JP2023170831A - Flexible substrate and electronic apparatus - Google Patents

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Hiromichi Noro
義彦 海藤
Yoshihiko Kaido
俊文 坂井
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Abstract

To suppress a change in characteristic impedance due to deformation of a signal line and a dielectric.SOLUTION: A flexible substrate includes a signal line that transmits an electrical signal, a first dielectric layer and a second dielectric layer arranged to sandwich the signal line, and a ground layer arranged to sandwich the first dielectric layer and the second dielectric layer, and the first dielectric layer which is directed outward during bending is thicker than the second dielectric layer which is directed inward during bending.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、フレキシブル基板及び電子機器に関する。 The present invention relates to flexible substrates and electronic devices.

電子機器内において高速で伝送される信号の反射や減衰を抑制するため、信号を伝送する伝送路の特性インピーダンスが制御される。特性インピーダンスは、伝送路を形成する信号線と誘電体の大きさ等によって決定される。 In order to suppress reflection and attenuation of signals transmitted at high speed within electronic devices, the characteristic impedance of the transmission path through which the signals are transmitted is controlled. The characteristic impedance is determined by the size of the signal line and dielectric material forming the transmission path.

フレキシブル基板では、伸ばした状態と湾曲させた状態とで寄生容量の変化等が生じる。そのため、フレキシブル基板を伸ばした状態で所望の特性インピーダンスとなるように信号線と誘電体の大きさ等を設計しても、当該フレキシブル基板を屈曲させた状態では所望のインピーダンスからずれてしまうことがある。そこで、電子機器内に実装する際の屈曲させた状態において所望の特性インピーダンスとなるように寄生容量の変化を考慮して設計することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。 In a flexible substrate, changes in parasitic capacitance occur between a stretched state and a curved state. Therefore, even if the size of the signal line and dielectric material are designed so that the desired characteristic impedance is achieved when the flexible substrate is stretched, the impedance may deviate from the desired impedance when the flexible substrate is bent. be. Therefore, it has been proposed to take into account changes in parasitic capacitance and design the device so that it has a desired characteristic impedance in a bent state when mounted in an electronic device (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

国際公開２０１５／１８６４６８号International Publication 2015/186468 特開２０１６－００４８７５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-004875

屈曲されたフレキシブル基板に生じる応力によって、当該フレキシブル基板に含まれる信号線及び誘電体が変形する。このような信号線及び誘電体の変形によってもフレキシブル基板の特性インピーダンスは変化する。しかしながら、これまでの技術では、このような信号線及び誘電体の変形による特性インピーダンスの変化はあまり考慮されていなかった。 The stress generated in the bent flexible substrate deforms the signal line and dielectric included in the flexible substrate. The characteristic impedance of the flexible substrate also changes due to such deformation of the signal line and dielectric. However, in the conventional techniques, such changes in characteristic impedance due to deformation of the signal line and the dielectric have not been much considered.

開示の技術の１つの側面は、信号線及び誘電体の変形による特性インピーダンスの変化を抑制できるフレキシブル基板及び当該フレキシブル基板を備える電子機器を提供することを目的とする。 One aspect of the disclosed technology is to provide a flexible substrate that can suppress changes in characteristic impedance due to deformation of signal lines and dielectrics, and an electronic device equipped with the flexible substrate.

開示の技術の１つの側面は、次のようなフレキシブル基板によって例示される。本フレキシブル基板は、電気信号を伝送する信号線と、上記信号線を挟むように配置される第１の誘電体層と第２の誘電体層と、上記第１の誘電体層と上記第２の誘電体層を挟むように配置されるグランド層と、を備えるフレキシブル基板であって、屈曲の際に内側に向けられる上記第２の誘電体層よりも、上記屈曲の際に外側に向けられる上記第１の誘電体層の方が厚く形成される。 One aspect of the disclosed technology is exemplified by a flexible substrate as follows. This flexible substrate includes a signal line for transmitting an electric signal, a first dielectric layer and a second dielectric layer arranged to sandwich the signal line, and the first dielectric layer and the second dielectric layer. a ground layer disposed to sandwich a dielectric layer between the flexible substrates, the ground layer being oriented outward during bending, rather than the second dielectric layer being oriented inward during bending. The first dielectric layer is formed thicker.

開示の技術によれば、信号線及び誘電体の変形による特性インピーダンスの変化を抑制することができる。 According to the disclosed technology, changes in characteristic impedance due to deformation of the signal line and dielectric can be suppressed.

図１は、実施形態に係るフレキシブル基板の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a flexible substrate according to an embodiment. 図２は、図１のＡ－Ａ線断面を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section taken along line AA in FIG. 図３は、板状の部材を屈曲させたときに生じる歪みを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the distortion that occurs when a plate-shaped member is bent. 図４は、屈曲させたフレキシブル基板に生じる歪みを説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the distortion that occurs in a bent flexible substrate. 図５は、第２誘電体層の下側の面から中立軸までの距離算出を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating calculation of the distance from the lower surface of the second dielectric layer to the neutral axis. 図６は、適用例に係る携帯電話端末の一例を示す第１の図である。FIG. 6 is a first diagram showing an example of a mobile phone terminal according to the application example. 図７は、適用例に係る携帯電話端末の一例を示す第２の図である。FIG. 7 is a second diagram showing an example of a mobile phone terminal according to the application example.

＜実施形態＞
以下に示す実施形態の構成は例示であり、開示の技術は実施形態の構成に限定されない。実施形態に係るフレキシブル基板は、例えば、以下の構成を備える。本実施形態に係るフレキシブル基板は、電気信号を伝送する信号線と、上記信号線を挟むように配置される第１の誘電体層と第２の誘電体層と、上記第１の誘電体層と上記第２の誘電体層を挟むように配置されるグランド層と、を備えるフレキシブル基板である。そして、屈曲の際に内側に向けられる上記第２の誘電体層よりも、上記屈曲の際に外側に向けられる上記第１の誘電体層の方が厚く形成される。 <Embodiment>
The configuration of the embodiment shown below is an example, and the disclosed technology is not limited to the configuration of the embodiment. The flexible substrate according to the embodiment includes, for example, the following configuration. The flexible substrate according to the present embodiment includes a signal line for transmitting an electric signal, a first dielectric layer and a second dielectric layer arranged to sandwich the signal line, and the first dielectric layer. and a ground layer disposed to sandwich the second dielectric layer. The first dielectric layer, which is directed outward during bending, is thicker than the second dielectric layer, which is directed inward during bending.

フレキシブル基板では、第２の誘電体層を内側にして屈曲されると、第１の誘電体層は伸長されて薄くなり、第２の誘電体層は圧縮された厚くなる。このような第１の誘電体層と第２の誘電体層の厚さの変動により、信号線の特性インピーダンスが変動する。上記フレキシブル基板では、屈曲時に伸長される第１の誘電体層を、屈曲時に圧縮される第２の誘電体層よりも厚く形成することで、屈曲されていないとき（まっすぐな状態）における信号線の特性インピーダンスと、屈曲されたときにおける信号線の特性インピーダンスの変動を抑制することができる。 When a flexible substrate is bent with the second dielectric layer inside, the first dielectric layer is stretched and becomes thinner, and the second dielectric layer is compressed and becomes thicker. Due to such variations in the thicknesses of the first dielectric layer and the second dielectric layer, the characteristic impedance of the signal line varies. In the above flexible substrate, the first dielectric layer that is stretched when bent is made thicker than the second dielectric layer that is compressed when bent, so that the signal line when not bent (straight state) is It is possible to suppress variations in the characteristic impedance of the signal line and the characteristic impedance of the signal line when it is bent.

以下、図面を参照して上記フレキシブル基板の実施形態についてさらに説明する。図１は、実施形態に係るフレキシブル基板１の一例を示す図である。図１では、フレキシブル基板１の長手方向と直交する断面における断面図を例示する。また、図２は、図１のＡ－Ａ線断面を例示する図である。フレキシブル基板１は、第１グランド層１１、第２グランド層１２、誘電体層１３及び信号線１４を備える。以下、フレキシブル基板１の長手方向をＹ方向、フレキシブル基板１の高さ方向をＺ方向、フレキシブル基板１の幅方向をＸ方向とする。また、＋Ｚ方向を上、－Ｚ方向を下とする。信号線１４は、「信号線」の一例である。フレキシブル基板１は、「フレキシブル基板」の一例である。 Hereinafter, embodiments of the flexible substrate will be further described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a flexible substrate 1 according to an embodiment. FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a flexible substrate 1 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. Further, FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section taken along line AA in FIG. 1. The flexible substrate 1 includes a first ground layer 11, a second ground layer 12, a dielectric layer 13, and a signal line 14. Hereinafter, the longitudinal direction of the flexible substrate 1 will be referred to as the Y direction, the height direction of the flexible substrate 1 will be referred to as the Z direction, and the width direction of the flexible substrate 1 will be referred to as the X direction. Further, the +Z direction is defined as the top, and the -Z direction is defined as the bottom. The signal line 14 is an example of a "signal line." The flexible substrate 1 is an example of a "flexible substrate."

フレキシブル基板１は、可撓性を有する基板である。フレキシブル基板１は、いずれも可撓性を有する第１グランド層１１、誘電体層１３、第２グランド層１２によって形成される。フレキシブル基板１は、例えば、２つの基板等の電子部品間を屈曲可能に接続する際に利用される。換言すれば、フレキシブル基板１は、２つの基板等の電子部品間を相対的に可動するように接続する際に利用される。 The flexible substrate 1 is a flexible substrate. The flexible substrate 1 is formed by a first ground layer 11, a dielectric layer 13, and a second ground layer 12, all of which are flexible. The flexible substrate 1 is used, for example, to bendably connect electronic components such as two substrates. In other words, the flexible substrate 1 is used to connect electronic components such as two substrates so that they can move relative to each other.

図２を参照すると理解できるように、フレキシブル基板１では、第１グランド層１１、第１誘電体層１３１、信号線１４、第２誘電体層１３２、第２グランド層１２が、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向けて、この順に並んで配置される。第１誘電体層１３１は、「第１の誘電体層」の一例である。第２誘電体層１３２は、「第２の誘電体層」の一例である。第１グランド層１１及び第２グランド層１２は、「グランド層」の一例である。 As can be understood by referring to FIG. 2, in the flexible substrate 1, the first ground layer 11, the first dielectric layer 131, the signal line 14, the second dielectric layer 132, and the second ground layer 12 are arranged from the +Z direction to the − They are arranged in this order in the Z direction. The first dielectric layer 131 is an example of a "first dielectric layer." The second dielectric layer 132 is an example of a "second dielectric layer." The first ground layer 11 and the second ground layer 12 are examples of "ground layers."

第１グランド層１１及び第２グランド層１２は、接地された導体である。第１グランド層１１は、第１誘電体層１３１の上側の面に設けられる。また、第２グランド層１２は、第２誘電体層１３２の下側の面に設けられる。すなわち、第１グランド層１１及び第２グランド層１２は、誘電体層１３を挟むように配置される。 The first ground layer 11 and the second ground layer 12 are grounded conductors. The first ground layer 11 is provided on the upper surface of the first dielectric layer 131. Further, the second ground layer 12 is provided on the lower surface of the second dielectric layer 132. That is, the first ground layer 11 and the second ground layer 12 are arranged with the dielectric layer 13 sandwiched therebetween.

誘電体層１３は、第１誘電体層１３１及び第２誘電体層１３２を含む。第１誘電体層１３１及び第２誘電体層１３２は、信号線１４を挟むように配置される。ここで、信号線１４の幅Ｗ、信号線１４の高さｔ、第１誘電体層１３１の高さｈ１、第２誘電体層１３２の高さｈ２、誘電体層１３の比誘電率εｒを用いると、以下の式（１）によってフレキシブル基板１が屈曲されていない状態における信号線１４の特性インピーダンスＺ０を表すことができる。屈曲されていないフレキシブル基板１の状態は、「第１状態」の一例である。

Figure 2023170831000002
Dielectric layer 13 includes a first dielectric layer 131 and a second dielectric layer 132. The first dielectric layer 131 and the second dielectric layer 132 are arranged to sandwich the signal line 14 therebetween. Here, the width W of the signal line 14, the height t of the signal line 14, the height h1 of the first dielectric layer 131, the height h2 of the second dielectric layer 132, and the relative dielectric constant ε r of the dielectric layer 13 Using Equation (1) below, the characteristic impedance Z 0 of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is not bent can be expressed. The state of the flexible substrate 1 that is not bent is an example of a "first state."
Figure 2023170831000002

フレキシブル基板１は、信号線１４の幅Ｗ、信号線１４の厚さｔ、第１誘電体層１３１の厚さｈ１及び第２誘電体層１３２の厚さｈ２が調整されることで、信号線１４の特性インピーダンスが所望の特性インピーダンスとなるように設計される。しかしながら、フレキシブル基板１が屈曲されると、信号線１４の厚さｔ、第１誘電体層１３１の厚さｈ１及び第２誘電体層１３２の厚さｈ２が変動する。その結果、信号線１４の特性インピーダンスも変動してしまう。 In the flexible substrate 1, the width W of the signal line 14, the thickness t of the signal line 14, the thickness h1 of the first dielectric layer 131, and the thickness h2 of the second dielectric layer 132 are adjusted. The characteristic impedance of the signal line 14 is designed to be a desired characteristic impedance. However, when the flexible substrate 1 is bent, the thickness t of the signal line 14, the thickness h1 of the first dielectric layer 131, and the thickness h2 of the second dielectric layer 132 change. As a result, the characteristic impedance of the signal line 14 also fluctuates.

例えば、第２誘電体層１３２が内側になるようにフレキシブル基板１が屈曲されると、第２誘電体層１３２は圧縮されて厚くなり、第１誘電体層１３１は伸長されて薄くなる。屈曲したフレキシブル基板１における信号線１４の幅Ｗ、信号線１４の厚さｔ´、第１誘電体層１３１の厚さｈ１´、第２誘電体層１３２の厚さｈ２´、誘電体層１３の比誘電率εｒを用いると、以下の式（２）によってフレキシブル基板１を屈曲させた状態における信号線１４の特性インピーダンスＺ０´を表すことができる。

Figure 2023170831000003
For example, when the flexible substrate 1 is bent so that the second dielectric layer 132 is on the inside, the second dielectric layer 132 is compressed and becomes thicker, and the first dielectric layer 131 is stretched and becomes thinner. In the bent flexible substrate 1, the width W of the signal line 14, the thickness t' of the signal line 14, the thickness h1 ' of the first dielectric layer 131, the thickness h2 ' of the second dielectric layer 132, the dielectric Using the dielectric constant ε r of the layer 13, the characteristic impedance Z 0 ′ of the signal line 14 in a state where the flexible substrate 1 is bent can be expressed by the following equation (2).
Figure 2023170831000003

仮に、第１誘電体層１３１の厚さｈ１と第２誘電体層１３２の厚さｈ２を同じ厚さにしてしまうと、フレキシブル基板１がまっすぐな状態と屈曲された状態とで信号線１４の特性インピーダンスが異なる値となる。 If the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 were made the same, the signal line would be different between the straight state and the bent state of the flexible substrate 1. The 14 characteristic impedances have different values.

そこで、本実施形態では、屈曲させることによる第１誘電体層１３１の厚さｈ１と第２誘電体層１３２の厚さｈ２の変動を考慮して、屈曲される際に外側となる第１誘電体層１３１の厚さｈ１が、屈曲される際に内側となる第２誘電体層１３２の厚さｈ２よりも厚くなるように決定される。例えば、フレキシブル基板１が屈曲されていない状態における信号線１４の特性インピーダンスと、フレキシブル基板１が屈曲された状態における信号線１４の特性インピーダンスとが、略等しくなるように、第１誘電体層１３１の厚さｈ１が決定される。以下では、第１誘電体層１３１の厚さｈ１及び第２誘電体層１３２の厚さｈ２を決定する方法の一例について説明する。 Therefore, in this embodiment, in consideration of variations in the thickness h1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h2 of the second dielectric layer 132 due to bending, the The thickness h 1 of the first dielectric layer 131 is determined to be thicker than the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 on the inside when bent. For example, the first dielectric layer 131 is arranged so that the characteristic impedance of the signal line 14 in a state where the flexible substrate 1 is not bent is approximately equal to the characteristic impedance of the signal line 14 in a state where the flexible substrate 1 is bent. The thickness h 1 of is determined. An example of a method for determining the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 will be described below.

曲げ半径Ｒで屈曲させたフレキシブル基板１における第１誘電体層１３１の厚さｈ１´、第２誘電体層１３２の厚さｈ２´及び信号線１４の厚さｔ´は、誘電体層１３のポアソン比νｎ、信号線１４のポアソン比νｔ、屈曲による第１誘電体層１３１の半径方向の歪
みεｒ１、屈曲による第２誘電体層１３２の半径方向の歪みεｒ２、屈曲による第１誘電体層１３１の周方向の歪みεθ１、屈曲による第２誘電体層１３２の周方向の歪みεθ２、屈曲による信号線１４の周方向の歪みεθｔ、を用いて、以下の式（３）、（４）、（５）によって算出することができる。

Figure 2023170831000004
The thickness h 1 ' of the first dielectric layer 131, the thickness h 2 ' of the second dielectric layer 132, and the thickness t' of the signal line 14 in the flexible substrate 1 bent at a bending radius R are the dielectric layer Poisson's ratio ν n of signal line 13, Poisson's ratio ν t of signal line 14, radial strain ε r1 of first dielectric layer 131 due to bending, radial strain ε r2 of second dielectric layer 132 due to bend, radial strain ε r2 of second dielectric layer 132 due to bend, Using the circumferential strain ε θ1 of the first dielectric layer 131, the circumferential strain ε θ2 of the second dielectric layer 132 due to bending, and the circumferential strain ε θt of the signal line 14 due to bend, the following equation is used. It can be calculated using (3), (4), and (5).
Figure 2023170831000004

第２誘電体層１３２を内側にしてフレキシブル基板１が屈曲されると、第１誘電体層１３１には引っ張る力が、第２誘電体層１３２には圧縮する力が働く。図３は、板状の部材を屈曲させたときに生じる歪みを説明する図である。図３において、ρは、フレキシブル基板１を屈曲させた際の曲率半径である。中立軸３００は、誘電体層１３において引っ張る力と圧縮する力が釣り合う部分である。中立軸３００から半径方向にηだけ離れた線分ＰＱが弧ＰＱ‘になるときの歪みεは以下の式（６）のようにあらわすことができる。

Figure 2023170831000005
When the flexible substrate 1 is bent with the second dielectric layer 132 inside, a tensile force acts on the first dielectric layer 131 and a compressive force acts on the second dielectric layer 132. FIG. 3 is a diagram illustrating the distortion that occurs when a plate-shaped member is bent. In FIG. 3, ρ is the radius of curvature when the flexible substrate 1 is bent. The neutral axis 300 is a portion of the dielectric layer 13 where the tensile force and the compressive force are balanced. The strain ε when a line segment PQ separated by η in the radial direction from the neutral axis 300 becomes an arc PQ' can be expressed as in the following equation (6).
Figure 2023170831000005

そして、上記式（６）をεについて解くと、以下の式（７）が得られる。

Figure 2023170831000006
Then, when the above equation (6) is solved for ε, the following equation (7) is obtained.
Figure 2023170831000006

式（７）により、歪εは、中立軸３００からの距離ηに比例し、曲率半径ρに反比例することが理解できる。そして、式（７）を用いて、第１誘電体層１３１、第２誘電体層１３２及び信号線１４の歪を算出することができる。図４は、屈曲させたフレキシブル基板１に生じる歪みを説明する図である。曲率中心から第２誘電体層１３２の下側の面までの距離をＲ、第２誘電体層１３２の下側の面から中立軸３００までの距離をη０とする。また、半径方向の基準（０の位置）を中立軸３００の位置とすると、第１誘電体層１３１の上側の面における歪みεθ１外は、以下の式（８）で表すことができる。また、第１誘電体層１３１の下側の面における歪みεθ１内は、以下の式（９）で表すことができる。

Figure 2023170831000007
From equation (7), it can be understood that strain ε is proportional to distance η from neutral axis 300 and inversely proportional to radius of curvature ρ. Then, using equation (7), the strain in the first dielectric layer 131, the second dielectric layer 132, and the signal line 14 can be calculated. FIG. 4 is a diagram illustrating the distortion that occurs in the bent flexible substrate 1. Let R be the distance from the center of curvature to the lower surface of the second dielectric layer 132, and let η 0 be the distance from the lower surface of the second dielectric layer 132 to the neutral axis 300. Further, assuming that the radial reference (position 0) is the position of the neutral axis 300, the strain ε θ1 on the upper surface of the first dielectric layer 131 can be expressed by the following equation (8). Further, the strain ε θ1 on the lower surface of the first dielectric layer 131 can be expressed by the following equation (9).
Figure 2023170831000007

そして、第１誘電体層１３１の歪みεθ１は、例えば、εθ１外及びεθ１内の算術平均として算出することができる。例えば、第１誘電体層１３１の歪みεθ１は、以下の式（１０）によって表すことができる。

Figure 2023170831000008
The strain ε θ1 of the first dielectric layer 131 can be calculated, for example, as the arithmetic mean of the values outside ε θ1 and within ε θ1 . For example, the strain ε θ1 of the first dielectric layer 131 can be expressed by the following equation (10).
Figure 2023170831000008

同様に、信号線１４の上側の面における歪みεθｔ外は、以下の式（１１）で表すことができる。また、信号線１４の下側の面における歪みεθｔ内は、以下の式（１２）で表すことができる。

Figure 2023170831000009
Similarly, the strain ε θt on the upper surface of the signal line 14 can be expressed by the following equation (11). Further, the strain ε θt on the lower surface of the signal line 14 can be expressed by the following equation (12).
Figure 2023170831000009

そして、信号線１４の歪みεθｔは、例えば、εθｔ外及びεθｔ内の算術平均として算出することができる。例えば、信号線１４の歪みεθｔは、以下の式（１３）によって表すことができる。

Figure 2023170831000010
The distortion ε θt of the signal line 14 can be calculated, for example, as the arithmetic average of the values outside ε θt and within ε θt . For example, the distortion ε θt of the signal line 14 can be expressed by the following equation (13).
Figure 2023170831000010

同様に、第２誘電体層１３２の上側の面における歪みεθ２外は、以下の式（１４）で表すことができる。また、第２誘電体層１３２の下側の面における歪みεθ２内は、以下の式（１５）で表すことができる。

Figure 2023170831000011
Similarly, the strain ε θ2 on the upper surface of the second dielectric layer 132 can be expressed by the following equation (14). Further, the strain ε θ2 on the lower surface of the second dielectric layer 132 can be expressed by the following equation (15).
Figure 2023170831000011

そして、第２誘電体層１３２の歪みεθ２は、例えば、εθ２外及びεθ２内の算術平均として算出することができる。例えば、第２誘電体層１３２の歪みεθ２は、以下の式（１６）によって表すことができる。

Figure 2023170831000012
Then, the strain ε θ2 of the second dielectric layer 132 can be calculated as, for example, the arithmetic mean of outside ε θ2 and inside ε θ2 . For example, the strain ε θ2 of the second dielectric layer 132 can be expressed by the following equation (16).
Figure 2023170831000012

ここで、中立軸３００において屈曲させたフレキシブル基板１の半径方向における引張応力と圧縮応力の和は０になることから、第２誘電体層１３２の下側の面から中立軸３０
０までの距離η０を算出する。図５は、第２誘電体層１３２の下側の面から中立軸３００までの距離η０算出を説明する図である。なお、図５では、第１グランド層１１及び第２グランド層１２の図示は省略している。Ｙ方向の長さｄＡ、Ｚ方向の厚さｄηの微小区間を想定し、当該微小区間と中心軸３００との距離をη、フレキシブル基板１の長さをｂとする。さらに、誘電体層１３の誘電率をＥｎ、信号線１４のヤング率をＥｃとすると、以下の式（１７）が成り立つ。

Figure 2023170831000013
Here, since the sum of tensile stress and compressive stress in the radial direction of the flexible substrate 1 bent at the neutral axis 300 is 0, the neutral axis 300 is
Calculate the distance η 0 to 0. FIG. 5 is a diagram illustrating calculation of the distance η 0 from the lower surface of the second dielectric layer 132 to the neutral axis 300. Note that in FIG. 5, illustration of the first ground layer 11 and the second ground layer 12 is omitted. Assuming a minute section with a length dA in the Y direction and a thickness dη in the Z direction, the distance between the minute section and the central axis 300 is η, and the length of the flexible substrate 1 is b. Furthermore, when the dielectric constant of the dielectric layer 13 is E n and the Young's modulus of the signal line 14 is E c , the following equation (17) holds true.
Figure 2023170831000013

式（１７）を変形すると、以下の式（１８）を得ることができる。

Figure 2023170831000014
By transforming equation (17), the following equation (18) can be obtained.
Figure 2023170831000014

すなわち、式（１８）によって中立軸３００の位置η０が決定され、決定された中立軸３００の位置η０が式（１０）、式（１３）、式（１６）に代入されることで、第１誘電体層１３１の歪みεθ１、信号線１４の歪みεθｔ、第２誘電体層１３２の歪みεθ２が算出される。 That is, the position η 0 of the neutral axis 300 is determined by equation (18), and the determined position η 0 of the neutral axis 300 is substituted into equation (10), equation (13), and equation (16), so that The strain ε θ1 of the first dielectric layer 131, the strain ε θt of the signal line 14, and the strain ε θ2 of the second dielectric layer 132 are calculated.

算出された第１誘電体層１３１の歪みεθ１、信号線１４の歪みεθｔ、第２誘電体層１３２の歪みεθ２が式（３）、式（４）、式（５）に代入されることで、曲率半径Ｒで屈曲させたときにおける第１誘電体層１３１の厚さｈ１´、第２誘電体層１３２の厚さｈ２´及び信号線１４の厚さｔ´が算出される。 The calculated strain ε θ1 of the first dielectric layer 131, strain ε θt of the signal line 14, and strain ε θ2 of the second dielectric layer 132 are substituted into equations (3), (4), and (5). By doing so, the thickness h 1 ' of the first dielectric layer 131, the thickness h 2 ' of the second dielectric layer 132, and the thickness t' of the signal line 14 when bent with the radius of curvature R are calculated. Ru.

算出された第１誘電体層１３１の厚さｈ１´、第２誘電体層１３２の厚さｈ２´及び信号線１４の厚さｔ´が式（２）に代入されることで、第２誘電体層１３２を内側として曲率半径Ｒでフレキシブル基板１を屈曲させたときにおける信号線１４の特性インピーダンスが算出される。第２誘電体層１３２を内側として曲率半径Ｒで屈曲させた状態は、「前記フレキシブル基板が前記第２の誘電体層を内側にして所定の曲率半径で屈曲された第２状態」の一例である。 By substituting the calculated thickness h 1 ' of the first dielectric layer 131, thickness h 2 ' of the second dielectric layer 132, and thickness t' of the signal line 14 into equation (2), The characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent with the radius of curvature R with the second dielectric layer 132 inside is calculated. The state where the flexible substrate is bent with the radius of curvature R with the second dielectric layer 132 inside is an example of "a second state where the flexible substrate is bent with a predetermined radius of curvature with the second dielectric layer 132 inside". be.

ここで、誘電体層１３のポアソン比νｎ、信号線１４のポアソン比νｔ、誘電体層１３のヤング率Ｅｎ及び信号線１４のヤング率Ｅｃは、誘電体層１３及び信号線１４に採用された素材に応じて決定される値である。これらの値を用いて、フレキシブル基板１がまっすぐの状態のときにおける信号線１４の特性インピーダンスを表す式（１）、フレキシブル基板１が屈曲された状態のときにおける信号線１４の特性インピーダンスを表す式（２）の夫々で所望の特性インピーダンスを示すように第１誘電体層１３１の厚さｈ１及び第
２誘電体層１３２の厚さｈ２が決定されることで、フレキシブル基板１がまっすぐの状態（屈曲されていない状態）及び屈曲された状態のいずれにおいても、信号線１４が所望の特性インピーダンスを示すようにすることができる。 Here, Poisson's ratio ν n of the dielectric layer 13 , Poisson's ratio ν t of the signal line 14 , Young's modulus E n of the dielectric layer 13 , and Young's modulus E c of the signal line 14 are the dielectric layer 13 and the signal line 14 . This value is determined depending on the material used. Using these values, equation (1) expressing the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is in a straight state, and expression (1) expressing the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is in a bent state. By determining the thickness h1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h2 of the second dielectric layer 132 so as to exhibit the desired characteristic impedance in each of (2), the flexible substrate 1 can be straightened. The signal line 14 can be made to exhibit a desired characteristic impedance in both the unbent state and the bent state.

第２誘電体層１３２が内側になるようにフレキシブル基板１が屈曲されると、フレキシブル基板１の屈曲された部分において、第２誘電体層１３２は圧縮されて厚くなり、第１誘電体層１３１は伸長されて薄くなる。そして、このような厚さの変動は信号線１４の特性インピーダンスを変動させる虞がある。本実施形態では、第１誘電体層１３１の厚さを第２誘電体層１３２よりも厚く形成することにより、フレキシブル基板１が屈曲されていないとき（まっすぐな状態）における信号線１４の特性インピーダンスと、屈曲されたときにおける信号線１４の特性インピーダンスの変動を抑制することができる。 When the flexible substrate 1 is bent so that the second dielectric layer 132 is on the inside, the second dielectric layer 132 is compressed and becomes thicker in the bent portion of the flexible substrate 1, and the first dielectric layer 132 is stretched and becomes thinner. Further, such a variation in thickness may cause a variation in the characteristic impedance of the signal line 14. In this embodiment, by forming the first dielectric layer 131 thicker than the second dielectric layer 132, the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is not bent (straight state) This makes it possible to suppress variations in the characteristic impedance of the signal line 14 when it is bent.

そして、本実施形態では、第１誘電体層１３１の厚さと第２誘電体層１３２の厚さは、フレキシブル基板１が屈曲されていない状態における信号線１４の特性インピーダンスと、フレキシブル基板１が第２誘電体層１３２を内側にして曲率半径Ｒで屈曲されたときにおける信号線１４の特性インピーダンスとが略等しくなるように、決定される。このように第１誘電体層１３１と第２誘電体層１３２の厚さが決定されることで、フレキシブル基板１が屈曲されていないとき（まっすぐな状態）における信号線１４の特性インピーダンスと、屈曲されたときにおける信号線１４の特性インピーダンスの変動を抑制することができる。 In the present embodiment, the thickness of the first dielectric layer 131 and the thickness of the second dielectric layer 132 are determined by the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is not bent, and the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is not bent. It is determined so that the characteristic impedance of the signal line 14 when bent with the radius of curvature R with the second dielectric layer 132 inside is approximately equal. By determining the thicknesses of the first dielectric layer 131 and the second dielectric layer 132 in this way, the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is not bent (in a straight state) and Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the characteristic impedance of the signal line 14 when the signal line 14 is exposed.

＜適用例＞
以上説明したフレキシブル基板１は、例えば、携帯電話端末に適用することができる。図６及び図７は、適用例に係る携帯電話端末５００の一例を示す図である。携帯電話端末５００は、キーボード側筐体５１０とディスプレイ側筐体５２０とがヒンジ５０１によって接続されることで、キーボード側筐体５１０とディスプレイ側筐体５２０とが相対的に開閉可能とされた端末である。すなわち、携帯電話端末５００は、折りたたみ型の電子機器である。図６は、携帯電話端末５００を開いた状態を例示する。また、図７は、携帯電話端末５００を閉じた状態を例示する。携帯電話端末５００は、「電子機器」の一例である。 <Application example>
The flexible substrate 1 described above can be applied to, for example, a mobile phone terminal. 6 and 7 are diagrams showing an example of a mobile phone terminal 500 according to the application example. The mobile phone terminal 500 is a terminal in which the keyboard side housing 510 and the display side housing 520 are connected by a hinge 501, so that the keyboard side housing 510 and the display side housing 520 can be opened and closed relative to each other. It is. That is, mobile phone terminal 500 is a foldable electronic device. FIG. 6 illustrates a state in which the mobile phone terminal 500 is opened. Further, FIG. 7 illustrates a state in which the mobile phone terminal 500 is closed. Mobile phone terminal 500 is an example of an "electronic device."

図６及び図７では、キーボード側筐体５１０内のキーボード側基板５１１、ディスプレイ側筐体５２０内のディスプレイ側基板５２１及びヒンジ５０１が点線で例示される。携帯電話端末５００は、キーボード側筐体５１０とディスプレイ側筐体５２とがヒンジ５０１によって接続されることで、開閉可能となる。ヒンジ５０１は、「関節部」の一例である。 In FIGS. 6 and 7, the keyboard-side substrate 511 in the keyboard-side casing 510, the display-side substrate 521 in the display-side casing 520, and the hinge 501 are illustrated by dotted lines. The mobile phone terminal 500 can be opened and closed by connecting the keyboard-side casing 510 and the display-side casing 52 with a hinge 501. The hinge 501 is an example of a "joint".

そして、携帯電話端末５００では、キーボード側基板５１１とディスプレイ側基板５２１とが、フレキシブル基板１によって接続される。ここで、フレキシブル基板１は、携帯電話端末５００が閉じられるときには、第２誘電体層１３２が内側に向けられた状態でフレキシブル基板１が屈曲されるように配置される。 In the mobile phone terminal 500, the keyboard side substrate 511 and the display side substrate 521 are connected by the flexible substrate 1. Here, the flexible substrate 1 is arranged so that when the mobile phone terminal 500 is closed, the flexible substrate 1 is bent with the second dielectric layer 132 facing inward.

携帯電話端末５００が開いた状態では、フレキシブル基板１はまっすぐ伸びた状態となる。また、携帯電話端末５００が閉じた状態では、フレキシブル基板１は屈曲した状態となる。このように、キーボード側筐体５１０及びディスプレイ側筐体５２０が相対的に移動することで、フレキシブル基板１はまっすぐな状態と屈曲した状態とに変化する。このように使用態様に応じてフレキシブル基板１がまっすぐな状態と屈曲した状態とに変化する場合、いずれの状態でも信号線１４の特性インピーダンスが所望の特性インピーダンスとなるようにフレキシブル基板１が設計されることが好ましい。 When the mobile phone terminal 500 is in an open state, the flexible substrate 1 is in a straight extended state. Further, when the mobile phone terminal 500 is in a closed state, the flexible substrate 1 is in a bent state. In this manner, the keyboard-side housing 510 and the display-side housing 520 move relatively, so that the flexible substrate 1 changes between a straight state and a bent state. In this way, when the flexible substrate 1 changes between a straight state and a bent state depending on the mode of use, the flexible substrate 1 is designed so that the characteristic impedance of the signal line 14 becomes a desired characteristic impedance in either state. It is preferable that

本実施形態では、式（１）によって表されるＺ０と、式（２）によって表されるＺ０´とが等しくなるように、第１誘電体層１３１の厚さｈ１と第２誘電体層１３２の厚さｈ２とが決定される。 In this embodiment, the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 and the second dielectric The thickness h2 of body layer 132 is determined.

例えば、信号線１４のヤング率を１２０ＧＰａ、誘電体層１３のヤング率を３．４ＧＰａ、信号線１４のポアソン比を０．３、誘電体層１３のポアソン比を０．３であるものとする。そして、信号線１４の厚さｔが５０μｍ、信号線１４の幅ｗが１０２μｍであるものとする。この条件の下、曲率半径０．３ｍｍでフレキシブル基板１を屈曲させる場合を考える。 For example, it is assumed that the Young's modulus of the signal line 14 is 120 GPa, the Young's modulus of the dielectric layer 13 is 3.4 GPa, the Poisson's ratio of the signal line 14 is 0.3, and the Poisson's ratio of the dielectric layer 13 is 0.3. . It is assumed that the thickness t of the signal line 14 is 50 μm, and the width w of the signal line 14 is 102 μm. Consider the case where the flexible substrate 1 is bent with a radius of curvature of 0.3 mm under these conditions.

Ｚ０とＺ０´とが等しくなるように第１誘電体層１３１の厚さｈ１及び第２誘電体層１３２の厚さｈ２が決定されると、第１誘電体層１３１の厚さｈ１としては２００μｍ、第２誘電体層１３２の厚さｈ２としては１００μｍとすることができる。この場合、式（１）により、フレキシブル基板１がまっすぐな状態における信号線１４の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωとなる。 When the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 are determined so that Z 0 and Z 0 ′ are equal, the thickness of the first dielectric layer 131 The thickness h 1 of the second dielectric layer 132 can be 200 μm, and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 can be 100 μm. In this case, according to equation (1), the characteristic impedance Z 0 of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is straight is 50Ω.

また、第１誘電体層１３１の厚さｈ１としては２００μｍ、第２誘電体層１３２の厚さｈ２となる場合、式（３）、式（４）、式（５）により、屈曲されたフレキシブル基板１の第１誘電体層１３１の厚さｈ１´は１８３．８７μｍ、第２誘電体層１３２の厚さｈ２´は１０２．３１μｍ、信号線１４の厚さは５０．２９μｍとなる。この場合、式（２）により、フレキシブル基板１が屈曲された状態における信号線１４の特性インピーダンスはＺ０´は５０Ωとなる。すなわち、フレキシブル基板１がまっすぐな状態と屈曲された状態のいずれにおいても、信号線１４の特性インピーダンスを可及的に等しい値とすることができる。 Further, when the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 is 200 μm and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132, the bending is performed according to equations (3), (4), and (5). The thickness h 1 ′ of the first dielectric layer 131 of the flexible substrate 1 is 183.87 μm, the thickness h 2 ′ of the second dielectric layer 132 is 102.31 μm, and the thickness of the signal line 14 is 50.29 μm. Become. In this case, according to equation (2), the characteristic impedance Z 0 ' of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent is 50Ω. That is, the characteristic impedance of the signal line 14 can be made as equal as possible whether the flexible substrate 1 is in a straight state or in a bent state.

仮に、第１誘電体層１３１の厚さｈ１及び第２誘電体層１３２の厚さｈ２をいずれも１５０μｍ、信号線１４の厚さｔを５０μｍ、信号線１４の幅ｗを１３５μｍ、誘電体層１３の比誘電率εｒを３．４とすると、フレキシブル基板１がまっすぐな状態における信号線１４の特性インピーダンスは、式（１）により、５０Ωとなる。 Assuming that the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 are both 150 μm, the thickness t of the signal line 14 is 50 μm, the width w of the signal line 14 is 135 μm, and the dielectric Assuming that the relative dielectric constant ε r of the body layer 13 is 3.4, the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is straight is 50Ω according to equation (1).

また、信号線１４のヤング率を１２０ＧＰａ、誘電体層１３のヤング率を３．４ＧＰａ、信号線１４のポアソン比を０．３、誘電体層１３のポアソン比を０．３とし、曲率半径０．３ｍｍでフレキシブル基板１が屈曲された場合、式（３）、式（４）、式（５）より、第１誘電体層１３１の厚さｈ１´は１４０．５μｍ、第２誘電体層１３２の厚さｈ２´は１５９．５μｍ、信号線１４の厚さは５０μｍと変動する。その結果、式（２）より、フレキシブル基板１が屈曲された状態における信号線１４の特性インピーダンスは、５０．３Ωとなる。すなわち、第１誘電体層１３１の厚さｈ１と第２誘電体層１３２の厚さｈ２とを等しくしたフレキシブル基板１を屈曲させると、信号線１４の特性インピーダンスは０．６％ずれることになる。 Further, the Young's modulus of the signal line 14 is 120 GPa, the Young's modulus of the dielectric layer 13 is 3.4 GPa, the Poisson's ratio of the signal line 14 is 0.3, the Poisson's ratio of the dielectric layer 13 is 0.3, and the radius of curvature is 0. When the flexible substrate 1 is bent by .3 mm, from equations (3), (4), and (5), the thickness h 1 ' of the first dielectric layer 131 is 140.5 μm, and the thickness h 1 ' of the second dielectric layer 131 is 140.5 μm. The thickness h 2 ′ of the signal line 132 is 159.5 μm, and the thickness of the signal line 14 is 50 μm. As a result, according to equation (2), the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent is 50.3Ω. That is, when the flexible substrate 1 in which the thickness h 1 of the first dielectric layer 131 and the thickness h 2 of the second dielectric layer 132 are made equal to each other is bent, the characteristic impedance of the signal line 14 shifts by 0.6%. become.

本実施形態では、第１誘電体層１３１の厚さを第２誘電体層１３２よりも厚くすることで、フレキシブル基板１をまっすぐにした状態における信号線１４の特性インピーダンスと、フレキシブル基板１を屈曲させた状態における信号線１４の特性インピーダンスとのずれを可及的に解消することができる。ひいては、フレキシブル基板１をまっすぐにした状態における信号線１４の特性インピーダンスと、フレキシブル基板１を屈曲させた状態における信号線１４の特性インピーダンスのいずれも、所望の特性インピーダンスとすることができる。そのため、フレキシブル基板１がまっすぐな状態であっても屈曲された状態であっても、伝送信号の品質向上を図ることができる。 In this embodiment, by making the thickness of the first dielectric layer 131 thicker than the second dielectric layer 132, the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is straight and the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent can be changed. The deviation from the characteristic impedance of the signal line 14 in this state can be eliminated as much as possible. Furthermore, both the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is straight and the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent can be set to a desired characteristic impedance. Therefore, whether the flexible substrate 1 is in a straight state or in a bent state, it is possible to improve the quality of the transmitted signal.

本実施形態では、フレキシブル基板１をまっすぐにした状態における信号線１４の特性
インピーダンスＺ０と、フレキシブル基板１を屈曲させた状態における信号線１４の特性インピーダンスＺ０´とが等しくなるように第１誘電体層１３１の厚さ及び第２誘電体層１３２の厚さが決定される。そのため、本実施形態によれば、フレキシブル基板１がまっすぐな状態における信号線１４の特性インピーダンスと、屈曲させた状態における信号線１４の特性インピーダンスのいずれも、所望の特性インピーダンスとすることができる。 In this embodiment, the first impedance is set so that the characteristic impedance Z 0 of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is straight is equal to the characteristic impedance Z 0 ′ of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent. The thickness of dielectric layer 131 and the thickness of second dielectric layer 132 are determined. Therefore, according to the present embodiment, both the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is straight and the characteristic impedance of the signal line 14 when the flexible substrate 1 is bent can be set to a desired characteristic impedance.

また、適用例で説明したように、第１誘電体層１３１の厚さを第２誘電体層１３２よりも厚くしたフレキシブル基板１が採用されることで、携帯電話端末５００が開いた状態でも閉じた状態でも、信号線１４の特性インピーダンスを所望の特性インピーダンスとすることができる。そのため、携帯電話端末５００が開いた状態でも閉じた状態でも、キーボード側基板５１１とディスプレイ側基板５２１との間の信号伝送の伝送品質を良好なものとすることができる。 Furthermore, as explained in the application example, by adopting the flexible substrate 1 in which the first dielectric layer 131 is thicker than the second dielectric layer 132, even when the mobile phone terminal 500 is open, it can be closed. Even in this state, the characteristic impedance of the signal line 14 can be set to a desired characteristic impedance. Therefore, whether the mobile phone terminal 500 is open or closed, the quality of signal transmission between the keyboard-side substrate 511 and the display-side substrate 521 can be made good.

＜変形例＞
以上説明した実施形態では、第１グランド層１１及び第２グランド層１２を除くと、第１誘電体層１３１、信号線１４、第２誘電体層１３２の三層構造を有するフレキシブル基板１が説明された。しかしながら、フレキシブル基板１が三層構造に限定されるわけではない。フレキシブル基板１は、例えば、三層以上の誘電体層を含む四層以上の構造であってもよい。 <Modified example>
In the embodiment described above, the flexible substrate 1 has a three-layer structure including the first dielectric layer 131, the signal line 14, and the second dielectric layer 132, except for the first ground layer 11 and the second ground layer 12. It was done. However, the flexible substrate 1 is not limited to the three-layer structure. For example, the flexible substrate 1 may have a structure of four or more layers including three or more dielectric layers.

１・・フレキシブル基板
１１・・第１グランド層
１２・・第２グランド層
１３・・誘電体層
１４・・信号線
１３１・・第１誘電体層
１３２・・第２誘電体層
５００・・携帯電話端末
５０１・・ヒンジ
５１０・・キーボード側筐体
５１１・・キーボード側基板
５２０・・ディスプレイ側筐体
５２１・・ディスプレイ側基板 1...Flexible board 11...First ground layer 12...Second ground layer 13...Dielectric layer 14...Signal line 131...First dielectric layer 132...Second dielectric layer 500...Mobile phone Telephone terminal 501...Hinge 510...Keyboard side casing 511...Keyboard side board 520...Display side casing 521...Display side board

Claims (3)

電気信号を伝送する信号線と、
前記信号線を挟むように配置される第１の誘電体層と第２の誘電体層と、
前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層を挟むように配置されるグランド層と、を備えるフレキシブル基板であって、
屈曲の際に内側に向けられる前記第２の誘電体層よりも、前記屈曲の際に外側に向けられる前記第１の誘電体層の方が厚く形成される、
フレキシブル基板。 A signal line that transmits electrical signals,
a first dielectric layer and a second dielectric layer arranged to sandwich the signal line;
A flexible substrate comprising a ground layer arranged to sandwich the first dielectric layer and the second dielectric layer,
The first dielectric layer that is directed outward during bending is formed thicker than the second dielectric layer that is directed inward during bending.
flexible circuit board. 前記第１の誘電体層の厚さと前記第２の誘電体層の厚さは、前記フレキシブル基板が屈曲されていない第１状態における前記信号線の特性インピーダンスと、前記フレキシブル基板が前記第２の誘電体層を内側にして所定の曲率半径で屈曲された第２状態における前記信号線の特性インピーダンスとが等しくなるように決定される、
請求項１に記載のフレキシブル基板。 The thickness of the first dielectric layer and the thickness of the second dielectric layer are determined by the characteristic impedance of the signal line in the first state in which the flexible substrate is not bent, and the characteristic impedance of the signal line in the first state in which the flexible substrate is not bent. determined so that the characteristic impedance of the signal line is equal to the characteristic impedance of the signal line in a second state bent with a predetermined radius of curvature with the dielectric layer inside;
The flexible substrate according to claim 1. 関節部を介して屈曲可能に配置される第１の基板及び第２の基板と、
前記関節部において前記第１の基板と前記第２の基板とを接続する、請求項１または２に記載のフレキシブル基板と、を備える、
電子機器。 a first substrate and a second substrate arranged so as to be bendable via a joint;
The flexible substrate according to claim 1 or 2, which connects the first substrate and the second substrate at the joint portion.
Electronics.
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