JP4863900B2 - シールドフレキシブルプリント基板及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、アース線が形成されたシールド層を有するシールドフレキシブルプリント配線板及びそのシールドフレキシブルプリント基板が組み込まれた携帯端末装置等の電子機器に関する。

従来より、携帯端末装置等に搭載される型の液晶表示装置は、携帯端末装置の組み立てを容易とするために、あるいはその設計上の自由度を高めるために、ポリイミド系や液晶ポリマー系等の柔軟性の高い絶縁体を用いたＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）を介して、携帯端末装置本体と接続される場合が多い。

図３（Ａ）に従来のＦＰＣ１’の断面を、図３（Ｂ）にそのＦＰＣ１’の模式構造を示す。図３（Ａ）に示すように、ＦＰＣ１’は、下から、補強材５０と、ベースフィルム４０と、導体６０と、絶縁フィルム３０と、導体２０’と、カバーフィルム１０とが、この順に積層されている。

補強材５０は、ＦＰＣ１’の強度を増すために、ＦＰＣ１’の裏面に添付された絶縁基板又は金属板である。ベースフィルム４０は、ＦＰＣ１’の導体パターンを形成するためのベースとなる樹脂材料のフィルムである。導体６０は、銅、銀、タングステン、モリブデンなどの金属で形成されており、このＦＰＣ１’における信号の伝送経路として用いられる信号線や、電源の供給経路として用いられる電源線である。また、絶縁フィルム３０は、導体６０を外部から絶縁するためのポリイミドや液晶ポリマー系などからなる保護層である。

導体２０’は、銅、銀、タングステン、モリブデンなどの金属で形成されたアース線である。カバーフィルム１０は、導体２０を外部から絶縁するためのポリイミドや液晶ポリマー系などからなる保護層としての絶縁フィルムである。この導体２０’と、カバーフィルム１０とで、いわゆるシールド層が形成されている。ＦＰＣ１’は、電磁シールドを目的としてシールド層が形成され、多層化された配線板である。

図３（Ｂ）には、これらの構成要素のうち、導体６０、２０’のみを抜き出して、上から見た場合の上面図が示されている。図３（Ｂ）に示すように、アース線としての導体２０’は、ＦＰＣ１’の全面をカバーするように、矩形平板状に配線されている。また、フレキシブル印刷配線板の両面に導電性接着剤を用いて金属箔を接着した構成の平面シールドケーブルが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平０８−１２５３８０号公報

携帯端末装置本体と液晶表示装置との間の接続に用いられるＦＰＣの多くは、主にそれらのコネクタを介して接続される。このため、ＦＰＣは、その伝送線路中に、インピーダンスが極端に変化する不連続点や変曲点（以下、「変曲点等」と略述する）を保有する状態となる。この伝送線路のインピーダンスの変曲点付近では、伝送線路を送られる信号の反射による定在波の発生等の原因によって、不要な電力が輻射されてしまう。

この不要な電力の輻射を抑圧するために、従来より、ＦＰＣでは、ＥＭＩ対策部品が採用されたり、不要輻射ノイズ（すなわち不要な電力の輻射）を低減するために電磁シールド構造が採用されるなどの処置がとられている。図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示されるＦＰＣ１’は、まさにこの電磁シールド構造が採用されたシールドフレキシブルプリント配線板である。

しかしながら、電磁シールドを目的としたアース線として、図３（Ｂ）に示される矩形平板状の導体を採用すると、その分だけ、ＦＰＣ全体の柔軟性が低下してしまうという不都合があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、柔軟性を維持しつつ、不要な電力の輻射を低減するシールド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。

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の手段を講じた。
（１）アース線が形成されたシールド層を含むシールドフレキシブルプリント基板において、前記アース線が、メアンダ状に配線されていることを特徴とするシールドフレキシブルプリント基板とした。

（２）前記メアンダ状に配線されたアース線の折り返しの間隔が、抑圧対象となる輻射電力の自由空間波長に、前記輻射電力の中心周波数における前記アース線の比誘電率の１／２乗の逆数を乗算して得られる値の１／４以下となっていることを特徴とするシールドフレキシブルプリント基板とした。

（３）前記メアンダ状に配線されたアース線の折り返し回数が、偶数回であることを特徴とするシールドフレキシブルプリント基板とした。

（４）前記メアンダ状に配線されたアース線のコーナが角取りされていることを特徴とするシールドフレキシブルプリント基板とした。

（５）前記アース線における角取り幅が、前記アース線の幅の４０％以上６０％以下であることを特徴とするシールドフレキシブルプリント基板とした。

（６）上述したいずれかの構成のシールドフレキシブルプリント基板を内蔵する携帯端末装置等の電子機器を構成とした。

上記シールドフレキシブルプリント基板及び携帯端末装置によれば、シールド層のアース線が、メアンダ状に配線されている。メアンダ状の導体は、それと同程度の面積を有する矩形平板状の導体よりも、柔軟性の上で優れているため、アース線を、メアンダ状に配線すれば、不要な電力の輻射低減するために電磁シールド構造を採用しつつ、全体の柔軟性の低下を防止することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１（Ａ）には、本発明の一実施形態に係るシールドフレキシブルプリント配線板（以下、「ＦＰＣ」と略述する）１の斜視図が示され、図１（Ｂ）には、ＦＰＣ１の断面図が示されている。図１（Ａ）では、ＦＰＣ１は、その内部構成を見やすくするために、一部破断して示されている。図示するように、ＦＰＣ１は、導体２０’の代わりに導体２０が設けられている点のみが、図３に示したＦＰＣ１’と異なるので、それ以外の部分の詳細な説明を省略する。

導体２０は、導体２０’と同様に、例えば銅はくなどで形成されたアース線であり、ＦＰＣ１の電磁シールド層のアース線として機能する。導体２０の厚みは、例えば１２μｍ程度となっている。ＦＰＣ１の厚みは、ＦＰＣ１の柔軟性を考慮して、できるだけ薄く設定されている。

図１（Ａ）に示すように、導体２０は、メアンダ状（すなわち、蛇行形状、曲がりくねった道のような形状）に配置されている。メアンダ状の導体は、それと同程度の大きさで厚みも同じ材料の矩形平板状の導体（例えば図３（Ｂ）に示される導体２０’）に比べ、高い柔軟性を有している。例えば、メアンダ状の導体を折り曲げようとした場合には、導体２０は、どの部分で折り曲げても、折り曲げられる幅が導体２０’より短くなるので、折り曲げやすくなる。また、導体２０をメアンダ状にすれば、折り曲げ方向だけでなく、ねじれ方向にも高い柔軟性を有するようになる。

なお、導体２０を、メアンダ状でなく、メッシュ状や、ラダー状にすることも考えられるが、メアンダ状の配線は、これらの形状に比べ、ねじり方向の柔軟性に優れている。また、メアンダ状に配線された導体２０には、時に、図１（Ｃ）の上から下、あるいは下から上にアース電流が流れるようになる。導体１０はメアンダ状（特に矩形波状）となっているため、その中の互い隣接する線の間では、電流の向きが逆向きとなる。このため、その電流によって発生する磁界はともに打ち消されるようになり、導体１０からの不要な電力の輻射が抑制されるようになる。このような効果は、メッシュ状やラダー状の配線では得られることはない。

図１（Ｃ）に、このメアンダ状に配線された導体２０の寸法を示している。図示するように、メアンダ状に配線された導体２０の折り返し間隔をｄとする。このｄは、抑圧対象となる輻射電力、すなわち不要輻射電力の周波数帯域に基づいて定められる。ここで、抑圧対象となる輻射電力の周波数帯域は、ＦＰＣ１が組み込まれる機器によって異なるが、それについては後述することとし、ここでは、抑圧対象となる輻射電力の自由空間波長をλ₀として説明を行う。

抑圧対象となる輻射電力の導体２０上における実質的な波長は、その輻射電力の自由空間波長λ₀に比べ、抑圧する輻射電力の周波数（すなわちλ₀に対応する周波数）の比誘電率（ε_eff／ε₀）の１／２乗の逆数に相当する比率で短くなる。ここで、導体２０の比誘電率の１／２乗の逆数を、波長短縮率とも呼ぶ。すなわち、抑圧対象となる輻射電力の自由空間波長λ₀に、輻射電力の中心周波数（λ₀に対応する周波数）における導体２０の比誘電率の１／２乗の逆数を乗算して得られる値が、導体２０上における輻射電力の実質的な波長（以下、「実効波長」と呼ぶ）となる。ここで、この実効波長をλｇとする。

本実施形態では、メアンダ状の導体２０の折り返し間隔ｄを、この実効波長λｇの１／４以下とする。このようにすれば、導体２０からの不要電力の輻射が有効に抑制される。

また、導体２０における左側の折り返し回数と右側の折り返し回数が異なる場合には、構造上の偏りが出て、その偏りによってねじれが発生する場合がある。このねじれが発生すると、左右のいずれかに折れ曲がりの跡が残って、その場所が劣化するおそれがある。そこで、本実施形態では、図１（Ｃ）に示したように、メアンダ状に配線された導体２０の折り返し回数を偶数回とする。このようにすれば、導体２０における左側の折り返し回数と、右側の折り返し回数とが同じになるため、構造上の偏りがなくなる。この結果、折れ曲がりによる劣化の発生が防止される。

また、導体２０の幅は、一律にＷとなっており、この幅Ｗを、大きく設定すればするほど、伝送線路インピーダンスを低下させて電界放射を抑圧する効果を高めることができるようになるが、一方では、その柔軟性が低下する。したがって、導体の幅Ｗとしては、柔軟性と低インピーダンスとをともに両立させる最適値が設定されるようにするのが望ましい。

また、メアンダ状に配線された導体２０のコーナは角取りされている。ここでは、この角取り幅ｒを、導体２０の幅Ｗの４０％以上６０％以下とした。一般に、電流は、回路中の最短距離を流れるため、メアンダ状の導体２０の折れ曲がり部分を流れる電流は、その内側を流れるようになる。このため、電流が通過しないメアンダ状の導体２０の折曲がり部分の外側のコーナは、回路中のコイル成分（Ｌ成分）やコンデンサ成分（Ｃ成分）として作用していまい、このコーナがＬＣ発振の原因となる。そこで、本実施形態では、折り曲がり成分の外側を、上述のようにカットすることにより、コーナにおけるＬＣ発振の発生が防止され、不要電力の輻射が防止される。

次に、ＦＰＣ１が組み込まれる携帯機器について説明する。図２には、このような携帯機器の一例である、携帯電話機２が示されている。図２では、携帯電話機２の内部構成を示すために、上側の筐体が取り外された状態が示されている。図２に示されるように、携帯電話機２は、携帯電話機本体７５と、基板７６とを備えている。基板７６を覆う不図示の筐体は、例えば、フレキシブルジョイントを介して携帯電話機本体７５と接続されており、その位置関係をユーザが自由に変更できるようになっている。

携帯電話機本体７５の筐体には、ユーザによって操作される各種ボタン類が配設されている。そして、携帯電話機本体７５の内部には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭや、それらの外部ＩＯインターフェイス（いずれも不図示）が設けられている。また、基板７６上には、液晶表示モジュール７７と、カメラモジュール７８と、各種コネクタ７９とが搭載されている。

図２の携帯電話機本体２では、携帯電話機本体７５のＩＯインターフェイスと、液晶表示モジュール７７と、カメラモジュール７８等が、本実施形態に係るシールドフレキシブルプリント配線板としてのＦＰＣ１を介して接続されている。このように、各モジュールが、ＦＰＣ１で接続されているため、その組み立てを容易とすることができるうえ、各モジュール等の配置などの設計の自由度を高めることができるようになる。

上述したように、本実施形態では、折り返しの間隔ｄについては、抑圧対象となる輻射電力の周波数帯域によって定めることができることとした。ここで、ＦＰＣ１が組み込まれる機器が、図２に示されるように携帯電話機２であった場合には、ＦＰＣ１から放射される不要電力の輻射が、携帯電話機２の受信感度に悪影響を与えないようにする必要がある。このため、抑圧対象となる輻射電力の周波数帯域は、携帯電話機２の受信周波数帯域に基づいて定められるようにするのが望ましい。

この携帯電話機２の受信周波数帯域が、例えば１ＧＨｚ（波長約３０ｃｍ）であったとする。この場合、実効波長は、１０〜１５ｃｍ程度となり、導体２０の折り返し間隔ｄについては、これの１／４以下であるから、例えば、２．５ｃｍ以下とすればよい。ただし高調波成分を抑圧対象に含める場合は、これらの高調波の最大周波数の実効波長の１／４以下とする事になる。このように、導体２０の折り返し間ｄは、携帯電話機２の受信周波数の帯域に基づいて適宜決定される。

以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、シールド層のアース線としての導線２０は、メアンダ状に配線されている。メアンダ状の導体２０は、それと同程度の面積を有する矩形平板状の導体よりも、柔軟性の上で優れているため、不要な電力の輻射を低減するために電磁シールド構造を採用しつつ、全体の柔軟性の低下を防止することが可能となる。

また、メアンダ状に配線された導体２０の折り返しの間隔が、抑圧対象となる輻射電力の自由空間波長に、輻射電力の中心周波数における導体２０の比誘電率の１／２乗の逆数を乗算して得られる値の１／４以下とした。このようにすれば、導体２０からの不要な電力の輻射は、最適に抑制される。

また、メアンダ状に配線された導体２０の折り返し回数を、偶数回とした。このようにすれば、導体２０における左側の折り返し回数と、右側の折り返し回数とが同じになるため、構造上の偏りがなくなる。この結果、折れ曲がりによる劣化の発生が防止される。

また、メアンダ状に配線されたアース線のコーナを角取りすることとした。このような構成によれば、導体中におけるコンデンサ成分とコイル成分の発生を防止できる。そのため、不要な電力の輻射の発生が抑制される。なお、この角取り幅ｒを導体２０の幅Ｗの４０％以上６０％以下とすれば、不要な電力の輻射をより良好に抑制できる。

なお、上記実施形態では、導体２０が、矩形波状に配線されていたが、本発明はそれには限られない。要は、シールド層のアース線が、メアンダ状に配線されていればよい。

また、本実施形態に係るＦＰＣ１は、信号線や電源線の積層数は１であったが、それらの積層数が、２層以上の多層配線フレキシブルプリント配線板にも、本発明を適用することができる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るシールドフレキシブルプリント配線板の構造を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、図３（Ａ）のシールドフレキシブルプリント配線板の断面図であり、図１（Ｃ）は、導体の寸法を説明するための図である。 図１のシールドフレキシブルプリント配線板が組み込まれた携帯電話機の概略構成を示す斜視図である。 図３（Ａ）は、従来のシールドフレキシブルプリント配線板の断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のシールドフレキシブルプリント配線板のうち、導体部分のみを抜き出した場合の上面図である。

符号の説明

１、１’ シールドプリントフレキシブル配線板（ＦＰＣ）
２ 携帯電話機
１０ カバーフィルム
２０、２０’ 導体（アース線）
３０ 絶縁フィルム
４０ ベースフィルム
５０ 補強材
６０ 導体（信号線・電源線）
７５ 携帯電話本体
７６ 基板
７７ 液晶表示モジュール
７８ カメラモジュール
７９ コネクタ

Claims (4)

1. アース線が形成されたシールド層を含むシールドフレキシブルプリント基板において、
   前記アース線はメアンダ状に配線され、該メアンダ状のアース線の折り返し回数が、偶数回であることを特徴とするシールドフレキシブルプリント基板。
2. 前記メアンダ状のアース線のコーナが角取りされていることを特徴とする請求項１に記載のシールドフレキシブルプリント基板。
3. 前記アース線における角取り幅が、前記アース線の幅の４０％以上６０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のシールドフレキシブルプリント基板。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシールドフレキシブルプリント基板を備える電子機器。

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