CN108289369A - 具有介电间隔件的吸收器组件以及相应的组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有介电间隔件的吸收器组件以及相应的组装方法。在示例性实施方式中，吸收器组件包括印刷电路板以及布置在所述印刷电路板上的差分线。所述差分线包括第一迹线以及与所述第一迹线相反的第二迹线。所述组件还包括：介电间隔件，所述介电间隔件耦合至所述印刷电路板并且覆盖所述差分线的至少一部分；以及吸收器，所述吸收器耦合至所述介电间隔件以抑制来自所述差分线的电磁干扰辐射。

Description

具有介电间隔件的吸收器组件以及相应的组装方法
技术领域
本公开总体涉及具有介电间隔件的吸收器组件，并且涉及相应的组装方法。
背景技术
本部分提供了关于本公开内容的背景信息，但不一定是现有技术。
PCB上的诸如外围部件互连表达信道与USB信道之类的差分信号线能辐射能量，这些能量会干扰附近的其他元件(例如，WiFi天线、全球定位系统天线等)。
发明内容
此部分提供本公开的概要，并且不是其全部范围或者其全部特征的全面公开。
公开了具有介电间隔件的吸收器组件的示例性实施方式。在示例性实施方式中，吸收器组件包括印刷电路板以及布置在所述印刷电路板上的差分线。所述差分线包括第一迹线以及与所述第一迹线相反的第二迹线。所述组件还包括：介电间隔件，所述介电间隔件耦合至所述印刷电路板并且覆盖所述差分线的至少一部分；以及吸收器，所述吸收器耦合至所述介电间隔件以抑制来自所述差分线的电磁干扰辐射。还公开了一种组装用于差分线的电磁干扰辐射吸收器组件的方法。
根据本文中提供的描述，应用的其他领域将会变得显而易见。此发明内容中的描述以及特定实施例仅仅旨在阐明之目的并且不意图限定本公开的范围。
附图说明
本文所述的附图仅为了说明所选择的实施方式而不是所有可能的实施方式，并且并不旨在限制本公开内容的范围。
图1是根据本公开的一个示例性实施方式的差分线组件的立体图；
图2是图1的差分线组件的端视图；
图3是根据本公开的另一示例性实施方式的吸收器组件的立体图；
图4是图3的吸收器组件的端视图；
图5是图3与图4的吸收器组件的差分线中的信号完整性的眼图(eye diagram)；
图6是示出图3与图4的关于不同介电间隔件厚度的吸收器组件的差分线的插入损耗的线图；
图7是示出图3与图4的关于不同介电间隔件厚度的吸收器组件的差分线的时域反射的线图；以及
图8是示出图3与图4的关于不同介电间隔件厚度的吸收器组件的差分线的回程损耗的线图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方式。
本文中的发明人意识到，电路板上的外围部件互连表达(PCIe)信道能辐射电磁能量，电磁能量可减小各个系统的效用。例如，通过将能量耦合到系统的天线(例如，WiFi天线、全球定位系统(GPS)天线等)中，能量可减小各个系统的灵敏度(例如，灵敏度劣化等)。
发明人还意识到，直接敷设在PCIe电路迹线上的吸收器材料能有效减小此辐射。然而，PCIe信号迹线含有数字信号，在PCIe电路迹线上安置吸收器可负面影响数字信号。如果直接安置在PCB迹线上，迹线在接触部分中的阻抗由于吸收器的电容率/导磁率而可能改变。这可引起反射。此外，PCIe迹线的期望信号中的能量可能被吸收。这也会导致信号完整性的恶化。
提供具有介电间隔件的吸收器组件的示例性实施方式。图1与图2示出了具有差分线102的印刷电路板100的示例性实施方式。差分线102包括正迹线104与负迹线106。差分线102还包括位于印刷电路板100的相对两端处的端部终端108。
差分线102适于沿正迹线104与负迹线106传输数字信号。正迹线104的电压可以是负的负迹线106的电压。例如，沿正迹线104传输的数字信号可与沿负迹线106传输的数字信号基本相似(例如，可具有相同的振幅等)，但是沿正迹线104传输的数字信号的极性可与沿负迹线106传输的数字信号的极性相反(例如，正电压对负电压等)。
可在差分线102的端部终端108处从负迹线106上的数字信号减去正迹线104上的数字信号。可从负迹线106上的数字信号减去正迹线104上的数字信号可提供使初始数字信号的量级(例如，振幅等)加倍的信号。减去数字信号可减少共模噪声，可减少差分线102的干扰等。
差分线102可以是布置在印刷电路板100上、布置在印刷电路板100中等的任一合适的信号传输线。例如，迹线104与106可以包括任何合适的导体材料(例如，铜等)。迹线104和106可以布置在位于印刷电路板100的表面下方的信道中、迹线104和106可以布置在位于印刷电路板100的表面的顶部上的信道中等。
印刷电路板100与差分线102可以包括任一合适的信号传输界面，包括但不限于外围部件互连表达(PCIe)线、通用串行总线(USB)等。
图1与图2示出了用于印刷电路板(PCB)100以及差分线102的示例性尺寸。在一些实施方式中，印刷电路板100的宽度A可约为四毫米，印刷电路板的长度B可约为五十毫米，迹线104和106的宽度C可约为0.11毫米，迹线104和106的中心点之间的距离可约为0.23毫米，等。如应显而易见的，其他实施方式可包括其他合适的尺寸。
如图2中所示，印刷电路板100可以包括布置在迹线104和106上的可选焊料层110。在一些实施方式中，焊料层可具有约0.0127毫米的厚度。如应显而易见的，其他实施方式可不包括焊料层110、可包括具有不同厚度的焊料层110、可包括具有其他材料的层110等。
印刷电路板100还可包括围绕迹线104和106的填料层112，使得迹线104和106布置在填料层112内。填料层112可包括合适的非导电材料。在一些实施方式中，填料层112可具有约0.0406毫米的厚度。如应显而易见的，其他实施方式可不包括填料层112、可包括具有不同厚度的填料层112等。
中间层114可布置在迹线104和106下方。中间层114可包括合适的非导电材料。在一些实施方式中，中间层114可具有约0.0686毫米的厚度。如应显而易见的，其他实施方式可不包括中间层114、可包括具有不同厚度的中间层114等。
印刷电路板100可包括布置在中间层114下方的底层116。底层116可包括导电材料(例如，铜等)并且可用于迹线104和106的接地面。因此，中间层114可提供底层116与迹线104和106之间的绝缘。在一些实施方式中，底层116可具有约0.0305毫米的厚度。如应显而易见的，其他实施方式可不包括底层116、可包括具有不同厚度的底层116等。
图3与图4示出了具有印刷电路板100、差分线102、吸收器218以及介电间隔件220的吸收器组件200的另一示例性实施方式。如图3与图4中所示，介电间隔件220耦合至印刷电路板100并且覆盖差分线102的迹线104和106。虽然图4示出了如延伸超过迹线104和106的介电间隔件220，但是其他实施方式可包括这样的介电间隔件220，此介电间隔件仅布置在迹线104和106之上、仅覆盖迹线104和106的一部分等。
吸收器218耦合至介电间隔件220以抑制(例如，减少等)来自差分线102的电磁干扰(EMI)辐射。吸收器218可包括能够吸收(例如，抑制、减少等)来自差分线102的EMI辐射的任何合适的吸收材料。例如，吸收器218可包括(但不限于)由硅、尿烷、环氧树脂等制成的磁加载吸收器。吸收器218可包括由铁、铁素体等制成的填料。填料可以是介质吸收剂(例如，炭黑、碳化硅等)。这可减少影响其他系统部件(例如，WiFi天线、GPS天线等)的差分线EMI辐射的量。在一些实施方式中，吸收器218可包括微波吸收器(例如，可包括微波吸收材料等)。
吸收器218可适于使来自差分线102的EMI辐射至少减少指定的减少值。指定的减少值可以是适于抑制(例如，防止)EMI辐射不利地影响其他系统部件(例如，WiFi天线、GPS天线等)的值。示例性的指定的减少值可包括(但不限于)来自差分线的EMI辐射减少5.9分贝(dB)、6.7dB、6.9dB、7.4dB、7.6dB、8dB、8.3dB、10dB等。
可利用任一合适的电场测量技术计算(包括但不限于沿吸收器218的中心测量位于印刷电路板100的顶面上方约0.0708毫米的电场)指定的减少值。如果吸收器218具有约0.0508毫米的厚度，则在PCB的顶面上方0.0708毫米处测量结果是在吸收器的顶面上方约0.2毫米处测量。在由于吸收器218来自差分线102的EMI减少的模拟与测量过程中可考虑常见的模式激励。可利用精密探针、频谱分析仪等测量EMI减少。
如图3中所示，吸收器218仅覆盖差分线102的一部分。在其他实施方式中，吸收器可覆盖整个差分线102、覆盖差分线102的不同部分等。例如，吸收器218可具有相当于差分线102的宽度的宽度、具有相当于差分线102的长度的长度等。如图3中所示，吸收器218的宽度约是印刷电路板100的宽度(例如，约四毫米等)，并且吸收器的长度E约为十毫米。如图3中所示，吸收器218的高度(例如，厚度)约为0.508毫米。如应显而易见的，其他实施方式可包括具有不同宽度、不同长度、不同高度等的吸收器。
如以上描述的，本发明人已经意识到，吸收器218直接安置在差分线102上会不利地影响差分线的信号完整性。例如，迹线104和106中的阻抗可由于吸收器218的电容率、导磁率等而改变。这可导致信号由于吸收器而反射。此外，差分线信号中的能量可被吸收器218吸收，这可使信号完整性恶化。
如图4中所示，吸收器组件200包括耦合在印刷电路板100与吸收器218之间的介电间隔件220。在此情况下，介电间隔件220一侧耦合至PCB100的位于差分线102的迹线104和106上方的顶面，并且相反侧耦合至吸收器218。
介电间隔件220适于在吸收器218与差分线102之间创建间隔，从而减小吸收器218对沿着差分线102传输的信号的完整性的影响。因此，介电间隔件220的厚度设计成在抑制吸收器218对差分线信号完整性的影响的同时允许吸收器218吸收来自差分线102的EMI辐射。
介电间隔件220的厚度可以是适于抑制吸收器218使沿差分线102传输的信号的信号完整性减小到预定阈值以下的任一厚度。例如，差分线102的信号可以由眼图表示。
图5中示出了示例性眼图300。眼图300是数字信号的质量的图解表示。在眼图300中，各个数字脉冲相互叠加。无畸变的完美方波将显现矩形“眼”开口。有限的升高与降低次数加上系统中的抖动(信号速率相距完美的差异测量)以及噪声产生如图5中所示的“眼”。信号完整性工程师将“眼”中畸变的最大值看成是关于数字信号的质量的说明。
在一些实施方式中，介电间隔件220的厚度可以是适于抑制吸收器218使沿差分线102传输的信号的眼图减小到预定阈值以下的任一厚度。例如，介电间隔件的厚度可以抑制吸收器218使差分线102的眼图信号完整性减小到预定阈值以下的一个或者多个方面(例如，取样点的信噪比、信号的斜率、信号的过零的时间变化、信号的抖动等)。在一些实施方式中，眼图减小可能限于小于0ps、0.5ps、0.8ps、0.9ps、1ps、1.1ps等。如应显而易见的，其他实施方式可抑制眼图信号完整性减小至其他量。可根据差分线的传输系数的建模值利用安捷伦先进设计系统(Keysight ADS)对眼图的影响建模。
在一些实施方式中，可基于差分线102的数据率(例如，频率)确定介电间隔件220的最佳厚度。例如，要创建特定数据率的数字信号，如由傅里叶分析确定的，可将不同频率的信号加在一起。可通过在数据率的一半的奇次谐波下添加信号创建数字波形。例如，要创建具有1千兆比特/秒(1Gbps)的数据率信号的数字信号，可产生1千兆赫、2千兆赫、3千兆赫等的信号。为了产生完美的方波，信号的总和将无穷大。然而，较少量的谐波(例如，两次谐波、三次谐波、四次谐波等)可足以再创造信号。吸收器218将对较高频率的信号产生最大影响。例如，如果存在关于1千兆赫、2千兆赫以及3千兆赫的1Gbps的数据率信号的数字信号的三次谐波，则吸收器218将对3千兆赫下的信号产生最大影响。
就另一实施例而言，如果数据率是4Gbps，则可存在4千兆赫、8千兆赫、12千兆赫的信号频率处的谐波。因为吸收器218将对最大频率(例如，12千兆赫)影响最多，所以可通过利用较厚的介电间隔件220增大与差分线102的距离而至少部分地缓解所述影响。总体而言，较高的数据率可包括具有较大厚度的介电间隔件220。
如以上提及的，介电间隔件可以为任一厚度(包括但不限于约0.05毫米、约0.1毫米等)。关于由于吸收器218的差分线EMI辐射减少、吸收器对差分线102的信号完整性的影响等，不同的厚度可提供不同的特性。图6至图8示出了吸收器组件200的关于不同厚度的介电间隔件220的示例性电特性。
介电间隔件220可包括能够抑制吸收器218对差分线102的信号完整性的影响的任何合适的介电材料。例如，介电间隔件220可包括压敏粘合材料。
图6示出了差分线102的关于不同厚度的介电间隔件220的传输特性的作为频率的函数(例如，在频率域中)的插入损耗的线图400。信号的期望插入损耗特性是没有吸收器218的情况下的插入损耗(如由图6中的线401所示)。当吸收器218直接布置在差分线102上时(如由图6中的线403所示)，插入损耗显著改变。这可产生非常差(例如，零等)的信号完整性。对于0.05毫米的介电间隔件厚度(如由图6中的线405所示)而言，插入损耗特性逼近期望的特性(例如，无吸收器的情况)。对于0.1毫米的介电间隔件厚度(如由图6中的线407所示)而言，插入损耗特性进一步逼近期望的特性(例如，无吸收器的情况)。注意，由于吸收器218与差分线102之间的间隔增大(例如，介电间隔件220的厚度增大)，插入损耗返回至期望状态。
图7示出了关于不同厚度的介电间隔件220的时域反射计(TDR)测试的结果的线图500。图7的x轴线表示时间。此测试示出了差分线102的作为时间的函数的阻抗。图7中的线501示出了不具有吸收器218的情况。在吸收器218直接位于差分线上的情况(如由图7中的线503所示)下，在约0.35纳秒时有大的阻抗变化。此阻抗变化可导致差分线102中信号的大反射，这也会影响信号完整性。当介电间隔件厚度增加至0.05毫米(如由图7中的线505所示)时，以及增加至0.1毫米(如由图7中的线507所示)时，由于吸收器218与差分线102进一步分离，差分线102中的阻抗变化减小。
图8示出了来自差分线102的关于介电间隔件厚度的不同值的返程损耗或者反射的线图600。如图8中所示，吸收器218直接位于差分线上的情况(如由图8中的线603所示)造成不具有吸收器218的情况(如由图8中的线601所示)下的返程损耗特性的变化。当介电间隔件厚度增加至0.05毫米(如由图8中的线605所示)时，以及增加至0.1毫米(如由图8中的线607所示)时，由于吸收器218与差分线102进一步分离，差分线102中的返程损耗减小。
根据本公开的另一示例性实施方式，公开了一种组装用于差分线的电磁干扰辐射吸收器组件的方法。此方法包括将介电间隔件耦合至具有差分线的印刷电路板以覆盖差分线的至少一部分。介电间隔件具有第一侧、和第一侧相对的第二侧以及限定在第一侧与第二侧之间的厚度。此方法还包括将吸收器耦合至介电间隔件的与印刷电路板相反的侧。介电间隔件的厚度在允许吸收器使来自差分线的电磁干扰辐射减少至少指定的减少值的同时足以抑制吸收器使沿差分线传输的信号的信号强度减小至预定阈值以下。
提供示例性实施方式使得本公开将会详尽并且将会将范围充分传达至本领域中的技术人员。列举众多诸如特定部件、装置以及方法的实施例之类的特定细节以提供本公开的实施方式的彻底理解。对于本领域中的技术人员将显而易见的是，无需采用特定细节，可以以一些不同形式具体化示例性实施方式，并且不应构建成限制本公开的范围。在一些示例性实施方式中，没详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构以及众所周知的技术。
这里所用的术语仅是为了描述特定示例实施方式的目的且不旨在限制。如这里所用的，单数形式“一”可以旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。术语“包括”和“具有”是包括的，因此指定所叙述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。这里所述的方法步骤、过程以及操作不被解释为必须需要以所讨论或例示的特定顺序进行它们的执行，除非特别识别为执行顺序。还要理解，可以采用另外或另选的步骤。
当元件或层被称为在另一个元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“耦接到”另一个元件或层时，元件或层可以直接在另一个元件或层上、直接啮合、连接或耦接到另一个元件或层，或者介入元件或层可以存在。相反，当元件被称为“直接在”另一个元件或层上、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一个元件或层时，可以没有介入元件或层存在。用于描述元件之间的关系的其他词应以同样的样式来解释(例如，“在……之间”对“直接在……之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如这里所用的，术语“和/或”包括关联所列项中的一个或更多个的任意和全部组合。
术语“大约”在应用于值时指示计算或测量允许值些微不精确(在值上接近准确；近似或合理地接近值；差不多)。如果出于某一原因，由“大约”提供的不精确在领域中未另外以该普通意义理解，那么如这里所用的“大约”指示可能由普通测量方法或使用这种参数而引起的至少变化。例如，术语“大体”、“大约”以及“大致”在这里可以用于意指在制造容差内。
虽然术语第一、第二、第三等在这里可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅可以用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。诸如“第一”、“第二”以及其他数字术语的术语在用于这里时不暗示顺序，除非上下文清楚指示。由此，第一元件、部件、区域、层或部分可以在不偏离示例实施方式的示教的情况下被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
空间上相对的术语(诸如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等)在这里为了描述方便可以用于如附图例示的描述一个元件或特征到另一个元件或特征的关系。空间上相对的术语可以旨在除了包含附图中描绘的方位之外还包含使用或操作中装置的不同方位。例如，如果翻转附图中的装置，那么被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。由此，示例术语“下方”可以包含上方和下方方位这两者。装置可以以其他方式来定向(旋转90度或处于其他方位)，并且因此解释这里所用的空间上相对的描述符。
已经为了例示和描述的目的提供了实施方式的前面描述。不旨在穷尽或限制本公开。特定实施方式的独立元件、预期或所叙述用途或特征通常不限于该特定实施方式，反而在适当的情况下可互换，并且可以用于所选实施方式(即使未具体示出或描述该实施方式)。同样的方式还可以以许多方式来改变。这种变化不被认为是本公开的偏离，并且所有这种修改旨在包括在本公开的范围内。

Claims (21)

1.一种吸收器组件，所述吸收器组件包括：
印刷电路板；
布置在所述印刷电路板上的差分线，所述差分线包括第一迹线以及与所述第一迹线相反的第二迹线；
介电间隔件，所述介电间隔件耦合至所述印刷电路板并且覆盖所述差分线的至少一部分；以及
吸收器，所述吸收器耦合至所述介电间隔件以抑制来自所述差分线的电磁干扰辐射。
2.根据权利要求1所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件具有的厚度足以抑制所述吸收器使沿所述差分线传输的信号的信号完整性减小到预定阈值以下。
3.根据权利要求2所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件的所述厚度足以抑制所述吸收器使所述差分线的眼图减小到预定阈值以下。
4.根据权利要求2所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件的所述厚度对应于沿着所述差分线传输的所述信号的数据率。
5.根据权利要求1所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件具有的厚度足以允许所述吸收器使来自所述差分线的电磁干扰辐射至少减少指定的减少值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件的所述厚度在约0.05毫米与约0.1毫米之间。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，所述吸收器包括由硅、尿烷以及环氧树脂中的至少一者制成的磁加载吸收器。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，所述吸收器包括由铁、铁素体、炭黑以及碳化硅中的至少一者制成的填料。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件包括压敏粘合剂。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，所述吸收器包括微波吸收器。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，
所述吸收器包括由硅、尿烷以及环氧树脂中的至少一者制成的磁加载微波吸收器；并且
所述吸收器包括由铁、铁素体、炭黑以及碳化硅中的至少一者制成的填料；以及
压敏粘合剂。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，所述差分线是所述印刷电路板的高速外围部件互连(PCIe)信道与所述印刷电路板的通用串行总线(USB)信道中的一者。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的吸收器组件，其中，
所述差分线适于沿所述第一迹线与所述第二迹线传输数字信号；
所述第一迹线的电压是所述第二迹线的所述电压的负值；以及
从所述差分线的端部处的所述第二迹线上的信号减去所述第一迹线上的信号以减少共模噪声以及所述差分线的干扰。
14.一种吸收器组件，所述吸收器组件包括：
介电间隔件，所述介电间隔件具有第一侧、与所述第一侧相反的第二侧以及限定在所述第一侧与所述第二侧之间的厚度；以及
吸收器，所述吸收器耦合至所述介电间隔件的所述第一侧；
其中，所述介电间隔件的所述第二侧适于耦合至具有差分线的所述印刷电路板以覆盖所述差分线的至少一部分，并且所述介电间隔件的所述厚度在允许所述吸收器使来自所述差分线的电磁干扰辐射至少减少指定的减少值的同时足以抑制所述吸收器使沿所述差分线传输的信号的信号强度减小至预定阈值以下。
15.根据权利要求14所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件的所述厚度在约0.05毫米与约0.1毫米之间。
16.根据权利要求14所述的吸收器组件，其中，所述介电间隔件包括压敏粘合剂。
17.根据权利要求14所述的吸收器组件，其中，所述吸收器包括由硅、尿烷以及环氧树脂中的至少一者制成的磁加载吸收器。
18.根据权利要求14所述的吸收器组件，其中，所述吸收器包括由铁、铁素体、炭黑以及碳化硅中的至少一者制成的填料。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的吸收器组件，其中，所述差分线是所述印刷电路板的高速外围部件互连(PCIe)信道与所述印刷电路板的通用串行总线(USB)信道中的一者。
20.一种组装用于差分线的电磁干扰辐射吸收器组件的方法，所述方法包括：
将介电间隔件耦合至具有差分线的印刷电路板以覆盖差分线的至少一部分，所述介电间隔件具有第一侧、与第一侧相反的第二侧以及限定在第一侧与第二侧之间的厚度；以及
将吸收器耦合至所述介电间隔件的与所述印刷电路板相反的一侧；
其中，所述介电间隔件的所述厚度在允许所述吸收器使来自所述差分线的电磁干扰辐射至少减少指定的减少值的同时足以抑制所述吸收器使沿所述差分线传输的信号的信号强度减小至预定阈值以下。
21.根据权利要求20所述的方法，所述方法进一步包括基于沿所述差分线传输的所述信号的数据率来确定用于所述介电间隔件的最佳厚度，其中，当沿所述差分线传输的所述信号的所述数据率增大时所述最佳厚度增大。
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