KR100871347B1 - 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판 - Google Patents

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Abstract

아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결한 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판이 개시된다. 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물은, 제1 금속판과, 일단이 상기 제1 금속판에 연결된 비아(via)를 포함하는 버섯형 구조물; 상기 비아의 타단에 연결된 제2 금속판; 상기 제2 금속판과 금속선을 통해 연결되는 제1 금속층; 상기 제1 금속층과 상기 제1 금속판 사이에 적층된 제1 유전층; 상기 제1 유전층과 상기 제1 금속판 상에 적층된 제2 유전층; 및 상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함한다. 이러한 전자기 밴드갭 구조물은 작은 크기를 가지면서도 낮은 밴드갭 주파수를 가질 수 있다.
아날로그 회로, 디지털 회로, 인쇄회로기판, 혼합 신호

Description

전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판{Electromagnetic bandgap structure and printed circuit board}
도 1은 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함하는 인쇄회로기판의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 금속판 배열 구조를 나타낸 평면도.
도 4는 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 사시도.
도 5는 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 등가회로도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 입체 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 배열 구조를 나타낸 평면도.
도 8은 도 7에 도시된 A-A'에 따른 전자기 밴드갭 구조물의 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 입체 사시도.
도 10은 도 9에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 배열 구조를 나타낸 평면도.
도 11은 도 10에 도시된 B-B'에 따른 전자기 밴드갭 구조물의 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 인쇄회로기판
130: 디지털 회로 140: 아날로그 회로
300, 400: 전자기 밴드갭 구조물
330b: 제1 금속층
310: 제2 금속층
350: 제1 금속판
330a: 제2 금속판
340: 비아
333, 410: 신호선
본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호(mixed signal) 문제를 해결한 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판에 관한 것이다.
이동성이 중요시되는 최근 경향에 따라 무선 통신이 가능한 이동 통신 단말, PDA(Personal Digital Assistants), 노트북, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 기기 등 다양한 기기들이 출시되고 있다.
이러한 기기들은 무선 통신을 위해 아날로그 회로(analog circuit)(예를 들어, RF 회로)와 디지털 회로(digital circuit)가 복합적으로 구성되어 있는 인쇄회로기판(printed circuit board)을 포함하고 있다.
도 1은 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함하는 인쇄회로기판의 단면도이다. 4층 구조를 가지는 인쇄회로기판(100)이 도시되어 있으나, 그 외 2층, 6층 등 다양한 구조의 인쇄회로기판도 적용가능하다. 여기서, 아날로그 회로는 RF 회로인 것으로 가정한다.
인쇄회로기판(100)은 금속층(metal layer)(110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 이하 110이라 약칭함)과, 금속층(110) 사이에 적층된 유전층(dielectric layer)(120)(120-1, 120-2, 120-3으로 구분됨)과, 최상위 금속층(110-1) 상에 장착된 디지털 회로(130)와, RF 회로(140)를 포함한다.
참조번호 110-2의 금속층을 접지층(ground layer), 110-3의 금속층을 전원층(power layer)라고 가정하면, 접지층(110-2)과 전원층(110-3) 사이에 연결된 비아(160)를 통해 전류가 흐르고, 인쇄회로기판(100)은 미리 정해진 동작 또는 기능을 수행한다.
여기서, 디지털 회로(130)의 동작 주파수와 하모닉스(harmonics) 성분들에 의한 전자파(EM wave)(150)가 RF 회로(140)로 전달되어 혼합 신호(mixed signal) 문제를 발생시킨다. 혼합 신호 문제는 디지털 회로(130)에서의 전자파가 RF 회로(140)가 동작하는 주파수 대역 내의 주파수를 가짐으로 인해 RF 회로(140)의 정확한 동작을 방해하는 것을 의미한다. 예를 들어, RF 회로(140)가 소정 주파수 대역의 신호를 수신함에 있어서, 해당 주파수 대역 내에 신호를 포함하는 전자파(150)가 디지털 회로(130)로부터 전달됨으로 인해 해당 주파수 대역 내에서 정확한 신호의 수신이 어려울 수 있다.
이러한 혼합 신호 문제는 전자 기기가 복잡해짐에 따라 디지털 회로(130)의 동작 주파수가 증가하고, 점점 복잡해짐에 따라 해결이 어려워지고 있다.
전원 노이즈(power noise)의 전형적인 해결책인 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)에 의한 방법도 고주파수에서는 적절한 해결책이 되지 못하는 바, RF 회로와 디지털 회로 사이에 고주파수의 노이즈를 차단하는 구조물의 연구가 필요한 실정이다.
도 2는 종래 기술에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 금속판 배열 구조를 나타낸 평면도이다. 도 4는 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 사시도이며, 도 5는 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 등가회로도이다.
전자기 밴드갭 구조물(electromagnetic bandgap structure)(200)은 제1 금속층(210-1), 제2 금속층(210-2), 제1 유전층(220a), 제2 유전층(220b), 금속판(232) 및 비아(via)(234)를 포함한다.
제1 금속층(210-1)과 금속판(232)은 비아(234)를 통해 연결되어 있으며, 금속판(232) 및 비아(234)는 버섯형(mushroom type) 구조물(230)을 형성한다(도 4 참조).
제1 금속층(210-1)이 접지층(ground layer)인 경우 제2 금속층(210-2)은 전원층(power layer)이고, 제1 금속층(210-1)이 전원층인 경우 제2 금속층(210-2)은 접지층이 된다.
즉, 접지층과 전원층 사이에 금속판(232) 및 비아(234)로 형성된 버섯형 구조물(230)을 반복하여 배열함으로써(도 3 참조), 특정 주파수 대역에 포함되는 신호를 통과시키지 않는 밴드갭(bandgap) 구조를 가지게 된다.
특정 주파수 대역에 포함되는 신호를 통과시키지 않는 기능은 저항(resistance)(RE, RP), 인덕턴스(inductance)(LE, LP), 커패시턴스(capacitance)(CE, CP, CG), 컨덕턴스(conductance)(GP, GE) 성분에 의한 것이며, 도 5에 도시된 것과 같은 등가회로로 근사화되어 표현된다.
디지털 회로와 RF 회로가 동일 기판에 구현되어 사용되는 대표적인 전자 기기로 이동 통신 단말이 있다. 이동 통신 단말의 경우 혼합 신호 문제를 해결하기 위해서는 RF 회로의 동작 주파수인 0.8~2.0 GHz 영역에서의 노이즈 차폐가 필요하며, 이동 통신 단말에서 사용될 수 있도록 버섯형 구조물 사이즈가 작아야 한다. 하지만, 상술한 전자기 밴드갭 구조물을 사용하는 경우 이 둘을 동시에 만족하지 못하는 문제점이 있다.
버섯형 구조물의 사이즈가 작아지면 노이즈가 차폐되는 밴드갭(bandgap) 주파수가 높아지는 관계에 있어 상술한 이동 통신 단말에서 RF 회로의 동작 주파수인 0.8~2.0 GHz 영역에서 효과적이지 못하였다.
따라서, 본 발명은 작은 크기를 가지면서도 낮은 밴드갭 주파수를 가지는 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 RF 회로와 디지털 회로가 동일 기판 내에 구현되어 있는 전자 기기(예를 들어, 이동 통신 단말 등)에서의 혼합 신호 문제를 해결한 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 특정 주파수의 노이즈를 통과시키지 않는 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소정 주파수 대역의 신호 전달을 방지하는 전자기 밴드갭 구조물이 제공된다.
일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물은, 제1 금속판과, 일단이 상기 제1 금속판에 연결된 비아(via)를 포함하는 버섯형 구조물; 상기 비아의 타단에 연결된 제2 금속판; 상기 제2 금속판과 금속선을 통해 연결되는 제1 금속층; 상기 제1 금속층과 상기 제1 금속판 사이에 적층된 제1 유전층; 상기 제1 유전층과 상기 제1 금속판 상에 적층된 제2 유전층; 및 상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함한다.
여기서, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속판은 동일 평면 상에 위치하며, 상기 금속선은 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속판과 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제2 금속판은 상기 제1 금속층에 형성된 홀 내에 수용되고, 상기 금속선을 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 상기 홀의 내벽은 상기 제2 금속판과 소정 간격 이격되어 있을 수 있다.
또한, 상기 버섯형 구조물은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 복수개가 존재할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 버섯형 구조물의 제1 금속판은 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 그리고 상기 복수의 버섯형 구조물의 배열에 상응하여 상기 제1 금속층과 동일 평면 상에 상기 제2 금속판이 상기 버섯형 구조물의 수와 동일하게 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 금속선은 상기 제2 금속판을 둘러싸는 나선 구조를 가질 수 있다.
그리고 상기 비아에 상응하여 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판 간에 직렬 연결되는 인덕턴스(inductance)를 이용하여 소정 주파수 대역의 전자파 전달을 방 지하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함하고 있어 디지털 회로로부터 아날로그 회로로의 소정 주파수 대역의 신호 전달을 방지하는 인쇄회로기판이 제공된다.
일 실시예에 따른 인쇄회로기판은, 제1 금속판과, 일단이 상기 제1 금속판에 연결된 비아(via)를 포함하는 버섯형 구조물; 상기 비아의 타단에 연결된 제2 금속판; 상기 제2 금속판과 금속선을 통해 연결되는 제1 금속층; 상기 제1 금속층과 상기 제1 금속판 사이에 적층된 제1 유전층; 상기 제1 유전층과 상기 제1 금속판 상에 적층된 제2 유전층; 및 상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함하는 전자기 밴드갭 구조물이 상기 아날로그 회로와 상기 디지털 회로 사이에 배치된다.
여기서, 상기 제1 금속층은 접지층(ground layer) 또는 전원층(power layer) 중 어느 하나이고, 상기 제2 금속층은 다른 하나일 수 있다.
또한, 상기 아날로그 회로는 외부로부터의 무선 신호를 수신하는 안테나를 포함하는 RF 회로일 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것 으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 입체 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 배열 구조를 나타낸 평면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 A-A'에 따른 전자기 밴드갭 구조물의 단면도이다.
일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(300)은 제1 금속판(350)과 비아(340)를 포함하는 버섯형 구조물(360), 제2 금속판(330a), 제1 금속층(330b), 제2 금속층(310), 제1 유전층(320a) 및 제2 유전층(320b)을 포함한다.
버섯형 구조물(360)은 소정 크기의 제1 금속판(350)과, 일단(340b)이 제1 금속판(350)에 연결되고 타단(340a)이 제2 금속판(330a)에 연결되는 비아(340)를 포함하여 구성된다.
제2 금속판(330a)은 제1 금속층(330b)과 금속선(333)을 통해 연결되며, 제1 금속층(330b)과 동일 평면 상에 위치한다. 제1 금속층(330b)은 제2 금속판(330a)을 수용할 수 있는 홀(336)이 형성되어 있으며, 제1 금속층(330b)의 홀(336) 내벽과 제2 금속판(330a)의 가장자리 외벽은 소정 간격 이격되어 있어 금속선(333)을 통해서만 제1 금속층(330b)과 제2 금속판(330a)은 연결된다.
도 6을 위에서 내려다 볼 때 제1 금속판(350)은 제2 금속판(330a)보다 크기가 크며, 평면도 상으로 제1 금속판(350)은 제2 금속판(330a) 전체 및 제1 금속층(330b) 일부와 겹쳐진다.
제2 금속판(330a) 및 제1 금속층(330b)로 이루어진 제1 층과 제1 금속판(350) 사이에는 제1 유전층(320a)이 형성되어 있다. 그리고 제1 금속판(350)과 제2 금속층(310) 사이에는 제2 유전층(320b)이 형성되어 있다. 유전층(320)은 제1 금속판(350)을 기준으로 형성 시기에 따라 제1 유전층(320a)과 제2 유전층(320b)으로 구분된다.
제1 금속층(330b), 제2 금속층(310), 제1 금속판(350), 제2 금속판(330a) 및 비아(340)는 전원이 공급되어 신호가 전달될 수 있는 금속 물질(예를 들어, 구리(Cu) 등)로 구성된다.
제1 유전층(320a)과 제2 유전층(320b)은 동일한 유전 물질 또는 유전율이 동일하거나 서로 다른 유전 물질로 구성될 수 있다.
제1 금속층(330b)이 접지층(ground layer)인 경우 제2 금속층(310)은 전원층(power layer)이며, 제1 금속층(330b)이 전원층인 경우 제2 금속층(310)은 접지층이다. 즉, 제1 금속층(330b)과 제2 금속층(310)은 유전층(320)을 사이에 두고 인접하고 있는 접지층과 전원층으로 구성된다.
제1 금속판(350)은 정사각형 모양을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 그 외 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 제2 금속판(330a) 역시 정사각형 모양을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 그 외 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다.
전자기 밴드갭 구조물(300)을 형성하는 방법은 다음과 같다.
제1 금속층(330b)과 제2 금속판(330a)을 포함하는 제1 층을 적층한 후 금속선(333)을 통해서만 연결되도록 패터닝(patterning)을 수행한다. 패터닝은 인쇄회로기판에서 회로 패턴을 형성할 때 일반적으로 사용하는 마스킹, 노광, 에칭, 현상 등의 방법을 이용하는 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 금속선(333)으로 연결된 제1 금속층(330b)과 제2 금속판(330a) 상에 제1 유전층(320a)을 적층한다. 그 후 제1 유전층(320a) 상에 적층될 제1 금속판(350)과 제2 금속판(330a)이 전기적으로 연결될 수 있도록 드릴링 공정을 통해 제1 유전층(320a)을 관통하는 비아(via)를 형성한다.
비아의 형성 이후 제1 금속판(350)과 제2 금속판(330a) 간의 전기적 연결을 위해 비아의 내벽에 도금층이 형성되도록 도금 공정을 실시한다. 도금 공정에 따라 비아의 내부 중 중심 부분이 비고 비아 내벽에만 도금층이 형성되거나 혹은 비아의 내부가 모두 채워질 수 있다. 비아의 내부 중 중심 부분이 비는 경우 중심 부분에는 유전 물질 또는 공기(air)가 채워질 수 있다. 이러한 비아의 형성은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것으로 상세한 설명은 생략한다.
비아(340)의 일단(340b)은 제1 금속판(350)에 연결되어 있으며, 비아(340)의 타단(340a)은 제2 금속판(330a)에 연결된다.
제1 금속판(350)과 비아(340)을 포함하는 버섯형 구조물(360)은 제1 금속층(330b)과 제2 금속층(310) 사이에 하나 이상이 형성되어 있을 수 있다. 각 버섯형 구조물(360)이 형성된 위치에 상응하여 제1 금속층(330b)에는 홀이 형성되고, 홀 내에 제1 금속층(330b)과 금속선(333)을 통해서만 연결되는 제2 금속판(330a)이 형성되어 버섯형 구조물(360)의 비아(340)와 연결된다.
버섯형 구조물(360)의 제1 금속판(350)은 제1 금속층(330b)과 제2 금속층(310) 사이의 동일 평면 상 또는 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 또한, 도 6에서는 버섯형 구조물(360)의 비아(340)가 제1 금속층(330b)을 향해 있으나, 반대로 제2 금속층(310)을 향해 있고 제2 금속판이 제2 금속층(310)과 동일 평면 상에 형성될 수도 있다.
또한, 다수의 버섯형 구조물(360)의 비아(340)가 모두 제1 금속층(330b) 또 는 제2 금속층(310)을 향해 있거나, 혹은 일부 버섯형 구조물(360)의 비아(340)는 제1 금속층(330b)을 향해 있고 나머지 버섯형 구조물(360)의 비아(340)는 제2 금속층(310)을 향해 있을 수도 있다.
도 7을 참조하면, 버섯형 구조물(360)이 소정 간격 이격되어 제1 금속층(330b) 상에 반복적으로 배열되어 있는 구조가 도시되어 있다. 버섯형 구조물(360)이 반복적으로 형성되어 있음으로써 보다 효과적으로 디지털 회로에서 아날로그 회로로 진행하는 전자파 중 아날로그 회로(예를 들어, RF 회로)에서의 동작 주파수 영역에 해당하는 주파수 영역의 신호를 차폐하는 것이 가능하다.
버섯형 구조물(360)에서 비아(340)와 연결되는 제1 금속층(330b) 상에 제2 금속판(330a)의 구조를 도 6 내지 도 8에 도시된 것과 같이 형성함으로써 버섯형 구조물(360)의 크기를 작게 하여도 밴드갭 주파수를 높아지지 않고 낮은 값을 가진다. 제2 금속판(330a)은 제1 금속판(350)과의 사이에서 커패시턴스 값을 증가시켜준다.
밴드갭 주파수는 전자기 밴드갭 구조물(300)의 일측에서 타측으로 진행되는 전자파 중 전달이 억제되는 주파수를 의미한다. 본 발명의 실시예에서는 이동 통신 단말의 RF 회로에서의 동작 주파수 영역인 0.8~2.0 GHz 영역이 밴드갭 주파수 영역에 해당한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 입체 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 배열 구조를 나타낸 평면도이며, 도 11은 도 10에 도시된 B-B'에 따른 전자기 밴드갭 구조물의 단면도이다. 이하 다른 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(400)에 대해 앞서 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 전자기 밴드갭 구조물(300)과 동일한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
다른 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(400)은 제1 금속판(350)과 비아(340)를 포함하는 버섯형 구조물(360), 제2 금속판(330a), 제1 금속층(330b), 제2 금속층(310), 제1 유전층(320a) 및 제2 유전층(320b)을 포함한다.
도 6 내지 도 8에 도시된 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(300)의 금속선(333)이 직선 형태를 가졌던 것에 비해 본 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(400)에서 동일 평면 상에 위치하는 제1 금속층(330b)과 제2 금속판(330a) 사이를 연결하는 금속선(410)은 나선(spiral) 구조를 가진다. 금속선(410)이 나선 구조를 가짐으로 인해 제1 금속층(330b)과 제2 금속판(330a) 간에 직렬 연결되는 인덕턴스 값을 충분히 확보할 수 있게 된다.
제1 금속층(330b)에는 나선 구조의 금속선(410)과 제2 금속판(330a)을 모두 수용할 수 있는 홀(420)이 형성되어 있다. 홀(420)의 내벽은 금속선(410)과 소정 간격 이격되어 있으며, 나선 구조의 금속선(410)의 양단 만이 제1 금속층(330b)과 제2 금속판(330a)에 전기적으로 연결되어 있다.
제2 금속판(330a)은 제1 금속판(350)과의 사이에서 커패시턴스 값을 증가시켜준다. 또한, 나선 구조의 금속선(410)은 제2 금속판(330a)과 제1 금속층(330b) 간에 직렬 연결되는 인덕턴스 값을 충분히 확보할 수 있도록 한다.
도 9 내지 도 11에는 금속선(410)이 제2 금속판(330a) 주위를 1회 감는 나선 구조가 도시되어 있으나, 본 발명의 권리범위는 나선 구조의 감는 횟수에 한정되지 않음을 당업자는 이해해야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물(200)을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과는 도 12에 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 종래 전자기 밴드갭 구조물(200)의 구조물 크기(즉, 금속판(232)의 크기)가 4 ㎟(2×2)인 경우((a) 참조)와, 81 ㎟(9×9)인 경우((b) 참조)가 도시되어 있다.
구조물 크기가 4 ㎟(2×2)인 경우((a) 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수는 5.5 GHz 이상이다.
그리고 구조물 크기가 81 ㎟(9×9)인 경우((b) 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수는 1.2~1.45 GHz 이며, 노이즈 레벨이 가장 작은 주파수는 1.3 GHz이다.
즉, 종래 전자기 밴드갭 구조물(200)에 의할 경우 이동 통신 단말에서 사용되는 RF 회로의 동작 주파수인 0.8~2.0 GHz 영역 내에 밴드갭 주파수를 위치시켜 노이즈를 차폐해야 하는 바, 구조물 크기가 81 ㎟(9×9)((b) 참조)이어야 한다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물에 의할 경우 그 구 조물 크기(즉, 제1 금속판(350)의 크기)가 4 ㎟(2×2)인 경우((c) 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수가 0.8~2.4 GHz 이며, 노이즈 레엘이 가장 작은 주파수는 1.3 GHz이다.
이는 하기의 표 1에 나타나 있다.
Figure 112007045594121-pat00001
즉, 본원발명의 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물에 의할 경우 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물(200)과 동일한 밴드갭 주파수를 가지면서 그 크기는 1/20 이상 줄일 수 있음(81 ㎟ → 4 ㎟)을 확인할 수 있다.
또한, 동일한 구조물 크기를 가지는 경우에도 밴드갭 주파수를 1/5 이상 낮음(7.5 GHz → 1.3 GHz)을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판은 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함한다. 아날로그 회로는 외부로부터 무선 신호(RF 신호)를 수신하는 안테나와 같은 RF 회로일 수 있다.
인쇄회로기판 내에서는 도 6 내지 도 11에 도시된 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)이 아날로그 회로와 디지털 회로 사이에 배치된다. 즉, 도 1에 도시된 인쇄회로기판 중 RF 회로(140)와 디지털 회로(130) 사이에 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)이 배치된다.
디지털 회로(140)에서 RF 회로(130)로 전달되는 전자파가 반드시 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)을 통과하도록, 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)이 배치된다. 즉, RF 회로(130) 주변에 폐곡선 형태로 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)이 배열되거나, 디지털 회로(140) 주변에 폐곡선 형태로 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)이 배열될 수 있다.
또는 디지털 회로(140)로부터 RF 회로(130)로의 모든 인쇄회로기판 내부에 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)을 배치할 수도 있다.
상술한 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)이 내부에 배치됨으로 인해 아날로그 회로와 디지털 회로가 동시에 구현되어 사용되는 인쇄회로기판은 디지털 회로로부터 아날로그 회로로 전달되는 전자파 중 특정 주파수 영역(예를 들어, 0.8~2.0 GHz)의 전자파의 전달을 방지할 수 있다.
즉, 작은 구조물 크기에도 불구하고 RF 회로에서 노이즈에 해당하는 특정 주파수 영역의 전자파의 전달을 방지함으로써 앞서 상술하였던 혼합 신호 문제를 해결하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판은 작은 크기를 가지면서도 낮은 밴드갭 주파수를 가질 수 있다.
또한, RF 회로와 디지털 회로가 동일 기판 내에 구현되어 있는 전자 기기(예를 들어, 이동 통신 단말 등)에서의 혼합 신호 문제를 해결하는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 제1 금속판과, 일단이 상기 제1 금속판에 연결된 비아(via)를 포함하는 버섯형 구조물;
    상기 비아의 타단에 연결된 제2 금속판;
    상기 제2 금속판과 금속선을 통해 연결되는 제1 금속층;
    상기 제1 금속층과 상기 제1 금속판 사이에 적층된 제1 유전층;
    상기 제1 유전층과 상기 제1 금속판 상에 적층된 제2 유전층; 및
    상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함하는 전자기 밴드갭 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층과 상기 제2 금속판은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속선은 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속판과 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속판은 상기 제1 금속층에 형성된 홀 내에 수용되고, 상기 금속선을 통해서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홀의 내벽은 상기 제2 금속판과 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 버섯형 구조물은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 복수개가 존재하는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 버섯형 구조물의 제1 금속판은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 버섯형 구조물의 배열에 상응하여 상기 제1 금속층과 동일 평면 상에 상기 제2 금속판이 상기 버섯형 구조물의 수와 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속선은 상기 제2 금속판을 둘러싸는 나선 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 비아에 상응하여 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판 간에 직렬 연결되는 인덕턴스(inductance)를 이용하여 차폐 목적 주파수 대역의 전자파 전달을 방지하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 전자기 밴드갭 구조물.
  11. 아날로그 회로 및 디지털 회로를 포함하는 인쇄회로기판에 있어서,
    제1 금속판과, 일단이 상기 제1 금속판에 연결된 비아를 포함하는 버섯형 구 조물;
    상기 비아의 타단에 연결된 제2 금속판;
    상기 제2 금속판과 금속선을 통해 연결되는 제1 금속층;
    상기 제1 금속층과 상기 제1 금속판 사이에 적층된 제1 유전층;
    상기 제1 유전층과 상기 제1 금속판 상에 적층된 제2 유전층; 및
    상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함하는 전자기 밴드갭 구조물이 상기 아날로그 회로와 상기 디지털 회로 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 접지층(ground layer) 또는 전원층(power layer) 중 어느 하나이고, 상기 제2 금속층은 다른 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 아날로그 회로는 외부로부터의 무선 신호를 수신하는 안테나를 포함하는 RF 회로인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 금속층과 상기 제2 금속판은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 금속선은 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속판과 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 금속판은 상기 제1 금속층에 형성된 홀 내에 수용되고, 상기 금속선을 통해서 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 홀의 내벽은 상기 제2 금속판과 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 버섯형 구조물은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 복수개가 존재하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 버섯형 구조물의 제1 금속판은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 버섯형 구조물의 배열에 상응하여 상기 제1 금속층과 동일 평면 상에 상기 제2 금속판이 상기 버섯형 구조물의 수와 동일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 금속선은 상기 제2 금속판을 둘러싸는 나선 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 비아에 상응하여 상기 제1 금속판과 상기 제2 금속판 간에 직렬 연결되는 인덕턴스(inductance)를 이용하여 차폐 목적 주파수 대역의 전자파 전달을 방지하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
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