JPWO2014006796A1 - 構造体及び配線基板 - Google Patents

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Abstract

第２の導体プレーン（１０２）は、第１の導体プレーン（１０１）とは異なる層に形成されており、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）及び第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）に対向しており、一端がオープン端となっている。導体ビア（１０６）は、第１の伝送線路（１０４）の他端と第１の導体プレーン（１０１）とを接続している。島状導体（１１２）は、第１の伝送線路（１０４）のうち導体ビア（１０６）との接続箇所以外の位置に接続しており、第２の導体プレーン（１０２）とは異なる層に位置しており、第２の導体プレーン（１０２）と対向している。

Description

本発明は、構造体及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では、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り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。この電磁波は、導体プレーンに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もたらす。つまり、電磁ノイズを抑える技術を確立することにより、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。
上記問題を解決するために用いられてきた手法として、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や、大きな島状導体プレーンを作成することを避ける方法等がある。しかし、これらの手法には、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では、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Ｈｚ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は数百ＭＨｚ程度までの周波数にしか適用できず、近年無線通信で用いられているような高周波数帯（例えば２．４ＧＨｚや５．２ＧＨｚ帯）には対応できない。また、大きな島状導体プレーンを作成することを避ける手法では、導体プレーンを小さくすることにより、導体プレーンの共振を高周波数側にシフトさせることを原理としている。しかし、実際には、同電位の導体プレーンは直流的に接続する必要がある。その際、島状導体プレーン間の接続部を細くする必要がある。しかし、接続部を細くすることにより該当箇所の自己インダクタンスが増加しスイッチング時の電流流入時の電圧降下が大きくなる。そのため、導体プレーンを小さくするにも実用的な限界がある。
これらの問題点を解決する手法として、例えば特許文献１に挙げられた手法がある。特許文献１，２，３に記載の構造はＥＢＧ（Electromagnetic Bandgap）特性を有する構造（以下、EBG構造と記載）であり、電源プレーン間の電磁波ノイズの伝搬の抑制を目的としている。ＥＢＧを用いると、ＧＨｚ帯に電磁ノイズ抑制効果を設けることができる。また、さらに導体プレーンを小さな島に分割する手法のように電源プレーンに細工をしていないため、電源プレーン自身の自己インダクタンスの増加を招くこともない。
米国特許７２１５００７号明細書 特開２０１０−１９９８８１号公報 特開２０１０−１０１８３号公報
近年の電子機器に搭載される無線機能は複数の周波数帯に対応している場合が多い。このため、ＥＢＧにおいて、複数のバンドギャップの周波数帯域を互いに独立して制御できるのが好ましい。
本発明の目的は、ＥＢＧにおいて、複数のバンドギャップの周波数帯域を互いに独立して制御できるようにすることにある。
本発明によれば、第１の導体と、
前記第１の導体とは異なる層に形成されており、前記第１の導体と対向している第２の導体と、
前記第１の導体及び前記第２の導体とは異なる層に形成されており、前記第２の導体に対向しており、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の伝送線路の他端と前記第１の導体とを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路に接続しており、前記第２の導体との間にキャパシタンスを形成するキャパシタンス付与部材と、
を備える構造体が提供される。
本発明によれば、第１の導体と、
前記第１の導体とは異なる層に形成されており、前記第１の導体と対向している第２の導体と、
前記第１の導体及び前記第２の導体とは異なる層に形成されており、前記第２の導体に対向しており、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の伝送線路の他端と前記第１の導体とを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路に接続しており、前記第２の導体との間にキャパシタンスを形成するキャパシタンス付与部材と、
を備える配線基板が提供される。
本発明によれば、ＥＢＧにおいて、複数のバンドギャップの周波数帯域を互いに独立して制御できる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
実施形態のＥＢＧ構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の等価回路図である。 実施形態のＥＢＧ構造の効果を説明するための図である。 実施形態のＥＢＧ構造の効果を説明するための図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の等価回路図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の構成要素部品を制御するための回路図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の一例を示す図である。 実施形態の実測結果である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、なお、下記の実施形態では、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の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る構造体の構成について、図１から図１１、及び図３４から図３７に基づいて説明する。図１に本実施形態の構造体の断面図を示す。図２は本実施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。図２は図１に示すＡ‐Ａ´間の断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の構造体は、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）、及び島状導体１１２（キャパシタンス付与部材）とを有している。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及び第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に対向しており、一端がオープン端となっている。導体ビア１０６は、第１の伝送線路１０４の他端と第１の導体プレーン１０１とを接続している。島状導体１１２は、第１の伝送線路１０４のうち導体ビア１０６との接続箇所以外の部分に接続しており、第２の導体プレーン１０２とは異なる層に位置しており、第２の導体プレーン１０２と対向している。以下、詳細に説明する。
本実施形態に係る構造体は、例えばプリント配線基板などの配線基板内に形成されており、ＥＢＧ（Electromagnetic Band gap）構造を有している。このＥＢＧ構造は、厚さ方向に間隔をあけて平行に配置された第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、後述する単位構造１０３と、を備えている。単位構造１０３は、第１の導体プレーン１０１及び第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、伝送線路１０４と第２の導体プレーン１０２との間にキャパシタンスを形成する構造体１０５と、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、を有している。キャパシタンスを形成する構造体１０５は、伝送線路１０４の途中、すなわち伝送線路１０４のうち両端以外の部分に接続される形で設けられている。なお、構造体１０５は、伝送線路１０４の導体ビア１０６との接続箇所以外の位置に接続されていても良い。
詳しく説明すると、ＥＢＧ構造は、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、第１の誘電体層１０７の厚さ方向の他方側（下面）に配設されており、第２の導体プレーン１０２は、第１の誘電体層１０７と第２の誘電体層１０８との間に配設されている。また、導体ビア１０６は、厚さ方向に延伸されており、第２の誘電体層１０８の一方側（上面）から第１の誘電体層１０７の他方側（下面）にかけて延設されている。また、伝送線路１０４は、第２の誘電体層１０８の厚さ方向の一方側（上面）に配設されており、さらに構造体１０５は、伝送線路１０４と第２の導体プレーン１０２との間にキャパシタンスを形成するように伝送線路１０４の途中に接続している。本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５は、伝送線路１０４と同一の平面内に配置された島状導体１１２と、島状導体１１２と伝送線路１０４を接続する導体接続部１１３より構成されている。
伝送線路１０４は、第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されており、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路である。伝送線路１０４は、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、オープンスタブとして機能する。伝送線路１０４の他端（図１における左側の端部）と第１の導体プレーン１０１とは、厚さ方向に延伸された導体ビア１０６を介して電気的に接続されている。第２の導体プレーン１０２には、導体ビア１０６に対応する位置にクリアランス１１０が設けられており、このクリアランス１１０によって導体ビア１０６と第２の導体プレーン１０２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。
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ｘｙ平面内の任意の直線に沿った方向の等価回路図である。図４は、本実施形態の並列アドミタンス部のアドミタンスの虚部の周波数依存性のグラフであり、図５は、本実施形態におけるＥＢＧ構造の分散関係（波数と周波数の関係）である。
図３に示すように、本実施形態の等価回路において、繰り返し単位３０１は、直列インピーダンス部３０２と並列アドミタンス部３０３とで構成される。直列インピーダンス部３０２は、第１、第２の導体プレーン１０１、１０２から構成される平行平板線路のインダクタンス３０４からなる。並列アドミタンス部３０３は、第１、第２の導体プレーン１０１，１０２から構成される平行平板線路のキャパシタンス３０５と、導体ビア１０６によるインダクタンス３０６と、伝送線路３０７（１０４）（オープンスタブ）と、伝送線路３０７（１０４）の途中に取り付けられた構造体１０５によるキャパシタンス３０８からなる。この繰り返し単位３０１が少なくとも１つ以上連なって接続されることにより、本実施形態のＥＢＧ構造の等価回路が形成される。
本実施形態のＥＢＧ構造では、並列アドミタンス部３０３がインダクタンス性を示す周波数帯にバンドギャップを生じる。直列インピーダンス部３０２のインピーダンスと並列アドミタンス部３０２のアドミタンスは次式（１）で表される。
Figure 2014006796
 ・・・（１）

Z : 直列インピーダンス
Y : 並列アドミタンス
ｊ : 虚数単位
ω : 角周波数
LPPW: 平行平板線路インダクタンス
CPPW: 平行平板線路キャパシタンス
Zin: 導体ビアとの接続部から見た伝送線路の入力インピーダンス
Lvia: 導体ビアインダクタンス
導体ビア１０６との接続部から見た伝送線路１０４の入力インピーダンスは、伝送線路３０７（１０４）の途中に挿入されたキャパシタンスを形成する構造体１０５によるキャパシタンスを考慮し、次式（２）で表される。
Figure 2014006796
 ・・・（２）

Zstab0: 伝送線路の特性インピーダンス
Ystab0: 伝送線路の特性アドミタンス
Ysh: 伝送線路の途中に挿入された構造体のアドミタンス
β : 伝送線路の位相定数
ｌstab1： 導体ビアとの接続部から構造体までの伝送線路長
ｌstab2： 構造体からオープン端までの伝送線路長
εeff： 伝送線路を伝搬する電磁波から見た媒質の実効比誘電率
ε0： 真空中の誘電率
μ0： 真空中の透磁率
伝送線路の途中に挿入されたキャパシタンスを形成する構造体のアドミタンスは、次式（３）で表される。
Figure 2014006796
 ・・・（３）

Csh: 伝送線路の途中に挿入された構造体のキャパシタンス
図４は、上記した式（１）、（２）、及び（３）から計算されるアドミタンスの虚部の周波数依存性を示している。計算に使用したパラメータは、平行平板線路のキャパシタンス３０５が０．４７ｐF、導体ビア１０６によるインダクタンス３０６が０．１７ｎH、伝送線路３０７の特性インピーダンスが４０Ω、伝送線路３０７の線路の全長（lstab1とlstab2の和）が１６ｍｍ、伝送線路３０７の実効比誘電率が ４．２である。
図４（a）に示す３つのグラフは、導体ビア１０６側の伝送線路端から構造体１０５によるキャパシタンス３０８までの長さlstab1を５ｍｍとし、それぞれキャパシタンスを形成する構造体によるキャパシタンスを、０ｐF、０．５ｐF、及び１．０ｐFとしたときのアドミタンス虚部の周波数依存性のグラフである。アドミタンスは伝送線路３０７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（ 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４０１、４０２は、Im(Y) が負になっており、インダクタンス性を示す周波数帯である。したがって、これらの周波数帯域４０１、４０２でバンドギャップが生じることが予想される。
また、図４（a）の第２バンドギャップと予想される帯域４０２に着目する。構造体によるキャパシタンス３０８が増加するにつれ、第２バンドギャップと予想される帯域４０２が低周波側にシフトしていることが分かる。この際、第１バンドギャップと予想される周波数帯域４０１はほとんど周波数シフトが起きていない。このため、本構造により第２バンドギャップを選択的に調整できることが予想される。これは、第２バンドギャップにおいて電場の振幅が大きく、第１バンドギャップにおいて電場の振幅が小さい箇所に構造体によるキャパシタンス３０８を配置したからである。
また、図４（b）に示す３つのグラフは、導体ビア側の伝送線路端からキャパシタンスを形成する構造体によるキャパシタンス３０８までの長さlstab1を１１ｍｍとし、それぞれ構造体によるキャパシタンスが０ｐF、１．０ｐF、２．０ｐFとしたときのアドミタンス虚部の周波数依存性のグラフである。こちらのグラフでは、キャパシタンスの値が増えるにつれ第１バンドギャップのみが低周波側にシフトし、第２バンドギャップではほとんど周波数シフトが起きていない。これは、第１バンドギャップにおいて電場振幅が大きく、第２バンドギャップにおいて電場振幅の小さい箇所に構造体によるキャパシタンス３０８を配置したからである。
ここでは、具体例として第１バンドギャップと第２バンドギャップを選択的に調整できるパラメータを使用したが、導体ビア側の伝送線路端から構造体によるキャパシタンス３０８までの長さlstab1を別の値とすることにより、別のバンドギャップも選択的に調整することが可能である。
本実施形態のＥＢＧ構造において、上記の等価回路の繰り返し単位３０１に対応した物理構造を、一定の格子間隔で定義されるｘｙ平面の格子点上に周期的に配置させることを考えると、より厳密なバンドギャップ帯域の計算ができる。図３の等価回路の繰り返し単位３０１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の計算が可能である。
図５は、格子間隔を２．７１ｍｍとしたときの、本実施形態の分散関係である。実際の計算に用いた等価回路は、図３に記載の等価回路とは一部異なっている。具体的には、第１及び第２の導体プレーン１０１，１０２による平行平板線路のインダクタンス３０４、及び第１及び第２の導体プレーン１０１，１０２による平行平板線路のキャパシタンス３０５に対し、伝送線路（平行平板線路）モデルで記述した等価回路を用いた。計算に用いたパラメータは、平行平板線路の特性インピーダンスが３９．４Ωであり、この値は図４の計算に用いた平行平板線路のキャパシタンス３０５の値０．４７ｐＦを反映した値となっている。他のパラメータである平行平板線路のキャパシタンス３０５、ビアによるインダクタンス３０６、伝送線路３０７の特性インピーダンス、伝送線路３０７の線路の全長（lstab1とlstab2の和）、及び伝送線路３０７の実効比誘電率は、図４のグラフの計算に用いたパラメータと同一である。
図５（a）の３つのグラフは導体ビア側の伝送線路端から構造体によるキャパシタンス３０８までの長さlstab1が５ｍｍ、構造体によるキャパシタンスが０ｐF、０．５ｐF、１．０ｐFのパラメータを用いたグラフであり、それぞれ図４（a）の3つのグラフに用いたパラメータと同一である。図５（b）の３つのグラフは、導体ビア側の伝送線路端から構造体によるキャパシタンス３０８までの長さlstab1が１１ｍｍ、構造体によるキャパシタンスが０ｐF、１．０ｐF、２．０ｐFのパラメータを用いたグラフであり、それぞれ図４（b）の３つのグラフに用いたパラメータと同一である。
図５の厳密な計算によるバンドギャップ周波数帯（図中の塗りつぶし部）は、図４で示した周波数帯域４０１、４０２と、ほぼ一致する。このことから、本実施形態のＥＢＧ構造のバンドギャップ周波数帯は、並列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３０３のアドミタンスは上記した式（１）、式（２）、及び式（３）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作成することができる。
図３８に、本実施形態の実測結果を示す。(a)は、第一バンドギャップ帯を調整した構造のSパラメータであり、(b)は、第二バンドギャップ帯を調整した構造のSパラメータである。Sパラメータの通過特性を表すS21の値が、減少している周波数帯がバンドギャップ帯に相当する。図３８より分かる通り、(a)では、第一バンドギャップ帯の周波数特性にほとんど影響を与えずに、第二バンドギャップ帯がシフトしており、(b)では、第二バンドギャップ帯の周波数特性にほとんど影響を与えずに、第一バンドギャップ帯がシフトしている。つまり、本実施形態が現実の基板においても正しく動作することが分かる。
なお、上述した第１の実施形態では、図１に示すように、伝送線路１０４が配設される平面の上部に構造がない場合を示したが、伝送線路１０４の配設される平面の上部に構造があってもよい。
例えば、図６（a）に示すように、伝送線路１０４の配設される平面の上部に、更なる誘電体層（第３の誘電体層６０１）を設けてもよい。この第３の誘電体層６０１を設けることにより、伝送線路１０４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１０４の実効比誘電率が大きいほど伝送線路１０４におけるインピーダンス変換効果の周波数依存性も顕著になる。つまり、より短い伝送線路長で同一の帯域にバンドギャップを設けることが可能である。また、キャパシタンスを形成する構造体１０５によるキャパシタンスは実効比誘電率の増加に伴い大きくなるため、第３の誘電体層６０１がないときと同等の構造でより大きなキャパシタンス値を得ることができる、つまり、バンドギャップをより大きく調整できる。したがって、本実施形態のＥＢＧ構造の小型化を目的にする場合、更なる第３の誘電体層６０１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、ＥＢＧ構造の小型化を目的とせず、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、例えば、図６（ｂ）に示すように、第３の誘電体層６０１の上部にさらに、第３の導体プレーン６０２があってもよい。この場合、第３の導体プレーンにより、伝送線路１０４が遮蔽されるため、伝送線路１０４の不要な電磁放射を抑えることができる。また、当然、さらに上部、または、下部に誘電体層、導体層が積層されていてもよい。
また、伝送線路１０４は一端がオープン端になっており、導体ビア１０６に接続されていれば、どのような配置・形状でも上記した作用及び効果に何ら影響を与えるものではない。上述した本実施形態では、図２に示すように、伝送線路１０４が周囲のクリアランス１１０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１１０等との干渉がなければ、当然軸と平行に配置してもよい。
また、上述した本実施形態では、図２に示すように伝送線路１０４が直線形状の場合を示したが、直線形状である必要はなく、例えば、伝送線路１０４を図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を確保することが可能となる。また、全く不規則に引き回した形状にしてもよい。この場合伝送線路１０４を、別の構造物、例えば別の単位構造の伝送線路等を避けて配設することができる。
また、キャパシタンスを形成する構造体１０５を構成する島状導体１１２の形状は、どのような形状でも上記した作用及び効果に何ら影響を与えるものではない。図２では、島状導体１１２の形状が方形のものを示したが、図８に示すように円形や、楕円形であってもよいし、また全く別の形状、例えば多角形状であってもよい。
また、図９に示すように、導体ビア１０６に長さの異なる２つの伝送線路１０４Ａおよび伝送線路１０４Ｂが接続された構成を考えることもできる。なお、伝送線路１０４Ａには、キャパシタンスを形成する構造体１０５Ａが接続しており、伝送線路１０４Ｂには、キャパシタンスを構成する構造体１０５Ｂが接続している。この場合は伝送線路１０４Ａ、１０４Ｂのインピーダンス変換周期が異なるため、２つのバンドギャップ帯域を別々に設計することができる。さらに、伝送線路１０４Ａに取り付けられた構造体１０５Ａにより、伝送線路１０４Ａにより生じる複数のバンドギャップのうちある特定のバンドギャップを独立に制御することが可能になる。また、伝送線路１０４Ｂに取り付けられた構造体１０５Ｂにより、伝送線路１０４Ｂにより生じる複数のバンドギャップのうちある特定のバンドギャップを独立に制御することが可能となる。
また、図１０に示すように、１つの伝送線路１０４に複数のキャパシタンスを形成する構造体が設けられた構成も考えることができる。図１０では、伝送線路１０４の途中に第一のキャパシタンスを形成する構造体１０５Ａ、及び第二のキャパシタンスを形成する構造体１０５Ａ´が接続している。それぞれが別のバンドギャップに対して作用するように複数の構造体を設けると、これら複数の構造体の接続位置を調整することにより、複数のバンドギャップを調整することが可能となる。この際、第ｎバンドギャップを調整するために、キャパシタンスを形成する構造体は、伝送線路１０４の長をlosとした時、オープン端から(2k-2)los/2n- los/4nから(2k-2)los/(2n-1)＋los /4n（ここで、k=1,2,...,n）の間に取り付けられる。上記の取り付け位置において、k=1のときには、(2k-2)los/2n- los/4nは、負の値となってしまうため、特にk=1の時に限り、(2k-2)los/2n- los/4nは、(2k-2)los/2nとする。また、いずれかの構造体は、伝送線路１０４のオープン端又はその近傍に取り付けられてもよい。キャパシタンスを形成する構造体が、オープン端から(2k-2)los/2n- los/4nから(2k-2)los/(2n-1) ＋los /4n（ここで、k=1,2,...,n）の間に取り付けられた際には、キャパシタンスを形成する構造体が第ｎバンドギャップ帯を調整するように機能する。また、オープン端又はその付近に取り付けられた、キャパシタンスを形成する構造体は、すべてのバンドギャップを調整するように機能する。ここで、記載したキャパシタンスを形成する構造体の第１の伝送線路１０４への取り付け位置である、オープン端から(2k-2)los/2nから(2k-2)los/(2n-1) の間（ここで、k=1,2,...,n）は、第ｎバンドギャップにおいて電場強度の腹となり得る箇所を記載したものである。一方、第kバンドギャップにおいて電場強度の節となり得る箇所は、オープン端から(2k-１)los/（2n−１）から(2k-１)los/2n（ここで、k=1,2,...,n）の間である。そして、第ｋバンドギャップで節となり、かつ第ｎバンドギャップ帯において腹となる箇所にキャパシタンスを形成する構造体を取り付けることにより、第ｋバンドギャップに対して、第ｎバンドギャップを選択的に、調整することが可能となる。
例えば、第一のキャパシタンスを形成する構造体１０５Ａを伝送線路１０４のオープン端からlos/１６以上（los/3＋los/4）以下の範囲内、より詳しくはlos/3の位置付近に設け、第二のキャパシタンスを形成する構造体１０５Ａ´をオープン端から（los/２-los/８）以上（２los/3＋los/８）以下の範囲内、より詳しくは2los/3の位置付近に設ければ、第一のキャパシタンスを形成する構造体１０５Ａは、第一バンドギャップを調整するように動作し、第二のキャパシタンスを形成する構造体１０５Ａ´は、第二バンドギャップを調整するように動作する。
また、伝送線路１０４及び構造体１０５の形状は、必ずしも、図２のようにすべての単位構造で、配置・形状をそろえる必要はない。例えば、図１１に示すように、表面に実装された部品１１０１を避けるように配線することも考えられる。こうすることで、限られたスペースに高密度な実装が可能となる。
また、上記では、キャパシタンスを形成する構造体１０５が島状導体１１２と導体接続部１１３により構成される例のみを示してきた。しかしこれは、説明の便宜上、導体接続部１１３が存在する場合を示してきただけであり、導体接続部１１３がなく、島状導体１１２のみにより構造体１０５が構成される場合、すなわち島状導体１１２が直接伝送線路１０４に接続する場合も同様の効果を有する。
この構成の単位構造の断面図を図３４に示す。この構成の場合であっても、上記で説明した構成と同様の効果を有する。また、上記で説明してきた他の構成についても、構造体１０５が島状導体１１２のみにより構成されている構成を当然考えることができる。例えば、図３５は、伝送線路１０４の両側に構造体１０５Ａ及び構造体１０５Ｂを取り付けた例である。また、図３６は、図９に準じた構成において、キャパシタンスを形成する構造体１０５が島状導体１１２のみで構成されている例であり、当然図９の説明箇所に記載したのと同様の効果を持つ。図３７は、図１０に準じた構成において、キャパシタンスを形成する構造体１０５が島状導体１１２のみで構成されている例で有り、当然図１０の説明箇所に記載したのと同様の効果を持つ。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る構造体の構成について、図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２及び図１３は本実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の断面図である。なお、本実施形態のＥＢＧ構造は、上述した第１の実施形態のＥＢＧ構造の変形例であり、上述した第１の実施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。
本実施形態のＥＢＧ構造は、図１２に示すように、伝送線路１０４が、厚さ方向において第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とで挟まれた領域の内側に設けられている点が第１の実施形態とは異なる。詳しく説明すると、本実施形態のＥＢＧ構造は、第１の誘電体層１０７の厚さ方向の他方側（下面）に第１の導体プレーン１０１が配設され、第２の誘電体層１０８の厚さ方向の一方側（上面）に第２の導体プレーン１０２が配設されている。第１の誘電体層１０７と第２の誘電体層１０８に挟まれた中間層には、第２の導体プレーン１０２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の実施形態における伝送線路１０４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、導体ビア１０６を介して第１の導体プレーン１０１と電気的に接続されている。さらに、伝送線路１０４の途中には、キャパシタンスを形成する構造体１０５が、伝送線路１０４と第２の導体プレーン１０２との間にキャパシタンスを形成するように設けられている。
本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５は、伝送線路１０４と同一の平面内に配置された島状導体１１２と、島状導体１１２と伝送線路１０４を接続する導体接続部１１３より構成される。また、上述した第１の実施形態と同様に、伝送線路１０４、キャパシタンスを形成する構造体１０５、および導体ビア１０６が並列シャント部として機能する。また、第２の導体プレーン１０２に設けられたクリアランス１１０により、導体ビア１０６と第２の導体プレーン１０２とが電気的に切り離され、電気的に接触しない構造となっている。本実施形態における単位構造１０３の配置、および伝送線路１０４の配置・形状、キャパシタンスを形成する構造体１０５の伝送線路１０４への取り付け位置・形状は、上述した第１の実施形態と同様である。
本実施形態のＥＢＧ構造では、伝送線路１０４及びキャパシタンスを形成する構造体１０５が２つの導体プレーン１０１，１０２によって遮蔽されるため、伝送線路１０４、キャパシタンスを形成する構造体１０５から不要な電磁波が外部へ放射されることを抑制できる。
なお、上述した本実施形態では、図１２に示すように、導体ビア１０６が貫通ビアの場合を示したが、導体ビア１０６と第１の導体プレーン１０１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１３に示すように、非貫通ビアの導体ビア１０６´が設けられていても本実施形態の効果に何ら影響を与えない。
また、図１３に示すＥＢＧ構造の場合は、第２の導体プレーン１０２にクリアランス１１０を設ける必要がないため、クリアランス１１０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の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る構造体の構成について、図１４から図１９に基づいて説明する。本実施形態は、第１の実施形態の変形例で有るため、第１の実施形態と同様の箇所については、説明を省略する。本実施形態は、キャパシタンスを形成する構造体１０５の実装形態が第１の実施形態と異なる。
図１４、図１５は、本実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の断面図である。図１４（a）は、図１４（b）Ａ−Ａ´、図１４(c)Ｂ−Ｂ´の断面図であり、図１４(b)は、図１４(a)のＡ−Ａ´の断面図であり、図１４(c)は、図１４(a)のＢ−Ｂ´の断面図である。図１５（a）は、図１５（b）Ａ−Ａ´断面図及び図１５(c)Ｂ−Ｂ´の断面図であり、図１５(b)は、図１５(a)のＡ−Ａ´の断面図であり、図１５(c)は、図１５(a)のＢ−Ｂ´の断面図である。本実施形態のＥＢＧ構造は、図１４(a)、図１５(a)に示すように、キャパシタンスを形成する構造体１０５が、伝送線路１０４が配設される平面とは異なる層を利用して設けられている点が第１の実施形態、及び第２の実施形態とは異なる。
まず、本実施形態のＥＢＧ構造が、第１の実施形態に準じて伝送線路１０４が第２の誘電体層１０８の上側に配設されている場合を考える。詳しく説明すると、第１の誘電体層１０７と第２の誘電体層１０８の間には第４の誘電体層１４０１が追加で設けられ、第４の誘電体層の一方側（図１４の例では下面）を利用してキャパシタンスを形成する構造体１０５が構成される。この際、第２の導体プレーン１０２は第４の誘電体層１４０１の上面に設けられる。
本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５は、導体ビア１４０２と島状導体１１２（図１４）、または、導体ビア１４０２と導体部１４０５と島状導体１１２（図１５）により構成される。
図１４は導体ビア１４０２と島状導体１１２により構成されている一例である。島状導体１１２は第４の誘電体層１４０１の下面に設けられており、第４の誘電体層１４０１の下面から第２の誘電体層１０８の上面に向かって厚さ方向に延伸する導体ビア１４０２により伝送線路と電気的に接続されている。この際、導体ビア１４０２と第２の導体プレーン１０２を電気的に切り離すために、第２の導体プレーンの導体ビア１４０２に対応する位置にクリアランス１４０４が設けられる。図１４では、島状導体１１２と伝送線路１０４が上面視で重なっているため導体ビア１４０２のみによって接続されているが、仮に島状導体１１２と伝送線路１０４が上面視で重なっていないような配置であれば、図１５に示すように島状導体１１２を伝送線路１０４と上面視で重なる位置まで引き延ばす導体部１４０５を設けて、導体部１４０５と導体ビア１４０２を介して島状導体１１２と伝送線路１０４を接続すればよい。また、図１５では、島状導体１１２が配置されている面内を利用して、島状導体１１２を導体部１４０５により引き延ばしているが、伝送線路１０４が配設されている面内を利用して、伝送線路１０４を導体部１４０５により引き延ばして、導体部１４０５と導体ビア１４０２を介して伝送線路１０４と島状導体１１２を電気的に接続してもよい。島状導体１１２は、第２の導体プレーン１０２と対向しており島状導体１１２と第２の導体プレーン１０２の間にキャパシタンスを形成する。
また、上述した第１の実施形態と同様に、伝送線路１０４、キャパシタンスを形成する構造体１０５、および導体ビア１０６が並列アドミタンス部として機能する。本実施形態における単位構造１０３の配置、伝送線路１０４の配置・形状、及び、キャパシタンスを形成する構造体１０５を構成する島状導体１１２の伝送線路１０４への取り付け位置・形状は、第１の実施形態と同様である。
本実施形態のＥＢＧ構造では、キャパシタンスを形成する構造体１０５を構成する島状導体１１２が伝送線路１０４とは別の層に配置されているため、伝送線路１０４と同一層に島状導体１１２を配置した場合と比較し、同等の効果を維持しつつ上面視における実装スペースを小さくすることが可能である。
なお、上述した本実施形態では、図１４、図１５に示すように、導体ビア１４０２が非貫通ビアの場合を示したが、導体ビア１４０２が第２の導体プレーン１０２と島状導体１１２（もしくは導体部１４０５）を電気的に接続していれば、非貫通ビアである必要はない。例えば、図１６に示すように、導体ビア１４０２の代わりに貫通している導体ビア１４０２´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。この場合、第１の導体プレーン１０１の導体ビア１４０２´に対応する位置に導体ビア１４０２´と第１の導体プレーンの電気的接触を避けるためにクリアランス１４０６を設ける必要がある。
以上、第１の実施形態に準じた場合について説明したが、当然、第２の実施形態に準じて伝送線路１０４が第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とで挟まれた領域の内側に設けられている構成についても本実施形態を考えることができる。
図１７、図１８は、第２の実施形態に準じた本実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の断面図である。図１７（a）は、図１７（b）のＡ−Ａ´断面図及び図１７(c)のＢ−Ｂ´断面図であり、図１７(b)は、図１７(a)のＡ−Ａ´の断面図であり、図１７(c)は、図１７(a)のＢ−Ｂ´の断面図である。図１８（a）は、図１８（b）のＡ−Ａ´断面図及び図１８(c)のＢ−Ｂ´断面図であり、図１８(b)は、図１８(a)のＡ−Ａ´の断面図であり、図１８(c)は、図１８(a)のＢ−Ｂ´の断面図である。
この構成の場合、図１７、図１８に示すように第２の誘電体層１０８の上部に第４の誘電体層１４０１が追加で設けられており、第４の誘電体層１４０１の上面を利用してキャパシタンスを形成する構造体１０５が配置される。
詳しく説明すると、第１の実施形態に準じた場合と同様に、キャパシタンスを形成する構造体１０５は、導体ビア１４０２と島状導体１１２、または、導体ビア１４０２と導体部１４０５と島状導体１１２により構成される。図１７は導体ビア１４０２と島状導体１１２により構成されている例である。島状導体１１２は第４の誘電体層１４０１の上面に設けられており、第４の誘電体層１４０１の上面から第２の誘電体層１０８の下面に向かって厚さ方向に延伸する導体ビア１４０２により伝送線路１０４と電気的に接続されている。この際、導体ビア１４０２と第２の導体プレーン１０２を電気的に切り離すために、第２の導体プレーン１０２の導体ビア１４０２に対応する位置にクリアランス１４０４が設けられる。図１７では、島状導体１１２と伝送線路１０４が上面視で重なっているため導体ビア１４０２のみによって接続されているが、仮に島状導体１１２が伝送線路１０４と上面視で重なっていない配置の場合には、図１８に示すように島状導体１１２を伝送線路１０４と上面視で重なる位置まで引き延ばす導体部１４０５を設けて、導体部１４０５と導体ビア１４０２を介して島状導体１１２と伝送線路１０４を接続すればよい。また、図１８では、島状導体１１２が配置されている面内において、島状導体１１２を導体部１４０５により引き延ばしているが、伝送線路１０４が配設されている面内において、伝送線路１０４を導体部１４０５により引き延ばして、導体部１４０５と導体ビア１４０２を介して伝送線路１０４と島状導体１１２を電気的に接続してもよい。島状導体１１２は、第２の導体プレーンと対向しており、島状導体１１２と第二の導体プレーン１０２の間にキャパシタンスを形成する。なお、本図に示す例では、導体ビア１０６及び導体ビア１４０２は、非貫通ビアとなっている。具体的には、導体ビア１０６は、第１の誘電体層１０７のみを貫通しており、導体ビア１４０２は、第４の誘電体層１４０１及び第２の誘電体層１０８のみを貫通している。
また、上述した第１の実施形態と同様に、伝送線路１０４、キャパシタンスを形成する構造体１０５、および導体ビア１０６が並列アドミタンス部として機能する。本実施形態における単位構造１０３の配置、および伝送線路１０４の配置・形状と、キャパシタンスを形成する構造体１０５を構成する島状導体１１２の伝送線路１０４への取り付け位置・形状は、第１の実施形態と同様である。
なお、上述した第２の実施形態に準ずる第３の実施形態では、図１７、図１８に示すように、導体ビア１４０２が非貫通ビアの場合を示したが、導体ビア１４０２が第２の導体プレーン１０２と島状導体１１２（もしくは導体部１４０５）を電気的に接続していれば、必ずしも非貫通ビアである必要はない。例えば、図１９に示すように、非貫通の導体ビア１４０２の代わりに貫通している導体ビア１４０２´を設け、非貫通の導体ビア１０６の代わりに貫通している導体ビア１０６´を用いても、本実施形態の効果に何ら影響を与えない。
ただし、貫通している導体ビア１４０２´を用いた場合、導体ビア１４０２´と第１の導体プレーン１０１の電気的接触を避けるために、第１の導体プレーン１０１のうち導体ビア１４０２´に対応する位置にクリアランス１４０６を設ける必要がある。また、貫通している導体ビア１０６´を用いた場合、導体ビア１０６´と第２の導体プレーン１０２の電気的接触を避けるために、第２の導体プレーン１０２のうち導体ビア１０６´に対応する位置にクリアランス１１０を設ける必要がある。また、図１９では、導体ビア１０６´と導体ビア１４０２´がともに貫通ビアである構成を示したが、当然、すべてのビアが貫通ビアである必要はなく片方が貫通ビアであり、もう一方が非貫通ビアであるような構成も考えることができる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る構造体の構成について、図２０から図２９に基づいて説明する。本実施形態は、第１から第３の実施形態の変形例であるため、第１から第３の実施形態と同様の箇所については、説明を省略する。本実施形態は、キャパシタンスを形成する構造体１０５の構造と動作が第１から第３の実施形態と異なる。本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５が、伝送線路である点が第１から第３の実施形態と異なる。この伝送線路は、一端がオープン端になっている。
図２０、図２１は第１の実施形態に準じた本実施形態の断面図である。第１の実施形態に準じた本実施形態では、第２の誘電体層１０８の上面に伝送線路１０４が配置されている。図２０は図２１のＡ−Ａ´の断面図であり、図２１は図２０のＡ−Ａ´の断面図である。図２０、図２１に示す実施形態は、図１、図２に示す第１の実施形態とキャパシタンスを形成する構造体１０５の形状のみが異なり、他の構成要素については、図１、図２に示す第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
第１の実施形態に準じた本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５は、伝送線路１０４と同一の平面内に配設された第２の伝送線路２００１により構成される。第２の伝送線路２００１は伝送線路１０４と同様に第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されており、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路になっている。また、第２の伝送線路２００１は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。第２の伝送線路２００１の他端は、伝送線路１０４の途中に接続されている。
図２２は、本実施形態のｘ-ｙ面内の任意の直線に沿った方向の等価回路である。本実施形態の等価回路は構造体によるキャパシタンス３０８が、一端がオープン端の第二の伝送線路２００１により生じているため、該当部を伝送線路モデルで記述している以外は、第一の実施形態の等価回路図である図３と同様である。一端がオープン端の第二の伝送線路（キャパシタンスを形成する構造体）のアドミタンスは、第一の実施形態の式（３）に代わり、次式（４）で表される。
Figure 2014006796
 ・・・（４）

Yst0: 伝送線路の途中に挿入された構造体の伝送線路の特性アドミタンス
βst: 伝送線路の途中に挿入された構造体の伝送線路の位相定数
lst: 伝送線路の途中に挿入された構造体の伝送線路の伝送線路長
式（４）から直ちにわかるように、伝送線路１０４の途中に挿入された構造体１０５のアドミタンスは、式（４）の正接部（tan部）の位相βstlstがπ/２より小さいときには、キャパシタンスとして振る舞う。つまり、一端がオープン端の伝送線路を用いてキャパシタンスを構成することができるため、第１の実施形態において記述した説明がそのまま本実施形態にも適用できる。
なお、本実施形態における単位構造１０３の配置、および伝送線路１０４の配置・形状、キャパシタンスを形成する構造体１０５の伝送線路１０４への取り付け位置は、上述した第１の実施形態と同様である。つまり、伝送線路１０４は直線形状である必要はなく、ミアンダ形状や、スパイラル形状でも良いし、全く不規則に引きまわした形状にしてもよい。この場合は、小さい実装面積で伝送線路長を確保することが可能となる。また、第１の実施形態と同様、複数の伝送線路１０４が1つの導体ビア１０６に接続されたような構成も考えることも可能であるし、1つの伝送線路１０４に複数のキャパシタンスを形成する構造体１０５である第２の伝送線路２００１が設けられた構造も当然考えることができる。
また、キャパシタンスを形成する構造体１０５である第２の伝送線路２００１の形状は、伝送線路１０４と同様に、必ずしも直線形状である必要はなく、ミアンダ形状やスパイラル形状でも良く、全く不規則に引き回した形状にしてもよい。図２３にスパイラル形状の伝送線路１０４にスパイラル形状の第２の伝送線路２００１を持った本実施形態の単位構造の断面図を示す。図２３（a）は、伝送線路１０４と第二の伝送線路２００１がそれぞれ独立にスパイラル形状を形成している例であり、図２３（ｂ）は伝送線路１０４と第二の伝送線路２００１が入り組んだ形でスパイラル形状を形成している例である。図２３に示した以外にも伝送線路１０４がミアンダ形状であり、第２の伝送線路２００１がスパイラル形状である場合や、伝送線路１０４がスパイラル形状であり、第２の伝送線路２００１がミアンダ形状である場合、伝送線路１０４と第２の伝送線路２００１がともにミアンダ形状である場合、伝送線路１０４と第２の伝送線路２００１がともに不規則に引き回された形状をしている場合など、様々な伝送線路１０４及び第２の伝送線路２００１の引き回しが考えられる。
次に、第２の実施形態に準じた本実施形態について図２４、図２５を用いて説明する。図２４、図２５は、第２の実施形態に準じた本実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の断面図である。図２４(a)は、図２４(b)のＡ−Ａ´の断面図であり、図２４(b)は、図２４(a)のＡ−Ａ´の断面図である。図２５は、図２４における導体ビア１０６を非貫通ビアとした例であり、図２４(a)の断面図に相当した断面図である。
第２の実施形態に準じた本実施形態では、伝送線路１０４が第一の誘電体層１０７の上面に配設されている。第二の実施形態に準じた本実施形態は、第２の実施形態とキャパシタンスを形成する構造体１０５の形状のみが異なり、他の構成要素については、第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
第２の実施形態に準じた本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５は、伝送線路１０４と同一の面に配設された第２の伝送線路２００１により構成される。第２の伝送線路２００１は伝送線路１０４と同様に第２の導体プレーン１０２と対向する平面に配設されており、第２の導体プレーン１０２をリターンパスとする伝送線路になっている。また、第２の伝送線路２００１は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ように構成されている。第２の伝送線路２００１の他端は、伝送線路１０４の途中に接続されている。
本実施形態における単位構造１０３の配置、及び伝送線路１０４の配置・形状、キャパシタンスを形成する構造体１０５である第２の伝送線路２００１の取り付け位置・形状は、上述した第１の実施形態に準じた本実施形態と同様である。
第２の実施形態に準じた本実施形態のＥＢＧ構造では、伝送線路１０４及び第２の伝送線路２００１（キャパシタンスを形成する構造体１０５）が２つの導体プレーン１０１，１０２によって遮蔽されるため、伝送線路１０４、キャパシタンスを形成する構造体１０５から外部へ放射する不要な電磁波を低減することができる。
なお、上述した第二の実施形態に準じた本実施形態では、図２４に示すように、導体ビア１０６が貫通ビアの場合を示したが、導体ビア１０６と第１の導体プレーン１０１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２５に示すように、非貫通ビアの導体ビア１０６´が設けられていても本実施形態の効果に何ら影響を与えない。図２５に示すＥＢＧ構造の場合は、第２の導体プレーン１０２にクリアランス１１０を設ける必要がないため、クリアランス１１０の部分から外部への電磁波放射を無くすことができる。
次に、第３の実施形態に準じた本実施形態について図２６から図２９を用いて説明する。図２６から図２９は、第３の実施形態に準じた本実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の断面図である。図２６から図２９において、（a）は、それぞれ図２６から図２９の（b）のＡ−Ａ´断面図及び(c)のＢ−Ｂ´断面図である。図２６から図２９の(b)は、それぞれ図２６から図２９の(a)のＡ−Ａ´断面図である。図２６から図２９の(c)は、図２６から図２９の(a)のＢ−Ｂ´断面図である。第３の実施形態に準じた本実施形態では、キャパシタンスを形成する構造体１０５が伝送線路２００１で構成されている点を除いては、第３の実施形態と同様であるため説明を省略する。本構成では、第３の実施形態の島状導体１１２を、一端がオープン端である第２の伝送線路２００１で置換した構成をとる。
図２６（ａ）は、伝送線路１０４が第二の誘電体層１０８の上面に配設されている場合の第３の実施形態に準じた本実施形態の断面図である。本構成では、キャパシタンスを形成する構造体１０５（第２の伝送線路２００１）は、第４の誘電体層１４０１の下面（第２の導体プレーン１０２と対向する層のうち、伝送線路１０４が配設されていない層）に形成される。第２の伝送線路２００１は、第２の導体プレーンをリターンパスとする伝送線路となっており、オープン端でない方の他端は、導体ビア１４０２を介して、伝送線路１０４の途中に接続されている。
本実施の構成における単位構造１０３の配置、及び伝送線路１０４の配置・形状、キャパシタンスを形成する構造体１０５（第２の伝送線路２００１）の取り付け位置・形状は上述した第１の実施形態に準じた本実施形態と同様である。
図２６を用いた説明では、導体ビア１４０２が非貫通ビアの場合を説明したが、第３の実施形態同様、非貫通ビアを貫通ビアとした構成も当然考えることができる。例えば、図２７に示すように、導体ビア１４０２を導体ビア１４０２´で置き換えたような構成とできる。この際、導体ビア１４０２´と第１の導体プレーン１０１を電気的に切り離すため、クリアランス１４０６を設ける必要がある。
また、図２８は、伝送線路１０４が第一の誘電体層１０７の上面に配設されている場合の第３の実施形態に準じた本実施形態の断面図である。本構成では、キャパシタンスを形成する構造体１０５（第２の伝送線路２００１）は、第４の誘電体層１４０１の上面（第２の導体プレーン１０２と対向する層のうち、伝送線路１０４が配設されていない層）に形成される。第２の伝送線路２００１は、第２の導体プレーンをリターンパスとする伝送線路となっており、オープン端でない方の他端は、導体ビア１４０２を介して、伝送線路１０４の途中に接続されている。
本実施の構成における単位構造１０３の配置、及び伝送線路１０４の配置・形状、キャパシタンスを形成する構造体１０５（第２の伝送線路２００１）の取り付け位置・形状は上述した第１の実施形態に準じた本実施形態と同様である。
図２８を用いた説明では、導体ビア１４０２が非貫通ビアの場合を説明したが、第３の実施形態同様、非貫通ビアを貫通ビアとした構成も当然考えることができる。例えば、図２９に示すように、導体ビア１４０２を導体ビア１４０２´で置き換えたような構成にできる。この際、導体ビア１４０２´と第１の導体プレーン１０１を電気的に切り離すため、クリアランス１４０６を設ける必要がある。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る構造体の構成について、図３０、図３１に基づいて説明する。図３０、図３１は本実施形態のＥＢＧ構造の単位構造の断面図である。図３０(a)は、図３０(b)のＡ−Ａ´断面図及び図３０(c)のＢ−Ｂ´断面図である。図３０(b)は、図３０(a)のＡ−Ａ´の断面図であり、図３０(c)は、図３０(a)のＢ−Ｂ´の断面図である。図３１(a)は、図３１(b)のＡ−Ａ´断面図及び図３１(c)Ｂ−Ｂ´の断面図である。図３１(b)は、図３１(a)のＡ−Ａ´の断面図であり、図３１(c)は、図３１(a)のＢ−Ｂ´の断面図である。なお、本実施形態のＥＢＧ構造は、上述した第１の実施形態のＥＢＧ構造の変形例であり、上述した第１の実施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。
本実施形態のＥＢＧ構造は、図３０、図３１に一例として示すようにキャパシタンスを形成する構造体１０５が、チップキャパシタンスを構成要素として含んでいる点を特徴とする。より詳細に説明すると、本実施形態のＥＢＧ構造では、チップキャパシタンス３００１の片方の端子が導体プレーン１０２と直接、または、配線部や導体ビアを介して電気的に接続され、他方の端子が第一の伝送線路１０４の途中に接続されている。
例えば、図３０に示す例では、第２の誘電体層１０８の上部にチップキャパシタンス３００１が設けられている。チップキャパシタンス３００１の一端は伝送線路１０４の途中に直接接続され、他端は、導体ビア３００２を介して、第２の導体プレーン１０２と接続されている。また、当然、チップキャパシタンス３００１の接続方法は、この例の構成に限定される必要はなく、他に導電性の配線部を介して、接続される場合や、別の導体ビアを介して接続される場合など様々な構成が考えられる。
また、本実施形態における単位構造１０３の配置、および伝送線路１０４の配置・形状、キャパシタンスを形成する構造体１０５の伝送線路１０４への取り付け位置は、上述した第１の実施形態と同様である。
図３０は、伝送線路１０４が第２の導体プレーン１０２の上方にある構成についての一例であるが、当然、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に挟まれる領域に配設された構成についても本実施形態を考えることができる。図３１は、その一例の図であり、第２の導体プレーン１０２の上にチップキャパシタンス３００１が設けられ、チップキャパシタンス３００１の端子の一端は、導体プレーン１０２に直接接続されている。また、チップキャパシタンス３００１の他端は、導体ビア３００２を介して、伝送線路１０４の途中に接続されている。
本実施形態によれば、チップキャパシタンス３００１を用いているため大容量のキャパシタンスを小さな実装面積で容易に付加することができる。本発明は、キャパシタンスを形成する構造体１０５が、導体プレーン１０２との間で大きなキャパシタンスを持つほど、バンドギャップのシフト量が大きくなる。そのため、本実施形態により、小さな実装面積でバンドギャップのシフト量の大きい、ＥＢＧ構造を提供できる。
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態の構成について、図３２に基づいて説明する。図３２(a)は、図３２(b)のＡ−Ａ'断面図及び図３２(c)のＢ−Ｂ'の断面図である。図３２(b)は、図３２(a)のＡ−Ａ'の断面図であり、図３２(c)は、図３２(a)のＢ−Ｂ'の断面図である。なお、本実施形態のＥＢＧ構造は、上述した第１の実施形態のＥＢＧ構造の変形例であり。上述した第１の実施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。
本実施形態のＥＢＧ構造は、キャパシタンスを形成する構造体が、容量値が可変の構造体、つまりは可変キャパシタンス、例えばバリキャップである点を特徴とする。バリキャップの他にもＭＥＭＳによる可変キャパシタや、GaAs JPHEMTプロセスを利用した、可変キャパシタなども具体例として考えられる。図３２は、バリキャップを用いた具体例の図である。ここでは、一例としてバリキャップを用いた場合についてより詳細に説明する。バリキャップを用いる際には、バリキャップの他に、通常、バリキャップを制御する回路を設ける。
制御回路図の一例を図３３にしめす。図３２は、図３３の回路例にもとづいた図となっている。具体的には、伝送線路１０４の途中部分と第２の導体プレーン１０２との間にキャパシタンスを形成するように、容量値を調整可能なキャパシタンスを形成する構造体３２０１が取り付けられる。図３２では、図３３の回路図に従うように、インダクタ３２０２やキャパシタ３２０３などのチップ部品が取り付けられている。具体的には、伝送線路１０４の途中にインダクタ３２０２の端子の一端とキャパシタ３２０３の端子の一端が取り付けられている。インダクタ３２０２の端子の他端は、導体ビアを介して第２の導体プレーン１０２と接続されている。キャパシタ３２０３の端子の他端は、容量値が調整可能な構造体３２０１の端子αに取り付けられている。容量値が調整可能な構造体３２０１の端子βは、導体ビアを介して第２の導体プレーン１０２と接続されている。また、容量値が調整可能な構造体３２０１の端子αは、キャパシタ３２０３の端子だけではなく外部からＤＣ電圧を供給するための給電線３２０４と接続されている。このＤＣ電圧値により、容量値を可変とすることができる。当然、図３２に示す回路は一例であるため、他にも様々な部品の構成や部品配置、配線配置等が異なる制御回路例が考えられる。また、ＭＥＭＳ技術など、他の手法を用いてキャパシタンスを可変にしている例では、デジタルの制御信号を供給する配線等が必要となることもある。
図３２は、伝送線路１０４が第２の導体プレーン１０２の上方にある構成についての一例であるが、当然、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に挟まれる領域に配設された構成についても、本実施形態を考えることができる。
本実施形態によれば、容量値が可変の構造体を用いることにより、第２の導体プレーン１０２と伝送線路１０４の途中部のキャパシタンス値を調整できる。これは、バンドギャップのシフト量を可変にできることに相当する。つまり、バンドギャップのシフト量をアクティブに制御可能なＥＢＧ構造が提供できる。
また、これまでに述べたように伝送線路１０４へのキャパシタンスを形成する構造体の取り付け位置により調整可能なバンドギャップが異なる。つまり、各バンドギャップを調整可能な位置に、それぞれ容量値が可変の構造体を取り付けておけば、対応する容量値が可変な構造体の容量値を調整することにより、それぞれのバンドギャップのシフト量をアクティブに独立に制御することが可能となる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、上記した実施形態によれば、以下の発明が開示されている。
（付記１）
第１の導体と、
前記第１の導体とは異なる層に形成されており、前記第１の導体と対向している第２の導体と、
前記第１の導体及び前記第２の導体とは異なる層に形成されており、前記第２の導体に対向しており、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の伝送線路の他端と前記第１の導体とを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路に接続しており、前記第２の導体との間にキャパシタンスを形成するキャパシタンス付与部材と、
を備える構造体。
（付記２）
付記１に記載の構造体において、
前記第１の導体、前記第２の導体、前記第１の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び前記キャパシタンス付与部材は、ＥＢＧ（Electromagnetic Band gap）構造を構成している構造体。
（付記３）
付記１又は２に記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、前記第２の導体に対向している第３の導体である構造体。
（付記４）
付記１又は２に記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、第２の伝送線路であり、
前記第２の伝送線路は、一端が前記第１の伝送線路に接続しており、他端がオープン端になっている構造体。
（付記５）
付記１又は２に記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、チップキャパシタンスである構造体。
（付記６）
付記１又は２に記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、可変キャパシタンスである構造体。
（付記７）
付記１〜６のいずれか一つに記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路のオープン端又はその近傍に接続している構造体。
（付記８）
付記１〜６のいずれか一つに記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路の長さをlosとした時、前記オープン端から(2k-2)los/2n- los/4nから(2k-2)los/(2n-1) ＋los /4n（ここで、k=2,...,n）の間、もしくは、(2k-2)los/2nから(2k-2)los/(2n-1) ＋los /4n（ここで、k=１）の間に接続している構造体。
（付記９）
第１の導体と、
前記第１の導体とは異なる層に形成されており、前記第１の導体と対向している第２の導体と、
前記第１の導体及び前記第２の導体とは異なる層に形成されており、前記第２の導体に対向しており、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の伝送線路の他端と前記第１の導体とを接続している第１の導体ビアと、
前記第１の伝送線路に接続しており、前記第２の導体との間にキャパシタンスを形成するキャパシタンス付与部材と、
を備える配線基板。
（付記１０）
付記９に記載の配線基板において、
前記第１の導体、前記第２の導体、前記第１の伝送線路、前記第一の導体ビア、及び前記キャパシタンス付与部材は、ＥＢＧ（Electromagnetic Band gap）構造を構成している配線基板。
（付記１１）
付記１に記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路と同一面内にある島状導体を含む構造体。
（付記１２）
付記１に記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、
前記第２の導体を介して前記第１の伝送線路の逆側に位置する島状導体と、
前記島状導体を前記第１の伝送線路に接続する第２の導体ビアと、
を含む構造体。
（付記１３）
付記４に記載の構造体において、
前記第２の伝送線路は、前記第１の伝送線路と同一面内にある第２の伝送線路を含む構造体。
（付記１４）
付記４に記載の構造体において、
前記第２の伝送線路は、前記第２の導体を介して前記第１の伝送線路の逆側に位置しており、
前記第２の伝送線路の一端と前記第１の伝送線路とを接続する第２の導体ビアを含む構造体。
（付記１５）
付記１〜８、及び１１〜１４のいずれか一つに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路は、前記第２の導体を介して前記第１の導体の逆側に設けられ、
前記第２の導体と前記第１の導体ビアが電気的に切り離されている構造体。
（付記１６）
付記１〜８、及び１１〜１５のいずれか一つに記載の構造体において、
前記第１の伝送線路は、積層方向において、前記第２の導体と前記第１の導体の間に位置している構造体。
（付記１７）
付記１〜８、及び１１〜１６のいずれか一つに記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路のオープン端から前記第１の伝送線路の長さの（１／２−１／８）以上（２／３＋１／８）以下の範囲内に接続している構造体。
（付記１８）
付記１〜８、及び１１〜１６のいずれか一つに記載の構造体において、
前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路のオープン端から前記第１の伝送線路の長さの１／１６以上（１／３＋１／４）以下の範囲内に接続している構造体。
（付記１９）
付記９に記載の配線基板において、
付記３〜８、１１〜１８のいずれかに記載の構造体を有する配線基板。
この出願は、２０１２年７月２日に出願された日本出願特願２０１２−１４８８６９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。

Claims (10)

  1. 第１の導体と、
    前記第１の導体とは異なる層に形成されており、前記第１の導体と対向している第２の導体と、
    前記第１の導体及び前記第２の導体とは異なる層に形成されており、前記第２の導体に対向しており、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の伝送線路の他端と前記第１の導体とを接続している第１の導体ビアと、
    前記第１の伝送線路に接続しており、前記第２の導体との間にキャパシタンスを形成するキャパシタンス付与部材と、
    を備える構造体。
  2. 請求項１に記載の構造体において、
    前記第１の導体、前記第２の導体、前記第１の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び前記キャパシタンス付与部材は、ＥＢＧ（Electromagnetic Band gap）構造を構成している構造体。
  3. 請求項１又は２に記載の構造体において、
    前記キャパシタンス付与部材は、前記第２の導体に対向している第３の導体である構造体。
  4. 請求項１又は２に記載の構造体において、
    前記キャパシタンス付与部材は、第２の伝送線路であり、
    前記第２の伝送線路は、一端が前記第１の伝送線路に接続しており、他端がオープン端になっている構造体。
  5. 請求項１又は２に記載の構造体において、
    前記キャパシタンス付与部材は、チップキャパシタンスである構造体。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造体において、
    前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路の長さをlosとした時、前記オープン端から(2k-2)los/2n- los/4nから(2k-2)los/(2n-1) ＋los /4n（ここで、k=2,...,n）の間、もしくは、(2k-2)los/2nから(2k-2)los/(2n-1) ＋los /4n（ここで、k=１）の間に接続している構造体。
  7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造体において、
    前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路のオープン端から前記第１の伝送線路の長さの（１／２−１／８）以上（２／３＋１／８）以下の範囲内に接続している構造体。
  8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造体において、
    前記キャパシタンス付与部材は、前記第１の伝送線路のオープン端から前記第１の伝送線路の長さの１／１６以上（１／３＋１／４）以下の範囲内に接続している構造体。
  9. 第１の導体と、
    前記第１の導体とは異なる層に形成されており、前記第１の導体と対向している第２の導体と、
    前記第１の導体及び前記第２の導体とは異なる層に形成されており、前記第２の導体に対向しており、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の伝送線路の他端と前記第１の導体とを接続している第１の導体ビアと、
    前記第１の伝送線路に接続しており、前記第２の導体との間にキャパシタンスを形成するキャパシタンス付与部材と、
    を備える配線基板。
  10. 請求項９に記載の配線基板において、
    前記第１の導体、前記第２の導体、前記第１の伝送線路、前記第１の導体ビア、及び前記キャパシタンス付与部材は、ＥＢＧ（Electromagnetic Band gap）構造を構成している配線基板。
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