JPWO2017195739A1

JPWO2017195739A1 - 構造体および配線基板

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Publication number: JPWO2017195739A1
Application number: JP2018517009A
Authority: JP
Inventors: 嘉晃笠原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2019-03-14
Also published as: WO2017195739A1; US20200352024A1

Abstract

本発明の目的は、既存のＥＢＧ構造を多層基板に適用すると、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制できない点を解決することである。そのために本発明の構造体は、電源プレーンである第１の導体プレーンと、ＧＮＤプレーンであり、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、ＧＮＤプレーンであり、前記第１の導体プレーンまたは前記第２の導体プレーンと対向する第３の導体プレーンと、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンの少なくとも一方と対向する第１の平面導体と、前記第１の平面導体と前記第１の導体プレーンとを接続し、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンと絶縁される第１の導体ビアと、前記第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンとを接続し、前記第１の導体プレーンおよび前記第１の平面導体と絶縁される第２の導体ビアと、を備える。

Description

本発明は、構造体および配線基板に関し、特に電磁ノイズを抑制する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、導体プレーンが導波路となり電磁波が伝搬する。電磁波は、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ることや、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ることで発生する。こうして発生する電磁波は、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り、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。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。

高周波数帯（例えば、ワイヤレスＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）で使用されている２．４ＧＨｚ帯、５．２ＧＨｚ帯および５．６ＧＨｚ帯、および、ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）で使用されている１．８ＧＨｚ帯、２．６ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯など）の電磁ノイズを抑制する本発明の関連技術が、特許文献１乃至４に記載されている。特許文献１乃至４に記載の構造体は、ＥＢＧ（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＢａｎｄＧａｐ：電磁バンドギャップ）特性を有する構造（以下、ＥＢＧ構造と記載する）を備える。ＥＢＧ特性とは、特定周波数帯において電磁波の伝搬モードが存在せず、その周波数帯において伝搬を禁止するバンドギャップを持つ分散特性をいう。特許文献１乃至４に記載の構造体は、平行平板線路である電源プレーン−ＧＮＤ（Ｇｒｏｕｎｄ）プレーン間に生じる電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。ＥＢＧ構造は、ＥＢＧ特性をＧＨｚ帯で発現するよう設計することにより、ＧＨｚ帯という高周波数帯域の電磁ノイズを抑制することができる。特許文献２は、関連技術の構造体が電源プレーンおよびＧＮＤプレーンのペアを複数備える多層基板にも適用され得ることを開示している。

米国特許第７２１５００７号明細書特許第４８６２１６３号公報特開２０１０−１９９８８１号公報特開２０１０−１０１８３号公報再公表特許第２００９／１４５２３７号明細書

しかし、実際に電源プレーンおよびＧＮＤプレーンのペアを複数備える多層基板において既存のＥＢＧ構造を用いると、ＥＢＧ構造を有しているにもかかわらず、所定の周波数（すなわち特性周波数）でＥＢＧ特性が得られなくなる。つまり、既存のＥＢＧ構造を使用した多層基板は、所定の周波数帯域の電磁ノイズを抑制することができなくなる。多層基板において所定の周波数帯域の電磁ノイズを抑制するためには、ＥＢＧ構造を再設計する必要がある。しかし、多層基板内を伝搬する電磁ノイズは複数の伝搬パスを持つため、ＥＢＧ構造の設計変更は容易ではない。

本発明の目的は、電源プレーンおよびＧＮＤプレーンのペアを複数備える多層基板に既存のＥＢＧ構造を適用した場合、既存のＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制できる構造体および配線基板を提供することにある。

本発明における構造体は、電源プレーンである第１の導体プレーンと、ＧＮＤプレーンであり、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、ＧＮＤプレーンであり、前記第１の導体プレーンまたは前記第２の導体プレーンと対向する第３の導体プレーンと、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンの少なくとも一方と対向する第１の平面導体と、前記第１の平面導体と前記第１の導体プレーンとを接続し、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンと絶縁される第１の導体ビアと、前記第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンとを接続し、前記第１の導体プレーンおよび前記第１の平面導体と絶縁される第２の導体ビアと、を備える。

本発明における配線基板は、電源プレーンである第１の導体プレーンと、ＧＮＤプレーンであり、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、ＧＮＤプレーンであり、前記第１の導体プレーンまたは前記第２の導体プレーンと対向する第３の導体プレーンと、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンの少なくとも一方と対向する第１の平面導体と、前記第１の平面導体と前記第１の導体プレーンとを接続し、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンと絶縁される第１の導体ビアと、前記第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンとを接続し、前記第１の導体プレーンおよび前記第１の平面導体と絶縁される第２の導体ビアと、を備える。

本発明における効果は、電源プレーンおよびＧＮＤプレーンのペアを複数備える多層基板に既存のＥＢＧ構造を適用した場合において、既存のＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制できる点である。

図１は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の構成を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の構成を示す断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の構成を示す断面図である。図４は、本発明の第１の実施の形態における配線基板１０の構成を示す構成図である。図５は、本発明の第１の実施の形態における配線基板１０の変形例の構成を示す上面図である。図６は、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例における構造体２の構成を示す斜視図である。図７は、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例における構造体２の構成を示す断面図である。図８は、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例における構造体２の構成を示す断面図である。図９は、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例における構造体２の構成を示す斜視図である。図１０は、本発明の第２の実施の形態における配線基板２０の構成を示す上面図である。図１１は、本発明の第３の実施の形態における構造体３の構成を示す斜視図である。図１２は、本発明の第３の実施の形態における構造体３の構成を示す断面図である。図１３は、本発明の第３の実施の形態における構造体３の構成を示す断面図である。図１４は、本発明の第４の実施の形態における配線基板３０の構成を示す上面図である。

本発明の技術分野では、導体プレーンによって構成される平行平板線路を伝搬する電磁ノイズを抑制するための手法として、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手法等が検討されてきた。デカップリングキャパシタを用いた手法は、数百ＭＨｚ程度までの周波数への適用に限られる。つまり、近年の無線通信で用いられているような高周波数帯には適用されることができない。

以下、本発明を実施するための形態が、図面を参照して詳細に説明される。なお、各図面及び明細書記載の各実施の形態において、同様の機能を備える構成要素には同様の符号が与えられている。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の構成を示す斜視図である。構造体１は、Ｋ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４を少なくとも有する配線基板１０（図４参照）に形成される、導電性の各種構成要素によって構成される。Ｋ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４は、互いに略平行かつ異なる層に構成され、この順に積層されている。

図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態における構造体１は、第１の導体プレーン１０１と、第２の導体プレーン１０２と、第３の導体プレーン１０３と、第１の平面導体１０４と、第１の導体ビア１０５と、第２の導体ビア１０６と、を備える。第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４の各々は、配線基板１０のＫ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４のいずれか１層に形成される。本実施の形態において、Ｋ層１１には第２の導体プレーン１０２、Ｌ層１２には第１の平面導体１０４、Ｍ層１３には第１の導体プレーン１０１、Ｎ層１４には第３の導体プレーン１０３がそれぞれ形成されている。ただし第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４の位置関係は、これに限定されない。

第１の実施の形態における構造体１は、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２との間および第１の導体プレーン１０１と第３の導体プレーン１０３との間に発生する電磁ノイズの伝搬を、後述するＥＢＧ構造と第２の導体ビア１０６とによって抑制することができる。

ＥＢＧ構造は、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の平面導体１０４および第１の導体ビア１０５で構成される。ＥＢＧ構造は、電源プレーンである第１の導体プレーン１０１とＧＮＤプレーンである第２の導体プレーン１０２とで構成される平行平板線路間に生じる電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。

第１の実施の形態における構造体１は、第２の導体ビア１０６を備えることで、既存のＥＢＧ構造を多層基板に適用させた場合（すなわち、既存のＥＢＧ構造にさらにＧＮＤプレーンである第３の導体プレーン１０３を備えた場合）において、既存のＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。

以下、第１の実施の形態における構造体１が備える各構成要素が説明される。

第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３は、それぞれ図１に示す座標系のｘｙ平面に平行な面に延在し、互いに対向する平板である。すなわち、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３は、互いに異なる層に形成される。第１の導体プレーン１０１は、一方の面（図１に示す座標系のｚ軸正方向）で第２の導体プレーン１０２と対向し、他方の面（図１に示す座標系のｚ軸負方向）で第３の導体プレーン１０３と対向している。実際の電子機器において、第１の導体プレーン１０１は電源プレーン、第２の導体プレーンおよび第３の導体プレーンはＧＮＤプレーンであることが想定される。

第１の平面導体１０４は、図１に示す座標系のｘｙ平面に平行な面かつ第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３が形成される層とは異なる層に形成される平板である。第１の平面導体１０４は、第２の導体プレーン１０２または第３の導体プレーン１０３のいずれか一方と対向する。第１の平面導体１０４と対向する第２の導体プレーン１０２または第３の導体プレーン１０３のいずれか一方との間に、他の導体は存在しないことが望ましいが、他の導体が存在していてもよい。

本実施の形態および他の実施の形態において、第１の平面導体１０４は、第２の導体プレーン１０２と他の導体を介さずに対向する。

第１の導体ビア１０５は、図１に示す座標系のｚ軸方向に延伸し、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４を貫通する。第１の導体ビア１０５は、第１の導体プレーン１０１と第１の平面導体１０４とを直流的に接続する。第１の導体ビア１０５は、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３に形成されたクリアランスによって、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３と絶縁される。つまり、第１の導体ビア１０５は、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３に形成されたクリアランス内を貫通する。ここで、クリアランスとは、開口を意味する。

本実施の形態において、第２の導体プレーン１０２に形成されたクリアランスと第１の平面導体１０４とは、他の導体を介さずに対向している。第３の導体プレーン１０３に形成されたクリアランスと第１の導体プレーン１０１とは、他の導体を介さずに対向している。図１において、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３に形成されるクリアランスは円形とした。しかし、第１の導体ビア１０５を通過させることができる限り、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３に形成されるクリアランスの形状は特に限定されない。

第２の導体ビア１０６は、図１に示す座標系のｚ軸方向に延伸し、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４を貫通する。第２の導体ビア１０６は、第２の導体プレーン１０２と第３の導体プレーン１０３とを直流的に接続する。第２の導体ビア１０６は、第１の導体プレーン１０１および第１の平面導体１０４に形成されたクリアランスによって、第１の導体プレーン１０１および第１の平面導体１０４と絶縁される。つまり、第２の導体ビア１０６は、第１の導体プレーン１０１および第１の平面導体１０４に形成されたクリアランス内を貫通する。

本実施の形態において、第１の導体プレーン１０１に形成されたクリアランスと第３の導体プレーン１０３とは、他の導体を介さずに対向している。第１の平面導体１０４に形成されたクリアランスと第２の導体プレーン１０２とは、他の導体を介さずに対向している。図１において、第１の導体プレーン１０１および第１の平面導体１０４に形成されるクリアランスは円形とした。しかし、第２の導体ビア１０６を通過させることができる限り、第１の導体プレーン１０１および第１の平面導体１０４に形成されるクリアランスの形状は特に限定されない。

第２の導体ビア１０６と第１の導体ビア１０５との距離ｄは、近いことが望ましい。例えば、ＥＢＧ構造の動作周波数における管内波長をλ_gとした場合、ｄはλ_gの１／２以下（ｄ≦λ_g／２）であることが望ましい。例えば、第２の導体ビア１０６と第１の導体ビア１０５との距離ｄは１／４以下（ｄ≦λ_g／４）であってもよい。ここで、管内波長λ_gは、誘電体の比誘電率を考慮した波長を意味する。

図２は、図１（Ａ）に示される構造体１のＡ−Ａ’断面図およびその変形図である。第1の平面導体１０４と第２の導体プレーン１０２との距離ｔ₁は、第１の平面導体１０４と第１の導体プレーン１０１との距離ｔ₂よりも小さいことが望ましい。例えば、第１の平面導体１０４と第２の導体プレーン１０２との間の距離ｔ₁は、第１の平面導体１０４と第１の導体プレーン１０１との間の距離ｔ₂の半分（ｔ₁＝ｔ₂/２）であってもよい。

第１の実施の形態において、構造体１は、既存のＥＢＧ構造を多層基板に適用させた場合（すなわち、既存のＥＢＧ構造にさらにＧＮＤプレーンである第３の導体プレーン１０３を備えた場合）において、既存のＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。

本実施の形態において、第１の平面導体１０４は、図１（Ａ）に示されるように、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２との間に備えられるものとした。しかし、第１の平面導体１０４は、図１（Ｂ）に示されるように、第２の導体プレーン１０２の第１の導体プレーン１０１と対向する面と反対側の面に対向して備えられてもよい。

本実施の形態において、第１の平面導体１０４は、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３よりも面積の小さい正方形で構成されるが、第１の平面導体１０４は、他の形状で構成されてもよい。例えば、第１の平面導体１０４は、他の四角形、三角形、六角形等の多角形、円形および星形等で構成されてもよいし、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３よりも面積が大きく構成されてもよい。

本実施の形態において、第１の導体ビア１０５は、図２（Ａ）に示されるように、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４を貫通する。しかし、第１の導体ビア１０５の構成はこれに限定されない。例えば、第１の導体ビア１０５は、図２（Ｂ）に示されるように、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３を貫通するまで延伸しなくてもよい。すなわち、第１の導体ビア１０５が第１の導体プレーン１０１と第１の平面導体１０４とを直流的に接続できれば、第１の導体ビア１０５が完全に貫通しない導体プレーンおよび平面導体の少なくとも一方があってもよい。第１の導体ビア１０５が貫通しない第２の導体プレーンおよび第３の導体プレーンの少なくとも一方には、クリアランスが備えられなくてもよい。

図３は、図１（Ａ）に示される構造体１のＢ−Ｂ’断面図およびその変形図である。

本実施の形態において、第２の導体ビア１０６は、図３（Ａ）に示されるように、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４を貫通する。しかし、第２の導体ビア１０６の構成はこれに限定されない。例えば、第１の平面導体１０４が、第２の導体プレーン１０２の第１の導体プレーン１０１と対向する面と反対側の面に対向して備えられる場合（図１（Ｂ）参照）、第２の導体ビア１０６は、図３（Ｂ）に示されるように、第１の平面導体１０４を貫通するまで延伸しなくてもよい。すなわち、第２の導体ビア１０６が第２の導体プレーン１０２と第３の導体プレーン１０３とを直流的に接続できれば、第２の導体ビア１０６が完全に貫通しない導体プレーンおよび平面導体の少なくとも一方があってもよい。第２の導体ビア１０６が貫通しない第１の平面導体１０４には、クリアランスが備えられなくてもよい。

また、第２の導体ビア１０６と第１の導体ビア１０５との距離ｄがλ_gの１／２以下（ｄ≦λ_g／２）（より望ましくは、１／４以下（ｄ≦λ_g／４））である限り、第２の導体ビア１０６は、図３（Ｃ）に示されるように、平面視で（ｚ軸方向から見て）第１の平面導体１０４が存在する領域の外側に備えられてもよい。

本実施の形態において、構造体１は、上述のＫ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４以外の層を備えてもよい。例えば、図４に示されるように、構造体１は、Ｋ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４の各層の間に誘電体層を備えてもよい。構造体１は、電源プレーンまたはＧＮＤプレーンとして用いる少なくとも１つの他の導体層をさらに備えていてもよい。他の導体層のうちＧＮＤプレーンとして用いる導体層は、第２の導体ビア１０６と直流的に接続されることが望ましく、第１の導体プレーン１０１および他の導体層のうち電源プレーンとして用いる導体層と絶縁される。構造体１は、本発明の構成に矛盾しない範囲で、図示しない孔、ビアおよび信号線等を他に備えてもよい。

本実施の形態において、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第３の導体プレーン１０３および第１の平面導体１０４に形成されるクリアランスは、必ずしも中空である必要はなく、その内部に誘電体が充填されていてもよい。すなわち、第１の導体ビア１０５は、クリアランスに充填されている誘電体を貫通し、かつ、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３と非接触に形成されてもよい。同様に、第２の導体ビア１０６は、クリアランスに充填されている誘電体を貫通し、かつ、第１の導体プレーン１０１および第１の平面導体１０４と非接触に形成されてもよい。

本実施の形態において、構造体１は、構造体１を複数備えた構造体群であってもよい。
この場合、隣接する第１の導体プレーン１０１同士は互いに接続される。第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３も同様に構成される。複数の第１の平面導体１０４は、隣接する第１の平面導体１０４と間隔をあけて島状に配置される。

図４は、第１の実施の形態における配線基板１０の構成を示す構成図である。図４（Ａ）は配線基板１０の上面図（ただし、第１の導体プレーン１０１を省略）、図４（Ｂ）は、配線基板１０のＡ−Ａ’断面図を示す。

配線基板１０は、Ｋ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４を少なくとも有し、さらに、上述の構造体１を少なくとも１つ備える。図４に示される配線基板１０は、複数の構造体１を繰り返し配列して構成されるとともに、Ｋ層１１、Ｌ層１２、Ｍ層１３およびＮ層１４各々の間に誘電体層を備える。つまり、図４に示される配線基板１０は、上述の構造体１において、第１の平面導体１０４と第１の導体ビア１０５と第２の導体ビア１０６とからなる単位構造を複数備える。

配線基板１０が複数の構造体１を備える場合、隣接する第１の導体プレーン１０１同士は互いに接続される。同様に、隣接する第２の導体プレーン１０２同士および隣接する第３の導体プレーン１０３がそれぞれ接続される。

配線基板１０が複数の構造体１を備える場合、配線基板１０は、複数の第１の平面導体１０４を、隣接する第１の平面導体１０４と間隔をあけて島状に配置する。図４において、隣接する第１の平面導体１０４間は中空としているが、ここには誘電体が充填されていてもよい。

本実施の形態において、配線基板１０は、構造体１を備えることによって、既存のＥＢＧ構造を多層基板に適用させた場合（すなわち、既存のＥＢＧ構造にさらにＧＮＤプレーンである第３の導体プレーン１０３を備えた場合）において、既存のＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。

図５は、第１の実施の形態における配線基板１０の変形例の構成を示す上面図である。ただし、第１の導体プレーン１０１は省略されている。

本実施の形態における配線基板１０は、図４に示されるように、同種の構造体１を複数個配列して構成される。しかし、配線基板１０は、図５に示されるように、複数種類の構造体１を配列して構成されてもよいし、同種の構造体１を１０５，１０６の向きを違えて配列して構成されてもよい。

図１乃至図５に図示された構造体１において、平面導体１０４の面積がＥＢＧ構造の動作周波数を規定するのに重要な役割を果たす。

（第１の実施の形態の動作原理）
以下、第１の実施の形態の構造体１の基本的な動作原理が説明される。

まず、第３の導体プレーン１０３および第２の導体ビア１０６を備えない、既存のＥＢＧ構造の動作原理が説明される。

ＥＢＧ構造は、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の平面導体１０４および第１の導体ビア１０５で構成される。第１の平面導体１０４は、第２の導体プレーン１０２と対向してキャパシタンスを形成する。第１の導体プレーン１０１と第１の平面導体１０４とを接続する第１の導体ビア１０５は、インダクタンスを形成する。
つまり、ＥＢＧ構造は、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２を接続する形で、共振回路を形成する。この共振回路のインピーダンスが誘導性となる周波数（本明細書では、この周波数を設計周波数と呼ぶ。）において、第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の平面導体１０４および第１の導体ビア１０５は、ＥＢＧ構造として振る舞う（すなわち、ＥＢＧ特性を示す）。ＥＢＧ構造は、第１の導体プレーン１０１と第２の導体プレーン１０２とにより形成される平行平板線路を伝搬する電磁波の伝搬を禁止することができる。

次に、上記ＥＢＧ構造に第３の導体プレーン１０３および第２の導体ビア１０６を加えた構造体１の動作原理が説明される。

第１の実施の形態の構造体１は、上述したＥＢＧ構造（第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２、第１の平面導体１０４および第１の導体ビア１０５）に加えて、第３の導体プレーン１０３および第２の導体ビア１０６を備える。第１の導体プレーン１０１、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３は、実際の電子機器では、電源プレーンや、ＧＮＤプレーンであることが想定される。この構成は、通常の電子機器で多く見られる構成である。しかし、このように複数の電源プレーンおよびＧＮＤプレーンを有する構造では、第３の導体プレーン１０３の存在により、ＥＢＧ構造を備えているにもかかわらず、上述の設計周波数で電磁ノイズを抑制することができなくなる。すなわち、ＥＢＧ特性を示さなくなる。なぜなら、第１の導体プレーン１０１と第３の導体プレーン１０３とがしばしば複数の導体ビアで直流的に接続されることにより、第１の導体プレーン１０１および第３の導体プレーン１０３間に複数の伝搬路が形成されるからである。

この問題を解決するために、構造体１に第２の導体ビア１０６が設置される。第２の導体ビア１０６は、第１の導体ビア１０５の近く、すなわち、第１の導体ビア１０５と第１の平面導体１０４とにより形成される共振回路の近くに設置される。第２の導体ビア１０６は、前記共振回路の近くで第２の導体プレーン１０２と第３の導体プレーン１０３とを直流的に接続することにより、第２の導体プレーン１０２と第３の導体プレーン１０３とを近似的に等電位とする働きをする。結果、構造体１は、第３の導体プレーン１０３が存在するにも関わらず、直流的には第２の導体プレーン１０２と第３の導体プレーン１０３とを同等とみなすことができる。このため、構造体１は、設計周波数においてＥＢＧ特性を示すようになる。

（第１の実施の形態の変形例）
以下、第１の実施の形態の変形例が説明される。

第１の変形例として、第１の平面導体１０４の形状に関する変形例が説明される。

図６は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の変形例の構成を示す斜視図である（ただし、第２の導体プレーン１０２は省略）。図７は、図６に示される構造体２のＡ−Ａ’断面図である。図８は、図６に示される構造体２のＢ−Ｂ’断面図である。

第１の変形例において、第１の平面導体１０４は、図６に示されるような、第１の伝送線路１０４１で構成される。本変形例では、第１の伝送線路１０４１を伝送線路として動作させるために、第１の導体ビア１０５が第１の伝送線路１０４１の端部に設けられる。
第１の伝送線路１０４１の長さ（すなわち、第１の伝送線路１０４１と第１の導体ビア１０５との接点から、第１の伝送線路１０４１の端部のうち第１の導体ビア１０５から遠い方の端部までの長さ）は、管内波長をλ_gとして、（λ_g／４−λ_g／１６）以上であることが望ましい。この構成において、第１の伝送線路１０４１は、オープン端を有する伝送線路として振る舞う。

第１の伝送線路１０４１と第１の導体ビア１０５との接続地点と、第２の導体プレーン１０２との間のインピーダンスは、オープン端伝送線路の入力インピーダンスにより規定される。オープン端伝送線路の入力インピーダンスは、伝送線路の特性インピーダンス、位相定数および伝送線路長により規定される。中でも特に伝送線路長は、振る舞いを決定する上で重要な役割を果たす。

本変形例では、第１の伝送線路１０４１の長さによりＥＢＧ構造の動作周波数が決定される。具体的には、管内波長λ_gが第１の伝送線路１０４１のλ_g／４となった周波数付近から誘導性の入力インピーダンスが示され、最も低周波数側のＥＢＧ特性が発現する。

本変形例において、第２の導体ビア１０６は、前記第１の導体ビアから、平面視で見て（図６の座標系のｚ軸方向から見て）第１の伝送線路１０４１の長さの２倍以下、より望ましくは第１の伝送線路１０４１の長さ以下の距離に備えられてもよい。

図６のように、第１の平面導体１０４として、細長い形状の第１の伝送線路１０４１を採用すると、ＥＢＧ構造の動作周波数は、第１の伝送線路１０４１の長さにより規定される。そのため、第１の伝送線路１０４１の伝送線路幅（図６における座標系のｘ軸に沿った長さ）を細くすることにより、本変形例の構造体２は、図１乃至図５に図示された構造体１と比較し、第１の平面導体１０４の面積を削減することができる。すなわち、構造体２が小型に実現されることができる。

第２の変形例として、第１の平面導体１０４の形状に関する他の変形例が説明される。

図９は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の変形例の構成を示す斜視図である（ただし、第２の導体プレーン１０２は省略）。第１の変形例との違いは、第１の伝送線路１０４１の形状が直線形状からスパイラル形状になった点である。

本変形例において、第１の伝送線路１０４１は、スパイラル形状としたが、第１の伝送線路１０４１の端部で第１の導体ビア１０５が接続されていれば、第１の伝送線路１０４１は他の形状であってもよい。例えば、第１の伝送線路１０４１は、ミアンダ形状、ジグザグ形状および不規則な形状等であってもよい。

本変形例の構造体２は、既存のＥＢＧ構造の変形例を多層基板に適用させた場合（すなわち、電源プレーンである第１の導体プレーン１０１、ＧＮＤプレーンである第２の導体プレーン１０２、第１の伝送線路１０４１および第１の導体ビア１０５で構成されるＥＢＧ構造に、さらにＧＮＤプレーンである第３の導体プレーン１０３を備えた場合）において、ＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。

本変形例において、第１の伝送線路１０４１を図９に示されるようなスパイラル形状にすることによって、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る。つまり、本変形例における構造体２は、ＥＢＧ構造を小さい面積に効率的に配置することができる。

本変形例の構造体２は、第１の伝送線路１０４１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１０４１を配線することができる。つまり、本変形例の構造体２は、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。

［第２の実施の形態］
図１０は、本発明の第２の実施の形態における配線基板２０の構成を示す上面図である（ただし、第２の導体プレーン１０２を省略）。配線基板２０は、本発明の第１の実施の形態における配線基板１０の変形例である。

図１０を参照すると、配線基板２０は、複数の構造体１を備える。第２の実施の形態における配線基板２０は、以下の点において第１の実施の形態の配線基板１０と異なる。第２の実施の形態における配線基板２０は、複数の構造体１で構成された、１または複数の構造体群１００を含んで構成される。

以下、第２の実施の形態における配線基板２０が備える構成要素が説明される。ただし、第１の実施の形態と重複する構成の説明は省略される。

構造体群１００に含まれる構造体１は、互いに第２の導体ビア１０６を共有している。
つまり、構造体群１００は、複数のＥＢＧ構造と１つの第２の導体ビア１０６とを含んで構成される。構造体群１００は、複数の構造体１が重なる領域に第２の導体ビア１０６を備える。構造体群１００は、複数の第１の導体ビア１０５各々と第２の導体ビア１０６との距離ｄが、λ_g／２（より望ましくはλ_g／４）以下となるように構成される。

第２の実施の形態において、配線基板２０は、複数の構造体１を備えることによって、導体プレーン間に発生する電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。配線基板２０は、第２の導体ビア１０６を備えることによって、設計周波数においてＥＢＧ特性を示す。また、第２の実施の形態の配線基板２０は、複数の構造体１間で第２の導体ビア１０６を共有することによって、使用する第２の導体ビア１０６の数を減らすことができる。つまり、第２の実施の形態の配線基板２０は、効率的かつ省スペースで実現されることができる。

［第３の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態における構造体３の構成を示す斜視図である。図１２は、図１１に示される構造体３のＡ−Ａ’断面図である。図１３は、図１１に示される構造体３のＢ−Ｂ’断面図である。構造体３は、本発明の第１の実施の形態における構造体１の変形例である。

図１１を参照すると、構造体３は、構造体１の構成に加えて第４の導体プレーン３０４をさらに備える点で、第１の実施の形態における構造体３と異なる。

以下、第３の実施の形態における構造体３が備える構成要素が説明される。ただし、第１の実施の形態と重複する構成の説明は省略される。

第４の導体プレーン３０４は、図１１に示す座標系のｘｙ平面に平行な面に延在し、第２の導体プレーン１０２または第３の導体プレーン１０３と対向する平板である。第２の導体プレーン１０２と対向する場合、第４の導体プレーンは、第２の導体プレーン１０２の第１の平面導体１０４に対向する面と反対側の面と対向する。第３の導体プレーン１０３と対向する場合、第４の導体プレーンは、第３の導体プレーン１０３の第１の導体プレーン１０１に対向する面と反対側の面と対向する。すなわち、第４の導体プレーン３０４は、他の導体プレーン１０１乃至１０３および第１の平面導体１０４とは異なる層に形成される。第４の導体プレーン３０４は、実際の電子機器ではＧＮＤプレーンであることが想定される。この場合、第４の導体プレーン３０４は、第２の導体ビア１０６によって、第２の導体プレーンおよび第３の導体プレーン１０３と直流的に接続される。

本実施の形態において、構造体３は、より多層になった多層基板においても、既存のＥＢＧ構造を設計変更することなく、所定の周波数帯域の電磁ノイズを抑制できる。

［第４の実施の形態］
図１４は、本発明の第４の実施の形態における配線基板３０の構成を示す上面図である（ただし、第２の導体プレーン１０２を省略）。配線基板３０は、本発明の第２の実施の形態における配線基板２０の変形例である。

図１４を参照すると、配線基板３０は、複数のＥＢＧ構造、少なくとも１つの第２の導体ビア１０６および複数のＧＮＤビア４０７を備える。第４の実施の形態における配線基板３０は、以下の点において第１の実施の形態の配線基板１０と異なる。第４の実施の形態における配線基板３０は、複数のＥＢＧ構造を囲うように複数のＧＮＤビア４０７を備え、複数のＥＢＧ構造の中心近傍に第２の導体ビア１０６を備える。

以下、第４の実施の形態における配線基板３０が備える構成要素が説明される。ただし、第１の実施の形態と重複する構成の説明は省略される。

複数のＧＮＤビア４０７は、図１４に示す座標系のｚ軸方向に延伸し、第２の導体プレーン１０２および第３の導体プレーン１０３を直流的に接続する。複数のＧＮＤビア４０７は、複数のＥＢＧ構造を囲うように配置される。

１つの第２の導体ビア１０６は、複数のＥＢＧ構造の中央近傍に備えられる。

ＥＢＧ構造を構成する第１の導体ビア１０５と、１つの第２の導体ビア１０６または複数のＧＮＤビア４０７のいずれか最も近くにあるものと、の距離がλ_g／２（より望ましくはλ_g／４）以下となっていない場合、他の第２の導体ビア１０６が、該当する第１の導体ビア１０５の近傍にさらに備えられてもよい。

第４の実施の形態において、配線基板３０は、複数のＧＮＤビア４０７および第２の導体ビア１０６を備えることによって、導体プレーン間に発生する電磁ノイズの伝搬を抑制することができる。また、第４の実施の形態の配線基板３０は、ＥＢＧ構造の周囲にＧＮＤビア４０７を備えることによって、使用する第２の導体ビア１０６の数をさらに減らすことができる。つまり、第４の実施の形態の配線基板３０は、クリアランスを必要とする複雑な配線が減るため、より効率的に実現されることができる。

以上、各実施の形態および変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しえる様々な組み合わせや変更をすることができる。
この出願は、２０１６年５月１１日に出願された日本出願特願２０１６−０９４９５８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。

［産業上の利用可能性］
本発明の活用例として、電源プレーンおよびＧＮＤプレーンのペアを複数備える多層基板において、所定の周波数帯域の電磁ノイズを抑制できる構造体および配線基板などがある。

１、２、３構造体
１０、２０、３０配線基板
１０１第１の導体プレーン
１０２第２の導体プレーン
１０３第３の導体プレーン
１０４第１の平面導体
１０５第１の導体ビア
１０６第２の導体ビア
１０４１第１の伝送線路
１００構造体群
３０４第４の導体プレーン
４０７ＧＮＤビア

Claims

電源プレーンである第１の導体プレーンと、
ＧＮＤプレーンであり、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、
ＧＮＤプレーンであり、前記第１の導体プレーンまたは前記第２の導体プレーンと対向する第３の導体プレーンと、
前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンの少なくとも一方と対向する第１の平面導体と、
前記第１の平面導体と前記第１の導体プレーンとを接続し、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンと絶縁される第１の導体ビアと、
前記第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンとを接続し、前記第１の導体プレーンおよび前記第１の平面導体と絶縁される第２の導体ビアと、を備えることを特徴とする構造体。
前記第２の導体ビアは、動作周波数における管内波長をλ_ｇとして、前記第１の導体ビアからλ_ｇ／２以下の距離に配置されることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
前記第１の平面導体は伝送線路であり、
前記第１の導体ビアは、前記伝送線路の端部に備えられることを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
前記第２の導体ビアは、前記第１の導体ビアから平面視で見て前記伝送線路の長さの２倍以下の距離に備えられることを特徴とする請求項３に記載の構造体。
前記第１の平面導体と、前記第１の導体ビアと、前記第２の導体ビアとから構成される単位構造を複数備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の構造体。
前記複数の単位構造のうち少なくとも２つの単位構造は、互いに第２の導体ビアを共有することを特徴とする請求項５に記載の構造体。
ＧＮＤプレーンであり、前記第１乃至前記第３の導体プレーンの少なくとも１つと対向する第４の導体プレーンをさらに備え、
前記第２の導体ビアは、前記第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンと前記第４の導体プレーンとを接続し、前記第１の導体プレーンおよび前記第１の平面導体と絶縁されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の構造体。
電源プレーンである第１の導体プレーンと、
ＧＮＤプレーンであり、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、
ＧＮＤプレーンであり、前記第１の導体プレーンまたは前記第２の導体プレーンと対向する第３の導体プレーンと、
前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンの少なくとも一方と対向する複数の第１の平面導体と、
前記複数の第１の平面導体各々と前記第１の導体プレーンとを接続し、前記第２の導体プレーンおよび前記第３の導体プレーンと絶縁される複数の第１の導体ビアと、
平面視で見て前記複数の第１の平面導体を囲うように備えられ、前記第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンとを接続する複数のＧＮＤビアと、
前記複数の第１の平面導体が備えられる領域の中央近傍に、第２の導体プレーンと前記第３の導体プレーンとを接続し、前記第１の導体プレーンおよび前記複数の第１の平面導体と絶縁される少なくとも１つの第２の導体ビアと、を備えることを特徴とする構造体。
請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体を備えることを特徴とする配線基板。
請求項８に記載の構造体を備えることを特徴とする配線基板。