TWI388274B - 電磁帶隙結構和印刷電路板 - Google Patents

Description

電磁帶隙結構和印刷電路板

本發明是關於電磁帶隙結構，更特別是關於電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板，其可防止預定頻帶範圍的訊號傳送。

新型電子設備和通信設備變得越來越輕薄短小，反映了現今應用強調的移動方便性。

這些電子和通信設備具有各種複雜的電子電路(即類比電路和數位電路)以執行其功能和操作。電子電路一般設於印刷電路板(PCB)來執行其功能。PCB上的電子電路彼此通常有不同的操作頻率。

用於不同電子電路板的印刷電路板常有電子電路間之操作頻率和其對應諧波組件產生之電磁(EM)波傳送和干擾所造成的雜訊問題。傳送雜訊可粗略分成輻射雜訊和傳導雜訊。

在電子電路上覆蓋保護蓋即可避免輻射雜訊155(第1圖)。然避免傳導雜訊150(第1圖)沒那麼容易，因傳導雜訊是透過板內的訊號傳送路徑傳送。

雜訊問題將參照第1圖詳述於下。第1圖為印刷電路板的截面圖，包括具不同操作頻率的二電子電路。雖然第1圖顯示4層印刷電路板100，但應理解印刷電路板可具2、6或8層結構。

如第1圖所示，印刷電路板100包括金屬層110-1、110-2、110-3、110-4(以下統稱110)和置於金屬層110間的介電層120-1、120-2、120-3(以下統稱120)。印刷電路板100的上金屬層110-1設有具不同操作頻率的二電子電路130、140(以下分別稱為第一電子電路130和第二電子電路140)。在此，第一電子電路130和第二電子電路140假定為數位電路。

在此，若金屬層110-2為接地層，金屬層110-3為電源層，則第一電子電路130和第二電子電路140的接地接腳電性連接金屬層110-2，電源接腳電性連接金屬層110-3。在印刷電路板100中，每一接地層亦經由通孔160電性相連。同樣地，每一電源層亦經由通孔160電性相連(第1圖)。

若第一電子電路130和第二電子電路140具有不同的操作頻率，則如第1圖所示，第一電子電路130和其諧波組件之操作頻率引起的傳導雜訊150會傳送到第二電子電路140。此將對第二電子電路140的準確功能/操作造成不良影響。

隨著電子設備變得越來越複雜且數位電路的操作頻率越來越高，傳導雜訊問題也越來越難解決。尤其是電子設備採用更高頻帶時，典型用來解決傳導雜訊問題的旁路電容器方法或去耦電容器方法已不再適用。

再者，當數個主動元件和被動元件須置於同一板或狹窄區域設有各種電子電路的複雜線路板(如系統級封裝(SiP))上、或者當操作頻率需為高頻帶(如網卡)時，也不適合上述解決方法。

因此，電磁帶隙結構(EBG)已成為目前解決上述傳導雜訊問題的焦點。其意圖藉由將具預定結構形狀的電磁帶隙結構放置在印刷電路板，以阻擋預定頻帶的訊號。

第2A及2B圖繪示蕈狀結構的電磁帶隙結構。

第2A及2B圖電磁帶隙結構200是藉由重複排列蕈狀結構230而製得，其包括位於第一金屬層211與第二金屬層212間的金屬板232和位於第一金屬層211與第二金屬層212間且連接第一金屬層211與金屬板232的通孔234，其各自做為接地層和電源層。第一介電層置於第一金屬層211與金屬板232之間，第二介電層置於金屬板232與第二金屬層212之間。

如此重複排列蕈狀結構230於第一金屬層211與第二金屬層212之間，可讓低頻帶訊號(x)(參見第2C及2D圖)和高頻帶訊號(y)(參見第2C及2D圖)通過電磁帶隙結構200，並且阻擋介於低頻帶與高頻帶間的一些頻帶訊號(z)(參見第2C及2D圖)。換言之，第2A及2B圖電磁帶隙結構200可當作帶阻濾波器，用以阻擋某些頻帶訊號。此可輕易從第2C圖的等效電路理解。

在第2C圖的蕈狀電磁帶隙結構200中，第一金屬層211與第二金屬層212之間串聯電容組件C1和電感構件L1。在此，C1為由第二金屬層212、第二介電層222和金屬板232構成的電容組件，L1為由位於金屬板232與第一介電層221間之通孔234組成的電感構件。蕈狀帶隙結構200因L-C串聯而當作帶阻濾波器。

然由於蕈狀電磁帶隙結構200只利用一電感構件和一電容組件來做為帶阻濾波器，導致蕈狀電磁帶隙結構200難以應用到各種設備。此乃因通孔234可取得的長度(即相當於電感值)受限於第2B及2C圖的結構形狀。可取得的電容值亦因蕈狀結構230只設在二相鄰金屬層間而受到限制。

隨著新型電子設備和通信設備變得越來越輕薄短小，只使用蕈狀電磁帶隙結構200已越來越難選出預定帶隙頻帶。換言之，第2A及2B圖蕈狀電磁帶隙結構200在調整各帶隙頻帶以符合各種應用設備的條件和特徵、或降低傳導雜訊至適當帶隙頻帶內的預定雜訊程度等方面已有限制。

因此，需要研究電磁帶隙結構，其不僅能有效阻擋或減少電源層與接地層間的傳導雜訊，還能普遍用於各種具不同帶隙頻帶的應用設備。

亦需研發可應用到多層PCB結構的電磁帶隙結構，其藉著減少堆疊操作次數而簡化整體製程，並且不需額外改變現行製程即可實踐。

本發明提出電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板，其可防止特定頻帶範圍的訊號傳送。

本發明尚提出電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板，其將具預定結構形狀的電磁帶隙結構配置在印刷電路板，且不使用旁路電容器和去耦電容器，藉以解決傳導雜訊。

本發明提出電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板，其可應用到多層PCB結構，並藉著減少堆疊操作次數而簡化整體製程，且不需額外改變製程即可實踐。

本發明提出電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板，其可給予多層印刷電路板更適合的設計靈活度和自由度及實現具不同頻帶的帶隙頻率，進而廣泛用於各種應用設備和電子設備。

此外，本發明提出電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板，其可於例如使用網卡之高頻帶操作頻率時，阻擋高頻帶傳導雜訊。

本發明之一態樣的特徵為電磁帶隙結構，包括複數個導電板，置於二導電層之間；以及一聯結通孔，用以電性連接任二個導電板，其中聯結通孔包括一第一通孔，第一通孔的一端部連接二導電板中的任一個；一第二通孔，第二通孔的一端部連接二導電板中的另一個；以及一連接圖案，設在不同於導電板的平面且位於二導電層之間，用以電性連接第一通孔的另一端部和第二通孔的另一端部。在此，第一通孔與第二通孔中的任一者可形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同的平面。

在此，該形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔可為電鍍穿孔(plated through hole,PTH)。

該形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔可與同一平面上的導電層電性分離。

第一通孔與第二通孔的另一者可形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同的平面。

該另一形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔可為電鍍穿孔(PTH)。

該另一形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔，可與同一經穿透平面上的導電層電性分離。

若導電層設在同一平面上以對應連接圖案形成區域，則連接圖案可置於空洞內，其形成於設置在與連接圖案相同平面上的導電層上。

導電板可於二導電層間的部分或全部平面上排列成一或多列。

本發明之另一態樣的特徵為印刷電路板，包括一電磁帶隙結構，設在印刷電路板之雜訊源點與雜訊阻擋終點間的雜訊傳送路徑區域，其中電磁帶隙結構包括複數個導電板，置於二導電層之間；以及一聯結通孔，用以電性連接任二個導電板，且聯結通孔包括一第一通孔，第一通孔的一端部連接二導電板中的任一個；一第二通孔，第二通孔的一端部連接二導電板中的另一個；以及一連接圖案，設在不同於導電板的平面上且位於二導電層之間，用以電性連接第一通孔的另一端部和第二通孔的另一端部。在此，第一通孔與第二通孔中的任一者可形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同的平面。在此，該形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔可為電鍍穿孔(PTH)。

該形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔，可與同一平面上的導電層電性分離。

該第一通孔與第二通孔的另一者可形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同的平面。

該另一形成穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔可為電鍍穿孔(PTH)。

該另一穿過與該二導電層之至少一導電層相同之平面的第一通孔或第二通孔，可與相同經穿透平面上的導電層電性分離。

若導電層設在同一平面以對應將形成連接圖案的區域，則連接圖案可置於空洞內，其形成於設置在與連接圖案相同平面上的導電層上。

該二導電層之至少一者可形成一膜層，其不同於與電子訊號相關的導電板。

若具不同操作頻率的二電子電路用於印刷電路板，則雜訊源點和雜訊阻擋終點可分別對應配設該二電子電路的一位置和另一位置。

導電板可於二導電層間的部分或全部平面上排列成一或多列。

由於本發明可能有許多變化和實施例，故一些實施例將參照所附圖式詳述於下。然這些實施例並非用來限定本發明，在不脫離本發明之精神和範圍內，本發明應包括所有變更物、均等物和替代物。各圖中相似的元件以相同的元件符號表示。說明書從頭到尾於描述視為非本發明特點的某一技術時，將省略其相關詳細說明。

“第一”和”第二”的措辭可用來描述不同元件，但上述元件不應侷限於上述措辭。此措辭僅用於區分元件而已。例如，第一元件也可稱為第二元件，反之亦然，此並不脫離本發明之申請專利範圍欲保護的範圍。”及/或”的措辭應包括複數個列出項目的組合或複數個列出項目的任一個。

若描述一元件”連接”或”接取”另一元件，則其可解釋成直接連接或接取另一元件，但二者間也可存有其他元件。另一方面，若描述一元件”直接連接”或”直接接取”另一元件，則其應解釋為二者間沒有其他元件。

說明書的用語僅為描述某些實施例，而非用來限定本發明。除非特別指明，否則單數用句包括複數意涵。在說明書中，諸如”包含”或”由...組成”之用語意圖表明一特徵、數量、步驟、操作、元件、部件或其組合物，但不應解釋成排除可能存在任一或多個其他特徵、數量、步驟、操作、元件、部件或其組合物。

除非特別指明，否則所有用語，包括技術術語和科學名詞，在此具有一般技藝人士所理解的意義。通用字典定義的任何名詞宜解釋為相關技藝內含的意義，除非特別指明，否則不應解釋成不切實際或過度形式的意義。

以下將參照第3A-3C圖說明具聯結通孔的電磁帶隙結構當作本發明之基本構造，以於詳述第5-7圖所示之本發明實施例前，先清楚了解本發明。

相較於下述第3A-3C圖，根據本發明各實施例繪示的第5-7圖電磁帶隙結構為具聯結通孔的電磁帶隙結構，其可應用到多層(即3或更多層)印刷電路板。

換言之，根據本發明各實施例的電磁帶隙結構視為第3A-3C圖中具聯結通孔之雙層電磁帶隙結構和其基本構造(即阻擋特定頻帶的構造)的延伸及/或變形，其更適合或更靈活應用於多層印刷電路板。

故第3A-3C圖及第4A-4E圖的相關敘述(除雙層結構外)大多同樣可應用到本發明各實施例，此將詳述於後。

雖然本發明之電磁帶隙結構為描述使用金屬層和金屬板，但一般技藝人士將能理解，其他導電層和導電板當可取代金屬層和金屬板。

雖然所述圖式顯示所有金屬板是堆疊在同一平面，但不代表所有金屬板一定要堆疊在同一平面。若至少一金屬板堆疊在不同於其他金屬板堆疊之平面時，則電磁帶隙結構將具有二或多層。然本發明之電磁帶隙結構應用到多層印刷電路板時，層數增加並不會對設計造成不良影響。

第3A圖繪示具聯結通孔的雙層電磁帶隙結構。第3B圖為第3A圖中具聯結通孔之雙層電磁帶隙結構的截面圖，其沿著A-A’線截切。

為便於比較根據本發明實施例之電磁帶隙結構(即第5-7圖電磁帶隙結構)，金屬層310稱為第一金屬層310。同樣地，金屬板331、332、333、介電層320和聯結通孔345、349分別稱為第一金屬板331、第二金屬板332、第三金屬板333、第一介電層320、第一聯結通孔345和第二聯結通孔349。

在第3A及3B圖中，電磁帶隙結構包括複數個金屬板331、332、333、第一金屬層310，其放置平面不同於其他金屬板的放置平面、以及聯結通孔345、349，其電性連接複數個金屬板的任二個相鄰金屬板。第3A及3B圖之電磁帶隙結構為雙層結構，具有其上放置第一金屬層310的第一層和其上放置複數個金屬板331、332、333的第二層。第一介電層位於第一金屬層310與複數個金屬板331、332、333之間。

在此為便於說明，第3A及3B圖只繪示構成電磁帶隙結構的元件(即構成具聯結通孔之雙層電磁帶隙的部件)。故如第3A及3B圖所示，其上放置第一金屬層310的第一層和其上放置複數個金屬板331、332、333的第二層可為多層印刷電路板的任二層。

換言之，至少一附加金屬層可設在第一金屬層310下面及/或金屬板331、332、333上面。

例如，第3A及3B圖所示之電磁帶隙結構可放在多層印刷電路板中分別做為電源層和接地層的任二層金屬層之間，用以阻擋傳導雜訊(其亦可應用到依據本發明其他實施例第5-7圖所示之電磁帶隙結構)。

由於傳導雜訊問題不限定發生在電源層與接地層之間，故第3A及3B圖和第5-7圖之電磁帶隙結構可設在多層印刷電路板中位於不同層的任二層接地層或電源層間。

因此，第一金屬層310可為任一金屬層，用以傳送印刷電路板中的電子訊號。第一金屬層310例如為當作電源層或接地層的任一金屬層、或做為構成訊號線之訊號層的任一金屬層。

第一金屬層310可設在不同於複數個金屬板放置平面的平面上，並與複數個金屬板331、332、333電性分離。換言之，第一金屬層310可構成不同於複數個金屬板331、332、333且與印刷電路板之電子訊號相關的膜層。

例如，若第一金屬層310為電源層，則金屬板可電性連接接地層。若第一金屬層310為接地層，則金屬板可電性連接電源層。或者，若第一金屬層310為訊號層，則金屬板可電性連接接地層。若第一金屬層310為接地層，則金屬板可電性連接訊號層。

複數個金屬板331、332、333可置於金屬層310上的平面。任二個金屬板可透過聯結通孔電性相連。如此，每一電性連接任二個金屬板的聯結通孔可電性連接每一金屬板而形成電路。

在此，第3A圖繪示金屬板和其相鄰金屬板透過各聯結通孔彼此電性相連(即第4A圖形式)，使得每一金屬板相互電性連接。然只要所有金屬板能藉由電性相連而形成封閉迴路，則可利用任何透過聯結通孔來將金屬板相互連接的方法。

即使第3A及3B圖只顯示三個相同尺寸的方形金屬板，以便於說明，但也可進行其他修改。此將參照第4A-4E圖簡單敘述於下。

例如，金屬板可呈各種多邊形，其不僅包括第4A圖所示之矩形和第4B圖所示之三角形，還包括六角形和八邊形。當然，金屬板不限於某一形狀，例如圓形或橢圓形。如第4A、4B及4E圖所示，金屬板具相同尺寸(如面積和厚度)。如第4C或4D圖所示，若金屬板具不同尺寸，則可依據多個不同尺寸組別來區分及配置金屬板。

在第4C圖的例子中，交替排列較大的金屬板B和較小的金屬板C，且各金屬板透過聯結通孔電性連接其相鄰金屬板。

在第4D圖的例子中，配置較大的金屬板D和較小的金屬板E1、E2、E3、E4。小金屬板E1、E2、E3、E4可分成2×2形式。由4個小金屬板E1、E2、E3、E4組成的各組所佔面積與大金屬板D相似。小金屬板E1、E2、E3、E4透過4個聯結通孔電性連接對應的相鄰金屬板。再者，因大金屬板D周圍有8個小金屬板，故大金屬板D可透過8個聯結通孔電性連接相鄰的小金屬板。

第4A-4E圖繪示設於印刷電路板的電磁帶隙結構，從上表面觀之，每一金屬板對應電磁帶隙結構的各單元(cell)。

特別地，第4A-4D圖繪示電磁帶隙結構重複排列在印刷電路板的全部內面。第4E圖繪示電磁帶隙結構排列在印刷電路板的部分內面。

簡言之，雖然電磁帶隙結構的單元可如第4A-4D圖般密集排列在印刷電路板的全部內面，但單元亦可如第4E圖般排列。

例如，如第4E圖所示，假設點11是指雜訊源點，點12是指雜訊阻擋終點，則單元可沿著雜訊源點11與雜訊阻擋終點12間的雜訊傳送路徑重複排成至少一條線。或者，如第4E圖所示，假設點21是指雜訊源點，點22是指雜訊阻擋終點，則單元可排成至少一條線並且橫越及阻擋雜訊源點21與雜訊阻擋終點22間的雜訊傳送路徑的形狀(即阻擋護罩遮蔽的形狀)。

在此，假設具不同操作頻率的任二個電子電路(尤其是二數位電路)(如上述第1圖的第一電子電路130和第二電子電路140)用於印刷電路板，則雜訊源點和雜訊阻擋終點可分別對應配設二電子電路的位置。

聯結通孔可電性連接複數個金屬板的任二個金屬板。第3A及3B圖和第4A-4E圖繪示聯結通孔電性連接二相鄰金屬板。然由聯結通孔連接的任二個金屬板不一定要相鄰。

即便第3A圖繪示一金屬板是由一聯結通孔連接至另一金屬板，但顯然沒必要限制電磁帶隙結構中連接任二個金屬板的聯結通孔數量。

然以下說明是依據二相鄰金屬板由一聯結通孔連接的例子。

電性連接任二個金屬板時，聯結通孔可連接不同層的二金屬板，其中金屬板設置越過不同於金屬板放置平面的平面。

為使金屬板彼此電性相連，電鍍層需形成於聯結通孔之第一通孔和第二通孔的內壁，或者聯結通孔內需填入導電材料(如導電膠)，且連接圖案需為導電材料，例如金屬。

第一聯結通孔345按第一金屬板331→ 第一通孔341→ 位於與第一金屬層310相同之平面的連接圖案343→ 第二通孔342→ 第二金屬板332的順序，電性連接第一金屬板331與第二金屬板332。

同樣地，第二聯結通孔349按第二金屬板332→ 第一通孔346→ 位於與第一金屬層310相同之平面的連接圖案348→ 第二通孔347→ 第三金屬板333的順序，電性連接第二金屬板332與第三金屬板333。

在此，第一聯結通孔345包括一端部341a連接第一金屬板331且穿過第一介電層320的第一通孔341、一端部342a連接第二金屬板332且穿過第一介電層320的第二通孔342、和連接圖案343，其一端部連接第一通孔341的另一端部341b，另一端部連接第二通孔342的另一端部342b，並連接越過與第一金屬層310相同的平面。

同樣地，第二聯結通孔349包括一端部346a連接第二金屬板332且穿過第一介電層320的第一通孔346、一端部347a連接第三金屬板333且穿過第一介電層320的第二通孔347、和連接圖案348，其一端部連接第一通孔346的另一端部346b，另一端部連接第二通孔347的另一端部347b，並連接越過與第一金屬層310相同的平面。

如此，聯結通孔345和第二通孔349設計具有預定部件(如連接圖案343、348)來連接越過不同於金屬板放置平面的平面(如第一金屬層310)，以分別電性連接第一金屬板331與第二金屬板332、和第二金屬板332與第三金屬板333。

此時，通孔地面(via land)可分別形成在構成第一聯結通孔345和第二聯結通孔349之通孔341、342和346、347的一端部與另一端部中。通孔地面的直徑可大於通孔，以減少形成通孔之鑽孔製程的設置誤差。第3A圖顯示各通孔的一端部和另一端部比通孔大。

再者，第一聯結通孔345的連接圖案343和第二聯結通孔349的連接圖案348可分別置於形成在第一金屬層310上的空洞351、352內。此乃因第一金屬層310可構成一膜層，其不同於電子訊號相關的導電板。如此，聯結通孔的連接圖案343、348置於第一金屬層310上的空洞351、352內，使第一金屬層310與透過聯結通孔電性相連的金屬板電性分離。

如上所述，在具聯結通孔之雙層電磁帶隙結構中，以第3B圖的任一虛線單元300為基礎，任一金屬板331、332可按任一金屬板331→聯結通孔345(即第一通孔341→連接圖案343→第二通孔342)→另一金屬板332的順序，電性串聯連接另一金屬板。第3C圖繪示具上述結構之電磁帶隙結構的等效電路。

比較第3C圖的等效電路和第3B圖的虛線單元300，電感構件L1對應第一通孔341，電感構件L2對應第二通孔342。電感構件L3對應連接圖案343。C1為金屬板331、332和置於金屬板331、332上之另一介電層與另一金屬層所引起的電容組件。C2和C3為與連接圖案343同一平面之第一金屬層310和置於第一金屬層310下之另一介電層與另一金屬層所引起的電容組件。

根據上述等效電路，第3A及3B圖電磁帶隙結構可當作帶阻濾波器，用以阻擋某些頻帶訊號。換言之，從第3C圖的等效電路可知，電磁帶隙結構可讓低頻帶訊號(第3C圖的(x))和高頻帶訊號(第3C圖的(y))通過電磁帶隙結構，並且阻擋介於低頻帶與高頻帶間的一些頻帶訊號(第3C圖的(z1)、(z2)、(z3))。

在此應注意第3A及3B圖電磁帶隙結構具有包括聯結通孔的雙層結構，其中3個電感構件和3個電容組件產生複數個阻擋路徑(參見第3C圖之(z1)、(z2)、(z3))，因而有更寬、更多樣的帶隙頻帶。然上述第2A及2B圖蕈狀電磁帶隙結構只有簡單的阻擋路徑(即1個電感構件和1個電容組件產生的單一路徑)，故帶隙頻帶相當受限及狹窄。

是以第3C圖等效電路清楚證實，第3A及3B圖中包括聯結通孔的雙層電磁帶隙結構比起第2A及2B圖之蕈狀電磁帶隙結構，有更寬的阻擋範圍及更佳的阻擋效率。

相較於蕈狀電磁帶隙結構，因相鄰金屬板透過聯結通孔彼此電性相連而連接越過不同於金屬板的平面，故具聯結通孔之電磁帶隙結構可獲得足夠的通孔長度。此時，聯結通孔可取得的長度與很快獲得的電感值呈比例關係。藉此，可充分調整電磁帶隙結構的電感值。

另外，由於相鄰金屬板透過聯結通孔彼此電性相連而連接越過不同於金屬板的平面，故不需形成連接金屬板的圖案於與金屬板相同的平面上。如此可使金屬板間的間隙變窄。金屬板間的間隙變窄將造成間隙之電容值呈比例上升。藉此，可充分調整電磁帶隙結構的電容值。

在第3圖的等效電路中，電容組件的數值可依據各種因子改變，例如金屬板與金屬層間的間隙、相鄰金屬板間的間隙、組成介電層(位於金屬層間、或金屬層與金屬板間)之介電材料的介電常數、和金屬板的尺寸、形狀、面積。電感構件的數值亦可依據各種因子改變，例如通孔和構成聯結通孔之連接圖案的形狀、長度、直徑、厚度與寬度。

因此，適當調整及設計上述各種因子可使第3A及3B圖結構普遍當作電磁帶隙結構(即帶阻濾波器)，用以移除或阻擋某些雜訊或特定頻帶之訊號。

若第3A及3B圖結構重複排列在印刷電路板的全部內面(參見第4A-4D圖)或部分內面(參見第4E圖)(此亦可應用到下述第5-7圖之結構)以做為雜訊傳送路徑，則其可當作電磁帶隙結構來防止某些頻帶的訊號傳送。

包括聯結通孔的電磁帶隙結構已參照第3A及3B圖說明於上，其具雙層結構，包括其上放置複數個金屬板331、332、333的上層、其上放置第一金屬層310的下層、和置於二者之間的第一介電層320。

然具聯結通孔之電磁帶隙結構不一定要具第3A及3B圖的形狀和結構。

例如，具聯結通孔之電磁帶隙結構不必然包括金屬層(第3A及3B圖金屬層310)置於含有聯結通孔和金屬層的區域下面。此乃因聯結通孔的連接圖案不一定形成在含有金屬層的空間。

換言之，若同一平面上有金屬層對應連接圖案形成區域，則連接圖案可製作在同一平面上金屬層(第3A及3B圖金屬層310)中所形成的空洞內(第3A及3B圖空洞351、352)。然沒有附加金屬層置於連接圖案形成區域(此將參照第8B圖說明於後)。

再者，包括聯結通孔的雙層電磁帶隙結構不一定要具第3A及3B圖的堆疊結構形狀。換言之，包括聯結通孔的雙層電磁帶隙結構可具另一結構形狀，包括其上放置金屬板的下層、其上放置金屬層的上層、位於下層與上層間的介電層、和穿過介電層的聯結通孔(即上層和下層位置與第3A及3B圖相反的結構形狀)。

當然，此仍有相同或相仿的雜訊阻擋作用。

以下將參照第5-7圖說明電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的實施例。然已於第3A-4E圖描述的項目在此將不再贅述，電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板將根據本發明各實施例的特徵加以說明。

即，如上所述，所有技術概念/原理同樣可應用到第5-7圖的本發明實施例，除了具聯結通孔之電磁帶隙結構採用第3A及3B圖的雙層結構。

為便於說明，應注意第5-7圖繪示一些金屬層截面，其與本發明之電磁帶隙結構放在多層印刷電路板100(第5-7圖)之複數個金屬層間的區域直接相關。故至少另一金屬層顯然可置於第5-7圖的上層之上及/或底層之下。當然，至少又一金屬層顯然可置於金屬層之間及/或金屬層與金屬板之間。

為便於說明及了解本發明，在第5-7圖中，只繪示三個金屬板，一金屬板透過一聯結通孔電性連接另一相鄰金屬板和又一相鄰金屬板(即一單元周圍的二相鄰單元彼此相連)。

換言之，根據本發明各實施例之電磁帶隙結構，如參照第4A-4E圖所述，可在部分或全部板上排成各種形狀、大小和構造。一般技藝人士在參閱本發明全文後將能清楚理解。

根據本發明實施例之電磁帶隙結構將以複數個金屬板的任二個金屬板透過聯結通孔電性相連之區域(即第5-7圖的虛線區域500、600或700)為基礎描述於後。

第5圖為根據本發明第一實施例，包括聯結通孔之電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的截面圖。

根據本發明第一實施例之電磁帶隙結構包括置於二金屬層間之平面上的複數個金屬板、和電性連接任二個金屬板的聯結通孔。

為便於描述圖式及比較第3A及3B圖之電磁帶隙結構，金屬層511稱為第一金屬層511。同樣地，金屬層512、513、金屬板531、532、533和介電層520、521、522分別稱為第二金屬層512與第三金屬層513、第一金屬板531、第二金屬板532與第三金屬板533、和第一介電層520、第二介電層521與第三介電層522。然膜層521、522不一定為介電層。

如第5圖所示，第一金屬板531、第二金屬板532和第三金屬板533可放在第一金屬層511與第二金屬層512間的平面上。各聯結通孔電性連接第一金屬板531與第二金屬板532、和第二金屬板532與第三金屬板533。此將以虛線區域500(即有關聯結通孔545電性連接第一金屬板531與第二金屬板532的區域)為基礎詳述於後。

根據本發明第一實施例，聯結通孔545包括從第一金屬板531延伸至第一金屬層511放置平面的第一通孔541、從第二金屬板532延伸至第一金屬層511放置平面的第二通孔542、和電性連接第一通孔541與第二通孔542的連接圖案543。連接圖案543可設在不同於放置金屬板531、532、533的平面且位於第一金屬層511與第二金屬層512之間。

如上所述，若同一平面上有金屬層(第5圖的第三金屬層513)對應形成連接圖案543的區域，則連接圖案543可置於同一平面上形成在金屬層中的空洞內(第5圖空洞551)。當然，沒有附加金屬層置於形成連接圖案543的區域。在此例子中，顯然不需另外形成空洞。

再者，根據本發明第一實施例，除了一些位於金屬板與連接圖案間的區域541a、542a(第5圖)外，聯結通孔545更包括一些從連接圖案向下延伸至第一金屬層511放置平面的區域541b、542b(第5圖)。此結構不同於第3A及3B圖中電磁帶隙結構的聯結通孔。

然儘管第5圖繪示聯結通孔545的第一通孔541和第二通孔542均往與第一金屬層511相同的平面延伸，但只有第一通孔541和第二通孔542的其中之一可朝第一金屬層511延伸，以通過與第一金屬層511相同的平面區域。

此時，從金屬板延伸至第一金屬層511的第一通孔541及/或第二通孔542可為電鍍穿孔(以下稱為”PTH”)，其穿過第一金屬層511、連接圖案和金屬板。若金屬板構成膜層不同於訊號相關的第一金屬層511，因PTH必須與第一金屬層511電性分離，故需在PTH穿過第一金屬層511的區域形成空洞552(第5圖)。

當然，往與第一金屬層511相同之平面延伸穿過金屬板和連接圖案的第一通孔541及/或第二通孔542顯然可由複數個盲孔(blind via holes,BVH)或內部導通孔(inner via holes,IVH)組成。以第一通孔541為例，位於金屬板531與連接圖案543間的區域541a可利用額外的BVH來連接位於連接圖案543和與第一金屬層511相同之平面間的區域541b。

此時，若二BVH間為電性相連，則BVH不需形成具同一中心軸。當三或多層透過通孔互相連接時，通常可採行已知技術，例如堆疊通孔法、交錯排列通孔法、O形環通孔法和電鍍穿孔(plated through hole,PTH)法。故在此將省略相關詳細敘述。

在以下說明中，假設聯結通孔545的第一通孔541和第二通孔542均為PTH。

假設聯結通孔545的第一通孔541和第二通孔542是由BVH或IVH組成。當根據本發明第一實施例之具聯結通孔的電磁帶隙結構形成在多層印刷電路板的內層時，除了堆疊金屬板、連接圖案和第一金屬層511的製程外，還需增加形成BVH或IVH於金屬板與連接圖案之間及連接圖案和與第一金屬層511相同之平面間的製程。如此將導致堆疊製程次數增加。

為了獲得通孔引起的電感構件，第一通孔541及/或第二通孔542乃形成延伸穿過多層。在此例子中，本發明不具單一金屬板，而是具有複數個聯結通孔來電性連接各金屬板。如此將導致堆疊製程次數大幅增加。

故當根據本發明第一實施例之具聯結通孔的電磁帶隙結構應用到多層印刷電路板的內層時，考慮到整個PCB製造製程，聯結通孔的第一通孔和第二通孔可能不適合由BVH或IVH組成。

把聯結通孔的第一通孔和第二通孔換成PTH可解決上述問題。若本發明採用已電性連接各層的PTH，如在製造多層PCB的製程中聯結通孔的第一通孔及/或第二通孔，則不需額外增加堆疊製程次數及另外修改現行PCB製程以將本發明之電磁帶隙結構應用至多層印刷電路板。

若是設計多層印刷電路板，則此達成方式為配置電磁帶隙結構，使各聯結通孔的第一通孔及/或第二通孔放置對應多層印刷電路板中的PHT形成區域。

如上所述，根據本發明一實施例之具聯結通孔的電磁帶隙結構更適合且更靈活應用於多層印刷電路板，因而廣泛用於各種應用設備和電子設備。

第6圖為根據本發明第二實施例，包括聯結通孔之電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的截面圖。第8A圖為第6圖中電磁帶隙結構的3D透視圖。

根據本發明第二實施例之電磁帶隙結構包括置於二金屬層間之平面上的複數個金屬板、和電性連接任二個金屬板的聯結通孔。

為便於描述圖式及比較第3A、3B及5圖之電磁帶隙結構，金屬層611稱為第一金屬層611。同樣地，金屬層612、613、金屬板631、632、633和介電層620、621、622分別稱為第二金屬層612與第三金屬層613、第一金屬板631、第二金屬板632與第三金屬板633、和第一介電層620、第二介電層621與第三介電層622。然膜層621、622不一定為介電層。

參照第6及8A圖，第一金屬板631、第二金屬板632和第三金屬板633可放在第一金屬層611與第二金屬層612間的平面上。各聯結通孔電性連接第一金屬板631與第二金屬板632、和第二金屬板632與第三金屬板633。此將以虛線區域600(即有關聯結通孔645電性連接第一金屬板631與第二金屬板632的區域)為基礎詳述於後。

根據本發明第二實施例，聯結通孔645包括從第一金屬板631沿著一方向與一平面延伸至連接圖案643的第一通孔641，其中第二金屬層612以另一方向放置於此平面、從第二金屬板632沿著一方向與一平面延伸至連接圖案643的第二通孔642，其中第二金屬層612以另一方向放置於此平面、和電性連接第一通孔641與第二通孔642的連接圖案643。連接圖案643可設在不同於放置金屬板631、632、633的平面且位於第一金屬層611與第二金屬層612之間。

此時，若同一平面上有金屬層(第6及8A圖的第三金屬層613)對應形成連接圖案643的區域，則連接圖案643可置於同一平面上形成在金屬層中的空洞內(第6及8A圖空洞651)。如上所述，沒有附加金屬層置於形成連接圖案643的區域。在此例子中，顯然不需另外形成空洞。

再者，根據本發明第二實施例，除了一些位於金屬板與連接圖案間的區域641a、642a(第6及8A圖)外，聯結通孔645更包括一些從金屬板向上延伸至第二金屬層612放置平面的區域641b、642b(第6及8A圖)。此結構不同於第3A、3B及5圖中電磁帶隙結構的聯結通孔。

在此，雖然第6及8A圖繪示聯結通孔645的第一通孔641和第二通孔642均往與第二金屬層612相同的平面延伸，但只有第一通孔641和第二通孔642的其中之一可朝第二金屬層612延伸，以通過與第二金屬層612相同的平面區域。

類似上述第5圖，儘管考慮PCB製造製程的堆疊製程次數後，從金屬板延伸至連接圖案的第一通孔641及/或第二通孔642可由複數個BVH或IVH組成，然第一通孔641及/或第二通孔642亦可為電鍍穿孔(以下稱為”PTH”)，其穿過第二金屬層612、連接圖案和金屬板。

亦如上所述，若金屬板構成膜層不同於訊號相關的第二金屬層612，因PTH必須與第二金屬層612電性分離，故需在PTH穿過第二金屬層612的區域形成空洞652(第6圖)。

此外，第8B圖為第8A圖的3D透視圖，其未繪示金屬層。如上所述，第8B圖繪示，於多層印刷電路板中，沒有附加金屬層分別設在鄰接區域的上部和下部，於該區域中將設置本發明之電磁帶隙結構(即金屬板和聯結通孔)。

第7圖為根據本發明第三實施例，包括聯結通孔之電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的截面圖。

根據本發明第三實施例之電磁帶隙結構包括置於二金屬層間之平面上的複數個金屬板、和電性連接任二個金屬板的聯結通孔。

為便於描述圖式及比較第3A、3B、5及6圖之電磁帶隙結構，金屬層711稱為第一金屬層711。同樣地，金屬層712、713、金屬板731、732、733和介電層720、721、722分別稱為第二金屬層712與第三金屬層713、第一金屬板731、第二金屬板732與第三金屬板733、和第一介電層720、第二介電層721與第三介電層722。然膜層721、722不一定為介電層。

參照第7圖，第一金屬板731、第二金屬板732和第三金屬板733可放在第一金屬層711與第二金屬層712間的平面上。各聯結通孔電性連接第一金屬板731與第二金屬板732、和第二金屬板732與第三金屬板733。此將以虛線區域700(即有關聯結通孔745電性連接第一金屬板731與第二金屬板732的區域)為基礎詳述於後。

根據本發明第三實施例，聯結通孔745包括從第一金屬板731延伸至沿著一方向放置第一金屬層711之平面和沿著另一方向放置第二金屬層712之平面的第一通孔741、從第二金屬板732延伸至沿著一方向放置第一金屬層711之平面和沿著另一方向放置第二金屬層712之平面的第二通孔742、和電性連接第一通孔741與第二通孔742的連接圖案743。連接圖案743可設在不同於放置金屬板731、732、733的平面且位於第一金屬層711與第二金屬層712之間。

此時，若同一平面上有金屬層(第7圖的第三金屬層713)對應形成連接圖案743的區域，則連接圖案743可置於同一平面上形成於金屬層中的空洞內(第7圖空洞751)。如上所述，沒有附加金屬層置於形成連接圖案743的區域。在此例子中，顯然不需另外形成空洞。

再者，根據本發明第三實施例，除了一些位於金屬板與連接圖案間的區域741a、742a(第7圖)外，聯結通孔745更包括一些從金屬板向下延伸至第一金屬層711放置平面的區域741c、742c(第7圖)、和一些向上延伸至第二金屬層712放置平面的區域741b、742b(第7圖)。此結構不同於第3A、3B、5及6圖中電磁帶隙結構的聯結通孔。

在此，雖然第7圖繪示聯結通孔745的第一通孔741和第二通孔742均往與第一金屬層711和第二金屬層712相同的平面延伸，但只有第一通孔741和第二通孔742的其中之一可朝第一金屬層和第二金屬層712延伸。

此時，從金屬板向下延伸至第一金屬層711並向上延伸至第二金屬層712的第一通孔741及/或第二通孔742可由複數個BVH或IVH組成。以第一通孔741為例，可利用額外形成的BVH來連接位於金屬板731與連接圖案743間的區域、位於連接圖案743和與第一金屬層711相同之平面間的區域、和位於金屬板731和與第二金屬層712相同之平面間的區域。

如上所述，然考慮到PCB製造製程的堆疊製程次數，第一通孔741及/或第二通孔742可為電鍍穿孔(以下稱為”PTH”)，其穿過第一金屬層711、連接圖案、金屬板和第二金屬層712。

亦如上所述，若金屬板構成膜層不同於訊號相關的第一金屬層711及/或第二金屬層712，因PTH必須與第一金屬層711及/或第二金屬層712電性分離，故需在PTH穿過第一金屬層711及/或第二金屬層712的區域形成空洞752、753(第7圖)。

如上所述，雖然第5-7圖顯示電性連接第一金屬板與第二金屬板的聯結通孔構造與電性連接第二金屬板與第三金屬板的聯結通孔相同。但此並不限定本發明所欲保護之範圍。其當可進行各種更動及潤飾。例如，電性連接第一金屬板與第二金屬板的聯結通孔可沿著與第一金屬層相同的平面方向延伸(如第5圖所示)，電性連接第二金屬板與第三金屬板的聯結通孔則沿著與第二金屬層相同的平面方向延伸(如第7圖所示)。

同樣地，雖然第5-7圖顯示任一聯結通孔的第一通孔和第二通孔有相同構造，但亦不限定本發明所欲保護之範圍。其當可進行各種更動及潤飾。例如，聯結通孔的第一通孔可沿著與第一金屬層相同的平面方向延伸(如第5圖所示)，聯結通孔的第二通孔則沿著與第二金屬層相同的平面方向延伸(如第7圖所示)。

為便於說明，儘管第5-7圖顯示聯結通孔的第一通孔及/或第二通孔從金屬板延伸至與第一金屬層及/或第二金屬層相同之平面做為終點，然此並不限定本發明所欲保護之範圍。不像各圖所示，在本發明之電磁帶隙結構中，聯結通孔的第一通孔及/或第二通孔顯然可延伸至放置越過與第一金屬層及/或第二金屬層同一平面的另一金屬層、或至多層印刷電路板的最上層(即頂層)。

以下將利用頻率性質曲線圖描述，當本發明之電磁帶隙結構應用到多層印刷電路板時，根據本發明之某些頻帶雜訊阻擋作用。

第9B、10B、11B及12B圖顯示包括相同結構之聯結通孔的電磁帶隙結構(各圖中的虛線區域)分別應用到如第9A、10A、11A及12A圖所示之4、7、10和12層印刷電路板的模擬結果。在此，第9B、10B、11B及12B圖的模擬結果是由散射參數分析。

參照各模擬結果，雖然應用具PTH型聯結通孔之電磁帶隙結構的印刷電路板各層有些微不同，但於阻擋速率為(-)50dB時，各對應帶隙頻率的頻帶介於1.4至4.8GHz之間。此表示本發明具有阻擋某些頻帶訊號或雜訊的阻擋作用。此時，帶隙頻率頻帶略為不同的原因在於，PTH的長度依多層印刷電路板的層數變化。

雖然以上模擬結果顯示帶隙頻率的頻帶介於1.4至4.8GHz之間，但此結果可依據設計值改變而改變，例如第一通孔、第二通孔和連接圖案的形狀、長度、面積、寬度。此外，帶隙頻率和其阻擋速率顯然可依據設計值改變而改變，例如金屬板的尺寸、形狀、面積、和組成介電層之介電材料的介電常數。

因此，若設計者適當控制如上述設計值等不同參數，則可製造能阻擋某些頻帶雜訊或訊號的電磁帶隙結構。

雖然本發明已以一些實施例揭露如上，然任何熟習此技藝者，在不脫離本發明及其均等物之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11、12、21、22．．．點

100．．．電路板

110、110-1~4．．．金屬層

120、120-1~3．．．介電層

130、140．．．電路

150、155．．．雜訊

160．．．通孔

200．．．帶隙結構

211、212．．．金屬層

221、222．．．介電層

230．．．蕈狀結構

232．．．金屬板

234．．．通孔

300．．．單元

310．．．金屬層

320．．．介電層

331、332、333．．．金屬板

341、342、345、346、347、349．．．通孔

341a~b、342a~b、346a~b、347a~b．．．端部

343、348．．．連接圖案

351、352．．．空洞

500．．．區域

511、512、513．．．金屬層

520、521、522．．．介電層

531、532、533．．．金屬板

541、542、545．．．通孔

541a~b、542a~b．．．區域

543．．．連接圖案

551、552．．．空洞

600．．．區域

611、612、613．．．金屬層

620、621、622．．．介電層

631、632、633．．．金屬板

641、642、645．．．通孔

641a~b、642a~b．．．區域

643．．．連接圖案

651、652．．．空洞

700．．．區域

711、712、713．．．金屬層

720、721、722．．．介電層

731、732、733．．．金屬板

741、742、745．．．通孔

741a~c、742a~c．．．區域

743．．．連接圖案

751、752、753．．．空洞

B、C、D、E1~E4．．．金屬板

本發明之上述與其他特徵、態樣和優點在參閱說明書、後附申請專利範圍與所附圖式後，將變得更清楚易懂，其中：

第1圖為印刷電路板的截面圖，包括具不同操作頻率的二電子電路；

第2A及2B圖分別為具蕈狀結構之電磁帶隙結構的透視圖；

第2C圖繪示第2B圖中電磁帶隙結構的等效電路；

第2D圖為第2B圖中電磁帶隙結構的頻率性質曲線圖；

第3A圖為雙層電磁帶隙結構實施例的透視圖，其具有聯結通孔；

第3B圖為第3A圖中具聯結通孔之雙層電磁帶隙結構的截面圖，其沿著A-A’線截切；

第3C圖繪示第3A圖中具聯結通孔之雙層電磁帶隙結構的等效電路；

第4A圖為電磁帶隙結構的構造平面圖，其包括具矩形金屬板的聯結通孔；

第4B圖為電磁帶隙結構的構造平面圖，其包括具三角形金屬板的聯結通孔；

第4C及4D圖為電磁帶隙結構的構造平面圖，其包括具多組不同尺寸之金屬板的聯結通孔；

第4E圖為帶狀電磁帶隙結構的構造平面圖，其包括聯結通孔；

第5圖為根據本發明第一實施例，包括聯結通孔之電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的截面圖；

第6圖為根據本發明第二實施例，包括聯結通孔之電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的截面圖；

第7圖為根據本發明第三實施例，包括聯結通孔之電磁帶隙結構和具此結構之印刷電路板的截面圖；

第8A圖為第6圖中電磁帶隙結構的3D透視圖；

第8B圖為第8A圖的3D透視圖，其未繪示金屬層；

第9A圖繪示根據本發明一實施例，應用到四層印刷電路板的電磁帶隙結構；

第9B圖為第9A圖中電磁帶隙結構的頻率性質曲線圖；

第10A圖繪示根據本發明一實施例，應用到六層印刷電路板的電磁帶隙結構；

第10B圖為第10A圖中電磁帶隙結構的頻率性質曲線圖；

第11A圖繪示根據本發明一實施例，應用到十層印刷電路板的電磁帶隙結構；

第11B圖為第11A圖中電磁帶隙結構的頻率性質曲線圖；

第12A圖繪示根據本發明一實施例，應用到十二層印刷電路板的電磁帶隙結構；

第12B圖為第12A圖中電磁帶隙結構的頻率性質曲線圖。

700．．．區域

711、712、713．．．金屬層

720、721、722．．．介電層

731、732、733．．．金屬板

741、742、745．．．通孔

741a~c、742a~c．．．區域

743．．．連接圖案

751、752、753．．．空洞

Claims (6)

1. 一種電磁帶隙結構，該結構包含：複數個導電板，該等複數個導電板置於二個導電層之間；以及一聯結通孔，該聯結通孔經配置以在該等導電板之任二者之間產生一電性連接，其中該聯結通孔包含：一第一通孔，該第一通孔的一個端部連接該等二個導電板中的任一者；一第二通孔，該第二通孔的一個端部連接該等二個導電板中的另一者；以及一連接圖案，置於不同於該等導電板的一平面上並位於該二個導電層之間，且經配置以在該第一通孔的另一個端部和該第二通孔的另一個端部之間產生一電性連接，其中該第一通孔及該第二通孔係按一電鍍穿孔(plated through hole,PTH)的形式所形成，該電鍍穿孔係穿過該等二個導電層，以及其中該等導電板係在一表面之一實體區域或部分區域上排列成至少一列，該表面位於該二個導電層之間，並藉由按PTH形式所形成之該第一通孔與該第二通孔而從該二個導電層電性隔離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中若一導電層置於一相同平面上以對應正待形成該連接圖案的一區域，則該連接圖案納於一空洞內，且該空洞形成於被置放在與該連接圖案相同之平面上的該導電層上。
3. 一種印刷電路板，包含：一電磁帶隙結構，該電磁帶隙結構被排置在該印刷電路板之一雜訊源點與一雜訊阻擋終點間的一雜訊傳送路徑之一區域，其中該電磁帶隙結構包含：複數個導電板，該等複數個導電板置於二個導電層之間；以及一聯結通孔，該聯結通孔經配置以在該等導電板之任二者之間產生一電性連接，該聯結通孔包含：一第一通孔，該第一通孔的一個端部連接該等二個導電板中的任一者；一第二通孔，該第二通孔的一個端部連接該等二個導電板中的另一者；以及一連接圖案，置於不同於該等導電板的一平面上並位於該二個導電層之間，並經配置以在該第一通孔的另一個端部和該第二通孔的另一個端部之間產生一電性連接，其中該第一通孔及該第二通孔係按一電鍍穿孔(plated through hole,PTH)的形式所形成，該電鍍穿 孔係穿過該等二個導電層，以及其中該等導電板係在一表面之一實體區域或部分區域上排列成至少一列，該表面位於該二個導電層之間，並藉由按該PTH所形成之該第一通孔與該第二通孔而從該二個導電層電性隔離。
4. 如申請專利範圍第3項所述之印刷電路板，其中若一導電層置於一相同平面上以對應形成該連接圖案的一區域，則該連接圖案納於一空洞內，且該空洞形成於被置放在與該連接圖案相同之平面上的該導電層上。
5. 如申請專利範圍第3項所述之印刷電路板，其中該二個導電層之至少一者係形成一膜層，該膜層不同於與電子訊號相關的該等導電板。
6. 如申請專利範圍第3項所述之印刷電路板，其中若具有不同操作頻率的二個電子電路實施於該印刷電路板，則該雜訊源點和該雜訊阻擋終點分別對應該等二個電子電路所實施的一個位置和另一位置。