KR100871346B1 - Electromagnetic bandgap structure and printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함하는 인쇄회로기판의 단면도. 1 is a cross-sectional view of a printed circuit board including an analog circuit and a digital circuit.
도 2는 종래 기술에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 단면도.2 is a cross-sectional view of an electromagnetic bandgap structure that solves the mixed signal problem between analog and digital circuits in accordance with the prior art.
도 3은 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 금속판 배열 구조를 나타낸 평면도. 3 is a plan view showing a metal plate arrangement structure of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 사시도.4 is a perspective view of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG.
도 5는 도 2에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 등가회로도. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 2. FIG.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 입체 사시도.6 is a three-dimensional perspective view of an electromagnetic bandgap structure that solves the mixed signal problem between analog and digital circuits in accordance with one embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 배열 구조를 나타낸 평면도.7 is a plan view showing the arrangement of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG.
도 8은 도 6에 도시된 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과도. FIG. 8 is a result of computer simulation using the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 6 and the electromagnetic bandgap structure according to the prior art.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 혼합 신호 문제를 해결하는 전자기 밴드갭 구조물의 입체 사시도.9 is a three-dimensional perspective view of an electromagnetic bandgap structure that solves the mixed signal problem between analog and digital circuits in accordance with another embodiment of the present invention.
도 10은 도 9에 도시된 전자기 밴드갭 구조물의 배열 구조를 나타낸 평면도.10 is a plan view showing the arrangement of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG.
도 11은 도 9에 도시된 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과도. 11 is a result of computer simulation using the electromagnetic bandgap structure shown in Figure 9 and the electromagnetic bandgap structure according to the prior art.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
300, 400: 전자기 밴드갭 구조물300, 400: electromagnetic bandgap structure
310a, 310b: 금속층310a, 310b: metal layer
320a, 320b: 유전층320a, 320b: dielectric layer
330: 버섯형 구조물330: mushroom structure
332: 금속판 334: 비아332: metal plate 334: via
340: 금속선340: metal wire
345: 나선 구조의 금속선345: spiral metal wire
350: 홀350: hall
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. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a printed circuit board, and more particularly, to an electromagnetic bandgap structure and a printed circuit board which solve a mixed signal problem between an analog circuit and a digital circuit.
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. Recently, as mobility is important, various devices such as mobile communication terminals, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook computers, and DMB (Digital Multimedia Broadcasting) devices capable of wireless communication are being released.
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. These devices include printed circuit boards that consist of a combination of analog circuits (eg RF circuits) and digital circuits for wireless communication.
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. 1 is a cross-sectional view of a printed circuit board including an analog circuit and a digital circuit. Although the printed
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. The printed
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. Assuming that the metal layer 110-2 is a ground layer and the metal layer 110-3 is a power layer, a via connected between the ground layer 110-2 and the power layer 110-3. Current flows through the 160, and the
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 회 로(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.Here, the electromagnetic wave (EM wave) 150 due to the operating frequency of the
이러한 혼합 신호 문제는 전자 기기가 복잡해짐에 따라 디지털 회로(130)의 동작 주파수가 증가하고, 점점 복잡해짐에 따라 해결이 어려워지고 있다. The mixed signal problem is difficult to solve as the operating frequency of the
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. The decoupling capacitor method, which is a typical solution of power noise, is not an appropriate solution at high frequencies. Therefore, a study of a structure that blocks high frequency noise between RF circuits and digital circuits is required.
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. 2 is a cross-sectional view of an electromagnetic bandgap structure for solving a mixed signal problem between an analog circuit and a digital circuit according to the prior art, and FIG. 3 is a plan view showing a metal plate arrangement structure of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 4 is a perspective view of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 2, and FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 2.
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. The
제1 금속층(210-1)과 금속판(232)은 비아(234)를 통해 연결되어 있으며, 금 속판(232) 및 비아(234)는 버섯형(mushroom type) 구조물(230)을 형성한다(도 4 참조). The first metal layer 210-1 and the
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. When the first metal layer 210-1 is a ground layer The second metal layer 210-2 is a power layer, and when the first metal layer 210-1 is a power layer, the second metal layer is a power layer. 210-2 becomes a ground layer.
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. That is, by repeatedly arranging the
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. Functions that do not pass signals in a particular frequency band include resistance (R E , R P ), inductance (L E , L P ), capacitance (C E , C P , C G ) And the conductance (G P , G E ) components, which are expressed by approximating an equivalent circuit as shown in FIG. 5.
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. BACKGROUND OF THE INVENTION Representative electronic devices in which digital circuits and RF circuits are implemented and used on the same substrate are mobile communication terminals. In order to solve the mixed signal problem in the mobile communication terminal, noise shielding is required in the region of 0.8 to 2.0 GHz, which is an operating frequency of the RF circuit, and the size of the mushroom structure must be small to be used in the mobile communication terminal. However, when using the above-described electromagnetic bandgap structure there is a problem that does not satisfy both at the same time.
버섯형 구조물의 사이즈가 작아지면 노이즈가 차폐되는 밴드갭(bandgap) 주 파수가 높아지는 관계에 있어 상술한 이동 통신 단말에서 RF 회로의 동작 주파수인 0.8~2.0 GHz 영역에서 효과적이지 못하였다. As the size of the mushroom-shaped structure decreases, the bandgap frequency at which the noise is shielded increases, so that the above-described mobile communication terminal is not effective in the 0.8-2.0 GHz region of the operating frequency of the RF circuit.
따라서, 본 발명은 작은 크기를 가지면서도 낮은 밴드갭 주파수를 가지는 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention provides an electromagnetic bandgap structure and a printed circuit board having a small size and a low bandgap frequency.
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.The present invention also provides an electromagnetic bandgap structure and a printed circuit board that solve the mixed signal problem in an electronic device (for example, a mobile communication terminal, etc.) in which an RF circuit and a digital circuit are implemented in the same substrate.
또한, 본 발명은 특정 주파수의 노이즈를 통과시키지 않는 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판을 제공하는 것이다. The present invention also provides an electromagnetic bandgap structure and a printed circuit board which do not pass noise of a specific frequency.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다. Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소정 주파수 대역의 신호 전달을 방지하는 전자기 밴드갭 구조물이 제공된다. According to one aspect of the present invention, an electromagnetic bandgap structure is provided that prevents signal transmission in a predetermined frequency band.
전자기 밴드갭 구조물은, 제1 금속층; 상기 제1 금속층 상에 적층된 제1 유전층; 상기 제1 유전층 상에 적층된 금속판과, 일단이 상기 금속판에 연결된 비아(via)를 포함하는 버섯형 구조물; 상기 금속판 및 상기 제1 유전층 상에 적층된 제2 유전층; 및 상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함하되, 상기 비아의 타단은 상기 제1 금속층에 형성된 홀 내에 위치하고, 금속선을 통해 상기 제1 금속층과 연결된다. The electromagnetic bandgap structure includes a first metal layer; A first dielectric layer stacked on the first metal layer; A mushroom structure comprising a metal plate stacked on the first dielectric layer and vias connected at one end to the metal plate; A second dielectric layer stacked on the metal plate and the first dielectric layer; And a second metal layer stacked on the second dielectric layer, wherein the other end of the via is located in a hole formed in the first metal layer and is connected to the first metal layer through a metal wire.
여기서, 상기 비아의 타단은 상기 홀 내에 위치하는 비아 랜드와 연결되고, 상기 금속선은 상기 비아 랜드와 상기 제1 금속층을 연결할 수 있다. Here, the other end of the via may be connected to a via land located in the hole, and the metal line may connect the via land to the first metal layer.
그리고 상기 홀은 상기 비아와 상기 금속선을 수용할 수 있다.The hole may accommodate the via and the metal wire.
또한, 상기 버섯형 구조물은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 복수개가 존재할 수 있다. In addition, the mushroom structure may be a plurality between the first metal layer and the second metal layer.
또한, 상기 금속선은 상기 비아의 타단과 상기 제1 금속층을 연결하는 직선 형태이거나 상기 금속선은 상기 비아의 타단을 둘러싸는 나선 구조를 가질 수 있다.The metal wire may have a straight line connecting the other end of the via to the first metal layer, or the metal wire may have a spiral structure surrounding the other end of the via.
그리고 상기 비아에 상응하여 상기 금속판과 상기 제1 금속층 간에 직렬 연결되는 인덕턴스(inductance)를 이용하여 소정 주파수 대역의 전자파 전달을 방지하는 것이 가능하다. In addition, it is possible to prevent electromagnetic wave transmission in a predetermined frequency band by using an inductance connected in series between the metal plate and the first metal layer corresponding to the via.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함하고 있어 디지털 회로로부터 아날로그 회로로의 소정 주파수 대역의 신호 전달을 방지하는 인쇄회로기판이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a printed circuit board comprising an analog circuit and a digital circuit to prevent signal transmission of a predetermined frequency band from the digital circuit to the analog circuit.
인쇄회로기판은, 제1 금속층; 상기 제1 금속층 상에 적층된 제1 유전층; 상기 제1 유전층 상에 적층된 금속판과, 일단이 상기 금속판에 연결된 비아(via)를 포함하는 버섯형 구조물; 상기 금속판 및 상기 제1 유전층 상에 적층된 제2 유전 층; 및 상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 금속층을 포함하는 전자기 밴드갭 구조물이 상기 아날로그 회로와 상기 디지털 회로 사이에 배치되되, 상기 비아의 타단은 상기 제1 금속층에 형성된 홀 내에 위치하고, 금속선을 통해 상기 제1 금속층과 연결된다. The printed circuit board includes a first metal layer; A first dielectric layer stacked on the first metal layer; A mushroom structure comprising a metal plate stacked on the first dielectric layer and vias connected at one end to the metal plate; A second dielectric layer stacked on the metal plate and the first dielectric layer; And a second metal layer stacked on the second dielectric layer, the electromagnetic bandgap structure disposed between the analog circuit and the digital circuit, wherein the other end of the via is located in a hole formed in the first metal layer, and through a metal wire. It is connected to the first metal layer.
여기서, 상기 제1 금속층은 접지층(ground layer) 또는 전원층(power layer) 중 어느 하나이고, 상기 제2 금속층은 다른 하나일 수 있다. Here, the first metal layer may be either a ground layer or a power layer, and the second metal layer may be the other.
그리고 상기 아날로그 회로는 외부로부터의 무선 신호를 수신하는 안테나를 포함하는 RF 회로일 수 있다. The analog circuit may be an RF circuit including an antenna for receiving a radio signal from the outside.
또한, 상기 비아의 타단은 상기 홀 내에 위치하는 비아 랜드와 연결되고, 상기 금속선은 상기 비아 랜드와 상기 제1 금속층을 연결할 수 있다. The other end of the via may be connected to a via land located in the hole, and the metal line may connect the via land to the first metal layer.
그리고 상기 홀은 상기 비아와 상기 금속선을 수용할 수 있다. The hole may accommodate the via and the metal wire.
또한, 상기 버섯형 구조물은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 복수개가 존재할 수 있다.In addition, the mushroom structure may be a plurality between the first metal layer and the second metal layer.
또한, 상기 금속선은 상기 비아의 타단과 상기 제1 금속층을 연결하는 직선 형태이거나 상기 금속선은 상기 비아의 타단을 둘러싸는 나선 구조를 가질 수 있다. The metal wire may have a straight line connecting the other end of the via to the first metal layer, or the metal wire may have a spiral structure surrounding the other end of the via.
또한, 상기 비아에 상응하여 상기 금속판과 상기 제1 금속층 간에 직렬 연결되는 인덕턴스를 이용하여 소정 주파수 대역의 전자파 전달을 방지하는 것이 가능하다. In addition, it is possible to prevent electromagnetic wave transmission in a predetermined frequency band by using an inductance connected in series between the metal plate and the first metal layer corresponding to the via.
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 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
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. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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 6에 도시된 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과도이다. FIG. 6 is a three-dimensional perspective view of an electromagnetic bandgap structure for solving a mixed signal problem between an analog circuit and a digital circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 illustrates an arrangement structure of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 8 is a plan view illustrating a computer simulation using the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 6 and the electromagnetic bandgap structure according to the prior art.
일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(300)은 금속판(332)과 비아(334)를 포함하는 버섯형 구조물(330), 제1 금속층(310a), 제2 금속층(310b), 제1 유전층(320a) 및 제2 유전층(320b)을 포함한다. 여기서, 버섯형 구조물(330)은 소정 크기의 금속판(332)과, 일단(334a)이 금속판(332)에 연결되고 타단(334b)이 제1 금속층(310a)에 연결되는 비아(334)를 포함하여 구성된다. According to an embodiment, the
제1 금속층(310a)과 금속판(332)은 비아(334)를 통해 연결되어 있다. 보다 상세하게는 비아(334)의 타단(334b)이 비아 랜드(360)와 연결되고, 비아 랜드(360)가 금속선(340)을 통하여 제1 금속층(310a)과 연결되거나 비아 랜드 없이 비아(334)의 타단(334b)이 금속선(340)을 통하여 제1 금속층(310a)과 연결된다. The
제1 금속층(310a)과 제2 금속층(310b) 사이에는 유전층(320)이 적층되어 있다. 유전층(320)은 금속판(332)을 기준으로 형성 시기에 따라 제1 유전층(320a)과 제2 유전층(320b)으로 구분된다. The
제1 금속층(310a), 제2 금속층(310b), 금속판(332) 및 비아(334)는 전원이 공급되어 신호가 전달될 수 있는 금속 물질(예를 들어, 구리(Cu) 등)로 구성된다. The
제1 유전층(320a)과 제2 유전층(320b)은 동일한 유전 물질 또는 유전율이 동 일하거나 서로 다른 유전 물질로 구성될 수 있다. The
제1 금속층(310a)이 접지층(ground layer)인 경우 제2 금속층(310b)은 전원층(power layer)이며, 제1 금속층(310a)이 전원층인 경우 제2 금속층(310b)은 접지층이다. 즉, 제1 금속층(310a)과 제2 금속층(310b)은 유전층(320)을 사이에 두고 인접하고 있는 접지층과 전원층으로 구성된다. When the
금속판(332)은 정사각형 모양을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 그 외 다각형, 원형, 타원형 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. The
제1 금속층(310a)에는 비아(334)의 타단(334b) 및 금속선(340)을 수용하는 홀(350)이 형성되어 있다.A
전자기 밴드갭 구조물(300)을 형성하는 방법은 다음과 같다. The method of forming the
제1 금속층(310a)을 적층한다. 그리고 홀(350)과, 제1 금속층(310a) 및 비아(334)를 연결하는 금속선(340)을 패터닝한다. 비아 랜드(360)를 필요로 하는 경우 비아 랜드(360)도 함께 패터닝한다. 패터닝(patterning)은 인쇄회로기판에서 회로 패턴을 형성할 때 일반적으로 사용하는 마스킹, 노광, 에칭, 현상 등의 방법을 이용하는 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
그리고 제1 금속층(310a) 상에 제1 유전층(320a)을 적층한다. 그 후 제1 유전층(320a) 상에 적층될 금속판(332)과 제1 금속층(310a)이 전기적으로 연결될 수 있도록 드릴링 공정을 통해 제1 유전층(320a)을 관통하는 비아(334)를 형성한다. The
비아(334)의 형성 이후 금속판(332)과 제1 금속층(310a) 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. After the formation of the via 334, a plating process is performed such that a plating layer is formed on an inner wall of the via for electrical connection between the
비아(334)의 일단(334a)은 금속판(332)에 연결되어 있으며, 비아(334)의 타단(334b)은 제1 금속층(310a)에 연결된다. One
이후 제2 유전층(320b)과 제2 금속층(310b)을 순차적으로 적층하여 전자기 밴드갭 구조물(300)을 형성한다. Thereafter, the
금속판(332)과 비아(334)를 포함하는 버섯형 구조물(330)은 제1 금속층(310a)과 제2 금속층(310b) 사이에 하나 이상이 형성되어 있을 수 있다. 다수의 버섯형 구조물(330)의 금속판(332)은 제1 금속층(310a)과 제2 금속층(310b) 사이의 동일 평면 상 또는 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 또한, 도 6에서는 버섯형 구조물(330)의 비아(334)가 제1 금속층(310a)을 향해 있으나, 반대로 제2 금속층(310b)을 향해 있을 수도 있다.In the
또한, 다수의 버섯형 구조물(330)의 비아(334)가 모두 제1 금속층(310a) 또는 제2 금속층(310b)을 향해 있거나, 혹은 일부 버섯형 구조물(330)의 비아(334)는 제1 금속층(310a)을 향해 있고 나머지 버섯형 구조물(330)의 비아(334)는 제2 금속층(310b)을 향해 있을 수도 있다. In addition, the
도 7을 참조하면, 제1 금속층(310a) 상에 버섯형 구조물(330)이 소정 간격 이격되어 배열되기 위한 홀(350), 금속선(340) 등의 배치 구조가 도시되어 있다. 버섯형 구조물(330)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. Referring to FIG. 7, an arrangement structure of a
버섯형 구조물(330)에서 비아(334)와 연결되는 제1 금속층(310a) 상에 금속선(340)을 형성함으로써 금속판(332)과 제2 금속층(310b) 간의 커패시턴스 값(CE)은 무시할 수 있을 만큼 미세하게 줄어든다. 그리고 비아(334) 및 금속선(340)에 상응하여 금속판(332)과 제1 금속층(310a) 간에 직렬 연결되는 인덕턴스 값(LE)은 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 버섯형 구조물(330)의 크기를 작게 하여도 밴드갭 주파수를 높이지 않고 낮출 수 있게 된다. 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. In the
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물(200)을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과가 도 8에 도시되어 있다. 8 shows the results of computer simulations using the
도 8을 참조하면, 종래 전자기 밴드갭 구조물(200)의 구조물 크기(즉, 금속판(232)의 크기)가 49 ㎟(7×7)인 경우(810 참조)와, 324 ㎟(18×18)인 경우(820 참조)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 8, the structure size (ie, the size of the metal plate 232) of the conventional
구조물 크기가 49 ㎟(7×7)인 경우(810 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하 인 주파수는 2.8 GHz 이상이다. If the structure size is 49 mm2 (7x7) (see 810), the frequency with a noise level of -50 dB or less is 2.8 GHz or more.
그리고 구조물 크기가 324 ㎟(18×18)인 경우(820 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수는 0.6~1.4 GHz 이며, 노이즈 레벨이 가장 작은 주파수는 1 GHz이다. When the structure size is 324 mm2 (18x18) (see 820), the frequency with noise level below -50 dB is 0.6-1.4 GHz, and the frequency with the lowest noise level is 1 GHz.
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 324 ㎟(18×18)(820 참조)이어야 한다. That is, in the case of the conventional
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물에 의할 경우 그 구조물 크기(즉, 금속판(332)의 크기)가 49 ㎟(7×7)인 경우(830 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수가 0.8~1.2 GHz 이며, 노이즈 레엘이 가장 작은 주파수는 1 GHz이다. However, in the case of the electromagnetic bandgap structure according to the embodiment of the present invention, when the structure size (that is, the size of the metal plate 332) is 49 mm2 (7 × 7) (see 830), the noise level is −. The frequency below 50 dB is 0.8-1.2 GHz and the frequency with the lowest noise level is 1 GHz.
이는 하기의 표 1에 나타나 있다. This is shown in Table 1 below.
즉, 본원발명의 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물에 의할 경우 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물(200)과 동일한 밴드갭 주파수를 가지면서 그 크기는 1/6 이상 줄일 수 있음(324 ㎟ → 49 ㎟)을 확인할 수 있다. That is, when the electromagnetic bandgap structure according to an embodiment of the present invention has the same bandgap frequency as the
또한, 동일한 구조물 크기를 가지는 경우에도 밴드갭 주파수를 1/2 이상 낮음(2.8 GHz → 1 GHz)을 확인할 수 있다. In addition, even in the case of the same structure size it can be seen that the bandgap frequency is lower than 1/2 (2.8 GHz → 1 GHz).
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 9에 도시된 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과도이다. FIG. 9 is a three-dimensional perspective view of an electromagnetic bandgap structure for solving a mixed signal problem between an analog circuit and a digital circuit according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 illustrates an arrangement structure of the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. FIG. 11 is a plan view illustrating a computer simulation using the electromagnetic bandgap structure shown in FIG. 9 and the electromagnetic bandgap structure according to the prior art.
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. Hereinafter, the same parts as the
다른 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(400)은 금속판(332)과 비아(334)를 포함하는 버섯형 구조물(330), 제1 금속층(310a), 제2 금속층(310b), 제1 유전층(320a) 및 제2 유전층(320b)을 포함한다. 여기서, 버섯형 구조물(330)은 소정 크기의 금속판(332)과, 일단(334a)이 금속판(332)에 연결되고 타단(334b)이 제1 금속층(310a)에 연결되는 비아(334)를 포함하여 구성된다. The
도 6 내지 도 8에 도시된 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(300)의 금속선(340)이 직선 형태를 가졌던 것에 비해 본 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물(400)에서 금속선(345)은 나선(spiral) 구조를 가진다. 금속선(345)이 나선 구조를 가짐으로 인해 제1 금속층(310a)과 금속판(332) 간에 직렬 연결되는 인덕턴스 값을 충분히 확보할 수 있게 된다. 6 to 8, the
제1 금속층(310a)에는 나선 구조의 금속선(345)과 비아(334)의 타단(334b)(혹은 추가적으로 비아 랜드(360)까지)을 모두 수용할 수 있는 홀(350)이 형성되어 있다. 홀(350)의 내벽은 금속선(345)과 소정 간격 이격되어 있으며, 나선 구조의 금속선(345)의 양단 만이 제1 금속층(310a)과 비아(334)에 전기적으로 연결되어 있다. The
도 9 내지 도 10에는 금속선(345)이 비아(334) 주위를 1.5회 감는 나선 구조가 도시되어 있으나, 본 발명의 권리범위는 나선 구조의 감는 횟수에 한정되지 않음을 당업자는 이해해야 할 것이다. 9 to 10 illustrate a spiral structure in which the
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물과 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 구조물(200)을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한 결과는 도 11에 도시되어 있다. Computer simulation results using the
도 11을 참조하면, 종래 전자기 밴드갭 구조물(200)의 구조물 크기(즉, 금속판(232)의 크기)가 4 ㎟(2×2)인 경우(1110 참조)와, 81 ㎟(9×9)인 경우(1120 참조)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 11, the structure size (ie, the size of the metal plate 232) of the conventional
구조물 크기가 4 ㎟(2×2)인 경우(1110 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수는 7.5 GHz 이상이다. When the structure size is 4 mm2 (2x2) (see 1110), frequencies with a noise level of -50 dB or less are at least 7.5 GHz.
그리고 구조물 크기가 81 ㎟(9×9)인 경우(1120 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수는 0.9~2.4 GHz 이며, 노이즈 레벨이 가장 작은 주파수는 1.3 GHz이다. When the structure size is 81 mm2 (9x9) (see 1120), the frequency with a noise level of -50 dB or less is 0.9 to 2.4 GHz, and the frequency with the smallest noise level is 1.3 GHz.
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)(1120 참조)이어야 한다. That is, in the case of the conventional
하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물에 의할 경우 그 구조물 크기(즉, 금속판(332)의 크기)가 4 ㎟(2×2)인 경우(1130 참조)에 노이즈 레벨이 -50 dB 이하인 주파수가 1.3~1.7 GHz 이며, 노이즈 레벨이 가장 작은 주파수는 1.5 GHz이다. However, in the case of the electromagnetic bandgap structure according to another embodiment of the present invention, when the structure size (that is, the size of the metal plate 332) is 4 mm 2 (2 × 2) (see 1130), the noise level is −. The frequency below 50 dB is 1.3-1.7 GHz and the frequency with the lowest noise level is 1.5 GHz.
이는 하기의 표 2에 나타나 있다. This is shown in Table 2 below.
즉, 본 발명의 다른 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. That is, when the electromagnetic bandgap structure according to another embodiment of the present invention has the same bandgap frequency as the
또한, 동일한 구조물 크기를 가지는 경우에도 밴드갭 주파수를 1/5 이상 낮음(7.5 GHz → 1.5 GHz)을 확인할 수 있다. In addition, the bandgap frequency is 1/5 or more low (7.5 GHz to 1.5 GHz) even when having the same structure size.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판은 아날로그 회로와 디지털 회로를 포함한다. 아날로그 회로는 외부로부터 무선 신호(RF 신호)를 수신하는 안테나와 같은 RF 회로일 수 있다. The printed circuit board according to the embodiment of the present invention includes an analog circuit and a digital circuit. The analog circuit may be an RF circuit such as an antenna that receives a radio signal (RF signal) from the outside.
인쇄회로기판 내에서는 도 6 및 7, 도 9 및 10에 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. In the printed circuit board, the
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. The
또는 디지털 회로(140)로부터 RF 회로(130)로의 모든 인쇄회로기판 내부에 전자기 밴드갭 구조물(300, 400)을 배치할 수도 있다. Alternatively,
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. Since the above-described electromagnetic
즉, 작은 구조물 크기에도 불구하고 RF 회로에서 노이즈에 해당하는 특정 주파수 영역의 전자파의 전달을 방지함으로써 앞서 상술하였던 혼합 신호 문제를 해결하는 것이 가능하다. That is, despite the small structure size, it is possible to solve the mixed signal problem described above by preventing the transmission of electromagnetic waves in a specific frequency region corresponding to noise in the RF circuit.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기 밴드갭 구조물 및 인쇄회로기판은 작은 크기를 가지면서도 낮은 밴드갭 주파수를 가질 수 있다. As described above, the electromagnetic bandgap structure and the printed circuit board according to the present invention may have a small size but a low bandgap frequency.
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. In addition, there is an effect of solving a mixed signal problem in an electronic device (for example, a mobile communication terminal, etc.) in which an RF circuit and a digital circuit are implemented in the same substrate.
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.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
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