CN109496460B - 印刷布线板 - Google Patents

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Abstract

本公开的印刷布线板包含电源层和接地层，形成在电源层的一部分的电源层图案包含使相邻的EBG单位单元之间连接的直流供电电路即支路以及经由沿该支路设置的狭缝与该支路连接的电源层电极，所述印刷布线板具有周期性地配置有EBG单位单元的构造，所述EBG单位单元是，以与所述电源层电极相对的方式配置的电容耦合元件经由通孔与所述电源层图案内的支路连接，并且在所述电源层电极与电容耦合元件之间设置有隔层的单元。

Description

印刷布线板
技术领域
本申请涉及一种具有电磁带隙结构的印刷布线板。
背景技术
为了抑制在多层印刷布线板的电源层和接地层产生的平行平板谐振或者抑制高频噪声传播，考虑选择具有噪声抑制部件或者抑制噪声传播功能的多层印刷布线板。通常使用电容器来降低多层印刷布线板的电源类噪声。另一方面，为了抑制噪声传播，可对电源层和接地层采用电磁带隙(Electromagnetic band gap：EBG)结构体。例如，专利文献1～5中公开了采用这种EBG结构体的印刷布线板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-10183号公报。
专利文献2:日本特开2013-58585号公报。
专利文献3:日本特开2013-183082号公报。
专利文献4:日本特开2013-255259号公报。
专利文献5:日本特开2014-27559号公报。
发明内容
本发明的印刷布线板包含电源层和接地层。形成在电源层的电源层图案包含使相邻的EBG单位单元之间连接的直流供电电路即支路以及经由沿该支路设置的狭缝与该支路连接的电源层电极。具有周期性地配置有EBG单位单元的结构，该EBG单位单元是，与电源层电极相对的方式设置的电容耦合元件经由通孔与电源层图案的支路连接，并且在电源层电极与电容耦合元件之间设置有隔层的单元。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的印刷布线板的说明图。
图2(a)是表示设置于图1所示的印刷布线板上的EBG结构的一个实施方式的说明图，(b)是表示EBG结构所含的电源层图案的说明图，(c)是表示EBG结构所含的电容耦合元件的说明图。
图3是用于说明通过将本申请的电源电极设置为双层结构从而实现小型化的原理的EBG单位单元所含的并联谐振电路的等效电路图。
图4是表示并联谐振电路的谐振频率取决于电源层电极和电容耦合元件的距离的电磁场模拟结果的曲线图。
图5是表示用于透射特性的电磁场模拟的印刷布线板的一个实施方式的说明图。
图6是采用图5的印刷布线板的电磁场模拟结果的曲线图。
图7(a)是表示EBG结构的另一个实施方式的说明图，(b)是表示EBG结构所含的电源层图案的说明图，(c)是表示EBG结构所含的电容耦合元件的说明图。
图8是构成图7(a)所示的EBG结构的EBG单位单元所含的谐振电路部分的等效电路。
图9是表示用于求得图7(a)所示的EBG单位单元中的谐振电路的谐振频率的电磁场模拟结果的曲线图。
图10(a)是表示EBG结构的又一个实施方式的说明图，(b)是表示EBG结构所含的电源层图案的说明图，(c)是表示EBG结构所含的电容耦合元件的说明图。
具体实施方式
对于常用的电容器而言，由于等效串联电感(ESL)的影响，在数百MHz以上，无法期待抑制噪声的效果。对于在1GHz以上频率抑制噪音传播，在基板上设置EBG结构是有效的。然而，在实际应用中EBG结构必须小型化，已知使用易于小型化的开路短截线的EBG结构。在该EBG结构中，需要在电源层和接地层之间形成通孔，不利于节约成本。另一方面，在电源层和接地层之间不形成通孔的EBG结构又存在以通常方式难以小型化的问题。
本申请的设置在印刷布线板的EBG结构在电源层和接地层之间不形成通孔，而通过在电源层附加电容耦合元件使电源电极形成双层结构，从而能够进一步实现小型化。下面，对本发明的印刷布线板进行详细的说明。
本发明的一个实施方式的印刷布线板1如图1所示，包含电源层2和接地层3，该电源层2局部具有EBG结构4。电源层2和接地层3之间设置有绝缘层9。电源层2和接地层3由包含例如铜等导电性材料的实心图案形成。电源层2的厚度没有特别的限定，例如18～70μm左右。接地层3的厚度也没有特别的限定，例如18～70μm左右。
在电源层2和接地层3之间、电源层2的上面、以及接地层3的下面形成有绝缘层9。绝缘层9没有特别的限定，只要由具有绝缘性的材料形成即可。作为具有绝缘性的材料，例如，可列举环氧树脂、双马来酰亚胺-三嗪树脂、聚酰亚胺树脂、以及聚苯醚树脂等有机树脂等。也可以混合使用两种以上这些有机树脂。
当使用有机树脂作为具有绝缘性的材料时，可以在有机树脂中配合使用增强材料。作为增强材料，例如，可举例玻璃纤维、玻璃无纺布、芳族聚酰胺无纺布、芳族聚酰胺纤维、以及聚酯纤维等绝缘性布材料。也可以组合使用两种以上增强材料。更进一步地，在具有绝缘性的材料中还可以包含二氧化硅、硫酸钡、滑石、粘土、玻璃、碳酸钙、以及氧化钛等无机填料。
将多个EBG单位单元41周期性地以一维方式在沿支路的方向上配置多个，或者，在此基础上在与之正交的方向上同时周期性地以二维方式配置多个EBG单位单元41，从而形成EBG结构4。
下面，基于图2(a)～(c)来说明一个实施方式的EBG结构4。在图2(a)所示的一个实施方式的EBG结构4中，将三个EBG单位单元41并列配置在沿支路的方向上，可以根据使用方式适当地改变配置方式。
如图2(a)所示，EBG单位单元41具有在电源层图案42的上方的设置隔层从而配置电容耦合元件43的结构。该EBG单位单元41在设计阶段设置在印刷布线板1内，因此不同于噪音抑制部件，无需制作印刷布线板后的安装成本。EBG单位单元41的形状没有特别的限定，优选配置时可节省空间的大致矩形形状。
如图2(b)所示，电源层图案42的结构为：在可流动电源供应所需的直流电流的范围内使用尽可能细的支路45使相邻的EBG单位单元41之间连接。隔着狭缝46设置有通过端部与该支路45连接的电源层电极47。并且，电源层图案42至少具有一个通孔44a，用于与电容耦合元件43的通孔44b连接。此处“端部”是指，在EBG单位单元41中，隔着狭缝46与支路45相对的电源层电极47的边的端部，具体而言，是指从与通孔44a相反侧的端部(直角)至边长的约1/8的位置处。
如图2(c)所示，电容耦合元件43至少具有一个通孔44b，用于与电源层图案42的通孔44a连接。该电容耦合元件43配置为从电源层电极47的上方重叠。该电容耦合元件43由例如铜等导电性材料形成。此外，电容耦合元件43可以是与电源层图案42相同的导电性材料。
该电源层电极47和电容耦合元件43形成平行平板电容器，实现电容耦合(耦合电容Cs)。
如图2(a)所示，在EBG单位单元41内，通过支路45的电感Lb、上述耦合电容Cs、以及通孔44的电感Lv的串联电路形成如图3所示的并联谐振电路。当设计电感Lb和耦合电容Cs以使该谐振频率为2.4GHz时，能够在2.4GHz附近的频带设定电磁波无法传播的阻止区域。如果以Cs增加的方式设计电源层电极47、电容耦合元件43的形状、间隔，则能够降低谐振频率，从而能够实现EBG结构4的小型化。
支路45用于流动电源供给所需的直流电流，设置在EBG单位单元41内。经由狭缝46，配置用于形成平行平板电容器的电源层电极47。针对该电源层电极47设置隔层，从而配置作为对向电极的电容耦合元件43。电源层电极47与电容耦合元件43之间的隔层的厚度可以为25μm以下，为了具有充分的耦合电容Cs，可以为5～20μm。支路45可设置在EBG单位单元41的任意位置。以不与电容耦合元件43重叠的方式配置时，能够使电感进一步增大。得到图4、图6的电磁场模拟结果时的支路45的尺寸为0.25mm，EBG单位单元41的尺寸为2.0mm×2.0mm。
如上所述，在本申请中，通过在电源层电极47的上方设置电容耦合元件43来形成平行平板电容器，从而实现电容耦合。具体而言，电源层电极47与电容耦合元件43的隔层具有耦合电容Cs，通过支路45的一端与电源层电极47连接，并且，通过设置在支路45的另一端的通孔44与电容耦合元件43连接，与通过支路45产生的电感Lb之间在EBG单位单元41内形成并联谐振电路。
图3是如图2(a)所示的EBG单位单元41所含的并联谐振电路部分的等效电路。此时，Lb表示支路45的电感成分。此外，Cs表示电源层图案42通过狭缝46分割的电源层电极47和电容耦合元件43的耦合电容，Lv表示从电源层图案42经由通孔44(44a、44b)连接至电容耦合元件43的路径的电感成分。Lv取决于电源层电极47与电容耦合元件43的隔层的厚度，但是，如果厚度足够薄，则在设计上可以忽略。当要求精度时，可以考虑Lv的大小来进行设计。
图4表示通过电磁场模拟检测到的具有与图2所示的相同的EBG结构的电源层电极与电容耦合元件的隔层的厚度不同的三个EBG结构(25μm厚、12μm厚和8μm厚)所含的并联谐振电路的谐振频率的曲线图。根据图4，当使用25μm厚的EBG结构时，谐振频率为3.45GHz。
当使用12μm厚和8μm厚时，谐振频率分别为2.4GHz和1.9GHz，可知厚度越薄，则谐振频率越是向低频侧偏移。这表明电源层电极与电容耦合元件的隔层的厚度越薄越能够使EBG结构小型化。
图5是表示用于透射特性模拟的印刷布线板10的一个实施方式的说明图。在该印刷布线板10中，端口51与端口52、53被EBG结构40分开。EBG结构40表示将EBG单位单元41在印刷布线板10的长度方向上配置三个、宽度方向上配置八个、即在横截面上配置有二十四个的结构。印刷布线板10的长度方向与EBG单位单元41沿支路的方向相同。EBG单位单元41具有与上述的图2(a)所示EBG单位单元相同的形状，电源层电极与电容耦合元件的隔层的厚度为12μm，EBG单位单元41以2.0mm×2.0mm的方式形成。此时，对于EBG结构40的尺寸，长边方向上为6.0mm，横截面面积为96.0mm2。省略印刷布线板10的厚度方向的接地层和绝缘层。
图6表示通过采用印刷布线板10的电磁场模拟分别评价的端口51-端口52和端口51-端口53之间的透射特性的结果。粗线表示设置了EBG结构40的情况的透射特性，细线表示未设置EBG结构40(实心结构)的情况的参考(Reference)透射特性。另外，图中的S21表示端口51-端口52之间，S31表示端口51-端口53之间。
根据图6可知，在设置了EBG结构40的情况下，在2.4GHz附近透射量减少20dB以上，形成无法传播高频的电磁噪音的阻止区域。从该结果可知，如果改变EBG单位单元内的电源层图案、电容耦合元件的形状，则能够进一步小型化，或者在不同频率区域形成阻止区域。
接下来，基于图7(a)～(c)来说明另一个实施方式的EBG结构4’。与上述的实施方式的EBG结构4相同的部件标注相同的附图标记，并省略详细的说明。
在另一个实施方式的EBG结构4’中，如图7(a)和(b)所示，电源层图案42’使相邻的EBG单位单元41之间通过支路45连接，隔着狭缝46设置有通过端部以外的部位与该支路45连接的电源层电极47。此处的“端部以外的部位”是指除了上述的“端部”以外的部分，是从与通孔44a相反侧的端部(角)距离边长的约1/8的位置至通孔44a侧的端部(角)。在EBG结构4’中，电源层电极47与电容耦合元件43的隔层的厚度为12μm。
图8是如图7(a)所示的EBG单位单元41所含的并联谐振电路部分的等效电路。此时，Lb/2表示支路45的电感成分。另外，Cs表示电源层图案42’通过狭缝46分割的电源层电极47和电容耦合元件43的耦合电容。在图7(a)中，电源层图案42’设置有支路45以及隔着狭缝46通过大致中央部位连接的电源层电极47，因此电感成分为Lb/2。根据连接位置的不同，分母可为不同的值。
图9是表示用于求得如图7(a)所示的EBG结构4’中的并联谐振电路的谐振频率的电磁场模拟结果的曲线图。从该谐振解析结果可知，EBG结构4’能够在3.3GHz附近的频带设定抑制电磁噪音传播的阻止区域。“端部”的图形是表示上述的EBG单位单元41(12μm厚)的结果。
根据本申请的印刷布线板，即使EBG结构体不具有电源层和接地层的通孔，也能够实现EBG结构体(EBG单位单元)的小型化。并且，在设计阶段将EBG结构设置在印刷布线板内，因此无需制作印刷布线板后的安装成本。
另外，如图7(a)所示的EBG结构4’所示，能够通过改变连接位置这种相对容易的设计变更方式来改变可适用的频率。
以上说明了本发明的印刷布线板，但本发明并不限定于上述的实施方式，可以进行各种的改进和改良。
支路可以配置在EBG单位单元内的任何位置。例如，在如图10所示的又一个实施方式的EBG结构4”中，支路45’可以配置在EBG单位单元41的大致中央部。与上述的一个实施方式的EBG结构4相同的部件标注相同的附图标记，并省略详细的说明。
附图标记说明
1、10 印刷布线板
2 电源层
3 接地层
4、4’、4”、40 EBG结构
41 EBG单位单元
42、42’ 电源层图案
43 电容耦合元件
44、44a、44b 通孔
45、45’ 支路
46 狭缝
47 电源层电极
51～53 端口
9 绝缘层

Claims (3)

1.一种印刷布线板，其特征在于，
所述印刷布线板包含电源层，该电源层具有多个EBG单位单元，
该EBG单位单元形成为在电源层图案设置隔层从而配置电容耦合元件的结构，
所述电源层图案包含支路以及电源层电极，所述支路是使相邻的所述EBG单位单元之间连接的直流供电电路，
所述电源层电极与所述支路隔着狭缝相对，并且，通过所述电源层电极的边的端部进行连接，
所述电容耦合元件经由通孔与所述支路连接，
所述通孔设置在与所述支路连接的所述电源层电极的所述端部的相反侧的另一端。
2.根据权利要求1所述的印刷布线板，其中，
所述支路配置在EBG单位单元的端部。
3.根据权利要求1或2所述的印刷布线板，其中，
所述电源层电极与所述电容耦合元件的隔层的厚度为25μm以下。
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