JP2013089727A

JP2013089727A - フレキシブルプリント基板

Info

Publication number: JP2013089727A
Application number: JP2011228114A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Watanabe; 裕人渡邉; Masakazu Sato; 正和佐藤; Taiji Ogawa; 泰司小川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-05-13
Also published as: CN103052256A; US20130093532A1

Abstract

【課題】屈曲性が良好でありつつも安定した特性インピーダンスを実現し、高周波特性に優れる。
【解決手段】フレキシブルプリント基板１００は、ベース基材１２と、ベース基材１２の両面に形成された配線１１及びグランドプレーン層とを備える。配線１１の一部には、配線１１よりも幅広に形成されたパッド１０が形成され、グランドプレーン層のパッド１０とベース基材１２を介して対向する位置には、パッド１０と相似形状で且つパッド１０の外形から１００±５０μｍ外側に拡がった外形となるようにくり抜かれたグランド除去部１４が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、高周波特性に優れたフレキシブルプリント基板に関する。

従来より、高速信号伝送用のフレキシブルプリント基板における電子部品を表面実装するための部品実装パッドや接続用パッドは、信号伝送用の配線より幅広に形成されている。また、フレキシブルプリント基板のパッドと反対側の面には、全面的に形成されたグランドプレーン層が設けられている。

このような構造のフレキシブルプリント基板においては、このままの状態ではパッドの部分で特性インピーダンスが変化し、反射が起きて信号が乱れてしまうこととなる。

そこで、下記特許文献１に開示された回路基板では、パッドを有する第１の信号伝送用導体層の下方に第１の誘電体層を介して形成された第１のグランド／電源プレーン層のパッドに対応する部分にくり抜き部を形成し、更にその下方に第２の誘電体層を介して第２のグランド／電源プレーン層を形成している。

これにより、パッド部分では、グランドとの距離を拡大することにより、静電容量を低減させ、パッド部分の特性インピーダンスを増加させて信号の乱れを防ぐこととしている。

特開平７−３０７５７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された回路基板では、パッドとグランドとの距離を稼ぐために、少なくとも４層以上の導体層を有する基板構造が必要となる。このため、薄くて曲げ易いフレキシブルプリント基板に適用すると、特性インピーダンスを維持するためにその屈曲性を相殺せざるを得なくなるという問題がある。

近年のプリント配線回路の高機能化の進展や要求特性が多岐にわたること、或いは製造コストの低減への要求が大きいことなどを考慮すると、電気的特性のためだけに材料をＬＣＰに変更したり、上記特許文献１のように空気層を設けるなどの構造的変更を行うことは現実的には難しいという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、屈曲性が良好でありつつも安定した特性インピーダンスを実現することができる高周波特性に優れたフレキシブルプリント基板を提供することを目的とする。

本発明に係るフレキシブルプリント基板は、ベース基材と、前記ベース基材の一方の面側に形成されたパッドと、前記ベース基材の他方の面側に形成されたグランドプレーン層とを有するフレキシブルプリント基板において、前記グランドプレーン層は、前記パッドと前記ベース基材を介して対向する位置に、前記パッドと相似形状で且つ前記パッドの外形から１００±５０μｍ外側に拡がった外形を有するように形成されたグランド除去部を有することを特徴とする。

本発明に係るフレキシブルプリント基板によれば、ベース基材の一方の面にパッドが、他方の面にグランドプレーン層がそれぞれ形成され、グランドプレーン層のパッドとベース基材を介して対向する位置に、パッドと相似形状で且つパッドの外形から１００±５０μｍ外側に拡がった外形を有するグランド除去部が形成されている。すなわち、２層の導体層の基板構造で構成されている。そして、パッドの辺とグランド除去部の辺との間で電気力線が集中し、これとパッドのインダクタンスとがバランスする。このため、屈曲性が良好でありつつも安定した特性インピーダンスを実現し、高周波特性に優れる。

本発明の一つの実施形態においては、前記パッドと前記グランド除去部との外形差が、９０〜１１０μｍである。

また、本発明の他の実施形態においては、前記パッド及び前記グランド除去部が、矩形状の外形を備える。

更に、本発明の更に他の実施形態においては、前記パッドが複数形成された場合、各パッド間最短距離が２５０μｍ以上である。

また、本発明の更に他の実施形態においては、前記パッド及び前記グランド除去部が、円形又は楕円形の外形を備える。

本発明によれば、屈曲性が良好でありつつも安定した特性インピーダンスを実現し、高周波特性に優れる。

本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板の構造を示す平面図である。図１のＡ−Ａ’拡大断面図である。同フレキシブルプリント基板の電気力線を示す断面図である。同フレキシブルプリント基板におけるＴＤＲ法により測定された特性インピーダンスを説明するための図である。本発明の実施例におけるフレキシブルプリント基板の特性インピーダンスとグランド除去部のオフセット量との関係を示す図である。同実施例におけるフレキシブルプリント基板のグランド除去部のオフセット量と特性インピーダンスとの関係を示す図である。本発明の他の実施形態に係るフレキシブルプリント基板の構造を示す平面図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るフレキシブルプリント基板の構造を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’拡大断面図である。図３は、フレキシブルプリント基板の電気力線を示す断面図である。本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１００は、各種信号伝送用の回路に用いられ、例えば高速信号伝送用のマイクロストリップライン構造を備えている。

フレキシブルプリント基板１００は、図１及び図２に示すように、３層ＣＣＬ（銅張積層板）を基本として形成され、例えば厚さ２５，５０，又は７５μｍのポリイミド樹脂（ＰＩ）からなるベース基材１２と、このベース基材１２の両面に形成された例えば厚さ１０μｍのエポキシ系接着剤からなる接着剤層（図示せず）と、これら接着剤層を介して貼り付けられた、例えば厚さ２０μｍの銅箔からなる配線１１及びグランドプレーン層１３とを備えて構成されている。なお、配線１１上には図示しないカバー層が形成されている。

配線１１は、例えば幅１５０μｍ程度のマイクロストリップ線である。また、グランドプレーン層１３は、ベース基材１０の下面全面に形成されている。配線１１の一部には、例えば矩形状で配線１１よりも幅広に形成された部品実装パッド又は接続用パッド等のパッド１０が形成されている。カバー層は、パッド１０上には形成されていない。

このカバー層は、例えばポリイミド樹脂などの絶縁材からなるカバーレイと、その下面に配置されたエポキシ系接着剤からなる接着剤層とを備えて構成される。グランドプレーン層１３のパッド１０とベース基材１２を介して対向する位置には、パッド１０と相似形状で且つパッド１０の外形から１００±５０μｍ外側に拡がった外形となるようにくり抜かれたグランド除去部１４が形成されている。すなわち、パッド１０とグランド除去部１４とのオフセット量Ｗは、１００±５０μｍとなっている。

このように構成されたフレキシブルプリント基板１００においては、図３に示すように、電気力線Ｐは、パッド１０の辺とグランド除去部１４の辺との間で集中する。しかし、パッド１０の下側にグランドプレーン層１３が存在しないため、静電容量Ｃは小さくなり、Ｚｏ＝√（Ｌ／Ｃ）で示す特性インピーダンスＺｏが増加して、配線１１の部分同様になる。そして、ベース基材１２の両面にパッド１０とグランド除去部１４が形成されたグランドプレーン層１３とが形成された３層構造であるため、非常に薄く構成することができる。このため、屈曲性が良好でありつつも安定した特性インピーダンスを実現すると共に、高周波特性に優れる。

次に、本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１００の具体的な電気的特性について説明する。図４は、フレキシブルプリント基板１００におけるＴＤＲ（ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法により測定された特性インピーダンスを説明するための図である。図４に示すように、本出願人が実施した試験によると、グランド除去部１４がパッド１０よりも大きくプラス側にオフセット量Ｗが１００±５０μｍで形成されている場合、一点鎖線で示すように特性インピーダンスは配線１１部分からパッド１０部分にかけて一定となり安定する。

一方、パッド１０よりもプラス側のオフセット量Ｗが大き過ぎるグランド除去部１４ｂでは、二点鎖線で示すようにパッド１０部分の特性インピーダンスが配線１１部分よりも増加してしまう。また、パッド１０よりもマイナス側にオフセットしているグランド除去部１４ａでは、点線で示すようにパッド１０部分の特性インピーダンスが配線１１部分よりも小さくなる。

このような結果を踏まえ、本出願人は、次のようなサンプル基板を作製して、ＴＤＲ法により特性インピーダンスを測定した。すなわち、パッド１０のパッドサイズを一辺当たり２５０μｍ、２５００μｍと変化させ、ベース基材１２の厚さを２５μｍ、５０μｍ、７５μｍと変化させたサンプル基板を作製し、それぞれのサンプル基板におけるグランド除去部１４のオフセット量Ｗを変化させて、特性インピーダンスを測定した。

図５は、本発明の実施例におけるフレキシブルプリント基板の特性インピーダンスとグランド除去部のオフセット量との関係を示す図である。図６は、本発明の実施例におけるフレキシブルプリント基板のグランド除去部のオフセット量と特性インピーダンスとの関係を示す図である。

図５に示すように、グランド除去部１４のオフセット量Ｗが９０μｍ〜１１０μｍであるときが、ベース基材厚及びパッドサイズの影響を受けずに、特性インピーダンスＺｏがほぼ５０Ωで一定となり、高速信号伝送用にて主に用いられる特性インピーダンスの設計値とほぼ同等となった。図５の内容をまとめると、次の表１となる。

これにより、パッド１０の裏側のグランドプレーン層１３において、グランド除去部１４の形状をパッド１０の形状から１００μｍ程度プラス側にオフセットさせた形状とすることにより、パッド１０部分における信号の反射を小さくすることが可能であることが判明した。

また、図６に示すように、各サンプル基板において、ベース基材厚及びパッドサイズの違いによる特性インピーダンスＺｏになるときのグランド除去部１４のオフセット量Ｗについて調べても、同様の結果となった。この図６の内容をまとめると、次の表２となる。

特性インピーダンスＺｏは、上記のように通常５０Ωに設計されることが多く、更に設計値から±１０％（最大で±２０％）の公差が許容範囲とされることが多い。そこで、特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％の範囲になるグランド除去部１４のオフセット量Ｗについて検討する。まず、ベース基材厚が２５μｍでパッド１０のパッドサイズが２５００μｍのときは、特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％となる範囲が狭く、グランド除去部１４のオフセット量Ｗが６１μｍ〜１０８μｍのときにこの範囲内となることが分かる。

そして、このような条件下で、ベース基材厚が２５μｍより厚く、又はパッドサイズが２５００μｍより小さい場合には、特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％の範囲内に収まることが分かる。

また、ベース基材厚が５０μｍの場合には、パッドサイズが２５００μｍのときに特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％となる範囲が狭く、グランド除去部１４のオフセット量Ｗが５５μｍ〜１１７μｍのときにこの範囲内となることが分かる。

そして、このような条件下で、ベース基材厚が５０μｍより厚く、又はパッドサイズが２５００μｍより小さい場合には、特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％の範囲内に収まることが分かる。

更に、ベース基材厚が７５μｍの場合には、パッドサイズが２５００μｍのときに特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％となる範囲が狭く、グランド除去部１４のオフセット量Ｗが４８μｍ〜１２４μｍのときにこの範囲内となることが分かる。

そして、このような条件下で、ベース基材厚が７５μｍより厚く、又はパッドサイズが２５００μｍより小さい場合には、特性インピーダンスＺｏが５０Ω±１０％の範囲内に収まることが分かる。従って、オフセット量Ｗは、プラス側に１００±５０μｍ、好ましくは９０μｍ〜１１０μｍとなれば、特性インピーダンスＺｏを５０Ω±１０％の範囲内とすることが可能であることが判明した。

図７は、本発明の他の実施形態に係るフレキシブルプリント基板の構造を示す平面図である。本実施形態に係るフレキシブルプリント基板１００Ａは、パッド１０及びグランド除去部１４が複数並設されている点が、先の実施形態に係るフレキシブルプリント基板１００と相違している。

この場合、オフセット量Ｗをそれぞれ１００μｍとすると、パッド１０間の距離ＷＡは２５０μｍ以上となるように形成される。従って、この場合のグランド除去部１４の間の距離ＷＢは５０μｍとなる。距離ＷＢを５０μｍに固定して、オフセット量Ｗを１００±５０μｍの範囲とすれば、距離ＷＡは１５０μｍ〜３５０μｍの範囲で設定される。このように構成しても、上述したような作用効果を奏することができる。

なお、上述した実施形態においては、フレキシブルプリント基板１００，１００Ａを高速信号伝送用のマイクロストリップライン構造のものとして説明したが、本発明に係るフレキシブルプリント基板はこれに限定されるものではなく、種々の電気信号伝送用回路等に適用することができる。

１０パッド
１１配線
１２ベース基材
１３グランドプレーン層
１４グランド除去部
１００フレキシブルプリント基板

Claims

ベース基材と、前記ベース基材の一方の面側に形成されたパッドと、前記ベース基材の他方の面側に形成されたグランドプレーン層とを有するフレキシブルプリント基板において、
前記グランドプレーン層は、前記パッドと前記ベース基材を介して対向する位置に、前記パッドと相似形状で且つ前記パッドの外形から１００±５０μｍ外側に拡がった外形を有するように形成されたグランド除去部を有する
ことを特徴とするフレキシブルプリント基板。
前記パッドと前記グランド除去部との外形差は、９０〜１１０μｍであることを特徴とする請求項１記載のフレキシブルプリント基板。
前記パッド及び前記グランド除去部は、矩形状の外形を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のフレキシブルプリント基板。
前記パッドは複数形成され、各パッド間最短距離は２５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のフレキシブルプリント基板。
前記パッド及び前記グランド除去部は、円形又は楕円形の外形を備えることを特徴とする請求項１、２又は４記載のフレキシブルプリント基板。