JP6565938B2

JP6565938B2 - 構造体および配線基板

Info

Publication number: JP6565938B2
Application number: JP2016574642A
Authority: JP
Inventors: 嘉晃笠原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2036-01-05
Also published as: US10079415B2; US20180013187A1; WO2016129199A1; JPWO2016129199A1

Description

本発明は、構造体および配線基板に関する。

複数の導体プレーンが存在する電子機器においては、例えば、デジタル回路のスイッチング時に回路に流れ込む電流によって磁場が誘起されたり、スイッチング時に生じる電圧変動により電場が誘起されたりして、電磁波が生じる。該電磁波は、導体プレーンより構成される平行平板線路を伝搬する電磁ノイズとなる。電磁ノイズは、他の回路の動作を不安定にしたり、機器の無線性能を劣化させたりするなどの問題を齎す。このため、電磁ノイズを抑える技術を確立することができれば、回路の安定性や機器の無線性能を向上させることができる。

かかる電磁ノイズを抑制するために用いられてきた従来からの手法として、デカップリングキャパシタを導体プレーン間に挿入する方法等がある。しかし、かくのごとき従来からの手法には、以下のような問題点がある。

デカップリングキャパシタを用いた手法の場合は、キャパシタの不可避な寄生インダクタンスにより、自己共振周波数を数百ＭＨｚといった高周波にするのは困難である。そのため、通常、デカップリングキャパシタを用いた手法の場合には、高々数百ＭＨｚ程度までの周波数にしか適用することができず、近年の無線通信で用いられているような高周波数帯（例えば、ワイヤレスＬＡＮで使用されている２．４ＧＨｚ帯や５．２ＧＨｚ帯や、ＬＴＥ（Long Term Evolution）で使用されている１．８ＧＨｚ帯、２．６ＧＨｚ帯、３．５ＧＨｚ帯）には対応することができない。

かかる問題点を解決する手法として、例えば、特許文献１の米国特許第７２１５００７号明細書、特許文献２の特開２０１０−１９９８８１号公報、特許文献３の特開２０１０−１０１８３号公報等に記載された構造を用いるという手法がある。該特許文献１，２，３に記載の構造は、特性周波数における電磁波の伝搬を禁止するバンドギャップを持つ分散関係が備えられたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap：電磁バンドギャップ）特性を有するという構造（以下、ＥＢＧ構造と記載する）であり、電源プレーン間の電磁波ノイズの伝搬の抑制を可能にしている。かくのごときＥＢＧ構造の手法を用いることにより、ＧＨｚ帯の高周波数帯における電磁ノイズ抑制効果を得ることができる。

米国特許第７２１５００７号明細書特開２０１０−１９９８８１号公報特開２０１０−１０１８３号公報

近年の電子機器においては、小型化が推し進められており、配線基板は複雑化してきている。そのため、電磁ノイズを抑制するための構造であるＥＢＧ構造は、可能な限り、小型であることが好ましい。しかし、前記特許文献１等に記載の構造は、構造そのもののサイズが大きいことが課題となっていた。

（本発明の目的）
したがって、本発明の目的は、小型のＥＢＧ構造を可能にする構造体およびその構造体を備えた配線基板を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による構造体および配線基板は、主に、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）本発明による構造体は、
第１の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンと対向するように配設された第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第１の伝送線路と、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対して第１の伝送線路とは反対側の層に、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第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の伝送線路の一端とを接続する第２の導体ビアと、
前記第１の伝送線路または前記第２の伝送線路と平面視で一部交差するように前記第２の導体プレーン上に形成されたスリットと
を有することを特徴とする。

（２）本発明による配線基板は、
前記第１の導体プレーンと対向するように配設された第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第１の伝送線路と、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対して第１の伝送線路とは反対側の層に、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第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の伝送線路の一端とを接続する第２の導体ビアと、
前記第１の伝送線路または前記第２の伝送線路と平面視で一部交差するように前記第２の導体プレーン上に形成されたスリットと
を有する構造体を含むことを特徴とする。

本発明の構造体および配線基板によれば、以下のような効果を奏することができる。

すなわち、本発明によれば、平行平板線路を形成する第１、第２の導体プレーンのうち、該第２の導体プレーンに隣接する２層に亘って、第１の伝送線路および第２の伝送線路を配置して、一続きのオープンスタブとして動作させることによって、オープンスタブの占める面積を削減することができる。さらに加えて、該オープンスタブのリターンパスとして動作する前記第２の導体プレーン上に、インダクタンス付与部材としてスリットをさらに設けているので、小型化を図ったＥＢＧ構造をより確実に実現することができる。

本発明に係る実施の形態における構造体の外観を示す斜視図である。図１に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。図１に示した構造体を複数個配列した場合の構造体の斜視図である。図３に示した構造体におけるｘｙ平面内の任意の直線に沿った方向の等価回路の一例を示す回路図である。本発明に係る実施の形態におけるＥＢＧ構造のＳパラメータの一例を示す説明図である。本発明に係る実施の形態の第１の変形例における構造体の外観を示す斜視図である。図６に示した構造体の上面の一例を示す上面図である。図６に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。図６に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。本発明に係る実施の形態の第２の変形例における構造体の外観を示す斜視図である。本発明に係る実施の形態の第３の変形例における構造体の外観を示す斜視図である。図１１に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。

以下、本発明による構造体および配線基板の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以下の各図面においては、同様な構成要素に同様の参照符号を付し、適宜、説明を省略しているが、各図面に付した参照符号は、理解を助けるための一例として各構成要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではないことも言うまでもない。また、以下の各実施の形態においては、基板厚さ方向（つまり、例えば図１における縦方向、ｚ軸方向）を「厚さ方向」と表現している。

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、第１の導体プレーンと、前記第１の導体プレーンと対向するように配設された第２の導体プレーンと、前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第１の伝送線路と、前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対して第１の伝送線路とは反対側の層に、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第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の伝送線路の一端とを接続する第２の導体ビアと、前記第１の伝送線路または前記第２の伝送線路と平面視で一部交差するように前記第２の導体プレーン上に形成されたスリットと、を有する構造体を提供することを主要な特徴としている。而して、小型のＥＢＧ構造を実現することを可能にしている。

［実施の形態］
（実施の形態の構成例）
まず、実施の形態に係る構造体の構成について、図１および図２の各図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る実施の形態における構造体の外観を示す斜視図であり、本実施の形態におけるＥＢＧ構造の一例を示している。また、図２は、図１に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。ここで、図２の断面図は、図１に示したＩＩ−ＩＩ間の断面を示している。

図１の斜視図および図２の断面図に示すように、本実施の形態における構造体は、第１の導体プレーン１０１（第１の導体）、第２の導体プレーン１０２（第２の導体）、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５、第１の導体ビア１０３、第２の導体ビア１０６、スリット１０７（インダクタンス付与部材）、および、クリアランス１１１を少なくとも有して構成されている。

第２の導体プレーン１０２は、第１の導体プレーン１０１と対向している。また、図１に示す例においては、第１の伝送線路１０４は、図２に示すように、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とに挟まれた領域に設けられていて、第１の導体プレーン１０１および第２の導体プレーン１０２とは異なる層（第２の導体プレーン１０２に隣接する層）に形成されている。第１の伝送線路１０４は、第２の導体プレーン１０２に対向して配設され、図１のｙ軸方向に直線状に延伸している。

一方、第２の伝送線路１０５は、第２の導体プレーン１０２の上側の領域（すなわち、第２の導体プレーン１０２に対して第１の伝送線路１０４と反対側の層であって、第２の導体プレーン１０２に隣接する層）に設けられていて、第１の導体プレーン１０１および第２の導体プレーン１０２とは異なる層に形成されている。第２の伝送線路１０５は、第１の伝送線路１０４と同様、第２の導体プレーン１０２に対向して配設され、図１のｙ軸方向に直線状に延伸している。

第１の伝送線路１０４の一端は、第１の導体ビア１０３を介して、第１の導体プレーン１０１と直流的に接続されている。第１の伝送線路１０４の他端は、第２の導体ビア１０６を介して、第２の伝送線路１０５の一端と接続されている。第２の伝送線路１０５の他端は、開放端（オープン端）となっている。第１の伝送線路１０４の他端と第２の伝送線路１０５の一端とが、第２の導体ビア１０６を介して接続されることによって、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５および第２の導体ビア１０６が第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする、一続きのオープン端の伝送線路（オープンスタブ）として振る舞う。

ここで、特に第１の伝送線路１０４が、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２との間に設けられる場合、図２に示すように、第２の導体プレーン１０２と第１の伝送線路１０４との間の距離ｔ_１は、第１の導体プレーン１０１と第１の伝送線路１０４との間の距離ｔ_２と比較して、小さいことが望ましい。例えば、第２の導体プレーン１０２と第１の伝送線路１０４との間の距離ｔ_１が、第１の導体プレーン１０１と第１の伝送線路１０４との間の距離ｔ_２の（１／２）倍以下（ｔ_１≦（１／２）×ｔ_２）であることが望ましい。第２の導体プレーン１０２と第２の伝送線路１０５との間の距離についても、第２の導体プレーン１０２と第１の伝送線路１０４との間の距離ｔ_１の場合と同様、第１の導体プレーン１０１と第１の伝送線路１０４との間の距離ｔ_２と比較して、小さいことが望ましい。

また、第１の導体ビア１０３は、前述のように、第１の伝送線路１０４の一端と第１の導体プレーン１０１とを接続するために、ｚ軸方向（厚さ方向）に延伸されており、第１の誘電体層１０８の上面から下面にかけて延設されている。一方、第２の導体ビア１０６は、前述のように、第１の伝送線路１０４の他端と第２の伝送線路１０５の一端とを接続するために、ｚ軸方向（厚さ方向）に延伸されており、第３の誘電体層１１０の上面から、該第３の誘電体層１１０の下面に第２の導体プレーン１０２を介して形成された第２の誘電体層１０９の下面にかけて延設されている。

スリット１０７は、第２の導体プレーン１０２上に設けられており、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５と平面視で一部交差するように、特に、図１の例においては、第１の伝送線路１０４の一端が平面視ですなわちｚ軸方向（厚さ方向）に重なる位置を起点として、第１の伝送線路１０４の両側に、第１の伝送線路１０４のｙ軸方向に対して垂直なｘ軸方向に延伸して設けられている。

以下に、本実施の形態の構造体に関し、さらに詳細に説明する。本実施の形態に係る構造体は、例えばプリント配線基板等の配線基板内に形成されており、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）特性を有する構造（以下、ＥＢＧ構造と称する）として振る舞う。該ＥＢＧ構造は、厚さ方向（図１のｚ軸方向）に間隔を空けて平行に配置された第１の導体プレーン１０１と、第２の導体プレーン１０２とを少なくとも有するとともに、次に説明するような単位構造３０１を備えて構成される。

つまり、単位構造３０１は、図１に示した構造体の各構成要素の集合のことであり、図１の説明にて前述したように、第１の導体プレーン１０１および第２の導体プレーン１０２の他に、第１の導体プレーン１０１および第２の導体プレーン１０２のいずれとも異なる層に配設された第１の伝送線路１０４と、第２の伝送線路１０５と、第２の導体プレーン１０２に形成されたスリット１０７と、第１の伝送線路１０４の一端と第１の導体プレーン１０１とを電気的に接続する第１の導体ビア１０３と、第１の伝送線路１０４の他端と第２の伝送線路１０５の一端とを電気的に接続する第２の導体ビア１０６と、を少なくとも有して構成されている。スリット１０７は、前述のように、第２の導体プレーン１０２上に設けられており、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５と平面視で一部交差するように設けられ、第１の伝送線路１０４とz軸方向（厚さ方向）に重なる位置を起点として、第１の伝送線路１０４の両側に延伸している。また、第２の導体プレーン１０２には、第２の導体ビア１０６との電気的な接触を避けるために、第２の導体ビア１０６に対応する位置にクリアランス１１１が設けてある。

ここで、スリット１０７の長さ（電気長）をＬ、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５および第２の導体ビア１０６によって構成される、オープンスタブの実効的な伝送線路長（電気長）をＤとしたとき、スリット長Ｌは、通常、オープンスタブの実効的な伝送線路長Ｄの２倍以下（Ｌ≦２×Ｄ）とすることが、スリット１０７の占める面積を削減するためにも望ましい。また、スリット１０７が、可能ならば、スリット１０７のスリット端から（Ｌ／２−Ｌ／４）以上かつ（Ｌ／２＋Ｌ／４）以下の位置において第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５と平面視で重なっていることが望ましい。また、第１の伝送線路１０４が、少なくとも、第１の伝送線路１０４と第１の導体ビア１０３との接続点から（Ｄ／８）以下の範囲内の位置においてスリット１０７と平面視で重なっているようにすれば、スリット１０７による小型化効果をより大きく得ることができるため、さらに望ましい。

図１および図２に例示するＥＢＧ構造は、さらに、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２との間に、第１の導体プレーン１０１の厚さ方向の一方側（上面側：第２の導体プレーン１０２側）に積層された第１の誘電体層１０８と、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の一方側（上面側）に積層された第２の誘電体層１０９と、を備え、さらに、第２の導体プレーン１０２の厚さ方向の一方側（上面側）に積層された第３の誘電体層１１０を備えている。つまり、第１の導体プレーン１０１は、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の他方側（下面側）に配設されており、第２の導体プレーン１０２は、第２の誘電体層１０９の厚さ方向の一方側（上面側）と第３の誘電体層１１０の厚さ方向の他方側（下面側）との間に配設されている。

第１の伝送線路１０４は、図２に示すように、第２の誘電体層１０９の厚さ方向の他方側（下面側）と第１の誘電体層１０８の一方側（上面側）との間に配設されている。また、第２の伝送線路１０５は、第３の誘電体層１１０の厚さ方向の一方側（上面側）に配設されている。さらに、スリット１０７は、第２の導体プレーン１０２に設けられている。

また、第１の導体ビア１０３は、図２に示すように、z軸方向（厚さ方向）に延伸されており、第１の誘電体層１０８の一方側（上面側）から他方側（下面側）にかけて延設され、第１の伝送線路１０４の一端と第１の導体プレーン１０１とを電気的に接続している。一方、第２の導体ビア１０６は、z軸方向（厚さ方向）に延伸されており、第３の誘電体層１１０の一方側（上面側）から第２の誘電体層１０９の他方側（下面側）にかけて延設され、第１の伝送線路１０４と第２の伝送線路１０５とを電気的に接続している。クリアランス１１１は、第２の導体プレーン１０２と第２の導体ビア１０６との電気的な接触を避けるために、第２の導体プレーン１０２上で、第２の導体ビア１０６が配置される位置に配置される。なお、図１に示すように、前述した各構成要素、すなわち、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５、スリット１０７、第１の導体ビア１０３、第２の導体ビア１０６、クリアランス１１１により、繰り返して多数配列することが可能な単位構造３０１が構成される。

図１に示したような単一の単位構造３０１の場合であっても、電磁ノイズを遮断するフィルタとしての効果を有しているが、望ましくは、図３に示すように、図１の単位構造３０１を多数個配列するのが良い。図３は、図１に示した構造体を複数個配列した場合の本発明に係る実施の形態における構造体の斜視図であり、一点鎖線により図１の単一の単位構造３０１の領域を示している。なお、図３に示す構造体においては、単位構造３０１が規則正しく配列されている場合を示したが、本発明は、単位構造３０１の配列を、図３に示すように、規則正しく配置する必要はなく、無秩序に配置しても構わない。また、図３に示す構造体においては、同一形状の単位構造３０１が多数個配列されている場合を示したが、単位構造３０１の形状についても、同一形状に揃える必要はなく、例えば、第１の伝送線路１０４の形状が異なっている、第２の伝送線路の形状が異なっている、または、スリット１０７の形状が異なっているような、多数の種類の単位構造３０１が配列されていても差し支えない。

（実施の形態の動作原理）
次に、前述したＥＢＧ構造の基本的な動作原理について説明する。図４は、本実施の形態として図３に示した構造体におけるｘｙ平面内の任意の直線に沿った方向の等価回路の一例を示す回路図であり、本実施の形態におけるＥＢＧ構造の等価回路図を示している。また、図５は、本発明に係る実施の形態におけるＥＢＧ構造のＳパラメータの一例を示す説明図であり、本実施の形態におけるＥＢＧ構造の効果について説明している。

図４に示すように、本実施の形態における構造体の等価回路において、単位構造３０１に該当する繰り返し単位４０１は、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とから構成される平行平板線路４０２、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５および第２の導体ビア１０６によってオープンスタブとして構成される伝送線路４０３と、伝送線路４０３の途中に取り付けられたスリット１０７によるインダクタンス４０４と、第１の導体ビア１０３によるインダクタンス４０５と、からなっている。該繰り返し単位４０１は、図３に示した単位構造３０１の一つの等価回路となっている。

図４に示した等価回路図においては、スリット１０７をインダクタンス４０４として記述したが、実際には、スリット１０７により構成されるショート端のスロットライン（ショートスタブ）が、伝送線路４０３に付加されることになる。ここで、該ショートスタブの長さをｌ、対象とする電磁波の波長をλとしたときに、ショートスタブの長さｌを、λ×２（ｎ−１）／４以上かつλ×（２ｎ−１）／４以下とした場合（ｎ：自然数）、スリット１０７が形成するショートスタブは、インダクタンスとして振る舞うので、スリット１０７をインダクタンスとして記述することができる。よって、本実施の形態における構造体を、図４に示す等価回路によって記述することができる。

図５中に示すグラフは、本実施の形態におけるＥＢＧ構造のＳパラメータ（Ｓ２１）の実測結果である。図５の縦軸は伝搬特性Ｓ２１を示し、横軸は周波数を表している。図５中に示すグラフは、２つの測定ポート間に、後述する図６に記載の構造が５つ配置された箇所の測定ポート間の伝搬特性Ｓ２１を示している。

図５においてハッチングを付して示した伝搬特性Ｓ２１が小さな値となっている箇所がバンドギャップ帯を表している。図５に記載の実測結果から読み取ることができるバンドギャップ開始周波数における管内波長λgと、作成した構造体のパターン占有面積を正方形へと換算した際の長さleffと、により、ＥＢＧ構造の大きさ（サイズ）の指標となる値leff／λgを計算することができる。図５に記載した実測結果と実際の構造の大きさとにより計算した指標値leff／λｇは、（１／３８）程度となっている。これに対して、例えば、従来技術の前記特許文献１に記載されたＥＢＧ構造における測定結果を用いて、同様の指標値leff／λｇを算出した場合は、leff／λg＝（１／１２）となり、本実施の形態におけるＥＢＧ構造の方が、より小型化されていることを確認することができる。

なお、スリット１０７を、インダクタンスとして効果的に動作させるためには、第１の伝送線路１０４を伝搬する電磁波が、スリット１０７の中心付近を励振して、スリット１０７をショート端スロットラインとして動作させるようにすることが必要である。そのためには、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５のリターンパスとなる平面形状の第２の導体プレーン１０２に設けられたスリット１０７の中央付近の両側に電荷を誘起することが必要である。したがって、少なくとも、スリット１０７の中央付近において、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５が、該スリット１０７と平面視において交差していることが望ましい。

第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５、および、それらのリターンパスである第２の導体プレーン１０２には、周波数に応じて、異なる電流定在波が生じている。例えば、図４に記載された等価回路において、平行平板線路４０２の寄与、第１の導体ビア１０３によるインダクタンス４０５の寄与を無視すると、第１バンドギャップ（１^ｓｔＢＧ）の下限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続部から伝送線路４０３に沿ってオープン端に進むにつれて、電界流強度が腹から節になるような、電流定在波が生じている。一方、第１バンドギャップ（１^ｓｔＢＧ）の上限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続部から伝送線路４０３に沿ってオープン端に進むにつれて、電流強度が節、腹、節と移り変わるような、電流定在波が生じている。

また、第２バンドギャップ（２^ｎｄＢＧ）の下限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続部から伝送線路４０３に沿ってオープン端に進むにつれて、電流強度が腹、節、腹、節と移り変わるような、電流定在波が生じている。一方、第２バンドギャップ（２^ｎｄＢＧ）の上限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続部から伝送線路４０３に沿ってオープン端に進むにつれて、電流強度が節、腹、節、腹、節と移り変わるような、電流定在波が生じている。

以降、同様に、第nバンドギャップ（ｎ^ｔｈＢＧ：（ｎ：自然数））についても、下限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続部から伝送線路４０３に沿ってオープン端に進むにつれて、電界流強度の腹→節の繰り返しをn個含むような電流定在波が生じており、上限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続点から伝送線路４０３に沿ってオープン端に進むにつれて、電流強度の節から始まり、その後、腹→節の繰り返しをｎ個含むような電流定在波が生じている。

つまり、スリット１０７の付加位置を第１の導体ビア１０３との接続部の付近（ｌ_１＝０ｍｍ）とすることにより、第ｎバンドギャップ（ｎ^ｔｈＢＧ）の下限周波数において、第２の導体プレーン１０２上に生じている電流定在波の腹の位置にスリット１０７を設けることになり、スリット１０７をインダクタンスとして効果的に動作させることができる。

また、図４に示す構成で、伝送線路４０３の等価回路モデルのシリーズ部分にインダクタンスが付加されるということは、伝送線路４０３の電気長が延長されることを意味する。本実施の形態の構造体においては、伝送線路４０３の電気長によりバンドギャップ周波数が決定される。つまり、スリット１０７による、インダクタンス４０４を付加することにより、バンドギャップ周波数を低周波数化することができる。このことは、スリット１０７がある構造を、スリット１０７のない構造と比較した場合、同一周波数のバンドギャップ周波数を、より短い伝送線路長、つまりは、より小さい構造で実現することができることを意味している。

かくのごとき事象に基づき、スリット１０７の付加位置を第１の導体ビア１０３との接続部の付近（ｌ_１＝０ｍｍ）に設けることにより、スリット１０７は、第ｎバンドギャップ（ｎ^ｔｈＢＧ）の下限周波数においてインダクタンスとして動作し、バンドギャップの下限周波数を下げるように動作する。この際、第ｎバンドギャップ（ｎ^ｔｈＢＧ）の上限周波数においては、第１の導体ビア１０３との接続部の付近（ｌ_１＝０ｍｍ）は、前述のように、電流定在波の節の位置となっており、バンドギャップの上限周波数はインダクタンスの寄与を大きく受けることはない。而して、バンドギャップ帯の広帯域化の効果も同時に得ることができる。

（実施の形態の変形例）
次に、本実施の形態の変形例について説明する。

（実施の形態の第１の変形例）
まず、第１の変形例として、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の配置・形状に関する変形例について説明する。第１の伝送線路１０４は、一端が第１の導体ビア１０３に接続されており、かつ、他端が第２の導体ビア１０６に接続されていればどのような配置・形状であっても良い。第２の伝送線路１０５は、一端が第２の導体ビア１０６に接続されており、かつ、他端がオープン端になっていれば、どのような配置・形状であっても良い。また、前述の実施の形態における図１、図２、図３においては、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５が直線形状の場合を示したが、例えば、図６に示すようなスパイラル形状であっても良いし、あるいは、ミアンダ形状であっても良いし、あるいは、全く不規則な形状としても良い。

なお、かくのごとき第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の変形形状の場合には、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の形状に応じて、スリット１０７の形状も変えることが望ましい。例えば、図６に示すような、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の形状がスパイラル形状の場合においては、スリット１０７の形状もスパイラル形状とすることが望ましい。また、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の形状がスパイラル形状の場合においては、図６に示すように、第１の導体ビア１０３は、スパイラル形状の第１の伝送線路１０４の外周に配置することが望ましい。

図６は、本発明に係る実施の形態の第１の変形例における構造体の外観を示す斜視図であり、第１の変形例における構造体を主要な構成要素ごとにz軸方向に分解した状態の外観を示しており、かつ、第１の伝送線路１０４、第２の伝送線路１０５およびスリット１０７をスパイラル形状とした場合の一例を示している。また、図７は、図６に示した構造体の上面の一例を示す上面図である。図８および図９は、いずれも、図６に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図であるが、それぞれ、図６に符号Ｂおよび符号Ｃとして記した位置におけるｘｙ断面を示している。

つまり、図６、図７、図８および図９に示すように、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５のスパイラル形状に応じて、スリット１０７の形状もスパイラル形状としている。かくのごとく、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の形状を、図６、図７、図８および図９に示すようなスパイラル形状や、あるいは、ミアンダ形状とすることにより、小さな実装面積で伝送線路長を確保することが可能であり、ＥＢＧ構造を小さい面積に効率的に配置することができる。また、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の形状を、任意の不規則な形状とすることにすれば、他の構造物等を避けて、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５を引き回すことができ、ＥＢＧ構造を限られた領域に効率的に配置することができる。

（実施の形態の第２の変形例）
次に、第２の変形例として、スリット１０７の配置・形状に関する変形例について説明する。スリット１０７の形状は、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５とｚ軸方向から見た際に平面視で一部交差していれば、どのような配置・形状であっても良い。前述の実施の形態における図１、図２、図３においては、スリット１０７が直線形状の場合を示したが、例えば、図１０に示すようなミアンダ形状であっても良いし、あるいは、スパイラル形状としても良いし、あるいは、全く不規則な形状としても良い。また、この際、スリット１０７は第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５と複数回交差するように配置されていても良い。図１０は、本発明に係る実施の形態の第２の変形例における構造体の外観を示す斜視図であり、スリット１０７をミアンダ形状とした場合の一例を示している。なお、本第２の変形例の図１０においては、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の形状は、前述の実施の形態における図１、図２、図３の場合と同様、直線形状の場合を示している。

また、スリット１０７と第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５が、平面視において交差する位置は、必ずしも第１の伝送線路１０４と第１の導体ビア１０３との接続点付近にある必要はなく、第１の伝送線路１０４と第１の導体ビア１０３との接続点付近から離れていても良い。

また、スリット１０７の個数も必ずしも１つである必要はない。例えば、同一の第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５に対して、複数のスリット１０７ａ、１０７ｂが配置されていても良い。複数のスリット１０７を配置する場合は、複数のスリット１０７ａ、スリット１０７ｂは、それぞれ、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５に付加されたインダクタンスとして機能し、スリット１０７ａにさらにスリット１０７ｂを追加することにより、スリット１０７ａのみの場合よりも、より大きくバンドギャップ周波数を低周波化する効果を期待することができる。

なお、スリット１０７の個数が２つの場合を前述したが、当然、スリット１０７の個数は、２つのみに限る必要はなく、３つ、４つ、または、それ以上の個数が配置されていても良い。

（実施の形態の第３の変形例）
次に、第３の変形例として、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５を配置する層に関する変形例について説明する。前述の実施の形態における図１、図２、図３においては、第１の伝送線路１０４が、第２の導体プレーン１０２の他方側（下面側）、すなわち、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２との間に配置されており、第２の伝送線路１０５が、第２の導体プレーン１０２の一方側（上面側）に配置されている場合を示したが、例えば、図１１、図１２に示すように、第１の伝送線路１０４が、第２の導体プレーン１０２の一方側（上面側）に設けられる構造とすることもできる。図１１は、本発明に係る実施の形態の第３の変形例における構造体の外観を示す斜視図であり、第１の伝送線路１０４が、導体プレーン１０２の他方側（下面側）ではなく、導体プレーン１０２の一方側（上面側）に設けられた場合の一例を示している。また、図１２は、図１１に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。ここで、図１２の断面図は、図１１に示したＸＩＩ−ＸＩＩ間の断面を示している。

なお、第１の伝送線路１０４を第２の導体プレーン１０２の一方側（上面側）に配置する場合は、第２の伝送線路１０５は、図１２に示すように、第２の導体プレーン１０２の他方側（下面側）、すなわち、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２との間に配置される。ただし、第１の伝送線路１０４を第２の導体プレーン１０２の一方側（上面側）に配置する場合には、図１２に示すように、途中に介在する第２の導体プレーン１０２と第２の導体ビア１０６とを直流的に切り離すために、第２の導体プレーン１０２にクリアランス１１１を配置するのみならず、さらに、途中に介在する第２の導体プレーン１０２と第１の導体ビア１０３とを直流的に切り離すために、第２の導体プレーン１０２にクリアランス１１０１を配置することが必要になる。

さらに詳しく説明すると、次の通りである。図１１、図１２に示すＥＢＧ構造は、第１の伝送線路１０４と第１の導体プレーン１０１との間に、図１、図２に示したＥＢＧ構造と同様の、第１の誘電体層１０８と、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の一方側（上面側）に積層された第２の誘電体層１０９と、第２の導体プレーン１０２の厚さ方向の一方側（上面側）に積層された第３の誘電体層１１０と、を備えている。第１の導体プレーン１０１は、図１、図２に示したＥＢＧ構造と同様、第１の誘電体層１０８の厚さ方向の他方側（下面側）に配設されている。第２の導体プレーン１０２は、第２の誘電体層１０９の一方側（上面側）に配設されている。つまり、第２の導体プレーン１０２は、第２の誘電体層１０９の一方側（上面側）と第３の誘電体層１１０の他方側（下面側）との間に配設されている。

また、第１の伝送線路１０４は、図１２に示すように、第１の導体プレーン１０１および第２の導体プレーン１０２との間に形成されている図１、図２に示したＥＢＧ構造とは異なり、第３の誘電体層１１０の厚さ方向（ｚ軸方向）の一方側（上面側）に配設されている。一方、第２の伝送線路１０５は、第１の導体プレーン１０１および第２の導体プレーン１０２との間に形成されている。第１の伝送線路１０４の一端は、第１の導体ビア１０３を介して、第１の導体プレーン１０１に接続されている。また、第１の伝送線路１０４の他端は、第２の導体ビア１０６を介して、第２の伝送線路１０５の一端と接続されている。第２の伝送線路１０５は、他端がオープン端となっており、第１の伝送線路１０４と第２の導体ビア１０６と第２の伝送線路１０５とは、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする、オープン端の伝送線路(オープンスタブ)として動作する。

さらに、スリット１０７は、図１、図２に示したＥＢＧ構造と同様、第２の導体プレーン１０２に設けられており、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５と平面視で一部交差するように、第１の伝送線路１０４の一端または第２の伝送線路１０５の他端とｚ軸方向（厚さ方向）に重なる位置を起点として、第１の伝送線路１０４の両側に、第１の伝送線路１０４のｙ軸方向に対して垂直なｘ軸方向に延伸している。第１の導体ビア１０３は、図１、図２に示したＥＢＧ構造と同様、第１の伝送線路１０４の一端と第１の導体プレーン１０１とを接続するために、ｚ軸方向（厚さ方向）に延伸されており、第３の誘電体層１１０の上面から第２の誘電体層を貫通して第１の誘電体層１０８の下面にかけて延設されている。ただし、図１１、図１２に示すＥＢＧ構造においては、第１の導体ビア１０３が第２の導体プレーン１０２と直流的にショートしないようにするために、図１２に示すように、第１の導体ビア１０３が通過する第２の導体プレーン１０２の位置にはクリアランス１１０１を設けることが必要になる。

なお、前述した実施の形態においては、例えば、図１ないし図３に示すように、第２の伝送線路１０５の上面、第１の導体プレーン１０１の下面には、物質が一切ない場合を示したが、当然、何らかの物質があっても構わない。例えば、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５の実効比誘電率を増加させたり、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５からの不要な電磁波の放射を防いだりするために、誘電体や金属パターンがさらに配設されることが想定される。また、図６ないし図１２に示す第１ないし第３の変形例においても、第１の伝送線路１０４または第２の伝送線路１０５の上面、第１の導体プレーン１０１の下面には物質が一切ない場合を示したが、当然、何らかの物質があっても良い。例えば、誘電体や金属パターンがさらに配設されることが想定される。

（実施の形態の第４の変形例）
次に、第４の変形例として、第１の伝送線路１０４および第２の伝送線路１０５の変形例について記載する。本第４の変形例においては、例えば、第１の伝送線路１０４として、２つの第１の伝送線路１０４ａ、第１の伝送線路１０４ｂが存在する。そして、２つの第１の伝送線路１０４ａの一端、第１の伝送線路１０４ｂの一端は、それぞれ、同一の第１の導体ビア１０３に接続され、また、第１の伝送線路１０４ａの他端、第２の伝送線路１０４ｂの他端には、それぞれ、第２の導体ビア１０６ａ、第２の導体ビア１０６ｂが接続され、また、第２の導体ビア１０６ａ、第２の導体ビア１０６ｂそれぞれには、第２の伝送線路１０５ａ、第２の伝送線路１０５ｂが接続されている構成とすることもできる。

この際、第１のペア（すなわち、添え字ａを付している、第１の伝送線路１０４ａ、第２の導体ビア１０６ａ、第２の伝送線路１０５ａの組）、第２のペア（すなわち、添え字ｂを付している、第１の伝送線路１０４ｂ、第２の導体ビア１０６ｂ、第２の伝送線路１０５ｂの組）それぞれに、スリット１０７ａ、スリット１０７ｂを設けても良いし、また、１つのスリット１０７が、第１のペアと第２のペアとの双方と平面視で一部交差するように配置しても良い。

また、第１の伝送線路１０４や第２の伝送線路１０５が途中で分岐した構成とすることもできる。かくのごとき分岐した構成においては、分岐した位置に応じて、第１バンドギャップと第２バンドギャップとの間の間隔を調整したり、第１バンドギャップの幅、第２バンドギャップの幅を調整したりすることができる。また、分岐の本数は、必ずしも１本から２本に分岐するといった構成でなくとも、１本から３本、４本またはそれ以上に分岐する構成など他のパターンであっても良い。また、スリット１０７を分岐した構成とすることも考えることができる。

以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、かかる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることが、当業者には容易に理解できよう。

この出願は、２０１５年２月１２日に出願された日本出願特願２０１５−０２５０９２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０１第１の導体プレーン（第１の導体）
１０２第２の導体プレーン（第２の導体）
１０３第１の導体ビア
１０４第１の伝送線路
１０５第２の伝送線路
１０６第２の導体ビア
１０７スリット（インダクタンス付与部材）
１０８第１の誘電体
１０９第２の誘電体
１１０第３の誘電体
１１１クリアランス
３０１単位構造
４０１繰り返し単位
４０２平行平板線路
４０３伝送線路
４０４インダクタンス（スリット１０７によるインダクタンス）
４０５インダクタンス（第１の導体ビア１０３によるインダクタンス）
１１０１クリアランス

Claims

第１の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンと対向するように配設された第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第１の伝送線路と、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対して第１の伝送線路とは反対側の層に、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第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の伝送線路の一端とを接続する第２の導体ビアと、
前記第１の伝送線路または前記第２の伝送線路と平面視で一部交差するように前記第２の導体プレーン上に形成されたスリットと
を有することを特徴とする構造体。
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、前記第２の導体ビア、および、前記スリットは、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造を構成していることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記第２の導体プレーンと前記第１の伝送線路との間の距離が、前記第１の導体プレーンと前記第１の伝送線路との間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
前記スリットの電気長が、前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路と前記第２の導体ビアとによって構成されるオープンスタブの電気長の２倍以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の構造体。
前記スリットの電気長をＬとしたとき、前記スリットが、少なくとも、当該スリットのスリット端から（Ｌ／２−Ｌ／４）以上かつ（Ｌ／２＋Ｌ／４）以下の位置において前記第１の伝送線路または前記第２の伝送線路と平面視で重なっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の構造体。
前記第１の伝送線路と前記第２の伝送線路と前記第２の導体ビアとによって構成されるオープンスタブの電気長をＤとしたとき、前記第１の伝送線路が、少なくとも、当該第１の伝送線路と前記第１の導体ビアとの接続点から（Ｄ／８）以下の範囲内の位置において前記スリットと平面視で重なっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の構造体。
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路の形状がスパイラル形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の構造体。
前記第１の導体ビアが、スパイラル形状をした前記第１の伝送線路の外周に配置されることを特徴とする請求項７に記載の構造体。
第１の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンと対向するように配設された第２の導体プレーンと、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第１の伝送線路と、
前記第１の導体プレーンおよび前記第２の導体プレーンのいずれとも異なる層に形成され、かつ、前記第２の導体プレーンに対して第１の伝送線路とは反対側の層に、前記第２の導体プレーンに対向して配設された第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の伝送線路の一端とを接続する第２の導体ビアと、
前記第１の伝送線路または前記第２の伝送線路と平面視で一部交差するように前記第２の導体プレーン上に形成されたスリットと
を有する構造体を含むことを特徴とする配線基板。
前記第１の導体プレーン、前記第２の導体プレーン、前記第１の伝送線路、前記第２の伝送線路、前記第１の導体ビア、前記第２の導体ビア、および、前記スリットは、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造を構成していることを特徴とする請求項９に記載の配線基板。