JP2011061303A - 高速電気線路 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付けする箇所でのハンダ耐熱性を向上させ、特に電気線路を差動電気線路として使う場合に伝送後の信号品質を向上させる高速電気線路を提供すること。
【解決手段】それぞれの電極が形成された領域１−３では、ガラス布を構成するガラス繊維の密度が、伝送路が形成された領域１−４と比較して選択的に高くなっている。これにより、温度耐性や機械的強度を向上させている。ガラス布１−２のガラス繊維と伝送路とを互いに並行にならないように配置することにより、伝送路の長手方向に沿って伝送路の真下にガラス繊維が位置することを回避している。伝送路が形成された領域１−４では、ガラス繊維の密度が低いことにより、フレキシブル基板としての可撓性が向上するだけでなく、伝送路直下に基板材料を介して位置するガラス繊維の交差数が減少するため、インピーダンスの揺らぎが低減され、伝送特性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は高速電気線路に関し、より詳細には、異なる部品の間を３次元的に接続する際に用いられる可撓性を備えるフレキシブル高速電気線路あるいは異なる部品を同一面に備えることを可能とするリジッド高速電気線路電気線路に関する。

電気信号の信号速度の上昇、さらに小型部品に備えられる電極間ピッチの狭小化に伴い、低損失かつファインピッチ電気線路を備える軽薄短小化された基板が望まれている。

電気信号の伝搬の際に生じる損失を抑えるため、フッ素系樹脂例えばＰＴＦＥなどを基板材料とし、ガラスクロスに浸透させた複数層の基板の方式がある。（例えば、特許文献１参照）
さらに、異なる高さや位置に備えられた部品間を電気的に接続するため、一層基板として可撓性を備えたフレキシブル基板が用いられる場合もある。

図３に、従来のガラス布に樹脂を浸透させた基板３−１上に形成されたグランデッド・コプレーナ線路を示す。また図４に、図３のＣ−Ｃ断面を示す。ガラス布の縦糸３−７と横糸３−８を内部に含む樹脂の一方の面にグランド−ポジティブ信号−ネガティブ信号−グランドの電気線路３−２、３−３、３−４からなるディファレンシャル・グランデッドコプレーナ電極（電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）が形成されており、対向する他方の面にはグランド電極３−６が一様に形成されている。

米国特許第６７８３８４１号明細書

しかしながら、差動伝送路を構成する２本の電気線路３−２、３−３のうち、片方の電気線路３−３の下部にガラス繊維の横糸が電送路長に渡って位置している。電気線路３−３の方がガラス繊維の影響を大きく受けることから、電気線路３−２と電気線路３−３との間に信号伝搬速度差が生じてしまう。この信号伝搬速度差は電気線路を伝搬する信号にＳｋｅｗ差を生じさせ、伝送後の差動信号波形においてクロスポイントのずれやジッタを生じさせるという課題があった。

また、低損失であることを特徴とするＰＴＦＥや液晶ポリマは、その材料特性として３００℃以上の温度に暴露した際に軟化してしまうため、基板端部を他の部品等に鉛フリーハンダ等で接続する際に、その信頼性に課題があった。

低損失性とハンダ温度耐性向上を目的とし、ガラスクロスにＰＴＦＥや液晶ポリマを浸透させた事例もあるが、基板の薄膜化に伴い電気信号ピッチ間隔も狭小化しており、特に差動電気線路として用いる際、ポジティブ電気線路、あるいはネガティブ電気線路のいずれかの下部に線路と並行してあるいは並行に近い角度でガラスクロスが位置した際は、結果としてそれぞれの線路を伝送される電気信号の速度変化が生じ、ジッタの増加等が懸念されており、以上の２点を同時に解決可能な方式が望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半田付けする箇所でのハンダ耐熱性を向上させ、特に電気線路を差動電気線路として使う場合に伝送後の信号品質を向上させる高速電気線路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、高速電気線路であって、複数本のガラス繊維を交互に編み込んだガラス繊維布に樹脂を染みこませた可撓性を備えるフィルムであって、前記フィルムのエッジ端からＬ（ｍｍ）の範囲となる領域Ａと、前記領域Ａ以外の領域Ｂの両者でガラス繊維の交差密度が異なるフィルムと、前記フィルムの第１の面に一様に形成された導体と、前記第１の面に対向する第２の面に前記ガラス繊維と並行にならないように形成された電気線路とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高速電気線路において、前記領域Ａのガラス繊維の交差密度は、前記領域Ｂのガラス繊維の交差密度よりも高いことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の高速電気線路において、前記電気線路は、前記第２の面の領域Ａに形成された、（グランド、信号、グランド）の組で使う金属膜を順番にならべ、かつ前記第１の面にグランド電極を備えたシングルエンド・グランデッドコプレーナ電極（電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ）、前記第１の面にグランド電極を備えないシングルエンド・コプレーナ電極（電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＣＰＷ）、
（グランド、ポジティブ信号、ネガティブ信号、グランド）の組で使う金属膜を順番に並べ、さらに前記第１の面にグランド電極を備えたディファレンシャル・グランデッドコプレーナ電極（電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）、前記第１の面にグランド電極を備えないディファレンシャル・コプレーナ電極（電極Ｄｉｆｆ．−ＣＰＷ）、あるいは、前記電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＣＰＷ、電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ、電極Ｄｉｆｆ．−ＣＰＷの任意の組み合わせの電極を少なくとも２つ以上備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の高速電気線路において、前記導体は、前記第１の面の領域Ｂに形成されたグランド電極を備え、前記電気線路は、前記第２の面の領域Ｂに形成された、電気線路のみのマイクロストリップ線路（線路ＭＳＬ）、前記フィルム底面にグランドを備え、表面には（グランド、信号、グランド）の順番に並んだ金属膜を備えるシングルエンド・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ）、（グランド、ポジティブ信号、ネガティブ信号、グランド）の組で使う金属膜を順番に並べ、さらに底面にグランド電極を備えたディファレンシャル・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）、あるいは、前記線路ＭＳＬ、線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷの任意の組み合わせの線路を少なくとも１つ以上備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の高速電気線路において、前記導体は、前記第１の面の領域Ｂに形成されたグランド電極を備え、前記電気線路は、前記第２の面の領域Ｂに形成された、電気線路のみのマイクロストリップ線路（線路ＭＳＬ）、前記フィルム底面にグランドを備え、表面には（グランド、信号、グランド）の順番に並んだ金属膜を備えるシングルエンド・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ）、（グランド、ポジティブ信号、ネガティブ信号、グランド）の組で使う金属膜を順番に並べ、さらに底面にグランド電極を備えたディファレンシャル・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）、あるいは、前記線路ＭＳＬ、線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷの任意の組み合わせの線路を少なくとも１つ以上備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の高速電気線路において、前記電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、あるいは前記電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＣＰＷを電気的に接続する際、前記線路ＭＳＬ、あるいは前記線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷが用いられていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の高速電気線路において、前記電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ、あるいは前記電極Ｄｉｆｆ．−ＣＰＷを電気的に接続する際、前記線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷが用いられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の高速電気線路において、前記ガラス繊維に染みこませた樹脂がエポキシ樹脂、ポリミド樹脂、フッ素系樹脂、あるいは液晶ポリマ樹脂であることを特徴とする。

請求項９において、請求項８に記載の高速電気線路において、前記第１の面側に前記フィルムより厚いリジッドな基板を備えたことを特徴とする。

本発明は、半田付けが想定される基板端部には、ガラス繊維の密度を選択的に増加させることにより、半田付けする箇所でのハンダ耐熱性を向上させ、さらに、ガラス布のガラス繊維と電気線路とが並行にならないように配置することによって、電気線路の直下に電気線路に沿うようにガラス繊維が位置することを防止し、特に電気線路を差動電気線路として使う場合、伝送後の信号品質を向上させる。

本発明は、半田付けする箇所でのハンダ耐熱性を向上させ、さらに、特に電気線路を差動電気線路として使う場合に伝送後の信号品質を向上させる効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る電気線路の全体図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気線路の全体図である。 従来のガラス布に樹脂を浸透させた基板３−１上に形成されたグランデッド・コプレーナ線路を示す全体図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。尚、全ての実施例においてガラス繊維に染みこませた基板材料はエポキシ樹脂、ポリミド樹脂、フッ素系樹脂、あるいは液晶ポリマ樹脂のいずれでも構成可能であり、消耗の線路インピーダンスに応じた電気線路の構造パラメータ、例えば線路幅やグランドとのピッチ間隔が基板厚みや導体厚みから自動的に決定されることは、言うまでもない。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る電気線路の全体図を示す。ここでは、ガラス布１−２に基板材料を染みこませた一枚の基板１−１上にシングルエンド伝送路１−７、シングルエンド・コプレーナ伝送路１−８が形成されている。なお、基板１−１のシングルエンド伝送路を構成する面と対向する面にはグランド電極が一様に形成されている。基板１−１のシングルエンド・コプレーナ伝送路１−８が形成された領域の裏面に一様にグランド電極を備えた際は、シングルエンド・コプレーナ伝送路１−８はシングルエンド・グランデッドコプレーナ線路になることは言うまでもない。

それぞれの伝送路の終端には他の基板や部品との接続を想定し、シングルエンド・コプレーナ電極１−５、１−６がそれぞれ備えられている。また、それぞれの電極が形成された領域１−３では、ガラス布を構成するガラス繊維の密度が、伝送路が形成された領域１−４と比較して選択的に高くなっている。これにより、ハンダや押圧等によって他の部品や基板と接続する際、温度耐性や機械的強度を向上させている。領域１−３は、基板の端面から約０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の領域とすることができる。

本発明では、ガラス繊維と伝送路とを互いに並行にならないように配置することにより、伝送路の長手方向に沿って伝送路の真下にガラス繊維が位置することを回避している。伝送路が形成された領域１−４では、ガラス繊維の密度が低いことにより、フレキシブル基板としての可撓性が向上するだけでなく、伝送路直下に基板材料を介して位置するガラス繊維の交差数が減少するため、インピーダンスの揺らぎが低減され、伝送特性が向上する。

（第２の実施形態）
図２に、本発明の第２の実施形態に係る電気線路の全体図を示す。ここでは、ガラス布２−２に基板材料を染みこませた一枚の基板２−１上に、３種のディファレンシャル線路が形成されている。図面上で上から順番に、（グランド−ポジティブ信号−グランド−ネガティブ信号−グランド）の線路からなる第１の伝送路２−４、（グランド−ポジティブ信号−グランド−グランド−ネガティブ信号−グランド）の線路からなる第２の伝送路２−５、そして（グランド−ポジティブ信号−ネガティブ信号−グランド）の線路からなる第３の伝送路２−６である。

第１の実施形態と同じように、ガラス繊維と伝送路とを互いに並行にならないように配置することにより、伝送路の長手方向に沿って真下にガラス繊維が位置することを回避している。これにより、ポジティブ信号、ネガティブ信号間でのＳｋｅｗ発生が抑制され、良好な差動電気信号伝送が可能となる。

さらに、それぞれの電極が形成された領域２−３では、ガラス布を構成するガラス繊維の密度が、伝送路が形成された領域２−４と比較して選択的に高くなっている。これにより、ハンダや押圧等によって他の部品や基板と接続する際、温度耐性や機械的強度を向上させている。伝送路が形成された領域２−４では、ガラス繊維の密度が低いことにより、フレキシブル基板としての可撓性が向上するだけでなく、伝送路直下に基板材料を介して位置するガラス繊維の交差数が減少するため、インピーダンスの揺らぎが低減され、伝送特性が向上する。領域２−３は、基板の端面から約０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の領域とすることができる。

尚、実施形態１、２は、さらに強度を得るために基板１−１、２−２よりも厚い基板上に実装することができる。

１−１、２−１、３−１ 基板
１−２、２−２ ガラス布
１−３、２−３ 電極が形成された領域
１−４、２−４ 伝送路が形成された領域
１−５、１−６ シングルエンド・コプレーナ電極
１−７ シングルエンド伝送路
１−８ シングルエンド・コプレーナ伝送路
２−４ 第１の伝送路
２−５ 第２の伝送路
２−６ 第３の伝送路
３−２、３−３、３−４ 電気線路
３−５ 電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ
３−６ グラウンド電極
３−７ ガラス布の縦糸
３−８ ガラス布の横糸

Claims (9)

1. 複数本のガラス繊維を交互に編み込んだガラス繊維布に樹脂を染みこませた可撓性を備えるフィルムであって、前記フィルムのエッジ端からＬ（ｍｍ）の範囲となる領域Ａと、前記領域Ａ以外の領域Ｂの両者でガラス繊維の交差密度が異なるフィルムと、
   前記フィルムの第１の面に一様に形成された導体と、
   前記第１の面に対向する第２の面に前記ガラス繊維と並行にならないように形成された電気線路と
   を備えたことを特徴とする高速電気線路。
2. 前記領域Ａのガラス繊維の交差密度は、前記領域Ｂのガラス繊維の交差密度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の高速電気線路。
3. 前記電気線路は、前記第２の面の領域Ａに形成された、
   （グランド、信号、グランド）の組で使う金属膜を順番にならべ、かつ前記第１の面にグランド電極を備えたシングルエンド・グランデッドコプレーナ電極（電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ）、
   前記第１の面にグランド電極を備えないシングルエンド・コプレーナ電極（電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＣＰＷ）、
   （グランド、ポジティブ信号、ネガティブ信号、グランド）の組で使う金属膜を順番に並べ、さらに前記第１の面にグランド電極を備えたディファレンシャル・グランデッドコプレーナ電極（電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）、
   前記第１の面にグランド電極を備えないディファレンシャル・コプレーナ電極（電極Ｄｉｆｆ．−ＣＰＷ）、あるいは、
   前記電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＣＰＷ、電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ、電極Ｄｉｆｆ．−ＣＰＷの任意の組み合わせの電極
   を少なくとも２つ以上備えたことを特徴とする請求項２に記載の高速電気線路。
4. 前記導体は、前記第１の面の領域Ｂに形成されたグランド電極を備え、
   前記電気線路は、前記第２の面の領域Ｂに形成された、
   電気線路のみのマイクロストリップ線路（線路ＭＳＬ）、
   前記フィルム底面にグランドを備え、表面には（グランド、信号、グランド）の順番に並んだ金属膜を備えるシングルエンド・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ）、
   （グランド、ポジティブ信号、ネガティブ信号、グランド）の組で使う金属膜を順番に並べ、さらに底面にグランド電極を備えたディファレンシャル・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）、あるいは、
   前記線路ＭＳＬ、線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷの任意の組み合わせの線路
   を少なくとも１つ以上備えた
   ことを特徴とする請求項２に記載の高速電気線路。
5. 前記導体は、前記第１の面の領域Ｂに形成されたグランド電極を備え、
   前記電気線路は、前記第２の面の領域Ｂに形成された、
   電気線路のみのマイクロストリップ線路（線路ＭＳＬ）、
   前記フィルム底面にグランドを備え、表面には（グランド、信号、グランド）の順番に並んだ金属膜を備えるシングルエンド・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ）、
   （グランド、ポジティブ信号、ネガティブ信号、グランド）の組で使う金属膜を順番に並べ、さらに底面にグランド電極を備えたディファレンシャル・グランデッドコプレーナ線路（線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ）、あるいは、
   前記線路ＭＳＬ、線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷの任意の組み合わせの線路
   を少なくとも１つ以上備えた
   ことを特徴とする請求項３に記載の高速電気線路。
6. 前記電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷ、あるいは前記電極Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＣＰＷを電気的に接続する際、前記線路ＭＳＬ、あるいは前記線路Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ−ＧＣＰＷが用いられていることを特徴とする請求項５に記載の高速電気線路。
7. 前記電極Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷ、あるいは前記電極Ｄｉｆｆ．−ＣＰＷを電気的に接続する際、前記線路Ｄｉｆｆ．−ＧＣＰＷが用いられていることを特徴とする請求項５に記載の高速電気線路。
8. 前記ガラス繊維に染みこませた樹脂がエポキシ樹脂、ポリミド樹脂、フッ素系樹脂、あるいは液晶ポリマ樹脂であることを特徴とする請求項６又は７に記載の高速電気線路。
9. 前記第１の面側に前記フィルムより厚いリジッドな基板を備えたことを特徴とする請求項８に記載の高速電気線路。

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