 X, {) G. `
    * G% z& o  g# r( P, r

    ) u5 Y3 |* D$ J5 o( k6 w对sip来说,采用屏蔽盖和共形屏蔽层,将封装内部电路与外界电磁环境完全隔离,对去除EMI效果相当好。
    - y# P6 V6 m/ |' J+ N9 D但由于屏蔽层距离芯片太近,处理不当却会适得其反,引起封装内部电路的相互干扰。7 Y% p6 [/ {1 M, }4 t# \
    如下图分别是共形屏蔽和屏蔽盖挖空处理,即将敏感部分或干扰源部分的屏蔽层挖空(与地平面分割原理类似),防止引起封装内部干扰。
    3 P$ r) h) M: N0 i9 P- j    7 L% Z# T8 K- G& h; o9 D

    # p' q# R( A! U; C1 ]: |8 p' s( f; l5 x- N0 @3 s! V

    该用户从未签到

    9#
    发表于 2015-3-11 09:29 | 只看该作者
    以后都内埋了,做LAYOUT的还有价值吗?

    该用户从未签到

    10#
    发表于 2015-3-11 10:17 | 只看该作者
    20年前绝对是顶尖技术!以后都内埋了,做LAYOUT的还有价值吗?

    该用户从未签到

    11#
    发表于 2015-3-15 09:06 | 只看该作者
    可望而不可即的,都没接触过这方面

    该用户从未签到

    13#
    发表于 2015-3-16 09:55 | 只看该作者
    很好很强大的技术啊

    该用户从未签到

    15#
    发表于 2016-2-22 16:49 | 只看该作者
    太厉害!最近看到新闻《苹果已委托星科金朋和艾克尔负责iPhone 7主要芯片的EMI屏蔽处理》,是不是就是用金属层隔离呢?这种方式能够实现所说的“能更精细地组装电路板,一旦芯片之间的安装空间减小,多出来的空间就能用来安装更大容量的电池”吗?还是采用的内埋的方式?求大神不吝赐教!

    点评

    内埋成本太高了,iphone7主要还是采用溅射金属--共形屏蔽。  详情 回复 发表于 2016-2-22 20:06
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