KR102176897B1 - 인쇄 배선판 - Google Patents

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씽샤오위 린
토시유키 카네코
마사노리 나이토
토시히사 우에하라
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고꾸리츠 다이가꾸 호우징 오까야마 다이가꾸
교세라 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 인쇄 배선판은 전원층 및 그라운드층을 포함하고, 전원층에 형성되는 전원층 패턴이 인접하는 EBG 단위셀 사이를 접속하는 직류 급전로인 브랜치와, 전원층 전극을 포함하고, 용량 결합 소자 본체를 포함하는 용량 결합 소자가 전원층 전극과 대향하도록 층간을 두고 배치되며, 전원층 패턴이 전원층 전극으로부터 연장되어 상기 전극 주위의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 전원층 배선을 더 포함하거나, 용량 결합 소자가 용량 결합 소자 본체로부터 연장되어 상기 본체 주위의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 용량 결합 소자 배선을 더 포함하거나, 또는 전원층 패턴이 전원층 배선을 더 포함하고 또한 용량 결합 소자가 용량 결합 소자 배선을 더 포함하며, 전원층 패턴과 용량 결합 소자가 전원층 배선 및 용량 결합 소자 배선의 적어도 한쪽에 접속된 비아를 통해 접속되는 EBG 단위셀이 주기적으로 배치된 EBG 구조를 갖는다.

Description

인쇄 배선판
본 개시는 전자 밴드 갭 구조를 갖는 인쇄 배선판에 관한 것이다.
다층 인쇄 배선판의 전원층―그라운드층에서 생기는 평행 평판 공진 억제 또는 고주파 노이즈 전파 억제에는 노이즈 억제 부품 또는 노이즈 전파 억제를 갖는 다층 인쇄 배선판이 고려된다. 다층 인쇄 배선판에 있어서의 전원계 노이즈의 저감에는 통상 콘덴서가 사용된다. 한편, 노이즈 전파 억제에는 전원층―그라운드층에 대하여 전자 밴드 갭(Electromagnetic band gap: EBG) 구조체가 이용된다. 이러한 EBG 구조체를 이용한 인쇄 배선판은 예를 들면, 특허문헌 1~5에 개시되어 있다.
일본특허공개 2010-10183호 공보 일본특허공개 2013-58585호 공보 일본특허공개 2013-183082호 공보 일본특허공개 2013-255259호 공보 일본특허공개 2014-27559호 공보
본 개시의 인쇄 배선판은 전원층 및 그라운드층을 포함한다. 전원층에 형성되는 전원층 패턴이 인접하는 EBG 단위셀 사이를 접속하는 직류 급전로인 브랜치와, 전원층 전극을 포함한다. 용량 결합 소자 본체를 포함하는 용량 결합 소자가 전원층 전극과 대향하도록 층간을 두고 배치된다. 전원층 패턴이 전원층 전극으로부터 연장되어 상기 전극 주위의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 전원층 배선을 더 포함하거나, 용량 결합 소자가 용량 결합 소자 본체로부터 연장되어 상기 본체 주위의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 용량 결합 소자 배선을 더 포함하거나, 또는 전원층 패턴이 전원층 배선을 더 포함하고 또한 용량 결합 소자가 용량 결합 소자 배선을 더 포함한다. 전원층 패턴과 용량 결합 소자가 전원층 배선 및 용량 결합 소자 배선 중 적어도 한쪽에 접속된 비아를 통해 접속되는 EBG 단위셀이 주기적으로 배치된 EBG 구조를 갖는다.
도 1은 본 개시의 인쇄 배선판의 일실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 2(A)는 도 1에 나타내는 인쇄 배선판에 설치된 EBG 구조의 일실시형태를 나타내는 설명도이며, 도 2(B)는 EBG 구조에 포함되는 전원층 패턴을 나타내는 설명도이며, 도 2(C)는 EBG 구조에 포함되는 용량 결합 소자를 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 2(A)에 나타내는 EBG 구조를 구성하고 있는 EBG 단위셀에 포함되는 공진 회로 부분의 등가 회로이다.
도 4는 도 2(A)에 나타내는 EBG 단위셀 중의 공진 회로의 공진 주파수를 구하기 위한 전자계 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5(A)는 EBG 구조의 다른 실시형태를 나타내는 설명도이며, 도 5(B)는 EBG 구조에 포함되는 전원층 패턴을 나타내는 설명도이며, 도 5(C)는 EBG 구조에 포함되는 용량 결합 소자를 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 5(A)에 나타내는 EBG 단위셀의 공진 회로의 공진 주파수를 구하기 위한 전자계 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
일반적으로 사용되고 있는 콘덴서에서는 등가 직렬 인덕턴스(ESL)의 영향에 의해 수백 MHz 이상에서 노이즈 억제의 효과를 기대할 수 없다. 1GHz 이상의 주파수에서의 노이즈 전파 억제에 대해서는 EBG 구조를 기판에 설치하는 것이 유효하게 되어 있다. 그러나, 실용화에는 EBG 구조의 소형화가 불가결하며, 소형화가 용이한 오픈 스터브를 사용한 EBG 구조가 보고되어 있다. 이 EBG 구조에서는 전원층―그라운드층 사이에 비아를 형성할 필요가 있으며, 비용면에서 불리해진다. 한편, 전원층―그라운드층 사이에 비아가 형성되어 있지 않은 EBG 구조는 일반적으로 소형화하기 어렵다는 문제가 있다.
본 개시의 인쇄 배선판에 설치되어 있는 EBG 구조는 전원층―그라운드층 사이에 비아가 형성되어 있지 않아도 전원층에 용량 결합 소자를 부가해서 전원 전극을 2층 구조로 함으로써 보다 소형화를 실현할 수 있다. 이하, 본 개시의 인쇄 배선판에 대해서 상세히 설명한다.
본 개시의 일실시형태에 의한 인쇄 배선판을 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타내는 인쇄 배선판(1)은 전원층(2)과 그라운드층(3)을 포함하고, 이 전원층(2)은 그 일부에 EBG 구조(4)를 갖고 있다. 전원층(2) 및 그라운드층(3)은 예를 들면, 구리 등의 도전성 재료를 포함하는 솔리드 패턴으로 형성되어 있다. 전원층(2)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 18~70㎛ 정도이다. 그라운드층(3)의 두께도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 18~70㎛ 정도이다.
전원층(2)과 그라운드층(3) 사이, 전원층(2)의 상면, 및 그라운드층(3)의 하면에는 절연층(5)이 형성되어 있다. 절연층(5)은 절연성을 갖는 소재로 형성되어 있으면 특별히 한정되지 않는다. 절연성을 갖는 소재로서는 예를 들면, 에폭시 수지, 비스말레이미드-트리아진 수지, 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌에테르 수지 등의 유기 수지 등을 들 수 있다. 이들의 유기 수지는 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다.
절연성을 갖는 소재로서 유기 수지를 사용하는 경우, 유기 수지에 보강재를 배합해서 사용해도 좋다. 보강재로서는 예를 들면 유리 섬유, 유리 부직포, 아라미드 부직포, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 등의 절연성 포재를 들 수 있다. 보강재는 2종 이상을 병용해도 좋다. 또한, 절연성을 갖는 소재에는 실리카, 황산바륨, 탤크, 클레이, 유리, 탄산칼슘, 산화티탄 등의 무기 충전재가 포함되어 있어도 좋다.
도 1에 나타내는 인쇄 배선판(1)은 전원층(2)의 일부에 EBG 구조(4)를 갖고 있다. EBG 구조(4)의 일실시형태를 도 2(A)~(C)에 의거하여 설명한다. 도 2(A)는 도 1에 나타내는 인쇄 배선판(1)에 설치된 EBG 구조(4)의 일부분을 나타낸다. 도 2(A)에 나타내는 바와 같이 EBG 구조(4)는 복수의 EBG 단위셀(41)로 형성되어 있다. 도 2(A)는 도 1에 나타내는 EBG 구조(4) 중 브랜치(422)를 따른 방향으로 3개 나란히 배치한 EBG 단위셀(41)을 발출하여 나타내고 있다.
EBG 구조(4)는 전원층 패턴(42) 및 용량 결합 소자(43)로 형성되어 있고, 전원층 패턴(42)은 도 2(B)에 나타내는 바와 같이 전원층 전극(421) 및 브랜치(422)로 구성되어 있다. 즉, 전원층 패턴(42)은 전원층(2)의 일부에 있어서 슬릿을 형성함으로써 전원층 전극(421) 및 브랜치(422)로 구별되어 있다. 전원층 전극(421)은 대략 직사각형을 갖고, 브랜치(422)의 일부에 접속되어 있다. 전원층 전극(421)의 상방으로 포개지도록 용량 결합 소자(43)가 배치되고, 양자는 용량 결합되어 있다. 용량 결합 소자(43)의 일부로부터 용량 결합 소자 배선(432)이 연장되고, 그 선단부에서 비아(44)를 통해 브랜치(422)와 접속되어 있다.
용량 결합 소자(43)는 도 2(C)에 나타내는 바와 같이 용량 결합 소자 본체(431) 및 용량 결합 소자 배선(432)으로 구성되어 있다. 용량 결합 소자(43)는 예를 들면, 구리 등의 도전성 재료로 형성되어 있다. 용량 결합 소자(43)는 전원층 패턴(42)과 같은 도전성 재료이어도 좋다. 용량 결합 소자 본체(431)는 대략 직사각형을 갖고 있으며, 전원층 전극(421)과 대략 같은 크기이다. 한편, 용량 결합 소자 배선(432)은 용량 결합 소자 본체(431)의 각부(431a)로부터 브랜치(422)가 연장되어 있는 방향으로 연장되어 있다.
전원층 전극(421)과 용량 결합 소자(43)는 절연층(5)을 통해 용량 결합되어 있다. 한편, 전원층 전극(421)의 일부와 브랜치(422)는 접속되고, 동시에 용량 결합 소자(43)로부터 연장되어 있는 용량 결합 소자 배선(432)의 선단부에서 비아를 통해 브랜치(422)와 접속되어 있다. 비아는 예를 들면, 구리 등의 도전성 재료로 형성되어 있다.
도 3은 EBG 구조(4)를 구성하고 있는 EBG 단위셀(41)에 포함되는 공진 회로 부분의 등가 회로를 나타내고 있다. 도 3에 있어서, 각 기호는 이하대로이다.
Lb: 브랜치 부분의 인덕턴스 성분
Cs: 전원층 패턴과 용량 결합 소자의 결합 용량
Lv: 전원층 패턴과 용량 결합 소자를 접속하는 비아 부분의 인덕턴스 성분
Lw: 용량 결합 소자로부터 비아까지를 접속하는 용량 결합 소자 배선 부분의 인덕턴스 성분
전원층 패턴(42)과 용량 결합 소자(43)의 층간의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 전원층 패턴(42)과 용량 결합 소자(43) 사이에 결합 용량(Cs)을 갖도록 하기 위해서 전원층 패턴(42)과 용량 결합 소자(43)의 층간의 두께는 25㎛ 이하이어도 좋다. 충분한 결합 용량(Cs)을 갖도록 하기 위해서 층간의 두께는 10~20㎛ 이하이어도 좋다.
EBG 구조(4)는 이 결합 용량(Cs)이 인덕턴스(Lv)와 인덕턴스(Lw)를 통해 접속되고, 전원층 전극(421)의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 브랜치(422)에서 발생하는 인덕턴스(Lb)를 사용하여 공진시킨다. 용량 결합 소자(43)에 용량 결합 소자 본체(431)의 적어도 일부를 둘러싸도록 용량 결합 소자 배선(432)의 경로를 길게 해서 인덕턴스(Lw)를 크게 한다. 이것에 의해 외관상 결합 용량(Cs)을 크게 할 수 있기 때문에 병렬 공진 주파수를 낮출 수 있다. 이것은 EBG 단위셀(41)을 작게 할 수 있는 것을 나타내고 있으며, 그 결과, EBG 구조(4)를 소형화하는 것이 가능해진다. EBG 단위셀(41)의 크기는 대략 직사각형 형상의 경우, 예를 들면 종횡이 각각 3mm 이하이며, 1.5mm 이하이어도 좋다.
도 4는 EBG 단위셀(41) 중의 공진 회로의 공진 주파수를 구하기 위한 전자계 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 이 공진 해석 결과로부터 EBG 구조(4)는 EBG 단위셀이 1.95mm×1.85mm임에도 불구하고 2.4GHz 부근의 대역에 전자 노이즈 전파를 억제하는 저지 영역을 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.
이어서, 본 개시의 인쇄 배선판에 설치되어 있는 EBG 구조의 다른 실시형태를 도 5(A)~(C)에 의거하여 설명한다.
도 5(A)는 도 1에 나타내는 인쇄 배선판(1)에 설치된 EBG 구조(4)의 일부분을 나타낸다. 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, EBG 구조(4')는 복수의 EBG 단위셀(41')로 형성되어 있다. 도 5(A)는 도 1에 나타내는 EBG 구조(4) 중 브랜치(422)를 따른 방향으로 3개 나란히 배치한 EBG 단위셀(41')을 발출하여 나타내고 있다.
도 5(A)에 나타내는 EBG 단위셀(41')과 도 2(A)에 나타내는 EBG 단위셀(41)은 전원층 패턴에 설치된 전원층 배선(423) 및 용량 결합 소자에 설치된 용량 결합 소자 배선(432')의 길이가 다르다. 즉, 도 2(A)에 나타내는 EBG 단위셀(41)에서는 도 2(B)에 나타내는 바와 같이 전원층 패턴(42)에 전원층 배선은 존재하지 않고, 도 2(C)에 나타내는 바와 같이 용량 결합 소자(43)의 용량 결합 소자 배선(432)은 대략 직사각형 형상의 용량 결합 소자 본체(431)의 대략 한 변의 길이를 갖고 있다. 한편, 도 5(A)에 나타내는 EBG 단위셀(41')에서는 전원층 패턴(42')의 전원층 배선(423) 및 용량 결합 소자(43')의 용량 결합 소자 배선(432')이 도 5(B) 및 도 5(C)에 나타내는 바와 같이 대략 직사각형 형상의 전원층 전극(421') 및 대략 직사각형 형상의 용량 결합 소자 본체(431')의 주위를 각각 대략 한 변 및 대략 반 바퀴분 둘러싸고 있다.
구체적으로는 도 5(B)에 나타내는 바와 같이 전원층 패턴(42')은 전원층(2)의 일부에 있어서 슬릿을 형성함으로써 전원층 전극(421'), 브랜치(422') 및 전원층 배선(423)으로 구별되어 있다. 전원층 전극(421')은 대략 직사각형을 갖고 있다. 전원층 배선(423)은 전원층 전극(421')의 1개의 각부(421a)로부터 인접하는 한쪽의 각부(421b)까지 전원층 전극(421')의 대략 한 변의 길이를 갖고 있다. 브랜치(422')는 인접하는 전원층 배선(423)을 통해 그 선단부에서 전원층 전극(421')의 1개의 각부와 접속되어 있다. 브랜치(422')와 전원층 전극(421')의 1개의 각부의 접속은 인접하는 전원층 배선(423)을 통하지 않고 양자의 일부에 직접 접속되는 것이어도 좋다.
도 5(C)에 나타내는 바와 같이 용량 결합 소자 본체(431')는 대략 직사각형을 갖고 있으며, 전원층 전극(421')과 대략 같은 크기이다. 용량 결합 소자 배선(432')은 브랜치(422')의 1개의 각부(421a)와 대략 같은 위치가 되도록 용량 결합 소자 본체(431')의 주위를 반 바퀴 이상 둘러싸도록 형성되어 있다.
전원층 전극(421')과 용량 결합 소자(43')는 절연층(5)을 통해 용량 결합되어 있다. 한편, 전원층 전극(421')의 일부와 브랜치(422')는 인접하는 전원층 배선(423)을 통하거나 해서 접속된다. 동시에, 용량 결합 소자(43')로부터 연장되어 있는 용량 결합 소자 배선(432')의 선단부에서 비아를 통해 브랜치(422')와 접속되어 있다. 비아는 예를 들면, 구리 등의 도전성 재료로 형성되어 있다.
EBG 구조(4')를 구성하고 있는 EBG 단위셀(41')에 포함되는 공진 회로 부분의 등가 회로는 도 3에 나타내는 EBG 구조(4)를 구성하고 있는 EBG 단위셀(41)에 포함되는 공진 회로 부분의 등가 회로와 같다. 단, 전원층 패턴(42')에서는 전원층 패턴(42)에 존재하지 않는 전원층 배선(423)이 형성되어 있다. 또한, 용량 결합 소자(43')에서는 용량 결합 소자(43)에 비해 용량 결합 소자 배선(432')의 경로를 보다 길게 하고 있다. 그 때문에 양자의 인덕턴스 성분의 총합인 인덕턴스(Lw)는 EBG 단위셀(41')에서는 EBG 단위셀(41)보다 크게 할 수 있다. 인덕턴스(Lw)를 크게 함으로써 외관상 결합 용량(Cs)을 크게 할 수 있기 때문에 결과적으로 병렬 공진 주파수를 낮출 수 있다. 이것은 EBG 단위셀(41')을 보다 작게 할 수 있는 것을 나타내고 있으며, 그 결과, EBG 구조(4')를 보다 소형화하는 것이 가능해진다.
도 6은 EBG 단위셀(41')의 공진 회로의 공진 주파수를 구하기 위한 전자계 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 이 공진 해석 결과로부터 EBG 구조(4')는 EBG 단위셀이 1.5mm×1.5mm임에도 불구하고 2.4GHz 부근의 대역에 전자 노이즈 전파를 억제하는 저지 영역을 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 개시의 인쇄 배선판은 상술의 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상술의 EBG 구조(4) 및 EBG 구조(4')는 대략 직사각형 형상의 전원층 전극 및 용량 결합 소자 본체를 갖고 있다. 그러나, 전원층 전극 및 용량 결합 소자 본체의 형상은 한정되지 않고, 예를 들면 원형, 다각형(오각형이나 육각형), 함몰이 있는 다른 형상을 갖고 있어도 좋다.
또한, 본 개시의 인쇄 배선판에 있어서 EBG 구조를 구성하고 있는 EBG 단위셀의 수는 특별히 한정되지 않는다. 통상, 브랜치를 따른 방향으로 2~4개 정도이면 좋다.
1 인쇄 배선판 2 전원층
3 그라운드층 4 EBG 구조
41, 41' EBG 단위셀 42, 42' 전원층 패턴
421, 421' 전원층 전극 421a, 421b 각부
422, 422' 브랜치 423 전원층 배선
43, 43' 용량 결합 소자 431, 431' 용량 결합 소자 본체
431a 각부 432, 432' 용량 결합 소자 배선
44, 44' 비아 5 절연층

Claims (4)

  1. 전원층, 비아 및 그라운드층을 포함하고,
    전원층에 형성되는 전원층 패턴이 인접하는 EBG 단위셀 사이를 접속하는 직류 급전로인 브랜치와, 전원층 전극을 포함하고,
    용량 결합 소자 본체를 포함하는 용량 결합 소자가 상기 전원층 전극과 대향하도록 층간을 두고 배치되며,
    상기 전원층 패턴이 상기 전원층 전극으로부터 연장되어 상기 전극 주위의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 전원층 배선을 더 포함하거나, 상기 용량 결합 소자가 상기 용량 결합 소자 본체로부터 연장되어 상기 용량 결합 소자 본체의 주위의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된 용량 결합 소자 배선을 더 포함하거나, 또는 상기 전원층 패턴이 상기 전원층 배선을 더 포함하고 또한 상기 용량 결합 소자가 상기 용량 결합 소자 배선을 더 포함하며,
    상기 비아는 상기 전원층 전극 및 상기 용량 결합 소자 본체 주위, 또는 상기 용량 결합 소자 배선의 단부에 배치되며,
    상기 전원층 패턴과 상기 용량 결합 소자가 상기 전원층 배선 및 상기 용량 결합 소자 배선 중 적어도 한쪽에 배치된 상기 비아를 통해 접속되는 EBG 단위셀이 주기적으로 배치된 EBG 구조를 갖는 인쇄 배선판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원층 전극 및 상기 용량 결합 소자 본체가 직사각형으로 같은 크기를 갖고 있으며,
    상기 브랜치가 슬릿을 형성함으로써 구별되어 있는 전원층 전극의 1개의 각부로부터 인접하는 한쪽의 각부 근방까지 연장되고,
    상기 용량 결합 소자 배선이 용량 결합 소자 본체의 각부로부터 브랜치가 연장되어 있는 위치를 향해 연장되고,
    브랜치와 용량 결합 소자 배선이 각각의 선단부에서 비아를 통해 접속되어 있는 인쇄 배선판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원층 전극 및 상기 용량 결합 소자 본체가 직사각형으로 같은 크기를 갖고 있으며, 상기 전원층 배선이 전원층 전극 주위를 적어도 한 변의 길이를 갖고 있으며, 상기 용량 결합 소자 배선이 용량 결합 소자 본체 주위를 적어도 반 바퀴 둘러싸고,
    전원층 배선과 용량 결합 소자 배선이 각각의 선단부에서 비아를 통해 접속되어 있는 인쇄 배선판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원층 패턴과 상기 용량 결합 소자의 층간의 두께가 25㎛ 이하인 인쇄 배선판.
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