JP2013183082A

JP2013183082A - 多層プリント配線板

Info

Publication number: JP2013183082A
Application number: JP2012046731A
Authority: JP
Inventors: Jun Kamiya; 純上谷; Kenichi Shirota; 健一城田; Takahiro Yagi; 貴弘八木; Tetsuo Nakazawa; 哲夫中澤
Original assignee: Oki Printed Circuits Co Ltd
Current assignee: Oki Printed Circuits Co Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】小型化しても所望の阻止帯域特性を持つビアレスＥＢＧ構造を有する多層プリント配線板の提供。
【解決手段】絶縁体から成る絶縁層を挟むように第１の導体層及び第２の導体層が設けられた構造を有する多層プリント配線板であって、前記第１の導体層若しくは第２の導体層に、浮島状のパッチ部とこのパッチ部間を接続するブリッジ部またはブリッジ部のみから成る単位セルを１個若しくは複数個、１次元または２次元に周期的に配置すると共に、一部若しくは複数部にオープンスタブを形成することで、特定の周波数帯において電磁波伝搬が抑制される阻止帯域を有する電磁バンドギャップ構造を形成し、前記オープンスタブにより前記阻止帯域を制御し得るように構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を有する多層プリント配線板に関するものである。

近年、メタマテリアル技術の応用について数多くの報告がなされている。このメタマテリアル技術は、単位セルを周期的に配列することで、現実の材料では実現できない負の誘電率や負の透磁率を特定の周波数範囲で人工的に実現することができるものである。

ところで、プリント配線板におけるメタマテリアル技術の応用の一つとしては、電磁バンドギャップ（Electromagnetic Band Gap、以下「ＥＢＧ」という。）構造の活用が挙げられる。

ＥＢＧは、特定の周波数帯において電磁波伝搬が完全に抑制される特性を持っており、この特性を用いて、ノイズ抑制や干渉対策などに適用されている（特許文献１等参照）。例えば、ＥＢＧ構造としては、マッシュルーム状の導体を有するマッシュルームＥＢＧ構造や、ビアを用いないビアレスＥＢＧ構造（以下、ビアレスＥＢＧ構造という。）などが提案されている。

特表２００２−５１０８８６号公報

ビアを用いないＥＢＧ構造では、新たな層やビアを追加することなく、導体層のパターニングだけで形成することが可能である。このビアレスＥＢＧ構造の特性は、材料とパターン形状によって決定されるため、周期構造をなす単位セルのサイズが阻止帯域の周波数に大きく影響する。即ち、一般的な電子機器で使用するためには単位セルの小型化が必要となるが、単純に小型化すると阻止帯域は高周波化してしまう問題がある。

本発明は、上述のような問題点を解決したものであり、小型化しても所望の阻止帯域特性を持つビアレスＥＢＧ構造を有する多層プリント配線板を提供するものである。

本発明の要旨を説明する。

絶縁体から成る絶縁層を挟むように第１の導体層及び第２の導体層が設けられた構造を有する多層プリント配線板において、前記第１の導体層若しくは第２の導体層に、浮島状のパッチ部とこのパッチ部間を接続するブリッジ部またはブリッジ部のみから成る単位セルを１個若しくは複数個、１次元または２次元に周期的に配置すると共に、一部若しくは複数部にオープンスタブを形成することで、特定の周波数帯において電磁波伝搬が抑制される阻止帯域を有する電磁バンドギャップ構造が形成されており、前記オープンスタブにより前記阻止帯域を制御し得るように構成したことを特徴とする多層プリント配線板に係るものである。

また、前記オープンスタブは、前記単位セルを形成するパターンの一部若しくは複数部にオープンスタブ用のパターンを配置するか、周期構造の端部に一方が接続されない前記ブリッジ部を１個若しくは複数個配置するか、または、周期構造の端部にオープンスタブ用のパターンを１個若しくは複数個配置することで形成したことを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板に係るものである。

また、前記オープンスタブを形成するパターンの電気長により前記阻止帯域を制御するように構成した電磁バンドギャップ構造を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の多層プリント配線板に係るものである。

また、前記オープンスタブを形成するパターンは、一定若しくは複数の幅を持った曲線若しくは直線であり、パターンの長さを調整するか、パターンを任意の箇所で折り曲げるか、または、パターンをミアンダ状若しくはスパイラル状に形成することにより、電気長を制御できるように構成された電磁バンドギャップ構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層プリント配線板に係るものである。

また、前記オープンスタブを複数個配置し、少なくとも一のオープンスタブの電気長を他のオープンスタブの電気長と異ならせて２種以上の電気長を含むことにより、阻止帯域を複数の周波数帯若しくは広範囲の周波数帯で有する電磁バンドギャップ構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層プリント配線板に係るものである。

また、前記電磁バンドギャップ構造を、前記絶縁層を挟むように設けた電源層とグラウンド層のいずれか一方若しくは双方、前記絶縁層を挟むように設けた信号層と電源層のいずれか一方若しくは双方、または、前記絶縁層を挟むように設けたグラウンド層と信号層のいずれか一方若しくは双方に形成し、ノイズ抑制フィルタとして機能させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層プリント配線板に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、小型化しても所望の阻止帯域特性を持つビアレスＥＢＧ構造を有する多層プリント配線板となる。

多層プリント配線板の基本構成を説明する概略説明断面図である。単位セルの一次元周期構造例を示す概略説明図である。単位セルの二次元周期構造例を示す概略説明図である。単位セルの概略説明図である。実施例１の単位セルの構成概略説明図である。実施例２の単位セルの構成概略説明図である。実施例３の単位セルの構成概略説明図である。実施例４の周期構造の構成概略説明図である。実施例５の周期構造の構成概略説明図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明の電磁バンドギャップ構造は、第１の導体層若しくは第２の導体層の一部若しくは複数部にオープンスタブを形成することで、特定の周波数帯において電磁波伝搬が抑制される阻止帯域を有する電磁バンドギャップ構造となり、このオープンスタブの電気長を適宜設定することで阻止帯域を制御することが可能となる。

よって、前記電気長を適切に設計することにより、所望の阻止帯域特性を持つビアレスＥＢＧ構造を有する多層プリント配線板を得ることが可能となる。

本発明の具体的な実施例１について図面に基づいて説明する。

実施例１は、絶縁体から成る絶縁層を挟むように第１の導体層及び第２の導体層が設けられた構造を有する多層プリント配線板において、前記第１の導体層若しくは第２の導体層に、浮島状の導体パターンから成るパッチ部（パッチ）とこのパッチ部間を接続する導体パターンから成るブリッジ部（ブリッジライン）またはブリッジ部のみから成る単位セルを１個若しくは複数個、１次元または２次元に周期的に配置し、一部若しくは複数部においてオープンスタブ（一端が開放された伝送線路）が形成されることにより、特定の周波数帯において電磁波伝搬が抑制される阻止帯域を有する電磁バンドギャップ構造が形成されており、前記オープンスタブにより前記阻止帯域を制御し得るように構成したものである。

具体的には、図１に示すように、絶縁体から成る絶縁層103を挟むように、所定の導体パターンから成る第１の導体層101と所定の導体パターンから成る第２の導体層102とを設けた構造を有する多層プリント配線板であり、第１の導体層（電源層、グラウンド層若しくは信号層）または第２の導体層（電源層、グラウンド層若しくは信号層）に、パッチとブリッジラインとから成る１個若しくは複数個の単位セルを、１次元または２次元に周期的に配置し、一部若しくは複数部においてオープンスタブが形成されたビアレスＥＢＧ構造を形成したものである。図２に単位セル201を１次元に周期的に配置した構造例を、図３に単位セル301を２次元に周期的に配置した構造例を示す。

なお、第１の導体層及び第２の導体層の双方に上記オープンスタブを設ける構成としても良い。

図４にビアレスＥＢＧ構造の単位セルの基本構造例を示す。パッチ401の四方にブリッジライン402が形成されている。ブリッジラインは同一導体層の導体または周期構造をとった場合は隣接する単位セルのブリッジラインへと接続される。

例えば、単位セルの全体のサイズを６ｍｍ×６ｍｍとし、ブリッジラインの幅を０．１５ｍｍ、長さを０．３ｍｍとすることにより、４０ｄＢ以上の阻止帯域は６ＧＨｚ程度となる。

実施例１は図５に図示したように、前記基本構造のビアレスＥＢＧ構造において、パッチ501とブリッジライン502とから成る単位セルの一部にオープンスタブ503を形成することにより阻止帯域を制御したものである。

単位セルの一部に形成したオープンスタブの形状は曲線でも直線でも折り曲げてもよく、折り曲げる場合は折り曲げ位置、回数は任意であり、折り曲げ角度も直角の限りではなく、Ｒ曲げや面取りでもかまわない。また、ミアンダ状やスパイラル状の形状をとってもかまわない。また、図５においては、同一電気長のオープンスタブを各角部（四隅）に夫々形成しているが、全部の角部でなく、１つ、２つ若しくは３つに形成しても良い。

例えば、単位セルの全体のサイズを６ｍｍ×６ｍｍとし、ブリッジラインの幅を０．１５ｍｍ、長さを０．３ｍｍ、オープンスタブの長さ（物理長）を約１８ｍｍとすることにより、４０ｄＢ以上の阻止帯域は２ＧＨｚ程度となる。この時、オープンスタブのパターン長、パターン幅、絶縁体の誘電率、パターンの引き回しによる短縮または延長を考慮した電気長（伝送線路における高周波信号の波長を基準とした当該伝送線路の長さ）は阻止帯域の周波数における波長の１／４波長となる。

従って、実施例１は、前記電磁バンドギャップ構造の阻止帯域をオープンスタブによって制御できると共に、前記絶縁層を挟むように設けた電源層とグラウンド層のいずれか一方若しくは双方、前記絶縁層を挟むように設けた信号層と電源層のいずれか一方若しくは双方、または、前記絶縁層を挟むように設けたグラウンド層と信号層のいずれか一方若しくは双方に形成し、ノイズ抑制フィルタとして機能させた多層プリント配線板を実現可能となる。

本発明の具体的な実施例２について図面に基づいて説明する。

実施例２は、前記基本構造のビアレスＥＢＧ構造において、図６のようにパッチ601とブリッジライン602とから成る単位セルの一部にそれぞれ電気長の異なるオープンスタブ603、604を形成することにより複数の阻止帯域を有するように制御したものである（電気長の長さは603＞604）。

オープンスタブは二種類とは限らず、任意である。

単位セルの一部に形成したオープンスタブの形状は曲線でも直線でも折り曲げてもよく、折り曲げる場合は折り曲げ位置、回数は任意であり、折り曲げ角度も直角の限りではなく、Ｒ曲げや面取りでもかまわない。また、ミアンダ状やスパイラル状の形状をとってもかまわない。また、図６においては、オープンスタブを各角部（四隅）に夫々形成しているが、全部の角部でなく、１つ、２つ若しくは３つに形成しても良い。

例えば、単位セルの全体のサイズを６ｍｍ×６ｍｍとし、ブリッジラインの幅を０．１５ｍｍ、長さを０．３ｍｍ、オープンスタブの長さを約２５ｍｍと約１８ｍｍとすることにより、４０ｄＢ以上の阻止帯域は１．４ＧＨｚ程度と２ＧＨｚ程度となる。

その余は実施例１と同様である。

本発明の具体的な実施例３について図面に基づいて説明する。

実施例３は、前記基本構造のビアレスＥＢＧ構造において、図７のようにパッチ701とブリッジライン702とから成る単位セルの一部にそれぞれ電気長の異なるオープンスタブ703、704、705、706を形成することにより広域の阻止帯域を有するように制御したものである（電気長の長さは、704＞703＞706＞705）。

オープンスタブは４種類とは限らず、任意である。

単位セルの一部に形成したオープンスタブの形状は曲線でも直線でも折り曲げてもよく、折り曲げる場合は折り曲げ位置、回数は任意であり、折り曲げ角度も直角の限りではなく、Ｒ曲げや面取りでもかまわない。また、ミアンダ状やスパイラル状の形状をとってもかまわない。また、図７においては、オープンスタブを各角部（四隅）に夫々形成しているが、全部の角部でなく、１つ、２つ若しくは３つに形成しても良い。

例えば、単位セルの全体のサイズを６ｍｍ×６ｍｍとし、ブリッジラインの幅を０．１５ｍｍ、長さを０．３ｍｍ、オープンスタブの長さを約１８ｍｍ、約１６ｍｍ、約１４ｍｍ、約１２ｍｍとすることにより、４０ｄＢ以上の阻止帯域は２ＧＨｚから２．９ＧＨｚ程度となる。

その余は実施例１と同様である。

本発明の具体的な実施例４について図面に基づいて説明する。

実施例４は、前記基本構造のビアレスＥＢＧ構造において、図８のようにパッチ801とブリッジライン802とから成る単位セルを周期的に配置して形成される、周期構造の端部に配置される単位セルのブリッジラインの一部を接続せずにオープンスタブ803とし、このオープンスタブによって阻止帯域を制御したものである。

オープンスタブの形状は曲線でも直線でも折り曲げてもよく、折り曲げる場合は折り曲げ位置、回数は任意であり、折り曲げ角度も直角の限りではなく、Ｒ曲げや面取りでもかまわない。また、ミアンダ状やスパイラル状の形状をとってもかまわない。また、実施例４においては、オープンスタブを周期構造の各角部（四隅）に夫々形成しているが、全部の角部でなく、１つ、２つ若しくは３つに形成しても良い。また、角部に限らず、周期構造の外周縁部であれば、どこに形成しても良い。

例えば、単位セルの全体のサイズを６ｍｍ×６ｍｍとし、ブリッジラインの幅を０．１５ｍｍ、長さを約２０ｍｍとすることにより、４０ｄＢ以上の阻止帯域は１．８ＧＨｚ程度となる。

その余は実施例１と同様である。

本発明の具体的な実施例５について図面に基づいて説明する。

実施例５は、前記基本構造のビアレスＥＢＧ構造において、図９のようにパッチ901とブリッジライン902とから成る単位セルを周期的に配置して形成される、周期構造の端部に配置される単位セルに新たにパターンを作製しオープンスタブ903とし、このオープンスタブによって阻止帯域を制御したものである。

オープンスタブの形状は曲線でも直線でも折り曲げてもよく、折り曲げる場合は折り曲げ位置、回数は任意であり、折り曲げ角度も直角の限りではなく、Ｒ曲げや面取りでもかまわない。また、ミアンダ状やスパイラル状の形状をとってもかまわない。また、実施例５においては、オープンスタブを周期構造の各角部（四隅）に夫々形成しているが、全部の角部でなく、１つ、２つ若しくは３つに形成しても良い。また、角部に限らず、周期構造の外周縁部であれば、どこに形成しても良い。

例えば、単位セルの全体のサイズを６ｍｍ×６ｍｍとし、ブリッジラインの幅を０．１５ｍｍ、長さを０．３ｍｍ、オープンスタブの長さを約２０ｍｍとすることにより、４０ｄＢ以上の阻止帯域は２ＧＨｚ程度となる。

その余は実施例１と同様である。

本発明は、実施例１〜５に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

Claims

絶縁体から成る絶縁層を挟むように第１の導体層及び第２の導体層が設けられた構造を有する多層プリント配線板において、前記第１の導体層若しくは第２の導体層に、浮島状のパッチ部とこのパッチ部間を接続するブリッジ部またはブリッジ部のみから成る単位セルを１個若しくは複数個、１次元または２次元に周期的に配置すると共に、一部若しくは複数部にオープンスタブを形成することで、特定の周波数帯において電磁波伝搬が抑制される阻止帯域を有する電磁バンドギャップ構造が形成されており、前記オープンスタブにより前記阻止帯域を制御し得るように構成したことを特徴とする多層プリント配線板。
前記オープンスタブは、前記単位セルを形成するパターンの一部若しくは複数部にオープンスタブ用のパターンを配置するか、周期構造の端部に一方が接続されない前記ブリッジ部を１個若しくは複数個配置するか、または、周期構造の端部にオープンスタブ用のパターンを１個若しくは複数個配置することで形成したことを特徴とする請求項１記載の多層プリント配線板。
前記オープンスタブを形成するパターンの電気長により前記阻止帯域を制御するように構成した電磁バンドギャップ構造を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
前記オープンスタブを形成するパターンは、一定若しくは複数の幅を持った曲線若しくは直線であり、パターンの長さを調整するか、パターンを任意の箇所で折り曲げるか、または、パターンをミアンダ状若しくはスパイラル状に形成することにより、電気長を制御できるように構成された電磁バンドギャップ構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
前記オープンスタブを複数個配置し、少なくとも一のオープンスタブの電気長を他のオープンスタブの電気長と異ならせて２種以上の電気長を含むことにより、阻止帯域を複数の周波数帯若しくは広範囲の周波数帯で有する電磁バンドギャップ構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。
前記電磁バンドギャップ構造を、前記絶縁層を挟むように設けた電源層とグラウンド層のいずれか一方若しくは双方、前記絶縁層を挟むように設けた信号層と電源層のいずれか一方若しくは双方、または、前記絶縁層を挟むように設けたグラウンド層と信号層のいずれか一方若しくは双方に形成し、ノイズ抑制フィルタとして機能させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層プリント配線板。