JP5556941B2 - 導波路構造、プリント配線板、および電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波、ミリ波の導波路構造、及びそれを備えるプリント配線板に関し、特に電磁波伝播を抑制するエレクトロマグネティックバンドギャップ（ＥＢＧ）構造、及びそれを備えるプリント配線板、並びに電子装置に関する。

近年、導体パッチ等を周期的に配列させることで、電磁波の周波数分散を人工的に制御する方法が提案されている。このような構造のうち、周波数分散にバンドギャップを有するように構成された構造は、ＥＢＧ構造と呼ばれ、プリント基板やデバイスパッケージ基板における不要ノイズの伝播を抑制するフィルタとしての応用が期待されている。

従来、平行平板間を伝播するノイズの抑制を目的としたＥＢＧ構造として、例えば特許文献１に記載されている構造が知られている。このＥＢＧ構造は、平行平板間の第３層に設けられ、平行平板の一方の導体プレーンとの間でキャパシタンスを持つように構成された導体パッチと、前記導体パッチと平行平板の他方の導体プレーンとを接続する導体ビアと、からなるアドミタンス部を有し、このアドミタンス部が平行平板に沿って１次元又は２次元に周期的に配置されている。このＥＢＧ構造によれば、アドミタンス部がインダクタンス性となる周波数帯にバンドギャップが出現するため、アドミタンス部のＬＣ直列共振周波数を制御することによってバンドギャップ帯域を設計することができる。
しかしながら、上記したＥＢＧ構造では十分なキャパシタンスやインダクタンスを確保するため、導体パッチの面積を大きくしたり、導体ビアを長くしたりする必要があり、小型化が困難という課題があった。
そこで、従来、例えば特許文献２に記載されているように、チップキャパシタを表面実装して、導体プレーンと導体パッチの間に並列に接続する構造が提案されている。この構造によれば、導体パッチの面積を大きくすることなくキャパシタンスを増加させている。

米国特許出願公開第２００５／０１９５０５１Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２０５２９２Ａ１号明細書

しかしながら、上記した特許文献２のようにチップキャパシタを使用する場合、部品点数が増えるため、製造コストが増加する問題点がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、小型化可能なＥＢＧ構造（導波路構造）を、チップ部品を用いることなく低コストに実現し提供すること、およびそれを用いたプリント基板やパッケージ基板（プリント配線板）、および電子装置を提供することを目的とする。

本発明に係る導波路構造は、少なくとも、平行に配設された第１、第２の導体プレーンと単位構造とを備えている。単位構造は、前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に配設され、該第２の導体プレーンをリターンパスとし、一端がオープン端となっている伝送線路と、該伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを電気的に接続する導体ビアと、を有する。この単位構造は複数配列されている。

このように、本発明に係る導波路構造は、従来キャパシタンス成分とインダクタンス成分で構成されていたアドミタンス部に、オープンスタブ（オープン端）を有する点が特徴的である。オープンスタブはスタブ長に依存するインピーダンス変換効果によって、特定周波数帯でインダクタンス性となるため、スタブ長を調整することで所望の周波数帯にバンドギャップを生じさせることができる。バンドギャップの低周波化にはスタブ長を長くする必要があるが、必ずしも面積を必要としないため、従来技術に比べて実装面積を大幅に削減することができる。また本発明のＥＢＧ構造では、チップ部品を使用しないため、製造工程・コストを低減することが可能となる。

また、本発明に係る導波路構造は、前記伝送線路が、前記第２の導体プレーンに対して、前記第１の導体プレーンの反対側に設けられ、前記第２の導体プレーンの前記導体ビアに対応した位置にクリアランスが設けられていることで、前記第２の導体プレーンと前記導体ビアとが電気的に切り離されていることが好ましい。

また、本発明に係る導波路構造は、前記伝送線路が誘電体層によって覆われていることが好ましい。

また、本発明に係る導波路構造は、前記伝送線路が、前記第１の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとで挟まれた領域の内側に設けられていることが好ましい。

また、本発明に係る導波路構造は、単位構造が、前記第１の導体プレーンと前記２の導体プレーンとの間に配設され、該第２の導体プレーンをリターンパスとする第１の伝送線路と、前記第２の導体プレーンに対して前記第１の導体プレーンの反対側に設けられ、前記第２の導体プレーンをリターンパスとし、一端がオープン端となっている第２の伝送線路と、前記第１の伝送線路の一端と前記第１の導体プレーンとを電気的に接続する第１の導体ビアと、前記第１の伝送線路の他端と前記第２の伝送線路の他端とを電気的に接続する第２の導体ビアと、を有しており、この単位構造が１次元又は２次元に周期的に配列されており、前記第２の導体プレーンの前記第２の導体ビアに対応した位置にクリアランスが設けられていることで、前記第２の導体プレーンと前記第２の導体ビアとが電気的に切り離されている構成であってもよい。

また、本発明に係る導波路構造は、単位構造が、前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に配設され、前記第１の導体プレーンをリターンパスとし、一端がオープン端となっている第１の伝送線路と、前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に配設され、該第２の導体プレーンをリターンパスとし、一端がオープン端となっている第２の伝送線路と、前記第１の伝送線路の他端と前記第２の伝送線路の他端とを電気的に接続する導体ビアと、を有しており、この単位構造が１次元又は２次元に周期的に配列されている構成であってもよい。

また、本発明に係る導波路構造は、前記第１の伝送線路及び前記第２の伝送線路のうちの少なくとも一方が、前記第１の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとで挟まれた領域の外側に配設され、前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンのうちの少なくとも一方の前記導体ビアに対応した位置にクリアランスが設けられていることで、前記第１の導体プレーンと前記導体ビア、及び前記第２の導体プレーンと前記導体ビアとが電気的に切り離されていることが好ましい。

また、本発明に係る導波路構造は、単位構造が、前記第１の導体プレーンと前記２の導体プレーンとの間に配設され、該第２の導体プレーンをリターンパスとする第１の伝送線路と、前記第２の導体プレーンに対して前記第１の導体プレーンの反対側に設けられ、前記第２の導体プレーンをリターンパスとし、一端がオープン端となっている第２の伝送線路と、前記第１の導体プレーンと前記第１の伝送線路との間に配設され、前記第１の導体プレーンをリターンパスとする第３の伝送線路と、前記第１の導体プレーンに対して前記第２の導体プレーンの反対側に設けられ、前記第１の導体プレーンをリターンパスとし、一端がオープン端となっている第４の伝送線路と、前記第１の伝送線路の一端と前記第３の伝送線路の一端とを電気的に接続する第１の導体ビアと、前記第１の伝送線路の他端と前記第２の伝送線路の他端とを電気的に接続する第２の導体ビアと、前記第３の伝送線路の他端と前記第４の伝送線路の他端とを電気的に接続する第３の導体ビアと、を有しており、この単位構造が１次元又は２次元に周期的に配列されており、前記第１の導体プレーンの前記第３の導体ビアに対応する位置にクリアランスが設けられるとともに、前記第２の導体プレーンの前記第２の導体ビアに対応する位置にクリアランスが設けられることで、前記第１の導体プレーンと前記第３の導体ビアとが電気的に切り離されているとともに、前記第２の導体プレーンと前記第２の導体ビアとが電気的に切り離されている構成であってもよい。

また、本発明に係る導波路構造は、前記伝送線路のうち少なくとも１つが直線形状であり、隣接する前記導体ビアを結ぶ線分と前記伝送線路とが一定の角度を持って配設されることが好ましい。

また、本発明に係る導波路構造は、前記伝送線路のうち少なくとも１つがスパイラル形状であってもよい。

また、本発明に係る導波路構造は、前記伝送線路のうち少なくとも１つがミアンダ形状であってもよい。

また、本発明に係るプリント配線板は、上記した何れかの構成の導波路構造を備えることを特徴としている。
なお、本発明におけるプリント配線板は、電子部品が実装されていない状態のプリント基板、及び電子部品が実装された状態のパッケージ基板の双方を含む概念とする。

また、本発明に係るプリント配線板は、前記オープン端の伝送線路長が異なる複数の導波路構造が備えられ、該複数の導波路構造のバンドギャップ帯にずれが生じていることが好ましい。

本発明によれば、小型化が可能であり、さらに製造コストを低減することが可能である導波路構造、およびそれを用いたプリント配線板を提供することができる。

本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態を説明するためのＥＢＧ構造の平面図である。 本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態を説明するための等価回路図である。 本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態を説明するためのプロット図である。 本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態を説明するための計算結果の図である。 本発明に係る導波路構造の第１の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の平面図である。 本発明に係る導波路構造の第1の実施の形態を説明するためのＥＢＧ構造の平面図である。 本発明に係る導波路構造の第２の実施の形態を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第２の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第３の実施の形態を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第３の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第４の実施の形態を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第４の実施の形態を説明するための等価回路図である。 本発明に係る導波路構造の第４の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第４の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第５の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第５の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の平面図である。 本発明に係る導波路構造の第５の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の断面図である。 本発明に係る導波路構造の第５の実施の形態の変形例を説明するためのＥＢＧ構造の平面図である。 本発明に係るプリント配線板の第１の実施の形態を説明するためのプリント基板の平面図である。 本発明に係るプリント配線板の第１の実施の形態を説明するためのプリント基板の断面図である。 本発明に係るプリント配線板の第１の実施の形態の変形例を説明するためのプリント基板の平面図である。 本発明に係るプリント配線板の第１の実施の形態を説明するためのプリント基板の平面図である。 本発明に係るプリント配線板の第２の実施の形態の変形例を説明するためのプリント基板の平面図である。 本発明に係るプリント配線板の第２の実施の形態の変形例を説明するためのプリント基板の平面図である。

以下、本発明に係る導波路構造およびプリント配線板の実施の形態について、図面に基いて説明する。
なお、下記の実施の形態では、基板厚さ方向（図１における縦方向）を「厚さ方向」とする。

［第１の実施の形態］
まず、本発明に係る導波路構造の第１の実施の形態の構成について、図１、図２に基いて説明する。
図１は本実施の形態のＥＢＧ構造の断面図を示す。図２は本実施の形態の平面図である。図１は図２に示すＡ−Ａ´間の断面図である。
本実施の形態のＥＢＧ構造（導波路構造）は、平行平板型導波路構造であり、図１に示すように、厚さ方向に間隔をあけて平行に配設された第１、第２の導体プレーン１，２と、後述する単位構造３と、を備えている。単位構造３は、第１の導体プレーン１及び第２の導体プレーン２と異なる層に配設された伝送線路４と、その伝送線路４の他端と第１の導体プレーン１とを電気的に接続する導体ビア５と、を有している。

詳しく説明すると、ＥＢＧ構造には、第１の誘電体層６と、第１の誘電体層６の厚さ方向の一方側（上側）に積層された第２の誘電体層７と、が備えられており、第１の誘電体層６の厚さ方向の他方側（下面）に第１の導体プレーン１が配設されており、第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間に第２の導体プレーン２が配設されている。また、導体ビア５は、厚さ方向に延設されており、第２の導体プレーン２の一方側（上面）から第１の導体プレーン１の他方側（下面）にかけて延設されている。また、第２の誘電体層７の厚さ方向の一方側（上面）に伝送線路４が配設されている。つまり、伝送線路４は、第２の導体プレーン２に対して第１の導体プレーン１の厚さ方向の反対側に配設されている。

伝送線路４は、第２の導体プレーン２をリターンパスとする伝送線路であり、一端（図１における右側の端部）がオープン端となっており、伝送線路４がオープンスタブとして機能するように構成されている。伝送線路４の他端（図１における左側の端部）には、同一平面上に形成されたパッド８が電気的に接続されており、このパッド８と第１の導体プレーン１とは、厚さ方向に延設された導体ビア５を介して電気的に接続されている。第２の導体プレーン２には、導体ビア５に対応する位置にクリアランス９が設けられており、このクリアランス９によって導体ビア５と第２の導体プレーン２とが電気的に切り離されて電気的に接触していない状態となっている。

上記したＥＢＧ構造では、前記した伝送線路４、パッド８及び導体ビア５がアドミタンス部として機能し、このアドミタンス部と前記したクリアランス９を有する単位構造を、独立なベクトルＡ＝（Ａ１， Ａ２)、およびＢ＝（Ｂ１，Ｂ２）、で定義される、ｘｙ平面上の格子点に少なくともひとつ以上を周期的に配置させた構造をとる。本実施の形態では、最も基本的な格子点として、図２に示すＡ＝（ａ，０)、Ｂ＝（０，ａ）の正方格子の場合を例に説明する。本実施の形態では、伝送線路４がＡ＝（ａ，０)、Ｂ＝（０，ａ）と一定の角度をなしており、周囲のクリアランス９等と干渉することなく、伝送線路の長さｄを長くとることが可能である。なお厳密には、図２の点線Ｙ−Ｙ´で定義される断面内には伝送線路４が含まれないが、Ｙ−Ｙ´間における断面図、図１では説明の便宜から伝送線路４を点線で図示した。また、図２は説明の便宜から第２の誘電体層７を透視して、第２の導体プレーン２を図示した。

次に上記したＥＢＧ構造の基本的な動作原理を説明する。
図３は、図２におけるｘ軸またはｙ軸に沿った方向の等価回路である。図４は、並列アドミタンス部のアドミタンスの虚部をプロットしたものである。図５は、本実施の形態におけるＥＢＧ構造中を伝播する電磁波の挿入損失の計算結果である。

図３に示すように、本実施の形態の等価回路繰り返し単位１０は、直列インピーダンス部１１と並列アドミタンス部１２とで構成される。直列インピーダンス部１１は、前記第１、第２の導体プレーン１，２がつくるインダクタンス１３からなる。並列アドミタンス部１２は、前記第１、第２の導体プレーン１，２がつくるキャパシタンス１４と、前記導体ビア５のつくるインダクタンス１５と、伝送線路４とからなる。この等価回路繰り返し単位１０が周期的に少なくとも１つ以上接続されることにより、本実施の形態のＥＢＧ構造の等価回路が形成される。

本実施の形態のＥＢＧ構造では、前記並列アドミタンス部１２がインダクタンス性を示す周波数帯にバンドギャップが生じる。並列アドミタンス部１２のアドミタンスは次式（１）で表される。

パッド側から見た伝送線路４の入力インピーダンスは、次式（２）で表される。

図４には、前記式（１）および式（２）から計算されるアドミタンスの虚部の周波数依存性１６が示されている。計算にあたり使用したパラメータは、キャパシタンス１４が0.73pF、インダクタンス１５が0.22nH、伝送線路４の特性インピーダンスが20.25Ω、伝送線路４の線路長dが7.5ｍｍ、伝送線路４の実効比誘電率が 3.47である。伝送線路４はオープン端のため、伝送線路４の終端抵抗は無限大とした。アドミタンスは伝送線路４におけるインピーダンス変換効果により、キャパシタンス性（ Im(Y) > 0 ）とインダクタンス性( Im(Y) < 0 )が周期的に入れ替わる。図４の周波数帯域１７がIm(Y) が負になり、インダクタンス性を示す周波数帯である。したがって、この周波数帯域１７でバンドギャップが生じることが予想される。

本実施の形態のＥＢＧ構造では前記の等価回路繰り返し単位１０に対応した物理構造を、一定の格子間隔aで定義されるｘｙ平面の格子点上に周期的に配置させる。このため厳密には、図３の等価回路繰り返し単位１０に対して周期境界条件を課すことで、構造の周期性を考慮したバンドギャップ帯域を計算する必要がある。図５は、格子間隔をａ＝3ｍｍとしたとき、本実施の形態のＥＢＧ構造中を距離7×aだけ伝播する電磁波の挿入損失（S21）を計算した結果である。図５に示す点線１８は、等価回路繰り返し単位１０に周期境界条件を課して計算した結果を表す。回路パラメータは図４の計算と同一である。図５に示す実線１９は、３次元電磁界解析による数値計算の結果を表す。電磁界解析モデルの構造寸法は、第１の誘電体層６の厚さt＝400μｍ、第２の誘電体層７の厚さh＝60μｍ、導体ビア５の幅ｂ＝300μｍ、伝送線路４の線路長d ＝7.5ｍｍとした。図５をみれば等価回路計算のバンドギャップ帯域は、電磁界解析結果とほぼ一致している。

図５の厳密な計算によるバンドギャップ周波数帯は、図４で示した周波数帯域１７ともほぼ一致する。このことから、本実施の形態のＥＢＧ構造のバンドギャップ周波数帯はアドミタンスの周波数特性でおおよそ説明出来ることがわかる。並列アドミタンス部１２のアドミタンスは上記した式（１）、式（２）で決定されることから、これらの式中のパラメータを適切に設計することによってバンドギャップ帯域を所望の周波数帯にもってくることができる。特に伝送線路長ｄは設計自由度が高いため、伝送線路長ｄを変化させることにより、容易にバンドギャップ帯域を制御することが可能である。バンドギャップ帯域を低周波化するには伝送線路長ｄを長くする必要があるが、必ずしも面積は必要としないため、本実施の形態のＥＢＧ構造を採用することによって実装面積を削減することが可能である。また、本実施の形態のＥＢＧ構造はチップ部品を必要としないため、従来技術と比べて製造コストを低減することができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、図１に示すように、伝送線路４の上部に構造がない場合を示したが、本発明は、伝送線路４の上部に構造があってもよい。例えば、図６に示すように、伝送線路４の上部に、更なる誘電体層（第３の誘電体層２０）を設けている。この第３の誘電体層２０を設けることにより、伝送線路４の実効比誘電率を増加させることができる。式（２）によれば、伝送線路４の実効比誘電率が大きいほど伝送線路４におけるインピーダンス変換効果も顕著になることから、伝送線路長ｄを長くすることなくバンドギャップ帯域を低周波化することが可能である。したがって、バンドギャップ帯域の低周波化を目的にする場合、更なる誘電体層２０として比誘電率の大きな誘電体材料を用いることが好ましい。ただし、バンドギャップ帯域の低周波化を目的とせず、更に上部に層を積層していく場合は、どのような誘電体材料を用いてもよい。

また、伝送線路４は一端がオープン端になっており、他端がパッド８に接続されていれば、どのような配置・形状でも本発明の本質的な効果に何ら影響を与えるものではない。
したがって、上述した第１の実施の形態では、図２に示すように、伝送線路４が周囲のクリアランス９等と干渉しないようにｘ軸、ｙ軸と一定の角度をなすように配置した場合を示したが、クリアランス９等との干渉がなければ、当然軸と平行に配置してもよい。具体的に説明すると、上述した第１の実施の形態では、図２に示すように伝送線路４が直線形状の場合を示したが、本発明は、例えば、図７（ａ）に示すようなスパイラル形状や、図７（ｂ）に示すようなミアンダ形状としてもよい。この場合、小さい実装面積で伝送線路長dを確保することが可能となる。

また、伝送線路４は、必ずしも、図２のようにすべての単位構造３で、配置・形状をそろえる必要はない。例えば、図８に示すように、表面に実装された部品Ｘを避けるように配線することで、高密度な実装が可能となる。
また、図２では単位構造３を周期的に配置する格子として、正方格子の例を示したが、格子形状は必ずしも正方格子に限らない。たとえば、三角格子や１次元周期配列でも、同様の効果を得ることができる。
なお、ここでは、導体ビア５と伝送線路４の接続部にパッド８を設けた構造を示しているが、これは製造上の都合によるものであり、パッド８のない構造であっても本発明の本質的な効果に何ら影響を与えるものではない。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る導波路構造の第２の実施の形態の構成について、図９に基いて説明する。
図９は本実施の形態のＥＢＧ構造の断面図である。
なお、本実施の形態のＥＢＧ構造は、上述した第１の実施の形態のＥＢＧ構造の変形例であり、上述した第１の実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のＥＢＧ構造は、図９に示すように、伝送線路１０４が、第１の導体プレーン１と第２の導体プレーン２とで挟まれた領域の内側に設けられている。詳しく説明すると、本実施の形態のＥＢＧ構造は、第１の誘電体層６の厚さ方向の他方側（下面）に第１の導体プレーン１が配設され、第２の誘電体層７の厚さ方向の一方側（上面）に第２の導体プレーン２が配設されている。第１の誘電体層６と第２の誘電体層７に挟まれた中間層には、第２の導体プレーン２をリターンパスとする伝送線路１０４が配置されている。
この伝送線路１０４は、第１の実施の形態における伝送線路４と同様に、その一端がオープン端となっており、オープンスタブとして機能する。伝送線路１０４の他端は、同一平面にあるパッド８に接続されており、パッド８と前記第１の導体プレーン１は導体ビア１０５を介して電気的に接続されている。また、上述した第１の実施の形態と同様に、前記伝送線路１０４、パッド８、および導体ビア１０５がアドミタンス部として機能し、前記アドミタンス部と第２の導体プレーン２に設けられたクリアランス９とが単位構造３となる。本実施の形態における単位構造３の配置および伝送線路１０４の配置・形状は、上述した第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態のＥＢＧ構造では、伝送線路１０４が２つの導体プレーン１，２によって遮蔽されるため、伝送線路１０４から外部への不要な電磁波放射を低減することができる。
なお、上述した第２の実施の形態では、図９に示すように、導体ビア１０５が貫通ビアの場合を示したが、パッド８と第１の導体プレーン１とが電気的に接続されていれば、必ずしも貫通ビアである必要はない。例えば、図１０に示すように、非貫通ビアの導体ビア１０５´が設けられていても本発明の効果に何ら影響を与えない。図１０に示すＥＢＧ構造の場合は、第２の導体プレーン２にクリアランス９を設ける必要がないため、クリアランス９の部分から外部への電磁波放射を無くすことができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る導波路構造の第３の実施の形態の構成について、図１１に基いて説明する。
図１１は本実施の形態のＥＢＧ構造の断面図である。
なお、本実施の形態のＥＢＧ構造は、上述した第２の実施の形態のＥＢＧ構造の変形例であり、上述した第２の実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のＥＢＧ構造は、図１１に示すように、第１の導体プレーン１と第２の導体プレーン２との間に配設された第１の伝送線路２０４Ａと、第２の導体プレーン２に対して第１の導体プレーン１の反対側に配設された第２の伝送線路２０４Ｂと、第１の伝送線路２０４Ａの一端（図１１における左側の端部）と第１の導体プレーン１とを電気的に接続する第１の導体ビア２０５Ａと、第１の伝送線路２０４Ａの他端（図１１における右側の端部）と第２の伝送線路２０４Ｂの他端とを電気的に接続する第２の導体ビア２０５Ｂと、を有する単位構造２０３を備えている。

詳しく説明すると、本実施の形態は、上述した第２の実施の形態と同様に、第１の誘電体層６の厚さ方向の他方側（下面）に第１の導体プレーン１が配設され、第２の誘電体層７の厚さ方向の一方側（上面）に第２の導体プレーン２が配設されている。また、第２の誘電体層７の厚さ方向の一方側（上面）には、第２の導体プレーン２を覆う第３の誘電体層（表層誘電体層２２０）が積層されている。また、上述した第２の実施の形態における伝送線路１０４の位置（第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間）に第１の伝送線路２０４Ａが配設されており、前記した表層誘電体層２２０の厚さ方向の一方側（上面）に、一端がオープン端の第２の伝送線路２０４Ｂが配設されている。第１の伝送線路２０４Ａは、第２の導体プレーン２をリターンパスとする伝送線路であり、第１の伝送線路２０４Ａの両端には、同一平面状に形成されたパッド８Ａ，８Ｂがそれぞれ電気的に接続されている。また、第２の伝送線路２０４Ｂは、第２の導体プレーン２をリターンパスとする伝送線路であり、第２の伝送線路２０４Ｂの一端は、オープン端となっており、第２の伝送線路２０４Ｂがオープンスタブとして機能するように構成されている。また、第２の伝送線路２０４Ｂの他端は、同一平面状に形成されたパッド８が電気的に接続されている。

第１の伝送線路２０４Ａの一端に設けられたパッド８Ａと第１の導体プレーン１とは、厚さ方向に延設された第１の導体ビア２０５Ａを介して電気的に接続されている。また、第１の伝送線路２０４Ａの他端に設けられたパッド８Ｂと第２の伝送線路２０４Ｂの他端に設けられたパッド８とは、厚さ方向に延設された第２の導体ビア２０５Ｂを介して電気的に接続されている。第２の導体プレーン２には、第２の導体ビア２０５Ｂに対応する位置にクリアランス９が設けられており、このクリアランス９によって第２の導体ビア２０５Ｂと第２の導体プレーン２とが電気的に切り離されて電気的に接触していない状態となっている。

本実施の形態のＥＢＧ構造では、中間層の第１の伝送線路２０４Ａと、表層の第２の伝送線路２０４Ｂとがひとつのオープンスタブとして機能するため、小さい実装面積で十分な伝送線路長dを確保することが可能となる。

なお、第１の伝送線路２０４Ａ及び第２の伝送線路２０４Ｂの配置および形状は、第１、第２の実施の形態と同様に、さまざまなパターンが考えられる。たとえばスパイラル形状やミアンダ形状としてもよい。これにより、より小さい面積で実装可能なＥＢＧ構造を提供することができる。
また、上述した第３の実施の形態では、図１１に示すように、第１、第２の導体ビア２０５Ａ，２０５Ｂとして非貫通ビアを用いた場合を示したが、貫通ビアを用いることも当然可能である。例えば、図１２に示すように、第２の導体ビア２０５Ｂとして貫通ビアの第２の導体ビア２０５Ｂ´を設けることも可能である。図１２に示すＥＢＧ構造では、第１の導体プレーン１の、第２の導体ビア２０５Ｂ´に対応した位置に、クリアランス９を設けて、前記第１の導体プレーン１と第２の導体ビア２との電気的な接続を避けている。
また、同様に第１の導体ビア２０５Ａに貫通ビアを用いることも可能である。

［第４の実施の形態］
次に、本発明に係る導波路構造の第４の実施の形態の構成について、図１３に基いて説明する。
図１３は本実施の形態のＥＢＧ構造の断面図である。
なお、本実施の形態のＥＢＧ構造は、上述した第１の実施の形態のＥＢＧ構造の変形例であり、上述した第１の実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

上述した第１乃至第３の実施の形態のＥＢＧ構造では、平行平板型導波路を構成する第１、第２の導体プレーン１，２のうち、第２の導体プレーン２側にのみ伝送線路４，１０４，２０４Ａ，２０４Ｂが設けられており、これらの伝送線路４，１０４，２０４Ａ，２０４Ｂは第２の導体プレーン２をリターンパスとする構成となっているが、本実施の形態では、第１、第２の導体プレーン１，２にそれぞれ伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂが設けられている。すなわち、本実施の形態のＥＢＧ構造は、第１の実施の形態のＥＢＧ構造を上下方向に鏡面対称にした構成となっており、図１３に示すように、第１、第２の導体プレーン１，２と異なる層に配設され、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第１の伝送線路３０４Ａと、第１、第２の導体プレーン１，２と異なる層に配設され、第２の導体プレーン２をリターンパスとする第２の伝送線路３０４Ｂと、第１、第２の伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂの端部同士を電気的に接続する導体ビア３０５と、を有する単位構造３０３を備えている。

詳しく説明すると、本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と同様に、第１の誘電体層６の厚さ方向の他方側（下面）に第１の導体プレーン１が配設され、第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間に第２の導体プレーン２が配設されている。また、第１の誘電体層６の厚さ方向の他方側（下面）には、第１の導体プレーン１を覆う第３の誘電体層（裏層誘電体層３２０）が積層されている。裏層誘電体層３２０の厚さ方向の他方側（下面）には、第１の伝送線路３０４Ａが配設されており、表層の第２の誘電体層７の厚さ方向の一方側（上面）には、第２の伝送線路３０４Ｂが配設されている。つまり、第１の伝送線路３０４Ａ及び第２の伝送線路３０４Ｂが、第１の導体プレーン１と第２の導体プレーン２とで挟まれた領域の外側にそれぞれ配設されている。

前記した第１の伝送線路３０４Ａの一端（図１３における右側の端部）及び第２の伝送線路３０４Ｂの一端は、それぞれオープン端となっており、第１、第２の伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂがそれぞれオープンスタブとして機能するように構成されている。一方、１の伝送線路３０４Ａの他端（図１３における左側の端部）及び第２の伝送線路３０４Ｂの他端には、同一平面状に形成されたパッド８がそれぞれ電気的に接続されている。伝送線路３０４Ａ側のパッド８と第２の伝送線路３０４Ｂ側のパッド８とは、厚さ方向に延設された導体ビア３０５を介して電気的に接続されている。第１、第２の導体プレーン１，２には、導体ビア３０５に対応する位置にクリアランス９がそれぞれ設けられており、これらのクリアランス９によって導体ビア３０５と第１、第２の導体プレーン１，２とが電気的に切り離されて電気的に接触していない状態となっている。

図１４は本実施の形態のＥＢＧ構造の等価回路である。
図１４に示すように、本実施の形態の等価回路繰り返し単位３１０は、直列インピーダンス部３１１と並列アドミタンス部３１２とで構成される。直列インピーダンス部３１１は、第１の実施の形態と同様に前記第１、第２の導体プレーン１，２がつくるインダクタンス３１３からなる。並列アドミタンス部３１２は、前記第１、第２の導体プレーン１，２がつくるキャパシタンス３１４と、前記導体ビア３０５のつくるインダクタンス３１５と、第１、第２の伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂと、からなる。本実施の形態の並列アドミタンス部３１２は、第１の実施の形態の並列アドミタンス部１２にさらに、第２の伝送線路３０４Ｂによるオープンスタブが直列に接続された回路となる。本実施の形態の場合も、第１の実施の形態の場合と全く同様に、並列アドミタンス部３１２のアドミタンスが負となる周波数帯域にバンドギャップが生じる。

なお、上述した第４の実施の形態のＥＢＧ構造は、第１の実施の形態のＥＢＧ構造を上下方向に鏡面対称にした構成となっているが、上述した第２、第３の実施の形態のＥＢＧ構造を上下方向に鏡面対称にした構成とすることも可能である。

具体的に説明すると、図１５に示すように、第２の実施の形態のＥＢＧ構造を元として、第１の導体プレーン１と第１の誘電体層６との間に第３の誘電体層１２０を介在させ、この第３の誘電体層１２０と第１の誘電体層６との間に、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第１の伝送線路１０４Ａが配設されており、第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間に、第２の導体プレーン２をリターンパスとする第２の伝送線路１０４Ｂが配設されている。これら第１、第２の伝送線路１０４Ａ，１０４Ｂは、一端はそれぞれオープン端となっており、他端にはパッド８がそれぞれ電気的に接続されており、第１、第２の伝送線路１０４Ａ，１０４Ｂのパッド８同士は非貫通ビアの導体ビア１０５´を介して電気的に接続されている。

また、図１６に示すように、第３の実施の形態のＥＢＧ構造を元として、第１の導体プレーン１と第１の誘電体層６との間に第３の誘電体層３２０Ａを介在させ、第３の誘電体層３２０Ａの厚さ方向の他方側（下面）には、第１の導体プレーン１を覆う裏層誘電体層３２０Ｂが積層されている。そして、第１の導体プレーン１と第１の伝送線路２０４Ａとの間、具体的には、第１の誘電体層６と第３の誘電体層３２０Ａとの間に、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第３の伝送線路２０４Ｃが配設されている。また、第１の導体プレーン１に対して第２の導体プレーン２の反対側、具体的には、裏層誘電体層３２０Ｂ”の厚さ方向の他方側（下面）に、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第４の伝送線路２０４Ｄが配設されている。第３の伝送線路２０４Ｃの両端には、同一平面状に形成されたパッド８Ａ，８Ｂがそれぞれ電気的に接続されている。第４の伝送線路２０４Ｄの一端は、オープン端となっており、第２の伝送線路２０４Ｂの他端は、同一平面状に形成されたパッド８が電気的に接続されている。

第１の伝送線路２０４Ａの一端に設けられたパッド８Ａと第３の伝送線路２０４Ｃの一端に設けられたパッド８Ａとは、厚さ方向に延設された第１の導体ビア２０５Ａを介して電気的に接続されている。また、第３の伝送線路２０４Ｃの他端に設けられたパッド８Ｂと第４の伝送線路２０４Ｄの他端に設けられたパッド８とは、厚さ方向に延設された第３の導体ビア２０５Ｃを介して電気的に接続されている。第１の導体プレーン１には、第３の導体ビア２０５Ｃに対応する位置にクリアランス９が設けられており、このクリアランス９によって第３の導体ビア２０５Ｃと第１の導体プレーン１とが電気的に切り離されて電気的に接触していない状態となっている。

なお、図１３、図１５、図１６に示すように、上下方向に鏡面対称なＥＢＧ構造について説明したが、必ずしも対称構造である必要はない。例えば、第１の伝送線路３０４Ａが直線形状であり、第２の伝送線路３０４Ｂがスパイラル形状というように、両者が全く異なる形状となる構造も考えられる。またさらに、前記第２の誘電体層７と裏層誘電体層３２０の厚さが異なる構造も考えられる。この場合は、第１の伝送線路３０４Ａの実効比誘電率と、第２の伝送線路３０４Ｂの実効比誘電率とが異なる値となる点に注意が必要である。

［第５の実施の形態］
次に、本発明に係る導波路構造の第５の実施の形態の構成について、図１７に基いて説明する。
図１７は本実施の形態のＥＢＧ構造の断面図であり、図１８は本実施の形態のＥＢＧ構造の平面図である。図１７は図１８に示すＢ−Ｂ´間の断面図である。
なお、本実施の形態のＥＢＧ構造は、上述した第４の実施の形態のＥＢＧ構造の変形例であり、上述した第４の実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態のＥＢＧ構造は、図１３に示す上述した第４の実施の形態のＥＢＧ構造では、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第１の伝送線路３０４Ａの端部と、第２の導体プレーン２をリターンパスとする第２の伝送線路３０４Ｂの端部と、が導体ビア３０５を介して電気的に接続されているが、第５の実施の形態では、図１７に示すように、第２の導体プレーン２をリターンパスとする第２の伝送線路３０４Ｂの端部が第１の導体ビア４０５Ａを介して第１の導体プレーン１に電気的に接続されているとともに、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第１の伝送線路３０４Ａの端部が第２の導体ビア４０５Ｂを介して第２の導体プレーン２に電気的に接続されている。つまり、本実施の形態における単位構造４０３は、第１の導体プレーン１と第２の伝送線路３０４Ｂの端部とを電気的に接続する第１の導体ビア４０５Ａと、第２の導体プレーン２と第１の伝送線路３０４Ａの端部とを電気的に接続する第２の導体ビア４０５Ｂと、を有している。

詳しく説明すると、本実施の形態は、上述した第４の実施の形態と同様に、第１の誘電体層６の厚さ方向の他方側（下面）に裏層誘電体層３２０が積層され、第１の誘電体層６と裏層誘電体層３２０との間に第１の導体プレーン１が配設され、第１の誘電体層６と第２の誘電体層７との間に第２の導体プレーン２が配設されている。また、また、ている。
裏層誘電体層３２０の厚さ方向の他方側（下面）には、第１の伝送線路３０４Ａが配設されており、表層の第２の誘電体層７の厚さ方向の一方側（上面）には、第２の伝送線路３０４Ｂが配設されている。

第１、第２の伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂの他端（図１７における左側の端部）にはパッド８がそれぞれ電気的に接続されているが、第１の伝送線路３０４Ａのパッド８と第２の伝送線路３０４Ｂのパッド８とは、平面視において互いにずれた位置（重ならない位置）に配設されている。そして、第１の導体プレーン１と第２の伝送線路３０４Ｂのパッド８とは第１の導体ビア４０５Ａを介して電気的に接続されているとともに、第２の導体プレーン２と第１の伝送線路３０４Ａのパッド８とは第２の導体ビア４０５Ｂを介して電気的に接続されている。つまり、第１の伝送線路３０４Ａとパッド８と第２の導体ビア４０５Ｂとからなる第１のアドミタンス部と、第２の伝送線路３０４Ｂとパッド８と第１の導体ビア４０５Ａとからなる第２のアドミタンス部と、が備えられており、この第２のアドミタンス部は、図１８に示すように平面視において、第１のアドミタンス部をxy平面上でＡ／２＋Ｂ／２＝（ａ／２，ａ／２）だけ平行移動させ、さらに、上下方向に反転させた位置に配設されている。

本実施の形態のＥＢＧ構造によれば、図１８の平面図に示すとおり、より高密度にアドミタンス部を配置することが可能となり、ＥＢＧ構造の実装面積を低減することが可能となる。

なお、上述した第５の実施の形態のＥＢＧ構造は、図１３に示すＥＢＧ構造を変形させた構成となっているが、図１５に示すＥＢＧ構造を同様に変形させることも可能である。
具体的に説明すると、図１９に示すように、図１５に示すＥＢＧ構造を元として、第２の導体プレーン２をリターンパスとする第２の伝送線路１０４Ｂの端部が、第１の導体ビア１０５Ａを介して第１の導体プレーン１に電気的に接続されているとともに、第１の導体プレーン１をリターンパスとする第１の伝送線路１０４Ａの端部が、第２の導体ビア１０５Ｂを介して第２の導体プレーン２に電気的に接続されている。
さらに、第１、第２の伝送線路のうちの何れか一方を第１、第２の導体プレーン１，２の間の領域の内側に配設するとともに他方を前記領域の外側に配設した非対称構造において、第２の伝送線路の端部を第１の導体ビアを介して第１の導体プレーン１に電気的に接続するとともに、第１の伝送線路の端部を第２の導体ビアを介して第２の導体プレーン２に電気的に接続した構成であってもよい。

また、図１８に示すように、本実施の形態では、第１、第２の伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂが直線形状の場合を示したが、他の実施の形態同様、どのような形状でもよい。例えば、図２０に示すようにスパイラル形状としてもよい。
また、必ずしも第１、第２の伝送線路３０４Ａ，３０４Ｂの形状をそろえる必要はなく、例えば、一方は直線形状、他方はスパイラル形状といった組み合わせも考えられる。
また、ここでは正方格子の場合を例に説明したが、当然一般の格子に対しても同様の構造を実現できる。

次に、本発明に係るプリント配線板の第１の実施の形態について、図２１、図２２に基いて説明する。
図２１は本実施の形態におけるプリント配線板の平面図であり、図２２は図２１に示すＣ−Ｃ´間の断面図である。

本実施の形態におけるプリント配線板は、上記したＥＢＧ構造を内蔵したプリント基板５０である。詳しく説明すると、図２１、図２２に示すように、プリント基板５０は、少なくとも、グランドプレーン５１と、電源プレーン５２と、ノイズ源となるデバイス５３と、ノイズの影響を受けやすいデバイス５４と、それらデバイス５３，５４の間に配置されるＥＢＧ領域５５とを備える。図２２に示すように、ノイズ源となるデバイス５３およびノイズの影響を受けやすいデバイス５４は、いずれも前記グランドプレーン５１と前記電源プレーン５２に接続されている。また、グランドプレーン５１と電源プレーン５２は平行平板型導波路を形成している。通常のプリント基板ではノイズ源となるデバイス５３から生じたノイズが、前記平行平板型導波路を伝播して、ノイズの影響を受けやすいデバイス５４に入ることで、誤動作等を引き起こす。本実施の形態のプリント基板５０では、図２１に示すように、ノイズ伝播経路を遮断するように、ＥＢＧ領域５５に本発明のＥＢＧ構造を配置することで、デバイス５３，５４間のノイズ伝播を抑制できる。これにより、ノイズの影響を受けやすいデバイス５４の誤動作を抑制することが可能となる。

なお、図２２では第１の実施の形態のＥＢＧ構造を用いた例を示したが、当然、本発明の他の実施の形態のＥＢＧ構造を用いることもできる。
また、図２１では、ＥＢＧ領域５５を帯状に設けた場合を示したが、ＥＢＧ領域５５はノイズ伝播経路を遮断できればどのような配置でもよい。たとえば図２３に示すように、ノイズの影響を受けやすいデバイス５４を囲むようにＥＢＧ領域５５を設けることも可能である。
また、ここでは本発明のＥＢＧ構造をプリント基板５０に搭載した場合を示したが、本発明の対象は必ずしもプリント基板５０に限らない。たとえば、デバイスのパッケージ基板などに本発明のＥＢＧ構造を設けることも考えられる。

次に、本発明に係るプリント配線板の第２の実施の形態について、図２４に基いて説明する。
図２４は本実施の形態におけるプリント配線板の平面図である。
なお、上述した第１の実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態におけるプリント基板５０は、オープン端の伝送線路長ｄが異なる複数の導波路構造が備えられ、これら複数の導波路構造のバンドギャップ帯にずれが生じている。
詳しく説明すると、図２４に示すように、プリント基板５０は、上述した第１の実施の形態と同様、少なくともグランドプレーン５１と、電源プレーン５２と、ノイズ源となるデバイス５３と、ノイズの影響を受けやすいデバイス５４とを備える。本実施の形態は、ノイズ伝播経路を遮断するように設けられたＥＢＧ領域５５に、第１のＥＢＧ構造５６および第２のＥＢＧ構造５７を配置してデイバス５３，５４間のノイズ伝播を抑制する。第１のＥＢＧ構造５６と第２のＥＢＧ構造Ｂ５７とが、ノイズ伝播方向に並べて配置されている。第１のＥＢＧ構造５６と第２のＥＢＧ構造５７とはそれぞれオープンスタブの伝送線路長dが異なっており、バンドギャップ周波数帯も異なる。このため、第１のＥＢＧ構造５６と第２のＥＢＧ構造５７とのバンドギャップ帯がずれるように伝送線路長dを設計することにより、単一のＥＢＧ構造では実現できない非常に広帯域なバンドギャップを、ＥＢＧ領域５５全体で実現することが可能となる。

なお、図２５に示すように、第１のＥＢＧ構造１５６と第２のＥＢＧ構造１５７とがノイズ伝播方向に対して交互に配置された縞状に配置されていてもよい。
また、図２６に示すように、第１のＥＢＧ構造１５６と第２のＥＢＧ構造１５７とが格子状（市松模様状）に配置されていてもよい。
いずれの配置でもＥＢＧ領域５５全体として、広いバンドギャップ帯域を実現することが可能である。
その他に、第１のＥＢＧ構造と第２のＥＢＧ構造とが混合して配置されていれば、他の配置を採用してもよい。また、さらに広いバンドギャップ帯域が必要な場合は、バンドギャップ帯域をずらしたＥＢＧ構造をさらに混合して配置すればよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 第１の導体プレーン
２ 第２の導体プレーン
３ 単位構造
４ 伝送線路
５ 導体ビア

Claims (6)

1. 少なくとも、
   複数の層を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の異なる層に、少なくとも互いの一部が対向するように配設された第１、第２の導体プレーンと、
   前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンと異なる層に、該第２の導体プレーンと対向するように配設され、一端がオープン端となっている伝送線路、
   前記誘電体基板を面垂直方向に貫通するように形成され、前記伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを電気的に接続する導体ビア、および、
   前記第２の導体プレーンの前記導体ビアに対応した位置に設けられ、前記第２の導体プレーンと前記導体ビアとを電気的に切り離しているクリアランス、
   を有する単位構造と、
   を備え、
   該単位構造が、複数配列されており、前記伝送線路と前記第１の導体プレーンとの間隔より、前記伝送線路と前記第２の導体プレーンとの間隔の方が小さいことを特徴とする導波路構造。
2. 請求項１に記載の導波路構造において、
   前記伝送線路が、前記第２の導体プレーンに対して、前記第１の導体プレーンの反対側に設けられていることを特徴とする導波路構造。
3. 請求項１に記載の導波路構造において、
   前記伝送線路が、前記第１の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとで挟まれた領域の内側に設けられていることを特徴とする導波路構造。
4. 少なくとも、
   複数の層を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の異なる層に、少なくとも互いの一部が対向するように配設された第１、第２の導体プレーンと、
   前記第１の導体プレーン及び前記第２の導体プレーンの間の層に、該第２の導体プレーンと対向するように配設された第１の伝送線路、
   前記第２の導体プレーンに対して、前記第１の導体プレーンの反対側に該第２の導体プレーンと対向するように配設され、一端がオープン端となっている第２の伝送線路、
   前記誘電体基板を面垂直方向に貫通するように形成され、前記第１の伝送線路の一端と前記第１の導体プレーンとを電気的に接続する第１の導体ビア、
   前記誘電体基板を面垂直方向に貫通するように形成され、前記第１の伝送線路の他端と前記第２の伝送線路の他端とを電気的に接続する第２の導体ビア、
   前記第２の導体プレーンの前記第１の導体ビアに対応した位置に設けられ、前記第２の導体プレーンと前記第１の導体ビアとを電気的に切り離している第１のクリアランス、
   前記第２の導体プレーンの前記第２の導体ビアに対応した位置に設けられ、前記第２の導体プレーンと前記第２の導体ビアとを電気的に切り離している第２のクリアランス、および、
   前記第１の導体プレーンの前記第２の導体ビアに対応した位置に設けられ、前記第１の導体プレーンと前記第２の導体ビアとを電気的に切り離している第３のクリアランス、
   を有する単位構造と、
   を備え、
   該単位構造が、複数配列されており、前記第１の伝送線路と前記第１の導体プレーンとの間隔より、前記第１の伝送線路と前記第２の導体プレーンとの間隔の方が小さいことを特徴とする導波路構造。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の導波路構造を備えることを特徴とするプリント配線板。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の導波路構造を備えることを特徴とする電子装置。

Images