JP5929557B2 - フラットケーブル - Google Patents

Description

この発明は、フラットケーブルに関し、特に、絶縁層と、その上面側および下面側にそれぞれ設けられた信号線路導体およびグランド導体とを備える、フラットケーブルに関する。

高周波回路や高周波素子を接続するための高周波線路としては、同軸ケーブルが代表的である。同軸ケーブルは、中心導体とその周囲に同軸状に設けられた網目状のシールド導体とからなり、曲げや変形に強くかつ安価なことから、各種の高周波機器に多用されている。

ところで、近年、移動体通信端末をはじめとする高周波機器の高機能化や小型化が活発に進められており、その結果、端末筺体内に同軸ケーブルを収容するためのスペースを十分に確保できない場合が出てきている。そこで、たとえば特許文献１または特許文献２に開示されているように、可撓性を有する基材シートの積層体を素体とした薄板状の可撓性フラットケーブルが利用されることがある。

この可撓性フラットケーブルは、信号線路導体と、この信号線路導体に対向配置され、信号線路導体に沿って開口部を有するグランド導体とを備え、マイクロストリップライン構造やトリプレート型ストリップライン構造を有している。また、この可撓性フラットケーブルは、同軸ケーブルに比べて幅方向の寸法はやや大きいものの、厚み方向の寸法を小さくできるため、端末筺体に薄い隙間しかない場合に有用である。

国際公開第２０１１／００７６６０号 登録実用新案第３１７３１４３号公報

フラットケーブルに利用する基材シートが硬すぎると、ケーブルの曲げ性が損なわれてしまうため、基材シートには比較的柔らかい材料を採用する必要がある。しかし、基材シートが柔らかすぎると、フラットケーブルを折り曲げたときに、信号線路導体とグランド導体との距離が変化し、ひいては折り曲げた状態の特性インピーダンスが設計段階の特性インピーダンスから大きく変化する。

それゆえに、この発明の主たる目的は、曲げ性の低下と曲げに起因する特性インピーダンスの変化とを抑制することができる、フラットケーブルを提供することである。

この発明に従うフラットケーブル(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、厚み方向における曲げ弾性率が第１数値を示す長尺状の絶縁層(22)、絶縁層の一方主面側を絶縁層の長さ方向に沿って延びる信号線路導体(18)、および信号線路導体に対向配置され、絶縁層の他方主面側を絶縁層の長さ方向に沿って延びるグランド導体(26)を備えるフラットケーブルであって、厚み方向における曲げ弾性率が第１数値よりも大きい第２数値を示し、絶縁層と信号線路導体との間において信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第１補強層(20)、および厚み方向における曲げ弾性率が第１数値よりも大きい第３数値を示し、絶縁層とグランド導体との間において信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第２補強層(24)をさらに備える。

好ましくは、絶縁層の厚みは第１補強層の厚みおよび第２補強層の厚みの合計よりも大きい。

好ましくは、絶縁層から見て第１補強層の裏側に設けられた長尺状の第１保護層(16)、および絶縁層から見て第２補強層の裏側に設けられた長尺状の第２保護層(28)がさらに備えられる。

さらに好ましくは、第１保護層の曲げ弾性率は第１数値よりも小さい第４数値を示し、第２保護層の曲げ弾性率は第１数値よりも小さい第５数値を示す。

好ましくは、第１補強層の主面の幅は信号線路導体の幅以上でかつ絶縁層の主面の幅未満であり、第２補強層の主面の幅はグランド導体の幅以上でかつ絶縁層の主面の幅未満である。

この発明に従うフラットケーブル(50)は、厚み方向における曲げ弾性率が第１数値を示す長尺状の第１絶縁層(70)、厚み方向における曲げ弾性率が第２数値を示し、第１絶縁層の上面側に設けられた長尺状の第２絶縁層(62)、第１絶縁層の下面側を第１絶縁層の長さ方向に沿って延びる第１グランド導体(74)、第２絶縁層の上面側を第２絶縁層の長さ方向に沿って延びる第２グランド導体(58)、および第１絶縁層の上面と第２絶縁層の下面との間を第１絶縁層の長さ方向に沿って延びる信号線路導体(66)を備え、第１グランド導体および第２グランド導体の各々は信号線路導体に対向配置されるフラットケーブルであって、厚み方向における曲げ弾性率が第１数値および第２数値のいずれよりも大きい第３数値を示し、第１絶縁層と第１グランド導体との間において信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第１補強層(72)、厚み方向における曲げ弾性率が第１数値および第２数値のいずれよりも大きい第４数値を示し、第２絶縁層と第２グランド導体との間において信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第２補強層(60)、および厚み方向における曲げ弾性率が第１数値および第２数値のいずれよりも大きい第５数値を示し、信号線路導体を包み込む態様で第１絶縁層の上面と第２絶縁層の下面との間に設けられた長尺状の第３補強層(64, 68)をさらに備える。

好ましくは、第１グランド導体および第２グランド導体の少なくとも一方は厚み方向から眺めて梯子状に形成される。

絶縁層の曲げ弾性率よりも高い曲げ弾性率を有する補強層を設けることで、導体の曲げ性の低下が抑制される。また、信号線路導体およびグランド導体の各々と絶縁層との間に補強層を設けることで、曲げ部分における信号線路導体からグランド導体までの距離の変化ひいては特性インピーダンスの変化が抑制される。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例のフラットケーブルを示す斜視図である。 図１に示すフラットケーブルを分解した状態の一例を示す図解図である。 図１に示すフラットケーブルのＡ−Ａ断面図である。 図１に示すフラットケーブルのＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は図１に示すフラットケーブルを折り曲げた状態の一例を示す要部断面図であり、（Ｂ）は従来のフラットケーブルを折り曲げた状態の一例を示す要部断面図である。 （Ａ）はこの実施例の高周波伝送線路，ガイド部材およびプリント配線板を収納した携帯通信端末の一例を示す上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す通信端末の要部断面図である。 他の実施例のフラットケーブルを示す斜視図である。 図７に示すフラットケーブルを分解した状態の一例を示す図解図である。 図７に示すフラットケーブルのＣ−Ｃ断面図である。 図７に示すフラットケーブルのＤ−Ｄ断面図である。 その他の実施例のフラットケーブルを示す斜視図である。 図１１に示すフラットケーブルの要部断面図である。

図１を参照して、この実施例のフラットケーブル１０は、高周波信号を伝送するべく長尺状に形成されたマイクロストリップ型の伝送線路１２と、伝送線路１２の長さ方向両端にそれぞれ設けられた２つのコネクタ１４，１４とによって形成される。

伝送線路１２の長さはＸ軸に沿って延び、伝送線路１２の幅はＹ軸に沿って延び、伝送線路１２の厚みはＺ軸に沿って延びる。長さは任意に調整され、幅は長さ方向両端を除いて均一の大きさに調整され、厚みは全長にわたって均一の大きさに調整される。長さ方向両端における幅は、他の部分の幅よりも大きくかつ均一の値に調整される。したがって、Ｙ軸方向を上下方向に合わせた状態で伝送線路１２をＺ軸方向から眺めたとき、伝送線路１２は略Ｈ形をなす。伝送線路１２の両端において幅が拡大した部分を“線路端部１２ｔ”と定義すると、コネクタ１４は線路端部１２ｔの主面に設けられる。

フラットケーブル１０を分解した状態を示す図２を参照して、伝送線路１２は、レジスト層２８，グランド層２６，補強層２４，絶縁層２２，補強層２０，信号線路導体１８，およびレジスト層１６をこの順で積層しかつ熱圧着することで作製される。ここで、レジスト層１６，２８，補強層２０，２４，絶縁層２２の主面の形状ないし寸法は互いに一致する。

ただし、補強層２０および２４の各々の厚みは絶縁層２２の厚みよりも小さく、補強層２０および２４の厚みの合計もまた絶縁層２２の厚みよりも小さい。また、補強層２０および２４の各々の比誘電率は絶縁層２２の比誘電率よりも高く、補強層２０および２４の各々のＱ値は絶縁層２２のＱ値よりも小さく、補強層２０および２４の各々の吸水性は絶縁層２２の吸水性よりも高い。

さらに、厚み方向における絶縁層２２の曲げ弾性率は“Ｅ１”を示し、厚み方向における補強層２０および２４の曲げ弾性率は“Ｅ２”を示し、そして曲げ弾性率Ｅ２の値は曲げ弾性率Ｅ１の値よりも大きい。

また、レジスト層１６および２８の各々の厚みは、絶縁層２２の厚みよりも小さく、補強層２０または２４の厚みとほぼ一致する。また、厚み方向におけるレジスト層２０および２４の曲げ弾性率は“Ｅ３”を示し、曲げ弾性率Ｅ３の値は曲げ弾性率Ｅ１の値よりも小さい。

信号線路導体１８は、絶縁層２２の幅よりも格段に小さい幅を有して、伝送線路１２のＹ軸方向中央をＸ軸方向に延びる。信号線路導体１８の長さ方向両端は、線路端部１２ｔに達する。

グランド層２６は、絶縁層２２の幅よりも小さくかつ信号線路導体１８の幅よりも大きい幅を有して、伝送線路１２のＹ軸方向中央をＸ軸方向に延びる。グランド層２６の長さ方向両端は、線路端部１２ｔに達する。また、グランド層２６のうち線路端部１２ｔに相当する部分は、矩形環をなす。

信号線路導体１８の端部は、破線で示すビアホール導体を介してコネクタ１４の信号端子（図示せず）と電気的に接続される。また、グランド層２６の端部は、破線で示すビアホール導体を介してコネクタ１４のグランド端子（図示せず）と接続される。

したがって、伝送線路１２のＹ軸方向中央をＸ軸に沿って切断したときの断面は図３に示す積層状態をなす。また、伝送線路１２のＸ軸方向中央をＹ軸沿って切断したときの断面は図４に示す積層状態をなす。

このように、補強層２０および２４の曲げ弾性率である“Ｅ２”は絶縁層２２の曲げ弾性率である“Ｅ１”よりも大きい。したがって、Ｚ軸方向における信号線路導体１８およびグランド層２６の曲げ性の低下が抑制される。

また、補強層２０は信号線路導体１８と絶縁層２２との間に設けられ、補強層２４はグランド層２６と絶縁層２２との間に設けられる。したがって、図５（Ａ）に示すように信号線路１２を厚み方向に曲げた場合、補強層２０および２４が省略された従来の伝送線路を厚み方向に折り曲げた状態を示す図５（Ｂ）と比べて、信号線路導体１８からグランド層２６までの距離の変化が抑制される。

図５（Ａ）によれば、非折り曲げ部分における信号線路導体１８からグランド層２６までの距離は“Ｇ１”と定義され、折り曲げ部分における信号線路導体１８からグランド層２６までの距離を“Ｇ２”と定義される。また、図５（Ｂ）によれば、非折り曲げ部分における信号線路導体１８からグランド層２６までの距離は“Ｇ１１”と定義され、折り曲げ部分における信号線路導体１８からグランド層２６までの距離を“Ｇ１２”と定義される。これを踏まえて、図５（Ａ）に示す距離Ｇ１およびＧ２の差分は、図５（Ｂ）に示す距離Ｇ１１およびＧ１２の差分よりも小さい。

信号線路導体１８からグランド層２６までの距離の変化をこうして抑制することで、伝送線路１２の特性インピーダンスの変化も抑制され、これによって高性能のフラットケーブル１０を実現することができる。

図６（Ａ）〜図６（Ｂ）を参照して、フラットケーブル１０は、たとえば携帯通信端末４０の筐体ＣＢ１に収められた２つのプリント配線板３０，３０を接続するために用いられる。具体的には、フラットケーブル１０の一方端は一方のプリント配線板３０に接続され、フラットケーブル１０の他方端は他方のプリント配線板３０に接続される。これによって、プリント配線板１０に実装された回路ないし素子がフラットケーブル１０を介して互いに接続される。高周波伝送線路１０は薄型でかつ可撓性を有するため、筐体ＣＢ１内に薄い隙間しか確保できない場合に特に有用である。

なお、この実施例では、補強層２０および２４の曲げ弾性率はいずれも“Ｅ２”であるが、絶縁層２２の曲げ弾性率である“Ｅ１”を上回る限り、補強層２０および２４の間で曲げ弾性率が相違してもよい。同様に、レジスト層１６および２８の曲げ弾性率はいずれも“Ｅ３”であるが、絶縁層２２の曲げ弾性率である“Ｅ１”を下回る限り、レジスト層１６および２８の間で曲げ弾性率が相違してもよい。

図７を参照して、他の実施例のフラットケーブル５０は、高周波信号を伝送するべく長尺状に形成されたトリプレート型の伝送線路５２と、伝送線路５２の長さ方向両端にそれぞれ設けられた２つのコネクタ５４，５４とによって形成される。

伝送線路５２の長さはＸ軸に沿って延び、伝送線路５２の幅はＹ軸に沿って延び、伝送線路５２の厚みはＺ軸に沿って延びる。長さは任意に調整され、幅は長さ方向両端を除いて均一の大きさに調整され、厚みは全長にわたって均一の大きさに調整される。長さ方向両端における幅は、他の部分の幅よりも大きくかつ均一の値に調整される。したがって、Ｙ軸方向を上下方向に合わせた状態で伝送線路５２をＺ軸方向から眺めたとき、伝送線路５２は略Ｈ形をなす。伝送線路５２の両端において幅が拡大した部分を“線路端部５２ｔ”と定義すると、コネクタ１４は線路端部５２ｔの主面に設けられる。

フラットケーブル５０を分解した状態を示す図８を参照して、伝送線路５２は、レジスト層７６，グランド層７４，補強層７２，絶縁層７０，補強層６８，信号線路導体６６，補強層６４，絶縁層６２，補強層６０，グランド層５８およびレジスト層５６をこの順で積層しかつ熱圧着することで作製される。ここで、レジスト層５６，７６，補強層６０，６４，６８，７２，絶縁層６２，７０の主面の形状ないし寸法は互いに一致する。また、厚みは、絶縁層６２および７０の間で一致し、さらに補強層６０，６４，６８および７２の間で一致する。

ただし、補強層６０，６４，６８，７２の各々の厚みは、絶縁層６２または７０の厚みよりも小さい。さらに、補強層６０および６４の厚みの合計は絶縁層６２の厚みよりも小さく、補強層６８および７２の厚みの合計もまた絶縁層７０の厚みよりも小さい。また、補強層６０，６４，６８，７２の各々の比誘電率は絶縁層６２または７０の比誘電率よりも高く、補強層６０，６４，６８，７２の各々のＱ値は絶縁層６２または７０のＱ値よりも小さく、補強層６０，６４，６８，７２の各々の吸水性は絶縁層６２または７０の吸水性よりも高い。

なお、上述と同様、厚み方向における絶縁層６２または７０の曲げ弾性率は“Ｅ１”を示し、厚み方向における補強層６０，６４，６８，７２の曲げ弾性率は“Ｅ２”を示し、そして曲げ弾性率Ｅ２の値は曲げ弾性率Ｅ１の値よりも大きい。

また、レジスト層５６および７６の各々の厚みは、絶縁層６２または７０の厚みよりも小さく、補強層６０，６４，６８，７２の厚みとほぼ一致する。また、厚み方向におけるレジスト層５６および７６の曲げ弾性率は“Ｅ３”を示し、曲げ弾性率Ｅ３の値は曲げ弾性率Ｅ１の値よりも小さい。

信号線路導体６６は、絶縁層６２または７０の幅よりも格段に小さい幅を有して、伝送線路５２のＹ軸方向中央をＸ軸方向に延びる。信号線路導体６６の長さ方向両端は、線路端部５２ｔに達する。

グランド層５８は、絶縁層６２または７０の幅よりも小さくかつ信号線路導体６６の幅よりも大きい幅を有して、伝送線路５２のＹ軸方向中央をＸ軸方向に梯子状に延びる。グランド層５８の長さ方向両端は、線路端部５２ｔに達する。また、グランド層５８のうち線路端部５２ｔに相当する部分は、矩形環をなす。

これに対して、グランド層７２は、グランド層５８の幅と同じ幅を有して、伝送線路１２のＹ軸方向中央をＸ軸方向に帯状に延びる。グランド層７２の長さ方向両端は、線路端部５２ｔに達する。また、グランド層７２のうち線路端部５２ｔに相当する部分は、矩形環をなす。

信号線路導体６６の端部は、破線で示すビアホール導体を介してコネクタ５４の信号端子（図示せず）と電気的に接続される。また、グランド層５８および７４の端部は、破線で示すビアホール導体を介してコネクタ５４のグランド端子（図示せず）と接続される。

したがって、伝送線路５２のＹ軸方向中央をＸ軸に沿って切断したときの断面は図９に示す積層状態をなす。また、伝送線路５２のＸ軸方向中央をＹ軸沿って切断したときの断面は図１０に示す積層状態をなす。

この実施例においても、補強層６０，６４，６８，７２の曲げ弾性率である“Ｅ２”は絶縁層６２，７０の曲げ弾性率である“Ｅ１”よりも大きい。したがって、Ｚ軸方向における信号線路導体６６およびグランド層５８，７４の曲げ性の低下が抑制される。

また、補強層６４は信号線路導体６６と絶縁層６２との間に設けられ、補強層６０はグランド層５８と絶縁層６２との間に設けられる。さらに、補強層６８は信号線路導体６６と絶縁層７０との間に設けられ、補強層７２はグランド層７４と絶縁層７０との間に設けられる。したがって、信号線路５２の厚み方向への折り曲げに起因する信号線路導体６６からグランド層５８および７４の各々までの距離の変化が抑制される。

なお、図１〜図４に示すフラットケーブル１０では、補強層２０および２４の主面の形状ないし寸法を絶縁層２２の主面の形状ないし寸法と一致させるようにしている。しかし、図１１に示すように、補強層２０の形状ないし寸法を信号線路導体１８の形状ないし寸法とほぼ一致させ、補強層２４の形状ないし寸法をグランド層２６の形状ないし寸法とほぼ一致させるようにしてもよい。この場合、伝送線路１２のＸ軸方向中央をＹ軸沿って切断したときの断面は図１２に示す積層状態をなす。

また、上述の実施例では、グランド層５８のみ梯子状に形成するようにしているが、グランド層２６，７４も梯子状に形成するようにしてもよい。

さらに、絶縁層２２，６２，７０は、液晶ポリマ，ポリイミドのような熱可塑性樹脂を材料とする。液晶ポリマを材料とする場合、曲げ弾性率Ｅ１は２．０〜３．０ＧＰａを示す。一方、ポリイミドを材料とする場合、曲げ弾性率Ｅ１は２．４〜３．４ＧＰａを示す。また、補強層２０，２４，６０，６４，６８，７２は、エポキシ系の熱可塑性樹脂を材料とする。この場合、曲げ弾性率Ｅ２は３．０〜４．０ＧＰａを示す。この数値は、ＩＳＯ１７８規格に従って測定されたときの数値である。

熱可撓性樹脂で構成された絶縁層２２，６２，７０または補強層２０，２４，６０，６４，６８，７２は、熱圧着時にガスを発生する。このガスを逃がすべく、複数の微小な孔をグランド層２６，５８，７４に設けるようにしてもよい。

また、信号線路導体１８，６６またはグランド層２６，５８，７４は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料、好ましくは金属箔により作製される。

さらに、絶縁層２２，６２，７０の厚みは、１００〜３００μｍの範囲で調整される。好ましくは、この厚みは２００μｍである。また、信号線路導体１８，６６の線幅は、１００〜５００μｍの範囲で調整される。好ましくは、線幅は２４０μｍである。また、グランド層５８を形成する線状導体の各々の線福は、２５〜２００μｍの範囲で調整される。好ましくは、これらの線幅は１００μｍである。さらに、グランド層５８を形成する梯子の桟の間隔は、１０００〜１００００μｍの範囲で調整される。好ましくは、この距離は、２５００μｍである。

１０，５０ …フラットケーブル
１４，５４ …コネクタ
１６，２８，５６，７６ …レジスト層
１８，６６ …信号線路導体
２０，２４，６０，６４，６８，７２ …補強層
２２，６２，７０ …絶縁層
２６，５８，７４ …グランド層

Claims (7)

1. 厚み方向における曲げ弾性率が第１数値を示す長尺状の絶縁層、
   前記絶縁層の一方主面側を前記絶縁層の長さ方向に沿って延びる信号線路導体、および
   前記信号線路導体に対向配置され、前記絶縁層の他方主面側を前記絶縁層の長さ方向に沿って延びるグランド導体を備えるフラットケーブルであって、
   厚み方向における曲げ弾性率が前記第１数値よりも大きい第２数値を示し、前記絶縁層と前記信号線路導体との間において前記信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第１補強層、および
   厚み方向における曲げ弾性率が前記第１数値よりも大きい第３数値を示し、前記絶縁層と前記グランド導体との間において前記信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第２補強層をさらに備える、フラットケーブル。
2. 前記絶縁層の厚みは前記第１補強層の厚みおよび前記第２補強層の厚みの合計よりも大きい、請求項１記載のフラットケーブル。
3. 前記絶縁層から見て前記第１補強層の裏側に設けられた長尺状の第１保護層、および
   前記絶縁層から見て前記第２補強層の裏側に設けられた長尺状の第２保護層をさらに備える、請求項１または２記載のフラットケーブル。
4. 前記第１保護層の曲げ弾性率は前記第１数値よりも小さい第４数値を示し、
   前記第２保護層の曲げ弾性率は前記第１数値よりも小さい第５数値を示す、請求項３記載のフラットケーブル。
5. 前記第１補強層の主面の幅は前記信号線路導体の幅以上でかつ前記絶縁層の主面の幅未満であり、
   前記第２補強層の主面の幅は前記グランド導体の幅以上でかつ前記絶縁層の主面の幅未満である、請求項１ないし４のいずれかに記載のフラットケーブル。
6. 厚み方向における曲げ弾性率が第１数値を示す長尺状の第１絶縁層、
   厚み方向における曲げ弾性率が第２数値を示し、前記第１絶縁層の上面側に設けられた長尺状の第２絶縁層、
   前記第１絶縁層の下面側を前記第１絶縁層の長さ方向に沿って延びる第１グランド導体、
   前記第２絶縁層の上面側を前記第２絶縁層の長さ方向に沿って延びる第２グランド導体、および
   前記第１絶縁層の上面と前記第２絶縁層の下面との間を前記第１絶縁層の長さ方向に沿って延びる信号線路導体を備え、前記第１グランド導体および前記第２グランド導体の各々は前記信号線路導体に対向配置されるフラットケーブルであって、
   厚み方向における曲げ弾性率が前記第１数値および前記第２数値のいずれよりも大きい第３数値を示し、前記第１絶縁層と前記第１グランド導体との間において前記信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第１補強層、
   厚み方向における曲げ弾性率が前記第１数値および前記第２数値のいずれよりも大きい第４数値を示し、前記第２絶縁層と前記第２グランド導体との間において前記信号線路導体と重なるように設けられた長尺状の第２補強層、および
   厚み方向における曲げ弾性率が前記第１数値および前記第２数値のいずれよりも大きい第５数値を示し、前記信号線路導体を包み込む態様で前記第１絶縁層の上面と前記第２絶縁層の下面との間に設けられた長尺状の第３補強層をさらに備える、フラットケーブル。
7. 前記第１グランド導体および前記第２グランド導体の少なくとも一方は厚み方向から眺めて梯子状に形成される、請求項６記載のフラットケーブル。

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