专利名称：实现有电磁兼容性屏蔽的谐振衰减的方法和元件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及数据处理领域，更具体地涉及用于实现有电磁兼容性(EMC)屏蔽的谐振衰减的方法和元件。
背景技术：
当前，存在关于消除在电路板中的主层之间出现的板谐振的问题。通常，对于某个中频范围，将退耦电容器添加成格栅图形，以试图消除该谐振，并额外地为所设置的模块提供一定的局部存储。
由于这些退耦电容器大体上是电抗性元件，所以需要约5欧姆或更小的串联电阻来消耗该谐振能。
损耗边终端(DET)布置已得以研发，其本质上将0805尺寸的电阻器放置在板周边，但现有的DET布置缺少允许处于不同直流电位的相邻电源层得以衰减所需的退耦电容器。
现在需要有效的机构来实现对印刷电路板的有EMC屏蔽的谐振衰减。
术语EMC屏蔽应当理解为包括电磁干扰(EMI)、电导和/或接地、电晕屏蔽、无线电频率干扰(RFI)屏蔽和静电放电(ESD)保护，并且可与之互换使用。
如本说明书和权利要求中所用的那样，术语印刷电路板或PCB意味着用于电连接电元件的基板或多层(多个层)基板，且应当理解为一般地包括电路插件板、印刷电路板、印制导线插件卡和印刷线路板。
发明内容
本发明的主要方面是提供用于实现印刷电路板的有EMC屏蔽的谐振衰减(EMC shielded resonance damping)的方法和元件。本发明的其它重要方面是提供这样的方法和元件，以实现有EMC屏蔽的谐振衰减，而基本上没有负面影响，且克服了现有布置中的诸多缺点。
简言之，提供方法和元件以实现印刷电路板的有EMC屏蔽的谐振衰减。有EMC屏蔽的谐振衰减元件包括电容器和电阻器，其形成串联组合且被容纳在屏蔽罩内。一对同轴焊盘被设置用于连接印刷电路板。串联组合的电容器和电阻器连接在一对同轴焊盘中的第一焊盘与屏蔽罩的内壁之间。屏蔽罩通过该串联的元件提供了至该对同轴焊盘中的第二焊盘的电流回路。
通过以下对附图中示出的本发明优选实施例的详细说明，可最好地理解本发明及以上和其它目的和优点，其中图1是根据优选实施例布置的示例性的有EMC屏蔽的谐振衰减元件的切开以显示内部细节且未按比例显示的透视图；图2是根据优选实施例的图1的有EMC屏蔽的谐振衰减元件的未按比例显示的侧平面图；图3是根据优选实施例的图1的有EMC屏蔽的谐振衰减元件的未按比例显示的端平面图；图4A是未按比例显示的端平面图，示出根据优选实施例布置的另一示例性的有EMC屏蔽的谐振衰减双端口元件，其作为N端口元件的一个例子；图4B是根据优选实施例布置的图4A示例性的有EMC屏蔽的谐振衰减元件的未按比例显示的侧平面图；以及图5和6分别示出了示例性印刷电路板布局，用于与根据优选实施例的图1的有EMC屏蔽的谐振衰减元件一起使用。
具体实施例方式
现在参见附图，图1、2和3中示出了根据一优选实施例的示例性的有EMC屏蔽的谐振衰减元件，其总地由附图标记100表示，包括表面安装器件(SMD)封装。有EMC屏蔽的谐振衰减元件100被布置成以比传统0805尺寸封装小的封装实现。
如图1和2所示，有EMC屏蔽的谐振衰减元件100包括总地由附图标记102表示的串联电容器，其连接在通常在中心定位的第一同轴焊盘104和电阻器106的一侧之间。电阻器106由电阻块材形成。电容器102和电阻器106被容纳在屏蔽罩108内。
提供屏蔽连接的第二同轴通孔(coaxial via)焊盘110围绕第一同轴焊盘104，且连接在屏蔽罩108上。同轴通孔焊盘110与第一同轴焊盘104紧邻地隔开。电容器102包括多个隔开的平行极板112。体电阻器106的背离电容器连接部的一侧端接在屏蔽罩108的内壁114上。屏蔽罩108将电流自串联连接的电容器102和电阻器106返回至屏蔽连接同轴通孔焊盘110。
有EMC屏蔽的谐振衰减元件100将电容器102和电阻器106设置成串联组合，这适于通过由焊盘104、110定义的单端口同轴通孔结构连接到印刷电路板上。
根据优选实施例的特征，电阻器106和电容器104在同一封装屏蔽罩108内的集成将分立器件的板占用面积(board real estate)减至最小。在传统布置中，在印刷电路板表面形成通孔的行为破坏了被封闭的印刷电路板层的屏蔽完整性。虽然退耦是局部能量存储所需要的，但是通常测量来自退耦电容器自身的辐射发射。屏蔽罩108形成了电阻器106和电容器104周围的外部屏蔽，其基本上防止了电阻器106和电容器104的组合的辐射发射。
根据优选实施例的特征，有EMC屏蔽的谐振衰减元件100可用在不同值的电压层上，包括例如+V电压至接地电压电位、-V电压至+V电压、以及接地1至接地2，在焊盘104、110上分别连接一层。有利地，多个有EMC屏蔽的谐振衰减元件100设置在印刷电路板上，从而在例如呈栅格图形或围绕在PCB周边时衰减谐振发射、从而通过栅栏图形限制板边缘辐射、并且从而提供一定的退耦，同时取代电阻器和电容器的传统较大的无屏蔽分立组合。
根据优选实施例的特征，与现有技术相比所具有的主要优点在于利用屏蔽外壳108、同轴焊盘接触部104、110的配对同轴通孔结构形成完整和连续的封装方案的能力。有EMC屏蔽的谐振衰减元件100允许将正态共模电流(normal and common mode current)的整个电路电流通路与外部辐射和来自电路板内与同轴通孔结构104匹配的相关通孔结构的辐射屏蔽开。与电容器102串联的体电阻器106的同轴封装允许电流沿由屏蔽罩108的内壁114、116、118限定的路径回到同轴焊盘接触部110的外边缘120，该屏蔽罩定义了外部屏障并提供了低电感通路。有EMC屏蔽的谐振衰减元件100提供了物理上小且紧凑的电阻器和电容器结构，其对于更高速度的数字和RF应用允许有效工作频率增加。这是因为愈加减小的结构相对于工作波长在电学上变得越来越小。这将任何封装谐振移动超出所关注的频率。
有EMC屏蔽的谐振衰减元件100的电容器102可以以围绕电容器102的平行极板112的单一介电材料实现，该介电材料例如为空气、NPO、X7R、X5R、C0G、YTV等。每隔一个的极板112从形成或连接第一同轴焊盘104的中心支撑部122向外延伸，且与每隔一个的其它由电阻器106承载的支撑元件124支持的极板122隔开。介电材料是不良电导体，同时是可存储能量的静电场的有效支撑体，且尤其在电容器102中有用。单一介电材料的使用与表面安装陶瓷电容器的当前由制造者所用的惯例相同。各种传统材料可用于形成有EMC屏蔽的谐振衰减元件100的电容器102。例如，陶瓷材料或玻璃釉材料可用于形成平行极板112，该陶瓷材料例如是具有各种金属钛酸盐加上调节剂和移动剂(shifter)的烧制陶瓷粉。由钯和银或镍形成的电极可被使用，由银和玻璃粉、铜和玻璃粉、镍或锡形成的电容器接线端可被使用，以形成电容器102。
根据优选实施例的特征，将电阻器106和电容器102封装在同一小结构108内允许电路板改进或特征化以达到需要消除电路板谐振的程度，允许成本下降行为在总体上不改变印刷电路板的情况下发生。
根据优选实施例的特征，与在印刷电路板上设置分立的、无屏蔽的电阻器和电容器相比，对由有EMC屏蔽的谐振衰减元件100定义的整体屏蔽结构而言有特别的益处。
有EMC屏蔽的谐振衰减元件100包括特定的结构，该结构被构造为通过将电容器102和电阻器106容纳在一个小的封装外壳108内来将尺寸和电感最小化。这使频率响应最大化，允许元件100在较大的频率范围内更加有效。
将有EMC屏蔽的谐振衰减元件100的尺寸减至最小还占用了印刷电路板上更少的空间，且允许这些元件100更紧密地设置在一起，这进一步提高了印刷电路板整个面积上的分布响应(distributed response)。印刷电路板上的示例性图形参照图5和6说明和描述。
有EMC屏蔽的谐振衰减元件100的屏蔽罩108还被构造成回流通路。屏蔽罩108由导电材料形成，例如铜、镀镍钢材料。这允许有EMC屏蔽的谐振衰减元件100的屏蔽罩108用作同轴终端，且有效地在该元件内自包含和消耗发射。试图在标准元件之上设置独立的屏蔽将在周围需要多个额外的通孔，且这样的屏蔽还将占据更多的印刷电路板空间。这样的布置还将增加辐射返回电流的环路面积(loop area)，且危害屏蔽完整性。
由有EMC屏蔽的谐振衰减元件100的同轴焊盘104和屏蔽连接焊盘110形成的结构或同轴端口考虑了与同轴通孔结构的连接，从而更利于使回路面积最小化且将电感减至最小。
如图所示的有EMC屏蔽的谐振衰减元件100仅具有一个同轴端口。但是，也可延及包括任何范围的多同轴端口屏蔽元件，其在屏蔽内具有各种电路或集成电路结构。
应当理解，本发明不限于所示构造的有EMC屏蔽的谐振衰减元件100。例如，电容器102和电阻器106可以具有各种不同的形状和尺寸。
应当理解，本发明不限于所示构造的具有由焊盘104、110定义的单同轴端口的有EMC屏蔽的谐振衰减元件100。例如，另一示例性的有EMC屏蔽的谐振衰减元件参照图4A和4B得以显示和说明，该元件具有用于双端口连接的双端口布置。本发明的有EMC屏蔽的谐振衰减元件可扩展至涵盖印刷电路板的N端口与N端口连接。这种扩展的实施例构成具有充分封闭的屏蔽外壳的有源或无源电路，每个电路包括由优选实施例的焊盘104、110限定的同轴焊盘结构，以有效地抑制辐射发射并为更高频率提供高速内部电流回路。
现在参见图4A和4B，示出了根据一优选实施例的总地由附图标记400表示的另一示例性的有EMC屏蔽的谐振衰减双端口元件，其包括表面安装器件(SMD)封装。有EMC屏蔽的谐振衰减双端口元件400包括总地由附图标记402表示的电容器，其连接在第一端口的通常在中心处定位的相应的第一同轴焊盘404和电阻器406之间，并与电阻器406串联。电阻器406由电阻块材形成，且支撑电容器402。串联连接的电容器402和电阻器406容纳在屏蔽罩408内。
有EMC屏蔽的谐振衰减双端口元件400在单一屏蔽罩408内容纳一对同轴焊盘结构，每个结构由优选实施例的一对同轴通孔焊盘404、410定义。电容器402和电阻器406的串联组合分别连接至两个端口中的每一个的各同轴通孔焊盘404。提供屏蔽连接的每个相应的第二同轴通孔焊盘410围绕相应的同轴焊盘404，并连接至屏蔽罩408。同轴通孔焊盘410与同轴焊盘404紧邻地隔开。
屏蔽罩408将来自串联连接的电容器402和电阻器406的电流返回至屏蔽连接同轴通孔焊盘410。与各电容器102串联的各体电阻器406的同轴封装允许电流沿由屏蔽罩408的内壁414、416、418限定的路径回到同轴焊盘接触部410，该屏蔽罩形成了外部屏障并提供了低电感通路。
电容器402包括多个隔开的平行极板412。每隔一个的极板412自形成或连接相应第一同轴焊盘404的中心支撑部422向外延伸，且与每隔一个的其它由电阻器406承载的支撑元件424支持的极板412隔开。体电阻器406的与电容器连接部对立的一侧端接在中心延长导体430上。第二端口的同轴焊盘404与中心延长导体430一体形成或连接在其上，该中心延长导体由电阻器406支撑且与之电连接。
再参见图5和6，示出了用于与根据优选实施例的有EMC屏蔽的谐振衰减元件100一起使用的示例性印刷电路板布局500、600。
印刷电路板500包括多个同轴通孔结构504的栅格502，每个同轴通孔结构用于与一个有EMC屏蔽的谐振衰减元件100配合，如图5所示。
图6中，印刷电路板600包括多个同轴通孔结构604的边缘或周边针脚图形(stitch pattern)602，每个结构用于与一个有EMC屏蔽的谐振衰减元件100配合，形成栅栏以限制边缘辐射。
虽然已经参照附图所示的本发明实施例的细节描述了本发明，但是这些细节不是要限制所附权利要求中所主张的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于实现印刷电路板的有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，包括形成串联组合的电容器和电阻器；容纳所述电容器和所述电阻器的所述串联组合的屏蔽罩；适于与该印刷电路板连接的一对同轴焊盘；所述电容器和所述电阻器的所述串联组合连接在所述一对同轴焊盘的第一焊盘和该屏蔽罩的内壁之间；所述屏蔽罩提供了至所述一对同轴焊盘的所述第二焊盘的回流路径。
2.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述电容器包括多个平行极板和围绕所述电容器的介电材料。
3.如权利要求2所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述介电材料包括自包括空气、NPO、X7R、X5R、C0G和YTV的介电材料组中选出的一种。
4.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述电容器连接在所述一对同轴焊盘的所述第一焊盘和所述电阻器之间。
5.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述屏蔽罩提供了用于连接至同轴通孔结构的表面安装器件(SMD)封装；所述同轴通孔结构连接至所述同轴焊盘。
6.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述屏蔽罩由自包括铜、镀镍钢材料的导电材料组中选出的一种形成。
7.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述一对同轴焊盘的所述第一焊盘和所述第二焊盘隔开，所述第二焊盘围绕所述第一焊盘。
8.如权利要求7所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述电阻器由块电阻材料形成。
9.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述一对同轴焊盘连接至该印刷电路板的同轴通孔结构。
10.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述回流路径沿所述屏蔽罩的内壁设置。
11.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述电容器和所述电阻器的所述串联组合与所述一对同轴焊盘形成一直线。
12.如权利要求1所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述同轴焊盘连接该印刷电路板的同轴通孔结构，籍此该印刷电路板的面积被减至最小。
13.一种用于以有EMC屏蔽的谐振衰减元件实现印刷电路板的有EMC屏蔽的谐振衰减的方法，所述方法包括步骤将电容器和电阻器形成串联组合；将所述电容器和所述电阻器的所述串联组合容纳在屏蔽罩内；提供用于与该印刷电路板连接的一对同轴焊盘；将所述电容器和所述电阻器的所述串联组合连接在所述一对同轴焊盘的第一焊盘和该屏蔽罩的内壁之间；将所述屏蔽罩提供至所述一对同轴焊盘的所述第二焊盘的回流路径。
14.如权利要求13所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的方法，包括按选定的图形在该印刷电路板上设置多个有EMC屏蔽的谐振衰减元件的步骤。
15.如权利要求13所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的方法，包括按印刷电路板上的栅格图形在该印刷电路板上设置多个有EMC屏蔽的谐振衰减元件的步骤。
16.如权利要求13所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的方法，包括按围绕印刷电路板的周边边缘图形在该印刷电路板上设置多个有EMC屏蔽的谐振衰减元件的步骤。
17.一种用于实现印刷电路板的有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，包括适于与该印刷电路板连接的一对同轴焊盘；连接所述一对同轴焊盘的第一焊盘的电容器，所述电容器包括多个平行极板；与所述电容器串联连接的电阻器；容纳所述电容器和所述电阻器的屏蔽罩；所述屏蔽罩连接所述一对同轴焊盘的第二焊盘；所述电阻器由所述屏蔽罩的内壁支撑；以及所述屏蔽罩提供至所述一对同轴焊盘的所述第二焊盘的回流路径。
18.如权利要求17所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述同轴焊盘被隔开，所述第二焊盘围绕所述第一焊盘。
19.如权利要求17所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，其中所述屏蔽罩提供了用于连接至同轴通孔结构的表面安装器件(SMD)封装；所述同轴通孔结构连接至所述同轴焊盘。
20.如权利要求17所述的用于实现有EMC屏蔽的谐振衰减的元件，包括按选定的图形与该印刷电路板连接的多个有EMC屏蔽的谐振衰减元件。
全文摘要
本发明涉及实现有EMC屏蔽的谐振衰减的方法和元件。有EMC屏蔽的谐振衰减元件包括形成串联组合且容纳在屏蔽罩内的电容器和电阻器。一对同轴焊盘设置成与印刷电路板连接。电容器和电阻器的串联组合连接在一对同轴焊盘的第一焊盘和屏蔽罩的内壁之间。通过该串联元件，屏蔽罩提供了至该对同轴焊盘的第二焊盘的回流路径。
文档编号H05K1/02GK1708205SQ200510051649
公开日2005年12月14日 申请日期2005年2月22日 优先权日2004年6月10日
发明者唐·A·吉利兰, 丹尼斯·J·沃思 申请人:国际商业机器公司