JP6593350B2 - 構造体および配線基板 - Google Patents

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ＥＰＧ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の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとは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、かつ、一端が開放端である第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続する導体ビアと、
前記第２の導体プレーン上に形成され、かつ、前記第１の伝送線路と平面視で重なる位置を起点として、前記第１の伝送線路の両側に延伸しているスリットと、
を少なくとも備えて構成されることを特徴とする。

（２）本発明による配線基板は、
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の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとは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、かつ、一端が開放端である第１の伝送線路と、
前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続する導体ビアと、
前記第２の導体プレーン上に形成され、かつ、前記第１の伝送線路と平面視で重なる位置を起点として、前記第１の伝送線路の両側に延伸しているスリットと、
を少なくとも備えて構成される構造体を有していることを特徴とする。

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の導体プレーンと、該第２の導体プレーンに対向する位置にオープンスタブとして機能する第１の伝送線路を備えるとともに、前記第１導体プレーンと導体ビアを介して他端を接続した前記第１の伝送線路に関する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構造を実現することができる。

本発明に係る第１の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第１の実施の形態における構造体の斜視図である。 第１の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る。 第１の実施の形態におけるＥＢＧ構造の分散関係（波数と周波数との関係）の一例を示す説明図である。 本発明に係る第１の実施の形態の第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。 本発明に係る第１の実施の形態の第１の変形例の効果を表す電磁界解析結果の一例を示す特性図である。 本発明に係る第１の実施の形態の第２の変形例における構造体の外観を示す斜視図である。 図１０に示した構造体の上面の一例を示す上面図である。 本発明に係る第１の実施の形態の第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１２に示した構造体の断面構造の一例を示す断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態として図１に示した構造体のスリットと第１の伝送線路とが図１とは異なる位置で重なる例を示す斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態として図１に示した構造体のスリットが複数配置されている例を示す斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の第４の変形例における構造体の外観を示す斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の第４の変形例における構造体の図１６とは異なる配置例の外観を示す斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の第４の変形例における構造体の図１６、図１７とはさらに異なる配置例の外観を示す斜視図である。

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設けられた第２の導体プレーンと、前記第２の導体プレーンに対向するように設けられ、かつ、一端が開放端（オープン端）である第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続する導体ビアと、前記第２の導体プレーン上に形成され、かつ、前記第１の伝送線路と平面視で重なる位置を起点として、前記第１の伝送線路の両側に延伸しているスリットと、を少なくとも備えて構成され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。

［第１の実施の形態］
（第１の実施の形態の構成例）
まず、第１の実施の形態に係る構造体の構成について、図１ないし図１３の各図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態における構造体の外観を示す斜視図であり、本第１の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、本第１の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、導体ビア１０６（第１の導体ビア）、および、スリット１０５（インダクタンス付与部材）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。第１の伝送線路１０４は、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て、一端が開放端（オープン端）となり、他端が導体ビア１０６を介して第１の導体プレーン１０１と接続されており、オープンスタブとして機能する。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には、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。

また、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１０７の上面から下面にかけて延設されている。スリット１０５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と平面視で重なる位置、すなわち、第１の伝送線路１０４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軸方向に延伸して設けられている。

以下に、本第１の実施の形態の構造体に関し、さらに詳細に説明する。本第１の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、次に説明するような単位構造１０３を備えて構成される。

つまり、単位構造１０３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と異なる層に配設された第１の伝送線路１０４と、第２の導体プレーン１０２に形成されたスリット１０５と、第１の伝送線路１０４の他端と第１の導体プレーン１０１とを電気的に接続する導体ビア１０６と、を少なくとも有して構成されている。スリット１０５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。

ここで、スリット１０５の長さすなわちスリット長をＬ、第１の伝送線路１０４の伝送線路長をＤとしたとき、スリット長Ｌは、通常、第１の伝送線路１０４の伝送線路長Ｄの２倍以下（Ｌ≦２×Ｄ）とすることが、スリット１０５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１０５が、可能ならば、スリット１０５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、第１の伝送線路１０４と導体ビア１０６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１０５と平面視で重なっているようにすれば、特に第１バンドギャップに対して、スリット１０５による小型化効果をより大きく得ることができるため、より望ましい。

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

また、導体ビア１０６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１０７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の他端と第１の導体プレーン１０１とを電気的に接続している。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、スリット１０５、導体ビア１０６により、繰り返して多数配列することが可能な単位構造１０３が構成される。

図１に示した単位構造１０３のような単一の単位構造１０３の場合であっても、電磁ノイズ特性を有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１０３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第１の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の単位構造１０３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１０３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１０３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１０３が多数個配列されている場合を示したが、単位構造１０３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、もしくは、スリット１０５の形状が異なっているような、多数の種類の単位構造１０３が配列されていても構わない。

（第１の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、本第１の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、本第１の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、本第１の実施の形態におけるＥＢＧ構造の分散関係（波数と周波数との関係）の一例を示す説明図であり、本第１の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、本第１の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１０３に該当する繰り返し単位３０１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３０２、オープンスタブの第１の伝送線路１０４に該当する伝送線路３０３と、第１の伝送線路１０４の途中に取り付けられたスリット１０５によるインダクタンス３０４と、導体ビア１０６によるインダクタンス３０５と、からなっている。該繰り返し単位３０１は、図３に示した単位構造１０３の１つの等価回路となっており、この構造が無限個周期的に配列された状況を仮定することにより、本第１の実施の形態の構造体が配列された平行平板線路の分散関係を計算することができる。

スリット１０５により付加されるインダクタンスは、スリット１０５が形成するショートスタブに由来し、ｘ軸方向に沿って第１の伝送線路１０４の両側に伸びたスリット１０５がそれぞれショートスタブとして振舞う。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１０５が形成するショートスタブは、インダクタンスとして振舞う。そのため、本第１の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４に記載した等価回路図から計算される繰り返し単位３０１のＡＢＣＤ行列に対し、ブロッホ（Ｂｌｏｃｈ）の周期境界条件を課して、本単位構造１０３の構造体が周期的に無限個配置された平行平板線路の分散関係を計算することによって、バンドギャップ周波数を計算することができる。

図５は、本第１の実施の形態におけるＥＢＧ構造の分散関係（波数と周波数との関係）の一例を示す説明図であり、図３に示すように、図１に示す単位構造１０３の構造体が周期的に無限個配置された場合の平行平板線路の分散関係を計算した結果として得られる分散関係を示している。図５の縦軸は周波数を示し、横軸は波数と繰り返し単位３０１（単位構造１０３）とを掛け合わせた値を示し、繰り返し単位（単位構造１０３）ごとに伝搬する電磁波の位相がどれだけ回転するかを示している。

図５のＡは、スリット１０５がない場合の構造体の分散関係を示し、図５のＢは、スリット１０５により付加されるインダクタンス３０４の値として１ｎＨの値を用いた場合の本第１の実施の形態における構造体の分散関係を示している。また、図５のＣは、スリット１０５により付加されるインダクタンスの値として２ｎＨの値を用いた場合の本第１の実施の形態における構造体の分散関係を示している。なお、図５のＢ、Ｃの分散関係を計算するに当たって、スリット１０５の位置、すなわち、導体ビア１０６との接続部からスリット１０５までの伝送線路長ｌ_１として、０ｍｍの値を用いている。

スリット１０５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１０５をスロットラインとして動作するように励振することが必要である。そのためには、第１の伝送線路１０４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１０５の両端に電荷を誘起するように、電流が流れていることが必要である。

第１の伝送線路１０４および第１の伝送線路１０４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３０２の寄与、導体ビア１０６によるインダクタンス３０５の寄与を無視すると、バンドギャップ周波数帯として図５の塗りつぶし部に示すように、第１バンドギャップ（１^ｓｔ ＢＧ）の下限周波数においては、導体ビア１０６との接続部からオープン端に進むにつれて、電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^ｓｔ ＢＧ）の上限周波数においては、導体ビア１０６との接続部からオープン端に進むにつれて、電界流強度が節、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^ｎｄ ＢＧ）の下限周波数においては、導体ビア１０６との接続部からオープン端に進むにつれて、電界流強度が腹、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^ｎｄ ＢＧ）の上限周波数においては、導体ビア１０６との接続部からオープン端に進むにつれて、電界流強度が節、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^ｔｈ ＢＧ：（ｎ：自然数））についても、下限周波数においては、導体ビア１０６との接続部から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、導体ビア１０６との接続点からオープン端に進むにつれて、電界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１０５の付加位置を導体ビア１０６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^ｔｈ ＢＧ）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１０５を設けることになり、スリット１０５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に示すように、第１の伝送線路１０４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、第１の伝送線路１０４の電気長が延長されることを意味する。本第１の実施の形態の構造体においては、第１の伝送線路１０４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１０５による、インダクタンス３０４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１０５がある構造を、スリット１０５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１０５の付加位置を導体ビア１０６との接続部の付近（ｌ_１＝０ｍｍ）に設けることにより、スリット１０５は、第ｎバンドギャップ（ｎ^ｔｈ ＢＧ）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^ｔｈ ＢＧ）の上限周波数においては、導体ビア１０６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。

以上に説明した事象については、図５のＡ、Ｂ、Ｃの説明図から容易に理解することができる。スリット１０５により付加されるインダクタンス値Ｈが１ｎＨの図５のＢの場合は、スリットが存在しない図５のＡの場合と比較し、第１バンドギャップ（１^ｓｔ ＢＧ）の下限周波数が下がっている。スリット１０５により付加されるインダクタンス値Ｈが２ｎＨと付加インダクタンス値がさらに大きい図５のＣの場合は、さらに大きく、第１バンドギャップ（１^ｓｔ ＢＧ）の下限周波数が下がっている。一方、第１バンドギャップ（１^ｓｔ ＢＧ）の上限周波数については、図５のＡ、Ｂ、Ｃのいずれにおいても、ほぼ同一である。

また、第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）についても、図５のＡからＢ、Ｃと付加インダクタンスの値が大きくなるにつれて、下限周波数が下がっている。一方、第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）の上限周波数も、図５のＡからＢ、Ｃと付加インダクタンスの値が大きくなるにつれて、同様に下がっている。

第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）の上限周波数も付加インダクタンスの値が大きくなるにつれて同様に低下する要因については、前述した電流定在波の存在に関する説明においては、平行平板線路３０２の寄与、導体ビア１０６によるインダクタンス３０５の寄与を無視した場合について説明してきたが、図５の分散関係を実際に計算する際には、平行平板線路３０２の寄与、導体ビア１０６によるインダクタンス３０５の寄与を考慮しているため、第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）の上限周波数においては、ｌ_１＝０ｍｍであっても、電流定在波が完全な節とはなっていないためである。したがって、第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）については、第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）の下限周波数のみならず、第２バンドギャップ（２^ｎｄ ＢＧ）の上限周波数においても、スリット１０５により付加されるインダクタンス３０４に基づいて得られる第１の伝送線路１０４の電気長を延長するという効果が現れている。

（第１の実施の形態の変形例）
次に、第１の実施の形態の変形例について説明する。

（第１の実施の形態の第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、一端がオープン端になっており、かつ、他端が導体ビア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。前述の第１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の変形形状の場合には、第１の伝送線路１０４の形状に応じて、スリット１０５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の形状がスパイラル形状の場合においては、スリット１０５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、導体ビア１０６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、本発明に係る第１の実施の形態の第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の伝送線路１０４およびスリット１０５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は、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り、図６にＡ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に示すように、第１の伝送線路１０４のスパイラル形状に応じて、スリット１０５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の形状を、図６、図７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の形状を、不規則な形状とすることにより、他の構造物等を避けて、第１の伝送線路１０４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。

図９は、本発明に係る第１の実施の形態の第１の変形例の効果を表す電磁界解析結果の一例を示す特性図であり、横軸は周波数を、縦軸は伝搬特性Ｓ_２１（挿入損失）を示している。図９中の実線のグラフは、図６、図７もしくは図８に示す構造体を５つ縦列に配列した配置の平行平板線路の伝搬特性Ｓ_２１を示し、図９中の破線のグラフは、図６、図７もしくは図８に示す構造体からスリット１０５のみを除去した場合の構造体を５つ縦列に配列した平行平板線路の伝搬特性Ｓ_２１を示している。

図９に示すように、スリット１０５の効果により、第１バンドギャップ（１^ｓｔ ＢＧ）周波数（通過特性すなわち伝搬特性Ｓ_２１が最小となる周波数と定義した周波数）が、低周波数側にシフトしていることが分かる。このことは、伝送線路の長さを延長せずに、バンドギャップ周波数の低周波数化を実現しているということであり、伝送線路の長さの短縮、つまりは、構造体の小型化を可能にしていることを意味している。

（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、第２の変形例として、スリット１０５の配置・形状に関する変形例について説明する。スリット１０５の形状は、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ｘ軸方向に延伸していれば、どのような配置・形状であっても良い。前述の第１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１０５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、スパイラル形状をしていても良いし、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１０５は第１の伝送線路１０４と複数回交差するように配置されていても良い。

また、スリット１０５と第１の伝送線路１０４とが、z軸方向において重なる位置は、必ずしも第１の伝送線路１０４と導体ビア１０６との接続点付近にある必要はなく、図１４に示すように、第１の伝送線路１０４と導体ビア１０６との接続点付近から離れていても良い。図１４は、本発明に係る第１の実施の形態として図１に示した構造体のスリット１０５と第１の伝送線路１０４とが図１とは異なる位置で重なる例を示す斜視図である。

また、スリット１０５の個数も必ずしも1つである必要はない。例えば、図１５に示すように、同一の第１の伝送線路１０４に対して、複数のスリット１０５ａ、１０５ｂが配置されていても良い。図１５は、本発明に係る第１の実施の形態として図１に示した構造体のスリット１０５が複数配置されている例を示す斜視図である。図１５の場合、複数のスリット１０５ａ、スリット１０５ｂは、それぞれ、第１の伝送線路１０４に付加されたインダクタンスとして機能し、スリット１０５ａにさらにスリット１０５ｂを追加することにより、スリット１０５ａ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数化する効果が期待できる。

なお、前述の例では、スリット１０５が２つの場合を示したが、当然、スリットは２つである必要はなく、３つ、４つ、もしくは、それ以上の数のスリット１０５が配置されていても良い。

図１０は、本発明に係る第１の実施の形態の第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１０５をミアンダ形状とした場合の一例を示している。また、図１１は、図１０に示した構造体の一方の面（上面）の一例を示す上面図である。なお、本第２の変形例の図１０、図１１においては、第１の伝送線路１０４の形状は、前述の図１、図２、図３の場合と同様、直線形状の場合を示している。

（第１の実施の形態の第３の変形例）
次に、第３の変形例として、第１の伝送線路１０４の配置に関する変形例について説明する。前述の第１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いる場合を示したが、例えば、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。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、途中に介在する第２の導体プレーン１０２と導体ビア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１２１を配置することが必要になる。

図１２は、本発明に係る第１の実施の形態の第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１３は、図１２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１３の断面図は、図１２に示したＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ間の断面を示している。

さらに詳しく説明すると、次の通りである。図１２、図１３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１０７と、第１の誘電体層１０７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１０８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１０７の厚さ方向の他方側（下面側）に配設されているが、第２の導体プレーン１０２は、第２の誘電体層１０８の一方側（上面側）に配設されている図１、図２に示したＥＢＧ構造とは異なり、第１の誘電体層１０７の一方側（上面側）と第２の誘電体層１０８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、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２の誘電体層１０８の厚さ方向（ｚ軸方向）の一方側（上面側）に配設されているが、図１、図２に示したＥＢＧ構造と同様、第２の導体プレーン１０２に対向して、図１２のｙ軸方向に延伸しており、一端が開放端（オープン端）となり、他端が導体ビア１０６を介して第１の導体プレーン１０１と接続されており、オープンスタブとして機能する。

さらに、スリット１０５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。導体ビア１０６は、図１、図２に示したＥＢＧ構造と同様、第１の伝送線路１０４の他端と第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２の誘電体層１０８の上面から第１の誘電体層１０７の下面にかけて延設されている。ただし、図１２、図１３に示すＥＢＧ構造においては、第２の導体プレーン１０２が第１の誘電体層１０７の一方側（上面側）と第２の誘電体層１０８の他方側（下面側）との間に配設されているので、導体ビア１０６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１３に示すように、導体ビア１０６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１２１を設けることが必要になる。

なお、前述した第１の実施の形態においては、図１ないし図３に示すように、第２の導体プレーン１０２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の実効比誘電率を増加させたり、第１の伝送線路１０４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１３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。

（第１の実施の形態の第４の変形例）
次に、第４の変形例として、第１の伝送線路１０４の変形例について記載する。本第４の変形例においては、第１の伝送線路１０４として２つの第１の伝送線路１０４ａ、第２の伝送線路１０４ｂが存在し、第１の伝送線路１０４ａの一端および第２の伝送線路１０４ｂの一端のそれぞれが、同一の第１の導体ビア１０６により第１の導体プレーン１０１に接続されている。図１６は、本発明に係る第１の実施の形態の第４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として２つの第１の伝送線路１０４ａ、第２の伝送線路１０４ｂが存在する例を示している。

図１６に示す例では、第１の伝送線路１０４ａと第２の伝送線路１０４ｂとが、それぞれ、y軸に沿って互いに逆方向に延伸するように配置されている。ここで、第１の伝送線路１０４ａに対しては、スリット１０５ａが配置されている。一方、第２の伝送線路１０４ｂに対しては、スリット１０５ｂが配置されている。

また、図１７に示す例では、第１の伝送線路１０４ａと、第１の伝送線路１０４ｂとがともにy軸に沿って同方向に延伸するように配置されており、同一のスリット１０５により、第１の伝送線路１０４ａ、第１の伝送線路１０４ｂにインダクタンスが付加されている。図１７は、本発明に係る第１の実施の形態の第４の変形例における構造体の図１６とは異なる配置例の外観を示す斜視図であり、第１の伝送線路１０４として２つの第１の伝送線路１０４ａ、第２の伝送線路１０４ｂがｙ軸に沿って同方向に存在する例を示している。

また、第１の伝送線路１０４が途中で分岐した構成も考えることができる。図１８に示す例では、主線路である第１の伝送線路１０４が分岐し、分岐線路１０４ｃを有している。図１８は、本発明に係る第１の実施の形態の第４の変形例における構造体の図１６、図１７とはさらに異なる配置例の外観を示す斜視図であり、第１の伝送線路１０４が途中で分岐している例を示している。分岐線路１０４ｃにより、第１の伝送線路１０４から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。図１８の例では、主線路の第１の伝送線路１０４は、スリット１０５によりインダクタンスが付加されており、一方、分岐線路１０４ｃの第１の伝送線路側には、スリット１０５ｃによりインダクタンスが付加されている。

前述の例では、第１の伝送線路１０４が２本の例、もしくは、第１の伝送線路１０４が２つに分岐する例を示したが、当然、２つではなく、３つ、４つもしくはそれ以上となっていても良い。

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２０１５−０２５０９１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 単位構造
１０４ 第１の伝送線路
１０４ａ 第１の伝送線路
１０４ｂ 第２の伝送線路
１０４ｃ 分岐線路
１０５ スリット（インダクタンス付与部材）
１０５ａ スリット
１０５ｂ スリット
１０５ｃ スリット
１０６ 導体ビア（第１の導体ビア）
１０７ 第１の誘電体
１０８ 第２の誘電体
１２１ クリアランス
３０１ 繰り返し単位
３０２ 平行平板線路
３０３ 伝送線路
３０４ インダクタンス（スリット１０５によるインダクタンス）
３０５ インダクタンス（導体ビア１０６によるインダクタンス）

Claims (10)

1. 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第２の導体プレーンと、
   前記第１の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとは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、かつ、一端が開放端である第１の伝送線路と、
   前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続する導体ビアと、
   前記第２の導体プレーン上に形成され、かつ、前記第１の伝送線路と平面視で重なる位置を起点として、前記第１の伝送線路の両側に延伸しているスリットと、
   を備えていることを特徴とする構造体。
2. 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。
3. 前記スリットのスリット長が、前記第１の伝送線路の伝送線路長の２倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
4. 前記スリットのスリット長を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３のいずれかに記載の構造体。
5. 前記第１の伝送線路の伝送線路長を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。
6. 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の（１/２）倍以下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。
7. 前記第１の伝送線路がスパイラル形状をしてい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。
8. 前記導体ビアが、スパイラル形状をした前記第１の伝送線路の外周にあることを特徴とする請求項７に記載の構造体。
9. 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第２の導体プレーンと、
   前記第１の導体プレーンと前記第２の導体プレーンとは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、かつ、一端が開放端である第１の伝送線路と、
   前記第１の伝送線路の他端と前記第１の導体プレーンとを接続する導体ビアと、
   前記第２の導体プレーン上に形成され、かつ、前記第１の伝送線路と平面視で重なる位置を起点として、前記第１の伝送線路の両側に延伸しているスリットと、
   を備えていることを特徴とする配線基板。
10. 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。

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