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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 3 I* A2 W- [( U1 O

; ]: K7 R7 m4 h9 ^5 N/ N7 N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。2 k* E+ ]- _; j! j4 D: w/ x  e
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。
; f! j( X: J% t% x  X' H(那个时代的巨头们的风采,啧啧...)
1 k/ J- C! h, X/ N! Z6 t/ K# M) d  K9 P' T$ G  i" U/ L
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。
- m3 o) ?* K1 q 0 R9 n8 }7 N  B1 y2 G- e5 i

( ~9 b* ~0 k( a, Y# R9 N, J! E( i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。# |" R3 b! ~2 o' o. |
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)0 A' E0 Q! h( w4 A# y! d' ^# M
PCB上有大把空间,三个芯片单独封装完全可以放的下。# |  c2 w$ a9 B* F) i
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。; Z* c) I6 P& |* h" X9 _7 a4 c- q, D+ ?
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。
6 \( N' s0 q  R  I% L' q% C( X; V" [5 t- ?6 q8 A: [
下两图是他们在采用mcm技术前后的emc测试对比。9 N$ D' @; l0 V# h- C: `7 R
) ?# p7 J. _. C+ Q. U

0 Y$ g& b2 E) i/ R2 h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。8 g# i# f- E! Z# M8 l7 ~
未完待续...
- Y/ T7 i; Z, d8 I6 x9 e3 _
0 k$ d6 o0 [& R% I; ^继续3 |2 [" s3 M, X+ p, K" k
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。
$ {% ~! r  p5 _从外观我们看不出什么来,芯片被塑封料完全覆盖。1 R5 W: [9 o' d0 R! v* r
7 P) t* X9 x( {4 u7 ?# X( i, ~

# I7 r* e4 c& W& {, t6 q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。4 s) O# z- v! i4 O, B( ~
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# b/ b0 ]; I$ d( C
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。
3 ]8 U- B: t- P: V5 N4 n1 v 7 j- i2 {7 K- ^6 R. g! Z$ y

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
    9 F& e( t" ^. x! ~% o: j: G  D  O. A1 z& s8 I6 |0 h- F
    继续
    + P% _  K8 b7 M: ]' _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。4 T9 h/ r+ A! J, l+ K: V' y
    下图分别是屏蔽盖、供形屏蔽、金属封装的。
    " ?4 ~8 a/ {+ I
    ; U( e  H0 O1 C+ W8 k. N3 i7 i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。$ n, z5 Q! O) r

    3 h& E+ o1 r! n6 u3 d! {& g+ T4 n
    , n1 E1 V0 r) N% v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。2 r% e& J* \' k# r

    3 A1 {  x6 O) s5 i) F2 R* ^+ G3 B/ P8 ]. h: f* B# ~+ u
    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。  G- r/ P8 k% q% U7 Z' D5 J7 M( N4 F
    , G: K7 i% Y; ?7 ]
    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。
    ) f9 u, V# N' l5 I详情参阅:https://www.eda365.com/thread-105112-1-1.html
    ! d4 Y5 p3 z. @9 K! Z) ]8 H' e7 I/ _; l/ y! h  M" |

    ( p  ^) s6 X7 a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。
    ; J& s9 P4 V6 W& O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。
    " Y4 c7 z7 a0 k9 |; l; N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。
    ! L' R4 d; q5 ~   
    / c0 i% D! ], S0 t+ A2 d# F9 P4 g8 A& F, h# v4 T: G5 T
    3 u4 o0 Z6 B4 s6 |! t' o2 x

    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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