JP5011569B2 - フレキシブル基板 - Google Patents

Description

本発明は、中空部を持つフレキシブル基板に関する。

特許文献１で知られるように、フレキシブル基板の信号線とグランド部により構成されたフレキシブルストリップ線路がある。このフレキシブルストリップ線路は、ポリイミドなどの基板材料が使用され少なくとも３層以上の導体層を有すフレキシブル基板の表裏面に２枚の金属導体板によりグランド部が構成されて、その表裏面のグランド部の略中心にフレキシブル基板の誘電体材料で略平行に離間された状態で配置された帯状の金属導体により信号線が構成されている。

また、特許文献２で知られるように、多層基板に構成された無線回路部とアンテナとがマイクロストリップラインを介して電気的に接続されたものがある。そのマイクロストリップラインとしては、グランドパターン及び伝送線路が熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルム内に埋設された形態となるものや、グランドパターン間に伝送線路が位置するようにフィルム基板を４枚積層するようにしたものがある。

そして、特許文献３で知られるように、グランドパターン間に６個あるは３個の信号パターンが位置するフレキシブル基板があり、さらに、その内装の信号パターン間において、グランドパターン間を接続するインナービアを設けたものがある。

また、特許文献４で知られるように、所定の間隔を隔てて配置した複数の電極導体を２枚の可撓性の絶縁フィルムでラミネートした絶縁部を有すると共に、絶縁フィルムでラミネートされずに露出された電極導体群であるストリップ部を両端部に有する第１のフレキシブルフラットケーブル部材、及び第２のフレキシブルフラットケーブル部材で構成されたフレキシブルフラットケーブルがある。その第１のフレキシブルフラットケーブル部材と第２のフレキシブルフラットケーブル部材との両端部のストリップ部同士を、それぞれ１枚の両面コネクタ形成板の表裏両面に固着して、両面コネクタ電極部を形成している。これにより、第１のフレキシブルフラットケーブル部材と第２のフレキシブルフラットケーブル部材との間に中空部が形成されている。

図５は従来例１として対向する２枚の片面ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）で構成されるマイクロストリップラインを示した断面で、１１０は第１の誘電体層、１１１はストリップライン、１２０は第２の誘電体層、１２１はグランド、１３０は中空部（空気）である。図示のように、第１の誘電体層１１０の中央にストリップライン１１１が設けられ、第２の誘電体層１２０に充分な幅のグランド１２１が設けられていて、第１の誘電体層１１０と第２の誘電体層１２０との間は、空気による中空部１３０が形成されている。
このようなマイクロストリップライン１１１だと、対向するグランド１２１の距離の影響が大きい。

また、特許文献５で知られるように、フィルム状のポリイミド樹脂の上面にストリップラインとグランドを平行に設けたコプレナー線路、下面にインバーテッド線路を設け、両者をスルーホールで接続するとともに、その上下に選択的に穴や凹形状を設けた金属導体を導電性接着剤で接着し、インバーテッド線路の周辺を空気で囲んだ構造としたものがある。

図６は従来例２として片面ＦＰＣのコプレナー線路を示した断面で、１１０は第１の誘電体層、１１１はストリップライン、１１２はグランド、１２０は第２の誘電体層、１３０は中空部（空気）である。すなわち、第１の誘電体層１１０に、中央のストリップライン１１１、及びその両側のグランド１１２を平行に設けてコプレナー線路が形成されている。また、第１の誘電体層１１０と空気による中空部１３０を介して対向する第２の誘電体層１２０には、グランドが設けられていない。

また、図７は従来例３を示した両面ＦＰＣの断面で、２１０はベースフィルム、２１１はストリップライン、２１２はグランド、２１３は接着剤、２１４はカバーレイ、２２１はグランド、２２３は接着剤、２２４はカバーレイである。図示のように、ポリイミドによるベースフィルム２１０上に、中央のストリップライン２１１、及びその両側のグランド２１２が平行に設けられて、これらストリップライン２１１及びグランド２１２は、接着剤２１３を介してポリイミドのカバーレイ２１４により覆われている。また、ベースフィルム２１０下には、幅広のグランド２２１が設けられて、このグランド２２１は、接着剤２２３を介してポリイミドのカバーレイ２２４により覆われている。
特開２００６−２４５８６３号公報 特開２００４−１５２９６３号公報 特開平１１−１８６６８６号公報 特開２００５−７８８１１号公報 特開２００２−１５１９１５号公報

しかし、中空部を持つフレキシブル基板において、中空部を挟む２層を用いてＲＦ線路を通す場合、中空部の密着度のばらつきにより、特性インピーダンスもばらついてしまうという問題がある。
また、図６のようなコプレナー線路を用いたものでは、ストリップライン１１１下にグランドが存在しないため、特性インピーダンスを５０Ωに保つためには、ストリップライン１１１及びその両側のグランド１１２を広く（ライン幅を太く）する必要があり、フレキシブル基板が幅広となってしまう。
そして、図７のような両面ＦＰＣだと、層間が薄く、ストリップライン２１１幅を極端に細くする必要があるため、所望の特性インピーダンスを実現するのが難しくなる。また、減衰量も大きくなる。また、両面に配線を配置するため、折り曲げによる金属疲労によって断線が発生する。

本発明の課題は、フレキシブル基板において、ストリップラインの特性インピーダンスの変化を抑えるとともに、基板の幅が狭いフレキシブル基板を実現することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に中空部を形成し、前記第１の誘電体層に、中央のストリップライン、及び前記中央のストリップラインの両側のグランドを設けてコプレナー線路を形成し、前記中央のストリップラインの外方に、フロート電位とされたシールド層を設けるとともに、前記第２の誘電体層に、前記コプレナー線路に対向するグランドを設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフレキシブル基板であって、その両端部に、前記第１の誘電体層のグランドと前記第２の誘電体層のグランドを接続するビアを設けたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のフレキシブル基板であって、前記シールド層は、前記中央のストリップラインの外方に上下一対設けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフレキシブル基板であって、前記シールド層は、銀シールド層からなることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル基板において、ストリップラインの特性インピーダンスの変化を抑えることができるとともに、基板の幅を狭くすることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明を適用したフレキシブル基板の一実施形態の構成を示すもので、１０は第１の誘電体層、１１はストリップライン、１２はグランド、２０は第２の誘電体層、２１はグランド、３０は中空部（空気）、４０は多層部、４１はビア（スルーホール）である。

図２に拡大して示すように、例えばポリイミドにより形成される第１の誘電体層１０に、中央のストリップライン１１、及びその両側のグランド１２を平行に設けてコプレナー線路が形成されている。
また、第１の誘電体層１０と空気による中空部３０を介して対向する、例えばポリイミドにより形成される第２の誘電体層２０には、コプレナー線路に対向する、すなわち、中央のストリップライン１１及びその両側のグランド１２の幅に対向する幅の広いグランド２１が設けられている。

そして、以上の中空部３０を持つフレキシブル基板、すなわち、実施形態ではＦＰＣの両端部には、図１に示すように、一体に多層部４０が備えられている。この多層部４０には、第１の誘電体層１０のグランド１２と第２の誘電体層２０のグランド２１を接続する多数のビア（スルーホール）４１が設けられている。
以上において、ストリップライン１１の特性インピーダンスは、例えば、３３Ω〜７５Ωとされている。

次に、図３は以上の中空部３０を持ち両端部に多層部４０を備えるＦＰＣを回路基板５０に実装した例を示すもので、一方（図示例では左側）の多層部４０を回路基板５０上に設けた図略のＦＰＣコネクタに接続している。
また、他方（図示例では右側）の多層部４０は、表面に図略の同軸コネクタを半田付しており、外部から同軸ケーブルをコネクタ接続することを可能にしている。
このような中空部３０を持つＦＰＣは、薄く柔軟であるため、自由な曲げと組込みスペースの有効利用が可能であり、回路基板５０から最小限のスペースで複雑な経路を経て、必要な場所に信号線を引き出すことが可能である。

ところで、以上の中空部３０を持つＦＰＣは、具体的には、両面ＦＰＣの片側の銅箔を全部溶かして片面状態にしたものを２枚重ねた構造となっている。
ここで、中空部３０を持つＦＰＣの材料構成の例を示した図４において、１０ａ・２０ａはＦＰＣ、１０ｂ・２０ｂはカバーレイ、１０ｃ・２０ｃは銅箔、１０ｄ・２０ｄは銀シールド、４０ａはプリプレグ、４０ｂはソルダーレジスト、４０ｃ・４０ｄは銅箔である。

すなわち、中空部３０を持つＦＰＣにおいて、第１の誘電体層１０側は、ＦＰＣ１０ａ、カバーレイ１０ｂ、銅箔１０ｃ及び銀シールド１０ｄにより構成され、第２の誘電体層２０側は、ＦＰＣ２０ａ、カバーレイ２０ｂ、銅箔２０ｃ及び銀シールド２０ｄにより構成されている。

また、多層部４０において、第１の誘電体層１０と第２の誘電体層２０との間にプリプレグ４０ａを介装して、第１の誘電体層１０及び第２の誘電体層２０の表面にソルダーレジスト４０ｂがそれぞれ設けられている。さらに、ＦＰＣ１０ａ及びＦＰＣ２０ａの表裏両面に銅箔４０ｃ・４０ｄがそれぞれ形成されている。

以上において、各構成材料の厚さを次の表１に示す。

この表１において、ビア４１に銅メッキが形成され、上側のＦＰＣ１０ａがＰＩ-フィルムに対応し、その上面の銅箔４０ｄがＬ１パターンに対応し、ＦＰＣ１０ａ下面の銅箔１０ｃ・４０ｃがＬ２パターンに対応する。また、下側のＦＰＣ２０ａがＰＩ-フィルムに対応し、その上面の銅箔２０ｃ・４０ｃがＬ３パターンに対応し、ＦＰＣ２０ａ下面の銅箔４０ｄがＬ４パターンに対応する。

以上、実施形態の中空部３０を持つＦＰＣによれば、第１の誘電体層１０に設けた中央のストリップライン１１、その両側のグランド１２、及び第２の誘電体層２０に設けた幅の広いグランド２１とで構成したコプレナー線路とし、ストリップライン１１の幅と、ストリップライン１１とその両側のグランド１２とのクリアランスを、ストリップラインの特性インピーダンスが、中空部３０が非常に小さくＦＰＣ同士が密着している時に許容誤差範囲の下限値に収まるように、中空部３０が非常に大きくグランド２１が実質存在しない状態の時に許容誤差範囲の上限値に収まるように設計すれば、ＦＰＣの曲がり方により中空部３０が変化しても特性インピーダンスが許容誤差範囲を満たすことがきる。
また、コプレナー線路のため、マイクロストリップラインより、ストリップラインの構成に必要なＦＰＣの幅を狭くすることができる。

例えば、ストリップライン１１の特性インピーダンスは、５０Ω系でＶＳＷＲ１．５以下の設計をする場合、３３Ω〜７５Ωが許容される。よって、中空部３０を０ｍｍとした場合に特性インピーダンスが４０Ω程度になるように、また、中空部３０を無限大とした場合に特性インピーダンスが７０Ω程度になるように、それぞれの場合の特性インピーダンスが両立するように設計すれば、ＦＰＣの状態が変わっても、特性インピーダンスを３３〜７５Ωの範囲に収めることが出来る。
すなわち、片面ＦＰＣ間の中空部３０の距離に関わらず、例えば、５０Ω系で最大ＶＳＷＲ１．５の設計に対して、許容誤差範囲を満たすことが可能である。

なお、以上の実施形態においては、例えばポリイミドによる誘電体としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の材料による誘電体であっても良い。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用したフレキシブル基板の一実施形態の構成を示す側面図（ａ）及び上面図（ｂ）である。 図１（ｂ）の矢印Ａ-Ａ線に沿った拡大断面図である。 図１のフレキシブル基板を回路基板に実装した例を示す側面図（ａ）及び上面図（ｂ）である。 図１のフレキシブル基板の材料構成を示した構造図である。 従来例１として片面ＦＰＣのマイクロストリップラインを示した断面図である。 従来例２として片面ＦＰＣのコプレナー線路を示した断面図である。 従来例３を示した両面ＦＰＣの断面図である。

符号の説明

１０…第１の誘電体層、１１…ストリップライン、１２…グランド、２０…第２の誘電体層、２１…グランド、３０…中空部（空気）、４０…多層部、４１…ビア（スルーホール）、５０…回路基板

Claims (4)

1. 第１の誘電体層と第２の誘電体層との間に中空部を形成し、
   前記第１の誘電体層に、中央のストリップライン、及び前記中央のストリップラインの両側のグランドを設けてコプレナー線路を形成し、
   前記中央のストリップラインの外方に、フロート電位とされたシールド層を設けるとともに、前記第２の誘電体層に、前記コプレナー線路に対向するグランドを設けたことを特徴とするフレキシブル基板。
2. 前記フレキシブル基板の両端部に、前記第１の誘電体層のグランドと前記第２の誘電体層のグランドを接続するビアを設けたことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 前記シールド層は、前記中央のストリップラインの外方に上下一対設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフレキシブル基板。
4. 前記シールド層は、銀シールド層からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフレキシブル基板。

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