(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】誘電層２２０、３１５、３２５と、複数の導電板２１０、２３０、３１０、３２０と、上記誘電層を貫通し、その一部分が上記導電板とは異なる平面上を経由して上記導電板と導電板間を電気的に接続させるステッチングビア２４０と、貫通ビア３３０と、を含み、上記誘電層、上記導電板、及び上記ステッチングビアは、任意の二つの導電層の間に位置し、上記貫通ビアは上記導電板に設けられたクリアランスホール２５０、３４０を貫通して上記任意の二つの導電層を電気的に接続させることを特徴とする電磁気バンドギャップ構造物。【選択図】図４
2009177130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電層と、複数の導電板と、前記誘電層を貫通し、その一部分が前記導電板と異なる平面上を経由して前記導電板と導電板間を電気的に接続させるステッチングビアと、貫通ビアと、を含み、
前記誘電層、前記導電板、及び前記ステッチングビアは、任意の二つの導電層の間に位置し、前記貫通ビアは、前記導電板に設けられたクリアランスホールを貫通して前記任意の二つの導電層を電気的に接続させることを特徴とする電磁気バンドギャップ構造物。
【請求項２】
前記ステッチングビアは、
前記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの一つに接続する第１ビアと、
前記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの他の一つに接続する第２ビアと、
一端が前記第１ビアの他端に接続し、他端が前記第２ビアの他端に接続する接続パターンと、
を含む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。
【請求項３】
前記任意の二つの導電層の間に、前記導電板から前記誘電層を隔てて位置する他の導電層をさらに含む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。
【請求項４】
前記他の導電層には、クリアランスホールが設けられ、
前記接続パターンが、前記他の導電層に設けられたクリアランスホール内に収容されることを特徴とする請求項３に記載の電磁気バンドギャップ構造物。
【請求項５】
前記貫通ビアが、前記導電板の中央を貫通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。
【請求項６】
前記任意の二つの導電層が接地層または電源層のうちの何れか一つであり、前記導電板が他の一つの層と電気的に接続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。
【請求項７】
前記任意の二つの導電層が接地層であり、前記導電板は信号層に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。
【請求項８】
前記導電板が、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。
【請求項９】
印刷回路基板であって、
誘電層と、複数の導電板と、前記誘電層を貫通し、一部分が前記導電板とは異なる平面上を経由して前記導電板と導電板間を電気的に接続させるステッチングビアと、貫通ビアと、を含み、
前記誘電層、前記導電板、及び前記ステッチングビアは、任意の二つの導電層の間に位置し、前記貫通ビアを、前記導電板に設けられえたクリアランスホールを貫通して前記任意の二つの導電層を電気的に接続させるものとして含む電磁気バンドギャップ構造物が、前記印刷回路基板に存在するノイズ源とノイズ遮蔽先との間のノイズ伝達可能経路上に配置されることを特徴とする印刷回路基板。
【請求項１０】
前記ステッチングビアは、
前記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの一つに接続する第１ビアと、
前記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの他の一つに接続する第２ビアと、
一端が前記第１ビアの他端に接続し、他端が前記第２ビアの他端に接続する接続パターンと、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
【請求項１１】
前記任意の二つの導電層の間に、前記導電板から前記誘電層を隔てて位置する他の導電層をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の印刷回路基板。
【請求項１２】
前記他の導電層にクリアランスホールが設けられ、
前記接続パターンが、前記他の導電層に設けられたクリアランスホール内に収容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。
【請求項１３】
前記貫通ビアが、前記金属板の中央を貫通することを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
【請求項１４】
前記任意の二つの導電層が、接地層または電源層のうちの何れか一つであり、前記導電板が他の一つの層と電気的に接続することを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
【請求項１５】
前記任意の二つの導電層が接地層であり、前記導電板が信号層に電気的に接続されることを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
【請求項１６】
前記導電板が、同一平面上に位置することを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
【請求項１７】
前記印刷回路基板に、互いの動作周波数が異なる二つの電子回路がそれぞれ搭載される場合に、
前記ノイズ源及び前記ノイズ遮蔽先は、前記印刷回路基板に前記二つの電子回路が搭載される各々の位置の一つ及び他の一つにそれぞれ対応することを特徴とする請求項９に記載の印刷回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁気バンドギャップ構造に関するもので、より詳細には、所定周波数帯域の信号伝達を遮断する電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、市販されている電子機器及び通信機器は、ますます小型化、薄型化、軽量化の方向に進んでいる。これは、移動容易性が重要視される最近の傾向とも密接に関係している。このような電子機器及び通信機器には、その機器の機能や動作を実現するための多様な電子回路（アナログ回路とデジタル回路）が複合的に含まれており、通常このような電子回路は印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）に搭載されてその機能を行うことになる。印刷回路基板に搭載された電子回路の大部分は、それぞれの動作周波数が異なっている。
【０００３】
したがって、多様な電子回路が複合的に搭載されている印刷回路基板においては、通常、ある一つの電子回路の動作周波数とそのハーモニックス（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）成分による電磁波が他の電子回路に伝達され、干渉することにより発生するノイズの問題、すなわち、混合信号の問題が多くみられる。ここで、伝達されるノイズは、放射ノイズ（ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｎｏｉｓｅ）と伝導ノイズ（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｎｏｉｓｅ）とに大別できる。
【０００４】
放射ノイズは、通常、電子回路に遮蔽用キャップを被せることにより容易に低減することができるが、伝導ノイズは、基板内部の信号伝達経路を通じて伝達されることから、ノイズを低減させる方法を見出すことが難しかった（図１の１５０参照）。
【０００５】
これについて、図１を参照して、より具体的に説明する。図１は、互いに動作周波数の異なる二つの電子回路が搭載されている印刷回路基板の断面図である。図１には４層構造の印刷回路基板１００が示されているが、これ以外にも２層、６層、８層構造など、多様に変更可能である。
【０００６】
図１を参照すると、印刷回路基板１００は、４個の金属層１１０（１１０−１，１１０−２，１１０−３，１１０−４）と、各金属層間に介在された誘電層１２０（１２０−１，１２０−２，１２０−３）を含んでいる。印刷回路基板１００の最上位金属層１１０−１上には、互いの動作周波数の異なる二つの電子回路１３０，１４０（以下、第１電子回路１３０、第２電子回路１４０と称する）が搭載されている。互いの動作周波数の異なる二つの電子回路は、携帯電話のような移動通信端末機を例に挙げると、マイクロプロセッサとして機能するデジタル回路、及びＲＦ信号の送受信のためのＲＦ回路（アナログ回路）とが挙げられる。
【０００７】
ここで、金属層１１０−２を接地層、金属層１１０−３を電源層と仮定すれば、第１電子回路１３０及び第２電子回路１４０の各接地端子（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｉｎ）は金属層１１０−２に、各電源端子（ｐｏｗｅｒ  ｐｉｎ）は金属層１１０−３に電気的に接続される。また、印刷回路基板１００内のすべての接地層間及びすべての電源層間はビアを介して互いに電気的に接続される。（図１の１６０参照）
【０００８】
また、第１電子回路１３０と第２電子回路１４０が互いに異なっている動作周波数を有する場合には、図１に示すように、例えば、第１電子回路１３０の動作周波数とそのハーモニックス成分による伝導ノイズ１５０が第２電子回路１４０に伝達された場合、第２電子回路１４０の正確な機能及び動作を妨げるようになる。
【０００９】
このような伝導ノイズ問題は、電子機器が複雑になり、デジタル回路の動作周波数が増加するにつれてその解決がますます難しくなっている。特に、伝導ノイズに対して典型的な解決方法であったバイパスキャパシタ（ｂｙｐａｓｓ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）あるいはデカップリングキャパシタ（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）による方法も、高周波数帯域の周波数を利用する電子機器に対しては、好適な解決策となっていない。
【００１０】
また、これらの方法は、種々の電子回路が同一基板に備えられている複雑な配線構造の基板、またはＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）のように狭い領域に多くの能動素子や受動素子とが設けられる場合、またはネットワークボードのように高周波数帯域の動作周波数が必要とされる場合には、根本的な解決策とならないという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、特定周波数帯域のノイズを遮蔽できる電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板を提供することをその目的の一つとする。
【００１２】
また、本発明は、電源層と接地層との間のカップリングによるノイズを遮蔽できる電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、ネットワークボードのような高周波数帯域の動作周波数を用いる場合に高周波数のカップリングノイズを遮蔽できる電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板を提供することを目的の一つとする。
【００１３】
また、本発明は、バイパスキャパシタまたはデカップリングキャパシタなどを使用しなくても印刷回路基板内の特定構造を有する電磁気バンドギャップ構造物を用いてカップリングノイズ問題を解決できる印刷回路基板を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のような課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、誘電層と、複数の導電板と、上記誘電層を貫通し、その一部分が上記導電板とは異なる平面上を経由して上記導電板と導電板間を電気的に接続させるステッチングビアと、貫通ビアと、を含み、上記誘電層、上記導電板、及び上記ステッチングビアは、任意の二つの導電層の間に位置し、上記貫通ビアは上記導電板に設けられたクリアランスホールを貫通して上記任意の二つの導電層を電気的に接続させることを特徴とする電磁気バンドギャップ構造物が提供される。
【００１５】
ここで、上記ステッチングビアは、上記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの一つに接続する第１ビアと、上記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの他の一つに接続する第２ビアと、一端が上記第１ビアの他端に接続し、他端が上記第２ビアの他端に接続する接続パターンと、を含むことができる。
【００１６】
ここで、上記二つの導電層の間に、上記導電板から上記誘電層を隔てて位置する他の導電層をさらに含むことができる。この場合、上記他の導電層には、クリアランスホールが設けられ、上記接続パターンは上記他の導電層に設けられたクリアランスホール内に収容されることができる。ここで、上記貫通ビアは上記導電板の中央を貫通することができる。
【００１７】
上記二つの導電層のうちの一つは接地層または電源層のうちの何れか一つであり、上記導電板は他の一つの層と電気的に接続可能である。または、上記二つの導電層は接地層であり、上記導電板は信号層と電気的に接続可能である。ここで、上記導電板は同一平面上に位置することができる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、印刷回路基板であって、誘電層と、複数の導電板と、上記誘電層を貫通し、その一部分が上記導電板とは異なる平面上を経由して上記導電板と導電板間を電気的に接続させるステッチングビアと、貫通ビアと、を含み、上記誘電層、上記導電板、及び上記ステッチングビアは、任意の二つの導電層の間に位置し、上記貫通ビアを、上記導電板に設けられたクリアランスホールを貫通して上記任意の二つの導電層を電気的に接続させるものとして含む電磁気バンドギャップ構造物が、上記印刷回路基板に存在するノイズ源とノイズ遮蔽先との間のノイズ伝達可能経路上に配置されることを特徴とする印刷回路基板が提供される。
【００１９】
ここで、上記ステッチングビアは、上記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの一つに接続する第１ビアと、上記誘電層を貫通し、一端が隣接する二つの導電板のうちの他の一つに接続する第２ビアと、一端が上記第１ビアの他端に接続し、他端が上記第２ビアの他端に接続する接続パターンと、を含むことができる。
【００２０】
上記二つの導電層の間に、上記導電板から上記誘電層を隔てて位置する他の導電層をさらに含むことができる。このとき、上記他の導電層には、クリアランスホールが設けられ、上記接続パターンは上記他の導電層に設けられたクリアランスホール内に収容可能である。ここで、上記貫通ビアは、上記導電板の中央を貫通することができる。
【００２１】
ここで、上記任意の二つの導電層は、接地層または電源層のうちの何れか一つであり、上記導電板は他の一つの層と電気的に接続可能である。または、上記任意の二つの導電層は接地層であり、上記導電板は信号層と電気的に接続可能である。ここで、上記導電板は同一平面上に位置してもよい。
【００２２】
上記印刷回路基板に互いの動作周波数が異なる二つの電子回路がそれぞれ搭載される場合に、上記ノイズ源及び上記ノイズ遮蔽先は、上記印刷回路基板に上記二つの電子回路が搭載される各々の位置の一つ及び他の一つにそれぞれ対応することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板によれば、電源層と接地層との間のカップリングによるノイズを遮蔽することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、ネットワークボードのような高周波数帯域の動作周波数が使用される場合に、高周波数のカップリングノイズを遮蔽することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、バイパスキャパシタ、あるいはデカップリングキャパシタなどを使用しなくても、印刷回路基板内に特定構造を有する電磁気バンドギャップ構造物を用いてカップリングノイズ問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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が、特定の実施例について例示し、図面を参照して詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物及び代替物が含まれる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。
【００２７】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素の説明に用いられるに過ぎず、上記構成要素は上記用語により限定されるものではない。上記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。例えば、本発明の権利範囲における第１構成要素は第２構成要素であると命名されることもあり、同様に第２構成要素も第１構成要素であると命名されることもある。「及び」／「または」という用語は、複数の関連のある記載項目の組み合わせ、または複数の関連のある記載項目のうちの何れかの項目を含むものとする。
【００２８】
ある構成要素が他の構成要素に「連結」あるいは「接続」されていると記載された場合には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されている場合も想定でき、中間に他の構成要素が存在することもできると理解しなければならない。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」あるいは「直接接続」されていると記載された場合には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解すればよい。
【００２９】
本願で用いた用語は、特定の実施例を説明するために用いられたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含むものである。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書に記載された特徴、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別の特徴や数字、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。
【００３０】
その他、定義しない限りにおいて、ここで用いられる技術的または科学的な用語を含んだ全ての用語は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、当然理解される用語と同一の意味を有する。通常用いられる予め定義されているような用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈すべきで、本出願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈してはならない。
【００３１】
以下、添付した図面に基づいて、本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板を説明するが、本発明の理解を助けるために、本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物に直接適用される一形態として、先ず、ステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物について図２ａ〜図３ｅを参照して説明する。
【００３２】
本明細書では本発明の電磁気バンドギャップ構造を説明するに当たって、その全般にかけて金属層（ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ）と金属板（ｍｅｔａｌ  ｐｌａｔｅ）とが用いられる場合を中心に説明するが、これは金属ではない他の導電性物質で製造された導電層（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）や導電板（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｌａｔｅ）にそれぞれ代替が可能である。
【００３３】
また、後述する図４との比較を通じて容易に確認できるが、本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物３００は、図２ａに示されたステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物２００に貫通ビア（図４〜図５ｂの貫通ビア３３０参照）がさらに備えられた形態を有する。ここで、貫通ビアは、金属板（図２ａ、図４〜図５ｂの２３０参照）内に形成されたクリアランスホール（図４〜図５ｂの３４０参照）を貫通して、他の二つの金属層（図４の場合、それぞれ接地層として機能する第２金属層３１０及び第３金属層３２０をいう）間を電気的に接続させる役割をする。
【００３４】
図２ａは本発明に適用される一形態であって、ステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物を示す立体斜視図である。図２ａの電磁気バンドギャップ構造物２００は、金属層（以下、図４との比較のために第１金属層２１０と称する）、第１金属層２１０上に積層された誘電層（以下、図４との比較のために第１誘電層２２０と称する）、第１誘電層２２０上に積層された複数の金属板（以下、説明の便宜のためにそれぞれ第１金属板２３０−１、第２金属板２３０−２と称する）、及びステッチングビア（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ  ｖｉａ）２４０を含む。すなわち、図２ａの電磁気バンドギャップ構造物２００は、基本的に第１金属層２１０を第１層とし、複数の金属板２３０−１，２３０−２を第２層とする２層の平面構造を有している。
【００３５】
ここで、図２ａは、図示の便宜上、単に電磁気バンドギャップ構造物を構成する構成要素のみ、すなわち、ステッチングビアを含む２層構造の電磁気バンドギャップ構造物の構成部分のみを示しており、図２ｂ、図３においても同様とする。したがって、図２ａに示された第１金属層２１０と金属板２３０−１，２３０−２とは、多層印刷回路基板の内部に存在する任意の二つの層であるとすることも可能である。すなわち、第１金属層２１０の下部にはさらに他の金属層が少なくとも一つ存在するものであり、また金属板２３０−１，２３０−２の上部にもさらに他の金属層が少なくとも一つ存在するものとすることが可能である。なお、第１金属層２１０と金属板２３０−１，２３０−２との間にも少なくとも一つの他の金属層が存在することもあり得る。
【００３６】
例えば、図２ａに示された電磁気バンドギャップ構造物は、伝導ノイズを遮蔽するために、多層印刷回路基板内にそれぞれ電源層と接地層とを構成する任意の二つの金属層の間に配置されることが可能である。これは図２ｂ、図４〜図５ｂに示された他の実施例による電磁気バンドギャップ構造物においても同様とする。また、伝導ノイズは、必ずしも電源層と接地層との間のみで問題となるものではないため、図２ａに示された電磁気バンドギャップ構造物は、多層印刷回路基板内での異なる層間の任意の二つの接地層の間、あるいは任意の二つの電源層の間に配置されることも可能である。
【００３７】
従って、第１金属層２１０は電気的信号を伝達するために、印刷回路基板内に存在する任意の一金属層とすることが可能である。例えば、第１金属層２１０は電源層または接地層として機能する金属層であってもよく、または信号ラインを構成する信号層として機能する金属層であってもよい。
【００３８】
ここで、第１金属層２１０は、複数の金属板とは異なる平面に位置すると共に、複数の金属板とは電気的に分離されて存在する。すなわち、第１金属層２１０は、印刷回路基板内において、複数の金属板２３０−１，２３０−２と相互に電気信号の異なる層を構成する。例えば、第１金属層２１０が電源層であれば、金属板は接地層と電気的に接続し、第１金属層２１０が接地層であれば、金属板は電源層と電気的に接続することになる。または、第１金属層２１０が信号層であれば、金属板は接地層と電気的に接続し、第１金属層２１０が接地層であれば、金属板は信号層と電気的に接続することになる。
【００３９】
複数の金属板２３０−１、２３０−２は、第１金属層２１０上部のある一平面上に位置する。このとき、任意の二つの金属板間は、ステッチングビアを介して電気的に接続することになり、このように、任意の二つの金属板間を電気的に接続させるそれぞれのステッチングビアにより、複数の金属板すべてが電気的に一つに接続されることになる。
【００４０】
ここで、図２ａには、ある一つの金属板を基準として、それと隣接している四方の金属板の間が各々一つのステッチングビアを介して、金属板のすべてが電気的に接続される形態（図３ａ参照）が示されているが、すべての金属板が電気的に一つに接続され、閉ループを形成することさえできれば、ステッチングビアを介した金属板間の接続方式は如何なる方式を適用してもよい。
【００４１】
また、図２ａでは図面図示の便宜上、同一面積の四角形の形状を有する二つの金属板だけを示したが、その他にも様々な変形が可能である。これについて、図３ａ〜図３ｅを参照して簡単に説明する。
【００４２】
例えば、金属板は図３ａに示したような四角形や図３ｂに示したような三角形以外にも、六角形、八角形などの多様な多角形や、円形または楕円形などの形状を有することができ、その形状に特に制限はない。また、金属板は図３ａ、図３ｂ、図３ｃに示すように、すべてが同じサイズ（面積、厚さ）を有してもよく、図３ｄ及び図３ｅに示すように、異なるサイズを有し、複数の異なるサイズのグループ別に配置されることも可能である。
【００４３】
図３ｄを参照すると、相対的に大きいサイズの大金属板Ｂと小さいサイズの小金属板Ｃとが交互に配列されていて、各金属板はステッチングビアによって隣接する金属板と電気的に接続されている。図３ｅを参照すると、相対的に大きいサイズの大金属板Ｄと小さいサイズの小金属板Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４とが配置されている。小金属板Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は２×２で配列されていて、全体的に大金属板Ｄとほぼ同じ面積を占めるようになる。小金属板Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は、４つのステッチングビアを介して隣接する金属板と電気的に接続する。そして、大金属板Ｄは、隣接する小金属板が８つであるため、８つのステッチングビアを介して隣接する小金属板と電気的に接続する。
【００４４】
図３ａ〜図３ｅは、印刷回路基板内部に配置・配列された電磁気バンドギャップ構造物をその上から見た時のものを図示したものであって、図面におけるそれぞれの金属板の一つは、電磁気バンドギャップ構造物のそれぞれのセルに対応する。すなわち、図３ａ，図３ｂ，図３ｄ，図３ｅは、印刷回路基板内部の基板一面全体に電磁気バンドギャップ構造物が繰り返し配置された図であり、図３ｃは印刷回路基板内部の基板一面中、一部分だけに電磁気バンドギャップ構造物が帯状に配置された図である。
【００４５】
すなわち、図３ａ、図３ｂ、図３ｄ、図３ｅのように、印刷回路基板内部の基板一面全体に電磁気バンドギャップ構造物によるセルが密に配置・配列されてもよく、図３ｃのように、一部経路だけに配置・配列されてもよい。例えば、図３ｃでは、ノイズ源（ｎｏｉｓｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｐｏｉｎｔ）１１とそのノイズ遮蔽先１２との間に、ノイズ伝達可能経路に沿ってセルを１列以上繰り返し配置することが可能である。また、図３ｃでは、ノイズ源２１とそのノイズ遮蔽先２２との間に、ノイズ伝達可能経路を横切って遮る形態（遮蔽シールドの形態）でセルを１列以上配置することも可能である。
【００４６】
ここで、ノイズ源及びノイズ遮蔽先は、印刷回路基板に搭載された互いの動作周波数が異なる任意の二つの電子回路（上述した図１の第１電子回路１３０及び第２電子回路１４０参照）を仮定する場合、その二つの電子回路が印刷回路基板に搭載されるそれぞれの位置に対応することができる。
【００４７】
ステッチングビアは、複数の金属板のうちの任意の二つの金属板間を電気的に接続させるものである。本明細書のすべての図面では、任意の二つの隣接する金属板間をステッチングビアで電気的に接続させる方式が採用されているが、ある一つのステッチングビアを介して接続する二つの金属板は、隣接していない場合もある。また、ある一つの金属板を基準として、他の一つの金属板が一つのステッチングビアを介して接続する場合を示しているが、二つの金属板間を接続させるステッチングビアの数は特に制限されない。
【００４８】
以下、隣接した二つの金属板間が一つのステッチングビアで接続される場合を中心に説明する。ステッチングビア２４０は、第１ビア２４１、第２ビア２４２、及び接続パターン２４３を含み、隣接する二つの金属板間を電気的に接続させる機能をする。
【００４９】
ここで、第１ビア２４１は第１金属板２３０−１に接続された一端２４１ａから第１誘電層２２０を貫通して形成され、第２ビア２４２は第２金属板２３０−２に接続された一端２４２ａから第１誘電層２２０を貫通して形成される。また、接続パターン２４３は第１金属層２１０と同一平面上に位置し、その一端が第１ビア２４１の他端２４１ｂに接続され、他端が第２ビア２４２の他端２４２ｂに接続される。このとき、各ビアの一端及び他端にはビアランドがビアの断面積より大きく形成されるが、これはビア形成時のドリル工程による位置ずれを克服するためであり、自明な事項であるので詳細な説明は省略する。
【００５０】
また、金属板２３０−１，２３０−２と第１金属層２１０との間が電気的に接続されるのを防止するために、ステッチングビア２４０の接続パターン２４３の周縁にはクリアランスホール２５０が設けられる。すなわち、接続パターン２４３はクリアランスホール２５０の内側に位置する。ここで、ステッチングビア２４０において、金属板と金属板間とが電気的に接続されるために、第１ビア２４１及び第２ビア２４２の内壁だけにメッキ層が形成されてもよく、あるいはその内部が導電性ペーストなどの導電性物質で充填されてもよい。また、接続パターン２４３も金属のような導電性物質で構成されることは明らかである。
【００５１】
すなわち、図２ａの電磁気バンドギャップ構造物において、隣接する二つの金属板２３０−１，２３０−２は、同一平面上で接続せずにステッチングビア２４０を介して他の平面（すなわち、第１金属層２１０と同一平面）を経由して接続する。したがって、図２ａのようなステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物２００は、同一条件下において、隣接する金属板間を同一平面上で接続させることに比べて、インダクタンス成分をより簡単に、かつ、より長く確保できるという利点がある。それだけではなく、本発明によれば、隣接する金属板はステッチングビア２４０により接続されるので、第２層の金属板間を電気的に接続させるための別途のパターンを形成する必要がない。これにより、金属板間の離隔間隔を減らすことができて、隣接する金属板間に形成されるキャパシタンス成分を増加させることもできるという利点がある。
【００５２】
図２ａの特定周波数帯域の信号を遮蔽する電磁気バンドギャップ構造物の原理は次の通りである。第１金属層２１０と金属板２３０−１，２３０−２との間には第１誘電層２２０が介在し、これによって、第１金属層２１０と金属板２３０−１，２３０−２との間及び隣接する二つの金属板間にはキャパシタンス成分が存在する。また、ステッチングビア２４０により、隣接する二つの金属板間には第１ビア２４１→接続パターン２４３→第２ビア２４２を経由するインダクタンス成分も存在する。ここで、キャパシタンス成分は、第１金属層２１０と金属板２３０−１，２３０−２との間及び隣接する二つの金属板間の離隔間隔、第１誘電層２２０を構成する誘電物質の誘電率、金属板のサイズ、形状、面積などのような要素によりその値が異なるものである。また、インダクタンス成分も、第１ビア２４１、第２ビア２４２、及び接続パターン２４３の形状、長さ、厚さ、幅、断面積などのような要素によりその値が異なるものである。したがって、上述した多様な要素を適切に調整・設計すれば、図２ａに示されている構造物は、電磁気バンドギャップ構造（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｂａｎｄｇａｐ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）として、所望の周波数帯域の特定信号または特定ノイズを除去したり遮蔽することに活用できる。これは一種の帯域阻止フィルタとして機能するものであり、図２ｃに示した等価回路図を通じて容易に理解できよう。
【００５３】
図２ｃの等価回路図を図２ａの電磁気バンドギャップ構造物に適用して説明すると、インダクタンス成分Ｌ１が第１ビア２４１に該当し、インダクタンス成分Ｌ２は第２ビア２４２に該当し、インダクタンス成分Ｌ３は接続パターン２４３に該当する。Ｃ１は、金属板２３０−１，２３０−２とその上部に位置する他の任意の誘電層及び金属層によるキャパシタンス成分であり、Ｃ２及びＣ３は、接続パターン２４３を基準としてそれと同一平面に位置している第１金属層２１０と、その下部に位置する他の任意の誘電層及び金属層によるキャパシタンス成分である。
【００５４】
このような等価回路図により、図２ａの電磁気バンドギャップ構造物は、特定周波数帯域の信号を遮蔽する帯域阻止フィルタ（ｂａｎｄ  ｓｔｏｐ  ｆｉｌｔｅｒ）として機能することになる。すなわち、図２ｃの等価回路図から分かるように、低周波数帯域の信号（ｘ）及び高周波数帯域の信号（ｙ）は、電磁気バンドギャップ構造物を通過し、その中間の特定周波数帯域の信号（ｚ１），（ｚ２），（ｚ３）は電磁気バンドギャップ構造物により遮蔽される。
【００５５】
従って、図３ａ，図３ｂ，図３ｄ，図３ｅの印刷回路基板内部の任意の面全体に、あるいは、図３ｃのように面の一部にだけ、図２ａの構造物、または後述する図４の構造物を、その印刷回路基板内に存在するノイズ伝達可能経路上に繰り返し配列すると、特定周波数帯域の信号伝達を遮蔽できる電磁気バンドギャップ構造として機能できるようになる。
【００５６】
これは、図２ｂに示された電磁気バンドギャップ構造物もほぼ同様である。図２ｂに示すように、本形態の電磁気バンドギャップ構造物には、図２ａの電磁気バンドギャップ構造物の第１金属層２１０が存在しないことが分かる。このように、ステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物には、ステッチングビアと金属板とが位置している領域の下方に必ずしも金属層が存在する必要はない。これは、ステッチングビア２４０の接続パターン２４３を形成する位置が、金属層の存在する部分である必要はないからである。
【００５７】
すなわち、接続パターン２４３が形成される位置に対応して同一平面上に任意の金属層が存在する場合、図２ａに示されたように、接続パターン２４３は同一平面上の第１金属層２１０に形成されたクリアランスホール２５０内に収容される形態で設けられるが、接続パターン２４３の形成位置に別途の金属層が存在しない場合もあり、これが図２ｂに示されている。当然ながら、図２ｂにおいても金属板の下方には第１誘電層２２０が存在する。
【００５８】
また他の形態であって、ステッチングビアを含む２層構造の電磁気バンドギャップ構造物は、必ずしも、第１金属層２１０上に第１誘電層２２０を積層し、さらに金属板２３０−１，２３０−２を積層する構造を有する必要はない。すなわち、ステッチングビアを含む２層構造の電磁気バンドギャップ構造物は、金属板を下層、金属層を上層にし、その間に介在された誘電層を貫通するステッチングビアを含む積層構造、すなわち、図２ａの積層構造の上下が逆になった形態を有することもできる。このような場合にも当然に、上述したノイズ遮蔽効果を期待できる。
【００５９】
また、上述した全ての図面では、金属板が同一平面上に積層されているが、すべての金属板が必ずしも同一平面上に積層されている必要はない。金属板のすべてが同一平面上に積層されない場合には２層以上の構造を有することになり、層数が増加することは問題となり得るが、本発明の電磁気バンドギャップ構造物が多層印刷回路基板内に配置されることを想定すれば、これが設計上の不利になることはないだろう。
【００６０】
以下、本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物及びこれを含む印刷回路基板について説明するが、図２〜図３ｂの説明と重複される説明については省略し、主に本発明に関する実施例の特徴について説明する。また、上記図面に示されている本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物は、さらに貫通ビアを含むという点を除けば、図２ａ〜図２ｃによる電磁気バンドギャップ構造物と同じ形態を有するので、上述した図２ａ〜図３ｅに示された電磁気バンドギャップ構造物における全般的な内容及びそのノイズ遮蔽原理は、後述する本発明の実施例による電磁気バンドギャップ構造物にも同一または類似の原理でそのまま適用できるものである。
【００６１】
図４は本発明の一実施例によるステッチングビア及び貫通ビアを含む電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図であり、図５ａは図４の立体斜視図のＸ−Ｘ’線による断面図であり、図５ｂは図４の立体斜視図から第３金属層を除去した状態の斜視図である。
【００６２】
図４〜図５ｂを参照すると、本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物３００は、第２金属層３１０、第２金属層３１０上に積層された第２誘電層３１５、第２誘電層３１５上に積層された第１金属層２１０、第１金属層２１０上に積層された第１誘電層２２０、第１誘電層２２０上に積層された複数の金属板２３０−１，２３０−２（以下、金属板２３０と略称する）、隣接している任意の二つの金属板間を電気的に接続させるステッチングビア２４０、金属板上に積層された第３誘電層３２５、第３誘電層３２５上に積層された第３金属層３２０、及び貫通ビア３３０を含む。
【００６３】
すなわち、本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物３００は、図２ａのステッチングビア２４０を含んでおり、任意の二つの金属層、例えば、図４及び図５ａの第２金属層３１０と第３金属層３２０との間に位置する。本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物３００は、図２ａの電磁気バンドギャップ構造物２００に貫通ビア３３０がさらに備えられた形態を有する。
【００６４】
ここで、第１金属層２１０、第２金属層３１０、及び第３金属層３２０は、電気信号的にすべて同一層を形成する。このように、第１金属層２１０、第２金属層３１０、及び第３金属層３２０が電気信号的に全て同一層を構成するので、電気的に一つに繋がることになる。そのため、図４〜図５ｂを参照すると、第１金属層２１０、第２金属層３１０、及び第３金属層３２０は、貫通ビア３３０を介して電気的に接続される。すなわち、貫通ビア３３０は、その一端３３０ａが第２金属層３１０に接続し、第１金属層２１０を貫通してその他端３３０ｂが第３金属層３２０に接続する。
【００６５】
ただし、上述したように、複数の金属板２３０は、第１金属層２１０と電気信号的に互いに異なる層を構成するので、第２金属層３１０及び第３金属層３２０とも電気信号的に互いに異なる層を構成することになる。すなわち、上記の金属層が電源層として機能する場合、金属板は接地層と接続し、反対に、接地層として機能する場合、金属板は電源層と接続する。あるいは、上記の金属層が信号層として機能する場合、金属板は接地層と接続し、反対に、接地層として機能する場合、金属板は信号層と接続する。例えば、第１金属層２１０、第２金属層３１０、及び第３金属層３２０が全て接地層として機能する場合、貫通ビア３３０はこれらの接地層間を電気的に一つに接続させるために接地ビア（ｇｒｏｕｎｄ  ｖｉａ）として機能することになる。
【００６６】
従って、貫通ビア３３０はそれぞれの金属板２３０と電気的に分離される必要がある。貫通ビア３３０が金属板２３０と電気的に接続される場合には、金属板２３０と金属層２１０，３１０，３２０との間も電気的に接続されることになるからである。よって、金属板２３０の所定部分、例えば、図４〜図５ｂを参照すると、金属板の中央部分などにはクリアランスホール（以下、第１金属層２１０に形成された第１クリアランスホール２５０と区別するために「第２クリアランスホール３４０」と称する）が形成されている。貫通ビア３３０は、第２クリアランスホール３４０を貫通することにより金属板２３０から電気的に分離され、金属層２１０，３１０，３２０間を電気的に接続できるようにする。
【００６７】
第２クリアランスホール３４０は、貫通ビア３３０形成時のドリル工程による位置ずれを克服するために形成されるビアランド３３１（図５ａ参照）も収容可能な断面積を有するように形成される。
【００６８】
このように、本発明の一実施例は、図２に示された電磁気バンドギャップ構造物２００を多層構造の印刷回路基板内に配置する場合において、金属板２３０内に第２クリアランスホール３４０を形成し、これを貫通する貫通ビア３３０を介して他の金属層３１０，３２０を電気的に接続する方法を提示している。これは既存の基板製作工程を用いて簡単に実現することができ、貫通ビア３３０をさらに備えることによって、図２に示された電磁気バンドギャップ構造物２００と比べて、特に高周波数帯域にて優れた特性を有するノイズ遮蔽効果を確認することができる。これは、後述する図７及び図８に示す周波数特性グラフを比較してより明確に確認できる。
【００６９】
図６ａ及び図６ｂは、本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物のノイズ遮蔽可能性を確認するためのシミュレーションモデルを示す図であり、図７は、図６ａ及び図６ｂに示されたシミュレーションモデルを適用した場合の周波数特性のグラフである。本発明による電磁気バンドギャップ構造が、特定周波数帯域でのストップバンドとしての機能を有するか否かを確認するために、図６ａ及び図６ｂのようなシミュレーションモデルを形成して、これを散乱パラメータ（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）で分析した。ここで、図６ａは金属板２３０の上部を、図６ｂは金属板２３０の下部をそれぞれ示すシミュレーションモデルである。また、図８は、図２に示された構造を有する電磁気バンドギャップ構造物の周波数特性のグラフである。
【００７０】
図７を参照すると、本発明にかかるステッチングビア及び貫通ビアが両方とも備えられた電磁気バンドギャップ構造物３００は、遮蔽率−５０ｄＢを基準にして、そのバンドギャップ周波数が約５．２〜１４．６ＧＨｚ帯域を有することが分かる。これに対して、図８を参照すると、同一デザイン条件での比較対象として、ステッチングビアのみが備えられた電磁気バンドギャップ構造物２００は、遮蔽率−５０ｄＢを基準とする場合、バンドギャップ周波数が約２．８〜７．５ＧＨｚで形成されたことが分かる。すなわち、本発明によりステッチングビア及び貫通ビアを有する電磁気バンドギャップ構造物３００が、ステッチングビアのみを有する電磁気バンドギャップ構造物２００に比べて、高周波数帯域でのノイズ遮蔽範囲がより広くて優れたことを確認できる。
【００７１】
これは、本発明による電磁気バンドギャップ構造物３００がステッチングビア以外にも貫通ビア３３０を通じて、さらに、別の自己インダクタンス（ｓｅｌｆ  ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）成分を有し、また、貫通ビア３３０が、複数の金属板による電気信号の伝達方向とほぼ直交する方向に形成されるため、相互インダクタンス（ｍｕｔｕａｌ  ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）成分も存在するようになり、ステッチングビアのみを有する電磁気バンドギャップ構造物２００に比べて、バンドギャップ周波数が、より右側、即ち高周波数帯域側に移動できるようになったからである。
【００７２】
これは、本発明による電磁気バンドギャップ構造物３００が高周波数帯域の動作周波数を使用する電子機器に適用されれば、高周波数のカップリングノイズの遮蔽に非常に有用であるということを明らかにするものである。例えば、ネットワークボードの場合には、通常約３〜１０ＧＨｚ帯域の動作周波数を有するので、これに適用すると、ネットワークボードから発生する高周波数帯域のカップリングノイズの問題をより簡単に解決できるようになる。
【００７３】
このように、多層構造の印刷回路基板に存在するノイズ源とノイズ遮蔽先との間のノイズ伝達可能経路上に、本発明による電磁気バンドギャップ構造物３００を配置することにより、遮蔽すべき特定周波数帯域のノイズを遮蔽または低減させることができる。これは、例えば、印刷回路基板上に動作周波数の異なる二つ以上のデジタル回路が異なる搭載位置に装着される場合、一方のデジタル回路は他方のデジタル回路にノイズ源として作用し得るので、一方から誘導されたカップリングノイズが他方に伝達されて他方のデジタル回路の正常な動作を阻害しないように、本発明による電磁気バンドギャップ構造物３００をその二つのデジタル回路の間に配置すればよい。
【００７４】
ただし、図７のシミュレーション結果として、本発明による電磁気バンドギャップ構造物３００のバンドギャップ周波数が約５．２〜１４．６ＧＨｚ帯域を有するものと示されているが、これは、貫通ビア３３０の形状、長さ、面積、幅などの設計値が変化することにより変更されることは明らかである。勿論、上述したように、金属板間の離隔間隔、各誘電層を構成する誘電物質の誘電率、各誘電層の厚さ、金属板のサイズ、形状、面積などの要素によるキャパシタンス値の変化、ステッチングビア２４０の形状、長さ、厚さ、幅、断面積などの要素によるインダクタンス値の変化によってもバンドギャップ周波数及びその遮蔽率が変動され得ることは明らかである。
【００７５】
図４〜図７においては、第１金属層２１０、金属板２３０、第２金属層３１０、第３金属層３２０層の総４層の印刷回路基板を中心に説明したが、６層、８層、あるいはそれ以上の層数を有する多層印刷回路基板にも本発明を適用できることは明らかである。また、図４〜図７では第１金属層２１０の下部に隣接した第２金属層３１０と、金属板２３０の上部に隣接した第３金属層３２０の場合を示したが、これに限定されるわけではない。すなわち、貫通ビア３３０を介して接続される異なる二つの金属層は、第１金属層２１０と同一電気信号層を構成する金属層であれば、その位置関係は、特に限定されない。また、貫通ビア３３０を介して接続される他の金属層の数は、二つに限定されるものではなく、三つ以上の同一電気信号層が貫通ビア３３０を介して電気的に接続できる。
【００７６】
以上において、本発明における好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野における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の思想及び領域から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。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】動作周波数が異なる二つの電子回路を含む印刷回路基板の断面図である。
【図２ａ】本発明の比較対象として、ステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物の一形態を例示した立体斜視図である。
【図２ｂ】本発明の比較対象として、ステッチングビアを含む電磁気バンドギャップ構造物の他の形態を例示した立体斜視図である。
【図２ｃ】図２ａ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。
【図３ａ】四角形の金属板を備え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３ｂ】三角形の金属板を備え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３ｃ】帯状の電磁気バンドギャップ構造物の配列構造を有することを示す平面図である。
【図３ｄ】金属板のサイズによる配列構造を示す平面図である。
【図３ｅ】金属板のサイズによる配列構造を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施例によるステッチングビア及び貫通ビアを含む電磁気バンドギャップ構造物の立体斜視図である。
【図５ａ】図４の立体斜視図のＸ−Ｘ’線による断面図である。
【図５ｂ】図４の立体斜視図から第３金属層を除去した状態の斜視図である。
【図６ａ】本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物のノイズ遮蔽可能性を確認するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図６ｂ】本発明の一実施例による電磁気バンドギャップ構造物のノイズ遮蔽可能性を確認するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図７】図６ａ及び図６ｂに示されたシミュレーションモデルを適用したときの周波数特性のグラフである。
【図８】図２の電磁気バンドギャップ構造物の周波数特性のグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
２１０  第１金属層
２２０  第１誘電層
２３０  金属板
２４０  ステッチングビア
２４１  第１ビア
２４２  第２ビア
２４３  接続パターン
２５０  第１クリアランスホール
３１０  第２金属層
３２０  第３金属層
３１５  第２誘電層
３２５  第３誘電層
３３０  貫通ビア
３４０  第２クリアランスホール
【図１】
2009177130.tif 000003
【図２ａ】
2009177130.tif 000004
【図２ｂ】
2009177130.tif 000005
【図２ｃ】
2009177130.tif 000006
【図３ａ】
2009177130.tif 000007
【図３ｂ】
2009177130.tif 000008
【図３ｃ】
2009177130.tif 000009
【図３ｄ】
2009177130.tif 000010
【図３ｅ】
2009177130.tif 000011
【図４】
2009177130.tif 000012
【図５ａ】
2009177130.tif 000013
【図５ｂ】
2009177130.tif 000014
【図７】
2009177130.tif 000015
【図８】
2009177130.tif 000016
【図６ａ】
2009177130.tif 000017
【図６ｂ】
2009177130.tif 000018