JP2014023040A

JP2014023040A - 差動信号伝送回路及びその製造方法

Info

Publication number: JP2014023040A
Application number: JP2012161656A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Watanabe; 裕人渡邉; Taiji Ogawa; 泰司小川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP6047780B2

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板に形成される差動信号伝送回路において、信号線幅及び間隔を精度良く制御することができ、所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を得る。
【解決手段】差動信号伝送回路は、片面フレキシブルプリント基板１００のベースフィルム１と、ベースフィルム１の片面側に形成された接地（ＧＮＤ）線３からなるＧＮＤパターンと、これらＧＮＤ線３の間に形成された一対の信号線４からなる信号伝送パターンとから構成される。差動信号伝送回路は、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄ及び信号線４間の距離Ｓがそれぞれ同一（すなわち、距離Ｄ＝距離Ｓ）となるように形成され、３０μｍ以上−１／２０（３６００−１５０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）μｍ以下、若しくは１／２０（１２０００−２１０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）μｍ以下の値に設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、フレキシブルプリント基板の絶縁層上に形成される差動信号伝送回路及びその製造方法に関する。

近年の高速伝送技術においては、一対の信号線を使用してデータ信号を伝送する差動伝送技術が多用されている。差動信号伝送では、差動信号伝送回路を構成する２本の信号線で互いに逆位相の信号を伝送するようにしている。このため、シングルエンド伝送に比べて耐ノイズ性に優れ、小さな信号振幅で高速にデータ信号を伝送することができる。

差動信号伝送は、種々の規格によってその回路上の特性インピーダンスである差動インピーダンスＺｄｉｆｆが定められている。差動インピーダンスＺｄｉｆｆは、例えば２本の信号線間距離や回路幅、信号線と接地（ＧＮＤ）線との間の距離、基板の絶縁層を挟んで信号線と反対側の面に形成された回路と信号線との間の距離等の種々の要素によって求まることが知られている。

差動信号伝送においては、例えば携帯情報端末の小型化や伝送するデータ量の増加などに伴いつつも更に耐ノイズ性等を改善するために、一般的には２本の信号線を近付けて配置することが好ましいとされている。こうすることで、一方の信号線を流れる電流により発生する磁力線の多くが他方の信号線へ終端するような閉じた系とすることができ、外部からのノイズ耐性を高めることができるからである。

また、同様の理由により、信号線とＧＮＤ線の距離は極力広い方が好ましいとされている。例えば、非特許文献１には、信号線間で十分な結合を得るには、信号線間距離Ｓに対し、信号線とＧＮＤ線の距離Ｘが、Ｘ≧２Ｓであることが望ましいとされている。

ＬＶＤＳオーナーズ・マニュアル第３版−2004年12月，ナショナルセミコンダクタージャパン株式会社発行，p3-8，3-9

しかしながら、上述した非特許文献１に開示されている差動信号伝送回路をエッチングで製造する場合、次のような問題がある。

すなわち、典型的なフレキシブルプリント基板を用いた差動信号伝送回路の製造方法では、図９（ａ）に示すように、ベースフィルム１の上に貼り付けられた導体層２を、レジストパターン９をマスクとしてエッチング液により選択的にエッチングすることによりＧＮＤ線３及び信号線４等の配線層を形成する。その際、エッチング液は、レジストパターン９の下側にも回り込むので、レジストパターン９は、配線層の仕上がり幅よりも広く形成しておく必要がある。しかし、同図（ｂ）に示すように、レジストパターン９の隙間が狭い部分では、広い部分よりもエッチング液が入れ替わりにくく、エッチングの進行が遅い。このため、上記のように各線間の間隔が異なる構成では、同図（ｃ）に示すように、信号線４間の狭い部分が設計値よりも狭くなり、信号線４とＧＮＤ線３の間の広い部分が設計値よりも広くなってしまう場合がある。このため、信号線４の幅や信号線４とＧＮＤ線３の間隔などを精度良く制御することができず、所望する差動インピーダンス特性や耐ノイズ性が得られな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、フレキシブルプリント基板に形成される差動信号伝送回路において、信号線幅及び間隔を精度良く制御することができ、所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を得ることができる差動信号伝送回路及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る差動信号伝送回路は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に並設された２本の信号線と、前記絶縁層の一方の面に前記２本の信号線の外側にそれぞれ形成されたＧＮＤ線と、を有するフレキシブルプリント基板による差動信号伝送回路において、前記信号線及びＧＮＤ線は、前記２本の信号線間の距離Ｓが、前記信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄと同一となるように形成されていることを特徴とする。

本発明に係る差動信号伝送回路によれば、２本の信号線間の距離Ｓが、信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄと同一となるように形成されているので、エッチングの進行に差が生じず、所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を得ることが可能な所望の回路幅の配線層を設計通りに得ることができる。

本発明の一実施形態においては、前記信号線は、回路設計上の差動インピーダンスをＺｄｉｆｆ（Ω）としたときに、前記距離Ｓが３０≦Ｓ≦−１／２０（３６００−１５０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）（μｍ）となるように形成される。

本発明の他の実施形態においては、前記信号線は、回路設計上の差動インピーダンスをＺｄｉｆｆ（Ω）としたときに、前記距離Ｓが、３０≦Ｓ≦１／２０（１２０００−２１０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）（μｍ）となるように形成される。

本発明に係る差動信号伝送回路の製造方法は、絶縁層の一方の面に並設された２本の信号線と、その外側のＧＮＤ線を形成する、フレキシブルプリント基板による差動信号伝送回路の製造方法において、前記絶縁層の一方の面に設けられた導体層の上に、前記２本の信号線間の距離Ｓが、前記信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄと同一となるようにレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとしたエッチングにより前記導体層を選択的に除去し、前記レジストパターンを前記導体層から剥離して除去することを特徴とする。

本発明に係る差動信号伝送回路の製造方法によれば、上記差動信号伝送回路の作用効果と同様に、所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を得ることが可能な所望の回路幅の配線層を有する差動信号伝送回路を設計通りに得ることが可能となる。

本発明によれば、フレキシブルプリント基板に形成される差動信号伝送回路において、設計通りに仕上げることができ、所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る差動信号伝送回路が形成されたフレキシブルプリント基板の断面図である。同差動信号伝送回路における設計差動インピーダンス毎の線間距離と回路幅との関係を示すグラフである。同差動信号伝送回路における設計差動インピーダンス１００Ω時の線間距離毎の電解強度と周波数との関係の計算結果を示すグラフである。同差動信号伝送回路における設計差動インピーダンス９０Ω時の線間距離毎の電解強度と周波数との関係の計算結果を示すグラフである。同差動信号伝送回路における設計差動インピーダンス８０Ω時の線間距離毎の電解強度と周波数との関係の計算結果を示すグラフである。同差動信号伝送回路における設計差動インピーダンスに対するＣｌａｓｓＡ，Ｂをそれぞれ満たす線間距離Ｓ（＝Ｄ）の上限値を示すグラフである。同差動信号伝送回路の製造工程を示すフローチャートである。同差動信号伝送回路を製造工程毎に示す断面図である。従来の差動信号伝送回路を製造工程毎に示す断面図である。

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差動信号伝送回路及びその製造方法を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る差動信号伝送回路が形成されたフレキシブルプリント基板の断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る差動信号伝送回路は、例えば片面フレキシブルプリント基板（以下、「片面ＦＰＣ」と呼ぶ。）１００により形成され、可撓性を有するベースフィルム１と、このベースフィルム１の片面側に形成された接地（ＧＮＤ）線３からなるＧＮＤパターンと、これらＧＮＤ線３の間に形成された一対の平行な信号線４からなる信号伝送パターンとから構成される。

片面ＦＰＣ１００は、銅箔がベースフィルム１の表面に予め設けられている銅張積層板や、銅箔がベースフィルム１に接着剤等を介して貼り合わされた構造の基板等からなる。片面ＦＰＣ１００のベースフィルム１は、例えば厚さが１０μｍ〜３０μｍ程度のＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＰＡ又は液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の絶縁材料からなる。

ＧＮＤ線３及び信号線４は、例えば厚さ１０μｍ〜３５μｍの銅箔等の導電性材料から形成されている。なお、ＧＮＤ線３は、信号線４の回路幅Ｗよりも十分に大きな回路幅で形成されている。また、ＧＮＤ線３及び信号線４上には、これらを保護することを主目的として、接着層５を介してカバーレイフィルム６が貼着されている。

ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄ及び信号線４間の距離Ｓは、同一となるように形成されている。

次に、距離Ｓ（＝距離Ｄ）の最適設定範囲について説明する。まず、下限値について説明する。
本発明者等は、ベースフィルム１及びカバーレイフィルム６をポリイミドで形成し、ベースフィルム１の厚さＬ１を２５μｍ、銅箔からなるＧＮＤ線３及び信号線４の厚みＬ２を１８μｍ、接着層５の厚みＬ３を２５μｍ、カバーレイフィルム６の厚みＬ４を１２．５μｍ、信号線４の長さを５０ｍｍとして、差動信号伝送回路の設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆが８０Ω、９０Ω、１００Ωにそれぞれなる信号線４間の距離Ｓと回路幅Ｗとの関係についてシミュレーションをした。

図２は、その結果を示す図で、距離Ｓ（＝距離Ｄ）と信号線４の回路幅Ｗとの関係を示している。例えば、距離Ｓ（＝距離Ｄ）が３０μｍで設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆが８０Ωのときは回路幅Ｗは６６μｍ、９０Ωのときは３３μｍ、１００Ωのときは１８μｍとなる。

また、距離Ｓ（＝距離Ｄ）が４０μｍで設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆが８０Ωのときは回路幅Ｗは１５６μｍ、９０Ωのときは７９μｍ、１００Ωのときは４３μｍとなる。距離Ｓ（＝距離Ｄ）が５０μｍで設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆが８０Ωのときは回路幅Ｗは２９０μｍ、９０Ωのときは１４９μｍ、１００Ωのときは８３μｍとなる。

その他、詳述は省略するが、距離Ｓ（＝距離Ｄ）が６０μｍ〜１００μｍまでの設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆが８０Ωのとき、９０Ωのとき、１００Ωのときのそれぞれの回路幅Ｗは、図２に示すように１３８μｍ〜１８３９μｍの範囲の値にて求められることとなる。

なお、距離Ｓ（＝距離Ｄ）が３０μｍ未満のときは、信号線４の回路幅Ｗを微細にしたときのキャパシタンスＣの変化が小さくなるので、設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆを上げられなくなり、上記のように８０Ω、９０Ω、１００Ωの設計値を満たす回路幅Ｗがそれぞれ存在しないこととなる。

以上のことから、８０Ω、９０Ω、１００Ωの設計値を満たす回路幅Ｗが設定可能な距離Ｓ（＝距離Ｄ）の下限値は、３０μｍであることが分かる。

次に、距離Ｓ（＝距離Ｄ）の上限値について説明する。
本発明者等は、上述の条件で、差動信号伝送回路の放射ノイズの影響を確認するため、シミュレータで電磁界解析を行った。具体的には、差動インピーダンスＺｄｉｆｆが１００Ω、９０Ω、８０Ωの設計値になる長さ５０ｍｍの差動信号伝送回路のモデルをそれぞれ作成し、各モデルに対し３次元電磁界解析を実行した上で遠方界（ＦａｒＦｉｅｌｄ）の電磁界を計算し、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）２２のノイズ規格の３ｍ法に準じた電界強度に換算することにより、ノイズ規制の評価を行った。

図３、図４及び図５は、差動信号伝送回路における設計差動インピーダンスが１００Ω、９０Ω及び８０Ωの時の線間距離毎の電解強度と周波数との関係の計算結果をそれぞれ示すグラフである。

図３〜図５に示すように、何れの設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆでも、信号線４の線間距離Ｓが大きい程、信号線４間の結合も小さくなるため、外部に放出される電界強度も大きくなる。また、何れの設計差動インピーダンスＺｄｉｆｆ、線間距離Ｓでも、信号線４を流れる信号周波数が高くなるに従って、外部に放出される電界強度は大きくなる。

そこで、図３〜図５から商業・軽工業地域での許容基準を示すＣｌａｓｓＡを満たす距離Ｓの上限値を参照すると、Ｚｄｉｆｆが１００ΩのときＳ＝７０μｍ、Ｚｄｉｆｆ＝９０ΩのときＳ＝９０μｍ、Ｚｄｉｆｆ＝８０ΩのときＳ＝１００μｍであった。

同様に、図３〜図５から住宅地域での許容基準を示すＣｌａｓｓＢを満たす距離Ｓの上限値を参照すると、Ｚｄｉｆｆが１００ΩのときＳ＝５０μｍ、Ｚｄｉｆｆ＝９０ΩのときＳ＝６０μｍ、Ｚｄｉｆｆ＝８０ΩのときＳ＝８０μｍであった。

図６は、差動信号伝送回路における設計差動インピーダンスに対するＣｌａｓｓＡ，Ｂをそれぞれ満たす線間距離Ｓ（＝Ｄ）の上限値Ｓ_ｍａｘを示すグラフである。これらのグラフをそれぞれ二次関数で近似すると、下記のようになる。

[数１]
・ＣｌａｓｓＡ
Ｓ_ｍａｘ＝−１／２０（３６００−１５０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）μｍ
・ＣｌａｓｓＢ
Ｓ_ｍａｘ＝１／２０（１２０００−２１０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）μｍ

以上の結果から、信号線４の線間距離Ｓ（＝Ｄ）は、３０μｍ≦Ｓ≦−１／２０（３６００−１５０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）μｍに設定すれば良いことが明らかになった。また、より好ましくは、３０μｍ≦Ｓ≦１／２０（１２０００−２１０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）μｍである。

このように、線間距離Ｓ（＝Ｄ）を設定することにより、２本の信号線４間の距離Ｓと、信号線４とＧＮＤ線３との間の距離Ｄとを同じに設計することが可能になり、これにより、設計値通りの線幅及び間隔の配線パターンを形成することができる。次に、この差動信号伝送回路の製造方法による製造工程につて説明する。

図７及び図８（ａ）に示すように、差動信号伝送回路は、まずベースフィルム１上に導体層２が形成された片面ＣＣＬを準備し、導体層２上に所望のＧＮＤ線３及び信号線４を形成するレジストパターン９を形成する（ステップＳ１００）。次に、レジストパターン９間にエッチング液を染み込ませるようにウェットエッチングを行って、図８（ｂ）に示すように、信号線４及びＧＮＤ線３をベースフィルム１上に形成する（ステップＳ１０２）。

そして、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン９をＧＮＤ線３及び信号線４から剥離して除去し（ステップＳ１０４）、最後に、図８（ｄ）に示すように、接着層５が形成されたカバーレイフィルム６をＧＮＤ線３及び信号線４上に準備した上で貼り付けることで（ステップＳ１０６）、図１に示すような差動信号伝送回路を有する片面ＦＰＣ１００を製造する。

このように、本実施形態に係る差動信号伝送回路は、信号線４間の距離Ｓと信号線４とＧＮＤ線３との間の距離Ｄを同一とした場合における所望の差動インピーダンスＺｄｉｆｆを満たすように、信号線４の回路幅Ｗ及び距離Ｓ（距離Ｄ）を設定しているので、所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を有する差動信号伝送回路を設計通りに仕上げることが可能となる。

１ベースフィルム
２導体層
３ＧＮＤ線
４信号線
５接着層
６カバーレイフィルム
９レジストパターン
１００片面フレキシブルプリント基板

Claims

絶縁層と、
この絶縁層の一方の面に並設された２本の信号線と、
前記絶縁層の一方の面に前記２本の信号線の外側にそれぞれ形成されたＧＮＤ線と、
を有するフレキシブルプリント基板による差動信号伝送回路において、
前記信号線及びＧＮＤ線は、前記２本の信号線間の距離Ｓが、前記信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄと同一となるように形成されている
ことを特徴とする差動信号伝送回路。
前記信号線は、回路設計上の差動インピーダンスをＺｄｉｆｆ（Ω）としたときに、
前記距離Ｓが３０≦Ｓ≦−１／２０（３６００−１５０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）（μｍ）となるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の差動信号伝送回路。
前記信号線は、回路設計上の差動インピーダンスをＺｄｉｆｆ（Ω）としたときに、
前記距離Ｓが、３０≦Ｓ≦１／２０（１２０００−２１０Ｚｄｉｆｆ＋Ｚｄｉｆｆ^２）（μｍ）となるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の差動信号伝送回路。
絶縁層の一方の面に並設された２本の信号線と、その外側のＧＮＤ線を形成する、フレキシブルプリント基板による差動信号伝送回路の製造方法において、
前記絶縁層の一方の面に設けられた導体層の上に、前記２本の信号線間の距離Ｓが、前記信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄと同一となるようにレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをマスクとしたエッチングにより前記導体層を選択的に除去し、
前記レジストパターンを前記導体層から剥離して除去する
ことを特徴とする差動信号伝送回路の製造方法。