TW202005510A - 立體電磁能隙電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種立體電磁能隙電路，包含：介電層，具有第一表面與相對的第二表面；螺旋狀元件，位於第一表面上；第一環繞元件，位於第一表面上，且環繞在螺旋狀元件的周圍，但不接觸螺旋狀元件；平面狀元件，位於第二表面上，且包含缺口；第二環繞元件，位於第二表面上，且環繞在平面狀元件的周圍，但不接觸平面狀元件，其中，第二環繞元件還包含有朝向缺口延伸的突出部；第一導孔，貫穿介電層、螺旋狀元件、與突出部；第二導孔，貫穿介電層、平面狀元件、與第一環繞元件；以及第三導孔，貫穿介電層、平面狀元件、與第一環繞元件。

Description

立體電磁能隙電路
本發明涉及電磁能隙(electromagnetic bandgap)結構，尤指一種立體電磁能隙電路(3D electromagnetic bandgap circuit)。
電磁能隙結構可用來抑制電磁波雜訊的傳播，但傳統的電磁能隙結構多半是平面式結構，需要佔用較多的電路面積。
當電子裝置內部的電路空間不夠時，便難以設置足夠數量的電磁能隙結構單元，如此便會降低抑制電磁波雜訊傳播的能力。
有鑑於此，如何有效減少電磁能隙結構所佔用的電路面積，實為有待解決的問題。
本說明書提供一種立體電磁能隙電路的實施例，其包含：一介電層，具有一第一表面與一相對的第二表面；一螺旋狀元件，位於該第一表面上，其中，該螺旋狀元件的一頭部位於該螺旋狀元件的內側，而該螺旋狀元件的一尾部位於該螺旋狀元件的外側；一第一環繞元件，位於該第一表面上，且環繞在該螺旋狀元件的周圍，但不接觸該螺旋狀元件；一第一間隙，位於該螺旋狀元件與該第一環繞元件之間；一平面狀元件，位於該第二表面上，且包含一缺口；一第二環繞元件，位於該第二表面上，且環繞在該平面狀元件的周圍，但不接觸該平面狀元件，其中，該第二環繞元件還包含有朝向該缺口延伸的一突出部；一第二間隙，位於該平面狀元件與該第二環繞元件之間；一第一導孔，貫穿該介電層、該頭部、與該突出部；一第二導孔，貫穿該介電層、該平面狀元件、與該第一環繞元件；以及一第三導孔，貫穿該介電層、該平面狀元件、與該第一環繞元件。
上述實施例的優點之一，是立體電磁能隙電路採用立體化結構設計實現，可有效降低立體電磁能隙電路所佔用的電路面積。
上述實施例的另一優點，是單一立體電磁能隙電路即可同時抑制兩個頻段的電磁波雜訊。
上述實施例的另一優點，是立體電磁能隙電路不需要週期性排列便可提供良好的電磁波雜訊抑制效果，能大幅提升整體電路設計上的彈性。
上述實施例的另一優點，是可應用在雙層結構的電路板上。
本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件。
請參考圖1至圖4。圖1為本發明一實施例的立體電磁能隙電路100簡化後的結構示意圖。圖2為立體電磁能隙電路100分解後的結構示意圖。圖3為立體電磁能隙電路的第一層結構120的第一實施例簡化後的示意圖。圖4為立體電磁能隙電路的第二層結構130的第一實施例簡化後的示意圖。
立體電磁能隙電路100可以設置在採用雙層板結構的電路板中，用以抑制電磁波雜訊的傳播。如圖所示，立體電磁能隙電路100包含一介電層110、一第一層結構120、一第二層結構130、一第一導孔141、一第二導孔143、以及一第三導孔145。
介電層110具有一第一表面112與一相對的第二表面114。第一層結構120位於介電層110的第一表面112上，且包含一螺旋狀元件121、一第一環繞元件123、以及一第一間隙125。第二層結構130位於介電層110的第二表面114上，且包含一平面狀元件131、一第二環繞元件133、以及一第二間隙135。
如圖1至圖3所示，在第一層結構120中的螺旋狀元件121的其中一端位於螺旋狀元件121的內側，以下稱之為頭部322，而螺旋狀元件121的另一端則位於螺旋狀元件121的外側，以下稱之為尾部324。第一環繞元件123環繞在螺旋狀元件121的周圍，但不接觸螺旋狀元件121。第一間隙125則位於螺旋狀元件121與第一環繞元件123之間，作為兩者之間的隔離構造。
在立體電磁能隙電路100中，螺旋狀元件121的內側部分的寬度，刻意設計成大於螺旋狀元件121的外側部分的寬度。前述設計態樣的目的是為了讓立體電磁能隙電路100能夠同時抑制兩個頻段的電磁波雜訊。
例如，如圖3所示，螺旋狀元件121的頭部322的寬度，便很明顯大於螺旋狀元件121的尾部324的寬度。在圖3中，W1~W6用來代表較靠近螺旋狀元件121的內側部分(亦即，較靠近頭部322)的幾個線圈段的平均寬度，而W7~W9則是用來代表較靠近螺旋狀元件121的外側部分(亦即，較靠近尾部324)的幾個線圈段的平均寬度。
實作上，可以將寬度W1~W6設計成都相同，也可以設計成略有差異。相仿地，可以將寬度W7~W9設計成都相同，也可以設計成略有差異。
由圖3可知，較靠近螺旋狀元件121的內側部分的幾個線圈段的平均寬度W1~W6，都明顯大於較靠近螺旋狀元件121的外側部分的幾個線圈段的平均寬度W7~W9。
如圖4所示，第二層結構130中的平面狀元件131包含一缺口410。第二環繞元件133環繞在平面狀元件131的周圍，但不接觸平面狀元件131。此外，第二環繞元件133還包含有朝向缺口410延伸的一突出部430。第二間隙135則位於平面狀元件131與第二環繞元件133之間，作為兩者之間的隔離構造。
如圖1至圖4所示，第一導孔141貫穿介電層110、螺旋狀元件121的頭部322、與平面狀元件131的突出部430，用以電性連接頭部322與突出部430。第二導孔143貫穿介電層110、平面狀元件131、與第一環繞元件123，用以電性連接平面狀元件131與第一環繞元件123。第三導孔145貫穿介電層110、平面狀元件131、與第一環繞元件123，用以電性連接平面狀元件131與第一環繞元件123。
實作上，第一導孔141的位置可以但並不限定於設置在第一層結構120的正中央位置。例如，如圖3所示，本實施例中的第一導孔141的位置是設置在第一層結構120的中央區域內，但並非位於第一層結構120的正中央位置。
如圖4所示，平面狀元件131的缺口410實質上沿著一第一軸線A1，從平面狀元件131的邊緣朝向平面狀元件131的內側部位延伸。從另一角度而言，第二環繞元件133的突出部430也是實質上沿著第一軸線A1，從第二環繞元件133的內側邊緣朝向缺口410方向延伸。
在本實施例中，前述的第二導孔143與第三導孔145分別位於第一軸線A1的兩側，並分別靠近平面狀元件131的其中一條對角線的兩端。
實作上，介電層110可以用各種絕緣材料來製作。螺旋狀元件121、第一環繞元件123、平面狀元件131、以及第二環繞元件133，則皆可用適當的導電性材料來製作。
另外，第一間隙125與第二間隙135皆可用挖空的空隙結構(void structure)來實現，也可以用由絕緣材料構成的實體間隔結構來實現。
當立體電磁能隙電路100被設置到電路板上時，螺旋狀元件121或第二環繞元件133可用於耦接一地端電壓，而第一環繞元件123或平面狀元件131則可用於耦接一電源電壓。
前述的第一層結構120與第二層結構130透過導孔141~145彼此耦接後，可形成一翻轉式的(flipped)電磁能隙共振結構，使得立體電磁能隙電路100可用來同時抑制兩個頻段的電磁波雜訊。
例如，倘若要讓立體電磁能隙電路100能夠同時抑制2.45GHz與5.3GHz兩個頻段的電磁波雜訊，則可將前述第一環繞元件123的長度設置成3.75~5.5公厘(mm)、寬度設置成介於4.5~6.5公厘，並將第二環繞元件133的長度設置成4.5~6.5公厘、寬度設置成4.5~6.5公厘。
由前述說明可知，立體電磁能隙電路100是用立體化的多層結構來實現，故可有效降低所佔用的電路面積。
另外，單一立體電磁能隙電路100即可同時抑制兩個頻段的電磁波雜訊，很適合設置在需要在兩個不同的頻段中進行信號收發的電子裝置中。
由於立體電磁能隙電路100採用翻轉式的結構，所以可以應用在雙層結構的電路板上，而無需增加電路板的層數。
再者，前述的立體電磁能隙電路100不需要週期性排列便可提供良好的電磁波雜訊抑制效果，可大幅提升整體電路設計上的彈性。例如，可在電子裝置中的雜訊源附近設置數個立體電磁能隙電路100，藉此大幅提升電子裝置抑制電磁波雜訊傳播的能力。
請注意，前述螺旋狀元件121靠近內側部分的線圈段數量，以及螺旋狀元件121靠近外側部分的線圈段數量，並不侷限於圖3實施例的態樣。實作上，亦可依據要抑制電磁波雜訊的頻段，彈性調整螺旋狀元件121的內側部分的線圈段數量，以及螺旋狀元件121的外側部分的線圈段數量。
另外，立體電磁能隙電路100中的導孔的位置與數量，並不侷限於前述圖1至圖4實施例的態樣。
例如，在圖5與圖6的實施例中，第二導孔143與第三導孔145是分別設置在平面狀元件131的左右兩側，且都位於與前述的第一軸線A1垂直的一第二軸線A2上。
又例如，在圖7與圖8的實施例中，立體電磁能隙電路100除了前述的第一導孔141、第二導孔143、與第三導孔145外，還額外包含一第四導孔747以及一第五導孔749。
如圖7與圖8所示，第四導孔747與第五導孔749都貫穿介電層110、平面狀元件131、與第一環繞元件123。
在圖7與圖8的實施例中，前述的第二導孔143與第三導孔145分別位於第一軸線A1的兩側，並分別靠近平面狀元件131的其中一條對角線的兩端，而前述的第四導孔747與第五導孔749也分別位於第一軸線A1的兩側，但分別靠近平面狀元件131的另外一條對角線的兩端。換言之，第四導孔747與第二導孔143位於前述第一軸線A1的一側，而第五導孔749與第三導孔145則位於前述第一軸線A1的另一側。
請注意，實作上亦可將螺旋狀元件121的多個線圈段設計成較圓滑的蜿蜒形狀，而不侷限於前述各實施例中的態樣。
此外，前述的第一環繞元件123與第二環繞元件133兩者的外形與尺寸並不侷限於要彼此相同。
例如，第一環繞元件123與第二環繞元件133兩者的外形都可以設計成正方形、但邊長互不相同。
又例如，亦可將第一環繞元件123與第二環繞元件133兩者設計成具有不同的長度和/或不同的寬度。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件，而本領域內的技術人員可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作爲區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作爲區分的基準。在說明書及申請專利範圍中所提及的「包含」爲開放式的用語，應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或通過其它元件或連接手段間接地電性或信號連接至第二元件。
在說明書中所使用的「和/或」的描述方式，包含所列舉的其中一個項目或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的含義。
在說明書及申請專利範圍當中所提及的「元件」(element)一詞，包含了構件(component)、層構造(layer)、或區域(region)的概念。
圖式的某些元件的尺寸及相對大小會被加以放大，或者某些元件的形狀會被簡化，以便能更清楚地表達實施例的內容。因此，除非申請人有特別指明，圖式中各元件的形狀、尺寸、相對大小及相對位置等僅是便於說明，而不應被用來限縮本發明的專利範圍。此外，本發明可用許多不同的形式來體現，在解釋本發明時，不應僅侷限於本說明書所提出的實施例態樣。
在說明書及申請專利範圍中，若描述第一元件位於第二元件上、在第二元件上方、連接、接合、耦接於第二元件或與第二元件相接，則表示第一元件可直接位在第二元件上、直接連接、直接接合、直接耦接於第二元件，亦可表示第一元件與第二元件間存在其他元件。相對之下，若描述第一元件直接位在第二元件上、直接連接、直接接合、直接耦接、或直接相接於第二元件，則代表第一元件與第二元件間不存在其他元件。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的等效變化與修改，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100‧‧‧立體電磁能隙電路(3D electromagnetic bandgap circuit)
110‧‧‧介電層(dielectric layer)
112‧‧‧第一表面(first surface)
114‧‧‧第二表面(second surface)
120‧‧‧第一層結構(first layer structure)
121‧‧‧螺旋狀元件(spiral element)
123‧‧‧第一環繞元件(first surrounding element)
125‧‧‧第一間隙(first gap)
130‧‧‧第二層結構(second layer structure)
131‧‧‧平面狀元件(plane element)
133‧‧‧第二環繞元件(second surrounding element)
135‧‧‧第二間隙(second gap)
141‧‧‧第一導孔(first via)
143‧‧‧第二導孔(second via)
145‧‧‧第三導孔(third via)
322‧‧‧頭部(head portion)
324‧‧‧尾部(rear portion)
410‧‧‧缺口(notch)
430‧‧‧突出部(protruding portion)
747‧‧‧第四導孔(fourth via)
749‧‧‧第五導孔(fifth via)
A1‧‧‧第一軸線(first axis)
A2‧‧‧第二軸線(second axis)
W1~W9‧‧‧平均寬度(average width)
圖1為本發明一實施例的立體電磁能隙電路簡化後的結構示意圖。
圖2為圖1的立體電磁能隙電路分解後的結構示意圖。
圖3為立體電磁能隙電路的第一層結構的第一實施例簡化後的示意圖。
圖4為立體電磁能隙電路的第二層結構的第一實施例簡化後的示意圖。
圖5為立體電磁能隙電路的第二層結構的第二實施例簡化後的示意圖。
圖6為立體電磁能隙電路的第一層結構的第二實施例簡化後的示意圖。
圖7為立體電磁能隙電路的第二層結構的第三實施例簡化後的示意圖。
圖8為立體電磁能隙電路的第一層結構的第三實施例簡化後的示意圖。
100‧‧‧立體電磁能隙電路
110‧‧‧介電層
112‧‧‧第一表面
114‧‧‧第二表面
120‧‧‧第一層結構
121‧‧‧螺旋狀元件
123‧‧‧第一環繞元件
125‧‧‧第一間隙
130‧‧‧第二層結構
131‧‧‧平面狀元件
133‧‧‧第二環繞元件
135‧‧‧第二間隙
141‧‧‧第一導孔
143‧‧‧第二導孔
145‧‧‧第三導孔

Claims (8)

  1. 一種立體電磁能隙電路(100)，包含： 一介電層(110)，具有一第一表面(112)與一相對的第二表面(114)； 一螺旋狀元件(121)，位於該第一表面(112)上，其中，該螺旋狀元件(121)的一頭部(322)位於該螺旋狀元件(121)的內側，而該螺旋狀元件(121)的一尾部(324)位於該螺旋狀元件(121)的外側； 一第一環繞元件(123)，位於該第一表面(112)上，且環繞在該螺旋狀元件(121)的周圍，但不接觸該螺旋狀元件(121)； 一第一間隙(125)，位於該螺旋狀元件(121)與該第一環繞元件(123)之間； 一平面狀元件(131)，位於該第二表面(114)上，且包含一缺口(410)； 一第二環繞元件(133)，位於該第二表面(114)上，且環繞在該平面狀元件(131)的周圍，但不接觸該平面狀元件(131)，其中，該第二環繞元件(133)還包含有朝向該缺口(410)延伸的一突出部(430)； 一第二間隙(135)，位於該平面狀元件(131)與該第二環繞元件(133)之間； 一第一導孔(141)，貫穿該介電層(110)、該頭部(322)、與該突出部(430)； 一第二導孔(143)，貫穿該介電層(110)、該平面狀元件(131)、與該第一環繞元件(123)；以及 一第三導孔(145)，貫穿該介電層(110)、該平面狀元件(131)、與該第一環繞元件(123)。
  2. 如請求項1所述的立體電磁能隙電路(100)，其中，該螺旋狀元件(121)的內側部分的寬度，大於該螺旋狀元件(121)的外側部分的寬度。
  3. 如請求項2所述的立體電磁能隙電路(100)，其中，該缺口(410)實質上沿著一第一軸線(A1)從該平面狀元件(131)的邊緣朝向該平面狀元件(131)的內側延伸，而該第二導孔(143)與該第三導孔(145)分別位於該第一軸線(A1)的兩側。
  4. 如請求項3所述的立體電磁能隙電路(100)，另包含： 一第四導孔(747)，貫穿該介電層(110)、該平面狀元件(131)、與該第一環繞元件(123)；以及 一第五導孔(749)，貫穿該介電層(110)、該平面狀元件(131)、與該第一環繞元件(123)； 其中，該第四導孔(747)與該第二導孔(143)位於該第一軸線(A1)的一側，而該第五導孔(749)與該第三導孔(145)位於該第一軸線(A1)的另一側。
  5. 如請求項2所述的立體電磁能隙電路(100)，其中，該突出部(430)實質上沿著一第一軸線(A1)從該第二環繞元件(133)的內側朝向該缺口(410)方向延伸，而該第二導孔(143)與該第三導孔(145)分別位於該第一軸線(A1)的兩側。
  6. 如請求項5所述的立體電磁能隙電路(100)，另包含： 一第四導孔(747)，貫穿該介電層(110)、該平面狀元件(131)、與該第一環繞元件(123)；以及 一第五導孔(749)，貫穿該介電層(110)、該平面狀元件(131)、與該第一環繞元件(123)； 其中，該第四導孔(747)與該第二導孔(143)位於該第一軸線(A1)的一側，而該第五導孔(749)與該第三導孔(145)位於該第一軸線(A1)的另一側。
  7. 如請求項2所述的立體電磁能隙電路(100)，其中，該頭部(322)的寬度，大於該尾部(324)的寬度。
  8. 如請求項2至7中任一項所述的立體電磁能隙電路(100)，其中，該螺旋狀元件(121)或該第二環繞元件(133)用於耦接一地端電壓，而該第一環繞元件(123)或該平面狀元件(131)用於耦接一電源電壓。
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