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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 8 E! v1 J5 }$ g, B
! C8 H6 _" Z, G; K0 r, q" b
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。9 C/ D0 o4 h4 Y8 T2 z/ f- V
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。
2 W' }. H% x8 o2 ]+ E4 {& z3 e, s8 F1 u" Q(那个时代的巨头们的风采,啧啧...)2 |; i+ o5 A, H1 d5 J8 y9 k
- I- c, E, z+ U0 |% ]! _' d7 M
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。
1 V1 ]' C; s/ e7 u. T9 l2 M * |5 o- `3 x% G! ?! _2 v$ z

$ M. I: k2 F  b: j  m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。
! w& A! T( m1 X1 C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)6 y# G( w+ C6 x, E, O
PCB上有大把空间,三个芯片单独封装完全可以放的下。+ j+ s' d7 d/ n1 `: V# C) G
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。
# l3 j" n" f8 e% x" smcm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。
5 k5 A9 u) @# e" z$ t; N7 H& x8 I3 N$ S2 e
下两图是他们在采用mcm技术前后的emc测试对比。
) g: E+ c! B+ d$ l+ V . Z2 O7 b/ s( M( ?  h
2 m1 j( I" W( o5 I2 x8 c1 E: h9 r5 w
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。
- Y) ?  y$ [" E未完待续...
. n6 a3 z7 ^9 m5 M" ?3 B4 y$ w  G
- W% }( x' u6 r& f% K& M继续0 R( `' j0 d$ ?5 r; N) D
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。( _/ y! Q, x) {$ E4 z0 T8 j1 w
从外观我们看不出什么来,芯片被塑封料完全覆盖。: w4 z5 W4 M. x8 @4 B( v% v3 i; z( L

. v; S5 W0 s) @" r/ M( N% t5 V) y7 j0 [! E# \  a  C& a2 B' r  t( ?
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。( l* u1 L& x! D0 F- h. {4 O  l7 E
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" _2 h/ f' \* y& j. ?( S
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。7 Z7 x( V2 I" ^5 @" o. O/ m
! p8 M+ T  H) |8 t

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 - \: ^. A$ k! @1 f* {; ?, ^
    % W) J* T: B3 j1 @" ~& [
    继续
    $ Q5 j$ {/ r$ t. f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。6 Y8 f/ R" Y2 R$ n
    下图分别是屏蔽盖、供形屏蔽、金属封装的。
    1 W7 M9 Q* D' k# h( k5 _5 l
    ' W# w3 W8 {" }# E# V0 a/ r' G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。
    . b" u0 F$ x; S( b( h% F  _& d$ [+ W+ L, b
    9 L6 Q( j: C: W( o
    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。
    9 B0 x& W- {; v: | 5 R- w" b" f% W) {! b- L

    & R; K1 G* t% m- X1 W* {) X2 E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。0 ], E$ @3 p1 p. e: p5 I) x
    4 M* b  ?5 Q" P7 ?- F/ j2 x* J6 {
    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。
    ; T" M3 Y; O4 K. ~# J详情参阅:https://www.eda365.com/thread-105112-1-1.html) O- n3 L) |$ K

    7 p' M5 E1 s+ l1 x
    1 l- q, p6 K# `9 k7 w$ R' X& I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。
    3 C6 N& M9 o" P* \: X+ q" l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。2 S- a/ |! `3 U# e8 n3 M# v
    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 T8 T+ K6 Y4 w1 a3 B2 r8 t
       1 w. z; i+ K1 `6 o! u5 V$ [3 d( Y

    . W* L+ M" J) o3 \0 }
    9 w7 V& o5 D* A0 e. N& t8 Y

    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?

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    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

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    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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