JP2008198861A - 回路基板および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】メッシュ孔を開けたＧＮＤ層を有する回路基板において、信号配線とメッシュ部分の重なり面積が信号配線の各場所で変化するため、信号配線の配線インピーダンスの変動が大きくなる。
【解決手段】信号配線１０１ａの直下に配置される、メッシュ孔１０３の単位形状を二等辺三角形とし、その各底辺を信号配線１０１ａの左右両端縁１０１ａ−１、１０１ａ−２に一致させるとともに、両端縁１０１ａ−１、１０１ｂ−２に配置された各二等辺三角形の頂点が互いに重なり合わないように互いに配線方向Ｆに半周期ずらして配置することにより、信号配線１０１ａのいずれの場所でも、配線方向Ｆに直交する方向におけるＧＮＤ層１０２の導体部分とメッシュ孔１０３の開口部分との割合が一定である。
【選択図】図７

Description

本発明は、デジタルＴＶなどの電子機器に用いられる回路基板などに関するものである。

近年、デジタルＴＶ、ＤＶＤレコーダー、ＰＣ、携帯電話などの電子機器が扱うデータが、大容量になり、それにより、回路基板を流れる信号の高速化が進んでいる。また、電子機器の小型化に伴い、従来のガラスエポキシ基板やビルドアップ基板等ではなく、柔軟性を有するフレキシブルな回路基板を用いる製品が飛躍的に増大してきている。

このような技術状況において、問題になる点は、高速信号の信号品質を確保しながら回路基板の柔軟性を向上させることである。たとえば、その基板の柔軟性を高くするために、導体の厚さを薄くすることが考えられるが、導体を薄くすると信号配線のインピーダンスが上がるため、オーバーシュート、アンダーシュートが発生しやすくなり、輻射の観点および信号品質の観点で大きな問題が生じる。

そこで、この問題を解決するために、回路基板のＧＮＤ層にメッシュ状の孔を開けるという対策が取られていた（例えば特許文献１参照）。

図１０にその従来技術の一例を示す。１１０１ａ、１１０１ｂは信号配線、１１０２はＧＮＤ層、１１０３はメッシュ孔を示す。メッシュ孔１１０３の傾きθは３０度〜６０度に設定されている。また、ＧＮＤ層１１０２内においてメッシュ孔１１０３の間の中点である４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが信号配線１１０１ａ、１１０１ｂに重ならないように構成されている。
特開平７−３２１４６３号公報

しかしながら、特許文献１の従来の回路構成では、ＧＮＤ層１１０２にメッシュ孔１１０３が設けられているが、信号配線１１０１ａ、１１０１ｂの直下に位置する、ＧＮＤ層１１０２の導体部分と、同じく信号配線１１０１ａ、１１０１ｂの直下に位置するメッシュ孔１１０３の開口部分に着目してみると、前記信号配線のいずれの場所（たとえば点ｍ〜ｔの場所）でも、信号配線１１０１ｂの配線方向Ｆに対して直交する方向（線分Ｍ〜Ｔ）における前記導体部分と前記開口部分との割合が同一である状態にはなっていないことが分かる。すなわち、図１０において、各点ｍ〜ｔを横切る各線Ｍ〜Ｔ上に着目すると、導体部分と開口部分の割合が互いに異なっていることが分かる。

その結果、従来の回路基板の構成には、前記信号配線上での配線インピーダンスの変化が大きく、そのため、信号品質が低下するという課題がある。

本発明は、前記従来の回路基板の課題を解決するもので、基板の曲げの柔軟性を向上させながら、信号品質の低下を防ぐことが出来る回路基板を提供することを目的とするものである。

第１の本発明は、絶縁体層と、
前記絶縁体層上に形成された信号配線と、
前記絶縁体層の、前記信号配線とは反対側に形成され、メッシュ孔を有するＧＮＤ層と、を備え、
前記メッシュ孔の存在する領域のＧＮＤ層の部分について、
前記信号配線の直下に位置する前記ＧＮＤ層の導体部分と前記メッシュ孔の開口部分との割合に関して、前記信号配線の配線方向に対して直交する方向における前記導体部分と前記開口部分との割合が一定である、回路基板である。

第２の本発明は、前記信号配線の直下に位置する前記ＧＮＤ層の導体部分に関して、前記信号配線の配線方向に対して直交する方向の、前記導体部分の幅が、いずれの場所でも一定であり、且つ前記信号配線の配線方向に沿って連続的に位置が変化している、第１の本発明の回路基板である。

第３の本発明は、前記信号配線の直下に位置する前記メッシュ孔の開口部分に関して、前記信号配線の配線方向に対して直交する方向の、前記メッシュ孔の開口部分の幅が、いずれの場所でも一定であり、且つ前記信号配線の配線方向に沿って連続的に位置が変化している、第1の本発明の回路基板である。

第４の本発明は、前記メッシュ孔の単位となる形状が、二等辺三角形、平行四辺形または三日月の形状である、第１の本発明の回路基板である。

第５の本発明は、各前記平行四辺形が、前記信号配線の一方の端縁に重なっている各平行四辺形と、他方の端縁に重なっている各平行四辺形とが、互いに半周期間隔で、前記信号配線の配線方向にずれて配置されている、第４の本発明の回路基板である。

第６の本発明は、各前記二等辺三角形が、前記信号配線の一方の端縁に底辺で接している各二等辺三角形と、他方の端縁に底辺で接している各二等辺三角形とが、互いに半周期間隔で、前記信号配線の配線方向にずれて配置されている、第４の本発明の回路基板である。

第７の本発明は、各前記三日月の配置について、その各弧の頂点が前記信号配線の一方の端縁に接し、前記三日月の各弧の両端が前記信号配線の他方の端縁に接している、第４の本発明の回路基板である。

第８の本発明は、第１〜７のいずれかの本発明にかかる回路基板と、
前記回路基板が組み込まれた電子機器本体と、を備えた電子機器である。

本発明は、このように、ＧＮＤ層にメッシュ孔を形成することで、基板の曲げの柔軟性を向上させながら、導体部分と開口部分との割合を一定とすることによって、信号配線の配線インピーダンスの変動を抑制することが出来、信号品質の低下を抑えることが出来る。

本発明の回路基板によれば、基板において柔軟性を向上させながら、信号品質の低下を抑えることが可能となる。

また、本発明の電子機器は、備える回路基板の信号品質が高いので優れた性能を発揮できる。

以下、本発明を実施するための具体的な形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１から図６を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態１における回路基板を透視的に示す平面図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線での回路基板の端面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線での回路基板の端面図、図３はＧＮＤ層に設けたメッシュ孔の位置による配線インピーダンスの変化を調べるための解析条件を示す端面図、図４はＧＮＤ層に設けたメッシュの孔の位置と配線インピーダンスの関係を示したグラフである。

図１及び図２において、絶縁体層２０１の上には信号配線１０１ａ、１０１ｂが形成されている。さらに、絶縁体層２０１の下にはＧＮＤ層１０２が形成されている。

このＧＮＤ層１０２には、メッシュ孔１０３が形成されており、その個々の単位部分の形状は平行四辺形である。

このメッシュ孔１０３の単位となる各平行四辺形は、信号配線１０１ａとの関係において、次のとおりに配置されている。

すなわち、各平行四辺形における、信号配線１０１ａの配線方向Ｆの一対の頂点１０３ａ、１０３ｂ・・・・は、信号配線１０１ａの左右それぞれの端縁１０１ａ−１、端縁１０１ａ−２に重なっている。さらに、端縁１０１ａ−１側に重なっている各平行四辺形同士はその頂点で互いに接しており、また、端縁１０１ａ−２側に重なっている各平行四辺形同士もその頂点で互いに接している。

さらに、端縁１０１ａ−１側に重なっている各平行四辺形の頂点と、端縁１０１ａ−２側に重なっている各平行四辺形の頂点とは互いに重ならないように配置している。すなわち、一方の端縁１０１ａ−１に重なっている各平行四辺形と、他方の端縁１０１ａ−２に重なっている各平行四辺形とは互いに半周期間隔で、信号配線１０１ａの配線方向Ｆに、ずれて配置されている。

より詳しく説明すれば、一方の端縁、例えば端縁１０１ａ−１に重なっている各平行四辺形の互いに接する頂点１０３ｂと、他方の端縁、例えば端縁１０１ａ−２に重なっている各平行四辺形の、前記配線方向Ｆに直交する方向の一対の頂点１０３ｃ、１０３ｄとは、配線方向Ｆを基準にして同じレベル位置にある。

また、同様に、信号配線１０１ｂについても、メッシュ孔１０３の単位となる各平行四辺形は、信号配線１０１ａの場合と同じような位置関係に配置されている。

次に、図２（ａ）から分かるように、図１のＡ−Ａ’線に沿った端面では、信号配線１０１ａの直下には、図面上、左側に導体部分１０２ａが配置され、右側にメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｅが配置されている。この開口部分１０３ｅは、上述したメッシュ孔１０３の単位となる平行四辺形の半分である。信号配線１０１ｂについても同様である。

他方、図２（ｂ）から分かるように、図１のＢ−Ｂ’線に沿った端面では、信号配線１０１ａの直下には、図面上、右側に導体部分１０２ａが配置され、左側にメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｅが配置されている。信号配線１０１ｂについても同様である。

なお、図１のＣ−Ｃ’線に沿った端面では、メッシュ孔１０３の開口部分１０３ｅは左と右に分かれることになる（端面図示省略）。

このように、メッシュ孔１０３が存在する領域のＧＮＤ層の部分（図１の場合は、正方形のＧＮＤ層１０２の周辺部位を除く中央部分）についてみると、信号配線１０１ａ、１０１ｂの直下の部分においては、メッシュ孔１０３の開口部分１０３ｅは、信号配線１０１ａ、１０１ｂの色々な位置（例えばＡ−Ａ’線の位置、Ｂ−Ｂ’線の位置、Ｃ−Ｃ‘線の位置）に依って、図面上右側、左側、あるいは左右に分かれて配置されるが、しかしながら、信号配線１０１ａ、１０１ｂのいずれの場所でも、配線方向Ｆに直交する方向におけるＧＮＤ層１０２の導体部分１０２ａとメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｅとの割合は一定である。図１の実施の形態１の場合、１対１の割合である。

次に、このように導体部分と開口部分の割合が一定でさえあれば、その開口部分の位置が、配線方向Ｆに直交する方向で左右（図面上）に変化しても、配線インピーダンスは殆ど変化しないことを説明する。

図３は、配線インピーダンスの変化のメッシュ孔の位置依存性を解析するためのモデルを示す。図４はその結果である。

なお、図３において、信号配線１０１ｍに対して、開口部分１０３ｍをｘ軸に沿って移動させる。そのｘ軸の原点は信号配線１０１ｍの図面上左端としている。

誘電体としての絶縁体層２０１ｍは誘電率３．３のポリイミドとし、信号配線１０１ｍの材料としては銅を用いた。また、流す信号は５０ＭＨｚでｄｕｔｙが１：１の矩形波とした。また、メッシュ孔の開口部分１０３ｍの幅Ｗａは２０μｍおよび５０μｍの２通りの条件を計算した。信号配線１０１ｍの厚さは３０μｍ、幅は１００μｍ、誘電体である絶縁体層２０１ｍの厚さは６０μｍ、また、ＧＮＤ層１０２ｍの厚さは３０μｍとした。

図４からわかるように、導体部分１０２ｍａとメッシュ孔の開口部分１０３ｍとの割合が一定であるならば、配線方向Ｆに直交する方向における開口部分１０３ｍの位置によらず、信号配線１０１ｍの配線インピーダンスはほぼ一定になる。つまり、信号配線１０１ｍとＧＮＤ層１０２ｍの導体部分１０２ｍａの重なり面積が一定になる。

なお、上述したＣ−Ｃ’線での位置のように、開口部分１０３ｍが左右に分かれている場合も上記場合と殆ど同じでその差は２Ω以内に収まる。

次に、別の、配線インピーダンスの変化のメッシュ孔の位置依存性を解析するためのモデルを示す。図５はそのモデルを示し、図６はその結果である。

図５の例では、メッシュ孔１０３ｍの真ん中の位置を座標ｘ＝０とした。その原点から左右に信号配線１０１ｍの導体部分が移動するようにした。メッシュ孔１０３は固定である。図６はその解析結果を示し、このグラフからも、メッシュ孔１０３ｍの開口部分に対する導体部分の相対的な位置の変化で配線インピーダンスが大きく変動しないことがわかる。 このように、本発明の実施の形態１によれば、メッシュ孔の開口部分の、信号配線の導体部分に対する相対的な位置が、各場所に応じて連続的に変化してはいるが、それにもかかわらず、信号配線１０１ａ、１０１ｂのいずれの場所でも配線インピーダンスはほぼ一定の値を取る。このため、信号配線１０１ａ、１０１ｂで配線インピーダンスの変化を少なくすることが可能となり、信号品質の低下を防ぐことが可能である。

なお、本実施の形態１は信号配線が表層にある場合の実施の形態を示したが、信号配線１０１ａ、１０１ｂが回路基板の内層にある場合も実現可能である。

（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施の形態について図７および図８を用いて説明する。

図７は、本発明の実施の形態２における回路基板を透視的に示す平面図、図８は図７のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線での回路基板の端面図を示す。図７、図８において図１、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７において、ＧＮＤ層１０２上に形成されたメッシュ孔１０３の単位の形状が二等辺三角形であり、且つ信号配線１０１ａ、１０１ｂの直下にメッシュ孔１０３の全体を配置し、すなわち、二等辺三角形全体が信号配線１０１ａ、１０１ｂの直下に配置されており、開口部分１０３ｆを形成している。さらに、この開口部分１０３ｆである二等辺三角形の底辺１０３ｆ−１は信号配線１０１ａの左右端縁１０１ａ−１、１０１ａ−２に一致している。信号配線１０１ｂについても同様である。

このメッシュ孔１０３の二等辺三角形の頂点から底辺までの距離Lは、信号配線１０１ａ、１０２ｂの各幅の半分の値以下にしている。

さらに、上述した実施の形態１と同様に、端縁１０１ａ−１側に重なっている各二等辺三角形の頂点と、端縁１０１ａ−２側に重なっている各二等辺三角形の頂点とは互いに重ならないように配置している。すなわち、一方の端縁１０１ａ−１に接している各二等辺三角形と、他方の端縁１０１ａ−２に接している各二等辺三角形とは互いに、配線方向Ｆに半周期間隔でずれて配置されている。

より詳しく説明すれば、端縁１０１ａ−１に接している各二等辺三角形同士が互いに接している接点１０３ｆ−２と、端縁１０１ａ−２に接している各二等辺三角形の各頂点１０３ｆ−３とは、配線方向Ｆを基準にして同じレベル位置にある。

また、同様に、信号配線１０１ｂについても、メッシュ孔１０３の単位となる各二等辺三角形は、信号配線１０１ａの場合と同じように配置されている。

次に、図８（ａ）から分かるように、図７のＡ−Ａ’線に沿った端面では、配線１０１ａの直下には、図面上、左側に導体部分１０２ａが配置され、右側にメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｆが配置されている。この開口部分１０３ｆは、上述したメッシュ孔１０３の単位となる二等辺三角形である。

他方、図８（ｂ）から分かるように、図７のＢ−Ｂ’線に沿った端面では、配線１０１ａの直下には、図面上、右側に導体部分１０２ａが配置され、左側にメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｆが配置されている。

なお、図１のＣ−Ｃ’線に沿った端面では、メッシュ孔１０３の開口部分１０３ｆは左と右に分かれることになる（端面図示省略）。

このように、メッシュ孔１０３が存在する領域のＧＮＤ層の部分（図7の場合は、長方形のＧＮＤ層１０２の周辺部位を除く中央部分）についてみると、信号配線１０１ａ、１０１ｂの直下の部分においては、メッシュ孔１０３の開口部分１０３ｆは信号配線１０１ａ、１０１ｂのそれぞれの場所に依って、右側、左側、あるいは左右に分かれて配置されるが、しかしながら、信号配線１０１ａ、１０１ｂのいずれの場所でも、配線方向Ｆに直交する方向におけるＧＮＤ層１０２の導体部分１０２ａとメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｆとの割合は一定である。図７の実施の形態２の場合、１対１の割合である。

かかる構成により、実施の形態２の回路基板は、実施の形態１と同様に、ＧＮＤ層１０２内の導体部分１０２ａとメッシュ孔１０３の開口部分１０３ｆの割合が常に一定であるので、信号品質の低下を防ぐことが可能である。

また、実施の形態１では、信号配線１０１ａ、１０１ｂの配線インピーダンスの場所による変化を抑えたまま隣接する信号配線１０１ａ、１０１ｂ同士の間隔を小さくするためにはメッシュ孔１０３の大きさを小さくせざるを得ないが、実施の形態２ではメッシュ孔１０３の大きさを小さくしなくても、隣接する信号配線１０１ａ、１０１ｂ同士の間隔を小さくすることが可能である。これにより複雑な工程を必要とせずに高密度配線を形成することが可能である。

さらに、本実施の形態２によれば、メッシュ孔の大きさに依存せず、信号配線間隔を調節することができるので、ＵＳＢ、ＬＶＤＳなどの差動線路において、差動インピーダンスを高精度に調節することが可能となるので、差動信号の品質の低下を防ぐことができる。

なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態２でも、信号配線が回路基板の内層にある場合も実現可能である。

なお、本発明において、導体部分と開口部分との割合が一定であるとは、１００％一定である必要は無く、回路基板としての配線インピーダンスの変動に悪影響を及ぼさない程度であれば、多少ぶれてもかまわない。すなわち、実質上一定であってもよい。

また、その割合も、上述した実施の形態では略１対１であったが、６対４、７対３など、基板の柔軟性と高速信号の信号品質の低下とを考慮して最適な割合を選ぶことは任意である。

また、同様に本発明において、配線方向Ｆに対して直交する方向とは、１００％直交する必要はなく、回路基板としての配線インピーダンスの変動に悪影響を及ぼさない程度での、直交という意味であり、実質上直交を意味する。

なおまた、上述した実施の形態１および２では、信号配線の直下に位置するＧＮＤ層の導体部分に関して、信号配線の配線方向に対して直交する方向の、導体部分の幅は、いずれの場所でも一定であり、且つ信号配線の配線方向に沿って連続的に位置が変化しているようになっている。従って、そのような構成の導体部分の形状と配置であれば他の形状と配置でもかまわない。

また、本発明のメッシュ孔の単位部分の形状は、上述した平行四辺形や二等辺三角形に限らず、他の形状でもかまわない。

例えば、図９に示すような、メッシュ孔１０３の単位部分の形状が三日月の形状であってもよい。この各三日月の配置は、その各弧の頂点１０３ｃが前記信号配線１０１ａの一方の端縁１０１ａ−１に接し、前記三日月の各弧の両端１０３ｇ、１０３ｈが前記信号配線１０１ａの他方の端縁１０１ａ−２に接している。

なおまた、この三日月の形状の場合では、信号配線の直下に位置するメッシュ孔の開口部分に関して、信号配線の配線方向に対して直交する方向の、メッシュ孔の開口部分の幅は、いずれの場所でも一定であり、且つ信号配線の配線方向に沿って連続的に位置が変化している。従って、そのような構成の開口部分の形状と配置であれば他の形状と配置でもかまわない。

以上要するに、本発明の回路基板においては、メッシュ孔の存在する領域のＧＮＤ層の部分について、信号配線の直下に位置するＧＮＤ層の導体部分とメッシュ孔の開口部分との割合に関して、いずれの場所でも、信号配線の配線方向に対して直交する方向における導体部分と開口部分との割合が一定でありさえすれば、そのメッシュ孔の開口部分の形状や配置、また導体部分の形状や配置は任意の形状でよい。

また、本発明の電子機器は、デジタルＴＶ、ＤＶＤレコーダー、ＰＣ、携帯電話などの電子機器であって、上述した本発明の回路基板を組み込んだ電子機器である。

本発明にかかる回路基板は、フレキシブル回路基板において基板の柔軟性を高める事が出来る上、高速信号の信号品質の低下を防ぐ事が出来るので、デジタルＴＶ、ＤＶＤレコーダー、ＰＣ、携帯電話など様々な電子機器で使用する事が可能になる。

本発明の実施の形態１における回路基板を透視的に示す平面図 （ａ）は、図１における回路基板のＡ−Ａ’線での端面図、（ｂ）は、図１における回路基板のＢ−Ｂ’線での端面図 本発明の実施の形態１において、配線インピーダンスのメッシュ孔の位置依存性を解析するモデルを示す端面図 図３の配線インピーダンスのメッシュ孔の位置非依存性を示すグラフ 本発明の実施の形態１において、別の、配線インピーダンスのメッシュの位置依存性を解析するモデルを示す端面図 図５の配線インピーダンスのメッシュ孔の位置非依存性を示すグラフ 本発明の実施の形態２における回路基板を透視的に示す平面図 （ａ）は、図７における回路基板のＡ−Ａ’線での端面図、（ｂ）は、図７における回路基板のＢ−Ｂ’線での端面図 本発明の別の実施の形態の回路基板を透視的に示す平面図 従来技術における回路基板を透視的に示す平面図

符号の説明

１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｍ 信号配線
１０１ａ−１、１０１ａ−２ 信号配線の端縁
１０２、１０２ｍ ＧＮＤ層
１０２ａ、１０２ｍａ 導体部分
１０３ メッシュ孔
１０３ａ、ｂ、ｃ、ｄ 頂点
１０３e、１０３ｆ、１０３ｍ 開口部分
１０３ｇ、ｈ 両端
２０１、２０１ｍ 誘電体としての絶縁体層
１１０１ａ、１１０１ｂ 信号配線
１１０２ ＧＮＤ層
１１０３ メッシュ孔
Ｆ 配線方向

Claims (8)

1. 絶縁体層と、
   前記絶縁体層上に形成された信号配線と、
   前記絶縁体層の、前記信号配線とは反対側に形成され、メッシュ孔を有するＧＮＤ層と、を備え、
   前記メッシュ孔の存在する領域のＧＮＤ層の部分について、
   前記信号配線の直下に位置する前記ＧＮＤ層の導体部分と前記メッシュ孔の開口部分との割合に関して、前記信号配線の配線方向に対して直交する方向における前記導体部分と前記開口部分との割合が一定である、回路基板。
2. 前記信号配線の直下に位置する前記ＧＮＤ層の導体部分に関して、前記信号配線の配線方向に対して直交する方向の、前記導体部分の幅は、いずれの場所でも一定であり、且つ前記信号配線の配線方向に沿って連続的に位置が変化している、請求項1記載の回路基板。
3. 前記信号配線の直下に位置する前記メッシュ孔の開口部分に関して、前記信号配線の配線方向に対して直交する方向の、前記メッシュ孔の開口部分の幅は、いずれの場所でも一定であり、且つ前記信号配線の配線方向に沿って連続的に位置が変化している、請求項１記載の回路基板。
4. 前記メッシュ孔の単位となる形状は、二等辺三角形、平行四辺形または三日月の形状である、請求項１記載の回路基板。
5. 各前記平行四辺形は、前記信号配線の一方の端縁に重なっている各平行四辺形と、他方の端縁に重なっている各平行四辺形とが、互いに半周期間隔で、前記信号配線の配線方向にずれて配置されている、請求項４記載の回路基板。
6. 各前記二等辺三角形は、前記信号配線の一方の端縁に底辺で接している各二等辺三角形と、他方の端縁に底辺で接している各二等辺三角形とが、互いに半周期間隔で、前記信号配線の配線方向にずれて配置されている、請求項４記載の回路基板。
7. 各前記三日月の配置は、その各弧の頂点が前記信号配線の一方の端縁に接し、前記三日月の各弧の両端が前記信号配線の他方の端縁に接している、請求項４記載の回路基板。
8. 請求項１〜７のいずれかの回路基板と、
   前記回路基板が組み込まれた電子機器本体と、を備えた電子機器。

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