TWI658768B - 印刷配線板 - Google Patents

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Abstract

本發明之印刷配線板係含有電源層及接地層，且形成於電源層的一部分之電源層圖案係含有：分支，係連接鄰接的EBG單位單元之間的直流供電路；以及電源層電極，係隔著沿該分支設置的狹縫連接於該分支，前述EBG單位單元係週期性配置，並且依各個EBG單位單元分別配置有複數個電容結合元件，該電容結合元件係以和前述電源層電極相對向之方式設置有層間且經由通孔連接於前述電源層圖案內的分支。

Description

印刷配線板
本發明係有關於具有電磁帶隙構造的印刷配線板之相關技術。
就產生在多層印刷配線板之電源層-接地層的平行平板諧振抑制或高頻雜訊傳送抑制而言，可考慮雜訊抑制零件或具有雜訊傳送抑制功能的多層印刷配線板。就多層印刷配線板中的電源系統雜訊的降低而言，通常係使用電容器。另一方面，就雜訊傳送抑制而言，係對電源層-接地層使用電磁帶隙(Electromagnetic band gap，以下稱為”EBG”)構造體。使用如此之EBG構造體的印刷配線板有例如揭示於專利文獻1至5者。
(先行技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：特開2010-10183號公報
專利文獻2：特開2013-58585號公報
專利文獻3：特開2013-183082號公報
專利文獻4：特開2013-255259號公報
專利文獻5：特開2014-27559號公報
本發明揭示的印刷配線板係含有電源層及接地層。形成於電源層的電源層圖案係含有：分支，係連接鄰接的EBG單位單元之間的直流供電路；以及電源層電極，係隔著沿該分支設置的狹縫連接於該分支。前述EBG單位單元係週期性配置，並且依各個EBG單位單元分別配置有複數個電容結合元件，該電容結合元件係以和電源層電極相對向之方式設置有層間且經由通孔(via)連接於電源層圖案內的分支。
1、10‧‧‧印刷配線板
2‧‧‧電源層
3‧‧‧接地層
4、4'、4"、40‧‧‧EBG構造
9‧‧‧絕緣層
41‧‧‧EBG單位單元
42、42'‧‧‧電源層圖案
43‧‧‧電容結合元件
44、44a、44b‧‧‧通孔
45、45'‧‧‧分支
46‧‧‧狹縫
47‧‧‧電源層電極
51至53‧‧‧埠
Cs‧‧‧結合電容
Lb‧‧‧電感
Lv‧‧‧電感
第1圖係表示本揭示之一實施形態的印刷配線板之說明圖。
第2圖(a)係表示設置於第1圖所示之印刷配線板的EBG構造之一實施形態之說明圖，第2圖(b)係表示包含於EBG構造之電源層圖案之說明圖，第2圖(c)係表示包含於EBG構造之電容結合元件之說明圖。
第3圖係用以將本發明所揭示之電源電極設為二層構造而成之小型化的原理說明的於EBG單位單元所包含之並聯諧振電路的等效電路圖。
第4圖係表示並聯諧振電路的諧振頻率係依存於電源層電極和電容結合元件的距離之電磁場模擬結果的曲線圖。
第5圖係表示透射特性的電磁場模擬用之印刷配線板 之一實施形態之說明圖。
第6圖係表示使用第5圖的印刷配線板之電磁場模擬結果的曲線圖。
第7圖(a)係表示EBG構造之另一實施形態之說明圖，第7圖(b)係表示包含於EBG構造之電源層圖案之說明圖，第7圖(c)係表示包含於EBG構造之電容結合元件之說明圖。
第8圖係包含於構成第7圖(a)所示的EBG構造之EBG單位單元之諧振電路部分的等效電路。
第9圖係表示用以求得第7圖(a)所示之EBG單位單元中之諧振電路的諧振頻率之電磁場模擬結果的曲線圖。
第10圖(a)係表示EBG構造之又另一實施形態之說明圖，第10圖(b)係表示包含於EBG構造之電源層圖案之說明圖，第10圖(c)係表示包含於EBG構造之電容結合元件之說明圖。
通常所使用之電容器，會受到等效串聯電感(ESL)的影響，而無法期待抑制數百MHz以上之雜訊抑制的功效。就1GHz以上的頻率之雜訊傳送抑制而言，於基板設置EBG構造較為有效。但，在實用化上EBG構造的小型化為不可或缺，而有使用易於小型化之短截線(open stub)的EBG構造的報告。在這樣的EBG構造中，必須於電源層-接地層之間形成通孔(via)，而不利於成本面。另一方面，於電源層-接地層之間未形成通孔的EBG構造， 通常會有難以小型化的問題。
於本發明所揭示的印刷配線板所設置之EBG構造，係即便於電源層-接地層之間未形成通孔，亦於電源層附加電容結合元件來將電源電極作成為二層構造，藉此可進一步實現小型化。以下，詳細說明有關於本揭示的印刷配線板。
如第1圖所示，本發明所揭示之一實施形態的印刷配線板1係包含電源層2、以及接地層3，該電源層2的一部分係具有EBG構造4。電源層2和接地層3之間係設置有絕緣層9。電源層2以及接地層3係例如由包含銅等的導電性材料的平面層圖案(flat pattern)所形成。電源層2的厚度並未具體限定，例如18至70μm左右。接地層3的厚度亦未具體限定，例如18至70μm左右。
電源層2和接地層3之間、電源層2的上表面、以及接地層3的下表面係形成有絕緣層9。該絕緣層9只要以具有絕緣性的素材所形成，則未特別限定。就具有絕緣性的素材，例如可列舉：環氧樹脂、雙馬來醯亞胺-三嗪樹脂、聚酰亞胺樹脂、以及聚苯醚樹脂等之有機樹脂等。此等有機樹脂亦可混合兩種以上而使用。
就具有絕緣性的素材使用有機樹脂時，有機樹脂亦可配合補強材料而使用。補強材料係例如可列舉：玻璃纖維、玻璃不織布、芳綸不織布、芳綸纖維、以及聚酯纖維等之絕緣性布材。補強材料亦可同時使用兩種以上。此外，具有絕緣性的素材亦可包含二氧化釸、硫酸鋇、 滑石粉、黏土、玻璃、碳酸鈣、氧化鈦等之無機填充材料。
EBG構造4係以沿著分支的方向而週期性地一維地配置複數個EBG單位單元41，或者，以與此垂直的方向而週期性地二維地配置複數個且排列而形成。
以下，根據第2圖(a)至(c)說明一實施形態之EBG構造4。第2圖(a)所示之一實施形態之EBG構造4係以沿著分支的方向而排列配置三個EBG單位單元41，亦可因應使用形態而適當的變更配置。
如第2圖(a)所示，EBG單位單元41係具有於電源層圖案42的上方設置層間並配置有電容結合元件43的構造。由於該EBG單位單元41係在設計階段而設置於印刷配線板1內，故與雜訊抑制零件不同而不需要印刷配線板製作後的安裝成本。EBG單位單元41的形狀雖無特別限定，於配置時能節省空間之大致矩形狀者即可。
如第2圖(b)所示，電源層圖案42係具有利用在使電源供電所需的直流電流流通之範圍內盡量微細的分支路(以下簡稱為分支)45來連接鄰接的EBG單位單元41間的構造，且設置有分隔狹縫(slit)46並在端部與該分支45連接之電源層電極47。此外，電源層圖案42係至少具有一個和電容結合元件43的通孔44b連接的通孔44a。此處「端部」係指在EBG單位單元41當中，隔著狹縫46而和分支45相對向之電源層電極47之邊的端部，具體而言，其係指離和通孔44a對邊側的端部(角)至邊長之大約1/8處為止的位置。
如第2圖(c)所示，電容結合元件43係至少具有一個和電源層圖案42的通孔44a連接的通孔44b。該電容結合元件43係配置成從電源層電極47的上方重疊。該電容結合元件43係例如由銅等之導電性材料所形成。此外，電容結合元件43亦可為和電源層圖案42相同的導電性材料。
該電源層電極47和電容結合元件43係形成平行平板電容器，且實現電容結合(結合電容Cs)。
如第2圖(a)所示，在EBG單位單元41當中，藉由分支45的電感Lb、前述結合電容Cs、以及通孔44的電感Lv的串聯電路而形成第3圖所示之並聯諧振電路。當以該諧振頻率為2.4GHz之方式設計電感Lb及結合電容Cs時，即能於2.4GHz附近的頻帶設定電磁波不傳送的阻止帶。若以Cs增加之方式設計電源層電極47、電容結合元件43的形狀、間隔時，即能降低諧振頻率，且能實現EBG構造4的小型化。
分支45係用以流通電源供電所需的直流電流，且配置於EBG單位單元41內。隔著狹縫46來配置用以形成平行平板電容器的電源層電極47。於該電源層電極47，以設置層間之方式設置形成對向電極之電容結合元件43。電源層電極47和電容結合元件43之層間的厚度為25μm以下，為了具有充分的結合電容Cs，亦可為5至20μm。分支45係亦可配置於EBG單位單元41之任意的部位。未配置成重疊電容結合元件43時，可進一步將電感變 大。第4圖或第6圖之電磁場模擬結果獲得時之分支45的寬幅或EBG單位單元41的尺寸係分別為0.25mm四方、以及2.0mm四方。
如此，本揭示係藉由將電容結合元件43配置於電源層電極47的上方而形成平行平板電容器，並實現電容結合。詳細而言，電容於電源層電極47和電容結合元件43之層間保持結合電容Cs，利用分支45之端連接電源層電極47，並且利用設置於分支45的另一方之端的通孔44連接電容結合元件43，且在與由分支45所產生的電感Lb之間，將並聯諧振電路形成於EBG單位單元41內。
第3圖係於第2圖(a)所示的於EBG單位單元41所包含之並聯諧振電路部分的等效電路圖。此時，Lb係表示分支45的電感成分。此外，Cs係表示電源層圖案42為以狹縫46而予以分割之電源層電極47及電容結合元件43的結合電容，Lv係表示自電源層圖案42經由通孔44(44a、44b)而連接於電容結合元件43的路徑的電感成分。Lv係依存於電源層電極47和電容結合元件43之層間的厚度，厚度若為充分的薄，則設計上可予以忽視。要求精確度時，亦可考量Lv的大小而進行設計。
於第4圖表示：具有和第2圖所示之相同的EBG構造，藉由電磁場模擬而調查於電源層電極和電容結合元件的層間厚度不同的三個之EBG構造(25μm厚度、12μm厚度、以及8μm厚度)所包含之並聯諧振電路的諧振頻率的曲線圖。根據第4圖，使用25μm厚度之EBG構 造時，諧振頻率為3.45GHz。
12μm厚度、以及8μm厚度係分別形成諧振頻率為2.4GHz、以及1.9GHz，得知愈薄則諧振頻率愈往低頻側遷移。這表示將電源層電極和電容結合元件的層間厚度作成愈薄，則愈能將EBG構造達成小型化。
第5圖係表示透射特性的模擬用之印刷配線板10之一實施形態之說明圖。在該印刷配線板10當中，埠51、埠52、53係由EBG構造40而予以分斷。EBG構造40係表示：於印刷配線板10的長邊方向配置三個EBG單位單元41，個而於橫斷面方向配置二十四個EBG單位單元41之構造。印刷配線板10的長邊方向係和EBG單位單元41沿著分支的方向相同。EBG單位單元41係和上述之第2圖(a)所示之相同的形狀，電源層電極和電容結合元件的層間厚度係以12μm，EBG單位單元41係以2.0mm四方而形成。此時，EBG構造40的寬幅係長邊方向為6.0mm，橫斷面方向為48.0mm。印刷配線板10的厚度方向之接地層及絕緣層係予以省略。
第6圖係表示使用印刷配線板10之電磁場模擬，分別評價埠51-埠52、以及埠51-埠53之間的透射特性之結果。粗線係表示設置EBG構造40之情形，細線係表示無EBG構造40(平面層構造)之情形時(Reference)的透射特性。此外，圖中的S21係表示埠51-埠52之間，S31係表示埠51-埠53之間。
由第6圖可理解設置EBG構造40之情形時， 在2.4GHz附近，透射量係減少20dB以上，且形成不傳送高頻的電磁雜訊之阻止帶。根據該結果，可理解若改變EBG單位單元內之電源層圖案或電容結合元件的形狀，即能形成更小型化、或形成阻止帶於不同的頻率域。
接著，根據第7圖(a)至(c)而說明另外的實施形態之EBG構造4'。和上述一實施形態之EBG構造4相同的構件係賦予相同的符號，並省略詳細的說明。
在另一實施形態之EBG構造4'，如第7圖(a)及第7圖(b)所示，電源層圖案42'係利用分支45來連接鄰接的EBG單位單元41間，且設置分隔狹縫46並在端部以外連接該分支45的電源層電極47。此處「端部以外」係指上述的「端部」以外的部分，且離和通孔44a對邊的端部(角)至邊長之大約1/8之位置起至通孔44a側的端部(角)為止。在EBG構造4'當中，電源層電極47和電容結合元件43的層間厚度為12μm。
第8圖係於第7圖(a)所示的於EBG單位單元41所包含之並聯諧振電路部分的等效電路。此時，Lb/2係表示分支45的電感成分。此外，Cs係表示電源層圖案42'為以狹縫46予以分割之電源層電極47和電容結合元件43的結合電容。第7圖(a)中，電源層圖案42'係設置將分支45及狹縫46予以隔開並大致在中央部連接之電源層電極47，故電感成分係Lb/2。根據連接位置而分母係採用不同之值。
第9圖係表示用以求得第7圖(a)所示之EBG 構造4'中之並聯諧振電路的諧振頻率之電磁場模擬結果的曲線圖。根據該諧振解析結果，可理解EBG構造4'係可於3.3GHz附近的頻帶設定抑制電磁雜訊傳送的阻止帶。「端部」的曲線圖係表示上述的EBG單位單元41(12μm厚度)之結果。
根據本揭示之印刷配線板，則EBG構造體係無論有無電源層及接地層的通孔，均能達成EBG構造體(EBG單位單元)之小型化。此外，由於係在設計階段而將EBG構造設置於印刷配線板內，故不需要印刷配線板製作後的安裝成本。
此外，如第7圖(a)所示之EBG構造4'，以變更連接位置之較容易的設計變更的方式，可變更適用的頻率。
以上，雖說明本揭示之印刷配線板，但，本發明並不限定上述實施形態，而能作各種的改善或改良。
分支亦可配置於EBG單位單元內的任何部位。例如第10圖所示之又另一實施形態之EBG構造4"，其分支45'係配置於EBG單位單元41的大致中央部。和上述之一實施形態之EBG構造4相同的構件係賦予相同的符號，並省略詳細的說明。

Claims (5)

  1. 一種印刷配線板，係含有電源層、以及接地層，形成於電源層的一部分之電源層圖案係含有：分支，係連接鄰接的EBG單位單元間的直流供電路；以及電源層電極，係隔著沿前述分支設置的狹縫連接於前述分支，前述EBG單位單元係週期性配置，並且依各個前述EBG單位單元分別配置有複數個電容結合元件，該電容結合元件係以和前述電源層電極相對向之方式設置有層間且經由通孔連接於前述電源層圖案內的分支。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之印刷配線板，其中前述電源層圖案係含有隔著前述狹縫以端部連接於前述分支的電源層電極。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之印刷配線板，其中前述電源層圖案係含有隔著前述狹縫以端部以外連接前述分支的電源層電極。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項之中之任意一項所述之印刷配線板，其中前述分支係配置於EBG單位單元的端部。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項之中之任意一項所述之印刷配線板，其中前述電源層電極和前述電容結合元件的層間之厚度為25μm以下。
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