TWI233775B - Power layer system for multi-level structure - Google Patents

Description

1233775 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 係關於一種用 、本發明係關於—種電源層系統，詳言之 於多層結構之電源層系統。 【先前技術】 相關之先前技術可參閱美國專利第6G84779、6557154及 6518930號等專利。 —在南速數位電路中，訊號線與電源平面相接，其間存在 -寄生勺甩感、電谷、電阻效應，當積體電路（1C )快速 切換時，導致暫態電壓Δν產生於電源平面間，該暫態電壓 為一雜訊，稱之為地彈雜訊（Ground Bounce Noise)。若將 提供電源之電源層視為一平行導波結構，此地彈雜訊將造 成電源層共振，可發現在共振頻率點附近，地彈雜訊對訊 號品質（SI)與電磁干擾（EMI)的影響相當顯著。 為了減低地彈雜訊的影響，習知之技術有兩種··第一為 加一去耦合電容，該去耦合電容能提供一低阻抗路徑，使 該地彈雜訊順利導引到金屬接地面；第二種習知技術請參 考圖1 ’ ό知之電源層結構1 〇包括一基板11、一電源層12及 一接地層13。該電源層12係形成於該基板丨丨之上，該接地 層13係形成於該基板11之下。該電源層12係一金屬平面板 121 ’為避免地彈雜訊’於該金屬平面板121上切割一狹縫 122，該狹縫122界定一區域123，可將地彈雜訊束縛於該狹 缝122所界定之區域123，而不會使内部之地彈雜訊雜訊干 擾到該區域外其他元件的正常工作。另外，切割該狹縫12 2

O:\90\90608.DOC 1233775 使得平㈣面積減小，造成電_射共振職高頻遷移， 如此可達到在工作頻率點内有良好的雜訊_效果#較 低的電磁輻射場。 然而’利用第一種習知技術所加之實際去耦合電容且有 寄生電感效應，且愈大的電容值此電感效應越明顯，所以 去搞合電容對雜訊的抑制效果，會因為電感效應而隨工作 頻率增加，抑制效果下降。在第二種習知技術中，電源平 面層若以完整切劉狹缝方式來抑制接地彈跳效應（亦即益 通道124)，不但阻斷了狹縫内外直流電位準位，當内部訊 號線與外部元件相連接時，勢必要跨越狹縫而造成更嚴重 的訊號品質（si)與電磁輻射問題。因此，—般之狹縫122周 圍會預留-通道124,以維持内外準位的—致性與避免訊號 線跨越狹縫情況產生。然而，實驗結果發現，該通道124之 通道效應们寻抑制雜訊與電磁輕射的效果降⑯，另外於低 頻帶處會產生新的共振頻率點。 因此，實有必要提供一種創新且富進步性之電源層系 統，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明 < 目的在於提供一種用於多層結構之電源層系 統，包括：一基板、一電源層及一接地層。該電源層用以 提供藏多層結構之電源，該電源層具有複數個金屬單元， 忒等金屬單元間係以複數個單元狹缝區隔，且該等金屬單 兀係以複數個通道連接，該等通道係由複數個通道狹缝所 界定。該接地層用以提供該多層結構之接地，該接地層具

O:\90\90608.DOC 1233775 有'^接地金屬板。 利用本發明之電源層系統，該電源層之通道可等效為電 感，該金屬單元間之該等單元狹缝可等效為啦— ^ ’电谷，加上該 等金屬單元與基板間之電容，提供—合成之等效電容。因 此，利用並接之等效電容及電感效應，可達到—具寬頻之 截止帶’在該截止帶中之訊號不易向外傳播，可達到抑制 雜訊干擾之目m在截止帶的電磁輕射亦可被有效地 抑制。 【實施方式】 請參閱圖2,其顯示本發明用於多層結構之電源層系統扣 之結構示意圖。本發明之電源層系統20主要包括··一基板 3〇、一接地層40及一電源層5〇。該基板3〇具有一第一表面 及一第二表面，該第二表面係相對於該第一表面。該電源 層50係形成於該基板3〇之第一表面。該接地層仙係形成於 ?褒基板30之第二表面。然而，因本發明之電源層系統可應 用於多層結構，故該電源層及該接地層並不限須形成於^ 一基板之結構，可分別形成於不同之基板上。 忒基板可為印刷電路板，使本發明之電源層系統可應用 於^層印刷電路板之架構。另外，該基板可為半導體封裝 基板’使本發明之電源層系統可應用於多層半導體封装之 架構。 清參考圖3 ’該電源層包括複數個金屬單元51、52、53 等，金屬單元間係以複數個單元狹縫區隔，例如金屬單元 51及52間係以單元狹縫56區隔。請同時參閱圖4，以金屬單

O:\90\90608.DOC 1233775 兀5 1為例說明。該金屬單元5丨具有一金屬單元板5丨丨、複數 個通道512、513等。利用該等通道512、513等使該金屬單 元51與相鄰之金屬單元可電氣連接。例如，通道512可使金 屬單元51及金屬單元52電氣連接。 該等通道512、513等係由複數個通道狹缝所界定。以通 道512為例說明，該通道512係由成對之通道狹縫5丨4及 所界定。該等通道狹縫514及515係由單元狹缝兄朝該金屬 單元板511延伸，俾形成該通道512。 本發明上述實施例中之金屬單元係呈正方形，並以通道 互相連接。然而，本發明之金屬單元並不限於正方形，亦 可為，、角形等可以互相接續之形&，或是為不規則形狀但 彼此可以狹縫區隔並以通道連接。 以等效電路之觀點而言，該等金屬單元間係以通道（例 如：通道512)相連接，該等通道可等效為電感效應。另外， 該等金屬單元（例如：金屬單元51及52)間之該等單元狹 缝（例如：單元狹縫56)可等效為—電容，再加上該等金 屬早几與基板間之電容，可提供—合成之等效電容。因此， 利用上述並接之等效電容及電感效應，可達到一具有寬頻 之截止帶（Stop Band)’在該截止帶中之訊號不易向外傳 播，可達到抑制雜訊干擾之目的，並且在截止帶的電磁輕 射亦可被有效地抑制。 在多層結構中，另有—元件層或複數Μ件層，該元件 層具有-基板及複數個元件（通常為積體電路），因此設二 財金屬單元可對應於供給特定之某—或某些積體電路之

O:\90\90608.DOC 1233775 電源。當在該金屬單元内之奚 κ系一積體電路因高速切換產生 地彈雜訊時，該地彈雜訊將會限制於該金屬單元内，而不 會向外傳遞’因此不會影響在該金屬單元外之其他元件。 可有效達到抑制雜訊干擾之目的。 參考圖5所示’其中曲線58係參考板“―） 之頻率響應，曲線59為本發明之電源層系統由金屬單元53 率響應D上述之參考板為未具任何狹缝之電源 θ因此本發明之％源層系統於1〇1^〜40112間有極深的 截止帶’若雜訊頻率落在此頻帶内，該雜訊則不易傳播到 周邊其他元件。反觀在未具狹縫之參考板，其頻率響應則 不具有此一特性，顯示雜訊將傳遞至其他元件。 參考圖6 ’以數值分析方法（時域有限差分法；FDTD )探 时本發明足電源層系統各方向的遠場輻射效應並取其最大 值。其中曲線61係參考板之輻射效應，曲線62為本發明之 電源層系統之輻射效應。模擬結果發現，本發明之電源層 系統其共振輻射場於截止帶（1(3^12〜4(3112)處大幅被抑制， 由此可證明本發明之電源層系統在抑制雜訊與電磁輻射場 方面具全向性。 惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限 制本發明。因此，習於此技術之人士可在不達背本發明之 精神對上述實施例進行修改及變化。本發明之權利範圍鹿 如後述之申請專利範圍所列。 【圖式簡單說明】 圖1為習知之電源層結構示意圖；

O:\90\90608.DOC 1233775 圖2為本發明用於多層結構之電源層系統之示意圖； 圖3為本發明電源層系統之電源層之結構示意圖； 圖4為本發明電源層系統之金屬單元之結構示意圖； 圖5為本發明之電源層系統之頻率響應示意圖；及 圖6為本發明之電源層系統之輻射效應示意圖。 【圖式元件符號說明】 10 :電源層結構 11 :基板 12 :電源層 121 ··金屬平面板 122 :狹缝 123 :區域 124 :通道 13 :接地層 20 :電源層系統 30 :基板 40 :接地層 50 :電源層 51、52、53 ··金屬單元 5 11 :金屬單元板 512、513 :通道 514、515 :通道狹縫 56 :單元狹縫 O:\90\90608.DOC -10-

Claims (1)

1233775 拾、申請專利範園： 1 · 一種用於多層結構之電源層系統，包括： 一基板； 一電源層’具有複數個金屬單元，該等金屬單元間係以 複數個單元狹缝區隔，且該等金屬單元係以複數個通道 連接，該等通道係由複數個通道狹缝所界定：以及 一接地層，具有一接地金屬板。 2. 3. 如申請專利範圍第1項之電源層系統，其中該基板具有一 第-表面及一第二表面，該第二表面係相對於該第一表 面’該電源層係形成於該基板之第—表面，該接地層係 形成於該基板之第二表面。 如申請專利範圍第β之電源I㈣，其中該等通道狹缝 係成對地設置，用以界定該等通道。 4· 如申請專利範圍第1項之 其中該等通道狹 5. 係由該等單元狹缝向該等金屬單元延伸 如申請專利範圍第1項之電源層系 比 4 ’其中該等金屬單元 係呈方形。 其中該等金屬單元 其中該基板為印刷 6·如申請專利範圍第1項之電源層系統 係呈六角形。 如申請專利範圍第1項之電源層系统 電路板。 8. 如申請專利範圍第1項之電源層系練 體封裝基板。 其中該基板為半導 〇：\90\9〇6〇8.D〇C