JP4722968B2 - 電磁気バンドギャップ構造物及び印刷回路基板 - Google Patents

Description

本発明は印刷回路基板に関するもので、より詳細には、アナログ回路とデジタル回路との間の混合信号（mixed signal）問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物及び印刷回路基板に関する。

移動可能性が重要となる最近の傾向に伴い、無線通信が可能な移動通信端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ノートパソコン、ＤＭＢ（Digital Multimedia Broadcasting）機器など、多様な機器が市販されている。

これらの機器は、無線通信のためにアナログ回路、例えば、ＲＦ（高周波）回路と、デジタル回路とが複合的に搭載されている印刷回路基板を含んでいる。

図１は、アナログ回路とデジタル回路とが備えられた印刷回路基板の断面図である。４層構造を有する印刷回路基板１００が示されているが、その他の２層、６層など、多様な構造の印刷回路基板も適用可能である。ここで、アナログ回路はＲＦ回路であると仮定する。

印刷回路基板１００は、金属層（１１０−１、１１０−２、１１０−３、１１０−４、以下１１０と略称する）と、金属層１１０の間に積層された誘電層１２０（１２０−１、１２０−２、１２０−３に区分される）と、最上位金属層１１０−１の上に装着されたデジタル回路１３０と、ＲＦ回路１４０とを含む。

金属層１１０−２を接地層、金属層１１０−３を電源層であると仮定すれば、接地層１１０−２と電源層１１０−３との間に接続されているビア１６０を通して電流が流れ、印刷回路基板１００は予め定められている動作または機能を行う。

ここで、デジタル回路１３０の動作周波数と高調波成分による電磁波（EM wave）１５０がＲＦ回路１４０に伝達されて混合信号問題を生じさせる。混合信号問題とは、デジタル回路１３０での電磁波がＲＦ回路１４０の動作周波数帯域内の周波数を有することにより、ＲＦ回路１４０の正確な動作を妨害することを意味する。例えば、ＲＦ回路１４０が所定周波数帯域の信号を受信するに当たって、当該周波数帯域内の信号を含む電磁波１５０がデジタル回路１３０から伝達されて当該周波数帯域内で正確な信号の受信を困難にさせるおそれがある。

このような混合信号問題は、電子機器が複雑になることにつれ、デジタル回路１３０の動作周波数が増加し、かつ、ますます複雑になり、解決が困難になってきている。

電源ノイズの典型的な解決策であるデカップリングキャパシタによる方法も高周波数領域では適切な解決策になっておらず、ＲＦ回路とデジタル回路との間に高周波数領域のノイズを遮断する構造物の研究が必要とされている。

図２は、従来技術によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の断面図であり、図３は、図２に示された電磁気バンドギャップ構造物の金属板の配列構造を示す平面図である。図４は、図２に示された電磁気バンドギャップ構造物の斜視図であり、図５は、図２に示された電磁気バンドギャップ構造物の等価回路図である。

電磁気バンドギャップ構造物（electromagnetic bandgap structure）２００は、第１金属層２１０−１、第２金属層２１０−２、第１誘電層２２０ａ、第２誘電層２２０ｂ、金属板２３２、及びビア２３４を含む。

第１金属層２１０−１と金属板２３２とはビア２３４により接続され、金属板２３２及びビア２３４はきのこ型構造物２３０を形成する（図４参照）。

第１金属層２１０−１が接地層である場合、第２金属層２１０−２は電源層になり、第１金属層２１０−１が電源層である場合、第２金属層２１０−２は接地層になる。

すなわち、接地層と電源層との間に、金属板２３２及びビア２３４から形成されたきのこ型構造物２３０が繰り返して配置されることにより（図３参照）、特定周波数帯域に含まれた信号を通過させないバンドギャップ構造を有することになる。

特定周波数帯域に含まれた信号を通過させない機能は、抵抗（ＲＥ，ＲＰ）、インダクタンス、キャパシタンス（ＣＥ、ＣＰ、ＣＧ）およびコンダクタンス（ＧＰ、ＧＥ）の成分によるものであって、図５に示すような等価回路で近似して表現される。

デジタル回路とＲＦ回路とが同一基板に備えられ、使用される代表的な電子機器としては移動通信端末がある。移動通信端末の場合、混合信号問題を解決するためには、ＲＦ回路の動作周波数である０．８〜２．０ＧＨｚ領域でのノイズ遮蔽が必要であり、かつ移動通信端末で適用できるように、きのこ型構造物のサイズが小さくなければならない。しかし、前述した電磁気バンドギャップ構造物ではこの二つの条件を共に満たすことができないという問題点がある。

きのこ型構造物のサイズが小さくなると、ノイズを遮蔽するバンドギャップ周波数が高くなるので、前述した移動通信端末のＲＦ回路の動作周波数である０．８〜２．０ＧＨｚの領域では効果的ではない。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、小さいサイズを有しながらも、低いバンドギャップ周波数を有する電磁気バンドギャップ構造物及び印刷回路基板を提供することにその目的がある。

本発明の他の目的は、ＲＦ回路とデジタル回路とが同一基板内に備えられている電子機器(例えば、移動通信端末など)での混合信号問題を解決できる電磁気バンドギャップ構造物及び印刷回路基板を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、特定周波数のノイズを通過させない電磁気バンドギャップ構造物及び印刷回路基板を提供することにある。

本発明のその他の目的は下記の説明を通して容易に理解できよう。

上述の目的を達成するために、本発明の好適な実施の形態によれば、第１金属板と一端が前記第１金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、前記ビアの他端に接続される第２金属板と、 金属線により前記第２金属板に接続される第１金属層と、前記第１金属層と前記第１金属板との間に積層される第１誘電層と、前記第１誘電層及び前記第１金属板上に積層される第２誘電層と、前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、を含む電磁気バンドギャップ構造物が提供される。

ここで、前記第１金属層と前記第２金属板とは同一平面上に位置し、前記金属線は前記第１金属層及び前記第２金属板と同一平面上に位置させてもよい。

また、前記第２金属板は前記第１金属層に形成されたホール内に受容され、前記金属線により電気的に接続される。そして、前記ホールの内壁は前記第２金属板と所定間隔離隔してもよい。

また、前記きのこ型構造物は、前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在してもよい。ここで、前記複数のきのこ型構造物の第１金属板は同一平面上に位置させてもよい。そして、前記複数のきのこ型構造物の配列に対応して前記第２金属板が前記第１金属層と同一平面上に前記きのこ型構造物と同数形成してもよい。

また、前記金属線は、前記第２金属板を取り囲む螺旋状であってもよい。

そして、前記ビアに対応して前記第１金属板と前記第２金属板との間に直列接続されるインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止してもよい。

また、上述の目的を達成するために、本発明の他の好適な実施の形態によれば、第１金属層と、前記第１金属層上に積層される第１誘電層と、前記第１誘電層上に積層される金属板と一端が前記金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、前記金属板及び前記第１誘電層上に積層される第２誘電層と、前記第２誘電層上に積層される第２金属層とを含み、前記ビアの他端は前記第１金属層に形成されたホール内に位置し、金属線により前記第１金属層に接続される電磁気バンドギャップ構造物が提供される。

ここで、前記ビアの他端は、前記ホール内に位置するビアランドに接続され、前記金属線は前記ビアランドと前記第１金属層とを接続してもよい。

そして、前記ホールは前記ビアと前記金属線とを受容してもよい。

また、前記きのこ型構造物は前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在してもよい。

また、前記金属線は、前記ビアの他端と前記第１金属層とを接続する直線状であってもよく、または前記ビアの他端を取り囲む螺旋状であってもよい。

そして、前記ビアに対応して前記金属板と前記第１金属層との間に直列接続されたインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止してもよい。

さらにまた、上述の目的を達成するために、本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、第１金属板と一端が前記第１金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、前記ビアの他端に接続される第２金属板と、金属線により前記第２金属板に接続される第１金属層と、前記第１金属層と前記第１金属板との間に積層される第１誘電層と、前記第１誘電層及び前記第１金属板上に積層される第２誘電層と、前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、を含む電磁気バンドギャップ構造物がアナログ回路とデジタル回路との間に配置された印刷回路基板が提供される。

ここで、前記第１金属層は接地層または電源層のいずれか一つになり、前記第２金属層はその他の一つとしてよい。

また、前記アナログ回路は、外部からの無線信号を受信するアンテナを含むＲＦ回路でとしてもよい。

さらにまた、上述の目的を達成するために、本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、第１金属層と、前記第１金属層上に積層される第１誘電層と、前記第１誘電層上に積層される金属板と一端が前記金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、前記金属板及び前記第１誘電層上に積層される第２誘電層と、前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、を含む電磁気バンドギャップ構造物がアナログ回路とデジタル回路との間に配置され、前記ビアの他端は前記第１金属層に形成されたホール内に位置し、金属線により前記第１金属層に接続された印刷回路基板が提供される。

ここで、前記第１金属層は接地層、または電源層のいずれか一つになり、前記第２金属層はその他の一つとしてよい。そして、前記アナログ回路は外部からの無線信号を受信するアンテナを含むＲＦ回路でとしてもよい。

また、前記ビアの他端は前記ホール内に位置するビアランドに接続され、前記金属線は前記ビアランドと前記第１金属層とを接続してよい。そして、前記ホールは前記ビアと前記金属線とを受容できる。

また、前記きのこ型構造物は前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在してもよい。また、前記金属線は、前記ビアの他端と前記第１金属層とを接続する直線状であってもよく、または前記ビアの他端を取り囲む螺旋状であってもよい。

また、前記ビアに対応して前記金属板と前記第１金属層との間に直列接続されるインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止してもよい。

本発明に係る電磁気バンドギャップ構造物及び印刷回路基板は小さいサイズを有しながらも、低いバンドギャップ周波数を有することができる。

また、ＲＦ回路とデジタル回路とが同一基板内に備えられた電子機器、例えば、移動通信端末などにおける混合信号問題を解決することができる。

本発明は多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、本発明がこれらの特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

以下の説明において、「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素を説明するのに用いることに過ぎず、前記構成要素がこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけに用いられる。

本願で用いた用語は、単に特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る多様な実施例を詳細に説明する。図６は、本発明の第１実施例に係るアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図であり、図７は、図６に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図であり、図８は、図７に示された電磁気バンドギャップ構造物のＡ−Ａ’による断面図である。

本発明の第１実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物３００は、第１金属板３５０とビア３４０とを備えたきのこ型構造物３６０、第２金属板３３０ａ、第１金属層３３０ｂ、第２金属層３１０、第１誘電層３２０ａ、第２誘電層３２０ｂと、を含む。

きのこ型構造物３６０は、所定サイズの第１金属板３５０と、一端３４０ｂが第１金属板３５０に接続され、他端３４０ａは第２金属板３３０ａに接続されるビア３４０とを備える。

第２金属板３３０ａは金属線３３３により第１金属層３３０ｂに接続され、第１金属層３３０ｂと同一平面上に位置する。第１金属層３３０ｂには、第２金属板３３０ａを受容できるホール３３６が形成されており、第１金属層３３０ｂのホール３３６内壁と第２金属板３３０ａの外壁とは所定間隔離隔していて、金属線３３３により第１金属層３３０ｂと第２金属板３３０ａとが接続される。

図６を上から見ると、第１金属板３５０は第２金属板３３０ａより大きくて、平面図上で第１金属板３５０は第２金属板３３０ａの全体及び第１金属層３３０ｂの一部と重なる。

第２金属板３３０ａ及び第１金属層３３０ｂからなる第１層と第１金属板３５０との間には第１誘電層３２０ａが形成されている。そして、第１金属板３５０と第２金属層３１０との間には第２誘電層３２０ｂが形成されている。誘電層３２０は第１金属板３５０を基準にして、形成時期に応じて第１誘電層３２０ａと第２誘電層３２０ｂとに区分される。

第１金属層３３０ｂ、第２金属層３１０、第１金属板３５０、第２金属板３３０ａ、及びビア３４０は、電源が供給されれば信号を伝達できる金属物質、例えば、銅（Ｃｕ）などで構成される。

第１誘電層３２０ａと第２誘電層３２０ｂとは、同じ誘電物質で構成されてもよく、または誘電率が同一であるか、互いに異なる誘電物質で構成されてもよい。

第１金属層３３０ｂが接地層である場合、第２金属層３１０は電源層になり、第１金属層３３０ｂが電源層である場合、第２金属層３１０は接地層になる。すなわち、第１金属層３３０ｂと第２金属層３１０とは、誘電層３２０を隔てて隣接している接地層と電源層となる。

第１金属板３５０は略正方形の形状を有するものと示されているが、その他の多角形、円形、楕円形などの多様な形状を有することも可能である。第２金属板３３０ａも略正方の形状を有するものと示されているが、その他にも多角形、円形、楕円形などの多様な形状を有することも可能である。

電磁気バンドギャップ構造物３００を形成する方法は次の通りである。第１金属層３３０ｂ及び第２金属板３３０ａを含む第１層を積層した後、金属線３３３だけにより接続されるようにパターニングを行う。パターニングには、印刷回路基板の回路パターンを形成する際の一般的な工程であるマスキング、露光、エッチング、現像などの方法を用いるので、詳細な説明は省略する。

そして、金属線３３３により接続される第１金属層３３０ｂ及び第２金属板３３０ａ上に第１誘電層３２０ａを積層する。その後、第１誘電層３２０ａの上に積層される第１金属板３５０と、第２金属板３３０ａとが電気的に接続されるように孔開け工程により第１誘電層３２０ａを貫通するビアを形成する。

ビアを形成した後に、第１金属板３５０と第２金属板３３０ａとの間の電気的な接続のためにビアの内壁にメッキ層を形成するメッキ工程を行う。メッキ工程に応じて、ビア内部の中心部分は空いていて、ビア内壁にだけメッキ層が形成されてもよく、あるいはビア内部の全てを満たすようにしてもよい。ビア内部の中心部分が空いている場合には中心部分に誘電物質または空気（air）が満たされてもよい。このようなビアの形成は、当該技術分野で通常の知識を有する者にとっては自明なことであるので、詳細な説明は省略する。

ビア３４０の一端３４０ｂは第１金属板３５０に接続され、ビア３４０の他端３４０ａは第２金属板３３０ａに接続される。

第１金属板３５０とビア３４０とが備えられたきのこ型構造物３６０は、第１金属層３３０ｂと第２金属層３１０との間に一つ以上形成することができる。各きのこ型構造物３６０が形成された位置に対応して第１金属層３３０ｂにはホールが形成され、ホール内には金属線３３３により第１金属層３３０ｂに接続される第２金属板３３０ａが形成され、きのこ型構造物３６０のビア３４０に接続される。

きのこ型構造物３６０の第１金属板３５０は、第１金属層３３０ｂと第２金属層３１０との間の同一平面上または互いに異なる平面上に配置することが可能である。また、図６には、きのこ型構造物３６０のビア３４０が第１金属層３３０ｂに向かっているが、反対に、第２金属層３１０に向かっていて、第２金属板を第２金属層３１０と同一平面上に形成することもできる。

また、多数のきのこ型構造物３６０のビア３４０の全てが第１金属層３３０ｂまたは第２金属層３１０に向かっているか、あるいは一部のきのこ型構造物３６０のビア３４０は第１金属層３３０ｂに向かっていて、その他のきのこ型構造物３６０のビア３４０は第２金属層３１０に向かっていてもよい。

図７を参照すると、きのこ型構造物３６０が所定間隔離隔して第１金属層３３０ｂの上に繰り返し配列されている構造が示されている。きのこ型構造物３６０が繰り返し形成されているので、より効果的にデジタル回路からアナログ回路へ進む電磁波中、アナログ回路（例えば、ＲＦ回路）での動作周波数領域に該当する周波数領域の信号を遮蔽することが可能である。

きのこ型構造物３６０で、ビア３４０に接続される第２金属板３３０ａの構造を図６〜図８に示すような形態で形成することにより、きのこ型構造物３６０のサイズを小さくしてもバンドギャップ周波数が高くなることはなく、低い値を有する。第２金属板３３０ａは第１金属板３５０との間のキャパシタンス値を増加させる。

バンドギャップ周波数は、電磁気バンドギャップ構造物３００の一方側から他方側へ進む電磁波において、その伝達が抑制される周波数を意味する。本発明の実施例では、移動通信端末のＲＦ回路での動作周波数領域である０．８〜２．０ＧＨｚ領域がバンドギャップ周波数領域に該当する。

図９は、本発明の第２実施例によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図であり、図１０は、図９に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図であり、図１１は、図１０に示された電磁気バンドギャップ構造物のＢ−Ｂ’による断面図である。以下、本発明の第２実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物４００を説明するに当って、図６〜図８を参照して説明した電磁気バンドギャップ構造物３００と同一部分に対する詳細な説明は省略し、差異点を主に説明する。

本発明の第２実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物４００は、第１金属板３５０とビア３４０とを備えたきのこ型構造物３６０、第２金属板３３０ａ、第１金属層３３０ｂ、第２金属層３１０、第１誘電層３２０ａ、第２誘電層３２０ｂを含む。

図６から図８に示された第１実施例による電磁気バンドギャップ構造物３００の金属線３３３が直線状を有することに比べて、本実施例による電磁気バンドギャップ構造物４００における同一平面上に位置する第１金属層３３０ｂと第２金属板３３０ａとの間を接続させる金属線４１０は、螺旋構造を有する。金属線４１０が螺旋状であることにより、第１金属層３３０ｂと第２金属板３３０ａとの間に直列接続されるインダクタンス値を十分に確保できる。

第１金属層３３０ｂには螺旋状の金属線４１０と第２金属板３３０ａとを両方とも受容できるホール４２０が形成されている。ホール４２０の内壁は金属線４１０と所定間隔離隔しており、螺旋状の金属線４１０の両端のみが第１金属層３３０ｂと第２金属板３３０ａとに電気的に接続される。

第２金属板３３０ａは第１金属板３５０との間のキャパシタンス値を増加させる。また、螺旋状の金属線４１０は、第２金属板３３０ａと第１金属層３３０ｂとの間に直列接続されるインダクタンス値を十分に確保できるようにする。

図９から図１１には、金属線４１０が第２金属板３３０ａの周りを１回巻く螺旋状で示されているが、本発明の権利範囲が螺旋状の巻く回数に限定されないことは当業者にとって自明なことである。

本発明の実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物と従来技術による電磁気バンドギャップ構造物２００とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果が図１２に示されている。

図１２を参照すると、従来の電磁気バンドギャップ構造物２００のサイズ、すなわち、金属板２３２のサイズが４ｍｍ²（２×２）である場合（図１２の（ａ）参照）と、８１ｍｍ²（９×９）である場合（図１２の（ｂ）参照）とが示されている。

図１２の（ａ）のように、構造物のサイズが４ｍｍ²（２×２）である場合、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は５．５ＧＨｚ以上である。

そして、図１２の（ｂ）のように、構造物のサイズが８１ｍｍ²（９×９）である場合、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は１．２〜１．４５ＧＨｚであり、ノイズレベルが最も小さい周波数は１．３ＧＨｚである。

すなわち、従来電磁気バンドギャップ構造物２００によると、移動通信端末で用いられるＲＦ回路の動作周波数である０．８〜２．０ＧＨｚ領域内にバンドギャップ周波数を位置させてノイズを遮蔽するためには、構造物のサイズが８１ｍｍ²（９×９）（図１２の（ｂ）参照）にならなくてはならない。

しかし、本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物によると、その構造物のサイズ（すなわち、第１金属板３５０のサイズ）が４ｍｍ²（２×２）である場合（図１２の（ｃ）参照）、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は０．８〜２．４ＧＨｚであり、ノイズレベルが最も小さい周波数は１．３ＧＨｚである。

これを下記の表１に表した。

すなわち、本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物によれば、従来技術による電磁気バンドギャップ構造物２００と同一のバンドギャップ周波数を有しながらもそのサイズを１／２０以上減らせる（８１ｍｍ²→４ｍｍ²）ことが確認できた。

また、構造物のサイズが同一であった場合にもバンドギャップ周波数が１／５以上低い（７．５ＧＨｚ→１．３ＧＨｚ）ことが確認できた。

本発明の一実施例に係る印刷回路基板は、アナログ回路とデジタル回路とを含む。アナログ回路は外部から無線信号（ＲＦ信号）を受信するアンテナを含むＲＦ回路であってもよい。

印刷回路基板内には、図６から図１１に示された電磁気バンドギャップ構造物３００，４００がアナログ回路とデジタル回路との間に配置される。すなわち、図１に示された印刷回路基板において、ＲＦ回路１４０とデジタル回路１３０との間に電磁気バンドギャップ構造物３００，４００が配置される。

デジタル回路１４０からＲＦ回路１３０に伝達される電磁波が必ず電磁気バンドギャップ構造物３００，４００を通過するように電磁気バンドギャップ構造物３００，４００が配置される。すなわち、ＲＦ回路１３０の周りに閉曲線状で電磁気バンドギャップ構造物３００，４００が配列されてもよく、デジタル回路１４０の周りに閉曲線状で電磁気バンドギャップ構造物３００，４００が配列されてもよい。

または、デジタル回路１４０からＲＦ回路１３０への印刷回路基板内部の全てに電磁気バンドギャップ構造物３００，４００が配置されてもよい。

前述した電磁気バンドギャップ構造物３００，４００が配置されることによりアナログ回路とデジタル回路とが共に備えられた印刷回路基板は、デジタル回路からアナログ回路に伝達される電磁波中の特定周波数領域（例えば、０．８〜２．０ＧＨｚ）の電磁波の伝達を防止できるようになる。すなわち、構造物のサイズが小さいながらも、ＲＦ回路でのノイズに該当する特定周波数領域の電磁波の伝達を防止できるので、前述した混合信号問題を解決できるようになる。

図１３は、本発明の第３実施例に係るアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図であり、図１４は、図１３に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図であり、図１５は、図１３に示された電磁気バンドギャップ構造物と従来技術による電磁気バンドギャップ構造物とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

本発明の第３実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物５００は、金属板５３２とビア５３４とを備えたきのこ型構造物５３０、第１金属層５１０ａ、第２金属層５１０ｂ、第１誘電層５２０ａ、及び第２誘電層５２０ｂを含む。ここで、きのこ型構造物５３０は、所定サイズの金属板５３２と、一端５３４ａが金属板５３２に接続され、他端５３４ｂが第１金属層５１０ａに接続されているビア５３４とを備える。

第１金属層５１０ａと金属板５３２とはビア５３４により接続される。より詳細には、ビア５３４の他端５３４ｂがビアランド５６０に接続され、ビアランド５６０が金属線５４０により第１金属層５１０ａに接続されるか、ビアランドなしでビア５３４の他端５３４ｂが金属線５４０により第１金属層５１０ａに接続される。

第１金属層５１０ａと第２金属層５１０ｂとの間には、誘電層５２０が積層される。誘電層５２０は、金属板５３２を基準にして形成時期に応じて第１誘電層５２０ａと第２誘電層５２０ｂとに区分される。

第１金属層５１０ａ、第２金属層５１０ｂ、金属板５３２、及びビア５３４は、電源が供給されれば信号を伝達できる金属物質、例えば、銅（Ｃｕ）などで構成される。

第１誘電層５２０ａと第２誘電層５２０ｂとは、同一誘電物質で構成されてもよく、または誘電率が同一であるか、互いに異なる誘電物質で構成されてもよい。

第１金属層５１０ａが接地層である場合、第２金属層５１０ｂは電源層になり、第１金属層５１０ａが電源層である場合、第２金属層５１０ｂは接地層になる。すなわち、第１金属層５１０ａと第２金属層５１０ｂとは、誘電層５２０を隔てて隣接している接地層と電源層となる。

金属板５３２は、略正方形の形状を有するものに示されているが、その他の多角形、円型、楕円形などの多様な形状を有することも可能である。

第１金属層５１０ａには、ビア５３４の他面５３４ｂ及び金属線３４０を受容するホール５５０が形成されている。

本実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物５００を形成する方法は次の通りである。

先ず、第１金属層５１０ａを積層する。そして、ホール５５０と、第１金属層５１０ａとビア５３４とを接続させる金属線５４０とをパターニングする。ビアランド５６０が必要とされる場合、ビアランド５６０も共にパターニングする。パターニングは、印刷回路基板の回路パターンを形成する際の一般的な工程であるマスキング、露光、エッチング、現像などの方法を用いるので、詳細な説明は省略する。

そして、第１金属層５１０ａの上に第１誘電層５２０ａを積層する。その後、第１誘電層５２０ａの上に積層される金属板５３２と第１金属層５１０ａとの電気的な接続のために、孔開け工程で第１誘電層５２０ａを貫通するビア５３４を形成する。ビア５３４の形成後には、金属板５３２と第１金属層５１０ａとの間の電気的な接続のためにビアの内壁にメッキ層を形成するためのメッキ工程を行う。

ビア５３４の一端５３４ａは金属板５３２に接続され、ビア５３４の他端５３４ｂは第１金属層５１０ａに接続される。

以後、第２誘電層５２０ｂと第２金属層５１０ｂとを順次積層することで電磁気バンドギャップ構造物５００を形成する。

金属板５３２とビア５３４とを備えたきのこ型構造物５３０は、第１金属層５１０ａと第２金属層５１０ｂとの間に一つ以上形成されてもよい。多数のきのこ型構造物５３０の金属板５３２は、第１金属層５１０ａと第２金属層５１０ｂとの間の同一平面上または互いに異なる平面上に配置され得る。また、図１３では、きのこ型構造物５３０のビア５３４が第１金属層５１０ａに向かっているが、反対に第２金属層５１０ｂに向かっていることもできる。

また、多数のきのこ型構造物５３０の全てのビア５３４が第１金属層５１０ａまたは第２金属層５１０ｂに向かっていてもよく、あるいはきのこ型構造物５３０の一部のビア５３４は第１金属層５１０ａに向かっていて、その他のきのこ型構造物５３０のビア５３４は第２金属層５１０ｂに向かっていてもよい。

図１４を参照すると、第１金属層５１０ａの上にきのこ型構造物５３０が所定間隔離隔して配列されるためのホール５５０や金属線５４０などの配置構造が示されている。きのこ型構造物５３０が繰り返し形成されることにより、 デジタル回路からアナログ回路に進む電磁波中のアナログ回路（例えば、ＲＦ回路）での動作周波数領域に該当する周波数領域の信号を効果的に遮蔽することが可能になる。

きのこ型構造物５３０でのビア５３４に接続される第１金属層５１０ａ上に金属線５４０を形成することで、金属板５３２と第２金属層５１０ｂとの間のキャパシタンス値（ＣＥ）は無視できる程わずかに減る。そして、ビア５３４及び金属線５４０に対応して金属板５３２と第１金属層５１０ａとの間に直列接続されるインダクタンス値（ＬＥ）は十分に確保できる。したがって、きのこ型構造物５３０のサイズを小さくしてもバンドギャップ周波数を高くすることはなく、低くすることができる。バンドギャップ周波数とは、電磁気バンドギャップ構造物５００の一方側から他方側に進む電磁波において、その伝達が抑制される周波数を意味する。本発明の実施例では、移動通信端末のＲＦ回路での動作周波数領域である０．８〜２．０ＧＨｚ領域がバンドギャップ周波数領域に該当する。

本発明の第３実施例電磁気バンドギャップ構造物５００と、従来技術による電磁気バンドギャップ構造物２００とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果を図１５に示した。

図１５を参照すると、従来の電磁気バンドギャップ構造物２００の構造物のサイズ（すなわち、金属板２３２のサイズ）が４９ｍｍ²（７×７）である場合（図１５の８１０参照）と、３２４ｍｍ²（１８×１８）である場合（図１５の８２０参照）が示されている。

図１５の８１０のように、構造物のサイズが４９ｍｍ²（７×７）である場合、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は２．８ＧＨｚ以上である。

また、図１５の８２０のように、構造物のサイズが３２４ｍｍ²（１８×１８）である場合、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は０．６〜１．４ＧＨｚであり、ノイズレベルが最も小さい周波数は１ＧＨｚである。

すなわち、従来の電磁気バンドギャップ構造物２００によると、移動通信端末で用いられるＲＦ回路の動作周波数である０．８〜２．０ＧＨｚ領域内にバンドギャップ周波数を位置させてノイズを遮蔽するためには、構造物のサイズが３２４ｍｍ²（１８×１８）（図１５の８２０参照）にならなくてはならない。

しかし、本発明の第３実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物によると、その構造物のサイズ、すなわち、金属板５３２のサイズが４９ｍｍ²（７×７）である場合（８３０参照）、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は０．８〜１．２ＧＨｚであり、ノイズレベルが最も小さい周波数は１ＧＨｚである。

これを下記の表２に表した。

すなわち、本発明の第３実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物によれば、従来技術による電磁気バンドギャップ構造物２００と同一のバンドギャップ周波数を有しながらもそのサイズを１／６以上減らせる（３２４ｍｍ²→４９ｍｍ²）ことが確認できた。また、構造物のサイズが同一であった場合にもバンドギャップ周波数は１／２以上低い（２．８ＧＨｚ→１ＧＨｚ）ことが確認できた。

図１６は、本発明の第４実施例に係るアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図であり、図１７は、図１６に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図であり、図１８は、図１６に示された電磁気バンドギャップ構造物と従来技術による電磁気バンドギャップ構造物とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

以下、本発明の第４実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物６００については、前述した図１３から図１５に示された電磁気バンドギャップ構造物５００の説明と同一である部分についての詳細な説明は省略し、その相違点を主として説明する。

第４実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物６００は、金属板５３２とビア５３４とを備えたきのこ型構造物５３０、第１金属層５１０ａ、第２金属層５１０ｂ、第１誘電層５２０ａ、及び第２誘電層５２０ｂを含む。ここで、きのこ型構造物５３０は、所定サイズの金属板５３２と、一端５３４ａが金属板５３２に接続され、他端５３４ｂは第１金属層５１０ａに接続されるビア５３４とを備える。

図１３から図１５に示された第３実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物５００の金属線５４０は直線状であったことに比べて、第４実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物６００での金属線５４５は螺旋状の構造である。金属線５４５が螺旋状であることから、第１金属層５１０ａと金属板５３２との間に直列接続されるインダクタンス値は十分に確保できる。

第１金属層５１０ａには、螺旋状の金属線５４５とビア５３４の他端５３４ｂ（あるいは、追加的にビアランド５６０も）とを共に受容できるホール５５０が形成される。ホール５５０の内壁は金属線５４５と所定間隔離隔しており、螺旋状の金属線５４５の両端のみが第１金属層５１０ａ及びビア５３４に電気的に接続される。

図１６及び図１７には、金属線５４５がビア５３４を１．５回巻く螺旋状を示しているが、本発明の権利範囲が螺旋状の巻く回数に限定されないことは当業者にとって自明なことである。

本発明の第４実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物と、従来技術による電磁気バンドギャップ構造物２００とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果が図１８に示されている。

図１８を参照すると、従来の電磁気バンドギャップ構造物２００の構造物のサイズ（すなわち、金属板２３２のサイズ）が４ｍｍ²（２×２）である場合（図１８の１１１０参照）と、８１ｍｍ²（９×９）である場合（図１８の１１２０参照）とが示されている。

図１８の１１１０のように、構造物のサイズが４ｍｍ²（２×２）である場合、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は７．５ＧＨｚ以上である。

そして、図１８の１１２０のように、構造物のサイズが８１ｍｍ²（９×９）である場合、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は０．９〜２．４ＧＨｚであり、ノイズレベルが最も小さい周波数は１．３ＧＨｚである。

すなわち、従来の電磁気バンドギャップ構造物２００によれば、移動通信端末にて用いＲＦ回路の動作周波数である０．８〜２．０ＧＨｚ領域内にバンドギャップ周波数を位置させてノイズを遮蔽しなくてはならないので、構造物のサイズが８１ｍｍ²（９×９）（１１２０参照）とならなくてはならない。

しかし、本発明の第４実施例に係る電磁気バンドギャップ構造物によれば、その構造物のサイズ（すなわち、金属板５３２のサイズ）が４ｍｍ²（２×２）である場合（１１３０参照）、ノイズレベルが−５０ｄＢ以下になる周波数は１．３〜１．７ＧＨｚであり、ノイズレベルが最も小さい周波数は１．５ＧＨｚである。

これを下記の表３に表した。

すなわち、本発明の第４実施例による電磁気バンドギャップ構造物によると、従来技術による電磁気バンドギャップ構造物２００と同一のバンドギャップ周波数を有しながらもそのサイズを１／２０以上減らせる（８１ｍｍ²→４ｍｍ²）ことが確認できた。

また、構造物のサイズが同一であった場合にもバンドギャップ周波数が１／５以上低い（７．５ＧＨｚ→１．５ＧＨｚ）ことが確認できた。

本発明の他の実施例に係る印刷回路基板は、アナログ回路とデジタル回路とを含む。アナログ回路は外部から無線信号（ＲＦ信号）を受信するアンテナを含むＲＦ回路であってもよい。

印刷回路基板内で、図１３及び図１４、図１６及び図１７に示された電磁気バンドギャップ構造物５００，６００はアナログ回路とデジタル回路との間に配置される。すなわち、図１に示された印刷回路基板のＲＦ回路１４０とデジタル回路１３０との間に電磁気バンドギャップ構造物５００，６００が配置される。

デジタル回路１４０からＲＦ回路１３０に伝達される電磁波が電磁気バンドギャップ構造物５００，６００を必ず通過するように、電磁気バンドギャップ構造物５００，６００が配置される。すなわち、ＲＦ回路１３０の周りに閉曲線状で電磁気バンドギャップ構造物５００，６００が配列されてもよく、デジタル回路１４０の周りに閉曲線状で電磁気バンドギャップ構造物５００，６００が配列されてもよい。

また、デジタル回路１４０からＲＦ回路１３０への印刷回路基板内部のすべてに電磁気バンドギャップ構造物５００，６００を配置してもよい。

アナログ回路とデジタル回路とが共に備えられ使用される印刷回路基板に前述した電磁気バンドギャップ構造物５００，６００が配置されることにより、デジタル回路からアナログ回路に伝達される電磁波中、特定周波数領域（例えば、０．８〜２．０ＧＨｚ）の電磁波の伝達を防止することが可能である。

すなわち、小さい構造物のサイズを有しながらもＲＦ回路でノイズに該当する特定周波数領域の電磁波の伝達を防止できるので、前述した混合信号問題が解決できるようになる。

なお上記では本発明の好適な実施の形態を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明技術的思想を逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。

アナログ回路とデジタル回路とを備えた印刷回路基板の断面図である。 従来技術によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の断面図である。 図２に示された電磁気バンドギャップ構造物の金属板の配列構造を示す平面図である。 図２に示された電磁気バンドギャップ構造物の斜視図である。 図２に示された電磁気バンドギャップ構造物の等価回路図である。 本発明の第１実施例によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図である。 図６に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図である。 図７に示されたＡ−Ａ’による電磁気バンドギャップ構造物の断面図である。 本発明の第２実施例によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図である。 図９に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図である。 図１０に示されたＢ−Ｂ’による電磁気バンドギャップ構造物の断面図である。 本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物と従来技術による電磁気バンドギャップ構造物とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。 本発明の第３実施例によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図である。 図１３に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図である。 図１３に示された電磁気バンドギャップ構造物と従来技術による電磁気バンドギャップ構造物とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。 本発明の第４実施例によるアナログ回路とデジタル回路との間の混合信号問題を解決するための電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図である。 図１６に示された電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を示す平面図である。 図１６に示された電磁気バンドギャップ構造物と従来技術による電磁気バンドギャップ構造物とを用いてそれぞれコンピュータシミュレーションを行った結果を示すグラフである。

符号の説明

１００ 印刷回路基板
１３０ デジタル回路
１４０ アナログ回路
３００，４００，５００，６００ 電磁気バンドギャップ構造物
３３０ｂ，５１０ａ 第１金属層
３１０，５１０ｂ 第２金属層
３５０ 第１金属板
３３０ａ 第２金属板
３４０，５３４ ビア
３３３，４１０，５４０，５４５ 金属線

Claims (38)

1. 第１金属板と一端が前記第１金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、
   前記ビアの他端に接続される第２金属板と、
   金属線により前記第２金属板に接続される第１金属層と、
   前記第１金属層と前記第１金属板との間に積層される第１誘電層と、
   前記第１誘電層及び前記第１金属板上に積層される第２誘電層と、
   前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、
   を含むことを特徴とする電磁気バンドギャップ構造物。
2. 前記第１金属層と前記第２金属板とは、同一平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
3. 前記金属線は、前記第１金属層及び前記第２金属板と同一平面上に位置することを特徴とする請求項２に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
4. 前記第２金属板は、前記第１金属層に形成されたホール内に受容され、前記金属線により電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
5. 前記ホールの内壁は、前記第２金属板と所定間隔離隔していることを特徴とする請求項４に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
6. 前記きのこ型構造物は、前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在することを特徴とする請求項１に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
7. 前記複数のきのこ型構造物の第１金属板は、同一平面上に位置することを特徴とする請求項６に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
8. 前記複数のきのこ型構造物の配列に対応して前記第２金属板が前記第１金属層と同一平面上に前記きのこ型構造物と同数形成されることを特徴とする請求項６に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
9. 前記金属線は、前記第２金属板を取り囲む螺旋状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
10. 前記ビアに対応して前記第１金属板と前記第２金属板との間に直列接続されたインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止することを特徴とする請求項１に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
11. アナログ回路及びデジタル回路が備えられた印刷回路基板であって、
    第１金属板と一端が前記第１金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、
    前記ビアの他端に接続される第２金属板と、
    金属線により前記第２金属板に接続される第１金属層と、
    前記第１金属層と前記第１金属板との間に積層される第１誘電層と、
    前記第１誘電層及び前記第１金属板上に積層される第２誘電層と、
    前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、
    を含む電磁気バンドギャップ構造物が前記アナログ回路と前記デジタル回路との間に配置されることを特徴とする印刷回路基板。
12. 前記第１金属層は、接地層または電源層のいずれか一つであり、前記第２金属層は、その他の一つであることを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
13. 前記アナログ回路は、外部からの無線信号を受信するＲＦ回路であることを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
14. 前記第１金属層と前記第２金属板とが同一平面上に位置することを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
15. 前記金属線は、前記第１金属層及び前記第２金属板と同一平面上に位置することを特徴とする請求項１４に記載の印刷回路基板。
16. 前記第２金属板は、前記第１金属層に形成されたホール内に受容され、前記金属線により電気的に接続されることを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
17. 前記ホールの内壁と前記第２金属板とは、所定間隔離隔していることを特徴とする請求項１６に記載の印刷回路基板。
18. 前記きのこ型構造物は、前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在することを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
19. 前記複数のきのこ型構造物の第１金属板は同一平面上に位置することを特徴とする請求項１８に記載の印刷回路基板。
20. 前記複数のきのこ型構造物の配列に対応して前記第２金属板が前記第１金属層と同一平面上に前記きのこ型構造物と同数形成されることを特徴とする請求項１８に記載の印刷回路基板。
21. 前記金属線は、前記第２金属板を取り囲む螺旋状であることを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
22. 前記ビアに対応して前記第１金属板と前記第２金属板との間に直列接続されたインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止することを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板。
23. 第１金属層と、
    前記第１金属層上に積層される第１誘電層と、
    前記第１誘電層上に積層される金属板と一端が前記金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、
    前記金属板及び前記第１誘電層上に積層される第２誘電層と、
    前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、を含み、
    前記ビアの他端は、前記第１金属層に形成されたホール内に位置し、金属線により前記第１金属層に接続されることを特徴とする電磁気バンドギャップ構造物。
24. 前記ビアの他端は、前記ホール内に位置するビアランドに接続され、前記金属線は、前記ビアランドと前記第１金属層とを接続することを特徴とする請求項２３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
25. 前記ホールは、前記ビアと前記金属線とを受容することを特徴とする請求項２３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
26. 前記きのこ型構造物が、前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在することを特徴とする請求項２３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
27. 前記金属線は、前記ビアの他端と前記第１金属層とを接続する直線状であることを特徴とする請求項２３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
28. 前記金属線は、前記ビアの他端を取り囲む螺旋状であることを特徴とする請求項２３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
29. 前記ビアに対応して前記金属板と前記第１金属層との間に直列接続されたインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止することを特徴とする請求項２３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
30. アナログ回路及びデジタル回路が備えられた印刷回路基板であって、
    第１金属層と、
    前記第１金属層上に積層される第１誘電層と、
    前記第１誘電層上に積層される金属板と一端が前記金属板に接続されるビアとを備えたきのこ型構造物と、
    前記金属板及び前記第１誘電層上に積層される第２誘電層と、
    前記第２誘電層上に積層される第２金属層と、を含む電磁気バンドギャップ構造物が前記アナログ回路と前記デジタル回路との間に配置され、
    前記ビアの他端は、前記第１金属層に形成されたホール内に位置し、金属線により前記第１金属層に接続されることを特徴とする印刷回路基板。
31. 前記第１金属層は、接地層または電源層のいずれか一つであり、前記第２金属層は、その他の一つであることを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
32. 前記アナログ回路は、外部からの無線信号を受信するＲＦ回路であることを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
33. 前記ビアの他端は、前記ホール内に位置するビアランドに接続され、前記金属線は前記ビアランドと前記第１金属層とを接続することを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
34. 前記ホールは、前記ビアと前記金属線とを受容することを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
35. 前記きのこ型構造物は、前記第１金属層と前記第２金属層との間に複数存在することを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
36. 前記金属線は、前記ビアの他端と前記第１金属層とを接続する直線状であることを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
37. 前記金属線は、前記ビアの他端を取り囲む螺旋状であることを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。
38. 前記ビアに対応して前記金属板と前記第１金属層との間に直列接続されたインダクタンスを用いて所定周波数帯域の電磁波の伝達を防止することを特徴とする請求項３０に記載の印刷回路基板。

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