KR20180017867A

KR20180017867A - 분할 공진기 및 그를 포함하는 인쇄회로기판

Info

Publication number: KR20180017867A
Application number: KR1020160102364A
Authority: KR
Inventors: 이순용; 유연식; 김일; 서건영; 서민구; 임재덕; 장시호; 장현태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2018-02-21
Also published as: US10573951B2; US20180048047A1; KR102646985B1

Abstract

개시된 발명의 일 측면은 인쇄회로기판에 일 측면에 분할 공진기를 개선하여 전자파 차폐 효과를 향상시키는 분할 공진기를 제공하고, 인쇄회로기판의 외곽으로 발생하는 방사 필드(field)를 흡수한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 인쇄회로기판은 전자 부품이 실장되는 기판; 및 상기 기판의 일측에 마련되는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및 상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함한다.

Description

분할 공진기 및 그를 포함하는 인쇄회로기판{SPLIT RESONATOR AND PRINTED CIRCUIT BOARD HAVING THE SAME}

개시된 발명은 인쇄회로기판에서 발생하는 전자파를 흡수하는 분할 공진기 및 그를 포함하는 인쇄회로기판에 관한 것이다.

인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)이란, 절연기판 위에 전기적 신호를 전달할 수 있는 도체를 형성시킨 것으로, 전자 부품을 인쇄하면 전기회로로 동작한다. 인체의 신경에 비유되는 인쇄회로기판은 소형 가전제품에서부터 첨단 이동통신기기에 이르기까지 모든 전자기기에 사용되는 핵심 부품이다.

한편, 인쇄회로기판을 포함하는 전자기기가 소형화, 고성능화되면서, 전자기기는 고주파를 가지는 전자파를 발생하고, 이러한 고주파는 전자 노이즈 또는 전자 간섭 문제를 야기한다. 즉, 전자기기에서 나오는 고주파는 기기간에 상호 간섭을 일으켜 오작동을 초래하고, 인체에 여러 가지 악영향을 미칠 수 있다. 이처럼 전자기기에서 방사 또는 전도되는 전자파가 다른 기기의 기능에 장해를 주는 것을 전자파 장해(Electromagnetic Interference, EMI)라고 한다.

이러한 전자파 장해(EMI)에 대한 대책으로 한정된 조건하에서의 전파 컨트롤 기술의 확립이 시급히 요구되고 있으며, 전자파 장해를 감소시키기 위한 연구가 활발히 진행 중에 있다.

전자파 감쇠는 주로 공기층과 금속 간의 임피던스 부정합에 의한 반사 손실, 금속 차폐막을 통과하면서 저항성 손실에 의해 열로 발산하는 투과 손실 및 금속 차폐막 양쪽의 경계층에서의 금속층 내부로의 재반사에 의한 다중 반사 손실 등의 메카니즘에 의해 이루어진다.

전자파 차폐는 전기장 차폐와 자기장 차폐로 나눌 수 있으며, 전기장 차폐는 전도도가 우수한 물질로 보호하고자 하는 물체를 감싸주면 되고, 물질의 두께에 따라서 차폐 효과가 달라지는데 일반적으로 두꺼울수록 효과가 더 좋다. 자기장 차폐에는 고투자율 재료를 사용해 흡수 손실을 증가시키거나 자속에 대해 자기 저항을 낮춤으로서 자기장을 우회하는 방법이 있다.

전자기기의 핵심 부품인 인쇄회로기판을 제작하는 과정에서도 전자파 차폐 등의 연구는 계속해서 진행되고 있다. 예를 들어, 바인더 수지에 전도성 분말을 분산하여 제조한 전도성 페이스트를 인쇄회로기판 표면에 균일하게 도포하거나, 전도성 페이스트를 필름화하여 가열 부착하는 전도성 접착 필름 형태가 있다.

이하에서는 앞서 언급한 전자파 차폐를 위한 연구에 일환으로 인쇄회로기판의 최외각에서 방사되는 RF(Radio Frequency)를 저감시키는 방법을 에 대해 설명한다.

개시된 발명의 일 측면은 인쇄회로기판에 일 측면에 분할 공진기를 개선하여 전자파 차폐 효과를 향상시키는 분할 공진기를 제공한다.

개시된 발명의 다른 측면은 인쇄회로기판의 외곽으로 발생하는 방사 필드(field)를 흡수한다.

개시된 발명의 일 측면에 따른 인쇄회로기판은 전자 부품이 실장되는 기판; 및 상기 기판의 일측에 마련되는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및 상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함한다.

상기 연결부는,복수로 상기 한 쌍의 도전체를 연결할 수 있다.

상기 한 쌍의 도전체는, 상기 기판의 두께를 향해 미리 설정된 각도에 이루어 배치될 수 있다.

상기 한 쌍의 도전체, 상기 연결부 및 상기 유전체 기판은, 상기 기판을 중심으로 대칭되는 위치에 마련될 수 있다.

상기 유전체 기판은 FR4를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 도전체는, 커패시터의 용량에 기초하여 미리 설정된 너비를 포함할 수 있다.

상기 연결부는 인덕턴스를 기초로 상기 연결부는 원형으로 이루어질 수 있다.

상기 도전체 및 상기 연결부는 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 기판은, 상기 기판의 내부에 마련되는 제 1 접지층; 상기 제 1 접지층의 하측에 마련되고 상기 제 1 접지층과 이격되어 위치하는 신호 라인; 및 상기 신호 라인의 하측에 마련되는 제 2 접지층;을 포함할 수 있다.

개시된 발명의 다른 측면에 따른 인쇄회로기판은 전자 부품이 실장되는 기판; 상기 기판의 일측에 마련되는 유전체 기판; 및 상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 주기적으로 배열된 분할 공진기(Split Resonator)를 포함하고, 상기 분할 공진기는, 상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및 상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함한다.

상기 연결부는, 복수로 상기 한 쌍의 도전체를 연결할 수 있다.

상기 분할 공진기는, 상기 기판을 중심으로 대칭되는 위치에 마련될 수 있다.

상기 유전체 기판은, FR4 에폭시 기판을 포함할 수 있다.

상기 연결부는, 인덕턴스를 기초로 상기 연결부는 원형으로 이루어질 수 있다.

상기 도전체 및 상기 연결부는 금속으로 이루어질 수 있다.

개시된 발명의 또 다른 측면에 따른 분할 공진기는 상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및 상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함한다.

개시된 발명의 일 실시예에 따르면 인쇄회로기판에 일 측면에 분할 공진기를 개선하여 전자파 차폐 효과를 향상시키는 효과가 있다.

또한, 인쇄회로기판의 외곽으로 발생하는 방사 필드(field)를 흡수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 개시된 인쇄회로기판이 설치된 전자기기는 고주파에 의한 상호 간섭을 억제하여, 기기의 오작동을 방지할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 개시된 발명과 관련된 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 3은 일 예에 따른 단위 셀이 주기적으로 배열된 인쇄회로기판에 관한 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A'부분의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 일 예에 따른 인쇄회로기판의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 일 예에 따른 인쇄회로기판의 단위 셀이 E 필드 차단 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 일 예에 따른 인쇄회로기판의 차단 특성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 일 예에 따른 인쇄회로기판의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 일 예에 따른 인쇄회로기판이 특정 주파수를 차폐하는 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 사시도이다.
도 12는 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 도 12를 적용한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 사시도이다.
도 14는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 도 14를 적용한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 사시도이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 게시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 게시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다.

예를 들어, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 표현하고자 하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합의 추가적인 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는다.

또한, "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위하여 사용되며, 상기 하나의 구성요소들을 한정하지 않는다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 게시된 발명의 일 실시예가 상세하게 설명된다. 첨부된 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낼 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 개시된 발명과 관련된 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 1a를 참조하여, 인쇄회로기판(100)이 전자파(RF)를 흡수하기 위한 설계 방법, 즉 20H-Rule을 설명한다.

도 1a의 a 도면은 20H-Rule이 적용되지 않은 인쇄회로기판(100)을 개략적으로 도시한 것이다. 여기서 a 도면의 인쇄회로기판(100)은 상층에 전원층(Power Plane, 110) 및 하층에 접지층(Ground plane, 120)을 포함할 수 있다.

전원층(110)은 인쇄회로기판에 실장된 전자 부품에 전원을 공급한다. 이때 전원층(110)은 전자파를 발산할 수 있다. 전자파(RF)는 접지층(120)으로 흡수된다. 그러나 도 1a의 a도면과 같이 인쇄회로기판(100)이 설계되는 경우, 전자파(RF)는 그 특성에 의해서 외부로 방사될 수 있다.

도 1a의 b도면은 방사되는 전자파(RF)를 차폐시키기 위해서 접지층(120)을 전원층(110)의 길이보다 길게 설계된 인쇄회로기판(100)을 도시한 것이다. 여기서 인쇄회로기판은 20H-Rule이 적용되었다. 구체적으로 20H-Rule 은 전원층(110)과 인접한 층(예를 들어 접지층)간의 거리를 H라고 할 때, 접지층(120)의 길이는 전원층(110)보다 20배가 되는 길이, 즉 20H 만큼의 gap을 두고 설계되는 방법이다.

이렇게 20H-Rule이 적용된 인쇄회로기판(100)은 전원층(110)이 방사하는 전자파를 도 1a의 b와 같이 흡수하고, 전자파가 인쇄회로기판(100)의 외부로 방사되는 것을 억제한다.

도 1b는 전자파를 차폐하기 위한 Ground Via Fence구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1b를 참조하면, 전자파를 차폐하기 위한 인쇄회로기판(100)은 비아펜스(via fence, 111), 마이크로 스트립 라인(Microstrip Line, 112) 및 비아홀(via hole, 113)을 포함할 수 있다.

일반적으로 인쇄회로기판(100)은 고주파가900MHz 이상이 되면, 마이크로 스트립 구조로 설계될 수 있다.

구체적으로 주파수가 커지게 되면, 인쇄회로기판(100)의 신호선과 접지 사이에 교류에너지가 집중되면서 필드(field)가 형성된다. 필드를 제어하기 위해서 인쇄회로기판(100)의 접지층(120)은 금속으로 코팅되고, 전원층(110)의 중간 유전체 높이와 유전율이 명확하게 정의되어야 한다. 또한, 정의된 높이와 유전율에 기초하여 인쇄회로기판(100)은 신호선, 즉 마이크로 스트립 라인(112)이 설계될 수 있다.

비아 펜스(111)는 picket fence라고 불리며, 인쇄회로기판(100)에 실장된 전자 부품들 간의 독립성을 향상시킨다. 즉, 비아 펜스(111)는 전자장의 간섭으로부터 전자 부품을 보호하는 역할을 한다.

비아 홀(113)은 인쇄회로기판(100)의 각 전도체들을 연결하는 역할을 하며, 도 1b와 같이 복수 개로 설계될 수 있다. 비아 홀(113)은 전기적 연결을 위해서 전기 도금되거나, 작은 리벳(rivet)이 삽입될 수도 있다.

도 1a 및 도 1b에서 설명한 인쇄회로기판(100)은 모두 전자파를 차폐하기 위한 공지된 기술이다. 다만, 도 1a의 20H-Rule은 접지층(120)의 비균형적 구조로 인해서 설계의 자유도가 낮다는 문제점이 있다. 또한, 도 1b의 Ground Via Fence 구조를 적용한 인쇄회로기판(100)은 방사되는 필드를 막는 펜스에 의해서 반사가 일어나고, 이러한 반사파는 신호 라인에 영향을 줄 수 있는 문제점이 있었다.

도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀을 나타내는 사시도이다.

개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 인쇄회로기판(100)의 외곽에는 단위 셀이 마련될 수 있다.

구체적으로 단위 셀은 유전체 기판(200)으로 이뤄지며, 유전체 기판(200) 내부에는 도전체(211, 212) 및 도전체를 연결하는 연결부(210)가 H자 형태로 설계될 수 있다.

도전체(211, 212)는 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 연결부(220)의 일단과 연결되는 제 1 도전체(211) 및 연결부(220)의 타단과 연결되는 제 2 도전체(212)를 포함할 수 있다. 따라서 제 1 도전체(211)는 제 2 도전체(212)와 일정 간격으로 이격되어 배치된다.

한편, 일 예에 따른 연결부(220)는 도 2와 같이 원통형으로 이뤄질 수 있으며, 제 1 도전체(211)와 제 2 도전체(212)를 연결한다. 여기서 연결부(220)의 형태는 반드시 원통형으로 제한되지 않으며, 연결부(220)는 직육면체 또는 사다리꼴 육면체형 등 다양한 형태로 설계될 수 있다.

연결부(220)는 제 1 도전체(211) 및 제 2 도전체(212)에서 양단의 끝이 아닌 중간 부분에 마련될 수 있다. 즉, 연결부(220)는 한 쌍의 도전체(211, 212)를 이어주고, H자 형태를 이루도록 구성될 수 있다.

여기서 한 쌍의 도전체(211, 212)는 두 개의 커패시터(C)역할을 수행하고, 연결부(220)는 인덕터(L)의 역할을 수행할 수 있다. 이와 관련된 자세한 설명은 도 5 및 6을 통해서 후술한다.

도전체(211, 212)는 커패시터(C)의 역할을 수행하기 위해서 미리 정해진 너비를 가지는 네모 모양으로 제작될 수 있으며, 한 쌍의 도전체(211, 212) 및 연결부(220)는 모두 금속(metal)로 마련될 수 있다.

도 3은 일 예에 따른 단위 셀이 주기적으로 배열된 인쇄회로기판에 관한 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A'부분의 단면도이다.

먼저 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 인쇄회로기판(100)은 전자 부품이 실장되는 기판(101)을 포함하고, 도 2에서 설명한 단위 셀이 기판(101)의 양 측면에 주기적으로 배열될 수 있다.

구체적으로 기판(101)은 전자 부품이 실장되거나, 신호 라인(111)이 내장될 수 있다. 즉, 기판(101)은 공지된 인쇄회로기판(100)을 의미한다.

도 1a 및 도 1b에서 설명한 바와 같이 종래의 인쇄회로기판(100)은 고주파 영역에서 발생되는 전자파를 차폐시키기 위해서 인쇄회로기판(100)에 20H-Rule등을 적용하였다.

그러나 도 3에서 도시된 인쇄회로기판(100)은 전자 부품이 실장되는 기판(101)의 X축 방향으로 도 2에서 설명한 단위 셀을 주기적으로 배열함으로써, 전자파를 효과적으로 차폐시킨다.

구체적으로 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 기판(101)의 두께 방향, 즉 X축의 양 방향으로 유전체 기판(200)을 접착시킬 수 있다.

여기서 유전체 기판은(200)은 구조적 공진(Resonance)을 일으킬 수 있도록 하는 캐비티(Cavity)의 역할을 한다. 즉, 유전체 기판(200)은 미리 정해진 유전율을 가지는 물질로 채워질 수 있으며, 기판(101)에서 방사되는 전자파의 매질 역할을 수행한다. 일 예에 따른 유전체 기판(200)은 FR4 에폭시(epoxy) 기판을 이용하여 제작될 수 있다.

기판(101)에 의해 방사되는 전자파는 유전체 기판(200)을 통해 분할 공진기에 의해서 차폐될 수 있다. 분할 공진기는 도 2에서 설명한 바와 같이, 연결부(220)와 연결부(220)의 일단에 연결되어 제 1 도전체(211) 및 연결부(220)의 타단에 연결되는 제 2 도전체(212)가 H 자 형태로 제작될 수 있다.

구체적으로 연결부(220)는 기판(101)의 두께, 즉 기판(101)의 Z 축 방향과 평행하게 마련될 수 있다.

제 1 도전체(211) 및 제 2 도전체(212)는 기판(101)의 너비, 즉 X 축 방향과 평행하게 마련될 수 있다. 또한, 한 쌍의 도전체(211, 212)는 기판(101)과 소정의 거리로 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 유전체 기판(200)에 마련된 분할 공진기는 도 3에서와 같이, 기판(101)의 Y 축 방향으로 일정한 간격을 두어 복수 개 배치될 수 있다.

또한, 유전체 기판(200)은 인쇄회로기판(100)을 중심으로 대칭되게 X축 방향으로 마련될 수 있고, 두 개의 유전체 기판(200)은 모두 주기적으로 배열된 분할 공진기를 포함할 수 있다.

도 4는 도 3의 인쇄회로기판(100)의 A-A'부분을 절단한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)의 기판(101)에는 상면에 접지를 수행하는 제 1 접지층(121) 기판의 내부에 마련된 신호 라인(111) 및 기판(101)의 하면에서 접지를 수행하는 제 2 접지층(122)을 포함할 수 있다.

제 1 접지층(121) 및 제 2 접지층(122)은 전자파의 기판(101)의 상, 하면으로 방사되는 것을 차폐하는 역할을 한다. 신호 라인(111)은 전자 부품이 전력을 전달받는 역할을 수행한다.

한편, 기판(101)에 도시된 접지층(121, 122) 및 신호 라인(111)은 개시된 발명의 일 예에 불과하면, 인쇄회로기판(100)의 용도에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

도 4에서 도시된 기판(101)의 양 측면에는 도 3에서 언급한 분할 공진기가 이격된 거리를 가지고 마련될 수 있으며, 분할 공진기는 한 쌍의 도전체(211, 212) 및 연결부(220)를 포함한다. 또한 분할 공진기는 도 4에서 도시된 바와 같이, 눕혀진 H자 형태일 수 있다.

한편, 분할 공진기가 전자파를 차폐하는 동작과 관련된 사항은 이하 도면을 참조하여 후술한다.

도 5 및 도 6은 일 예에 따른 인쇄회로기판의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 함께 후술한다.

앞서 언급한 분할 공진기의 제 1 도전체(211) 및 제 2 도전체(212)에 의해서 커패시터(C)로 동작할 수 있다. 또한, 분할 공진기의 연결부(220)는 인덕턴스(L)로 동작할 수 있다.

따라서 분할 공진기의 단위 셀은 회로적으로 도 5에서 도시된 바와 같이 표현될 수 있다. 즉, 단위 셀은 두 개의 커패시터(213a) 및 하나의 인덕터(214)가 병렬 연결된 회로와 같이 동작한다.

만약 전자파(RF)가 단위 셀의 X축 방향으로 입사되는 것은 회로에서 제 1커패시터(213a)로 전자파(RF)가 입사되는 것과 같다. 이렇게 입사되는 전자파(RF)는 분할 공진기의 제 1 커패시터(213a) 및 제 2커패시터(213b) 의 갭(gap) 즉, 유전체 공간상에서 흡수된다.

따라서 분할 공진기는 인쇄회로기판(100)이 음의 굴절율을 갖도록 유전율과 투자율의 매질 손실 성분을 높일 수 있고, 전자파의 흡수 구조체로서 동작할 수 있다.

한편, 유전율과 투자율을 결정하는 커패시턴스(Capacitance)와 인덕턴스 (Inductance)의 값은 분할 공진기의 한 쌍의 도전체(211, 212) 및 연결부(220)의 구조적 크기로 정해진다. 즉, 인쇄회로기판(100)이 흡수하고자 하는 특정 주파수의 전자파에 따라서 한 쌍의 도전체(211, 212) 및 연결부(220)의 구조적 크기가 결정되며, 이는 회로의 커패시턴스(Capacitance)와 인덕턴스 (Inductance)의 값을 결정한다.

도 6은 도 5의 단위 셀이 주기적으로 배열된 분할 공진기를 회로적으로 표현한 것이다.

도 6을 참조하면, 한 쌍의 도전체(211, 212) 및 연결부(220)는 일정한 간격을 두고 연속적으로 유전체 기판(200) 내부에 마련될 수 있다.

도 5에서 언급한 바와 같이, 한 쌍의 도전체(211, 212)는 연결부(220)에 의해서 나란하게 배치될 수 있고, 한 쌍의 도전체(211, 212)의 일정한 간격에 의해서 커패시터(213a, 213b)로 동작한다.

도 6과 같이, 단위 셀이 일정한 간격을 두어 유전체 기판(200)에 주기적으로 배치되면, 복수 개의 도전체, 예를 들어 복수 개의 제 1 도전체(211)는 커패시터(215a, 215c)로 동작될 수 있다. 또한, 단위 셀의 제 2 도전체(212)은 서로 이격되어 배치되면, 커패시터(215b, 215d)로 동작할 수 있다. 이렇게 형성된 커패시터(215a, 215b, 215c. 215d)로 분할 공진기의 Z축 방향으로 방사되는 전자파(RF)를 차폐시킬 수 있다.

도 7 은 일 예에 따른 인쇄회로기판의 단위 셀이 E 필드 차단 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.

단위 셀이 도 5에서 언급한 바와 같이 전자파를 차폐한다. 즉, 분할 공진기를 통과한 전자파는 분할 공진기에 갇히게 된다. 이를 E 필드(E-Field) 차단 특성으로 표현하면 도 7과 같이 표현할 수 있다.

구체적으로 도 7에서 표시된 방향으로 전자파(RF)가 입사되면, 전자파에 의한 전기장(E 필드)은 도 7과 같이 표현될 수 있다. 즉, 분할 공진기는 제 2 커패시터(213b)에 해당하는 지점까지 E 필드를 차단하고, 인쇄회로기판(100)의 외부로 전자파(RF)가 방사되는 것을 차폐한다.

한편, 일 예에 따른 분할 공진기는 전기장 뿐만 아니라 자기장도 당연히 차폐시키며, 자기장 필드 차단 특성도 도 7과 유사한 형태일 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 일 예에 따른 인쇄회로기판의 차단 특성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

구체적으로 도 8a는 개시된 분할 공진기를 포함하는 인쇄회로기판(100) 및 전자장을 기판(100)의 하면에 도시한 도면이고, 도 8b는 분할 공진기가 적용되지 않은 인쇄회로기판(100)에 대한 도면이다.

개시된 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 기판(101)의 일측에 분할 공진기를 주기적으로 배열하여 마련할 수 있다. 도 6에서 언급한 바와 같이 일정한 간격으로 떨어져 배열된 분할 공진기의 단위 셀은 Z 축 방향으로도 전자파가 방사되는 것을 방지한다.

따라서 도 8a에서 도시된 도면과 같이, 인쇄회로기판(100)의 Z축 방향으로는 E 필드가 거의 형성되지 않는다. 이와 비교하여 분할 공진기가 적용되지 않은 도 8b의 인쇄회로기판(100)은 X축 및 Z축 방향으로 전자장 필드가 형성된다.

도 9a 및 도 9b는 일 예에 따른 인쇄회로기판의 효과를 설명하기 위한 그래프이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.

도 9a는 전기장에 관한 그래프이고, 도 9b는 자기장에 관한 그래프이다.

구체적으로 도 9a 및 도 9b는 내층 배선에 의한 인쇄회로기판(100)의 모서리(edge)에서 방사되는 전자파를 전기장 필드와 자기장 필드의 세기로 구분할 수 있다.

도 9a및 도 9b를 참조하면, 1라인은 개시된 분할 공진기가 적용된 인쇄회로기판(100)이고, 2 라인은 분할 공진기가 적용되지 않은 일반적인 인쇄회로기판이다.

도 9a및 도 9b의 그래프에서 x축은 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)에서 전자 부품이 실장된 기판(101)의 모서리를 기준으로 기판과 떨어진 거리(mm)이고, y축은 공기 중에서 측정되는 전기장(dB V/m) 또는 자기장의 크기(dB A/m)이다.

일 예의 분할 공진기의 연결부(220)는 기판(101)의 모서리를 기준으로 2mn내지 3mn 사이에 위치할 수 있다.

도 8a에서 측정되는 전기장(E 필드)을 비교하면, 개시된 인쇄회로기판(100)은 분할 공진기가 적용되지 않은 인쇄회로기판보다 4mn 거리에서 전기장이 30dB만큼 저감되는 것을 확인할 수 있다.

도 8b를 참조하여 측정되는 자기장(H 필드)을 비교하면, 개시된 인쇄회로기판(100)은 분할 공진기가 적용되지 않은 인쇄회로기판보다 4mn 거리에서 자기장이 27dB만큼 저감되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 개시된 인쇄회로기판(100)은 분할 공진기를 적용하여 인쇄회로기판(100)의 일측으로 방사되는 전자파를 효과적으로 차폐시킬 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 일 예에 따른 인쇄회로기판이 특정 주파수를 차폐하는 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 10a 내지 도 10c의 그래프에서 x축은 전자파의 특정 주파수 대역을 의미하고, y 축은 효율(coefficient)을 나타낸다. 또한, 각 그래프에서 1라인은 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)의 특성을 의미하며, 2 라인은 종래의 인쇄회로기판에 관한 특성이다.

앞서 언급한 바와 같이, 일 예에 따른 분할 공진기는 포함된 도전체 및 연결부의 구조적 크기 등에 의해서 차폐할 수 있는 전자파의 특정 주파수가 특정된다.

따라서 개시된 인쇄회로기판(100)은 특정 주파수에서 노이즈 전달특성, 반사특성 및 흡수특성이 기존의 인쇄회로기판보다 우수하다.

도 10a를 참조하면, 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 주파수가 28GHz일 때 노이즈 전달특성이 기존의 인쇄회로기판보다 떨어진다. 즉, 개시된 인쇄회로기판(100)은 28GHz 주파수 대역의 전자파를 외부로 방사되지 않도록 차폐할 수 있다.

도 10b를 참조하면, 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 주파수가 28.1GHz내지 28.5GHz 부근에서 노이즈 반사특성이 기존의 인쇄회로기판보다 효과적이다. 즉, 기존의 인쇄회로기판(100)은 반사시키는 특정 주파수 대역을 구분하지 않지만, 개시된 인쇄회로기판(100)은 특정 주파수 대역의 반사특성을 높여 효율적인 전자파 차폐가 가능토록 한다.

도 10c를 참조하면, 일 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 주파수가 28GHz일 때 노이즈 흡수특성이 기존의 인쇄회로기판보다 훨씬 높다. 즉, 개시된 인쇄회로기판(100)은 28GHz 주파수 대역의 전자파를 외부로 방사되지 않고 효과적으로 차폐할 수 있다.

도 11은 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판의 사시도이다.

개시된 인쇄회로기판(100)의 분할 공진기는 반드시 도 3에 도시된 형태로 배열되지 않을 수 있다. 즉 분할 공진기의 도전체(210)는 전자 부품이 실장된 기판(101)의 너비, 즉 X축 방향과 나란하게 배열되지 않을 수 있으며, 도 11과 같이 일정한 각도를 이루어 비스듬히 배열될 수도 있다.

이러한 실시예도 유전체 기판(200)은 FR4 에폭시 기판으로 마련될 수 있으며, 연결부(220) 및 도전체(210)는 금속으로 제작될 수 있다.

한편, 도 11과 같이 분할 공진기가 비스듬히 배열되는 일정한 각도는 인쇄회로기판(100)이 차폐하고자 하는 특정 주파수에 따라 다양할 수 있으며, 변형예를 포함할 수 있다.

도 12는 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 도 12를 적용한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 사시도이다.

도 12를 참조하면, 개시된 인쇄회로기판(100)의 단위 셀은 연결부(220)를 복수 개 포함할 수 있다. 도 2와 비교하면, 다른 실시예에 따른 분할 공진기는 복수 개의 연결부(221. 222)가 한 쌍의 도전체(211, 212)를 연결하는 형태로 제작될 수 있다.

다만, 도 12에서 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 분할 공진기는 한 쌍의 도전체(211, 212) 중 어느 하나의 도전체(212)가 끊어진 형태로 마련될 수 있다. 또한, 도 2와 비교해서 한 쌍의 도전체(211, 212)를 연결하는 중간 연결부(220)는 생략된다.

이러한 일 실시예에 따른 분할 공진기도 복수 개의 커패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하는 공진회로로 동작할 수 있고, 도 5에서 설명한 바와 같은 방식으로 전자파를 외곽으로 방사시키지 않고, 차폐할 수 있다.

한편, 개시된 분할 공진기의 연결부(221, 222)는 도 12에서 도시된 바와 같이, 원통형으로 마련될 수 있다. 그러나 연결부(221, 222)의 모양은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 직육면체나 다른 형태를 포함할 수도 있다.

도 13을 참조하면, 개시된 인쇄회로기판(100)은 도 12의 단위 셀을 기판(101)의 일 측면 또는 양 측면에 주기적으로 배열된 형태로 제작될 수 있으며, 전자장 또는 자기장을 효과적으로 흡수 할 수 있다.

한편, 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판(100)에서 마련되는 복수 개의 연결부(221. 222) 및 한 쌍의 도전체(211, 212)의 크기(size)는 차폐하고자 하는 특정 주파수에 기초하여 다양하게 설정될 수 있으며, 제한은 없다.

도 14는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 도 14를 적용한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 사시도이다.

도 14를 참조하면, 개시된 분할 공진기는 한 쌍의 도전체(211, 212), 한 쌍의 도전체를 연결하는 연결부(220) 및 한 쌍의 도전체의 양 단에 각각 마련된 복수 개의 연결부(223, 224)를 포함할 수 있다.

다만, 도 14에서 도시된 복수 개의 연결부(223, 224)를 도 12와 비교하면, 개시된 분할 공진기의 복수 개의 연결부(223. 224)는 중간이 끊어진 형태로 마련될 수 있다. 즉, 개시된 분할 공진기의 한 쌍의 도전체(211, 222)는 도 2 및 도 12와 같이 평평한 직사각형 형태 뿐만 아니라, 도 14와 같이 양 끝이 맞은편의 도전체를 향해 튀어나온 형태로 제작될 수도 있다.

이 경우도 마찬가지로, 개시된 분할 공진기는 복수 개의 커패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하는 공진회로로 동작할 수 있고, 전자파를 차폐할 수 있다.

한편, 복수 개의 끊어진 연결부(223, 224)는 도 14와 같이 원통형으로 마련될 수 있을 뿐만 아니라 다양하게 변경된 형태로 제작될 수 있으며, 제한은 없다.

도 15을 참조하면, 개시된 인쇄회로기판(100)은 도 14의 단위 셀을 기판(101)의 일 측면 또는 양 측면에 주기적으로 배열된 형태로 제작될 수 있으며, 전자장 또는 자기장을 효과적으로 흡수할 수 있다.

한편, 다른 실시예에 따른 인쇄회로기판(100)에서 마련되는 분할 공진기의 물리적 크기는 차폐하고자 하는 특정 주파수에 기초하여 다양하게 설정될 수 있으며, 제한은 없다.

100: 인쇄회로기판, 101: 기판, 200: 유전체 기판,
210, 211, 212: 도전체, 220, 221, 222, 223, 224: 연결부,
213, 213a 213b, 213c, 213d: 커패시터, 214: 인덕터

Claims

전자 부품이 실장되는 기판; 및
상기 기판의 일측에 마련되는 유전체 기판;
상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및
상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함하는 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 연결부는,
복수로 상기 한 쌍의 도전체를 연결하는 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 도전체는,
상기 기판의 두께를 향해 미리 설정된 각도에 이루어 배치되는 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 도전체, 상기 연결부 및 상기 유전체 기판은,
상기 기판을 중심으로 대칭되는 위치에 마련되는 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 유전체 기판은 FR4를 포함하는 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 도전체는,
커패시터의 용량에 기초하여 미리 설정된 너비를 포함하는 인쇄회로 기판.
제 1항에 있어서,
상기 연결부는,
인덕턴스를 기초로 상기 연결부는 원형으로 이루어진 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 도전체 및 상기 연결부는 금속으로 이루어진 인쇄회로기판.
제 1항에 있어서,
상기 기판은,
상기 기판의 내부에 마련되는 제 1 접지층;
상기 제 1 접지층의 하측에 마련되고 상기 제 1 접지층과 이격되어 위치하는 신호 라인; 및
상기 신호 라인의 하측에 마련되는 제 2 접지층;을 포함하는 인쇄회로기판.
전자 부품이 실장되는 기판;
상기 기판의 일측에 마련되는 유전체 기판; 및
상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 주기적으로 배열된 분할 공진기(Split Resonator)를 포함하고,
상기 분할 공진기는,
상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및
상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함하는 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 연결부는,
복수로 상기 한 쌍의 도전체를 연결하는 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 한 쌍의 도전체는,
상기 기판의 두께를 향해 미리 설정된 각도에 이루어 배치되는 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 분할 공진기는,
상기 기판을 중심으로 대칭되는 위치에 마련되는 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 유전체 기판은 FR4 에폭시 기판을 포함하는 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 한 쌍의 도전체는,
커패시터의 용량에 기초하여 미리 설정된 너비를 포함하는 인쇄회로 기판.
제 10항에 있어서,
상기 연결부는,
인덕턴스를 기초로 상기 연결부는 원형으로 이루어진 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 도전체 및 상기 연결부는 금속으로 이루어진 인쇄회로기판.
제 10항에 있어서,
상기 기판은,
상기 기판의 내부에 마련되는 제 1 접지층;
상기 제 1 접지층의 하측에 마련되고 상기 제 1 접지층과 이격되어 위치하는 신호 라인; 및
상기 신호 라인의 하측에 마련되는 제 2 접지층;을 포함하는 인쇄회로기판.
상기 유전체 기판의 내부에 마련되어, 상기 기판의 두께 방향으로 상기 기판과 이격된 거리에 배치되고, 서로 마주보며 배열되는 한 쌍의 도전체; 및
상기 한 쌍의 도전체를 연결하고, 상기 기판의 두께와 평행하게 마련되는 연결부;를 포함하는 분할 공진기.