JP5286600B2

JP5286600B2 - 差動信号伝送回路及びその製造方法

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Publication number: JP5286600B2
Application number: JP2010192537A
Authority: JP
Inventors: 裕人渡邉
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: WO2012029359A1; US9055676B2; US20130161077A1; CN103098560B; JP2012049462A; CN103098560A

Description

この発明は、セミアディティブ法により両面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。

近年の高速信号伝送技術においては、一対の信号線を使用してデータを伝送する差動信号伝送技術が多く用いられている。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ので、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を伝送することができる。

このような差動信号伝送は、種々の規格によってその回路上の特性インピーダンス（差動インピーダンス）Ｚｄｉｆｆが定められている。この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、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などの様々な要素によって求まるものである。

そして、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高めるために、一般的には差動信号伝送回路を構成する２本の信号線を近付けて配置することが望ましいとされている。

すなわち、２本の信号線を近付けて配置することで、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、外部からのノイズに対する耐性を高めることができるからである。また、この場合、２本の信号線の厚さはできるだけ一定にした方が好ましい。２本の信号線の厚さが異なると、伝送路の対称性が崩れ、両信号線の差動信号がコモンモードノイズに変換され、電磁波の放射や誤動作が発生するからである。

ここで、フレキシブルプリント基板にて差動信号伝送回路を形成しようとする場合、ベースフィルム（絶縁層）の厚さがリジッド基板におけるベース基材の厚さに比べて非常に薄い構造であるので、絶縁層を挟んで表裏両面に形成された導体間結合によるキャパシタンスＣが増加して差動インピーダンスＺｄｉｆｆが低下する。

このため、規格により定められた差動インピーダンスＺｄｉｆｆを確保するためには、リジッド基板における設計条件よりも差動インピーダンスＺｄｉｆｆが増加するような設計条件を設定する必要がある。フレキシブルプリント基板における差動信号伝送回路にて差動インピーダンスＺｄｉｆｆを大きくするためには、次のような方法がある。

すなわち、（１）２本の信号線の回路幅を細くする、（２）２本の信号線の間隔を広げる、（３）信号線とＧＮＤ線との間の距離を広げる、のいずれかの方法である。

一方、近年、この種の差動信号伝送回路をセミアディティブ法により形成することが増加してきた。セミアディティブ法は、例えば表面を粗面化処理したベースフィルム上に無電解めっきによりシード層を形成した上でめっきレジストを形成して電解めっきを施し、めっきレジストとシード層とを除去して回路パターンを形成する方法であり、微細な回路を精度良く形成する場合に多用されている。

しかし、セミアディティブ法を用いた場合、シード層上にめっき層が成長していく過程で、形成される配線幅の違いによって電流密度にバラつきが生じ、めっき層が、広いところは厚く、狭いところは薄く形成される傾向にあり、配線層の厚みにバラつきが生じるという不具合がある。

このような不具合を回避しようとするために、差動信号伝送回路を構成する回路パターンの近傍にダミーパターンを形成するようにして電解めっき時の電流密度のバラつきを抑え、回路厚を一定にして差動信号伝送回路を形成する方法（例えば、下記特許文献１及び２参照）が知られている。

特開２０００−３２３５２５号公報特開２００７−１４９７３７号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び２に開示されている従来の方法では、回路パターンの近傍にダミーパターンを形成する必要がある。このため、回路設計に大きな制約が生じると共に、上記（１）のように回路パターンが微細化すればするほど、セミアディティブ法においてはダミーパターンを形成したとしても回路厚のバラつきは抑えられなくなるという問題が生じることとなる。

また、セミアディティブ法では、信号線が、回路幅の広いＧＮＤ（接地）線から離れれば離れるほど、電流密度が小さくなって膜厚が薄くなり、バラつきも大きくなる傾向にある。従って、上記（３）のように信号線をＧＮＤ線から離す方法は、信号線の回路厚のバラつき傾向をますます増加させてしまう。
更に、上記（２）の場合は、信号線間の結合が弱くなってノイズに対する耐性が低下する。

このように、セミアディティブ法によるフレキシブルプリント基板での差動信号伝送回路の製造においては、電解めっき時に信号線に集中する電流密度のバラつきを抑えて回路厚を安定化させ、要求される差動インピーダンス特性や耐ノイズ性を確保することは大変困難であるという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、セミアディティブ法により両面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、回路厚を一定にすることができると共に所望の差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を確保す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。

本発明の一態様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の前記２本の信号線の外側にそれぞれ形成されたＧＮＤ線と、前記絶縁層の他方の面に形成された配線層とを有し、前記信号線、ＧＮＤ線及び配線層は、前記絶縁層にセミアディティブ法により形成された、両面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よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る差動信号伝送回路によれば、信号線間の距離Ｓが信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄよりも大きくなるように形成されているので、セミアディティブ法による回路形成時に信号線に対する電流密度のバラつきが生じ難く、ダミーパターンを用いずとも回路厚を一定にすることができる。また、信号線とＧＮＤ線との間の距離Ｄが信号線間の距離Ｓよりも小さいため、信号線からの磁力線がＧＮＤ線で終端する閉じた系とすることができ、優れた差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を確保することができる。

前記距離Ｓと前記距離Ｄとの関係は、２Ｄ＜Ｓとなっていることが好ましい。

前記距離Ｄは、例えば５μｍ〜６０μｍである。

前記絶縁層は、厚さ１０μｍ〜３０μｍに形成されていることが好ましい。

前記２本の信号線の厚さの差は、例えば０．８μｍ以内である。

本発明の一態様に係る差動信号伝送回路の製造方法は、セミアディティブ法により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線を形成し、他方の面に配線層を形成する、両面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、前記絶縁層の両面の導電性のシード層を形成し、前記シード層の上に、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よりも大きくなるようにめっきレジストパターンを形成し、電解めっきにより前記めっきレジストが上方に形成されていないシード層上にめっき層を形成し、前記めっきレジスト及びその下方のシード層を除去することを特徴とする。

本発明によれば、セミアディティブ法により両面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、回路厚を一定にすることができると共に優れた差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を確保することができる。

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両面フレキシブルプリント基板の上面図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。本発明の一実施形態に係る差動信号伝送回路の製造方法を示すフローチャートである。同製造方法を示す工程図である。同製造方法の一部を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る差動信号伝送回路の信号線及びＧＮＤ線近傍の電磁界分布図である。同差動信号伝送回路のＧＮＤ線と信号線との間の距離及び信号線間の距離と電磁界強度との関係を示す図である。同差動信号伝送回路の実施例における回路厚及び信号線とＧＮＤ線との間の距離の関係を示す図である。同差動信号伝送回路の実施例における信号線の回路厚の差及び信号線とＧＮＤ線との間の距離の関係を示す図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明に係る差動信号伝送回路及びその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

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両面フレキシブルプリント基板の上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る差動信号伝送回路は、両面フレキシブルプリント基板１００にセミアディティブ法により形成されている。

すなわち、差動信号伝送回路は、両面フレキシブルプリント基板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の両面に形成されたシード層２と、このシード層２を介して、ベースフィルム１の一方の面側に形成された接地（ＧＮＤ）線３からなるＧＮＤパターン及び一対の信号線４からなる信号伝送パターンと、他方の面側に形成されたベタパターン状のＧＮＤパターン５とから構成される。一対の信号線４は、平行に形成され、ＧＮＤ線３は、これら信号線４の外側に形成されている。ＧＮＤパターン５は、他の配線層でも良い。

両面フレキシブルプリント基板１００のベースフィルム１は、例えばＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＰＡ、又は液晶ポリマー等の絶縁材料からなり、厚さが１０μｍ〜３０μｍとなるように形成されている。本実施形態においては、ベースフィルム１は、その厚さが例えば２５μｍとなるように形成されている。

シード層２は、粗面化処理されたベースフィルム１の両面上に無電解めっきにより積層された銅などの金属材料からなり、ベースフィルム１とＧＮＤ線３や信号線４等との密着性を高めるために形成されている。本実施形態においては、シード層２は、その厚さが例えば２μｍ程度となるように形成されている。

ＧＮＤ線３、信号線４及びＧＮＤパターン５は、電解めっきによりシード層２上に形成された銅やアルミニウム、導電性高分子などの導電性材料からなり、その回路厚は例えば１２μｍとなるように形成されている。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。

信号線４は、その回路幅Ｗが例えば６０μｍで、回路厚Ｔ１，Ｔ２の差が０．８μｍ以内となるように形成されている。また、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄは、５μｍ〜６０μｍとなるように形成され、ここでは例えば６０μｍとなるように形成されている。そして、一対の信号線４は、それぞれ逆位相の差動信号を伝送するもので、信号線４間の距離Ｓが、上記ＧＮＤ線３及び信号線４間の距離Ｄとの関係において、２Ｄ＜Ｓとなるように複数のＧＮＤ線３からなるＧＮＤパターンの間に形成されている。

具体的には、本実施形態に係る差動信号伝送回路においては、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄが６０μｍである場合、信号線４間の距離Ｓが１２０μｍよりも大きくなるように一対の信号線４が複数のＧＮＤ線３の間に形成されている。次に、この差動信号伝送回路の製造方法による製造処理について説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る差動信号伝送回路の製造方法を示すフローチャートである。図４は、同製造方法を示す工程図である。図５は、同製造方法の一部を説明するための図である。図６は、差動信号伝送回路の信号線及びＧＮＤ線近傍の電磁界分布図である。図７は、差動信号伝送回路のＧＮＤ線と信号線との間の距離及び信号線間の距離と電磁界強度との関係を示す図である。

差動信号伝送回路の製造処理においては、まず、図３及び図４（ａ）に示すように、所定の厚さで用意したベースフィルム１の表面を粗面化し（ステップＳ１００）、図４（ｂ）に示すように、粗面化処理したベースフィルム１の全体の表面に、無電解めっきによりシード層２を形成する（ステップＳ１０２）。

次に、図４（ｃ）に示すように、ベースフィルム１の一方の面側のシード層２上に、ＧＮＤ線３及び信号線４からなるＧＮＤパターン、信号伝送パターンをそれぞれ形成するためのめっきレジスト９からなるレジストパターンを形成し（ステップＳ１０４）、図４（ｄ）に示すように、電解めっきを行ってベースフィルム１の両面におけるレジストパターン以外のシード層２上にＧＮＤ線３、信号線４及びＧＮＤパターン５を形成する（ステップＳ１０６）。

最後に、図４（ｅ）に示すように、ウェットエッチングを行ってめっきレジスト９及びその下方のシード層２を除去し（ステップＳ１０８）、両面フレキシブルプリント基板１００に差動信号伝送回路を形成して、本フローチャートによる一連の製造処理を終了する。ここで、上記ステップＳ１０６におけるＧＮＤ線３、信号線４及びＧＮＤパターン５の形成時には電解めっきが行われるが、上述したように信号線４はＧＮＤ線３の近くに形成され、また、ＧＮＤ線３及び信号線４間の距離Ｄが５μｍ〜６０μｍの範囲内となるように形成される。

従って、図５に示すように、ＧＮＤ線３及び信号線４間のめっきレジスト９直下にあるシード層２の電気的な抵抗値を小さくすることができ、電解めっき時にめっき面積が大きく電流Ｉが流れやすい（集中しやすい）ＧＮＤ線３側から信号線４側に電流Ｉが均一に流れやすくなる。このため、電解めっき時における信号線４への電流Ｉの供給が安定的になり、めっきの成長のバラつきが抑えられるので、信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２の差が０．８μｍ以内と僅差の状態で信号線４を形成することができる。

これにより、２本の信号線４におけるコモンモードの成分を抑えることができると共に、ＧＮＤ線３と信号線４とが近くに形成されることで、ＧＮＤ線３と信号線４との間の結合を大きくすることができる。このため、ＧＮＤ線３をシールドとして作用させることで信号線４から外部にノイズが出にくい構造とすることができる。このことは、外部からのノイズの影響が抑えられるということでもあるので、本実施形態に係る差動信号伝送回路は、良好な耐ノイズ性を確保することが可能となる。

また、電界強度の面からは、次のようなことが分かる。すなわち、図６に示すように、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離をＤ、電界をＥ１とし、信号線４（＋）と信号線４（−）との間の距離をＳ、電界をＥ２、信号線４（＋）と信号線４（−）との間の電位差をＶとすると、Ｅ１＝（１／２）Ｖ／Ｄ、Ｅ２＝Ｖ／Ｓとなるので、図７に示すように、２Ｄ＝Ｓのとき、Ｅ１＝Ｅ２となり、２Ｄ＜Ｓであれば、Ｅ１＞Ｅ２となる。従って、各信号線４とＧＮＤ線３との電界Ｅ１を信号線４間の電界Ｅ２よりも大きくするためには、図７からも明らかなように距離Ｓ＞距離２Ｄが望ましいことが分かる。

なお、上述したように、従来は、信号線４間の距離Ｓをできるだけ小さくすると共に信号線４とＧＮＤ線３との間の距離Ｄをできるだけ大きくして（すなわち、距離Ｓ＜距離Ｄとして）ＧＮＤ線及び信号線を形成したり、これらの距離Ｓ，Ｄをできるだけ小さな等間隔としてＧＮＤ線及び信号線を形成したりすることが行われていた。

その理由は、信号線の線間結合を大きくして耐ノイズ性を向上させると共に、電解めっき時のめっき厚のバラつきをできるだけ抑えて差動特性を安定化させようとするためであった。しかし、上述したように、信号線４の差動インピーダンスＺｄｉｆｆは、信号線４の回路幅Ｗのみならず、信号線４とベースフィルム１の他方の面側のＧＮＤパターン５との間の距離などの要素によって変動するものであるため、単に信号線４間の距離Ｓを狭くすることは根拠に乏しいものであった。

これに対し、本実施形態に係る差動信号伝送回路は、両面フレキシブルプリント基板１００においてベースフィルム１上の厚さを考慮した上で、ＧＮＤ線３及び信号線４間の距離Ｄを所定の範囲に規定して、この距離Ｄに基づき信号線４間の距離Ｓを決定するようにしている。このため、セミアディティブ法による回路形成において信号線４の回路幅Ｗを要求される差動インピーダンスＺｄｉｆｆに合わせてできるだけ大きく確保しつつ回路厚を一定にできることが判明した。これにより、優れた差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を確保することが可能となった。

以下、実施例により差動信号伝送回路について具体的に説明する。図８は、差動信号伝送回路の実施例における回路厚及び信号線とＧＮＤ線との間の距離の関係を示す図である。また、図９は、差動信号伝送回路の実施例における信号線の回路厚の差及び信号線とＧＮＤ線との間の距離の関係を示す図である。

本実施例においては、例えば差動信号伝送回路の信号線４の回路幅Ｗを６０μｍとし、信号線４間の距離Ｓを同じく６０μｍとして、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄを５μｍ〜１００μｍまで５μｍ毎のサンプルを作製して距離Ｄと回路厚Ｔ１，Ｔ２との関係を調査した。なお、各サンプルは、ＧＮＤ線３の回路厚が１２μｍ±１μｍとなるようにめっき条件を揃えるようにして作製した。

まず、図８に示すように、各サンプル１０ｐｃｓについて断面測定を行い、信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２の平均値、最大値及び最小値をプロットした。この結果、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄが６０μｍである場合を境にして、それよりも距離Ｄが大きくなると回路厚の平均値が小さくなり、回路厚のバラつきも大きくなっていることが判明した。この場合、距離Ｄが６０μｍ以下であると、信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２が１２μｍ程度で安定的に形成されていることが分かる。

また、図９に示すように、図８に示した場合と同様に断面測定を行い、２本の信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２の差の平均値、最大値及び最小値をプロットした。この結果、２本の信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２の差も、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄが６０μｍである場合を境にして、それよりも距離Ｄが大きくなると回路厚の差の平均値が大きくなり、回路厚のバラつきも大きくなることが判明した。この場合、距離Ｄが６０μｍ以下であると、信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２の差が０．８μｍ以内で安定的に形成されていることが分かる。

以上のような結果から、ＧＮＤ線３と信号線４との間の距離Ｄを、信号線４間の距離Ｓよりも狭くすることで、信号線４の回路厚Ｔ１，Ｔ２のバラつきを小さくすることができることとなった。これにより、セミアディティブ法により形成される差動信号伝送回路の信号線４の回路厚を一定にして差動インピーダンスＺｄｉｆｆの制御を容易に行うことができ、優れた差動インピーダンス特性及び耐ノイズ性を確保することが可能となった。

１ベースフィルム
２シード層
３接地（ＧＮＤ）線
４信号線
５ＧＮＤパターン
９めっきレジスト
１００両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差動信号を伝送する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、
前記絶縁層の他方の面に形成された配線層と
を有し、前記信号線、ＧＮＤ線及び配線層は、前記絶縁層にセミアディティブ法により形成された、両面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よりも大きく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。
前記距離Ｓと前記距離Ｄとの関係は、２Ｄ＜Ｓとなっている
ことを特徴とする請求項１記載の差動信号伝送回路。
前記距離Ｄは、５μｍ〜６０μｍである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の差動信号伝送回路。
前記絶縁層は、厚さ１０μｍ〜３０μｍに形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の差動信号伝送回路。
前記２本の信号線の厚さの差は、０．８μｍ以内である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の差動信号伝送回路。
セミアディティブ法により絶縁層の一方の面に、並設された差動信号を伝送する２本の信号線と、その外側のＧＮＤ線を形成し、他方の面に配線層を形成する、両面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、
前記絶縁層の両面に導電性のシード層を形成し、
前記シード層の上に、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よりも大きくなるようにめっきレジストパターンを形成し、
電解めっきにより前記めっきレジストが上方に形成されていないシード層上にめっき層を形成し、
前記めっきレジスト及びその下方のシード層を除去する
ことを特徴とする差動信号伝送回路の製造方法。