KR20080061950A - 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 가진 멀티 레이어 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부분적 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 적용한 멀티 레이어 기판에 관한 것으로서, 신호 레이어의 남는 공간 또는 신호 레이어 상/하부에 형성된 전원 또는 접지 레이어를 활용하여 부분적 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 구현함으로써, 추가 도전 레이어 없이 전력접지망 잡음을 개선할 수 있다.

Description

전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 가진 멀티 레이어 기판{MULTI LAYER BOARD HAVING ELECTROMAGNETIC BANDGAP POWER DELIVERY SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템이 적용된 멀티 레이어 기판을 나타내는 도면.

도 2는 4 레이어 기판의 일 예를 나타내는 도면.

도 3은 도 2에 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 적용한 도면.

도 4는 3 레이어 기판에 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 적용한 도면.

도 5는 5 레이어 기판의 일 예를 나타내는 도면.

도 6은 도 5에 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 적용한 도면.

도 7은 접지 전압이 충전된 신호선(GF)과 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템이 적용된 신호선(EF) 간의 입력 임피던스(Z₁₁) 특성을 비교한 그래프.

도 8은 접지 전압이 충전된 신호선(GF)과 본 발명의 실시 예에 따른 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템이 적용된 신호선(EF) 간의 전달 임피던스(Z₂₁) 특성을 비교한 그래프.

본 발명은 멀티 레이어 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부분적 전자기 밴드갭 전원 전달 시스템을 적용한 멀티 레이어 기판에 관한 것이다.

일반적으로, 전자기 밴드갭(Electromagnetic Bandgap:EBG, 이하, 'EBG'라 함) 전원 전달 시스템(Power Delivery System:PDS, 이하, 'PDS'라 함)는 디지털 시스템의 전력접지망 잡음을 개선시키기 위하여 제안된 기술로서, PDS에서 대역저지 여파기(Band Stop Filter)와 같은 역할을 하여 특정 주파수 대역에 PDS 잡음을 억제시키며, 또한, 전자파간섭(Electro Magnetic Interference:EMI) 발생 감소에도 효과가 있다.

종래의 EBG PDS는 추가 도전 레이어(Conducting Layer) 없이 사용하는 UC-EBG(Uniplanar Compact EBG), 또는, UC-PBG(Uniplanar Compact Photonic Bandgap)와 추가 도전 레이어를 사용하여 구현되는 EGB로 구분될 수 있다.

이 중 디지털 시스템에서 UC-EBG가 사용되는 경우 레이어를 추가할 필요가 없는 장점이 있지만, UC-EBG면 위로 라우팅(routing)되는 신호선이 UC-EBG의 영향을 받으며, 특히, 광 대역의 신호를 전송하는 디지털 신호의 경우, 특정 주파수 대 역에서 신호 전송특성이 나빠지는 문제점이 있다.

이러한 UC-EBG의 단점으로 인하여, 디지털 시스템에서 신호전송의 영향을 주지 않기 위해 도 1과 같은 구조를 갖는 EBG PDS가 제안되었다. 하지만, 이러한 EBG PDS의 구현을 위해서 추가 도전 레이어(EBG layer)의 사용이 필수적이므로, 제조 원가가 상승한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 도전 레이어의 개수를 늘리지 않으면서 EBG PDS를 구현함으로써, 추가 비용을 줄이는 동시에 전력접지망 잡음을 개선하고자 함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시 예에 멀티 레이어 기판은, 신호 레이어; 제 1 비아를 통해 상기 신호 레이어의 일부 영역과 연결되는 제 1 전원/접지 레이어; 상기 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 제 1 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 전자기 밴드갭 패치; 및 제 2 비아를 통해 상기 전자기 밴드갭 패치와 연결되는 제 2 전원/접지 레이어;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 구성에서, 상기 신호 레이어의 일부 영역은 상기 제 1 전원/접지 레이어를 통해 전원 전압 또는 접지 전압을 충전함이 바람직하다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 실시 예에 멀티 레이어 기판은, 신호 레이어; 비아를 통해 상기 신호 레이어의 일부 영역과 연결되는 전원/접지 레이어; 및 상기 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 전자기 밴드갭;을 포함함을 특징으로 한다.

상기 구성에서, 상기 신호 레이어의 일부 영역은 상기 전원/접지 레이어를 통해 전원 전압 또는 접지 전압을 충전함이 바람직하다.

또한, 상기 전자기 밴드갭은 상기 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 전자기 밴드갭 패치와, 상기 전자기 밴드갭 패치와 상기 신호 레이어 간을 연결하는 비아를 포함함이 바람직하다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 실시 예에 멀티 레이어 기판은, 신호 레이어; 전원/접지 레이어; 및 상기 신호 레이어의 일부분에 패터닝되며, 비아를 통해 상기 전원/접지 레이와 연결되는 전자기 밴드갭 패치;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 구성에서, 상기 신호 레이어는 기판 내부에 배치됨이 바람직하다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 실시 예에 멀티 레이어 기판은, 제 1 신호 레이어; 제 1 비아를 통해 상기 제 1 신호 레이어의 일부 영역과 연결되는 제 1 전원/접지 레이어; 상기 제 1 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 제 1 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 제 1 전자기 밴드갭 패치; 제 2 신호 레이어; 상기 제 2 신호 레이어의 일부 영역에 패터닝되는 제 2 전자기 밴드갭 패치; 제 2 비아를 통해 상기 전자기 밴드갭 패치와 연결되고, 제 3 비아를 통해 상기 제 2 전자기 밴드갭 패치와 연결되는 제 2 전원/접지 레이어; 제 4 비아를 통해 일부 영역이 상기 제 2 전원/접지 레이어와 연결되는 제 3 신호 레 이어; 및 상기 제 3 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 제 2 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 제 3 전자기 밴드갭 패치;를 포함하며, 제 5 비아를 통해 상기 제 3 전자기 밴드갭 패치와 상기 제 3 신호 레이어 의 일부 영역 간이 연결됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예로서 도 6의 구조가 개시되며, 본 발명의 실시 예는 신호 레이어의 남는 공간 또는 신호 레이어 상/하부에 형성된 전원(power) 또는 접지(ground) 레이어를 활용하여 부분적(partial) EBG PDS를 구현함으로써, 추가 도전 레이어 없이 전력접지망 잡음을 개선할 수 있다.

우선, 일반적인 멀티 레이어(multi layer) 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board:PCB), 멀티 레이어 모듈(Module), 또는 멀티 레이어 패키지(Package) 설계시 신호 레이어의 여분 영역은 플레인(plane) 형태로 채워서 전원 또는 접지에 연결되어 사용된다.

일 예로, 도 2와 같이 4 레이어를 갖는 구조에서, 최상부 신호 레이어(S_TOP)와 최하부 신호 레이어(S_BOT)의 일부 영역(10,20)은 비아(via)(11,21)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_1,P/G_2)에 각각 연결되어 전원 또는 접지 전압을 충전(filling)한다.

그리고, 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(10,20)을 제외한 최상부 신호 레이어(S_TOP)와 최하부 신호 레이어(S_BOT)의 여분 영역은 플레인 형태로 채워져 전원 또는 접지에 연결되어 사용될 수 있다.

이러한 구조에서, 본 발명의 실시 예는 도 3에 도시된 바와 같이, 최상부 신호 레이어(S_TOP)에서 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(10)의 하부에 EBG 구조(30)를 패터닝(patterning)한다. 이때, 각 EBG 패치(patch)(32)는 비아(31)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_2)와 연결된다.

즉, 본 발명의 실시 예는 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(10)의 하부의 전원 또는 접지 레이어(A)는 불필요한 부분이므로, 이 부분을 EBG 구조(30)로 패터닝하여 사용함으로써 EBG PDS를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 도 3에 도시된 바와 같이, 최하부 신호 레이어(S_BOT)에서 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(20)의 상부에 EBG 구조(40)를 패터닝한다. 이때, 각 EBG 패치(patch)(42)는 비아(41)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_1)와 연결된다.

마찬가지로, 본 발명의 실시 예는 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(20)의 상부의 전원 또는 접지 레이어(B)는 불필요한 부분이므로, 이를 제거하고 EBG 구조(40)로 패터닝하여 사용함으로써 EBG PDS를 구현할 수 있다.

다른 예로, 도 4와 같이 3 레이어를 갖는 구조에서, 중간 신호 레이어(S_MID)의 여분 영역은 EBG 구조(50,60)로 직접 패터닝되어 EBG PDS로 구현될 수 있다. 이때, 각 EBG 패치(52,62)는 비아(51,61)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_1,P/G_2)와 각각 연결된다.

도 5와 도 6은 5 레이어를 갖는 구조에서 상기와 같이 추가 패턴 없이 EBG PDS를 구현하는 것을 보여준다.

구체적으로, 도 5와 같이 5 레이어를 갖는 구조에서, 최상부 신호 레이어(S_TOP), 중간 신호 레이어(S_MID), 및 최하부 신호 레이어(S_BOT)의 일부 영역(100~300)은 비아(via)(110,210,310)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_1)에 각각 연결되어 전원 또는 접지 전압이 충전된다.

그리고, 신호 레이어(S_TOP,S_MID,S_BOT)에서 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(100~300)을 제외한 나머지 영역은 플레인 형태로 채워져 전원 또는 접지 레이어(P/G_1,P/G_2)에 연결되어 사용될 수 있다.

이러한 구조에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 신호 레이어(S_TOP,S_BOT)의 상/하부에 형성된 전원 또는 접지 레이어(P/G_1,P/G_2)의 일부분(C,D)과 전원 또는 접지 전압이 충전된 신호 레이어(S_MID)의 일부분(200)은 EBG 구조(400~600)로 패터닝될 수 있다.

구체적으로, 최상부 신호 레이어(S_TOP)의 하부에 형성된 전원 또는 접지 레이어(P/G_1)에서, 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(100)의 하부(C)는 EBG 구조(400)로 패터닝된다. 이때, EBG 패치(420)는 비아(410)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_2)와 연결된다.

마찬가지로, 최하부 신호 레이어(S_BOT)의 상부에 형성된 전원 또는 접지 레이어(P/G_2)에서, 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(300)의 상부(D)는 EBG 구조(600)로 패터닝된다. 이때, EBG 패치(520)는 비아(610)를 통해 최하부 신호 레이어(S_BOT)의 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(300)과 연결된다.

그리고, 중간 신호 레이어(S_MID)에서, 전원 전압 또는 접지 전압이 충전된 영역(200)은 비아(510)를 통해 전원 또는 접지 레이어(P/G_2)와 연결된 다수의 EBG 패치(520)로 이루어진 EBG 구조(500)로 직접 패터닝된다. 여기서, 중간 신호 레이어(S_MID)의 여분 영역도 EBG 구조(500)로 직접 패터닝되어 EBG PDS로 구현될 수 있다.

아울러, 최상부 및 최하부 신호 레이어(S_TOP,S_BOTTOM)에서 전원 또는 접지 전압이 충전된 영역(100,300)을 제외한 나머지 영역은 플레인 형태로 채워져 전원 또는 접지 레이어(PWR/GND1,PWR/GND2)에 연결되어 사용될 수 있다.

도 7과 도 8은 주파수(Frequency)에 따른 접지 전압이 충전된 신호선(GF)과 부분적 EBG PDS이 적용된 신호선(EF) 간의 임피던스 특성을 비교한 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 부분적 EBG PDS이 적용된 신호선(EF)은 부분적 EBG PDS이 적용되지 않고 단순히 접지 전압이 충전된 신호선(GF)보다 입력 임피던스(Z₁₁) 특성이 크게 향상됨을 알 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 부분적 EBG PDS이 적용된 신호선(EF)은 부분적 EBG PDS이 적용되지 않고 단순히 접지 전압이 충전된 신호선(GF)보다 전달 임피던스(Z₂₁) 특성이 크게 향상됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예는 신호 레이어, 전원 레이어, 또는 접지 레이어를 활용하여 부분적 EBG PDS를 구현함으로써, 추가 도전 레이어가 필요하지 않으 며, 그에 따라, 제조 원가의 증가 없이 전력접지망 잡음을 억제하고 EMI 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명을 특정 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (8)

1. 신호 레이어;

   제 1 비아를 통해 상기 신호 레이어의 일부 영역과 연결되는 제 1 전원/접지 레이어;

   상기 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 제 1 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 전자기 밴드갭 패치; 및

   제 2 비아를 통해 상기 전자기 밴드갭 패치와 연결되는 제 2 전원/접지 레이어;를 포함함을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호 레이어의 일부 영역은 상기 제 1 전원/접지 레이어를 통해 전원 전압 또는 접지 전압을 충전함을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
3. 신호 레이어;

   비아를 통해 상기 신호 레이어의 일부 영역과 연결되는 전원/접지 레이어; 및

   상기 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 전자기 밴드갭;을 포함함을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
4. 제 4 항에 있어서,

   상기 신호 레이어의 일부 영역은 상기 전원/접지 레이어를 통해 전원 전압 또는 접지 전압을 충전함을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전자기 밴드갭은 상기 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 전자기 밴드갭 패치와, 상기 전자기 밴드갭 패치와 상기 신호 레이어 간을 연결하는 비아를 포함함을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
6. 신호 레이어;

   전원/접지 레이어; 및

   상기 신호 레이어의 일부분에 패터닝되며, 비아를 통해 상기 전원/접지 레이와 연결되는 전자기 밴드갭 패치;를 포함함을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 신호 레이어는 기판 내부에 배치됨을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.
8. 제 1 신호 레이어;

   제 1 비아를 통해 상기 제 1 신호 레이어의 일부 영역과 연결되는 제 1 전원/접지 레이어;

   상기 제 1 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 제 1 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 제 1 전자기 밴드갭 패치;

   제 2 신호 레이어;

   상기 제 2 신호 레이어의 일부 영역에 패터닝되는 제 2 전자기 밴드갭 패치;

   제 2 비아를 통해 상기 전자기 밴드갭 패치와 연결되고, 제 3 비아를 통해 상기 제 2 전자기 밴드갭 패치와 연결되는 제 2 전원/접지 레이어;

   제 4 비아를 통해 일부 영역이 상기 제 2 전원/접지 레이어와 연결되는 제 3 신호 레이어; 및

   상기 제 3 신호 레이어의 일부 영역에 대응되는 상기 제 2 전원/접지 레이어의 영역에 패터닝되는 제 3 전자기 밴드갭 패치;를 포함하며,

   제 5 비아를 통해 상기 제 3 전자기 밴드갭 패치와 상기 제 3 신호 레이어 의 일부 영역 간이 연결됨을 특징으로 하는 멀티 레이어 기판.

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