WO2010044276A1 - 構造体、電子装置、及び配線基板 - Google Patents

構造体、電子装置、及び配線基板 Download PDF

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WO2010044276A1
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layer
conductors
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小林直樹
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日本電気株式会社
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    • H05K2201/09654—Shape and layout details of conductors covering at least two types of conductors provided for in H05K2201/09218 - H05K2201/095
    • H05K2201/097—Alternating conductors, e.g. alternating different shaped pads, twisted pairs; Alternating components

Definitions

  • the present invention relates to a structure having a characteristic as a metamaterial, an electronic device, and a wiring board.
  • a transmission line structure is known in which two conductor pairs are arranged so as to face each other, and the space between the conductors is used as an electromagnetic wave propagation medium.
  • the electromagnetic wave propagates without being reflected except for the loss.
  • a filter structure that reflects electromagnetic waves having a specific frequency by intentionally discontinuous portions on a transmission line has been adopted. Thereby, for example, when the devices are integrated, even if unnecessary electromagnetic waves generated from the surrounding devices are mixed into a specific transmission line structure, unnecessary interference is prevented from being caused.
  • FIG. 14 is a plan view showing an example of a filter configuration using a lumped constant element on the assumption that a microstrip structure is used as a transmission line.
  • Reference numeral 102 denotes a microstrip
  • reference numeral 101 denotes a circuit element
  • reference numeral Reference numeral 104 denotes a wiring branched to constitute a filter
  • reference numeral 103 denotes a clearance hole for connecting the filter circuit to the ground.
  • FIG. 15 is a plan view showing an example of a filter configuration using a transmission line stub
  • reference numeral 201 denotes a stub wiring.
  • Patent Documents 1 and 2 are related to such a filter structure.
  • metamaterials have a band gap frequency band, and does not propagate an electromagnetic wave including a frequency in the band gap frequency band.
  • Metamaterial can be used as a filter.
  • a technique described in Patent Document 3 for example.
  • a plurality of island-like second conductor patterns are arranged above a sheet-like second conductor pattern, and each of the island-like second conductor patterns is formed into a sheet-like second conductor pattern with a via. It is related to the structure connected to.
  • circuit elements such as inductances and capacitances are mounted on the discontinuous portions, and a frequency for blocking electromagnetic wave propagation is designed by utilizing a resonance phenomenon between the two elements.
  • a frequency for blocking electromagnetic wave propagation is designed by utilizing a resonance phenomenon between the two elements.
  • desired filter characteristics in a high frequency band GHz or higher
  • the mounting area increases.
  • a filter using a resonance phenomenon depending on a structure using a transmission line stub or the like is often designed. Even when the stub structure is used, a plurality of transmission lines are newly mounted on either the left or right side of the transmission line, so that the mounting area increases. That is, there is a problem that it is difficult to obtain a desired filter characteristic in a high frequency band, regardless of whether a conventional lumped element or a transmission line stub is used, and the desired filter characteristic can be obtained. However, there is a problem that the mounting area increases.
  • An object of the present invention is to provide a structure that has characteristics as a metamaterial and can suppress an increase in size when the band gap frequency band is lowered, and an electronic device and a wiring board using the structure. It is to provide.
  • a plurality of first conductors located in the first layer, repeatedly arranged and separated from each other;
  • a second conductor located in a second layer different from the first layer and at least partially provided in a region facing the plurality of first conductors;
  • a third conductor located in a third layer located on the opposite side of the second layer through the first layer, and facing each of the plurality of first conductors adjacent to each other;
  • a plurality of connection conductors connecting the third conductor to the plurality of first conductors facing the third conductor;
  • an electronic device A wiring board on which the electronic element is mounted; With The wiring board is A plurality of first conductors located in the first layer and arranged repeatedly and separated from each other; A second conductor located in a second layer different from the first layer and at least partially provided in a region facing the plurality of first conductors; A plurality of third conductors located in a third layer located on the opposite side of the second layer via the first layer and facing each of the plurality of first conductors adjacent to each other; A plurality of vias connecting each of the plurality of third conductors to the plurality of first conductors facing the third conductor; With One of the first layer and the second layer has a power supply pattern for supplying a power supply potential to the electronic element, and the other has a ground pattern for supplying a ground potential to the electronic element. An electronic device is provided.
  • a plurality of first conductors located in the first layer, repeatedly arranged and separated from each other;
  • a second conductor located in a second layer different from the first layer and provided at least partially in a region facing the plurality of first conductors;
  • a plurality of third conductors located in a third layer located on the opposite side of the second layer via the first layer and facing each of the plurality of first conductors adjacent to each other;
  • a structure that has characteristics as a metamaterial and that can be prevented from being enlarged when the band gap frequency band is lowered, and an electronic device and a wiring board using the structure. Can be provided.
  • FIG. 1A and 1B are schematic configuration diagrams of a structure 100 according to the first embodiment, in which FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a plan view. 1 to 12, the plane direction is the XY direction, the height direction (layer overlapping direction) is the Z direction, and the central axis in the Z direction of the structure 100 is P, and this central axis P is included.
  • a surface in the YZ direction is defined as a reference surface Q.
  • the structure 100 has a unit cell 106.
  • the unit cell 106 includes a plurality of, for example, two first conductors 2, a second conductor 1, a third conductor 3, and a plurality of connection conductors 4.
  • the first conductors 2 are located on the first layer 20 and are separated from each other.
  • the second conductor 1 is located on the second layer 10 different from the first layer 20, and at least a part is provided in a region facing the plurality of first conductors 2.
  • the third conductor 3 is located on the third layer 30 located on the opposite side of the second layer 10 via the first layer 20 and faces each of the plurality of first conductors 2 adjacent to each other. ing.
  • connection conductor 4 connects the third conductor 3 to the plurality of first conductors 2 facing the third conductor 3.
  • the connection conductor 4 is a via-like member, and one connection conductor 4 is provided for one combination of the first conductor 2 and one third conductor 3.
  • the connection conductor 4 is disposed at the center of the region where one first conductor 2 and one third conductor 3 are opposed to each other.
  • the unit cell 106 has the two first conductors 2 will be described.
  • the second layer 10 is positioned below the first layer 20 and extends in the X direction (that is, the direction along the first line).
  • the first layer 20 is adjacent to the second layer 10 at an interval in the height direction.
  • the first layer 20 includes the two first conductors 2 adjacent to each other via the slit (space) 2c in the X direction.
  • the slit 2c is formed such that the reference surface Q is positioned at a position in the middle of the X direction of the slit 2c.
  • the reference plane Q is provided in the YZ direction (that is, the direction orthogonal to the first line).
  • the width of the slit 2c that is, the distance a between the end faces of the two first conductors 2 adjacent to each other is smaller than the distance b from the first conductor 2 to the third conductor 3.
  • the plurality of first conductors 2, second conductors 1, and third conductors 3 constitute an electromagnetic wave transmission line.
  • the third conductor 3 is adjacent to the first layer 20 with a gap in the height direction (Z direction). As shown in FIG. 1B, the third conductor 3 overlaps over a portion of each of the two first conductors 2 and the slit 2c in plan view. In other words, the first conductor 2 and the third conductor 3 are arranged to be staggered. In the example shown in this figure, the two first conductors 2 adjacent to each other have the same area overlapping the third conductor 3 in plan view.
  • the connection conductor 4 electrically connects the first conductor 2 and the third conductor 3 and extends in the height direction (Z direction).
  • the dielectric 5 is provided between the first layer 20 and the second layer 10 and between the first layer 20 and the third layer 30.
  • FIG. 2A and 2B are explanatory diagrams of the structure 100.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1A
  • FIG. 2B is an equivalent circuit diagram of the structure 100.
  • FIG. 2A in the unit cell 106, a region sandwiched between the first first conductor 2 and the third conductor 3 is defined as a region t1, and the second first conductor 2 and the third conductor 3 are included.
  • the region t2 is a region t2
  • the regions t1 and t2 are shown in an equivalent circuit diagram, as shown in FIG. 2B, the region t1 is an equivalent circuit T1 for parallel resonance and the region t2 is It can be represented by an equivalent circuit T2 of parallel resonance.
  • the first capacitor C 1 between the first conductor 2 and the third conductor 3 is formed by connecting conductor 4, between the first conductor 2 and the third conductor 3, the inductance L 1 and resistor R 1 is formed.
  • the first capacitor C 2 between the first conductor 2 and the third conductor 3 is formed by connecting conductor 4, between the first conductor 2 and the third conductor 3, an inductance L 2 and resistor R 2 are formed.
  • second capacitors C 3 and C 4 are formed between the first conductor 2 and the second conductor 1.
  • the resonance frequency of the equivalent circuit T1 is determined by C 1, C 3, R 1 , L 1 each size
  • the resonance frequency of the equivalent circuit T2 is determined by the C 2, C 4, R 2 , L 2 each size .
  • the resonance frequency of each of the equivalent circuits T1 and T2 can be adjusted by, for example, the area of the region where the first conductor 2 and the third conductor 3 overlap with each other and the arrangement of the connection conductor 4. It is shown that these resonance frequencies are in the cut-off frequency band as a filter of the structure 100, that is, the band gap frequency band. That is, the structure 100 exhibits characteristics as a metamaterial. As shown in FIG. 1, when the two first conductors 2 adjacent to each other have the same area overlapping the third conductor 3 in plan view, the equivalent circuit T1 and the equivalent circuit T2 are made the same as each other. Therefore, the electromagnetic wave shielding effect in the band gap frequency band can be further increased.
  • the first conductor 2 and the third conductor 3 are electrically connected by the connection conductor 4 in a state where the first conductor 2 and the third conductor 3 are partially overlapped, so that the mounting area is not increased. . Further, since the regions t1 and t2 constitute a parallel resonance circuit, electromagnetic waves having a set resonance frequency can be blocked. Thereby, a desired filter characteristic can be obtained without increasing the mounting area.
  • the band gap frequency band of the structure 100 can be lowered.
  • the area of the region where the first conductor 2 and the third conductor 3 overlap can be adjusted by, for example, the area of the third conductor 3. For this reason, even if the area of the region where the first conductor 2 and the third conductor 3 overlap is increased, the plane area of the structure 100 does not increase.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the structure 110 according to the second embodiment.
  • this structure 110 either one of the unit cells 112 or the unit cells 114 is repeatedly arranged, for example, periodically so as to have a one-dimensional array or a two-dimensional array.
  • the unit cells 112 (or unit cells 114) that are adjacent to each other are connected to the other one of the first conductors 2 of one unit cell 112 (or unit cell 114) in the X direction and the Y direction. This is the other first conductor 2 of the unit cell 112 (or unit cell 114).
  • the first conductor 2 is repeatedly arranged in the first layer 20, for example, periodically and separated from each other.
  • the second conductor 1 extends in a sheet shape in a region facing the plurality of first conductors 2.
  • the plurality of third conductors 3 are disposed so as to overlap with the two first conductors 2 adjacent to each other in plan view.
  • the same via interval is the wavelength of the electromagnetic wave assumed as noise. It is preferable to be within 1 ⁇ 2 of ⁇ .
  • “repetition” includes a case where a part of the configuration is missing in any unit cell 112 (or 114). Further, when the unit cell 112 (or 114) has a two-dimensional array, “repetition” includes a case where the unit cell 112 (or 114) is partially missing.
  • peripheral may mean that some of the constituent elements in some of the unit cells 112 (or 114) are misaligned or the arrangement of some of the unit cells 112 (or 114) itself is misaligned. included. That is, even when the periodicity in the strict sense collapses, if the unit cell 112 (or 114) is repeatedly arranged, the characteristics as a metamaterial can be obtained. Some defects are acceptable. The cause of these defects is that, when wiring or vias are passed between unit cells, when adding a metamaterial structure to an existing wiring layout, if unit cells cannot be placed due to existing vias or patterns, manufacturing errors, In addition, there may be a case where an existing via or pattern is used as part of a unit cell.
  • FIG. 4A is a plan view showing the configuration of the unit cell 112
  • FIG. 4B is a plan view showing the configuration of the unit cell 114.
  • the unit cell 112 has the connection conductor 4 asymmetrical (planar) with respect to the reference plane Q (that is, a straight line orthogonal to the first straight line and passing through the center of the slit 2c). It is arranged in a non-linear symmetry). That is, at least two connection conductors 4 connected to the same third conductor 3 are not symmetrical with respect to each other when the center of the third conductor 3 is used as a reference, and are also point objects. Absent.
  • the unit cell 114 is configured by arranging the connecting conductors 4 at positions that are bilaterally symmetric (axisymmetric with respect to the reference plane Q in plan view).
  • connection conductor 4 located in the region t1 is located in the vicinity of the side of the third conductor 3 that does not intersect the reference plane Q.
  • the connection conductor 4 located in the region t2 is located closer to the center of the third conductor 3 than the connection conductor 4 located in the region t1.
  • the structure 100 is composed of the unit cell 112 and the unit cell 114, respectively.
  • the absolute value of the transfer coefficient was calculated with the reference numeral 21 as the incident power side and the reference numeral 22 as the output power side.
  • the transfer coefficient is an index indicating the ratio of the output power to the input power.
  • the conductors facing each other are divided into fine meshes, and the circuit constant for each mesh is expressed as Equation (1) to obtain an equivalent circuit model.
  • Fig. 5 shows the calculation result of the absolute value of the transfer coefficient described above.
  • the structure 110 configured by the unit cell 114 becomes a filter having two band gap frequency bands, and the structure 110 configured by the unit cell 112 is a single unit.
  • the filter has a cut-off frequency band.
  • the resonance frequency of the valence circuit T1 is determined by the magnitudes of C 1 , C 3 , R 1 , and L 1
  • the resonance frequency of the equivalent circuit T2 is C 2 , C 4. , R 2 , and L 2 .
  • band gap frequency bands corresponding to the respective resonance frequencies appear.
  • the position of the connecting conductor 4 is asymmetrical. For this reason, R 2 and L 2 shown in FIG. 2B are different from R 1 and L 1 . Therefore, the structure 110 constituted by the unit cells 114 has two bandgap frequency bands.
  • the band gap frequency band can be set to a desired frequency band by adjusting the position of the connecting conductor 4, and the structure 110 can have a plurality of structures by making the position of the connecting conductor 4 asymmetrical.
  • a band gap frequency band can be provided. This effect is useful, for example, when a filter that removes unnecessary electromagnetic waves is configured using the structure 110.
  • FIGS. 6 to 7 are diagrams for explaining the structures 120, 130, 140, and 150 according to the third embodiment. This embodiment explains that the band gap frequency band can be adjusted in the structures 100 and 110 shown in the first and second embodiments. Components similar to those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • 6 (a) to 6 (d) are partial plan views of the structures 120, 130, 140, and 150, respectively.
  • the structures 120, 130, 140, and 150 have unit cells 122, 132, 142, and 152, respectively.
  • the connecting conductors 4 are arranged so as to be symmetric with respect to the reference plane Q (symmetrical in plan view).
  • the number of connection conductors 4 for a combination of one first conductor 2 and one third conductor 3 is one in the unit cell 122, two in the unit cell 132, and three in the unit cell 142.
  • the unit cell 152 there are four.
  • the overlapping portions of the first conductor 2 and the third conductor 3 are rectangular or square, and the connecting conductor 4 is disposed at the corner of the overlapping portion. Yes.
  • FIG. 7 shows the calculation results of the absolute values of the transfer coefficients of the structures 120, 130, 140, 150 when five unit cells 122, 132, 142, 152 are arranged in series as in FIG. It is a thing. As shown in FIG. 7, it can be seen that the band gap frequency band shifts to the high frequency side by increasing the number of connecting conductors 4. Thus, the bandgap frequency band can be adjusted also by changing the number of connection conductors 4. Therefore, by setting the number of connection conductors 4, the band gap frequency band can be adjusted to the frequency of the electromagnetic wave to be removed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a structure body 160 according to the fourth embodiment. This structure has the same configuration as the structure 100 shown in the first embodiment or the structure 110 shown in the second embodiment except for the following points.
  • the third conductor 3 has a third opening 31.
  • the third opening 31 is provided for inserting the connection conductor 4 from the side opposite to the first conductor 2.
  • the connection conductor 4 has an open end at one end and a stopper 44 at the other end.
  • the planar shape of the stopper 44 is larger than the planar shape of the third opening 31.
  • the distance from the open end of the connecting conductor 4 to the lower surface of the stopper 44 is equal to the distance from the upper surface of the third conductor 3 to the upper surface of the first conductor 2. For this reason, when the connection conductor 4 is inserted into the third opening 31 and the lower surface of the stopper 44 is brought into contact with the upper surface of the third conductor 3, the open end of the connection conductor 4 comes into contact with the upper surface of the first conductor 2.
  • a plurality of third openings 31 are formed, for example, at positions where the connection conductors 4 are provided in any one of FIGS. 6B to 6D.
  • the band gap frequency band can be adjusted even after the main body of the structure 160 is manufactured.
  • the connecting conductor 4 is disposed at the same position as in FIGS. 6B, 6C, and 6D
  • the structure 160 can have the same characteristics as the structures 130, 140, and 150.
  • different structures 130, 140, and 150 can be manufactured using a common structure body. For this reason, the design effort and design cost of the structure and the manufacturing cost of the structure can be reduced.
  • FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a structure 170 according to the fifth embodiment.
  • the structure 170 has a configuration in which unit cells 172 are arranged in a two-dimensional direction (XY direction), and is used as a filter that blocks propagation of electromagnetic waves in a two-dimensional direction at a specific frequency, for example.
  • the unit cell 172 includes four first conductors 2 arranged in two rows and two columns, a third conductor 3 arranged across the four first conductors 2, and four first conductors 2. Each of them is composed of a connection conductor 4 that is electrically connected to the third conductor 3.
  • the structure 170 is obtained by repeating the unit cells 172 in the X and Y directions, for example, periodically.
  • the two first conductors 2 of one unit cell 172 are the two first conductors 2 of the other unit cell 172.
  • the first conductor 2 and the third conductor 3 are rectangular, but one third conductor 3 overlaps a quarter of the first conductor 2 including a corner.
  • the connection conductor 4 is provided at a position overlapping the corner of the third conductor 3.
  • the first conductor 2 and the third conductor 3 may be other arbitrary polygons such as a hexagon.
  • the plurality of first conductors 2 are arranged in a matrix with a space in plan view, and the third conductors 3 that are also arranged in a matrix with a space are alternately arranged with the first conductor 2. It is superimposed on.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, propagation of electromagnetic waves in a two-dimensional direction can be blocked at a specific frequency.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a structure 180 according to the sixth embodiment.
  • the structure 180 has the same configuration as that of any one of the first to fifth embodiments except that the dielectric layer 5 is configured by the first dielectric layer 51 and the second dielectric layer 52.
  • the first dielectric layer 51 fills between the first layer 20 and the second layer 10
  • the second dielectric layer 52 fills between the first layer 20 and the third layer 30.
  • the relative dielectric constant of the first dielectric layer 51 is different from the relative dielectric constant of the second dielectric layer 52.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the values of the first capacitors C 1 and C 2 in the equivalent circuit shown in FIG. 2B can be adjusted.
  • the band gap frequency band which the structure 180 has can be adjusted.
  • the material of the second dielectric layer 52 is selected so that the relative dielectric constant of the second dielectric layer 52 is higher than the relative dielectric constant of the first dielectric layer 51, the entire dielectric layer 5 is the same as the first dielectric layer 51.
  • the band gap frequency band of the structure body 180 can be lowered as compared with the case of using a material.
  • FIG. 11A is a plan view showing a configuration of a structure 190 according to the seventh embodiment. This figure is a view of the upper side (that is, the third layer 30 side) from the lower surface side of the first layer 20.
  • the structure 190 has the same configuration as the structure 170 according to the fifth embodiment except for the following points.
  • the first conductor 2 is provided with a first opening 22 and a fourth conductor 24.
  • the first opening 22 is formed in a region overlapping the connecting conductor 4 in plan view.
  • the fourth conductor 24 has a wiring shape, and connects the first conductor 2 and the connection conductor 4.
  • a plurality of connection conductors 4 are provided for one first conductor 2 except for the first conductors 2 located at both ends.
  • the first openings 22 and the fourth conductors 24 are provided in regions corresponding to all the connection conductors 4.
  • the first opening 22 and the fourth conductor 24 may be provided only in a region corresponding to a part of the connection conductors 4.
  • the first opening 22 is a square, and the connecting conductor 4 is located at the center thereof.
  • the fourth conductor 24 extends spirally around the connection conductor 4 in plan view.
  • FIG.11 (b) is a top view which shows the modification of Fig.11 (a).
  • the connecting conductor 4 is off the center of the first opening 22 in plan view.
  • the fourth conductor 24 extends in a meander shape, that is, zigzag, in the first opening 22.
  • the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained. Since the wiring-like fourth conductor 24 is located between the connecting conductor 4 and the first conductor 2, the inductances L 1 and L 2 and the resistors R 1 and R 2 in the equivalent circuit of FIG. growing. Therefore, the band gap frequency band of the structure 190 can be lower than the band gap frequency band of the structure 170.
  • the first opening 22 and the fourth conductor 24 may be provided as in the present embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a structure 200 according to the eighth embodiment. This figure is a view of the lower side (that is, the first layer 20 side) from the upper surface side of the third layer 30.
  • the structure 200 is the structure 170 according to the fifth embodiment or the structure 190 according to the seventh embodiment, except that the second opening 32 and the fifth conductor 34 are provided in the third conductor 3. It is the same composition as.
  • the arrangement and shape of the second opening 32 and the fifth conductor 34 in the third conductor 3 are the same as the arrangement and shape of the first opening 22 and the fourth conductor 24 shown in the seventh embodiment.
  • the fifth conductor 34 extends in a spiral shape in this figure, it may extend in a meander shape like the fourth conductor 24 in FIG.
  • the second opening 32 and the fifth conductor 34 may be provided as in the present embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an electronic device according to the ninth embodiment.
  • This electronic device includes a semiconductor package 41 and a wiring board 50 as examples of electronic elements.
  • the wiring board 50 has the structure shown in any of the first to eighth embodiments. In the example shown in FIG. 13, the wiring board 50 has the same configuration as the structure 170 shown in the fifth embodiment.
  • the structure 170 is formed in a region overlapping the semiconductor package 41 in plan view.
  • the second conductor 1 of the structure 170 is one of the ground plane and the power plane of the wiring board 50
  • the first conductor 2 is the other of the ground plane and the power plane of the wiring board 50.
  • the third conductor 3 is formed on one surface (the lower surface in the example shown in the figure) of the wiring board 50.
  • the semiconductor package 41 is mounted on the other surface (the upper surface in the example shown in the figure) of the wiring substrate 50. In the example shown in this figure, the third conductor 3, the first conductor 2, the second conductor 1, and the semiconductor package 41 are laminated in this order.
  • the wiring board 50 is provided with vias 42 and 43.
  • the via 42 connects the semiconductor package 41 to the first conductor 2, and the via 43 connects the semiconductor package 41 to the second conductor 1. That is, the semiconductor package 41 is supplied with a power supply potential through one of the vias 42 and 43 and supplied with a ground potential through the other.
  • the second conductor 1 has an opening 12 in a region overlapping the via 42 in plan view. By providing the opening 12, the via 42 can connect the semiconductor package 41 and the first conductor 2 without short-circuiting the second conductor 1.
  • the second conductor 1 is one of the ground plane and the power plane of the wiring board 50
  • the first conductor 2 is the other of the ground plane and the power plane of the wiring board 50. That is, the structure 170 is configured using the ground plane and the power plane of the wiring board 50. Therefore, when the band gap frequency band of the structure 170 includes a frequency of noise having the semiconductor package 41 as a noise source, it is possible to suppress the noise generated from the semiconductor package 41 from propagating to the ground plane and the power supply plane. Further, when the band gap frequency band of the structure 170 includes a frequency of noise that is not desired to be incident on the semiconductor package 41, the noise is suppressed from entering the semiconductor package 41 through the ground plane and the power supply plane. .
  • the electromagnetic wave is propagated in the transmission line without increasing the mounting area and blocking the propagation of the electric signal, electromagnetic wave noise, and the like having a specific frequency. And interference due to unnecessary electromagnetic waves can be suppressed.

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Abstract

　構造体（１００）の単位セル（１０６）は、複数の第１導体（２）、第２導体（１）、第３導体（３）、及び複数の接続用導体（４）を備えている。第１導体（２）は、第１の層（２０）に位置し、互いに分離している。第２導体（１）は、第１の層（２０）とは異なる第２の層（１０）に位置しており、複数の第１導体（２）に対向する領域に少なくとも一部が設けられている。第３導体（３）は、第１の層（２０）を介して第２の層（１０）とは逆側に位置する第３の層（３０）に位置しており、平面視において互いに隣り合う複数の第１導体（２）それぞれと重なるように配置されている。接続用導体（４）は、第３導体（３）を、平面視においてその第３導体（３）と重なっている複数の第１導体（２）に接続する。

Description

構造体、電子装置、及び配線基板
　本発明は、メタマテリアルとしての特性を有する構造体、電子装置、及び配線基板に関する。
　伝送線路構造として、互いに向き合うように二枚の導体対を配置し、導体間の空間を電磁波伝播の媒体とするものが知られている。この伝送線路構造に不連続部がない場合には、電磁波は損失分を除いて反射せずに伝播していく。近年においては、伝送線路上に意図的に不連続部を設けることにより、特定の周波数の電磁波を反射させるフィルター構造が採用されている。これにより、例えばデバイスを集積化した場合に、特定の伝送線路構造に周囲デバイスから発生した不要な電磁波が紛れ込んだとしても、不要な干渉が引き起こされることを防止している。
　上記のようなフィルター構造は、例えば図１４と図１５とに示すものがある。図１４は、集中定数素子を用いたフィルター構成の一例を、伝送線路としてマイクロストリップ構造が用いられているものとして示した平面図であって、符号１０２はマイクロストリップ、符号１０１は回路素子、符号１０４はフィルターを構成するために枝分かれした配線、符号１０３はフィルター回路をグランドに連結するためのクリアランスホールを示している。図１５は、伝送線路スタブを用いたフィルター構成の一例を示した平面図であって、符号２０１がスタブ配線を示している。このようなフィルター構造に関連するものとしては、下記特許文献１，２のものがある。
　一方、近年は、特定の構造を有する第２導体パターンを周期的に配置すること（以下、メタマテリアルと記載）で電磁波の伝播特性を制御できることが明らかになっている。メタマテリアルはバンドギャップ周波数帯を有しており、このバンドギャップ周波数帯に周波数が含まれる電磁波を伝播しない。
　メタマテリアルはフィルターとして使用することができる。このようなフィルターに関する先行技術としては、例えば特許文献３に記載の技術がある。特許文献３に記載の技術は、シート状の第２導体パターンの上方に島状の第２導体パターンを複数配置し、この島状の第２導体パターンそれぞれをビアでシート状の第２導体パターンに接続した構造に関するものである。
特開２０００―１０１３７７号公報 特開２００６―２５３９２９号公報 米国特許第６２６２４９５号明細書
　ところで、上記のようなフィルター構造設計の多くは、不連続部にインダクタンスやキャパシタンス等の回路素子が実装され、上記二素子間の共振現象を利用して電磁波伝播を阻止する周波数を設計している。一般に、上記インダクタンスやキャパシタンスとして集中定数素子を用いた場合には、素子の既成インダクタンスや既成容量等により、高周波帯（ＧＨｚ以上）での所望のフィルター特性が得られないことが多い。また、専用のパッド等も実装する必要があるため、実装面積が増大してしまう。
 また、上記高周波帯では、フィルター特性確保のために、伝送線路スタブ等を用いた構造に依存する共振現象を利用したフィルターを設計することが多い。スタブ構造を用いた場合であっても、伝送線路の左右のどちらかに複数の伝送線路が新たに実装されることになるため、実装面積が増大してしまう。すなわち、従来の集中定数素子や伝送線路スタブ等のいずれを利用するにせよ、高周波帯において所望のフィルター特性を得ることが困難であるという問題があり、所望のフィルター特性を得ることが出来たとしても実装面積が増大してしまうという問題がある。
　これに対して、メタマテリアルのバンドギャップ周波数帯を利用してフィルターを構成することも考えられる。しかし特許文献１に記載のメタマテリアルでは、バンドギャップ周波数帯を実用領域まで下げるためには、大きな面積が必要になってしまう。
　本発明の目的は、メタマテリアルとしての特性を有しており、かつバンドギャップ周波数帯を低くするときに大型化することを抑制できる構造体、並びにこの構造体を利用した電子装置及び配線基板を提供することにある。
　本発明によれば、第１の層に位置し、繰り返し配置されていて互いに分離している複数の第１導体と、
　前記第１の層とは異なる第２の層に位置し、前記複数の第１導体に対向する領域に少なくとも一部が設けられている第２導体と、
　前記第１の層を介して前記第２の層とは逆側に位置する第３の層に位置し、互いに隣り合う複数の前記第１導体それぞれと対向している第３導体と、
　前記第３導体を、当該第３導体と対向している複数の前記第１導体に接続する複数の接続用導体と、
を備える構造体が提供される。
　本発明によれば、電子素子と、
　前記電子素子を実装した配線基板と、
を備え、
　前記配線基板は、
　　第１の層に位置し、繰り返し配置されていて互いに分離している複数の第１導体と、
　　前記第１の層とは異なる第２の層に位置し、前記複数の第１導体に対向する領域に少なくとも一部が設けられている第２導体と、
　　前記第１の層を介して前記第２の層とは逆側に位置する第３の層に位置し、互いに隣り合う複数の前記第１導体それぞれと対向している複数の第３導体と、
　　前記複数の第３導体それぞれを、当該第３導体と対向している複数の前記第１導体に接続する複数のビアと、
を備えており、
　前記第１の層及び前記第２の層は、一方が前記電子素子に電源電位を供給する電源パターンを有しており、他方が前記電子素子にグラウンド電位を供給するグラウンドパターンを有している電子装置が提供される。
　本発明によれば、第１の層に位置し、繰り返し配置されていて互いに分離している複数の第１導体と、
　　前記第１の層とは異なる第２の層に位置し、前記複数の第１導体に対向する領域に少なくとも一部が設けられている第２導体と、
　　前記第１の層を介して前記第２の層とは逆側に位置する第３の層に位置し、互いに隣り合う複数の前記第１導体それぞれと対向している複数の第３導体と、
　　前記複数の第３導体それぞれを、当該第３導体と対向している複数の前記第１導体に接続する複数のビアと、
を備えており、
　前記第１の層及び前記第２の層は、一方が電源電位を供給する電源パターンを有しており、他方がグラウンド電位を供給するグラウンドパターンを有している配線基板が提供される。
　本発明によれば、メタマテリアルとしての特性を有しており、かつバンドギャップ周波数帯を低くするときに大型化することを抑制できる構造体、並びにこの構造体を利用した電子装置及び配線基板を提供することができる。
第１の実施形態に係る構造体の概略構成図であって、（ａ）は横断面図であり、（ｂ）は平面図である。 構造体の説明図であって、（ａ）は図１（ａ）に対応した横断面図であり、（ｂ）は構造体の等価回路図である。 第２の実施形態に係る構造体の構成を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は単位セルの構成を示す平面図である。 伝達係数の絶対値の計算結果を示すグラフである。 第３の実施形態にかかる構造体を説明するための平面図である。 伝達係数の絶対値の計算結果を示すグラフである。 第４の実施形態に係る構造体の構成を示す断面図である。 第５の実施形態に係る構造体の構成を示す平面図である。 第６の実施形態に係る構造体の構成を示す縦断面図である。 （ａ）は第７の実施形態に係る構造体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す平面図である。 第８の実施形態に係る構造体の構成を示す平面図である。 第９の実施形態に係る電子装置の構成を示す断面図である。 フィルター構造の一例を示す図である。 フィルター構造の一例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、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。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る構造体１００の概略構成図であって、図１（ａ）は横断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。なお、図１から図１２において、平面方向をＸＹ方向、高さ方向（層の重ね方向）をＺ方向とし、構造体１００におけるＺ方向に向いた中心軸をＰとし、この中心軸Ｐを含むＹＺ方向の面を基準面Ｑとする。
　図１に示すように、構造体１００は、単位セル１０６を有している。単位セル１０６は、複数、例えば２つの第１導体２、第２導体１、第３導体３、及び複数の接続用導体４を備えている。第１導体２は、第１の層２０に位置し、互いに分離している。第２導体１は、第１の層２０とは異なる第２の層１０に位置しており、複数の第１導体２に対向する領域に少なくとも一部が設けられている。第３導体３は、第１の層２０を介して第２の層１０とは逆側に位置する第３の層３０に位置しており、互いに隣り合う複数の第１導体２それぞれと対向している。接続用導体４は、第３導体３を、その第３導体３と対向している複数の第１導体２に接続する。本図に示す例では、接続用導体４はビア状の部材であり、ひとつの第１導体２とひとつの第３導体３の組み合わせに対してひとつ設けられている。そして接続用導体４は、一つの第１導体２と一つの第３導体３とが対向している領域の中心に配置されている。以下、単位セル１０６が２つの第１導体２を有する場合について、説明を行う。
　第２の層１０は、第１の層２０に比べて下層に位置しており、Ｘ方向（すなわち第１の線に沿う方向）に延在している。第１の層２０は、高さ方向において、間隔を空けて第２の層１０に隣接している。第１の層２０には、上記したように、Ｘ方向においてスリット（スペース）２ｃを介して互いに隣り合う２つの第１導体２を有している。スリット２ｃは、スリット２ｃのＸ方向中間の位置に基準面Ｑが位置するように形成されている。基準面ＱはＹＺ方向（すなわち第１の線に直行する方向）に設けられている。スリット２ｃの幅すなわち互いに隣り合う２つの第１導体２の端面間の距離ａは、第１導体２から第３導体３までの距離ｂより狭い。複数の第１導体２、第２導体１、及び第３導体３は、電磁波の伝送線路を構成している。
　第３導体３は、高さ方向（Ｚ方向）において、間隔を空けて第１の層２０に隣接している。第３導体３は、図１（ｂ）に示すように、平面視において、２つの第１導体２それぞれの一部とスリット２ｃとに亘って、重なっている。換言すれば、第１導体２と第３導体３とは互い違いになるように配置されている。そして本図に示す例では、互いに隣り合う２つの第１導体２は、平面視において第３導体３と重なっている面積が互いに同じである。接続用導体４は、第１導体２と第３導体３とを電気的に接続するものであり、高さ方向（Ｚ方向）に延在している。
　なお本図に示す例において、第１の層２０と第２の層１０の間、及び第１の層２０と第３の層３０の間には、誘電体５が設けられている。
　次に、構造体１００の作用について理論的に説明する。図２は、構造体１００の説明図であって、図２（ａ）は図１（ａ）に対応した横断面図であり、図２（ｂ）は構造体１００の等価回路図である。図２（ａ）に示すように、単位セル１０６において、第１の第１導体２と第３導体３とで挟まれた領域を領域ｔ１とし、第２の第１導体２と第３導体３とで挟まれた領域を領域ｔ２とすると、領域ｔ１，ｔ２を等価回路図で示した場合には、図２（ｂ）に示すように、領域ｔ１を並列共振の等価回路Ｔ１、領域ｔ２を並列共振の等価回路Ｔ２で表すことができる。
　等価回路Ｔ１において、第１導体２と第３導体３の間で第１容量Ｃ１が形成され、接続用導体４により、第１導体２と第３導体３の間には、インダクタンスＬ１及び抵抗Ｒ１が形成される。同様に等価回路Ｔ２において、第１導体２と第３導体３の間で第１容量Ｃ２が形成され、接続用導体４により、第１導体２と第３導体３の間には、インダクタンスＬ２及び抵抗Ｒ２が形成される。また第１導体２と第２導体１の間で第２容量Ｃ３，Ｃ４が形成される。そして等価回路Ｔ１の共振周波数はＣ１，Ｃ３，Ｒ１，Ｌ１それぞれの大きさによって決まり、等価回路Ｔ２の共振周波数はＣ２，Ｃ４，Ｒ２，Ｌ２それぞれの大きさによって決まる。このため、等価回路Ｔ１，Ｔ２の各々の共振周波数は、例えば第１導体２と第３導体３が重なっている領域の面積と接続用導体４の配置によって調節することが可能である。これら共振周波数が構造体１００のフィルターとしての遮断周波数帯域、すなわちバンドギャップ周波数帯にあることを示している。すなわち構造体１００は、メタマテリアルとしての特性を示す。なお、図１に示すように互いに隣り合う２つの第１導体２は、平面視において第３導体３と重なっている面積が互いに同じである場合、等価回路Ｔ１と等価回路Ｔ２とを互いに同じにすることができるため、バンドギャップ周波数帯における電磁波遮断効果をさらに大きくすることができる。
　そして構造体１００において、第１導体２と第３導体３とが一部を重複して重ねられた状態で、接続用導体４により電気的に接続されるので、実装面積を増大させることがない。また、領域ｔ１，ｔ２が並列共振回路を構成するので、設定された共振周波数の電磁波を遮断することができる。これにより、実装面積を増大させず、かつ、所望のフィルター特性を得ることができる。
　また、第１導体２と第３導体３とが重なっている領域の面積を大きくすることにより、構造体１００のバンドギャップ周波数帯を低くすることができる。第１導体２と第３導体３とが重なっている領域の面積は、例えば第３導体３の面積によって調節できる。このため、第１導体２と第３導体３とが重なっている領域の面積を大きくしても、構造体１００の平面積は大きくならない。
（第２の実施形態）
　図３は、第２の実施形態に係る構造体１１０の構成を示す断面図である。この構造体１１０は、単位セル１１２または単位セル１１４のいずれか一方を、複数繰り返し、例えば周期的に１次元配列または２次元配列を有するように配置したものである。構造体１１０において、互いに隣り合う単位セル１１２（または単位セル１１４）は、Ｘ方向およびＹ方向において、一の単位セル１１２（または単位セル１１４）の一方の第１導体２が、隣接する他の単位セル１１２（または単位セル１１４）の他方の第１導体２となっている。
　この場合、第１導体２は、第１の層２０に複数繰り返し、例えば周期的に配置されていて互いに分離している。また第２導体１は、複数の第１導体２に対向する領域にシート状に延在している。また複数の第３導体３は、それぞれ、平面視において互いに隣り合う２つの第１導体２それぞれと重なるように配置されている。
　ここで「繰り返し」単位セル１１２（又は１１４）を配置する場合、互いに隣り合う単位セル１１２（又は１１４）において、同一のビアの間隔（中心間距離）が、ノイズとして想定している電磁波の波長λの１／２以内となるようにするのが好ましい。また「繰り返し」には、いずれかの単位セル１１２（又は１１４）において構成の一部が欠落している場合も含まれる。また単位セル１１２（又は１１４）が２次元配列を有している場合には、「繰り返し」には単位セル１１２（又は１１４）が部分的に欠落している場合も含まれる。また「周期的」には、一部の単位セル１１２（又は１１４）において構成要素の一部がずれている場合や、一部の単位セル１１２（又は１１４）そのものの配置がずれている場合も含まれる。すなわち厳密な意味での周期性が崩れた場合においても、単位セル１１２（又は１１４）が繰り返し配置されている場合には、メタマテリアルとしての特性を得ることができるため、「周期性」にはある程度の欠陥が許容される。なおこれらの欠陥が生じる要因としては、単位セル間に配線やビアを通す場合、既存の配線レイアウトにメタマテリアル構造を追加する場合において既存のビアやパターンによって単位セルが配置できない場合、製造誤差、及び既存のビアやパターンを単位セルの一部として用いる場合などが考えられる。
　図４（ａ）は単位セル１１２の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は単位セル１１４の構成を示す平面図である。これらの図は、第１の実施形態における図１（ｂ）に相当している。図４（ａ）に示すように単位セル１１２は、接続用導体４を、基準面Ｑ（すなわち第１の直線に直交していてスリット２ｃの中心を通る直線）を基準にして左右非対称（平面視で非線対称）に配置したものである。すなわち同一の第３導体３に接続している少なくとも２つの接続用導体４は、この第３導体３の中心を基準にしたときに互いに線対称になっておらず、かつ点対象にもなっていない。一方、図４（ｂ）に示すように単位セル１１４は、接続用導体４を左右対称（平面視で基準面Ｑに対して線対称）の位置に配置したものである。
　具体的には、図４（ａ）に示す例では、領域ｔ１に位置する接続用導体４は第３導体３のうち基準面Ｑと交わらない辺の近傍に位置している。そして領域ｔ２に位置する接続用導体４は、領域ｔ１に位置する接続用導体４よりも、第３導体３の中心の近くに位置している。
　構造体１００が単位セル１１２により構成されている場合と単位セル１１４により構成されている場合それぞれにおいて、下記参考文献１～３に例示される公知の解析手法を用いて、図３に示すように、符号２１を入射電力側、符号２２を出力電力側として、伝達係数の絶対値を計算した。ここで伝達係数とは、入力電力に対する出力電力の割合を示す指標であり、本例では入出力を５０オーム系とした場合のＳパラメータ（Ｓ２１）の絶対値を用いている。なお、この解析手法は、向かい合った導体間を細かいメッシュに区切り、メッシュ毎の回路定数を式（１）として表して等価回路モデルを求めるものである。この解析を行うにあたり、図４の各図において、ｄ１＝ｄ２＝８ｍｍ、ｄ３＝ｄ４＝２ｍｍとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
〔参考文献１〕「EMC Europe 2008 International Symposium on Electromagnetic Compatibility Proceedings1, pp.97-102" Analysis of a PCB-Chassis System Including Different Sizes of Multiple Planes Based on SPICE"
〔参考文献２〕「EMC Europe 2004 International Symposium on Electromagnetic Compatibility" Optimization of Decoupling Capacitor Allocations in Relation to LSI chips For Suppressing Voltage Disturbances in Power Distribution Systems" Volume1, pp.460-463
〔参考文献３〕日本国特許出願「特願２００６－３３６４２３」
　図５に、上述した伝達係数の絶対値の計算結果を示す。図５によれば、１０ＧＨｚまでの周波数帯域において、単位セル１１４により構成された構造体１１０は、二つのバンドギャップ周波数帯を有するフィルターとなり、単位セル１１２により構成された構造体１１０は、単一の遮断周波数帯域を有するフィルターとなる。
　ここで単位セル１１４により構成された構造体１１０が二つのバンドギャップ周波数帯を有する理由を説明する。図２（ｂ）を用いて説明したように、価回路Ｔ１の共振周波数はＣ１，Ｃ３，Ｒ１，Ｌ１それぞれの大きさによって決まり、等価回路Ｔ２の共振周波数はＣ２，Ｃ４，Ｒ２，Ｌ２それぞれの大きさによって決まる。これらの共振周波数が異なる場合、それぞれの共振周波数に対応するバンドギャップ周波数帯が現れる。単位セル１１４において、等価回路Ｔ１に対応する領域ｔ１と等価回路Ｔ２に対応する領域ｔ２を比較すると、接続用導体４の位置が左右非対称になっている。このため、図２（ｂ）に示したＲ２，Ｌ２がＲ１，Ｌ１と異なる値になる。従って、単位セル１１４により構成された構造体１１０は、二つのバンドギャップ周波数帯を有することになる。
　以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また接続用導体４の位置を調節することにより、所望する周波数帯にバンドギャップ周波数帯を設定することができる、また接続用導体４の位置を左右非対称にすることにより、構造体１１０に複数のバンドギャップ周波数帯を持たせることができる。この効果は、例えば構造体１１０を利用して、不要な電磁波を除去するフィルターを構成する場合に有用である。
（第３の実施形態）
　図６～図７は、第３の実施形態にかかる構造体１２０，１３０，１４０，１５０を説明するための図である。本実施形態は、第１及び第２の実施形態に示した構造体１００，１１０においてバンドギャップ周波数帯の調節が可能であることを説明するものである。なお、図１～５と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
　図６（ａ）～（ｄ）は、それぞれ構造体１２０，１３０，１４０，１５０の一部平面図である。構造体１２０，１３０，１４０，１５０は、それぞれ単位セル１２２，１３２，１４２，１５２を有している。これら単位セル１２２，１３２，１４２，１５２は、それぞれ基準面Ｑを基準として左右対称（平面視で線対称）の位置となるように接続用導体４を配置したものである。ひとつの第１導体２とひとつの第３導体３の組み合わせに対する接続用導体４の数は、単位セル１２２では１つであり、単位セル１３２では２つであり、単位セル１４２では３つであり、単位セル１５２では４つである。なお単位セル１２２，１３２，１４２，１５２それぞれにおいて、第１導体２と第３導体３とのそれぞれの重複部分は長方形または正方形であり、接続用導体４はこの重複部分の角部に配置されている。
　図７は、図５と同様に単位セル１２２，１３２，１４２，１５２を５つ直列状に配置した場合における、構造体１２０，１３０，１４０，１５０それぞれの伝達係数の絶対値の計算結果を示したものである。図７に示すように、接続用導体４を増加させていくことにより、バンドギャップ周波数帯は高周波側にシフトしていくことがわかる。このように、接続用導体４の数を変えることによってもバンドギャップ周波数帯を調節することができる。従って、接続用導体４の数を設定することにより、バンドギャップ周波数帯を除去したい電磁波の周波数にあわせることができる。
（第４の実施形態）
　図８は、第４の実施形態に係る構造体１６０の構成を示す断面図である。この構造体は、以下の点を除いて第１の実施形態に示した構造体１００または第２の実施形態に示した構造体１１０と同様の構成である。
　まず第３導体３は第３開口３１を有している。第３開口３１は、接続用導体４を第１導体２とは反対側から挿入するために設けられている。そして接続用導体４は、一端が開放端になっており、他端にストッパー４４を有している。ストッパー４４の平面形状は、第３開口３１の平面形状より大きい。また接続用導体４の開放端からストッパー４４の下面までの距離は、第３導体３の上面から第１導体２の上面までの距離に等しい。このため、第３開口３１に接続用導体４を差し込み、ストッパー４４の下面を第３導体３の上面に当接させると、接続用導体４の開放端が第１導体２の上面に当接する。
　そして本実施形態では、第３開口３１は複数、例えば図６（ｂ）～（ｄ）のいずれかにおいて接続用導体４が設けられていた位置に形成されている。そして接続用導体４が差し込まれている第３開口３１の数及び位置を調節することにより、構造体１６０の本体を製造した後においてもバンドギャップ周波数帯を調節することができる。例えば図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）それぞれと同じ位置に接続用導体４を配置すると、構造体１６０に、構造体１３０，１４０，１５０と同じ特性を持たせることができる。言い換えると、共通の構造体の本体を利用して、互い異なる構造体１３０，１４０，１５０を製造することができる。このため、構造体の設計労力及び設計コスト、並びに構造体の製造コストを削減することができる。
（第５の実施形態）
　図９は第５の実施形態に係る構造体１７０の構成を示す平面図である。本実施形態において構造体１７０は、単位セル１７２を２次元方向（ＸＹ方向）に配列した構成であり、例えば二次元方向の電磁波の伝播を特定の周波数で遮断するフィルターとして使用される。
　詳細には、単位セル１７２は、２行２列に配置された４つの第１導体２と、これら４つの第１導体２に亘って配置された第３導体３と、４つの第１導体２それぞれを第３導体３に電気的に接続する接続用導体４とから構成されている。そして構造体１７０は、単位セル１７２をＸ，Ｙ方向に繰り返し、例えば周期的に設けたものである。隣接する二つの単位セル１７２において、一方の単位セル１７２の二つの第１導体２が、他方の単位セル１７２の二つの第１導体２となっている。本図に示す例では第１導体２及び第３導体３は長方形であるが、ひとつの第３導体３は、ひとつの第１導体２のうち角を含む１／４の領域と重なっている。接続用導体４は、第３導体３の角と重なる位置に設けられている。なお第１導体２及び第３導体３は、六角形などの他の任意の多角形であってもよい。
　換言すれば、平面視において、複数の第１導体２がスペースを空けてマトリクス状に配列されると共に、同じくスペースを空けてマトリクス状に配列された第３導体３が、第１導体２と互い違いに重ねられている。
　本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また二次元方向の電磁波の伝播を特定の周波数で遮断することができる。
（第６の実施形態）
　図１０は、第６の実施形態に係る構造体１８０の構成を示す縦断面図である。構造体１８０は、誘電層５が第１誘電層５１及び第２誘電層５２によって構成されている点を除いて、第１～第５のいずれかの実施形態と同様の構成である。
　第１誘電層５１は、第１の層２０と第２の層１０の間を埋めており、第２誘電層５２は第１の層２０と第３の層３０の間を埋めている。第１誘電層５１の比誘電率は、第２誘電層５２の比誘電率と異なる。
　本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また第２誘電層５２の材料を変更してその比誘電率を調節することにより、図２（ｂ）に示した等価回路における第１容量Ｃ１，Ｃ２の値を調節することができる。これにより、構造体１８０が有するバンドギャップ周波数帯を調節することができる。例えば、第２誘電層５２の比誘電率が第１誘電層５１の比誘電率より高くなるように第２誘電層５２の材料を選択すると、誘電層５のすべてを第１誘電層５１と同じ材料で形成した場合と比較して構造体１８０のバンドギャップ周波数帯を低くすることができる。
（第７の実施形態）
　図１１（ａ）は、第７の実施形態に係る構造体１９０の構成を示す平面図である。本図は、第１の層２０の下面側から上方（すなわち第３の層３０側）を見た図である。構造体１９０は、以下の点を除いて第５の実施形態に係る構造体１７０と同様の構成である。
　まず第１導体２には、第１開口２２及び第４導体２４が設けられている。第１開口２２は、平面視で接続用導体４と重なる領域に形成されている。第４導体２４は配線形状をしており、第１導体２と接続用導体４とを接続している。本図に示す例では、両端に位置する第１導体２を除き、ひとつの第１導体２に対して複数の接続用導体４が設けられている。そして第１開口２２及び第４導体２４は、すべての接続用導体４に対応する領域に設けられている。ただし第１開口２２及び第４導体２４は、一部の接続用導体４に対応する領域にのみ設けられていても良い。
　本図に示す例では、第１開口２２は正方形であり、その中心に接続用導体４が位置している。第４導体２４は、平面視において接続用導体４の周りをスパイラル状に延伸している。
　図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の変形例を示す平面図である。本図に示す例では、平面視において接続用導体４は、第１開口２２の中心から外れている。そして第４導体２４は、第１開口２２の中をミアンダ状、すなわちジグザグに延伸している。
　本実施形態によっても第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。また接続用導体４と第１導体２の間に配線状の第４導体２４が位置しているため、図２（ｂ）の等価回路におけるインダクタンスＬ１，Ｌ２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２が大きくなる。従って、構造体１９０のバンドギャップ周波数帯を、構造体１７０のバンドギャップ周波数帯に対して低くすることができる。
　なお第１～第４の実施形態及び第６の実施形態においても、本実施形態と同様に第１開口２２及び第４導体２４を設けても良い。
（第８の実施形態）
　図１２は、第８の実施形態に係る構造体２００の構成を示す平面図である。本図は、第３の層３０の上面側から下方（すなわち第１の層２０側）を見た図である。構造体２００は、第３導体３に第２開口３２及び第５導体３４が設けられている点を除いて、第５の実施形態に係る構造体１７０または第７の実施形態に係る構造体１９０と同様の構成である。第３導体３における第２開口３２及び第５導体３４の配置及び形状は、第７の実施形態に示した第１開口２２及び第４導体２４の配置及び形状と同様である。本図において第５導体３４はスパイラル状に延伸しているが、図１１（ｂ）における第４導体２４と同様にミアンダ状に延伸していても良い。
　本実施形態によっても第７の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　なお第１～第４の実施形態及び第６の実施形態においても、本実施形態と同様に第２開口３２及び第５導体３４を設けても良い。
（第９の実施形態）
　図１３は、第９の実施形態に係る電子装置の構成を示す断面図である。この電子装置は、電子素子の一例としての半導体パッケージ４１及び配線基板５０を備えている。配線基板５０は、第１～第８の実施形態のいずれかに示した構造体を有している。図１３に示す例では配線基板５０は、第５の実施形態に示した構造体１７０と同様の構成を有している。
　詳細には、構造体１７０は、平面視で半導体パッケージ４１と重なる領域に形成されている。また構造体１７０の第２導体１は配線基板５０のグラウンドプレーン及び電源プレーンの一方であり、第１導体２は配線基板５０のグラウンドプレーン及び電源プレーンの他方である。そして第３導体３が配線基板５０の一方の面（本図に示す例では下面）に形成されている。半導体パッケージ４１は、配線基板５０の他方の面（本図に示す例では上面）に実装されている。また本図に示す例では、第３導体３、第１導体２、第２導体１、及び半導体パッケージ４１の順に積層されている。
　配線基板５０には、ビア４２、４３が設けられている。ビア４２は半導体パッケージ４１を第１導体２に接続しており、ビア４３は半導体パッケージ４１を第２導体１に接続している。すなわち半導体パッケージ４１は、ビア４２，４３の一方により電源電位が供給され、他方によりグラウンド電位が供給される。
　なお第２導体１には、平面視でビア４２と重なる領域に開口１２を有している。開口１２が設けられることにより、ビア４２は第２導体１に短絡することなく半導体パッケージ４１と第１導体２を接続することができる。
　本実施形態によれば、第２導体１は配線基板５０のグラウンドプレーン及び電源プレーンの一方であり、第１導体２は配線基板５０のグラウンドプレーン及び電源プレーンの他方である。すなわち配線基板５０のグラウンドプレーン及び電源プレーンを用いて構造体１７０が構成されている。従って、構造体１７０が有するバンドギャップ周波数帯が半導体パッケージ４１をノイズ源とするノイズの周波数を含んでいる場合、半導体パッケージ４１から発生したノイズがグラウンドプレーン及び電源プレーンに伝播することを抑制できる。また、構造体１７０が有するバンドギャップ周波数帯が半導体パッケージ４１に入射してほしくないノイズの周波数を含んでいる場合、グラウンドプレーン及び電源プレーンを介して半導体パッケージ４１にノイズが入ることが抑制される。
　このように、本実施形態に係る配線基板５０を用いることにより、実装面積を増大せずに、かつ、特定の周波数の電気信号、電磁波ノイズ等の伝播を遮断しつつ、伝送線路において電磁波を伝播させることができ、不要な電磁波による干渉を抑制することができる。
　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。
　この出願は、２００８年１０月１７日に出願された日本出願特願２００８－２６９１２６号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 (14)

  1. 　第１の層に位置し、繰り返し配置されていて互いに分離している複数の第１導体と、
    　前記第１の層とは異なる第２の層に位置し、前記複数の第１導体に対向する領域に少なくとも一部が設けられている第２導体と、
    　前記第１の層を介して前記第２の層とは逆側に位置する第３の層に位置し、互いに隣り合う複数の前記第１導体それぞれと対向している第３導体と、
    　前記第３導体を、当該第３導体と対向している複数の前記第１導体に接続する複数の接続用導体と、
    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導体から前記第３導体までの距離は、互いに隣り合う複数の前記第１導体の端面間の距離より広い構造体。
  3. 　請求項１または２に記載の構造体において、
    　互いに隣り合う複数の前記第１導体は、前記第３導体と対向している面積が互いに同じである構造体。
  4. 　請求項１～３のいずれかひとつに記載の構造体において、
    　前記接続用導体は、ひとつの前記第１導体とひとつの前記第３導体の組み合わせに対して複数設けられている構造体。
  5. 　請求項１～４のいずれかひとつに記載の構造体において、
    　前記第１の層と前記第２の層の間に位置する第１誘電層と、
    　前記第１の層と前記第３の層の間に位置している第２誘電層と、
    を備え、前記第２誘電層の比誘電率は、前記第１誘電層の比誘電率より高い構造体。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の構造体において、
    　前記第１導体に形成され、前記接続用導体と対向している第１開口と、
    　前記第１開口内に設けられ、前記第１導体と前記接続用導体とを接続する配線状の第４導体と、
    を備える構造体。
  7. 　請求項６に記載の構造体において、
    　前記第４導体は前記第１開口内を、ミアンダ状またはスパイラル状に延伸している構造体。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の構造体において、
    　前記第３導体に形成され、前記接続用導体と対向している第２開口と、
    　前記第２開口内に設けられ、前記第３導体と前記接続用導体とを接続する配線状の第５導体と、
    を備える構造体。
  9. 　請求項８に記載の構造体において、
    　前記第５導体は前記第２開口内を、ミアンダ状またはスパイラル状に延伸している構造体。
  10. 　請求項１～９のいずれか一つに記載の構造体において、
    　同一の前記第３導体に接続している複数の前記接続用導体は、前記第３導体の中心を基準にしたときに互いに線対称になっておらず、かつ点対象にもなっていない構造体。
  11. 　請求項１～１０のいずれかひとつに記載の構造体において、
    　前記第３導体は、前記接続用導体を前記第１導体とは反対側から挿入するための複数の第３開口を有しており、
    　前記第３導体において少なくともひとつの前記第３開口に前記接続用導体が挿入されることにより、前記接続用導体は前記第３導体と前記第１導体とを接続している構造体。
  12. 　請求項１１に記載の構造体において、
    　前記接続用導体は、着脱可能に前記第３開口に挿入されている構造体。
  13. 　電子素子と、
    　前記電子素子を実装した配線基板と、
    を備え、
    　前記配線基板は、
    　　第１の層に位置し、繰り返し配置されていて互いに分離している複数の第１導体と、
    　　前記第１の層とは異なる第２の層に位置し、前記複数の第１導体に対向する領域に少なくとも一部が設けられている第２導体と、
    　　前記第１の層を介して前記第２の層とは逆側に位置する第３の層に位置し、互いに隣り合う複数の前記第１導体それぞれと対向している複数の第３導体と、
    　　前記複数の第３導体それぞれを、当該第３導体と対向している複数の前記第１導体に接続する複数のビアと、
    を備えており、
    　前記第１の層及び前記第２の層は、一方が前記電子素子に電源電位を供給する電源パターンを有しており、他方が前記電子素子にグラウンド電位を供給するグラウンドパターンを有している電子装置。
  14. 　第１の層に位置し、繰り返し配置されていて互いに分離している複数の第１導体と、
    　　前記第１の層とは異なる第２の層に位置し、前記複数の第１導体に対向する領域に少なくとも一部が設けられている第２導体と、
    　　前記第１の層を介して前記第２の層とは逆側に位置する第３の層に位置し、互いに隣り合う複数の前記第１導体それぞれと対向している複数の第３導体と、
    　　前記複数の第３導体それぞれを、当該第３導体と対向している複数の前記第１導体に接続する複数のビアと、
    を備えており、
    　前記第１の層及び前記第２の層は、一方が電源電位を供給する電源パターンを有しており、他方がグラウンド電位を供給するグラウンドパターンを有している配線基板。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012160837A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Mitsubishi Electric Corp 高周波フィルタ及び高周波モジュール

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014022688A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Samtec, Inc. Multi-layer transmission lines
KR101333663B1 (ko) * 2012-08-09 2013-11-27 숭실대학교산학협력단 메타 구조체를 이용한 단말 장치
TW201424483A (zh) * 2012-12-04 2014-06-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 印刷電路板
JP6512837B2 (ja) * 2015-01-20 2019-05-15 キヤノン株式会社 電子回路及び構造体
US11532864B2 (en) * 2021-03-24 2022-12-20 Globalfoundries U.S. Inc. Microstrip line structures having multiple wiring layers and including plural wiring structures extending from one wiring layer to a shield on a different wiring layer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62109501U (ja) * 1985-12-26 1987-07-13
JPH10209726A (ja) * 1997-01-22 1998-08-07 Murata Mfg Co Ltd 共振器
JP2004032232A (ja) * 2002-06-25 2004-01-29 Toppan Printing Co Ltd 伝送線路フィルター

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3255151B2 (ja) * 1999-05-11 2002-02-12 日本電気株式会社 多層プリント回路基板
US7088215B1 (en) * 2005-02-07 2006-08-08 Northrop Grumman Corporation Embedded duo-planar printed inductor
JP5019033B2 (ja) * 2007-03-16 2012-09-05 日本電気株式会社 コモンモード電流抑制ｅｂｇフィルタ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62109501U (ja) * 1985-12-26 1987-07-13
JPH10209726A (ja) * 1997-01-22 1998-08-07 Murata Mfg Co Ltd 共振器
JP2004032232A (ja) * 2002-06-25 2004-01-29 Toppan Printing Co Ltd 伝送線路フィルター

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012160837A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Mitsubishi Electric Corp 高周波フィルタ及び高周波モジュール

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