專利名稱：屏蔽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)的屏蔽裝置。
背景技術(shù)：
靈敏電子元件和由其構(gòu)成的集成電路對于電磁干擾EMI很敏感。電子信號的存在會(huì)干擾靈敏電子元件的操作和特性。當(dāng)存在電磁干擾時(shí)，也存在EMI的源，受該EMI干擾的接收元件、以及耦合路徑，通過該耦合路徑，干擾源的發(fā)射被導(dǎo)向接收元件。某些電子元件在工作過程中發(fā)射電磁信號。這樣的電磁發(fā)射元件會(huì)影響例如同一塊電路板上的其它元件的性能和可操作性。EMI還降低元件和電路的可靠性。某些元件既可以作為EMI源，也可以作為接收元件。在源和接收元件之間存在所謂的耦合路徑。
EMI源發(fā)射可能是傳導(dǎo)的電壓或電流通過傳導(dǎo)的路徑耦合，通過該路徑電流可以流動(dòng)，或者是電或磁場通過空間或材料通過電磁波傳播而耦合。因此，EMI的發(fā)射可以通過電路發(fā)生，或由于電場和/或磁場傳播通過空氣發(fā)生。電磁波還可以通過電路板或襯底材料傳播。EMI信號可以由于一些電磁輻射體、電或磁場、或設(shè)計(jì)中的缺陷，如與EMI源共享導(dǎo)體等發(fā)生。
為了保護(hù)靈敏電子元件和盡量減少干擾信號的出現(xiàn)，采用了EMI屏蔽。EMI屏蔽用于保護(hù)電子元件既不受同一組件上的干擾源影響，也不受另外裝置的干擾源影響?？梢赃\(yùn)用屏蔽罐防止干擾信號由發(fā)射源發(fā)射，或禁止干擾信號傳播到接收元件。EMI屏蔽罐通過吸收或反射入射到屏蔽罐的壁上的波來防止通過空間傳播的電磁波。屏蔽罐的材料最好有效，使得大部分干擾EMI信號或波從屏蔽壁被反射。然后，屏蔽壁最好吸收干擾波的沒有反射掉的發(fā)射部分。只有一些殘留的噪聲或能量能夠通過屏蔽壁。該殘留的噪聲或能量形成最終的EMI。所以，關(guān)鍵的特性是屏蔽罐的發(fā)射和吸收屬性。這些特性取決于屏蔽材料和具有基礎(chǔ)襯底和電路接地的屏蔽的接口。
屏蔽內(nèi)部的接口和接地是屏蔽概念的關(guān)鍵部分。通常在屏蔽壁中必須有一些開口以形成系統(tǒng)的某些有用信號的輸入和輸出。所以，屏蔽裝置永遠(yuǎn)不會(huì)是完美的(封閉的)，而必須包括開口作為信號的輸入和輸出。問題是，無用的信號往往也利用這些路徑，因?yàn)橛∷㈦娐钒宓男盘柧€通常起天線的作用。通過這些信號線，外部噪聲進(jìn)入被屏蔽的環(huán)境，而系統(tǒng)的信號則漏掉。
屏蔽靈敏電氣元件的另一個(gè)問題是接地。接地和一般的接地概念是一個(gè)問題，其典型地降低屏蔽效率并干擾系統(tǒng)。通常印刷電路板是層疊地，以便使裝置盡可能緊湊。通常印刷電路板以機(jī)械和電氣方式與支持所述裝置的一個(gè)基座或機(jī)架接觸。印刷電路板的電路和機(jī)架通常具有共同的接地電位?，F(xiàn)有技術(shù)中幾乎沒有試圖通過利用獨(dú)立的接地電位避免EMI效應(yīng)。如果電路和機(jī)架的這些不同的地相互接觸，在印刷電路板之間可能發(fā)生接地回路。通過使其暴露于討厭的噪聲，接地回路影響印刷電路板的操作，這又會(huì)使電路的地畸變?yōu)槌^零的一個(gè)值。這樣會(huì)影響電路的正常操作。
在專利文獻(xiàn)US 6,011,691中，具有印刷電路板和機(jī)殼的顯著的獨(dú)立接地電位。這些接地電位被分開，使得在電子元件裝置的頂部和底部加上一個(gè)封蓋以提供法拉第屏蔽。此外，該封蓋與該電子元件裝置外圍附近的一個(gè)電鍍區(qū)(plated area)接觸，保證散熱器和印刷電路板的外部接地電位和內(nèi)部接地電位不會(huì)接觸。該解決方案是基于一個(gè)內(nèi)部核心和覆蓋該核心的至少一部分的介電材料，在該介電材料上安排所述印刷電路板和機(jī)殼進(jìn)行組裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善屏蔽裝置的效力。
這一目的是通過簡單而且增強(qiáng)的接地概念實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的特征在于所謂獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分。本發(fā)明的其它實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中闡述。
當(dāng)使用屏蔽罐時(shí)，最終目的是在被保護(hù)或屏蔽的電路和元件周圍實(shí)現(xiàn)一個(gè)法拉第罩，如，電場的消失。為了形成一個(gè)法拉第罩，要求屏蔽結(jié)構(gòu)是堅(jiān)固和整體的，或至少是基本封閉的。要使保護(hù)足夠好，以便靈敏元件按所期望的操作，最好沒有大于1/20波長的開口。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，這在印刷電路板的設(shè)計(jì)階段就要考慮。通過妥善處理不過分限制開口的預(yù)定尺寸的限制和通過在屏蔽裝置下面應(yīng)用一個(gè)固定的接地層，所述法拉第罩可以良好成形和實(shí)現(xiàn)。所述屏蔽罐可以是法拉第罩的重要部分，但只是其一部分。法拉第罩的另一部分，即構(gòu)成屏蔽罐的相對部分的部分是印刷電路板。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，屏蔽罐的地在多層印刷電路板的上部信號層與電路的地隔離。在隔離屏蔽和電路的地的情況下，屏蔽罐的接地層提供法拉第罩的一部分，其保護(hù)印刷電路板上的電路不受電磁干擾。有利的接地概念還提供小回路，這又會(huì)增強(qiáng)屏蔽裝置的可操作性和安全性。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，靈敏源的信號以及發(fā)射源的信號被置于安全屏蔽中。這些元件具有環(huán)繞它們的隔離區(qū)域，信號通過屏蔽的路徑傳播到這些屏蔽的區(qū)域。最好是形成同軸隧道來屏蔽所述屏蔽罐的敷層內(nèi)產(chǎn)生的信號。該同軸隧道最好在接地電位層之間形成。該同軸隧道從一個(gè)發(fā)射源維持到對應(yīng)的接收元件。本發(fā)明的優(yōu)選配置提供一種屏蔽裝置，該裝置沒有任何無用信號的不確定返回電流路徑。


下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1示出本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2示出本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的基本概念。圖1以側(cè)視圖示出一個(gè)多層印刷電路板，其具有八個(gè)不同層，包括第一層101，該層最好連接到接地電位，以產(chǎn)生與元件相反方向上的屏蔽。第二層102和第三層103也是信號層，在該示范實(shí)施例中沒有用到。第四層104和第六層106是接地電位的信號層，或所謂接地層。第五層105、第七層107和第八層108是信號層。在第八信號層上具有電氣元件109a、109b、109c、109d、109e、和109f。
箭頭20表示信號出現(xiàn)在信號層108上的路徑。根據(jù)圖1所示實(shí)施例，第五層105在接地電位層104和106之間，在其上只有去往信號層108的外部敏感或關(guān)鍵信號，特別是去往元件109a、109b、109c的信號才能通過圖1中表示信號路徑的虛線。在印刷電路板上有元件之間的連接和互連。元件109a和109f上的箭頭11描述電流方向。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，元件109a直接接地到接地層104，如箭頭12所示。接地是通過直接到達(dá)接地層104的通過孔實(shí)現(xiàn)的，以保持路徑盡量短。短的路徑更安全，且不易象長路徑一樣受到干擾的影響。短路徑的裝置可以被更好地管理和控制。元件109b連接到元件109c，電流方向用箭頭13表示。元件109e連接到元件109d，箭頭14表示電流方向。元件109c和109d有利地直接接地到接地層106和/或104，如箭頭15所示。在圖1中，數(shù)字10表示垂直于印刷電路板的通過孔。
屏蔽罐111包括機(jī)架和蓋子。屏蔽罐111在元件109a、109b、109c、109d、109e、和109f上面的最上層配置，以保護(hù)元件、印刷電路板和互相間的連接不受干擾。屏蔽罐111沿圖1所示裝置的邊緣通過孔接地。所以屏蔽罐111也通過最短的路徑直接接地到接地電位層。根據(jù)上述解決方案，所述元件通過與屏蔽罐相同的邊緣通過孔接地。根據(jù)上述解決方案，上述元件的接地路徑在最上層印刷電路板的表面延伸到某個(gè)接地通過孔，這對于屏蔽罐和元件通常是相同的。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，屏蔽罐的地與信號地在最上信號層隔離。這是有利的，因?yàn)樵谛盘枌?07或108中沒有大的接地面積，但接地通過垂直向下到達(dá)接地電位層而實(shí)現(xiàn)。這種接地概念提供小回路，并使干擾可能性最小化。如果任何干擾或噪聲到達(dá)層108，則可能引起泄漏問題。所以屏蔽108層，特別是其中包含電氣元件、信號和連接的電氣區(qū)域。在該電氣區(qū)域中主要有需要屏蔽的元件和其間的連接。
通過優(yōu)選的接地概念，在屏蔽罐111機(jī)架和層107和108中包含電氣元件的電氣區(qū)域之間形成了隔離區(qū)域110。在隔離區(qū)域110中沒有銅或其它導(dǎo)體襯底，也沒有路徑或元件。這些隔離區(qū)域110保證屏蔽裝置的安全和可靠。此外，屏蔽罐機(jī)架和電氣區(qū)域之間的隔離110還支持小回路概念，使得電氣區(qū)域的屏蔽對外部干擾更有效。沒有外部連接線或信號線能穿過隔離區(qū)域。因此，該隔離區(qū)域110還防止外部信號侵入屏蔽的電氣區(qū)域。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，被屏蔽區(qū)域中的所有元件具有共同的地。在該示范實(shí)施例中，共同的地由層104和106構(gòu)成。通常，必須具有至少兩個(gè)地。借助于共同的地可以使回路較小。為了最小化操作的不確定性和不穩(wěn)定性，保持濾波電路的回路盡量小很重要。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所有待屏蔽的信號都安排為通過一個(gè)屏蔽的信號層，在圖1中是層105。最關(guān)鍵的待屏蔽信號是靈敏電氣元件的信號和輻射源的信號。選擇最關(guān)鍵的待屏蔽信號是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程的重要部分。因此，屏蔽信號的選擇取決于在特定裝置中靈敏或輻射元件的類型和出現(xiàn)，以及它們作為整體與該裝置的聯(lián)系和關(guān)聯(lián)。當(dāng)發(fā)生內(nèi)部干擾時(shí)，存在一個(gè)輻射的發(fā)射源、被干擾侵害的被侵害接收元件，以及二者間的耦合途徑。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，待屏蔽信號的路徑置于在接地線之間形成的所謂同軸隧道內(nèi)，在該示范實(shí)施例中，所述接地線由接地電位層104和106形成。從圖1可見，到元件109f、109b和109e的信號通過孔20和接地通過孔10垂直于層101-108。屏蔽路徑的該同軸結(jié)構(gòu)有利地從發(fā)射源元件保持到相應(yīng)的元件，整個(gè)路徑通過耦合路徑。典型地，該結(jié)構(gòu)是管狀的。很重要的是信號通過管狀同軸屏蔽信號隧道傳播到信號層，并返回到該隧道，從而使信號在全部過程中都位于屏蔽空間內(nèi)。最好只有屏蔽的同軸路徑或通道供外部信號傳播到屏蔽罐外殼內(nèi)部的屏蔽電氣區(qū)域。
在信號層107和108中，應(yīng)當(dāng)只有需要的元件，而沒有額外的。最好使信號和信號層靠近元件以防長路徑和回路。關(guān)于此，圖1所示裝置應(yīng)當(dāng)理解為僅僅是舉例。任何較大的用于輸入/輸出的通過孔最好在中間層中實(shí)現(xiàn)，如圖1中的層102-107。通常中間層用作輸入輸出層比外部、邊界層更安全。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，通常采用具有8層的印刷電路板。但這只是一種通用的方法，任何具有多層的印刷電路板都可以用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的屏蔽裝置，對層數(shù)沒有特別限制。圖1中的接地電位層104和106只是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的舉例。本發(fā)明不限于印刷電路板的任何材料。通常假設(shè)印刷電路板包含不同類型的通過孔結(jié)構(gòu)，例如微通過孔(microvia)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的屏蔽罐在全部射頻(RF)和基帶(BB)范圍以及用壓控振蕩器(VCO)中可以不受限制地實(shí)現(xiàn)。上述在印刷電路板上建立的裝置防止到任何高低頻信號的不確定返回電流路徑。RF源越有效，要求輸入和輸出信號的屏蔽越好。
圖2示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的屏蔽裝置的頂視圖。其中示出具有屏蔽罐機(jī)架111a和兩個(gè)元件109b及109c的印刷電路板的頂視圖。其中示出元件109b和109c之間有一些連接。在圖2中還通過在屏蔽機(jī)架和待屏蔽元件區(qū)域的邊緣之間包圍的虛線示出對應(yīng)于圖1的隔離區(qū)域110。
此外，圖2還示出去往屏蔽區(qū)域的信號20。最好輸入和輸出屏蔽區(qū)域的任何信號都通過在接地電位層之間形成的屏蔽同軸隧道傳播。沒有外部信號能夠直接沿最上信號層傳播到最上信號層。在圖2中，虛線20表示位于屏蔽罐的覆蓋內(nèi)部區(qū)域中接地電位層之間的信號。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，外部信號只有通過特定的一個(gè)或幾個(gè)層才能到達(dá)屏蔽的覆蓋區(qū)域。然后，信號沿通過孔直線向上通過各層到達(dá)最上信號層。
上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解為描述本發(fā)明的基本概念的例子。在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為多種形式和修改。
權(quán)利要求
1.一種屏蔽裝置，其特征在于包括屏蔽罐(111)和具有電氣元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)的分層的印刷電路板(101，102，103，104，105，106，107，108)；所述印刷電路板內(nèi)的至少兩個(gè)接地電位層(101，104，106)；所述屏蔽罐(111)的邊緣和至少一個(gè)接地電位層(101，104，106)之間的接地連接；所述屏蔽罐內(nèi)的元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)和至少一個(gè)接地電位層(101，104，106)之間的接地連接；且所述兩個(gè)接地連接只通過至少一個(gè)接地電位層(101，104，106)相互連接，以提供小回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏蔽裝置，其特征在于所述屏蔽罐(111)的接地連接和該屏蔽罐(111)內(nèi)的所述元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)的接地連接在所述多層印刷電路板(101，102，103，104，105，106，107，108)的最上信號層中相隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏蔽裝置，其特征在于在接地電位層(104，106)之間包含同軸屏蔽路徑(20)，用于信號到達(dá)所述屏蔽罐(111)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏蔽裝置，其特征在于其包含只從所述屏蔽罐(111)內(nèi)的接地電位層(104，106)之間出現(xiàn)的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的屏蔽裝置，其特征在于其包含所述印刷電路板的接地電位層(104，106)之間的同軸屏蔽路徑，用于從發(fā)射信號的源到接收元件(109f，109b，109e)的整個(gè)耦合路徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)的屏蔽裝置。一種屏蔽裝置包括屏蔽罐(111)和具有電氣元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)的分層的印刷電路板(101，102，103，104，105，106，107，108)以及至少兩個(gè)接地電位層(101，104，106)。在所述屏蔽罐(111)的邊緣和至少一個(gè)接地電位層(101，104，106)之間有接地連接，在所述屏蔽罐(111)內(nèi)的元件(109a，109b，109c，109d，109e，109f)和至少一個(gè)接地電位層(101，104，106)之間也有接地連接。所述兩個(gè)接地連接只通過至少一個(gè)接地電位層(101，104，106)相互連接，以提供小回路。
文檔編號H05K1/02GK1571630SQ20041000381
公開日2005年1月26日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者K·-E·古斯塔夫森, J·海諾寧, J·科爾約寧, J·薩爾米寧 申請人:諾基亞有限公司