DE102008032979B4

DE102008032979B4 - Elektromagnetische Bandgap-Struktur, diese umfassende Leiterplatte und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102008032979B4
Application number: DE102008032979A
Authority: DE
Inventors: Han Kim; Dae-Hyun Park
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: US20090015354A1; JP2009021594A; KR100848848B1; JP4862163B2; DE102008032979A1; US8183468B2

Abstract

Elektromagnetische Bandgap-Struktur (700), umfassend: eine erste Metallschicht (710); eine erste dielektrische Schicht (731), die auf die erste Metallschicht (710) aufgesetzt ist; eine Metallplatte (740), die auf die erste dielektrische Schicht (731) aufgesetzt ist; eine zweite dielektrische Schicht (732), die auf die Metallplatte (740) und die erste dielektrische Schicht (731) aufgesetzt ist; eine zweite Metallschicht (720), die auf die zweite dielektrische Schicht (732) aufgesetzt ist; und einen Durchkontakt (750), der von der Metallplatte (740) zur ersten Metallschicht (710) und zweiten Metallschicht (720) verläuft, wobei der Durchkontakt (750) mit der ersten Metallschicht (710) und der Metallplatte (740) verbunden ist und mit der zweiten Metallschicht (720) nicht verbunden ist, wobei die zweite Metallschicht (720) ein Freiloch (725) umfasst, das den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt (750) und einen größeren Durchmesser als der Durchkontakt (750) aufweist, wobei der Durchkontakt (750) auf der gleichen planaren...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte und insbesondere eine Leiterplatte, mit der das Problem der gemischten Signale zwischen Analogschaltungen und Digitalschaltungen gelöst werden kann.
Es wurden verschiedene Geräte wie etwa mobile Kommunikationsendgeräte, Personal Digital Assistants (PDA), Laptop-Computer und DMB-Geräte (Digital Multimedia Broadcasting) auf den Markt gebracht, um dem heutigen Trend gerecht zu werden, dass Mobilität zu einer der wichtigsten Angelegenheiten gerechnet wird.
Solche Geräte umfassen eine Leiterplatte, die so ausgestaltet ist, dass sie Analogschaltungen (z. B. RF(Radiofrequenz)-Schaltungen) und Digitalschaltungen zur drahtlosen Kommunikation in sich vereinigt. Derartige Leiterplatten sind beispielsweise in der US 6,353,540 B1 , US 2005/0104678 A1 und US 2005/0029632 A1 offenbart.
1 ist eine Schnittansicht, die eine Leiterplatte mit einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung zeigt. Gezeigt ist zwar eine 4-schichtige Leiterplatte, doch können auch andere Leiterplatten wie etwa 2- und 6-schichtige Leiterplatten eingesetzt werden. Hier wird angenommen, dass die Analogschaltung ein RF-Schaltkreis ist.
Die Leiterplatte 100 enthält Metallschichten 110-1, 110-2, 110-3 und 110-4 (im Folgenden kollektiv als 110 bezeichnet), dielektrische Schichten 120-1, 120-2 und 120-3 (im Folgenden kollektiv als 120 bezeichnet), die zwischen die Metallschichten 110 gestapelt sind, eine Digitalschaltung 130, die an der obersten Metallschicht 110-1 befestigt ist, sowie einen RF-Schaltkreis 140.
Nimmt man an, dass die mit Bezugsziffer 110-2 bezeichnete Metallschicht eine Masseschicht und die mit Bezugsziffer 110-3 bezeichnete Metallschicht eine Stromversorgungsschicht ist, so fließt ein Strom durch einen Durchkontakt 160, der zwischen der Masseschicht 110-2 und der Stromversorgungsschicht 110-3 geschaltet ist, und die Leiterplatte 100 führt einen vorbestimmten Arbeitsgang bzw. eine solche Aufgabe durch.
Dabei werden die Betriebsfrequenz der Digitalschaltung 130 und eine von Oberwellenanteilen herrührende elektromagnetische (EM) Schwingung 150 an den RF-Schaltkreis 140 übertragen, woraus sich das Problem der gemischten Signale ergibt. Das Problem der gemischten Signale entsteht durch die EM-Schwingung in der Digitalschaltung 130, die eine Frequenz innerhalb des Frequenzbands aufweist, in dem der RF-Schaltkreis 140 betrieben wird. Dieses Problem führt dazu, dass der einwandfreie Betrieb des RF-Schaltkreises 140 gestört wird. Empfängt beispielsweise der RF-Schaltkreis 140 ein Signal im Bereich eines bestimmten Frequenzbands, so kann es durch die Übertragung der EM-Schwingung 150 von der Digitalschaltung 130, welche die Signale im Bereich des bestimmten Frequenzbands enthält, schwierig werden, das Signal im Bereich dieses bestimmten Frequenzbands korrekt zu empfangen.
Da elektronische Geräte immer komplizierter werden, aber auch aufgrund der höheren Betriebsfrequenz der Digitalschaltung 130, gestaltet sich die Lösung des Problems der gemischten Signale immer schwieriger.
Das Verfahren mit Entkopplungskondensatoren – eine typische Lösung für das Rauschen der Stromversorgung – ist für hohe Frequenzen nicht geeignet. Demgemäß muss das Rauschen der hohen Frequenzen zwischen dem RF-Schaltkreis 140 und der Digitalschaltung 130 abgefangen oder verringert werden.
2 ist eine Schnittansicht, die eine elektromagnetische Bandgap-Struktur zeigt, mit der das Problem der gemischten Signale zwischen einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung gemäß herkömmlicher Technik gelöst wird, und 3 ist ein Grundriss, der eine Metallplattenanordnung der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandgap-Struktur zeigt. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die in 2 gezeigte elektromagnetische Bandgap-Struktur zeigt, und 5 ist eine schematische Ansicht, die einen gleichartigen Schaltkreis der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandgap-Struktur zeigt.
Die elektromagnetische Bandgap-Struktur 200 umfasst eine erste Metallschicht 210-1, eine zweite Metallschicht 210-2, eine erste dielektrische Schicht 220a, eine zweite dielektrische Schicht 220b, eine Metallplatte 232 und einen Durchkontakt 234.
Die erste Metallschicht 210-1 und die Metallplatte 232 sind über den Durchkontakt 234 miteinander verbunden. Es entsteht eine pilzartige Struktur 230, welche die Metallplatte 232 und den Durchkontakt 234 umfasst (siehe 4).
Ist die erste Metallschicht 210-1 eine Masseschicht, so ist die zweite Metallschicht 210-2 eine Stromversorgungsschicht. Entsprechend ist die zweite Schicht 210-2 die Masseschicht, wenn die erste Metallschicht 210-1 die Stromversorgungsschicht ist.
Mit anderen Worten: durch die mehrfache Bildung der pilzartigen Struktur 230 (siehe 3) ergibt sich eine Bandlückenstruktur, die verhindert, dass ein Signal, das ein bestimmtes Frequenzband aufweist, sich ausbreiten kann. Dazu werden die pilzartigen Strukturen 230 mit den Metallplatten 232 und den Durchkontakten 234 zwischen der Masseschicht und der Stromversorgungsschicht mehrfach ausgebildet.
Die Funktion, die verhindert, dass ein Signal mit einem bestimmten Frequenzband sich ausbreiten kann, und die auf den Widerständen R_E und R_P, den Induktivitäten L_E und L_P, den Kapazitäten C_E, C_P und C_G und den Konduktanzen G_P und G_E beruht, ist mit dem entsprechenden, in 5 gezeigten Schaltkreis angedeutet.
Ein mobiles Kommunikationsendgerät ist ein gutes Beispiel für ein elektronisches Gerät, bei dem die Platte eingesetzt wird, die mit der Digitalschaltung und dem RF-Schaltkreis zusammen ausgeführt ist. Bei einem mobilen Kommunikationsendgerät ist die elektromagnetische Bandgap-Struktur zwischen die Masseschicht und die Stromversorgungsschicht in eine mittlere Schicht einer mehrschichtigen Leiterplatte eingesetzt, wenn die beschriebene elektromagnetische Bandgap-Struktur zur Lösung des Problems der gemischten Signale angewandt wird. Bei diesem Fall besteht das Problem, dass das gesamte Verfahren durch das zusätzliche Innenschichtverfahren und das Plattierverfahren für das Einsetzen der elektromagnetischen Bandgap-Struktur beim Herstellungsverfahren der mehrschichtigen Leiterplatte länger wird.
Das Problem der vorliegenden Erfindung wird durch eine elektromagnetische Badgap-Struktur der Ansprüche 1 bis 4, eine Leiterplatte der Ansprüche 5 bis 10 und ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte der Ansprüche 11 bis 14 gelöst.
Demgemäß macht die vorliegende Erfindung eine Leiterplatte sowie ein Herstellungsverfahren für diese verfügbar, wobei das gesamte Verfahren nicht länger wird, da es keine zusätzlichen Innenschichtverfahren und Plattierverfahren wie beim herkömmlichen Herstellungserfahren der Leiterplatte gibt, obwohl eine elektromagnetische Bandgap-Struktur enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung macht auch eine elektromagnetische Bandgap-Struktur mit einer neuen Struktur verfügbar, wobei Durchkontakte in der gesamten Struktur geschaltet sind.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Bandgap-Struktur, umfassend: eine erste Metallschicht; eine erste dielektrische Schicht, die auf die erste Metallschicht aufgesetzt ist; eine Metallplatte, die auf die erste dielektrische Schicht aufgesetzt ist; eine zweite dielektrische Schicht, die auf die Metallplatte und die erste dielektrische Schicht aufgesetzt ist; eine zweite Metallschicht, die auf die zweite dielektrische Schicht aufgesetzt ist; und einen Durchkontakt, der von der Metallplatte zur ersten Metallschicht und zweiten Metallschicht verläuft. Der Durchkontakt kann mit der ersten Metallschicht verbunden sein und mit der zweiten Metallschicht nicht verbunden sein.
Die zweite Metallschicht kann ein Freiloch umfassen, das den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt und einen größeren Durchmesser als der Durchkontakt aufweist. Der Durchkontakt kann auf der gleichen planaren Oberfläche wie die zweite Metallschicht mit einem Durchkontaktsteg verbunden sein, und das Freiloch kann den Durchkontaktsteg aufnehmen.
Es kann wenigstens eine Metallschicht außerhalb der ersten Metallschicht und zweiten Metallschicht vorhanden sein, und der Durchkontakt kann sich zu dieser Metallschicht erstrecken und durch das innere eines auf dieser Metallschicht gebildeten Freilochs hindurchgehen.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte mit einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung. In der Leiterplatte kann eine elektromagnetische Bandgap-Struktur zwischen der Analogschaltung und der Digitalschaltung angeordnet sein. Die elektromagnetische Bandgap-Struktur kann folgendes umfassen: eine erste Metallschicht; eine erste dielektrische Schicht, die auf die erste Metallschicht aufgesetzt ist; eine Metallplatte, die auf die erste dielektrische Schicht aufgesetzt ist; eine zweite dielektrische Schicht, die auf die Metallplatte und die erste dielektrische Schicht aufgesetzt ist; eine zweite Metallschicht, die auf die zweite dielektrische Schicht aufgesetzt ist; und einen Durchkontakt, der von der Metallplatte zur ersten Metallschicht und zweiten Metallschicht verläuft. Der Durchkontakt kann mit der ersten Metallschicht verbunden sein und mit der zweiten Metallschicht nicht verbunden sein.
Die erste Metallschicht kann irgendeine aus einer Masseschicht und einer Stromversorgungsschicht sein und die zweite Metallschicht kann die jeweils andere aus Masseschicht und Stromversorgungsschicht sein. Die Analogschaltung kann ein RF-Schaltkreis sein, der ein Radiosignal von außen empfängt.
Die zweite Metallschicht kann ein Freiloch umfassen, das den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt und einen größeren Durchmesser als der Durchkontakt aufweist. Der Durchkontakt kann auf der gleichen planaren Oberfläche wie die zweite Metallschicht mit einem Durchkontaktsteg verbunden sein, und das Freiloch kann den Durchkontaktsteg aufnehmen.
Es kann wenigstens eine Metallschicht außerhalb der ersten Metallschicht und zweiten Metallschicht vorhanden sein. Der Durchkontakt kann sich zu dieser Metallschicht erstrecken und durch das Innere eines auf dieser Metallschicht gebildeten Freilochs hindurchgehen.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit einer elektromagnetischen Bandgap-Struktur. Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann folgendes umfassen: Strukturierung einer Metallplatte an einer Stelle eines vorbereiteten kupferplattierten Laminats (CCL: copper-clad laminate); Aufsetzen einer Isolierschicht und einer Metallschicht auf eine oder beide Oberflächen des CCL; Strukturierung eines Freilochs an einer der Metallplatte entsprechenden Stelle der Metallschicht; Bildung einer Durchgangsbohrung durch Durchbohren des Mittelpunkts des Freilochs; Plattieren der Durchgangsbohrung; und Bildung einer Außenlagenschaltung.
Das Verfahren kann auch das Füllen des Inneren der Durchgangsbohrung nach dem Schritt des Plattierens der Durchgangsbohrung umfassen. Beim Schritt der Strukturierung des Freilochs kann ein Durchkontaktsteg im Innern des Freilochs strukturiert werden. Beim Schritt der Bildung der Durchgangsbohrung kann die Durchgangsbohrung durch Durchbohren des Mittelpunkts des Durchkontaktstegs gebildet werden.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich besser verstehen anhand der folgenden Beschreibung, der beigefügten Patentansprüche und der begleitenden Zeichnungen, wobei:
1 eine Schnittansicht ist, die eine Leiterplatte mit einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung zeigt;
2 eine Schnittansicht ist, die eine elektromagnetische Bandgap-Struktur zeigt, mit der das Problem der gemischten Signale zwischen einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung gemäß herkömmlicher Technik gelöst wird;
3 ein Grundriss ist, der eine Metallplattenanordnung der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandgap-Struktur zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht ist, welche die in 2 gezeigte elektromagnetische Bandgap-Struktur zeigt;
5 eine schematische Ansicht ist, die einen gleichartigen Schaltkreis der in 2 gezeigten elektromagnetischen Bandgap-Struktur zeigt;
6a bis 6m Schnittansichten gemäß eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte mit herkömmlicher elektromagnetischer Bandgap-Struktur sind;
7 eine perspektivische Ansicht ist, die eine elektromagnetische Bandgap-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8a bis 8j Schnittansichten gemäß eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte mit der elektromagnetischen Bandgap-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind.
Es können Begriffe wie etwa ”erste” und ”zweite” zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden, doch sollen die obigen Elemente nicht auf diese Begriffe beschränkt sein. Die obigen Begriffe werden lediglich dazu verwendet, das eine Element vom anderen zu unterscheiden.
Im Folgenden sollen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
Betrachtet man zunächst 6a bis 6m, so wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit der in 4 gezeigten elektromagnetischen Bandgap-Struktur 200 beschrieben, und anschließend soll eine elektromagnetische Bandgap-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung einer diese enthaltenden Leiterplatte beschrieben werden.
6a bis 6m sind Schnittansichten gemäß eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte mit herkömmlicher elektromagnetischer Bandgap-Struktur. Beschrieben ist zwar eine 8-schichtige Leiterplatte, doch ist klar, dass die gleiche diesbezügliche Beschreibung auf verschiedene Leiterplatten wie z. B. 4- und 6-schichtige Leiterplatten angewandt werden kann.
Ein CCL (kupferplattiertes Laminat) 610 wird vorbereitet (siehe 6a). Beim CCL 610 sind Kupferfolien 614a und 614b auf beide Flächen einer Isolierschicht 612 aufgesetzt. Dabei wird angenommen, dass die erste Metallschicht 210-1 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 200 durch die untere Kupferfolie 614a gebildet wird und die zweite Metallschicht 210-2 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 200 durch die obere Kupferfolie 614b gebildet wird.
Durch Trockenätzen oder Nassätzen auf einer oder beiden Flächen des CCL 610 wird ein Schaltungsbild 616 gebildet (siehe 6b). Nachdem ein Teil der auf das CCL 610 aufgesetzten Kupferfolie 614b beseitigt ist, übernimmt der verbliebene Teil davon die Funktion des Schaltungsbilds 616. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Metallplatte 232 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 200 gebildet (siehe A).
Das Schaltungsbild 616 und die Metallplatte 232 werden mit Hilfe einer Strukturierungsmethode (d. h., Maskieren, Ätzen, Belichten und Entwickeln) in einem Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte gebildet. Dies ist ein typisches Verfahren für Leiterplatten und ist jedem Fachmann bekannt, so dass hier keine ausführliche Beschreibung desselben gegeben werden soll.
Anschließend wird eine Durchgangsbohrung 620 der inneren Schicht, die durch die Metallplatte 232 und die auf die untere Fläche des CCL 610 aufgesetzte Kupferfolie 614a hindurchgeht, gebildet, um so den Durchkontakt 234 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 200 zu bilden (siehe 6c). Die Bildung der Durchgangsbohrung 620 der inneren Schicht erfolgt mittels maschineller Bohrung, Laser-Bohrung und so weiter.
Dann wird eine plattierte Schicht 622 auf einer Innenwandung der Durchgangsbohrung 620 der inneren Schicht mit Hilfe eines Plattierverfahrens gebildet, um die Kupferfolie 614a der unteren Fläche und die Metallplatte 232 der oberen Fläche elektrisch zu verbinden (siehe A in 6d). Das Plattierverfahren wird durchgeführt durch stromloses Kupferplattieren, galvanisches Kupferplattieren und so weiter.
Die Innenseite der Durchgangsbohrung 620 der inneren Schicht wird mit Füllpaste 624 verfüllt. Es kann eine andere leitfähige Paste als die Füllpaste 624 eingefüllt werden, oder die gesamte Innenseite kann zusätzlich zur Innenseite der Durchgangsbohrung 620 der plattierten inneren Schicht durch Plattieren gefüllt werden.
Wenn die Innenseite der Durchgangsbohrung 620 der inneren Schicht gefüllt wird, bildet sich die pilzartige Struktur 230 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 200 auf der inneren Schicht der Leiterplatte zusammen mit dem Schaltkreis der inneren Schicht (siehe A in 6e).
Die Isolierschichten 632a, 632b, 636a und 636b und die Metallschichten 634a, 634b, 638a und 638b werden abwechselnd auf beide Flächen der inneren Schicht gestapelt, auf welcher der Schaltkreis der inneren Schicht und die pilzartige Struktur 230 mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Verfahrens gebildet wurden, und es wird ein Schaltungsbild auf den Metallschichten 634a, 634b, 638a und 638b gebildet, wie anhand 6b beschrieben (siehe 6f).
Die mehrschichtige Leiterplatte 630 umfasst die pilzartige Struktur 230 im Innern des mit A bezeichneten Teils, die Isolierschicht 220b und die Metallschicht 210-2, die auf die Metallplatte 232 der pilzartigen Struktur 230 gestapelt sind, und die elektromagnetische Bandgap-Struktur mit der Metallschicht 210-1, die mit der pilzartigen Struktur 230 im Innern verbunden ist.
Anschießend wird eine Durchgangsbohrung 640 gebildet, die durch die oberste Metallschicht 638b und die unterste Metallschicht 638a der mehrschichtigen Leiterplatte 630 hindurchgeht (siehe 6g). Ebenso wie die Bildung der Durchgangsbohrung 620 bei der Bildung der inneren Schicht erfolgt die Bildung der Durchgangsbohrung 640 mittels maschineller Bohrung, Laser-Bohrung und so weiter.
Es wird eine plattierte Schicht 642 auf der Innenwandung der Durchgangsbohrung 640 durch Plattieren mittels stromlosem Kupferplattieren, galvanischem Kupferplattieren etc. gebildet (siehe 6h). Der Leerraum im Innern der Durchgangsbohrung 640 wird mit Füllpaste 644, leitfähiger Paste etc. verfüllt (siehe 6i).
Die äußeren Isolierschichten 652a und 652b und die äußeren Metallschichten 654a und 654b werden aufgestapelt, und es wird ein äußerer Schaltkreis gebildet (siehe 6j). Anschließend wird ein Durchkontaktloch 660 geschaffen (siehe 6k). Das Durchkontaktloch 660 wird durch Laser-Bohrung gebildet, und die äußeren Isolierschichten 652a und 652b und die äußeren Metallschichten 654a und 654b werden mit Löchern versehen. Durch diesen Prozess wird die oberste Metallschicht 638b und/oder die unterste Metallschicht 638a der mehrschichtigen Leiterplatte 630 nach außen hin freigelegt, und die oberste Metallschicht 638b und/oder die unterste Metallschicht 638a der mehrschichtigen Leiterplatte 630 werden durch Plattieren der Durchkontaktlöcher 662 elektrisch verbunden (siehe 6l).
Die Herstellung der Leiterplatte wird vervollständigt durch Aufbeschichten eines Lötstopplacks auf die äußerste Schicht (siehe 6m).
Die Leiterplatte mit der elektromagnetischen Bandgap-Struktur durchläuft dreizehn Prozesse im Laufe des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Das Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte wird länger, da die Durchgangsbohrung 640 der inneren Schicht gebildet wird, um die elektromagnetische Bandgap-Struktur zu bilden, und der Vorgang des Plattierens der Durchgangsbohrung 640 der Schicht hinzukommt.
Die vorliegende Erfindung macht daher eine elektromagnetische Bandgap-Struktur, eine diese enthaltende Leiterplatte sowie ein Herstellungsverfahren dafür verfügbar, mit deren Hilfe das Problem der gemischten Signale gelöst wird, ohne dass diese Prozesse hinzukommen. Dies soll anhand 7 genauer beschrieben werden.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektromagnetische Bandgap-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die elektromagnetische Bandgap-Struktur 700 umfasst eine erste Metallschicht 710, eine zweite Metallschicht 720, eine Metallplatte 740, eine dielektrische Schicht 730 und einen Durchkontakt 750.
Die Metallplatte 740 befindet sich zwischen der ersten Metallschicht 710 und der zweiten Metallschicht 720.
Die dielektrische Schicht 730 wird gemäß dem Zeitpunkt ihrer Bildung in eine erste dielektrische Schicht 731 und eine zweite dielektrische Schicht 732 auf beiden Seiten der Metallplatte 740 geteilt.
Die erste Metallschicht 710, die zweite Metallschicht 720, die Metallplatte 740 und der Durchkontakt 750 bestehen aus einem Metall (z. B. Cu), das Signale durch Anlegen eines elektrischen Stroms übertragen kann.
Die erste dielektrische Schicht 731 und die zweite dielektrische Schicht 732 können aus dem gleichen dielektrischen Material oder aus unterschiedlichen dielektrischen Materialien bestehen, die die gleiche Dielektrizitätskonstante aufweisen oder sich darin unterscheiden.
Ist die erste Metallschicht 710 eine Masseschicht, so ist die zweite Metallschicht 720 eine Stromversorgungsschicht, und ist die erste Metallschicht 710 eine Stromversorgungsschicht, so ist die zweite Metallschicht 720 eine Masseschicht. Mit anderen Worten: die erste Metallschicht 710 und die zweite Metallschicht 720 sind jeweils eine Masseschicht bzw. eine Stromversorgungsschicht, wobei die andere jeweils die Masseschicht bzw. die Stromversorgungsschicht ist, die an beiden Seiten der dielektrischen Schicht 730 benachbart sind.
Der Durchkontakt 750 erstreckt sich von der ersten Metallschicht 770 und der zweiten Metallschicht 720 hin zu beiden Seiten der Metallplatte 740. Der Durchkontakt 750 ist zwar mit der ersten Metallschicht 710 verbunden, doch ist der Durchkontakt 750 nicht mit der zweiten Metallschicht 720 verbunden.
Auf der zweiten Metallschicht 720 ist ein Freiloch 725 ausgebildet. Das Freiloch 725 hat den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt 750, und der Durchmesser des Freilochs 725 ist größer als der des Durchkontakts 750. Das Freiloch 725 stellt die Leerstelle in einem Schaltungsbild der zweiten Metallschicht 720 dar und ist so ausgebildet, dass es einen größeren Durchmesser hat als der Durchkontaktsteg 752, der mit dem Durchkontakt 750 auf der gleichen planaren Oberfläche verbunden ist. Der Durchkontakt 750 ist nicht mit der zweiten Metallschicht 720 verbunden, da er durch das Freiloch 725 hindurchgeht, das auf der zweiten Metallschicht 720 ausgebildet ist.
Ist die Metallplatte 740 eine Stromversorgungsschicht, so ist der Durchkontakt 750 nicht mit einer Masseschicht verbunden, da er durch das innere des Freilochs 725 hindurchgeht, das auf der Masseschicht ausgebildet ist. Ist die Metallplatte 740 eine Masseschicht, so ist in gleicher Weise der Durchkontakt 750 nicht mit einer Stromversorgungsschicht verbunden, da er durch das Innere des Freilochs 725 hindurchgeht, das auf der Stromversorgungsschicht ausgebildet ist.
Alternativ kann der Durchkontakt 750 nur mit der Metallplatte 740 und der ersten Metallschicht 710 verbunden sein und ist nicht mit irgendeiner anderen Metallschicht verbunden, da er durch das Innere der Freilöcher hindurchgeht, die auf anderen Metallplatten ausgebildet sind.
Die in 7 gezeigte dritte Metallschicht 760 befindet sich bezüglich der ersten Metallschicht 710 auf der anderen Seite der Metallplatte 740. Die dritte Metallschicht 760 ist ebenfalls mit einem Freiloch 765 versehen, das den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt 750 und einen größeren Durchmesser als der Durchkontakt 750 aufweist. Das Freiloch 725 ist die Leerstelle in einem Schaltungsbild der dritten Metallschicht 760 dar und ist so ausgebildet, dass es einen größeren Durchmesser hat als der Durchkontaktsteg 754, der mit dem Durchkontakt 750 auf der gleichen planaren Oberfläche verbunden ist. Der Durchkontakt 750 ist nicht mit der dritten Metallschicht 760 verbunden, da er durch das Freiloch 765 hindurchgeht, das auf der dritten Metallschicht 760 ausgebildet ist.
Im Gegensatz zum Durchkontakt 234 der in 4 gezeigten elektromagnetischen Bandgap-Struktur ist der Durchkontakt 750 in 7 nicht nur zwischen bestimmten Schichten ausgebildet, sondern geht durch alle Schichten hindurch und ist nur mit der Metallplatte 740 und der ersten Metallschicht 710 verbunden, nicht aber mit irgendeiner anderen Metallschicht. Die elektromagnetische Bandgap-Struktur gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann daher ohne jeglichen Schichtbohrungsvorgang, Plattiervorgang oder Auffüllvorgang auf eine Leiterplatte angewandt werden. Dies soll anhand der 8a bis 8j näher beschrieben werden.
8a bis 8j sind Schnittansichten gemäß eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte mit der elektromagnetischen Bandgap-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Beschrieben ist zwar eine 8-schichtige Leiterplatte, um mit der in 6a bis 6m gezeigten Leiterplatte vergleichen zu können, doch ist klar, dass die gleiche diesbezügliche Beschreibung auf verschiedene Leiterplatten, darunter 4- und 6-schichtige Leiterplatten, angewandt werden kann.
Ein CCL (kupferplattiertes Laminat) 810 wird vorbereitet (siehe 8a). Beim CCL 810 sind Kupferfolien 814a und 814b auf beide Flächen einer Isolierschicht 812 aufgesetzt. Dabei wird angenommen, dass die erste Metallschicht 710 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 700 durch die untere Kupferfolie 814a gebildet wird und die Metallplatte 740 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 700 durch die obere Kupferfolie 814b gebildet wird.
Durch Trockenätzen oder Nassätzen auf einer oder beiden Flächen des CCL 810 wird ein Schaltungsbild 816 gebildet (siehe 8b). Nachdem ein Teil der auf das CCL 810 aufgesetzten Kupferfolie 814b entfernt ist, übernimmt der verbliebene Teil die Funktion des Schaltungsbilds 616. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Metallplatte 740 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 700 gebildet (siehe Teil B).
Das Schaltungsbild 816 und die Metallplatte 740 werden mit Hilfe einer Strukturierungsmethode wie etwa Maskieren, Ätzen, Belichten und Entwickeln in einem Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte gebildet. Dies ist ein typisches Verfahren für Leiterplatten und ist jedem Fachmann bekannt, so dass hier keine ausführliche Beschreibung desselben gegeben werden soll.
Die pilzartige Struktur der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 700 wird auf der inneren Schicht der Leiterplatte zusammen mit dem Schaltkreis der inneren Schicht gebildet. Die Bildung des Durchkontakts für die Bildung einer vollständigen pilzartigen Struktur soll später in 8d bis 8f durchgeführt werden.
Die Isolierschichten 822a, 822b, 826a und 826b und die Metallschichten 824a, 824b, 828a und 828b werden abwechselnd auf beide Flächen der inneren Schicht gestapelt, auf welcher der Schaltkreis der inneren Schicht und die pilzartige Struktur gebildet wurden, und es wird ein Schaltungsbild auf jeder der Metallschichten 824a, 824b, 828a und 828b gebildet (siehe 8c). Zudem werden Freilöcher 725, 765, 775 und 785 und Durchkontaktstege 752, 754, 756 und 758 (siehe Teil B) an der Stelle gebildet, die durch Bildung eines Schaltungsbilds auf jeder der Metallplatten 824a, 824b, 828a und 828b den Durchkontakt 750 der elektromagnetischen Bandgap-Struktur 700 ergeben soll.
Die Durchkontaktstege 752, 754, 756 und 758 werden mit Durchgangsbohrungen verbunden. Die Freilöcher 725, 765, 775 und 785 haben den gleichen Mittelpunkt wie die Durchgangsbohrungen, beherbergen die Durchkontaktstege 752, 754, 756 und 758 im Innern und sorgen dafür, dass die Durchkontaktstege 752, 754, 756 und 758 nicht in elektrischen Kontakt mit dem Schaltungsbild der jeweiligen Metallschichten 824a, 824b, 828a und 828b kommen.
Diese mehrschichtige Leiterplatte 820 umfasst eine pilzartige Struktur im Innern des mit B bezeichneten Teils und die elektromagnetische Bandgap-Struktur 700 mit der Isolierschicht 732 und der Metallschicht 720, die auf die Metallplatte 740 der pilzartigen Struktur gestapelt sind. Der Vorgang der Bildung eines Durchkontakts, der die Metallplatte 740 und die erste Metallschicht 710 verbindet, so dass die elektromagnetische Bandgap-Struktur eine Funktion dahingehend übernimmt, dass das Problem der gemischten Signale zwischen einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung gelöst wird, ist in 8d bis 8f gezeigt.
Es wird eine Durchgangsbohrung 830 gebildet, die durch die oberste Metallschicht 823b und die unterste Metallschicht 823a der mehrschichtigen Leiterplatte 820 hindurchgeht (siehe 8d). Die Bildung der Durchgangsbohrung 830 erfolgt mittels maschineller Bohrung, Laser-Bohrung und so weiter.
Dabei bildet die Durchgangsbohrung 830 den Durchkontakt 750 der gebildeten elektromagnetischen Bandgap-Struktur 700. Der Durchkontakt 750 geht durch die in 8b bis 8c gebildete Metallplatte 740, die erste Metallschicht 710 und die Durchkontaktstege 752, 754, 756 und 758 einer jeden Metallschicht hindurch. Die Durchgangsbohrung 830 ist direkt mit der Metallplatte 740 und der ersten Metallschicht 710 verbunden, ist jedoch nicht mit den anderen Metallschichten 824b, 824a, 828b und 828a verbunden, da sie durch das Innere der Freilöcher 725, 765, 775 und 785 hindurchgeht.
Die Durchgangsbohrung 830 wird mittels stromlosem Kupferplattieren, galvanischem Kupferplattieren etc. plattiert, und es wird eine plattierte Schicht 832 (siehe 8e) auf der Innenwandung gebildet. Der Leerraum im Innern der Durchgangsbohrung 830 wird beispielsweise mit Füllpaste 834 und leitfähiger Paste verfüllt (siehe 8f).
Die äußeren Isolierschichten 842a und 842b und die äußeren Metallschichten 844a und 844b werden anschließend aufgestapelt, um einen äußeren Schaltkreis zu bilden (siehe 8g), und es wird ein Durchkontaktloch 850 geschaffen (siehe 8h). Das Durchkontaktloch 850 wird durch Laser-Bohrung gebildet, und die äußeren Isolierschichten 842a und 842b und die äußeren Metallschichten 844a und 844b werden mit Löchern versehen. Durch diesen Prozess wird die oberste Metallschicht 828b und/oder die unterste Metallschicht 828a der mehrschichtigen Leiterplatte 820 nach außen hin freigelegt, und die oberste Metallschicht 828b und/oder die unterste Metallschicht 828a der mehrschichtigen Leiterplatte 820 werden mit Hilfe des Plattierverfahrens für die Durchkontaktlöcher elektrisch verbunden (siehe 8i). Die Herstellung der Leiterplatte wird dann vervollständigt durch Aufbeschichten eines Lötstopplacks 860 auf die äußerste Schicht (siehe 8j).
Das in 8g bis 8j gezeigte Verfahren ist das gleiche wie das in 6j bis 6m.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren durchläuft die Leiterplatte mit der elektromagnetischen Bandgap-Struktur zehn Prozesse, also 3 weniger als bei dem in 6a bis 6m dargestellten Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte. Dies liegt daran, dass der Bohrvorgang für die innere Schicht, der Plattiervorgang und der Füllvorgang durch die Verwendung einer Durchgangsbohrung an Stelle der Bildung einer Durchgangsbohrung für die innere Schicht wegfallen.
Es wurde zwar ein im Innern des Freilochs befindlicher Durchkontaktsteg in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch ist es auch möglich, dass nur der Durchkontakt ohne einen Durchkontaktsteg durch das Innere des Freilochs hindurchgeht.
Da sich die elektromagnetische Bandgap-Struktur 700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Innern befindet, kann mit der Leiterplatte, die unter gleichzeitiger Nutzung einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung verwendet wird, verhindert werden, dass elektromagnetische Wellen eines bestimmten Frequenzbereichs (zum Beispiel 0,8~2,0 GHz) von der Digitalschaltung zur Analogschaltung übertragen werden.
Trotz der kompakten Größe kann daher das Problem der gemischten Signale gelöst werden, indem die Übertragung von elektromagnetischen Wellen eines bestimmten Frequenzbereichs, der dem Rauschen eines RF-Schaltkreises entspricht, verhindert wird.

Claims

Elektromagnetische Bandgap-Struktur (700), umfassend: eine erste Metallschicht (710); eine erste dielektrische Schicht (731), die auf die erste Metallschicht (710) aufgesetzt ist; eine Metallplatte (740), die auf die erste dielektrische Schicht (731) aufgesetzt ist; eine zweite dielektrische Schicht (732), die auf die Metallplatte (740) und die erste dielektrische Schicht (731) aufgesetzt ist; eine zweite Metallschicht (720), die auf die zweite dielektrische Schicht (732) aufgesetzt ist; und einen Durchkontakt (750), der von der Metallplatte (740) zur ersten Metallschicht (710) und zweiten Metallschicht (720) verläuft, wobei der Durchkontakt (750) mit der ersten Metallschicht (710) und der Metallplatte (740) verbunden ist und mit der zweiten Metallschicht (720) nicht verbunden ist, wobei die zweite Metallschicht (720) ein Freiloch (725) umfasst, das den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt (750) und einen größeren Durchmesser als der Durchkontakt (750) aufweist, wobei der Durchkontakt (750) auf der gleichen planaren Oberfläche wie die zweite Metallschicht (720) mit einem Durchkontaktsteg (752) verbunden ist und das Freiloch (725) den Durchkontaktsteg (752) aufnimmt, des Weiteren umfassend wenigstens eine Metallschicht (760) außerhalb der ersten Metallschicht (710) und der zweiten Metallschicht (720), wobei sich der Durchkontakt (750) zu dieser Metallschicht (760) erstreckt und durch das Innere eines auf dieser Metallschicht (760) gebildeten Freilochs (765) hindurchgeht.
Leiterplatte (820) mit einer Analogschaltung und einer Digitalschaltung (130), wobei in der Leiterplatte (820) eine elektromagnetische Bandgap-Struktur (700) zwischen der Analogschaltung (140) und der Digitalschaltung (130) angeordnet ist und die elektromagnetische Bandgap-Struktur (700) folgendes umfasst: eine erste Metallschicht (710); eine erste dielektrische Schicht (731), die auf die erste Metallschicht (710) aufgesetzt ist; eine Metallplatte (740), die auf die erste dielektrische Schicht (731) aufgesetzt ist; eine zweite dielektrische Schicht (732), die auf die Metallplatte (740) und die erste dielektrische Schicht (731) aufgesetzt ist; eine zweite Metallschicht (720), die auf die zweite dielektrische Schicht (732) aufgesetzt ist; und einen Durchkontakt (750), der von der Metallplatte (740) zur ersten Metallschicht (710) und zweiten Metallschicht (720) verläuft, wobei der Durchkontakt (750) mit der ersten Metallschicht (710) und der Metallplatte (740) verbunden ist und mit der zweiten Metallschicht (720) nicht verbunden ist, wobei die zweite Metallschicht (720) ein Freiloch (725) umfasst, das den gleichen Mittelpunkt wie der Durchkontakt (750) und einen größeren Durchmesser als der Durchkontakt (750) aufweist, wobei der Durchkontakt (750) auf der gleichen planaren Oberfläche wie die zweite Metallschicht (720) mit einem Durchkontaktsteg (752) verbunden ist und das Freiloch (725) den Durchkontaktsteg (752) aufnimmt, des Weiteren umfassend wenigstens eine Metallschicht (760) außerhalb der ersten Metallschicht (710) und zweiten Metallschicht (720), wobei sich der Durchkontakt (750) zu dieser Metallschicht (760) erstreckt und durch das Innere eines auf dieser Metallschicht (760) gebildeten Freilochs (754) hindurchgeht.
Leiterplatte (820) nach Anspruch 2, wobei die erste Metallschicht (710) irgendeine aus einer Masseschicht und einer Stromversorgungsschicht ist und die zweite Metallschicht (720) die jeweils andere aus Masseschicht und Stromversorgungsschicht ist.
Leiterplatte (820) nach Anspruch 2, wobei die Analogschaltung ein RF-Schaltkreis (140) ist, der ein Radiosignal von außen empfängt.