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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Bandlückenstruktur und eine Leiterplatte mit einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur.
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Die
US 2005/0104678 A1 offenbart eine elektromagnetische Bandlückenstruktur zwischen benachbarten Leistungsebenen in einer mehrschichtigen gedruckten Schaltungsplatte. Dabei sind elektromagnetische Bandlückenstufen mit verschiedenen Stoppbändern kaskadiert. Jede Stufe besteht aus leitenden Anschlüssen und Durchführungen welche davon ausgehen und welche unter einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Durch umgeben einer Rauschquelle mit derartigen Stufen wird eine Unterdrückung elektromagnetischen Rauschens über vorgegebene Frequenzbänder erzielt.
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Die
US 2005/0029632 A1 offenbart, bei einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur den Fußpunkt der Durchkontaktierung der pilzförmigen Bandlückenstruktur mit einer spiralförmigen Leitung an die untere Metallschicht anzuschließen, sodass hierdurch eine zusätzliche Induktivität wirkt.
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Die vorliegende Erfindung geht aus von Leiterplatten und spezieller Leiterplatten, die ein Problem der Signalvermischung zwischen einem analogen Schaltkreis und einem digitalen Schaltkreis lösen kann.
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Um den heutigen Trend, Mobilität als eines der wichtigsten Themen zu betrachten, gerecht zu werden, wurden diverse Vorrichtungen wie etwa mobile Kommunikationsendgeräte, persönliche digitale Assistenten (PDA), Laptop-Computer und Digital-Multimedia-Broadcast-Einrichtungen (DMB) auf den Markt gebracht.
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Solche Vorrichtungen weisen eine Leiterplatte auf, deren Konfiguration analoge Schaltkreise (z. B. Hochfrequenzschaltkreise) und digitale Schaltkreise für die drahtlose Kommunikation kombiniert.
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Leiterplatte mit einem analogen und einem digitalen Schaltkreis zeigt. Zwar wird eine vierschichtige Leiterplatte dargestellt, doch können auch andere Leiterplatten verwendet werden, wie etwa zwei- oder sechsschichtige Leiterplatten. Es wird hierbei angenommen, dass es sich bei dem analogen Schaltkreis um einen Hochfrequenzschaltkreis (HF-Schaltkreis) handelt.
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Die Leiterplatte 100 weist Folgendes auf: Metallschichten 110-1, 110-2, 110-3 und 110-3(nachstehend gemeinsam: 110), dielektrische Schichten 120-1, 120-2 und 120-3 (nachstehend gemeinsam: 120), die zwischen den Metallschichten 110 gestapelt sind, einen digitalen Schaltkreis 130, der auf der obersten Metallschicht 110-1 montiert ist, und einen HF-Schaltkreis 140.
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Wenn angenommen wird, dass es sich bei der Metallschicht 110-2 um eine Masseschicht und bei der Metallschicht 110-3 um eine Versorgungsschicht handelt, so fließt durch eine Durchkontaktierung 160, welche die Masseschicht 110-2 und die Versorgungsschicht 110-3 miteinander verbindet, ein Strom, und die Leiterplatte 100 führt eine vorbestimmte Operation oder Funktion aus.
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Hierbei werden eine Betriebsfrequenz des digitalen Schaltkreises 130 und eine elektromagnetische Welle (EM-Welle) 150 durch Oberschwingungskomponenten an den HF-Schaltkreis 140 übertragen, wodurch ein Signalvermischungsproblem entsteht. Das Signalvermischungsproblem entsteht aufgrund der von dem digitalen Schaltkreis 130 ausgehenden EM-Welle, die eine Frequenz in dem Frequenzband aufweist, in welchem der HF-Schaltkreis 140 betrieben wird. Dieses Problem führt dazu, dass der exakte Betrieb des HF-Schaltkreises 140 behindert wird. Wenn der HF-Schaltkreis 140 beispielsweise ein Signal empfangen soll, das in einem bestimmten Frequenzband liegt, so kann die Übertragung der EM-Welle 150, welche Signale enthält, die in dem bestimmten Frequenzband liegen, von dem digitalen Schaltkreis 130 es schwierig machen, das in dem bestimmten Frequenzband liegende Signal exakt zu empfangen.
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Das Signalvermischungsproblem zu lösen wird aufgrund der höheren Komplexität elektronischer Vorrichtungen und der höheren Betriebsfrequenz digitaler Schaltkreise 130 immer schwieriger.
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Das Verfahren mit Entkopplungskondensator – eine typische Lösung für Leistungsrauschen – eignet sich nicht für hohe Frequenzen. Demgemäß ist es notwendig, das Rauschen der hohen Frequenzen zwischen dem HF-Schaltkreis 140 und dem digitalen Schaltkreis 130 abzufangen oder zu vermindern.
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2 ist eine Schnittansicht, welche eine elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt, die ein Problem der Signalvermischung zwischen einem analogen Schaltkreis und einem digitalen Schaltkreis mit herkömmlicher Technik löst, und 3 ist eine Draufsicht, die eine Metallplattenkonfiguration der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandlückenstruktur zeigt. 4 ist eine perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandlückenstruktur, und 5 ist ein Ersatzschaltbild für die in 2 gezeigte elektromagnetische Bandlückenstruktur.
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Die elektromagnetische Bandlückenstruktur 200 weist eine erste Metallschicht 210-1, eine zweite Metallschicht 210-2, eine erste dielektrische Schicht 220a, eine zweite dielektrische Schicht 220b, eine Metallplatte 232 und eine Durchkontaktierung 234 auf.
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Die erste Metallschicht 210-1 und die Metallplatte 232 sind über die Durchkontaktierung 234 miteinander verbunden. Die Metallplatte 232 und die Durchkontaktierung 234 bilden zusammen eine pilzartige Struktur 230 aus (siehe 4).
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Falls die erste Metallschicht 210-1 eine Masseschicht ist, ist die zweite Metallschicht 210-2 eine Versorgungsschicht. Und falls die erste Metallschicht 210-1 die Versorgungsschicht ist, ist die zweite Schicht 210-2 die Masseschicht.
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Mit anderen Worten führt das wiederholte Ausbilden der pilzartigen Struktur 230 (siehe 3) zu einer Bandlückenstruktur, welche ein Signal in einem bestimmten Frequenzband an der Fortpflanzung hindert. Die pilzartigen Strukturen 230 einschließlich der Metallplatten 232 und der Durchkontaktierungen 234 werden derzeit wiederholt zwischen der Masseschicht und der Versorgungsschicht ausgebildet.
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Die Funktion, die ein Signal in einem bestimmten Frequenzband an der Fortpflanzung hindert und auf dem ohmschen Widerstand RE und RP, dem induktiven Widerstand LE and LP, dem kapazitiven Widerstand CE, CP und CG und dem Leitwert GP und GE basiert, wird durch das in 5 gezeigte Ersatzschaltbild angenähert.
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Ein mobiles Kommunikationsendgerät ist ein gutes Beispiel für eine elektronische Vorrichtung, welche eine Leiterplatte einsetzt, die mit dem digitalen Schaltkreis und dem HF-Schaltkreis zusammen realisiert ist. Im Falle des mobilen Kommunikationsendgeräts muss zur Lösung des Signalvermischungsproblems Rauschen im Betriebsfrequenzband des HF-Schaltkreises zwischen 0,8 und 2,0 GHz abgeschirmt werden. Außerdem wird eine kleine pilzartige Struktur benötigt. Die vorstehende elektromagnetische Bandlückenstruktur kann jedoch die beiden zur Lösung des Signalvermischungsproblems notwendigen Bedingungen möglicherweise nicht erfüllen.
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Da die pilzartige Struktur von kleinerer Größe dazu führt, dass das Bandlücken-Frequenzband, welches das Rauschen abschirmt, ansteigt, kann das mobile Kommunikationsendgerät im Betriebsfrequenzband des HF-Schaltkreises zwischen 0,8 und 2,0 GHz nicht effektiv betrieben werden.
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Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Bandlückenstruktur und eine Leiterplatte, die auch ohne Erhöhung der Größe ein niedriges Bandlücken-Frequenzband ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung schafft außerdem eine elektromagnetische Bandlückenstruktur und eine Leiterplatte, die bei einer elektronischen Vorrichtung (z. B. einem mobilen Kommunikationsendgerät), welche eine Leiterplatte mit darin gemeinsam realisiertem digitalem Schaltkreis und HF-Schaltkreis einsetzt, ein Signalvermischungsproblem lösen können.
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Außerdem schafft die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Bandlückenstruktur und eine Leiterplatte, die Rauschen mit einem bestimmten Frequenzband daran hindern kann, sie zu durchdringen.
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Unter einer vorteilhaften Ausgestaltung stellt die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Bandlückenstruktur bereit, die Folgendes aufweist: eine erste Metallschicht; eine erste dielektrische Schicht, die über die erste Metallschicht gestapelt ist; eine erste Metallplatte, die über die erste dielektrische Schicht gestapelt ist; eine erste Durchkontaktierung, die die erste Metallschicht mit der ersten Metallplatte verbindet; eine zweite dielektrische Schicht, die über die erste Metallplatte und die erste dielektrische Schicht gestapelt ist; eine zweite Metallschicht, die über die zweite dielektrische Schicht gestapelt ist und ein an einer vorbestimmten Position ausgebildetes Loch aufweist; eine dritte dielektrische Schicht, die über die zweite Metallschicht gestapelt ist; eine zweite Metallplatte, die über die dritte dielektrische Schicht gestapelt ist und eine zweite Durchkontaktierung, welche das in der zweiten Metallschicht gebildete Loch durchdringt und die erste Metallplatte mit der zweiten Metallplatte verbindet.
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Die zweite Durchkontaktierung kann dergestalt ausgebildet werden, dass ihre Mittenachse identisch mit der ersten Durchkontaktierung ist, und die zweite Durchkontaktierung kann so ausgebildet werden, dass ihre Mittenachse identisch mit dem Loch ist. Hierbei kann ein Durchmesser des Loches größer als der Durchmesser der zweiten Durchkontaktierung eingestellt sein.
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Es können mehrere zweischichtige pilzartige Strukturen einschließlich der ersten Metallplatten, der ersten Durchkontaktierungen, der zweiten Metallplatten und der zweiten Durchkontaktierungen vorliegen. Hierbei können in der zweiten Metallschicht gemäß den Positionen der einzelnen zweiten Durchkontaktierungen der zweischichtigen pilzartigen Strukturen mehrere Löcher ausgebildet werden.
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Die mehreren Löcher können in regelmäßigen Abständen zueinander ausgebildet werden.
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Unter einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schafft die vorliegende Erfindung eine elektromagnetische Bandlückenstruktur, die eine Metallschicht und mehrere pilzartige Strukturen einschließlich Metallplatten und Durchkontaktierungen aufweist. Die mehreren pilzartigen Strukturen können hierbei auf der Metallschicht in einer gestapelten Struktur ausgebildet sein.
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Hierbei können die einzelnen Platten von jeweils zwei beliebigen benachbarten pilzartigen Strukturen zwischen Metallschichten ausgebildet sein.
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Unter einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schafft die Erfindung eine Leiterplatte mit einem analogen und einem digitalen Schaltkreis. Die Leiterplatte kann eine zwischen dem analogen Schaltkreis und dem digitalen Schaltkreis angeordnete elektromagnetische Bandlückenstruktur aufweisen, welche Folgendes aufweist: eine erste Metallschicht; eine erste dielektrische Schicht, die über die erste Metallschicht gestapelt ist; eine erste Metallplatte, die über die erste dielektrische Schicht gestapelt ist; eine erste Durchkontaktierung, die die erste Metallschicht mit der ersten Metallplatte verbindet; eine zweite dielektrische Schicht, die über die erste Metallplatte und die erste dielektrische Schicht gestapelt ist; eine zweite Metallschicht, die über die zweite dielektrische Schicht gestapelt ist und ein an einer vorbestimmten Position ausgebildetes Loch aufweist; eine dritte dielektrische Schicht, die über die zweite Metallschicht gestapelt ist; eine zweite Metallplatte, die über die dritte dielektrische Schicht gestapelt ist und eine zweite Durchkontaktierung, welche das in der zweiten Metallschicht ausgebildete Loch durchdringt und die erste Metallplatte mit der zweiten Metallplatte verbindet.
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Bei der ersten Metallschicht kann es sich um eine Masseschicht oder um eine Versorgungsschicht handeln, und die zweite Metallschicht kann die jeweils andere Schicht sein.
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Die zweite Durchkontaktierung kann dergestalt ausgebildet sein, dass ihre Mittenachse identisch mit der ersten Durchkontaktierung ist, und die zweite Durchkontaktierung kann so ausgebildet werden, dass ihre Mittenachse identisch mit dem Loch ist. Hierbei kann ein Durchmesser des Loches größer als der Durchmesser der zweiten Durchkontaktierung eingestellt sein.
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Es können mehrere zweischichtige pilzartige Strukturen einschließlich der ersten Metallplatten der ersten Durchkontaktierungen, der zweiten Metallplatten und der zweiten Durchkontaktierungen vorliegen. Hierbei können in der zweiten Metallschicht gemäß den Positionen der einzelnen zweiten Durchkontaktierungen der zweischichtigen pilzartigen Strukturen mehrere Löcher ausgebildet werden.
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Die mehreren Löcher können in regelmäßigen Abständen zueinander ausgebildet werden.
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Bei dem analogen Schaltkreis kann es sich um einen HF-Schaltkreis handeln, welcher ein Funksignal von außerhalb empfängt.
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Unter einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schafft die Erfindung eine Leiterplatte mit einem analogen und einem digitalen Schaltkreis. Die Leiterplatte kann eine zwischen dem analogen Schaltkreis und dem digitalen Schaltkreis angeordnete elektromagnetische Bandlückenstruktur aufweisen, welche eine Metallschicht und mehrere pilzartige Strukturen einschließlich Metallplatten und Durchkontaktierungen aufweist. Die mehreren pilzartigen Strukturen können hierbei auf der Metallschicht in einer gestapelten Struktur ausgebildet werden.
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Hierbei können die einzelnen Platten von jeweils zwei beliebigen benachbarten pilzartigen Strukturen zwischen Metallschichten ausgebildet sein.
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Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich anhand der folgenden Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der begleitenden Zeichnungen besser verstehen.
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Leiterplatte mit einem analogen und einem digitalen Schaltkreis zeigt.
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2 ist eine Schnittansicht, welche eine elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt, die ein Problem der Signalvermischung zwischen einem analogen Schaltkreis und einem digitalen Schaltkreis mit herkömmlicher Technik löst.
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3 ist eine Draufsicht, die eine Metallplattenkonfiguration der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandlückenstruktur zeigt.
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4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die in 2 gezeigte elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt.
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5 zeigt ein Ersatzschaltbild für die in 2 gezeigte elektromagnetische Bandlückenstruktur.
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6 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt, die ein Problem der Signalvermischung zwischen einem analogen Schaltkreis und einem digitalen Schaltkreis löst.
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7 ist eine Schnittansicht, welche die in 6 gezeigte elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt.
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8 ist ein Schaubild, das computersimulierte Ergebnisse bei Verwendung einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur nach Stand der Technik und bei Verwendung einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Da zahlreiche Umordnungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, werden anhand der beigefügten Zeichnungen bestimmte Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben. In den Zeichnungen haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen. Sofern bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung die Beschreibung einer bestimmten Technologie nicht den Kern der vorliegenden Erfindung betrifft, wird die betreffende detaillierte Beschreibung ausgelassen.
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Wenn von einem Element gesagt wird, dass es mit einem anderen Element „verbunden” oder an dieses „angeschlossen” ist, so ist dies dahingehend aufzufassen, dass das Element entweder direkt mit dem anderen Element verbunden bzw. an dieses angeschlossen ist, oder dass sich möglicherweise auch ein weiteres Element zwischen den beiden Elementen befindet. Wenn andererseits von einem Element gesagt wird, dass es mit einem anderen Element „direkt verbunden” bzw. an dieses „direkt angeschlossen” ist, so ist dies dahingehend aufzufassen, dass sich zwischen den beiden Elementen kein weiteres Element befindet.
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Nachstehend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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6 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt, die ein Problem der Signalvermischung zwischen einem analoge Schaltkreis und einem digitalen Schaltkreis löst, und 7 ist eine Schnittansicht, die eine in 6 gezeigte elektromagnetische Bandlückenstruktur zeigt.
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Es wird auf 6 und 7 Bezug genommen. Die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine erste Metallschicht 210-1, eine zweite Metallschicht 210-2 mit einem an einer vorbestimmten Position ausgebildeten Loch 350, eine erste dielektrische Schicht 220a, eine zweite dielektrische Schicht 220b, eine dritte dielektrische Schicht 220c, eine erste Metallplatte 330, eine zweite Metallplatte 335, eine erste Durchkontaktierung 340 und eine zweite Durchkontaktierung 345 aufweisen.
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Mit anderen Worten kann die erste dielektrische Schicht 220a über die erste Metallschicht 210-1 gestapelt sein, und die erste Metallplatte 330 kann über die erste dielektrische Schicht 220a gestapelt sein. Die erste Metallschicht 210-1 und die erste Metallplatte 330 können über die erste Durchkontaktierung 340 miteinander verbunden sein. Die zweite dielektrische Schicht 220b kann über die erste Metallplatte 330 und die erste dielektrische Schicht 220a gestapelt sein, und die zweite Metallschicht 210-2 kann über die zweite dielektrische Schicht 220b gestapelt sein. Die dritte dielektrische Schicht 220c kann über die zweite Metallschicht 210-2 gestapelt sein, und die zweite Metallplatte 335 kann über die dritte dielektrische Schicht 220c gestapelt sein. Die erste Metallplatte 330 und die zweite Metallschicht 335 können über die zweite Durchkontaktierung 345, welche das in der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildete Loch 350 durchdringt, miteinander verbunden sein. Hierbei können die erste Metallplatte 330, die erste Durchkontaktierung 340, die zweite Metallplatte 335 und die zweite Durchkontaktierung 345 auf eine Art und Weise angeordnet sein, in welcher die pilzartigen Strukturen zu einer zweischichtigen Struktur gestapelt sind (nachstehend: „gestapelte pilzartige Struktur 370”), wobei die erste Metallschicht 210-1 als Grundfläche genommen wird.
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Wie anhand von 6 und 7 beschrieben wurde, basiert die nachstehende Beschreibung auf derjenigen Anordnung, in welcher die pilzartigen Strukturen zu einer zweischichtigen Struktur (d. h., die zweischichtige pilzartige Struktur) gestapelt sind. Allerdings ist die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung nicht auf die zweischichtige pilzartige Struktur beschränkt. Alternativ hierzu kann die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 eine Art der Anordnung aufweisen, in welcher die pilzartigen Strukturen zu einer drei-, vier- oder mehrschichtigen Struktur gestapelt sind.
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Mit anderen Worten: Die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung kann mehrere pilzartige Strukturen mit Metallplatten und Durchkontaktierungen aufweisen. Die mehreren pilzartigen Strukturen können hierbei auf einer beliebigen der Metallschichten in der gestapelten Struktur ausgebildet sein. Hierbei können die einzelnen Metallplatten von jeweils zwei beliebigen benachbarten pilzartigen Strukturen zwischen Metallschichten ausgebildet sein.
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Nachstehend werden die einzelnen Elemente der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die erste Metallschicht 210-1 und die zweite Metallschicht 210-2 können als Mittel zum Anschließen einer elektrischen Stromversorgung benutzt werden. Falls zum Beispiel die erste Metallschicht 210-1 eine Masseschicht ist, kann die zweite Metallschicht 210-2 eine Versorgungsschicht sein. Falls die erste Metallschicht 210-1 die Versorgungsschicht ist, kann die zweite Metallschicht 210-2 die Masseschicht sein. Mit anderen Worten: Von der ersten Metallschicht 210-1 und der zweiten Metallschicht 210-2 kann eine die Masseschicht und die andere die Versorgungsschicht sein, die nahe beieinander angeordnet sind, und zwischen der Masseschicht und der Versorgungsschicht kann eine dielektrische Schicht 220 angeordnet sein.
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Dementsprechend ist es natürlich, dass ohne Einschränkung jedes metallische Material benutzt werden kann, das mit Strom versorgt werden und ein elektrisches Signal übertragen kann. Dasselbe gilt für die erste Metallplatte 330, die zweite Metallplatte 335, die erste Durchkontaktierung 340 und die zweite Durchkontaktierung 345, die nachstehend beschrieben werden.
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Die dielektrische Schicht 220 kann zwischen der ersten Metallschicht 210-1 und der zweiten Metallschicht 210-2 und in einem oberen Teil der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildet sein. Die dielektrische Schicht 220 lässt sich gemäß den jeweiligen Ausbildungszeitpunkten weiter unterscheiden in die erste dielektrische Schicht 220a, die zweite dielektrische Schicht 220b und die dritte dielektrische Schicht 220c.
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Die erste dielektrische Schicht 220a, die zweite dielektrische Schicht 220b und die dritte dielektrische Schicht 220c können hierbei jeweils aus Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten bestehen, jedoch kann alternativ hierzu mindestens eine dielektrische Schicht aus Materialien mit derselben Dielektrizitätskonstante bestehen. Zum Beispiel können die zweite dielektrische Schicht 220b und die dritte dielektrische Schicht 220c unter Verwendung desselben dielektrischen Materials ausgebildet werden, um den Stapelungsvorgang und die Anpassung der Bandlückenfrequenz zu vereinfachen.
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Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, durch geeignetes Auswählen bzw. Anpassen des dielektrischen Materials (d. h., der entsprechenden Dielektrizitätskonstante) in den einzelnen dielektrischen Schichten ein gewünschtes Bandlücken-Frequenzband (d. h., zwischen 0,8 und 2,0 GHz) anzunähern. Natürlich können zur Annäherung an das gewünschte Bandlücken-Frequenzband auch die einzelnen Stapeldicken der drei dielektrischen Schichten 220a, 220b und 220c auf geeignete Weise angepasst werden.
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Obwohl die elektromagnetischen Bandlückenstrukturen 300 dieselbe Größe aufweisen, kann sich die entsprechende Bandlückenfrequenz dem gewünschten Frequenzband annähren, indem man beispielsweise die Schichtdicke der zweiten dielektrischen Schicht 220b oder der dritten dielektrischen Schicht 220c wesentlich verringert und die Schichtdicke der ersten dielektrischen Schicht 220a genau so weit erhöht, wie man die Schichtdicke der zweiten dielektrischen Schicht 220b oder der dritten dielektrischen Schicht 220c verringert hat. Die Bandlückenfrequenz kann hier diejenige Frequenz aus der von einer Seite auf die andere Seite übertragenen elektromagnetischen Welle bezeichnen, deren Übertragung verhindert wird.
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Die erste Durchkontaktierung 340 kann die erste Metallschicht 210-1 mit der ersten Metallplatte 330 verbinden. Außerdem kann die zweite Durchkontaktierung 345 die erste Metallplatte 330 mit der zweiten Metallplatte 335 verbinden. Hierbei kann, wie in 6 und 7 gezeigt, die zweite Durchkontaktierung 345 dergestalt ausgebildet sein, dass sie dieselbe Mittenachse wie die erste Durchkontaktierung 340 aufweist. Natürlich kann die zweite Durchkontaktierung 345 mit einer anderen Mittenachse als die erste Durchkontaktierung 340 ausgebildet werden. Um das Verfahren zum Ausbilden dieser Durchkontaktierungen zu beschreiben, wird nachstehend beispielhaft das Verfahren zum Ausbilden der ersten Durchkontaktierung 340 beschrieben.
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Die erste Metallschicht 210-1, die erste dielektrische Schicht 220a und die erste Metallplatte 330 können sukzessive übereinander gestapelt werden. An einer Position auf der Metallplatte 330 kann eine Durchkontaktierungs-Anschlussfläche (nicht gezeigt) ausgebildet werden. Bei der Position auf der Metallplatte 330 kann es sich hierbei um die Position handeln, an welcher die Durchkontaktierung 340 für die elektrische Verbindung mit der ersten Metallschicht 210-1 ausgebildet werden soll. Die Durchkontaktierungs-Anschlussfläche, die dazu dient, den Positionsfehler bei dem Bohrvorgang zum Ausbilden der ersten Durchkontaktierung 340 zu reduzieren, kann größer als die Querschnittsfläche der ersten Durchkontaktierung 340 ausgebildet werden. Dann kann durch den Bohrvorgang die Durchkontaktierung dergestalt ausgebildet werden, dass sie die Durchkontaktierungs-Anschlussfläche und die erste dielektrische Schicht 220a durchdringt. Alternativ hierzu kann die Durchkontaktierung dergestalt ausgebildet werden, dass sie die Durchkontaktierungs-Anschlussfläche, die erste dielektrische Schicht 220a und die erste Metallschicht 210-1 durchdringt. Nachdem die Durchkontaktierung ausgebildet worden ist, kann der Galvanisiervorgang ausgeführt werden, bei dem eine galvanisierte Schicht auf der Innenwand der Durchkontaktierung ausgebildet wird, um die erste Metallschicht 210-1 elektrisch mit der ersten Metallplatte 330 zu verbinden. Bei dem Galvanisiervorgang kann eine galvanisierte Schicht auf der Innenwand der Durchkontaktierung ausgebildet werden, wobei die Durchkontaktierung innen in der Mitte frei bleibt, oder das Innere der Durchkontaktierung kann komplett ausgefüllt werden. Falls das Innere der Durchkontaktierung in der Mitte frei geblieben ist, kann die freie Mitte mit dem dielektrischen Metall oder mit Luft gefüllt werden. Als Ergebnis der vorstehend genannten Prozesse kann die erste Durchkontaktierung 340 ein Ende 340a aufweisen, das mit der ersten Metallschicht 210-1 verbunden ist, und das andere Ende 340b kann mit der ersten Metallplatte 330 verbunden sein.
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Die zweite Durchkontaktierung 345 kann mit ähnlichen Prozessen wie den genannten Prozessen zum Ausbilden der ersten Durchkontaktierung 340 ausgebildet werden. Als Ergebnis der Prozesse kann die zweite Durchkontaktierung 345 ein Ende 345a aufweisen, das mit der ersten Metallplatte 330 verbunden ist, und das andere Ende 345b kann mit der zweiten Metallplatte 335 verbunden sein. Natürlich kann der Vorgang des Ausbildens des Loches 350 ausgeführt werden, indem ein vorbestimmter Teil der zweiten Metallschicht 210-2 entfernt wird, bevor die zweite Durchkontaktierung 345, welche die erste Metallplatte 330 mit der zweiten Metallplatte 335 verbindet, ausgebildet wird. Zum Beispiel kann das Loch 350 an einer Position der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildet werden, und dann kann die zweite Durchkontaktierung 345 ausgebildet werden, die das Loch 350 durchdringt. Hierbei kann der Vorgang des Ausbildens des Loches 350 ausgeführt werden, nachdem die dritte dielektrische Schicht 220c über die zweite Metallschicht 210-2 gestapelt worden ist, oder bevor die dritte dielektrische Schicht 220c aufgestapelt wird.
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Hierbei kann die zweite Durchkontaktierung 345 dergestalt ausgebildet werden, dass sie dieselbe Mittenachse wie das Loch 350 aufweist, damit die Metallplatten durch Durchdringen des in der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildeten Loches 350 miteinander verbunden werden können. Ebenso kann das in der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildete Loch 350 einen größeren Durchmesser als die zweite Durchkontaktierung 345 aufweisen, damit die zweite Durchkontaktierung 345 das in der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildete Loch 350 durchdringen und die Metallplatten miteinander verbinden kann.
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6 und 7 zeigen zwar den Fall, dass mit jeder Metallplatte nur eine erste Durchkontaktierung 340 und eine zweite Durchkontaktierung 345 verbunden sind, jedoch können mit jeder Metallplatte mehrere Durchkontaktierungen verbunden sein. Außerdem haben die erste Metallplatte 330 und die zweite Metallplatte 335 zwar eine regelmäßige quadratische Form, jedoch können die erste Metallplatte 330 und die zweite Metallplatte 335 verschiedene Formen aufweisen wie beispielsweise Polygone, Dreiecke, Sechsecke, Kreise und Ellipsen.
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Außerdem können mehrere gestapelte Strukturen 370 (z. B. eine zweischichtige pilzartige Struktur in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) einschließlich der ersten Metallplatte 330, der ersten Durchkontaktierung 340, der zweiten Metallplatte 335 und der zweiten Durchkontaktierung 345 beispielsweise wie in 3 beschrieben angeordnet sein. Mit anderen Worten ist es möglich, aus der elektromagnetischen Welle, die sich von dem digitalen Schaltkreis zu dem analogen Schaltkreis fortpflanzt, ein Signal mit einem Frequenzband abzublocken, das dem Betriebsfrequenzband des analogen Schaltkreises (z. B., des HF-Schaltkreises) entspricht, indem man die gestapelten Strukturen 370 wiederholt in vorbestimmten Abständen zueinander anordnet.
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Hierfür kann die zweite Metallschicht 210-2 mehrere Löcher 350 ausbilden, und die gestapelten Strukturen 370 können nacheinander an Positionen angeordnet werden, die den Positionen entsprechen, an denen die einzelnen Löcher 350 ausgebildet sind. Hierbei können die ersten Metallplatten 330 der mehreren angeordneten gestapelten Strukturen 370 auf derselben oder unterschiedlichen planaren Flächen angeordnet sein (für die zweiten Metallplatten 335 gilt dasselbe). Außerdem können die mehreren Löcher 350 in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet und in der zweiten Metallschicht 210-2 ausgebildet sein.
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Wenn somit die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 mit der gestapelten Struktur 370 einschließlich der ersten Metallplatte 330, der ersten Durchkontaktierung 340, der zweiten Metallplatte 335 und der zweiten Durchkontaktierung 345 innerhalb der Leiterplatte, welche den analogen Schaltkreis und den digitalen Schaltkreis aufweist, angeordnet wird, lässt sich die Bandlückenfrequenz absenken, da ein der Durchkontaktierung entsprechender induktiver Widerstandswert und ein der dielektrischen Schicht entsprechender kapazitiver Widerstandswert im Vergleich zu der herkömmlichen elektromagnetischen Bandlückenstruktur aus 4 genügend besser erlangt werden können. Dies wird anhand 8 deutlicher beschrieben.
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Wie oben beschrieben wurde, kann die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung in einer Leiterplatte angeordnet sein, die einen analogen Schaltkreis und einen digitalen Schaltkreis aufweist. Mit anderen Worten: Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leiterplatte den analogen Schaltkreis und den digitalen Schaltkreis aufweisen. Bei dem analogen Schaltkreis kann es sich hierbei um einen HF-Schaltkreis wie etwa eine Antenne handeln, die ein Funksignal von außerhalb empfängt.
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Bei der Leiterplatte der vorliegenden Erfindung kann die in 6 und 7 gezeigte elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 zwischen dem analogen Schaltkreis und dem digitalen Schaltkreis angeordnet sein. Zum Beispiel kann die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 zwischen dem HF-Schaltkreis 140 und dem digitalen Schaltkreis 130 der in 1 gezeigten Leiterplatte angeordnet sein. Dies dient dazu, aus der übertragenen elektromagnetischen Welle eine elektromagnetische Welle abzublocken, deren Frequenzband dem Betriebsfrequenzband (z. B. 0,8 bis 2,0 GHz) des HF-Schaltkreises 140 ähnelt, indem die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 dergestalt angeordnet wird, dass die von dem digitalen Schaltkreis 130 generierte elektromagnetische Welle notwendigerweise die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 passieren muss, bevor sie an den HF-Schaltkreis 140 übertragen wird.
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Dementsprechend kann die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung in Form einer geschlossenen Kurve um den HF-Schaltkreis 140 und den digitalen Schaltkreis 130 angeordnet werden. Alternativ hierzu kann die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 in einem Signalübertragungsweg zwischen dem digitalen Schaltkreis und dem analogen Schaltkreis angeordnet werden. Es ist offensichtlich, dass die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 auf verschiedene Art und Weise angeordnet werden kann.
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Wie oben beschrieben wurde, kann durch Anordnen der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 im Innern der Leiterplatte eine elektromagnetische Welle mit einem Frequenzband der von dem digitalen Schaltkreis an den analogen Schaltkreis übertragenen elektromagnetischen Welle an der Ausbreitung gehindert werden. Dies kann das Signalvermischungsproblem lösen.
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8 ist ein Schaubild, das computersimulierte Ergebnisse bei Verwendung einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur nach Stand der Technik und bei Verwendung einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 und die nachstehende Tabelle 1 zeigen computersimulierte Ergebnisse, die den Fall der herkömmlichen elektromagnetischen Bandlückenstruktur 200 (siehe (a) in 8) mit dem Fall der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung (siehe (b) in 8) vergleichen.
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Es muss allerdings klar sein, dass, trotz derselben Designbedingung, 8 und die nachstehende Tabelle 1 lediglich Beispiele sind, die zeigen, dass durch die gestapelte Struktur wie die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung das Bandlücken-Frequenzband gegenüber der herkömmlichen elektromagnetischen Bandlückenstruktur 200 deutlich abgesenkt werden kann.
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Mit anderen Worten: Die für die einzelnen Parameter in der folgenden Tabelle 1 gezeigten Zahlen können lediglich zu Vergleichszwecken identisch gesetzte Werte sein, und natürlich kann, wenn man das von der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung abgeblockte Bandlücken-Frequenzband regeln will, die elektromagnetische Bandlückenstruktur durch geeignetes Anpassen verschiedener Bedingungen wie der Größe der elektromagnetischen Bandlückenstruktur und der Dicke, der Dielektrizitätskonstante und der Konfiguration der einzelnen Elemente auf jedes gewünschte oder ein niedrigeres Bandlücken-Frequenzband ausgelegt werden.
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Vor der Beschreibung in Bezug auf
8 und die folgende Tabelle 1 werden die einzelnen Parameter der folgenden Tabelle 1 beschrieben. Die „Strukturgröße” bezieht sich auf die Größe (Fläche) der Metallplatte in einer elektromagnetischen Bandlückenstruktur (siehe
232 in
3 oder
330(
335) in
6); der „Strukturabstand” bezieht sich auf den räumlichen Abstand zwischen zwei benachbarten elektromagnetischen Bandlückenstrukturen. Die „Dicke der oberen dielektrischen Schicht(en)” bezieht sich auf die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht
220b bei der herkömmlichen elektromagnetischen Bandlückenstruktur
200 und die Dicke der zweiten und der dritten dielektrischen Schicht
220b und
220c bei der elektromagnetischen Bandlückenstruktur
300 der vorliegenden Erfindung. Die „Dicke der unteren dielektrischen Schicht” bezieht sich auf die Dicke der ersten dielektrischen Schicht
220a bei der herkömmlichen elektromagnetischen Bandlückenstruktur
200 und der elektromagnetischen Bandlückenstruktur
300 der vorliegenden Erfindung. [Tabelle 1]
| Herkömmliche Struktur (in Fig. 4 gezeigt) | Erfindungsgemäße Struktur (in Fig. 6 gezeigt) |
Strukturgröße | 81 mm2 (9 × 9) | 81 mm2 (9 × 9) |
Dicke der oberen dielektri-schen Schicht(en) | 35 μm | 35 μm |
Dicke der unteren dielektri-schen Schicht | 100 μm | 100 μm |
Strukturabstand | 1 mm | 1 mm |
Bandlückenfrequenz (bei (–)60 dB) | 1,54 GHz bis 2,55 GHz | 1,05 GHz bis 2,39 GHz |
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Es wird auf 8 und Tabelle 1 Bezug genommen. Obwohl die herkömmliche elektromagnetische Bandlückenstruktur 200 und die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung dieselben Designbedingungen wie etwa die Größe der Struktur aufweisen, lässt sich erkennen, dass die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung ein Bandlücken-Frequenzband aufweist, das um ca. 0,5 GHz oder mehr unter dem der herkömmlichen elektromagnetischen Bandlückenstruktur liegt. Dies liegt daran, dass die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung eine Struktur aufweist, bei welcher die pilzartigen Strukturen in zweischichtiger Form gestapelt sind (d. h., die gestapelte Struktur). Dies lässt sich anhand des Ersatzschaltbilds aus 5 beschreiben.
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Die elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung kann dank der gestapelten Struktur eine höhere induktive Widerstandskomponente entsprechend der Längsrichtung der zweiten Durchkontaktierung 345 (siehe die LE-Komponente bei der Durchkontaktierung 234 in 5) erlangen als die herkömmliche elektromagnetische Bandlückenstruktur 200. Außerdem kann ein höherer kapazitiver Widerstandswert entsprechend dem dielektrischen Material in der dritten dielektrischen Schicht 220c und der entsprechenden Dicke (siehe Komponenten CE und CP bei der dielektrischen Schicht 220 in 5) erlangt werden. Somit kann das von der elektromagnetische Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung abgeblockte Bandlücken-Frequenzband durch die zusätzlich erlangten induktiven und kapazitiven Widerstandswerte gegenüber der herkömmlichen Struktur abgesenkt werden.
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Wenn dementsprechend bei der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 mit der gestapelten Struktur wie bei der vorliegenden Erfindung viel mehr pilzartige Strukturen übereinander gestapelt sind (d. h., in mehrschichtiger Form), lässt sich leicht erkennen, dass es möglich ist, das Bandlücken-Frequenzband noch weiter abzusenken, da die erlangten induktiven und kapazitiven Widerstandswerte erhöht werden.
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Es lässt sich auch leicht erkennen, dass die zweischichtige gestapelte Struktur der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung äußerst nützlich und geeignet ist, weil die meisten der typischen für elektronische Vorrichtungen verwendeten Leiterplatten eine mehrschichtige Struktur aufweisen (z. B. weisen Leiterplatten von Mobiltelefonen acht- oder zehnschichtige Strukturen auf). Mit anderen Worten: Da die Leiterplatte selbst mit mehreren Schichten konfiguriert ist, müssen bei Anwendung der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung in der Leiterplatte keine zusätzlichen Stapelungsvorgänge eingeführt werden, und die Höhe und das Volumen der Leiterplatte können unverändert beibehalten werden.
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Außerdem kann mit der elektromagnetischen Bandlückenstruktur 300 der vorliegenden Erfindung das Bandlücken-Frequenzband weiter abgesenkt oder ein gewünschtes Bandlücken-Frequenzband gewählt werden, indem man einfach die Konfiguration ändert, ohne dass ein Designprozess notwendig würde, in dessen Rahmen Größe, Menge und Material der Struktur minutiös angepasst oder geändert werden, um das Bandlücken-Frequenzband abzusenken.