Презентация на тему «Количественная оценка эффективности экранирующих слоев печатных плат»

Слайд 1

Количественная оценка эффективности экранирующих слоев печатных плат

• Подзаголовок: Проект по материалам XXIX Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в научных исследованиях» (НИТ-2024)

Слайд 2

Актуальность темы

Рост плотности компоновки и рабочих частот электронных устройств

• Увеличение уровня электромагнитных помех (EMI) между компонентами

• Требования стандартов ЭМС (ГОСТ, CISPR, FCC)

• Необходимость количественной оценки эффективности экранирования на этапе проектирования

Визуал: График роста рабочих частот устройств за последние 20 лет; схема распространения помех на ПП.

Слайд 3

Цель и задачи проекта

Цель: Разработать метод количественной оценки эффективности экранирующих слоев ПП

• Задачи:

1\. Проанализировать существующие подходы к оценке экранирования

2\. Разработать методику моделирования в САПР

3\. Провести расчеты эффективности экранирования (SE)

4\. Оценить влияние параметров экрана на ЭМС

Визуал: Блок-схема этапов исследования.

Слайд 4

Обзор существующих методов

Метод Преимущества Недостатки

Аналитические формулы Быстрота расчета Не учитывают реальную геометрию

Метод моментов Точность Высокая вычислительная сложность

FDTD-моделирование Универсальность Требует больших ресурсов

Упрощенные модели САПР Доступность Низкая точность (параллелепипед)

Визуал: Таблица сравнения методов; пример упрощенной модели корпуса из статьи Корчуновой и Климакова.

Слайд 5

Предлагаемый подход — 3D-моделирование в САПР

Использование САПР: Ansys HFSS, CST Studio Suite

• Создание детализированной 3D-модели:

• Источник помехи (корпус микросхемы)

• Экранный слой (медь, алюминий)

• Диэлектрические слои

• Близлежащие проводники

• Задание электромагнитных параметров материалов: ε, tan δ, σ

Визуал: 3D-модель фрагмента ПП с экранным слоем; пример моделирования тепловых зон из статьи (рисунок 1).

Слайд 6

Методика расчета эффективности экранирования

• Формула эффективности экльранирования:

SE = 20 \* log₁₀ (E\_без экрана / E\_с экраном), дБ

• Этапы расчета:

1\. Моделирование без экрана → измерение E\_без

2\. Моделирование с экраном → измерение E\_с

3\. Расчет SE для диапазона частот

• Интерпретация: SE = 20 дБ → снижение поля в 10 раз

Визуал: Формула крупно; схема контрольных точек измерения поля.

Слайд 7

Пример реализации — исходные данные

• Объект: Фрагмент 4-слойной ПП

• Источник помехи: Микросхема, 1 ГГц, мощность 0,2 Вт

• Экран: Сплошной медный слой, толщина 35 мкм

• Материал диэлектрика: FR-4 (ε = 4.4, tan δ = 0.02)

• Контрольная точка: Проводник на расстоянии 10 мм

Визуал: Чертеж структуры ПП в разрезе; параметры в таблице.

Слайд 8

Результаты моделирования

• График SE(f):

• На частоте 100 МГц: SE ≈ 45 дБ

• На частоте 1 ГГц: SE ≈ 30 дБ

• На частоте 5 ГГц: SE ≈ 15 дБ

• Вывод: Эффективность экрана снижается с ростом частоты

• Карта поля: Визуализация "горячих точек" и путей утечки помех

Визуал: График зависимости SE от частоты; тепловая карта распределения поля (аналогично рисунку 2 из статьи).

Слайд 9

Практическая значимость и внедрение

• Для проектировщиков:

• Обоснованный выбор типа экранирования

• Снижение итераций прототипирования

• Для производителей:

• Соответствие стандартам ЭМС

• Снижение рисков отзыва продукции

• Интеграция: Возможность встраивания в САПР (Altium, Cadence) как моду

Визуал: Схема интеграции в процесс проектирования ПП; логотипы САПР.

Слайд 10

Заключение и выводы

• Разработан метод количественной оценки эффективности экранирующих слоев ПП

• Метод основан на детализированном 3D-моделировании в САПР

• Позволяет рассчитать SE и визуализировать распределение поля

• Практическая ценность: Снижение затрат, повышение надежности устройств

• Перспективы: Упрощенные модели, машинное обучение, новые материалы

Визуал: Итоговая блок-схема; контактная информация для вопросов.