[发明专利]抑制电磁辐射的小型化超宽带超材料吸波体结构和应用

说明书

本发明公开了一种抑制电磁辐射的小型化超宽带超材料吸波体结构和应用。所设计的超材料吸波体单元主要由损耗层、有耗介质层和金属背板组成，损耗层与金属背板分别位于有耗介质层上下两表面；损耗层包括了从内到外同心依次布置的内、中、外环金属片；每个环金属片的两个对角处均设有开口，开口大小相同，且开口方向均沿同一对角线方向。本发明的超材料吸波体单元结构尺寸较小，具有角度稳定和极化不敏感的特性，在宽带范围内有良好的辐射吸收能力，在不影响原封装芯片性能的情况下可以明显降低电磁干扰辐射，结构简单，易于加工。

技术领域

本发明涉及芯片封装以及印刷电路板的电磁干扰抑制技术领域的一种超材料吸波结构，具体涉及了一种小型化超宽带超材料吸波体，将其应用于封装产品或者芯片的片上以及片外的器件辐射抑制。

背景技术

随着5G通信技术的诞生和发展，多层印刷电路板、集成电路封装等数字系统的向高度集成化、小型化以及高速高频化发展，随之产生了更多的电磁干扰问题。由于封装盖和散热器一般距芯片表面很近，部分噪声会通过电场耦合到封装盖和散热器上，同时二者会与封装基板中的电源/地平面之间形成谐振腔，当噪声的频率与谐振腔固有的谐振频率一样时，会激起空腔谐振，电磁波在两块金属平面之间来回反射，不断叠加，电磁波振幅不断增强，从而引起电磁辐射的大幅度增强。

一般采用接地的方式来解决由封装盖和散热器引起的电磁辐射问题，但是该方法仅在低频时有效，对高频的电磁辐射则没有明显抑制作用，甚至会恶化高频处的电磁辐射。高速数字系统辐射抑制方法还包括采用磁性薄膜材料，将其涂覆在信号走线表面，或放置于封装基板的四周以吸收高频噪声，但是磁性材料的吸波性能会受到温度的影响，另外随着电磁频率的增加，其吸波或屏蔽性能会下降。电磁带隙超材料结构在高速数字系统电磁干扰抑制中的应用也受到高度关注，是可能实现宽频带、高隔离度噪声抑制的一种突破性技术，该技术可以保留电源和地平面的结构完整性，但是电磁带隙结构的尺寸较大，结构单元的小型化也会导致加工、建模等变得十分困难。

发明内容

为了解决以上背景技术和现有方法的不足，本发明设计了一种小型化超宽带超材料吸波体结构，并介绍了其在芯片封装电磁辐射抑制方面的应用，所设计的吸波体在特定频带内对辐射进行吸收，解决由封装盖和散热器引起的电磁辐射超标问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括至少一个超材料吸波体单元，超材料吸波体单元主要由损耗层、有耗介质层和金属背板组成，损耗层与金属背板分别位于有耗介质层上下的两表面；损耗层包括了从内到外同心依次布置的内环金属片、中环金属片和外环金属片；内环金属片、中环金属片和外环金属片中相邻之间具有间隙，内环金属片、中环金属片和外环金属片均为环形金属片；沿内环金属片、中环金属片和外环金属片各自的其中两个对角处均开设开口，开口大小相同，且开口方向均沿同一对角线方向。

所述的内环金属片、中环金属片和外环金属片均为方环形金属片。

所述的内环金属片、中环金属片和外环金属片的环形宽度均相同。

所述的损耗层贴于有耗介质层的上表面的中部。

所述的金属背板完全覆盖有耗介质层的下表面。

所述的超材料吸波体是由多个超材料吸波体单元紧密阵列排布构成。

具体实施的小型化超宽带超材料吸波体单元结构边长为1.2mm，厚度为0.65mm，与现有的超材料吸波体尺寸相比，结构小型化优势明显。

所述的有耗介质层采用的材料为FR-4，介电常数为4.3，介质损耗角正切值为0.02。

所述的损耗层和金属背板均采用材料铜，导电率为5.96×10⁷S/m。

所述超材料吸波体结构在屏蔽芯片和走线辐射中的应用，对于25GHz-40GHz的宽频带范围内的电磁辐射有明显的抑制作用。