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1、电子封装材料电子封装材料20092010学年学年 第二学期第二学期封装的电设计封装的电设计、概述功能要求等、概述功能要求等一、基本概念一、基本概念二、封装的信号传输二、封装的信号传输三、互联接的传输线理论三、互联接的传输线理论四、互联接线间的干扰四、互联接线间的干扰五、电力分配的电感效应五、电力分配的电感效应2封装的电设计封装的电设计、概述功能要求等、概述功能要求等封装设计需要考虑那些问题？封装设计需要考虑那些问题？F电？电？F热？热？F机械？机械？F可靠性？可靠性？上述方面的关系？上述方面的关系？F电产生热电产生热F机械性保证电的通畅机械性保证电的通畅F可靠性反映在通电状态下封装体达到可靠性
2、反映在通电状态下封装体达到预期的功能要求预期的功能要求因此电设计是基础因此电设计是基础3封装的电设计封装的电设计、概述功能要求等、概述功能要求等电设计主要处理的问题：电设计主要处理的问题：F第一，如何分配电信号第一，如何分配电信号设计适当的信号通道设计适当的信号通道保证信号在芯片间和芯片与其他保证信号在芯片间和芯片与其他器件间实现有效不失真传输器件间实现有效不失真传输保证数据信息、地址信息、时间保证数据信息、地址信息、时间信息等相关信号的传输信息等相关信号的传输4封装的电设计封装的电设计、概述功能要求等、概述功能要求等电设计主要处理的问题：电设计主要处理的问题：F第一，如何分配电信号第一，如何
3、分配电信号需要设计需要设计l芯片间的信号通道，含焊线连接、芯片间的信号通道，含焊线连接、配合互连接和无源器件的埋封设计配合互连接和无源器件的埋封设计l无源器件间的电连接线路无源器件间的电连接线路l芯片和封装之间界面的键合结构芯片和封装之间界面的键合结构l封装基片上的传输线及垂直通道封装基片上的传输线及垂直通道5封装的电设计封装的电设计、概述功能要求等、概述功能要求等电设计主要处理的问题：电设计主要处理的问题：F第二，提供保证器件工作的电力，及电力如何第二，提供保证器件工作的电力，及电力如何分配，提供芯片的接地设计分配，提供芯片的接地设计构成芯片的晶体管必须有电力保证才能实现构成芯片的晶体管必须
4、有电力保证才能实现正常功能正常功能电力供应设计不当的例子：电力供应设计不当的例子：l电力分配和传输线键合结构能够产生寄电力分配和传输线键合结构能够产生寄生电感，从而导致电力供应的降低生电感，从而导致电力供应的降低l接地设计不当引起信号传输失真接地设计不当引起信号传输失真l使用平面电力供应结构，产生更多电容、使用平面电力供应结构，产生更多电容、较少电感，从而可降低寄生电感较少电感，从而可降低寄生电感6封装的电设计封装的电设计、概述功能要求等、概述功能要求等电设计主要处理的问题：电设计主要处理的问题：F电设计处理的问题举例：电设计处理的问题举例：设计适当电路图形，选择合适材料，及封装结设计适当电路
5、图形，选择合适材料，及封装结构，使封装体构，使封装体封装电容起到给电力线充电、孤立封装中的寄封装电容起到给电力线充电、孤立封装中的寄生电感作用生电感作用用埋封在封装层内的电容取代在电路板表面上用埋封在封装层内的电容取代在电路板表面上的电容的电容用埋封在封装中的电阻作为信号线终端，避免用埋封在封装中的电阻作为信号线终端，避免信号被终端反射造成高频信号噪声和传输延迟。信号被终端反射造成高频信号噪声和传输延迟。但封装的终端电阻也影响激励器的功率消耗、但封装的终端电阻也影响激励器的功率消耗、信号的传输延迟信号的传输延迟7封装的电设计封装的电设计一、基本概念一、基本概念1、欧姆定律：、欧姆定律：2、趋肤
6、效应、趋肤效应F直流电流在导体内均匀流动直流电流在导体内均匀流动F高频电流趋向于沿着导体高频电流趋向于沿着导体表面流动和聚表面流动和聚集集8封装的电设计封装的电设计一、基本概念一、基本概念3、基尔霍夫电流定律（KCL）F 任一集总参数电路中的任一节点 ， 在任一瞬间流出该节点的所有电流的代数和恒为零F即：就参考方向而言，流出节点的电流在式中取正号，流入节点的电流取负号F基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律在电路中的体现。 基尔霍夫电压定律（KVL）F任一集总参数电路中的任一回路，在任一瞬间沿此回路的各段电压的代数和恒为零F即电压的参考方向与回路的绕行方向相同时，该电压在式中取正号，否则取负号F基尔霍
7、夫电压定律是能量守恒定律在电路中的体现。 9封装的电设计封装的电设计一、基本概念一、基本概念4、噪声、噪声F非原有要求而产生之信号非原有要求而产生之信号F 噪声产生来源噪声产生来源寄生电容寄生电容电感电感105、时间延迟：、时间延迟：F电阻电容电阻电容 或者或者电阻电感电阻电感 组合对系统信组合对系统信号产生时间延迟号产生时间延迟F区域内直流电压瞬时降低产生信号波动区域内直流电压瞬时降低产生信号波动（同步开关噪声）（同步开关噪声）F解决方法：系统中放置去耦电容，对电解决方法：系统中放置去耦电容，对电感作出补偿感作出补偿封装的电设计封装的电设计一、基本概念一、基本概念11封装的电设计封装的电设计
8、一、基本概念一、基本概念6、传输线、传输线F特征阻抗引起电磁波反射特征阻抗引起电磁波反射F从而引起节点处信号传输错误从而引起节点处信号传输错误F造成噪声造成噪声7、线间干扰（串线）：、线间干扰（串线）：F由寄生电容由寄生电容F和寄生电感引起和寄生电感引起 12封装的电设计封装的电设计一、基本概念一、基本概念8、电磁波干扰（、电磁波干扰（EMI)F 对系统和邻近系统有干扰的电子效应对系统和邻近系统有干扰的电子效应9、专门模拟程序（专家系统）、专门模拟程序（专家系统）FSPICEFMultisim1314封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输一般用线路特征阻抗与传输速度来代表
9、电路一般用线路特征阻抗与传输速度来代表电路信号线表现各种寄生效应信号线表现各种寄生效应封装电设计即为消除这些效应封装电设计即为消除这些效应15封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输MOS晶体管：晶体管：MOS晶体管：晶体管：16封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输CMOS转换器功能简介转换器功能简介第二个晶体管转换器输入端与第一个相反，实现电路转换17封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输转换器时间延迟现象转换器时间延迟现象负载电压与实践关系负载电压与实践关系18封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输充电
10、延迟现象充电延迟现象F总阻容负载充电时间延迟公式：总阻容负载充电时间延迟公式：时间延迟系数19封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输基尔霍夫定律与转换时间延迟基尔霍夫定律与转换时间延迟F信号在大气中传输1ns为304.8mm；在一个时钟频率为1GHz电路中传输，存在时间延迟原因在于电路尺寸与信号波长可比拟F在封装中，引用传输线理论，将时间延迟结合在封装技术中20封装的电设计封装的电设计二、封装的信号传输二、封装的信号传输基尔霍夫定律与转换时间延迟基尔霍夫定律与转换时间延迟F在一般介质中信号传输速度：相对磁导率相对磁导率相对介电常数（电容率）相对介电常数（电容率）光速光速2
11、1封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论电报员公式（导体间电压与信号线电流）：电报员公式（导体间电压与信号线电流）：22封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论互连接传输线理论互连接传输线理论F在无损失条件下，在无损失条件下，R=0,G=0，两式经微，两式经微分后合并简化如下：分后合并简化如下：一维波动方程一维波动方程23封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论解为：解为：未知系数未知系数随机函数随机函数未知系数未知系数随机函数随机函数由初始条件或边界条件决定由初始条件或边界条件决定24封装的电设计封装的电设计三、三、互
12、连接传输线理论互连接传输线理论互连接传输线理论互连接传输线理论F电流公式：电流公式：特征阻抗特征阻抗速度速度25封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论常用传输线阻抗及传输速度常用传输线阻抗及传输速度F常用传输线常用传输线：微带用于空气与电介质之间，封装最上面一层埋封微带埋在电介质内部，封装表面几层条线两金属层之间连接 26封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论常用传输线阻抗及传输速度常用传输线阻抗及传输速度F举例：微带传输线abab27封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论数字晶体管传输线波数字晶体管传输线波F在常规
13、电路中，电压稳定是即时的，在传输线中，由于存在时间延迟，电压稳定需要一定时间 负载处波形28封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论数字晶体管传输线波数字晶体管传输线波F避免多次反射，引入阻抗匹配（串联与并联） 匹配后电路图匹配后电路图终端反射终端反射29封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论数字晶体管传输线波数字晶体管传输线波F其他形式匹配：串联终端；并联终端F由于匹配电阻将消耗能量，故其可以作为双重作用而存在，一是匹配电阻，一是衰减电阻F由于许多封装传输线是以有源元件作为终端，F可以通过修改元件电路而不增加电阻达到匹配效果。比如二极管终端电
14、路30封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论通过电路改进无源共模干扰抑制电路通过电路改进无源共模干扰抑制电路31封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论数字晶体管传输线波数字晶体管传输线波F其他形式匹配：串联终端；并联终端F由于匹配电阻将消耗能量，故其可以作为双重作用而存在，一是匹配电阻，一是衰减电阻F由于许多封装传输线是以有源元件作为终端，F可以通过修改元件电路而不增加电阻达到匹配效果。比如二极管终端电路32封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论传输线效应应用传输线效应应用F信号特性决定是否做传输线分析，当信号限定传
15、输时间非常小，传输线效应可忽略F对于一个互连接而言，信号弛豫时间必须小于传输延迟时间33封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论一定介质 ，其传输时间可以表述为： 33.33ps/cm为自由空间传输之时间34封装的电设计封装的电设计三、三、互连接传输线理论互连接传输线理论依据自由传输时间，将电介质中电路分为三类：F信号起落时间不小于100TOF，用直流电理论分析即可，此时应注意信号的电阻、电流、电压和接地线F信号起落时间在4100TOF，必须知道互连线电容、通道、焊接位对信号传输的延迟。电压寄生电感所产生瞬时电流及底线等作用，导致抗拒电流变化的电压降。此为Delta-I
16、噪声，将引起临近电路的速度降慢，甚至开关失误F信号起落时间小于4TOF，必须应用传输线理论作信号传输分析，包括对信号在电介质中的形状突变点（焊接位置）处的反射分析，对平行导线间的电磁耦合（串线）的分析35封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）什么叫互连接线间干扰（串线）什么叫互连接线间干扰（串线）F也称线间耦合或者串线，指也称线间耦合或者串线，指均一环境中均一环境中两两邻近传输邻近传输线线间出现相互之间的间出现相互之间的信号干扰信号干扰，某些信号的能量从，某些信号的能量从一条线转移到另一条线一条线转移到另一条线F产生原因：产生原因：两线间的电容和电感的相互
17、耦合，耦合不断发生两线间的电容和电感的相互耦合，耦合不断发生使其中一条线的信号能量转移到另一条信号上去使其中一条线的信号能量转移到另一条信号上去实现芯片的互连需要成百上千的线，有横向，也实现芯片的互连需要成百上千的线，有横向，也有纵向。设计上总是追求最小线宽，尽量小线距。有纵向。设计上总是追求最小线宽，尽量小线距。使相邻线的电磁干扰引起的感生电流使相邻线的电磁干扰引起的感生电流36封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）什么叫互连接线间干扰（串线）什么叫互连接线间干扰（串线）F串扰分类：串扰分类：弱耦合：多数情况下，少数能量被传输到第二条线弱耦合：多数情况下
18、，少数能量被传输到第二条线上，称弱耦合或松散耦合。此时信号由左向右在作上，称弱耦合或松散耦合。此时信号由左向右在作用线传播，不会明显地被第二条传输线干扰。用线传播，不会明显地被第二条传输线干扰。但作用线上传播的信号，可以在被动线上产生两个但作用线上传播的信号，可以在被动线上产生两个波：波：l向后的近端干扰信号朝向激励器向后的近端干扰信号朝向激励器l向前的远端干扰信号朝向接收器端向前的远端干扰信号朝向接收器端37封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）F向后近端干扰：向后近端干扰：向后耦合系数向后耦合系数传输速度传输
19、速度输入电压输入电压作用线由左向右传输时电压，表示被延迟作用线由左向右传输时电压，表示被延迟2l/V38封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）F向前远端干扰：向前远端干扰：向前耦合系数向前耦合系数延迟延迟单位长度相互电感单位长度相互电感单位长度相互电容单位长度相互电容39封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）串线干扰的计算实例：串线干扰的计算实例：F如图所示，信号电压加在作用线如图所示，信号电压加在作用线1上，在线上，在线2产生干扰产生干扰40封装的电设计封装的电设计四、四、
20、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）串线干扰的计算实例：串线干扰的计算实例：F传输线输入端电压随时间的变化关系如图所示传输线输入端电压随时间的变化关系如图所示p电压在电压在7.5ns7.5ns内上升到内上升到5V5Vp然后又在随后的然后又在随后的2.5nm2.5nm内下降到内下降到0V0V41封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）串线干扰的计算实例：串线干扰的计算实例：F由传输线输入端电压随时间的变化关系，得到输入信号由传输线输入端电压随时间的变化关系，得到输入信号电压随时间的导数，如图所示电压随时间的导数，如图所示p分别为电压曲线的两分别为电压曲
21、线的两个斜率个斜率42封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）串线干扰的计算实例：串线干扰的计算实例：F将如图所示，信号电压加在将如图所示，信号电压加在作用线作用线1上，在线上，在线2产生干扰产生干扰不是300cm，是100cm43封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）串线干扰的计算实例：串线干扰的计算实例：F从而得到远端串线干扰随时间变化曲线如下图所示从而得到远端串线干扰随时间变化曲线如下图所示p与输入电压曲线相比，与输入电压曲线相比，延迟了延迟了l/Vpl/Vp=15ns=15ns44封装的电设计封装的电设计四、四、
22、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）串线干扰的计算实例：串线干扰的计算实例：F类似地，可以计算得到近端串线干扰的曲线如下图类似地，可以计算得到近端串线干扰的曲线如下图p与输入电压曲线相比，与输入电压曲线相比，延迟了延迟了2l/Vp=30ns2l/Vp=30ns45封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）解决互连接线间干扰（串线）原则解决互连接线间干扰（串线）原则F一、缩小电压不匹配反射。高边界速信号通过一个阻抗不一致界面，产生电压不匹配反射F二、减少印刷电路板相邻信号线之间信号串线。信号线信号线间距要足够大间距要足够大，在可能前提下，尽量增，在可能前
23、提下，尽量增加传输线之间距离。加传输线之间距离。信号线与接地线间距要小信号线与接地线间距要小。增加增加传输线与接地线之间的传输线与接地线之间的耦合耦合，将不用之线，将不用之线或地线放在两作用线之间，减少串线或地线放在两作用线之间，减少串线F三、减少芯片与芯片之间信号延迟。元器件之间连接线越短越好。减少信号的起落时间会降低传输线向前的远端干扰46封装的电设计封装的电设计四、四、互连接线间干扰（串线）互连接线间干扰（串线）解决互连接线间干扰（串线）原则解决互连接线间干扰（串线）原则F四、考虑三方位封装技术。如芯片重叠封装，减少了元件之间的连接距离F五、放置信号界面速度的衰减。互连接直流电阻太大，电
24、的表面效应，高频介电损耗将造成衰减F六、设置多重电源层和接地层，设置多个高频去耦电容，从而改善电源分配和减少接地噪声F七、减少信号线的电容负载，保持信号线阻抗特性和最短传输延迟F八、减少终端对印刷电路板的介电性与互连接性能影响F九、减少印刷电路板的厚度，使其加工与传热更容易47封装的电设计封装的电设计五、电力分配电感效应五、电力分配电感效应电力分配电感效应电力分配电感效应F信号产生错误的原因：信号产生错误的原因：电压降：电压降：l电阻电阻（金属部件：互连接通道、互连接、（金属部件：互连接通道、互连接、金属层）金属层）电感响应电感响应l封装金属层本质的电感性，使得随时间变封装金属层本质的电感性，
25、使得随时间变化的电流引起芯片上供应电压随时间变化化的电流引起芯片上供应电压随时间变化48封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电感效应电感效应F安培定律：电流电磁关系安培定律：电流电磁关系FPMOS管电压关系：管电压关系：49封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应有效电感有效电感F互感效应互感效应:电流流经电感电流流经电感A将在电感将在电感B上产生感生电流上产生感生电流F有效电感：有效电感：50封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应输出激励器的电感和噪声关系输出激励器的电感和噪声关系F增加开关激励器数量，电源噪声也随
26、着增加，当噪声过大，在t时间内，激励器输出的电流就会减少，导致激励器速度降低进而供电的噪声电压也降低51封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应供电噪声（供电噪声（Delta-I噪声）：噪声）：F电流转换引起感生电压波动叫做供电和接地网络噪声电流转换引起感生电压波动叫做供电和接地网络噪声F瞬态的供应电流通过连接点会引起芯片电源电压波动：瞬态的供应电流通过连接点会引起芯片电源电压波动：电压波动，即噪声，电压波动，即噪声，也叫同步开关噪声也叫同步开关噪声SSN电力分配系统有效寄生电感电力分配系统有效寄生电感电流变化电流变化52封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应
27、电力分配电感效应供电噪声供电噪声F影响供电噪声因数：影响供电噪声因数：供电压升降：l当电路开关同步运行时，电力分配网络产生之噪声引起供电压升降供电压降低会引起芯片Vdd和GND之间电压低于供电压；当供电压增加时，反之。封装电感与芯片内部电容共振，引起电压波动输出激励器会引起比内部电路更大的供电噪声输出激励器噪声还取决于返回电流的路径53封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应供电噪声供电噪声F供电噪声危害：供电噪声危害：存在供电噪声时，电路产生较小电流输出，增加电路延迟，导致系统时间延迟噪声干扰会传播到接受芯片，造成错误开关动作噪声同时也会造成发送芯片电路的错误开关动作
28、 如何消除？54封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应降低噪声最好办法：降低噪声最好办法：F降低供电和接电线网络的降低供电和接电线网络的自感自感和和互感互感F封装对感生电感的影响封装对感生电感的影响不同封装形式（结构）效果不同：不同封装形式（结构）效果不同：l一对平面电感低于一对传输线电感一对平面电感低于一对传输线电感l通道选择有利于降低电感通道选择有利于降低电感l焊球替代焊接引线可以减低电感焊球替代焊接引线可以减低电感l其他诸如电流分布也会影响电感其他诸如电流分布也会影响电感55封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合
29、电容F即放置去耦合电容，降低系统回路电流量，消即放置去耦合电容，降低系统回路电流量，消除电感，从而降低电源噪声除电感，从而降低电源噪声F何为去耦电容？何为去耦电容？电容性负载需要充电，需要额外电流额外电流通过封装体的电感时，将产生一个电压降如向电容充电的额外电流由电容来提供，而不是单独由供电电流提供，这一电容就是去耦合电容56封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合电容F芯片和封装电路示意图芯片和封装电路示意图57封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合电容F作用：去耦合电容向开关电路充电的动作比电
30、源快降低回路电流量F原理：LC电路中频率共振为：58封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合电容F电容可以分为：低频fmax=100Ml放置在印刷板中频fmax=500Ml放置在封装上高频fmax大于1G，也叫沟槽电容l放置在晶体芯片内F不同共振频率电容工作环境不一，无论哪种工作状态，在最高频率下，电容就可以使供电压保持在允许范围59封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合电容F去耦合电容寄生效应：由于电容焊接位和引线的寄生电感和电阻的关系电容不是理想器件，有自己的共振频率存在由此产生寄生效应60封
31、装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合电容F电容器阻抗为：61封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应设置去耦合电容设置去耦合电容F一般来讲，在高频率电路封装中采用平面电容，来保持电源低噪声F选择合适的电介质可以使得平面间电容量提高F平面间距减薄，能有效降低电感62封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰电磁干扰F电磁干扰具有自由空间电磁辐射形式并电磁干扰具有自由空间电磁辐射形式并能直接通过电源与地线以及信号线来传能直接通过电源与地线以及信号线来传导噪声导噪声F何谓电磁干扰（何谓电磁干扰（E
32、lectromagnetic Interference ）？）？63封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰分两种：F传导干扰：指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络F辐射干扰：指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络F在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作64封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰电磁干扰F三要素：三要素：首先首先应该具有干扰源应该具有干扰源其次有传播干扰能量的途
33、径和通道其次有传播干扰能量的途径和通道第三还必须有被干扰对象的响应第三还必须有被干扰对象的响应在电磁兼容性理论中把被干扰对象统在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备（或敏感器）称为敏感设备（或敏感器）65第二章第二章 封装的电设计封装的电设计 电力分配电感效应电力分配电感效应自然干扰源自然干扰源F主要来源主要来源大气层的天电噪声大气层的天电噪声地球外层空间的宇宙噪声地球外层空间的宇宙噪声F特点特点地球电磁环境的基本要素组成部分地球电磁环境的基本要素组成部分对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰，也对人造卫星和宇宙飞船
34、的运行产生干扰，也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰66封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应人为干扰源F有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰F分类有意发射干扰源l专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、手机、雷达和导航等无线电设备无意发射干扰源l在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等67封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰电磁干扰F传播途径和通道：传播途径和通道：传导耦合方式l在干扰源和敏感器之间有完整的电路
35、连接l干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象l传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件68封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰电磁干扰F传播途径和通道：传播途径和通道：辐射耦合方式l通过介质以电磁波的形式传播l干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射常见辐射耦合由三种：l天线对天线耦合：甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受l场对线的耦合：空间电磁场经导线感应而耦合l线对线的感应耦合：两根平行导线之间的高频信号感应69封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰电磁干扰F被干
36、扰对象的响应敏感设备（或敏感器）被干扰对象的响应敏感设备（或敏感器）干扰对象总称干扰对象总称可以是一个很小的元件或一个电路板可以是一个很小的元件或一个电路板组件组件也可以是一个单独的用电设备也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统甚至可以是一个大型系统70封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应 电磁干扰危害电磁干扰危害 目前国际上公认的手机辐射标准有两个，目前国际上公认的手机辐射标准有两个，一个是欧洲现行的标准是一个是欧洲现行的标准是2.0Wkg，并已得到了世界卫生组织（，并已得到了世界卫生组织（WHO）的赞成和鼓励；）的赞成和鼓励；另一个是美国通行的标准，它
37、更为严格，约为另一个是美国通行的标准，它更为严格，约为1.0Wkg。 71封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰危害电磁干扰危害F辐射指数辐射指数-液晶电视液晶电视 背投背投 液晶显示器液晶显示器空调空调 冰箱冰箱 笔记本电笔记本电脑脑消毒柜消毒柜 电饭锅电饭锅 照明灯照明灯 普通鼠标普通鼠标 普通键盘普通键盘 打印机打印机数码相机数码相机 MP4 接线板接线板 72封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰危害电磁干扰危害F辐射指数辐射指数- 抽油烟机、跑步机等运动设备抽油烟机、跑步机等运动设备 73封装的电设计封装的电设计五、
38、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰危害电磁干扰危害F辐射指数辐射指数- 等离子电视等离子电视 CRT显示器显示器无线鼠标无线鼠标 无线键盘无线键盘空气净化器空气净化器 电热足盆电热足盆 台式电脑主机（侧面、后面是辐射最台式电脑主机（侧面、后面是辐射最厉害的厉害的）74封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰危害电磁干扰危害F辐射指数辐射指数- CRT普通电视普通电视 电熨斗电熨斗吹风机吹风机 电热水壶电热水壶 榨汁机榨汁机豆浆机豆浆机 暖风机暖风机 电扇电扇电磁炉电磁炉 电火锅电火锅 家庭影院（低音炮最厉害）家庭影院（低音炮最厉害）75封装的电设计封装
39、的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰危害电磁干扰危害F辐射指数辐射指数- 电热毯电热毯 吸尘器吸尘器 脂肪运动机等震动器脂肪运动机等震动器微波炉（门缝处最大，特别是刚开机）微波炉（门缝处最大，特别是刚开机）76封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰危害辐射参数电磁干扰危害辐射参数 F咖啡炉咖啡炉1mG 传真机传真机 2mG F录像机录像机 6mG 电熨斗电熨斗 3mGF VCD 10mG 空调空调 20mG F 电视机电视机 20mG 音响音响 20mG F 电冰箱电冰箱 20mG 洗衣机洗衣机 30mG F 电锅电锅 40mG 复印机复印
40、机 40mG F 吹风机吹风机 70mG 电须刀电须刀 100mG F 电热毯电热毯 100mG 手机手机 100mG F 电脑电脑 100mG 吸尘器吸尘器 200mG F 无绳电话无绳电话 200mG 微波炉微波炉 200mG 77封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰电磁干扰F电子封装中的电磁干扰元器件集成化，导体电路布线细化，电磁干扰发生机会增加工作频率增加，超过1GHz，产生高频噪声和共振噪声，电磁干扰问题突出78封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰消除电磁干扰消除F辐射与电流频率，电流大小及载体面积成正比F因此明
41、显的放射性辐射结构使用大尺寸导线，如：l电路板导线以及电路板间的电缆严密控制封装和传输线匹配电阻的电感79封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰消除电磁干扰消除F电源引起噪声封装电源线上电压存在较大波动电源线与电路板的电源线或者是电源电缆相耦合时可能产生较大辐射,引起噪声F消除：设置芯片、封装或者印刷板的去耦合电容为芯片的正常操作提供必要的电流。稳定电源线的电压，限制高频噪声去耦合电容应放在每一个电源和地线的接点去耦合电容减小电流回路尺寸及电流强度和噪声频率，降低80封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰消除电磁干扰消除F封装
42、引脚引起噪声：F消除：放置封装引脚时，正确选择接地引脚每一个信号线和接地回路必须小接地平面和引脚时，应尽量靠近信号线接地回路区域应靠近信号线，以形成较小电流回路。因为辐射量正比于回路的面积81封装的电设计封装的电设计五、五、电力分配电感效应电力分配电感效应电磁干扰消除电磁干扰消除F接地线引起噪声：非理想接地点与其他点间的电势不同，产生较大高频接地电流接地电流形成一个回路，起到天线作用产生电缆屏蔽与电路板的噪声地线接点相连，电缆屏蔽变成双极天线F消除：减小接地系统阻抗，限制地线电压波动来解决82习题与思考题习题与思考题1、封装电设计主要解决那些问题、封装电设计主要解决那些问题2、已知串线耦合的初始条件，包括传输线输、已知串线耦合的初始条件，包括传输线输入电压随时间的变化，求耦合传输线路法入电压随时间的变化，求耦合传输线路法人远端串联干扰和近端串联干扰（汇出图）人远端串联干扰和近端串联干扰（汇出图）3、减少串扰的原则有那些、减少串扰的原则有那些4、降低供电噪声和电磁干扰的措施有那些、降低供电噪声和电磁干扰的措施有那些83
