先進(jìn)EMC的PCB 設(shè)計(jì)和布局 第8部分

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1、先進(jìn)EMC的PCB 設(shè)計(jì)和布局 第8部分-上半部 ?----- 一些多方面的最終問(wèn)題 ? ??? 這是8篇關(guān)于印刷電路版PCB設(shè)計(jì)和布局中在電磁兼容性EMC的實(shí)踐驗(yàn)證過(guò)的設(shè)計(jì)技術(shù)系列文章中的最后一篇。這個(gè)系列適合將在PCB上構(gòu)造的電子電路的設(shè)計(jì)人員，并可作為PCB設(shè)計(jì)人員的課程。本系列覆蓋了所有的應(yīng)用領(lǐng)域，包括家用電器、商業(yè)/醫(yī)學(xué)/工業(yè)設(shè)備、以及從汽車(chē)、鐵路、船只到航空和軍事領(lǐng)域。 ??? PCB技術(shù)在以下方面是很有用的： ·??? 減少（或消除）封閉層次的屏蔽以節(jié)省成本； ·??? 減少設(shè)計(jì)迭代的次數(shù)，從而減少上市時(shí)間和遵從標(biāo)準(zhǔn)的成本； ·??? 改進(jìn)位于同一位置的無(wú)線數(shù)據(jù)

2、通信 (GSM、DECT、藍(lán)牙、IEEE 802.11等)的有效范圍； ·??? 使用甚高速設(shè)備或大功率數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)； ·??? 使用最新的IC技術(shù)(130nm或90nm芯片處理，“芯片尺度”包裝等)。 ??? 本系列覆蓋的主題包括： 1.節(jié)省時(shí)間和總體成本； 2.隔離和接口抑制； 3.PCB基座粘合； 4.OV和電源的參考平面； 5.解除耦合，包括埋入式電容技術(shù)； 6.發(fā)射線； 7.路由和層堆疊，包括微經(jīng)由技術(shù)； 8.一些多方面的最終問(wèn)題。 ? ??? 本文是這個(gè)系列的最后一部分，希望讀者閱讀后，能找到一些感興趣或有用的東西。 在此前，電磁兼容

3、雜志發(fā)表的 "電磁兼容技術(shù)設(shè)計(jì)"系列文章 [1]就包括了一節(jié)PCB設(shè)計(jì)和布局，但僅僅覆蓋了PCB中最基本的EMC技術(shù)，即無(wú)論電路有多簡(jiǎn)單，所有PCB都必須遵循的技術(shù)。那個(gè)系列已經(jīng)發(fā)布。該作者發(fā)表的其它文章和書(shū)籍也涉及到PCB的基本EMC問(wèn)題。 ??? 與上面的文章一樣，本系列也不會(huì)將太多的時(shí)間花費(fèi)在分析這些技術(shù)為何有效的方面，而是集中于描述它們的實(shí)際應(yīng)用，以及適用的條件。但這些技術(shù)是在實(shí)踐中經(jīng)過(guò)世界上無(wú)數(shù)設(shè)計(jì)人員驗(yàn)證過(guò)的，這些技術(shù)為何有效，是為學(xué)術(shù)界了解的，因此可以放心使用。本系列描述了少數(shù)還沒(méi)有完全檢驗(yàn)過(guò)的技術(shù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，我們會(huì)指出。 ??? 本系列本部分的內(nèi)容： 1 到PCB的

4、電源連接 2 低介電常數(shù)（Low-K）絕緣材料 3 芯片尺寸包裝（Chip-scale packages，CSP） 4 板上芯片（Chip-on-board，COB） 5 PCB上的散熱（Heatsink） 5.1 散熱的EMC效應(yīng) 5.2 散熱RF共振 5.3 將散熱結(jié)合到PCB平面 5.4 組合屏蔽和散熱 5.5 其它有用的散熱技術(shù) 5.6 電源設(shè)備的散熱 6 包裝共振 7 消除釘子床（bed-of-nails）的測(cè)試墊或飛線探針測(cè)試（flying probe testing） 8 未使用的I/O針腳 9 晶體和震蕩器 10 IC技巧 11 傳輸線兩端端結(jié)的

5、定位 12 電磁帶寬間隙（Electromagnetic Band Gap，EBG） 13 一些最終的PCB設(shè)計(jì)問(wèn)題 14 注意制造商修板面設(shè)計(jì)或板層 15 考慮EMC設(shè)計(jì)的未來(lái)檢驗(yàn) 15.1 在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)記EMC設(shè)計(jì)特征或關(guān)鍵部分 15.2 EMC設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制過(guò)程 16 具有EMC能力的質(zhì)量控制、變更控制、成本降低 17 折中 18 參考文獻(xiàn) 19 一些有用的深入信息源 ? 1 到PCB的電源連接 ??? 所有攜帶電源和OV的PCB連接器都應(yīng)該使用鄰接其電源的針腳和OV連接。如果連接器較長(zhǎng)，就應(yīng)該有大量的電源/OV針腳對(duì)沿著整個(gè)長(zhǎng)度分布，如果連接器還比較寬，就還應(yīng)

6、該有大量的電源/OV針腳對(duì)沿著整個(gè)區(qū)域分布。 ??? 理想時(shí)每個(gè)信號(hào)針腳都應(yīng)該有一個(gè)鄰接的電源/0V針腳對(duì)，但由于成本和空間約束，通常僅對(duì)關(guān)鍵信號(hào)才這樣作，諸如高速（例如Gb/s）互連。為Gb/s互連使用差分線對(duì)可以放寬這個(gè)約束，可以為每?jī)蓚€(gè)或更多的信號(hào)設(shè)置一個(gè)電源/0V線對(duì)。差分線對(duì)(在其驅(qū)動(dòng)器、PCB跡線、連接器針腳和外部連接電纜中，參見(jiàn)[6]中的不均衡越低，對(duì)于給定EMC性能水平，給定數(shù)目的信號(hào)需要的電源/OV針腳對(duì)就越少。 圖8A ?10個(gè)連接端子的例子 ? ??? 這個(gè)例子不均勻雙端子，高數(shù)字速率或頻率信號(hào)不是很好 電源出/入針腳 ? 信號(hào)總是靠近0V針

7、 ? ??? 解耦電容 (通常為10 - 100nF)應(yīng)該放置在電源和接地之間，緊靠連接器針腳的每個(gè)電源/OV對(duì)。在主電源進(jìn)入PCB的地方，應(yīng)該放置一個(gè)大容量解耦器。在過(guò)去，高于470nF的大容量解耦一般用電解質(zhì)電容完成，現(xiàn)在可以用高達(dá)100μF（具有較低的電壓比率）的多層陶瓷來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且效率比電解質(zhì)高、體積更小、更可靠、并且可逆。 ??? 上述指南也適用于到電纜的連接，以及板間連接。當(dāng)用一個(gè)底板類(lèi)型組件時(shí)，將電源/OV針腳對(duì)沿每個(gè)連接器的整個(gè)區(qū)域分布，有助于射頻（RF）在組件中所有平面之間達(dá)到低阻連接。在夾層板類(lèi)型的組件中，也是這樣，但也推薦在子板/夾層板的邊緣周?chē)植糘V連接（也可以分

8、布在其區(qū)域上面），這有助于控制空腔共振 (參見(jiàn)[7]的第6節(jié))。 ??? 在多個(gè)電源與一個(gè)信號(hào)關(guān)聯(lián)的地方，如在模擬設(shè)計(jì) (例如，+/-15V)中，上述指南也適用，但不是電源/OV針腳對(duì)，而是電源/OV針腳三聯(lián)組(例如，+/-15V和0V)。 2 低介電常數(shù)k電介質(zhì)（Low-K dielectrics） ??? 同質(zhì)基底（與諸如FR4等環(huán)氧玻璃基底相反）一般具有比FR4低的介電常數(shù) (’k’)，并具有較低損耗率，例如純聚合物、液晶聚合物（liquid crystal polymer，LCP）。聚四氟乙烯（甚至泡末聚四氟乙烯）基底有時(shí)也用于低k非常重要的地方，但是基底越軟，在組裝PCB時(shí)就越

9、難處理。較低的k使得傳導(dǎo)速度大于FR4，較低的損耗使得將高頻信號(hào)發(fā)送更遠(yuǎn)并保持良好的SI成為可能。 ??? 低k基底的EMC優(yōu)點(diǎn)在于有比較低的非均衡水平，這可以用差分線路對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，參見(jiàn)[6]的5.2。較高阻抗電線使用較薄的跡線，但使用薄層基底時(shí)，跡線寬度對(duì)于低成本制造就太小了。低k電介質(zhì)對(duì)某些特征阻抗（全部是，否則都相同）使用較寬的跡線，在較高阻抗的傳輸線上使用就容易些，或者成本低些。除了自身的特性外，較高阻抗傳輸線中流過(guò)的電流較小，因此，輻射較低。 ??? 在微波應(yīng)用（例如衛(wèi)星通信）中使用低k電介質(zhì)已有數(shù)十年歷史，隨著信號(hào)處理速度的提高，人們長(zhǎng)時(shí)間期待能在更主流的PCB，特別是PC主板和

10、移動(dòng)電話上使用它們，但迄今為止，設(shè)計(jì)人員有更好的方法保持使用低成本的FR4及其同類(lèi)物。圖8B顯示了SI、基底損耗率、跡線長(zhǎng)度之間的關(guān)系。 ? ??? 當(dāng)信號(hào)高于10Gb/s時(shí)，文獻(xiàn)[9]指出，諸如FR4等玻璃纖基底上長(zhǎng)度大于600mm的跡線將有嚴(yán)重的SI和/或EMC難度。文獻(xiàn)[6]的5.2及其圖6AK 指出了一個(gè)方法，使用一層或兩層同質(zhì)電介質(zhì)在其它低成本PCB中可以獲得較好的收益。 ??? 盡管本系列文章不打算討論SI問(wèn)題，圖8C顯示了FR4和LCP之間串音與跡線-跡線分割的有趣的比較。 3 芯片尺寸包裝（Chip-scale packages，CSP） ??? 一般可以制造

11、這些具有優(yōu)異SI和EMC的非常小的IC包裝[10]，因?yàn)樗鼈兊妮^薄的包裝將硅片放置在PCB中較靠近OV平面的地方，因此圖象平面效應(yīng)更強(qiáng) [11]。另外，具有非常小的內(nèi)部互連，意味著它們作為低于首次共振頻率的附屬天線，效率低，它們的首次共振頻率通常很高，因此，這些設(shè)備從設(shè)備提內(nèi)的發(fā)射比較少。 ??? 但是，這些非常小的器件的問(wèn)題是，它們有高得多的開(kāi)關(guān)邊緣和較高頻率的傳導(dǎo)進(jìn)PCB的電源分布和信號(hào)跡線中的噪聲，這將大大惡化輻射。我知道有人用1kHz的時(shí)鐘頻率使用CSP，這一直超過(guò)了發(fā)射限制到1GHz (它的時(shí)鐘的百萬(wàn)分之一諧振)。但如果遵循本系列所有文章的建議，通?？梢宰屗鼈兙哂斜人鼈円〈母?/p>

12、設(shè)備的更好的EMC。 4 板上芯片（Chip-on-board ，COB） ??? 在COB中，無(wú)遮蔽的硅沖墊（芯片）粘接到PCB，電線粘接到鍍金PCB墊上，然后用環(huán)氧樹(shù)脂或硅酮樹(shù)脂泡加蓋（’blob topped’）進(jìn)行保護(hù)。這是很低成本的PCB組裝技術(shù)，通常用于大容量低成本消費(fèi)產(chǎn)品的PCB中，或者用于表面粗糙和可靠的產(chǎn)品中。但是盡管其有較小的PCB墊底、低（容積）成本和粗糙性，COB似乎被大多數(shù)其它產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員所忽略。 ??? COB的小尺寸及其在PCB中緊緊靠近OV平面，意味著具有較好的EMC，但是如果仍需要屏蔽它們時(shí)，就可以使用較小的屏蔽罐，參見(jiàn) [12]。但是，在COB的泡狀

13、蓋保護(hù)上面噴上感應(yīng)墨水，屏蔽COB就比較容易，且成本低。這種方式形成的屏蔽尺寸通常小內(nèi)部共振僅僅在10GHz以上，以致內(nèi)部還沒(méi)有空隙（在PCB表面），因此，其屏蔽效能可以高達(dá)數(shù)GHz，PCB屏蔽的更多信息參見(jiàn)[12]。 5 PCB上的散熱 5.1 散熱的EMC效應(yīng) ??? 當(dāng)IC或電源晶體管中的電壓波動(dòng)時(shí)，金屬散熱器與其冷卻的IC或電源半導(dǎo)體之間的零散電容將零散噪聲電流注入散熱器，其結(jié)果是，浮動(dòng)的散熱器經(jīng)歷波動(dòng)的噪聲電壓，引起電場(chǎng)發(fā)射。由于散熱器可能很大，并可能遠(yuǎn)在PCB中OV平面之上，就可能成為發(fā)射的高效輻射器。 ??? 在IC或電源半導(dǎo)體內(nèi)，到散熱器的零散電容是連接電線和鉛框引

14、起的，還可能來(lái)自其硅片金屬化模型(大于1GHz)。許多類(lèi)型的電源晶體管將其一個(gè)端接(例如，集電極、漏極、陽(yáng)極)連接到其金屬調(diào)整片或金屬體，這些相對(duì)大的金屬區(qū)域與它們裝配到其上的疏散熱器之間的零散電容，可以達(dá)到100pF。 ??? 如果散熱器連接到參考電壓點(diǎn)，就會(huì)向里面注入波動(dòng)的電流，并取決于連接的阻抗和電流的幅度，還會(huì)經(jīng)歷波動(dòng)的電壓。如果參考電壓點(diǎn)不是正確的點(diǎn)，則以這種方式注入到其中的噪聲電流可以引起自干擾或引起更多的發(fā)射。 ??? 來(lái)自散熱器的電場(chǎng)可以直接發(fā)射，引起輻射發(fā)射的問(wèn)題，它們也可以與導(dǎo)體和金屬框架耦合，引起傳導(dǎo)發(fā)射的問(wèn)題。如果散熱器引起發(fā)射問(wèn)題，可能從散熱器耦合的外部電磁場(chǎng)產(chǎn)生

15、抗擾性問(wèn)題，在這里它可能耦合進(jìn)IC或電源設(shè)備。因此，減少散熱器發(fā)射也可以改進(jìn)抗擾性。沒(méi)有大于150kHz發(fā)射的低頻電路可能永遠(yuǎn)不用使用這里描述的散熱技術(shù)來(lái)改進(jìn)抗擾性。 ??? 對(duì)于良好的EMC (發(fā)射和抗擾性)，將散熱器連接到在第一地點(diǎn)實(shí)際引起波動(dòng)電壓的半導(dǎo)體的參考電壓點(diǎn)，非常重要。在IC情況下，這是0V平面，在電源晶體管情況下，這是其引出電源的電壓橫桿之一，通常是經(jīng)過(guò)最低阻抗連接到設(shè)備的橫桿。連接方法、平面或電源橫桿在涉及到的最高頻率下具有低阻抗，這也很重要。在本節(jié)其余部分，將假設(shè)散熱器連接到PCB中的銅參考平面，這是控制大于幾個(gè)MHz的頻率所需要的。 ??? 這個(gè)技術(shù)可以認(rèn)為是減少原來(lái)

16、從IC或晶體管中的導(dǎo)體流入散熱器的零散電容電流的回路區(qū)域 (對(duì)于良好的EMC，最好總是使用最小的路徑長(zhǎng)度和最小的回路區(qū)域，將零散電流返回到其起源的地方 路徑長(zhǎng)度在涉及的最高頻率處，應(yīng)該遠(yuǎn)小于λ/10，越短越好)。 ??? 除了最簡(jiǎn)單的散熱器 (例如，矩形金屬塊)， 1GHz(或更到)一下的精確分析需要計(jì)算機(jī)模擬，并考慮下面因素： ·??? 散熱器幾何形狀 ·??? 半導(dǎo)體類(lèi)型和位置 ·??? 到任何OV平面和/或基座的接近性 ·??? 任何到參考點(diǎn)的連接的物理結(jié)構(gòu) ·??? 其連接到的參考點(diǎn)的物理特征 ·??? 散熱器到實(shí)際發(fā)射源的接近性(例如，硅片及其結(jié)合電線和鉛框) 本節(jié)

17、其余部分將詳細(xì)討論這些設(shè)計(jì)問(wèn)題。 5.2 散熱RF共振 ??? 文獻(xiàn)[13]和[14]包含大量有用的散熱器共振信息，包括散熱器形狀和設(shè)備位置指南。當(dāng)散熱器的任何維度的尺寸或它制造的一個(gè)或多個(gè)空穴的尺寸，超過(guò)涉及的最高頻率處的λ/10時(shí)，共振效應(yīng)才開(kāi)始發(fā)生。當(dāng)共振頻率碰巧與信號(hào)頻率或其諧振頻率一致時(shí)，來(lái)自散熱器的發(fā)射可以增加30dB或更多。最低的共振頻率由其最長(zhǎng)的三維對(duì)角線的半波共振確定，例如，60mm管狀散熱器的首次（最低）共振在1.4 GHz左右。文獻(xiàn)[7]討論可PCB與其基座之間、兩個(gè)PCB之間的空穴共振，其設(shè)計(jì)指南也可以用于散熱器制造的空穴。 ??? 方形或管狀散熱器傾向于在其結(jié)構(gòu)

18、內(nèi)有最高的共振頻率，最好最低共振頻率高于涉及的最高頻率。但是，這類(lèi)對(duì)稱(chēng)形狀的散熱器傾向于在最低頻率處具有更高的Q，如果這些頻率在涉及的頻率內(nèi)（特別是在與時(shí)鐘諧振相同的頻率時(shí)），就會(huì)有問(wèn)題。為避免這個(gè)問(wèn)題，要制造成矩形的，不能太長(zhǎng)太薄，避免簡(jiǎn)單的長(zhǎng)：寬：高比率(例如，1 : 2 : 3)，如圖8E。 ??? 在涉及的頻率范圍內(nèi)存在散熱共振的地方，IC或電源晶體管的最佳位置通常是散熱器的基座的中央，這也通常對(duì)于其熱性能也是最佳的。邊緣位置引起較大的共振增益和較高的發(fā)射。在翅片之間的通道中央最佳，直到通道本身共振為止 (但這一般遠(yuǎn)高于基座共振的頻率)。垂直翅片減少其排列方向的共振增益(Q值)，因此

19、，通常最好將翅片沿最長(zhǎng)的、散熱器維度方向排列。垂直翅片增加多數(shù)/所有共振模態(tài)的共振增益，參見(jiàn)圖8F、 8G和8H。 ? ? ? 5.3 將散熱結(jié)合到PCB平面 ??? 將散熱器結(jié)合到PCB中銅參考平面 (在信號(hào)處理IC情況下通常為OV平面)，一般能減少發(fā)射和增加最低共振的頻率 [15]、[16]、[17]、[18]。所有這些結(jié)合應(yīng)該短而直接，與裝配硬件（例如短的安裝桿）組合可能更有用。多個(gè)平面結(jié)合點(diǎn)應(yīng)該沿散熱器分布，以減少結(jié)合電感和提高散熱器的共振頻率。 ??? 散熱器和平面之間的較低的結(jié)合電感非常重要- 文獻(xiàn)[16]發(fā)現(xiàn)，輻射出來(lái)的發(fā)射近似地隨著散熱器的結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的

20、3.5次方增加。文獻(xiàn)[16]也發(fā)現(xiàn)，均勻地分布結(jié)合點(diǎn)也很重要 – 它們的發(fā)射比同樣數(shù)目結(jié)合點(diǎn)的非均勻分布少20dB，并達(dá)到相同的總體電感。Intel推薦[18]結(jié)合點(diǎn)間距小于處理器核時(shí)鐘頻率處第3次諧波的λ/4 (例如，對(duì)于1GHz時(shí)鐘， <25mm)，但是，我推薦為散熱器發(fā)射或抗擾性，應(yīng)該小于涉及的最高頻率處的λ/10。 ??? 圖8J顯示樣本散熱器在浮動(dòng)時(shí)（沒(méi)有結(jié)合到任何東西時(shí)），周?chē)膱?chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬，圖8K模擬了結(jié)合到有4個(gè)方向（每個(gè)角落一個(gè)方向）的無(wú)限平面的相同散熱器，使用的模擬器是運(yùn)行在現(xiàn)代PC上的FLO/EMC，盡管它為從直流到10GHz的所有頻率計(jì)算三維場(chǎng)模式，這兩幅圖僅顯示了

21、一個(gè)平面上一個(gè)頻率處的場(chǎng)模式。 ? ? ??? 圖8L繪制了圖8J和8K中的情況下，散熱器上方的一個(gè)點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)與頻率的關(guān)系。浮動(dòng)的散熱器明顯是從直流到2GHz的場(chǎng)的良好發(fā)射器，并且在5.32GHz有共振；而當(dāng)其角點(diǎn)處有4個(gè)結(jié)合點(diǎn)時(shí)，從直流到1GHz的發(fā)射就少了很多，最低共振在2.0GHz。 ??? 圖8L進(jìn)一步模擬有8個(gè)和16個(gè)等距分布的結(jié)合點(diǎn)的相同散熱器。有8個(gè)點(diǎn)時(shí)，它在直流到2GHz內(nèi)的發(fā)射比浮動(dòng)散熱器大大降低，最低共振頻率增加到3.75GHz。有6個(gè)點(diǎn)時(shí)，在從直流到3GHz內(nèi)的發(fā)射低得多，共振頻率進(jìn)一步增加到4.6GHz。增加更多的結(jié)合點(diǎn)的趨勢(shì)為：增加最低共振的頻率，

22、這個(gè)頻率的發(fā)射水平減少到75%以下。 ??? 注意，16個(gè)結(jié)合點(diǎn)的模擬中，在9.75GHz處有新的共振，其它情況下則沒(méi)有?，F(xiàn)在還不知道其物理原因是什么，但它說(shuō)明了揭示可能潛在地會(huì)引起問(wèn)題的出人意料的結(jié)果的模擬的價(jià)值：在制造任何硬件之前的項(xiàng)目早期階段，變更的成本最低。 ??? 上述模擬使用了假設(shè)電阻為0Ω的“直接的”散熱器結(jié)合。文獻(xiàn)[7]中5.9節(jié)指出，對(duì)于PCB平面—--基座結(jié)合，使用有電阻（有損耗）的結(jié)合而不是0Ω結(jié)合，以增加共振頻率以下的發(fā)射為代價(jià)，減少了共振峰的幅度。圖8M顯示了一個(gè)模擬，它研究同樣的權(quán)衡是否適用于散熱器----平面結(jié)合。結(jié)果指出，結(jié)合的電阻大于等于25Ω時(shí)，最低的共

23、振幾乎完全被阻尼掉，代價(jià)是增加了共振頻率以下的發(fā)射。較高的結(jié)合電阻導(dǎo)致較高的從直流到最低共振頻率的發(fā)射，以及這個(gè)頻率以上的較低的發(fā)射。使用50Ω鐵磁珠替代電阻結(jié)合將恢復(fù)較低頻率的良好發(fā)射性能，其中的鐵氧體體的阻抗很低。 ??? 這些模擬結(jié)果暗示了一些有趣和有用的應(yīng)用，特別是它證明試圖移動(dòng)高于涉及的頻率范圍的最低散熱共振是不現(xiàn)實(shí)的。但是，我知道，還沒(méi)有人試圖在實(shí)際設(shè)計(jì)中使用有電阻的或鐵氧體的散熱----平面結(jié)合，因此不知道它是否真的象模擬暗示的那樣，在實(shí)際中有效。 ??? 現(xiàn)在的一些處理器插座可以具有內(nèi)部的用于散熱器的散熱器接地桿，但大體上，這應(yīng)該右設(shè)計(jì)者與其機(jī)電工程同事合作，來(lái)提出一

24、個(gè)低成本的、容易在PCB上組裝的、不占用太多板上面積的方案。圖8N給出了Intel設(shè)計(jì)的例子[19] ----很簡(jiǎn)單，焊接到PCB、與設(shè)備之上的散熱器進(jìn)行彈簧舌接觸的金屬壓模 (中間的洞用于IC和散熱器之間熱傳導(dǎo)介質(zhì))。 ??? 設(shè)計(jì)和制造類(lèi)似的金屬零件相對(duì)容易，如果設(shè)計(jì)時(shí)使用正確類(lèi)型的彈性金屬，使用板固定實(shí)現(xiàn)與制造散熱器的材料的可靠器電氣接觸，效果就很好。PCB屏蔽罐或彈簧舌墊圈的制造商應(yīng)該能推薦最佳的材料，并且是制造這些材料的最佳廠商。 ? ? ??? 當(dāng)設(shè)計(jì)將PCB平面結(jié)合到散熱器的餓方法時(shí)，當(dāng)心期望的低阻抗可能被不類(lèi)似的金屬之間的任何接觸的腐蝕、隨時(shí)間的氧化效果（特別是使

25、用鋁或鋼時(shí)）、制造殘留物或金屬上的保護(hù)性涂層（特別是使用絕緣聚合物涂層的陽(yáng)極處理或鈍化）嚴(yán)重?fù)p害。在可能出現(xiàn)液體凝結(jié)或濕化的地方，腐蝕可能是個(gè)大問(wèn)題。使用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)保證，無(wú)論其生命周期內(nèi)的任何可以預(yù)料的物理、化學(xué)、生物或氣候暴露，所有有意的散熱器結(jié)合點(diǎn)都能維持非常低的阻抗接觸。 ??? 在制造中，堅(jiān)持使用接觸壓強(qiáng)低的平滑探測(cè)，檢查每批金屬零件（散熱器、固定件等）的表面具有很高的傳導(dǎo)性。推薦這樣做，是因?yàn)橐恍┙饘倭慵闹圃焐匣蝈兡ど滩涣私獗砻鎮(zhèn)鲗?dǎo)性規(guī)范，并可能突發(fā)奇想，使用絕緣十足的聚合物（這些是人眼看不見(jiàn)的）涂層。還有，一些制造采購(gòu)人員可能不顧采購(gòu)規(guī)格說(shuō)明中的條紋，采購(gòu)陽(yáng)極化的鋁而不是鍍

26、鉻（alochromed）的鋁，或者聚合物鈍化的有涂層的零件，因?yàn)椤八鼈兛雌饋?lái)都一樣：都是灰色的金屬”。 5.4 組合屏蔽和散熱 ??? 觀察圖8N，下一步看來(lái)很明顯----設(shè)計(jì)將散熱器連接到PCB的零件，這樣就將IC封閉到“法拉第籠子”中---- 屏蔽IC，造成散熱器和平面的更好結(jié)合，在PCB級(jí)別給出最好的EMC性能。在PCB級(jí)別屏蔽IC(如[12]中討論)限制了氣流，可能引起過(guò)熱，將屏蔽與散熱組合可以解決這個(gè)問(wèn)題。一個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)的例子見(jiàn)圖8P。 ? ? ??? 圖8P顯示了一個(gè)包圍IC的金屬結(jié)構(gòu)，使用彈簧舌接觸頂部和底部，造成一個(gè)與PCB 組件側(cè)面的OV保護(hù)跡線的電氣接觸(鍍

27、錫且不用焊接電阻覆蓋)，并形成與散熱器基座的電氣接觸。這樣的金屬結(jié)構(gòu)有時(shí)稱(chēng)為“尖樁籬笆”或“畫(huà)框”。圖8P沒(méi)有顯示尖樁籬笆上的任何對(duì)準(zhǔn)或裝配針腳，也沒(méi)有顯示如何將散熱器固定在其位置上。 ??? 將散熱器結(jié)合到IC周?chē)腛V平面來(lái)形成屏蔽的設(shè)計(jì)可能性有很多：可以使用金屬組成的尖樁籬笆或鍍膜塑料。焊接到PCB的多個(gè)位置而不是使用彈簧舌。如果IC的外形足夠小，就可以使用可壓縮的傳導(dǎo)墊圈，甚至傳導(dǎo)膠水珠。它可以是直接焊接或錫焊到散熱器的結(jié)束結(jié)構(gòu)，或形成其固有的一部分。 ??? 為成為有效的屏蔽，尖樁籬笆（或其它類(lèi)似物）必須在IC周?chē)B續(xù)，必須形成到散熱器和OV保護(hù)環(huán)或其周邊的PCB頂部的平面二者

28、的頻繁的低阻抗電氣接觸。必須非常頻繁地經(jīng)由OV保護(hù)環(huán)或頂部平面的四周到主OV平面。接觸點(diǎn)和經(jīng)由點(diǎn)的間距的設(shè)計(jì)指南與[12]中2節(jié)的PCB屏蔽相同。 5.5 其它有用的散熱器技術(shù) ??? 可能的地方，增加氣流（或其它冷卻介質(zhì)），以便能減少散熱器的尺寸，增加其最低共振頻率。 使用具有較低介電常數(shù)和/或較厚的熱絕緣接口材料，來(lái)散熱器和半導(dǎo)體硅片和結(jié)合電線之間的零散電容的大小 [20]。 ??? 可以使用被屏蔽的熱接口，它們有兩個(gè)熱傳導(dǎo)絕緣層，以及夾在中間的金屬屏蔽層，有助于保持零散噪聲電流從散熱器出來(lái)。內(nèi)部金屬層應(yīng)該直接結(jié)合到適當(dāng)?shù)钠矫?，理想情況下應(yīng)該是平面周邊的多個(gè)位置，以減少發(fā)射，增加最

29、低共振頻率，如前面討論的那樣。 ??? 使用導(dǎo)熱管時(shí)，其長(zhǎng)度一般給出比等價(jià)的直接固定到設(shè)備的散熱器的低的共振頻率。導(dǎo)熱管應(yīng)該如前討論的那樣，沿著其長(zhǎng)度方向，結(jié)合到適當(dāng)?shù)腜CB平面，以減少低頻發(fā)射，使其共振頻率遠(yuǎn)離任何始終諧振或其它PCB中強(qiáng)信號(hào)的頻率。理想地，導(dǎo)熱管的共振頻率應(yīng)該位于涉及的最高頻率以上，但通常是不可能的。 ??? 導(dǎo)熱管中從設(shè)備收集熱量的部分應(yīng)該非常小，本身應(yīng)該具有比整個(gè)導(dǎo)熱管（或等價(jià)的直接固定到設(shè)備的散熱器）高得多的共振頻率。將整個(gè)導(dǎo)熱管結(jié)合組裝到PCB平面或附屬的基座（結(jié)果仍是良好地結(jié)合到PCB平面，參見(jiàn)[7]）時(shí)，如果比較困難，就可以如前那樣將熱量收集部分結(jié)合到PCB

30、平面，然后在導(dǎo)熱管周?chē)鷬A一個(gè)鐵氧體，以減少導(dǎo)熱管組裝的較大部分的發(fā)射，如圖8Q。 5.6 電源設(shè)備的散熱 ??? 前面5.2到5.5描述的方法集在IC的散熱上，但也適用于電源設(shè)備的散熱。 ??? 在設(shè)備與其散熱器之間沒(méi)有電氣隔離時(shí)（常用的低成本方法），散熱器可能需要經(jīng)由一個(gè)提供必要的電流隔離的適當(dāng)比率的電容，連接到相關(guān)的電源平面。使用的電容的類(lèi)型和數(shù)目、它們?cè)赑CB上的位置，對(duì)較高頻率的散熱器結(jié)合有重大影響，類(lèi)似于[21]中討論的解耦電容問(wèn)題。對(duì)于這樣的“活動(dòng)”散熱器，設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮電氣安全問(wèn)題 (例如，可能限制使用的電容的總量，以防止電氣沖擊，電容可能需要類(lèi)別Y1或Y2的安全防范

31、)，參見(jiàn)[5]的卷4。 ??? 即使沒(méi)有固定上外部散熱器時(shí)，電源晶體管的散熱調(diào)整片也可能是發(fā)射的高效輻射器。我曾看見(jiàn)PCB上的一個(gè)不超過(guò)20mm見(jiàn)方的低成本反相器，有一個(gè)單一的TO-220電源開(kāi)關(guān)設(shè)備垂直地樹(shù)立在PCB上。從TO-220的金屬調(diào)整片的發(fā)射引起反相器在較寬的頻率范圍內(nèi)不能滿(mǎn)足一般的（傳導(dǎo)或輻射）發(fā)射限制，當(dāng)然，它不能連接到參考點(diǎn)，因?yàn)樗苯舆B接到開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體的漏極。從調(diào)整片到適當(dāng)參考平面加一個(gè)幾pF的電容，就解決了這個(gè)問(wèn)題。 ??? 電源設(shè)備通常沿PCB的一個(gè)邊緣裝配，這樣就可以使用金屬封閉作為散熱以節(jié)省成本，如圖8R。這是，金屬封閉應(yīng)該在多個(gè)點(diǎn)結(jié)合到PCB的主OV平面，特別是在電源設(shè)備的附近。其目的是激勵(lì)電源設(shè)備引起的零散電流以涉及的最高頻率處的較低阻抗，返回到PCB（從而回到所有相關(guān)的電源橫條），這樣（由于趨膚效應(yīng)）這些電流幾乎停留在封閉的內(nèi)部，不引起外部發(fā)射。文獻(xiàn)[7]討論了PCB----基座結(jié)合，其設(shè)計(jì)指南與這里相關(guān)。理想地，金屬封閉在年設(shè)備附近和靠近封閉----PCB結(jié)合點(diǎn)的附近，應(yīng)該沒(méi)有孔隙或連接點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域中流經(jīng)封閉的密集電流使得它們“泄露”RFR場(chǎng)。