JP6119175B2 - プリント配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板の表面に一対の信号線からなる信号線対を含む信号線が形成されたプリント配線基板に関し、特に、信号線対の端子パッド部の構造に関する。

近年、標準機能としてカメラ機能を備えた、携帯電話、携帯型ゲーム端末、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯端末が普及している。このような携帯端末のカメラ機能は、カメラモジュールと呼ばれる小型の電子部品によって実現される。

図１は、一般的なカメラモジュール１００の構成を示す図である。図１に示すように、カメラモジュール１００は、ベースユニット１０１、ベースユニット１０１に実装された撮像素子に被写体の像を結像させるレンズユニット１０２、レンズユニット１０２を光軸方向に移動させるアクチュエータユニット１０３等を備える。
ベースユニット１０１は、プリント配線基板（ＰＷＢ：printed wiring board、以下、センサ基板）１０１ａの部品実装面に、撮像素子、ＣＳＰ（Chip Size Package）部品、回路部品等のチップ部品が実装された構成を有する。撮像素子は、レンズユニット１０２により受光面上に結像した被写体像の光信号を電気信号（画像データ）に変換して出力する。

この画像データは、センサ基板１０１ａの部品実装面の裏面側に接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）１０１ｂを介して携帯端末本体側に伝送される。最近では、画像の高画素化（画像データの大容量化）が著しく、これに対応すべく、フレキシブルプリント基板１０１ｂには高速信号伝送に適した差動伝送方式（一対の信号線（差動信号線）を伝送路として画像データを伝送する方式）が用いられる。
差動信号線対を有するプリント配線基板に関する先行技術文献としては、例えば特許文献１がある。

ところで、プリント配線基板において、伝送路（信号線）内にインピーダンスの不連続点があると、そこで電気信号が反射するため、電圧波形が乱れ、良好な信号伝送が阻害されてしまう。この問題は、高速で信号伝送する場合に顕著となる。そこで、差動信号線対を有するプリント配線基板においては、差動信号線対にインピーダンスの不連続点が生じないように、配線パターンの設計が行われる。

図２に示すように、プリント配線基板がマイクロストリップ構造を有する場合、絶縁基板（誘電体）の厚さｔ２及び比誘電率ε_r、差動信号線の厚さｔ１、幅Ｗ、及び間隔Ｓなどの設計仕様によって、差動信号線対の特性インピーダンス（以下、差動インピーダンス）Ｚ_diffを調整することができる。なお、マイクロストリップ構造とは、絶縁基板の一方の面に差動信号線対が形成され、他方の面に差動信号線対に対向してグランドプレーンが形成された構造である。

ここで、差動信号線対を構成する２本の差動信号線は、それぞれ電子部品を実装するための端子パッドを両端に有しており、この端子パッド間が導体パターン（以下、接続配線部）で接続される。そして、差動信号線の厚さｔ１、絶縁基板の厚さｔ２及び比誘電率ε_rは、差動信号線対の接続配線部における差動インピーダンスが所望の値（基準インピーダンス）となることを優先して設定される。そのため、差動信号線対の端子パッドの部分（以下、端子パッド部）の差動インピーダンスは、端子パッドの幅Ｗ、又は端子パッド間の間隔Ｓによって調整されることとなる。

しかしながら、端子パッドは、実装される電子部品と電気的に接続する部分であり、パッドのサイズや大きさの設定に制約があるため、差動インピーダンスの不連続が生じやすい。一般に、差動信号線の端子パッドは、接続配線部よりも幅広に形成されるが、この場合、端子パッド部の差動インピーダンスは接続配線部の差動インピーダンスよりも小さくなってしまう。そのため、プリント配線基板において、差動信号線対の端子パッド部に対向する領域の導体パターンを工夫することで、端子パッド部の差動インピーダンスを調整することが試みられている（図３〜６参照）。

図３〜６は、従来のプリント配線基板における差動信号線対の端子パッド部の一例を示す図である。
図３に示すプリント配線基板３０では、絶縁基板１１の裏面（差動信号線対１２が形成される面と反対の面）に形成されるグランドプレーン１３が、差動信号線対１２の端子パッド部１２ａに対応する領域にも形成されている。
図４に示すプリント配線基板４０では、絶縁基板１１の裏面に形成されるグランドプレーン１３の、端子パッド部１２ａに対向する領域に切欠部１３ｂが形成されている。また、それぞれの端子パッド１２１ａ、１２２ａに対向して、端子パッド１２１ａ、１２２ａよりも一回り大きいパッド１８がグランドプレーン１３と離間して形成されている（パッド１８は電気的に浮いている）。
図５に示すプリント配線基板５０では、絶縁基板１１の裏面に形成されるグランドプレーン１３の、端子パッド部１２ａに対向する領域に切欠部１３ｂが形成されている。
図６に示すプリント配線基板６０では、絶縁基板１１の裏面に形成されるグランドプレーン１３の、端子パッド部１２ａに対向する領域にメッシュ部１３ｃが形成されている。

特許第４３７１７６６号公報

しかしながら、図３、４に示すプリント配線基板３０、４０のように、端子パッド部１２ａに対向する領域に導体パターン（グランドプレーン１３又はパッド１８）が形成されている場合、差動インピーダンスが目標とする基準インピーダンスよりも大きくなりやすい。
逆に、図５に示すプリント配線基板５０のように、端子パッド部１２ａに対向する領域に導体パターンが形成されない場合、差動インピーダンスが目標とする基準インピーダンスよりも小さくなりやすい。
また、図６に示すプリント配線基板６０のように、端子パッド部１２ａに対向する領域における導体パターンをメッシュ状に形成した場合、極小な端子パッド１２１ａ、１２２ａに対して最適なメッシュ条件の配線ピッチが粗くなる。そのため、端子パッド部１２ａを信号伝送方向にマクロ的に観察すると、差動インピーダンスは不連続になる。

このように、従来のプリント配線基板３０〜６０においては、差動信号線対の端子パッド部１２ａの差動インピーダンスを容易に整合させることができない。そのため、端子パッド部１２ａがインピーダンスの不連続点となり、この部分で電気信号が反射してしまうため、高速信号伝送に対応することが困難となる。

また最近では、携帯端末の分野において、画像データの伝送に用いられる差動信号線対を利用して、制御信号をコモンモードで伝送できることが要求されている。この場合、信号線対のパッド部において、差動インピーダンスが基準インピーダンス（例えば１００Ω）に整合するとともに、コモンインピーダンスも基準インピーダンス（例えば２５Ω）に整合することが必要となる。

しかしながら、図３〜５に示すような従来のマイクロストリップ構造では、差動インピーダンスの整合とコモンインピーダンスの整合を両立させ、それぞれの基準インピーダンスからのずれを例えば１０％以内に抑えることは極めて困難である。
例えば、図５に示すプリント配線基板５０においては、グランドプレーン１３の切欠部１３ｂの幅ｇを変化させることにより、差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを調整することができるが、切欠部１３ｂの幅ｇの変化に対する差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの変化量が急峻なため、製造ばらつきの影響を受けやすくなる（図１７参照）。

本発明の目的は、信号線対の端子パッド部の差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの整合を容易に図ることができ、高速信号伝送に好適なプリント配線基板を提供することである。

本発明に係るプリント配線基板は、絶縁基板の表面に一対の信号線からなる信号線対を有する第１の配線層が形成され、前記絶縁基板の裏面に前記信号線対に対応するグランドプレーンを有する第２の配線層が形成されたプリント配線基板であって、
前記第１の配線層において、接地配線からなる一対の仕切片間に形成された、前記信号線対の端子パッド部は、空隙を介して互いに隣接配置された一対の端子パッドを含み、
前記第２の配線層における前記信号線対の前記端子パッド部に対向する領域に、前記端子パッド部の中心線を通り前記絶縁基板に垂直な中心面に関して対称でありかつ前記一対の仕切片間の間隔よりも幅が狭い切欠部が形成されるとともに、この切欠部の、前記空隙に対向する領域に、前記中心面に関して対称な接地片が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、信号線対の２つの端子パッドのそれぞれと接地片間に静電容量が形成されるので、接地片の幅等を調整することで静電容量を変化させ、差動インピーダンス及びコモンインピーダンスをそれぞれ基準インピーダンスに整合させることができる。したがって、信号線対の端子パッド部の差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの整合を容易に図ることができ、高速信号伝送に好適なプリント配線基板が実現される。

一般的なカメラモジュールの構成を示す図である。 マイクロストリップ構造を有するプリント配線基板の断面図である。 従来のプリント配線基板における差動信号線対の端子パッド部の一例を示す図である。 従来のプリント配線基板における差動信号線対の端子パッド部の他の一例を示す図である。 従来のプリント配線基板における差動信号線対の端子パッド部の他の一例を示す図である。 従来のプリント配線基板における差動信号線対の端子パッド部の他の一例を示す図である。 実施の形態に係るプリント配線基板の表面側の配線層（第１の配線層）を表面視で示す図である。 実施の形態に係るプリント配線基板の裏面側の配線層（第２の配線層）を表面視で示す図である。 プリント配線基板における信号線対の一方の端子パッド部の構造を示す図である。 プリント配線基板における信号線対の一方の端子パッド部の変形例を示す図である。 実施例（ｇ／Ｌ＝０．６）における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを示す図である。 実施例（ｇ／Ｌ＝０．６）における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの基準インピーダンスからのずれを示す図である。 実施例（ｇ／Ｌ＝０．８）における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを示す図である。 実施例（ｇ／Ｌ＝０．８）における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの基準インピーダンスからのずれを示す図である。 実施例（ｇ／Ｌ＝０．９７２５）における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを示す図である。 実施例（ｇ／Ｌ＝０．９７２５）における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの基準インピーダンスからのずれを示す図である。 比較例における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを示す図である。 比較例における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの基準インピーダンスからのずれを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図７は本発明の一実施の形態に係るプリント配線基板１０の表面側の配線層（第１の配線層）を表面視で示す図である。図８は、実施の形態に係るプリント配線基板１０の裏面側の配線層（第２の配線層）を表面視で示す図である。
実施の形態のプリント配線基板１０は、例えば図１に示すカメラモジュール１のフレキシブルプリント基板１０１ｂとして用いられる。

図７、８に示すように、プリント配線基板１０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の表面側に形成される第１の配線層１０Ａと、絶縁基板１１の裏面側に形成される第２の配線層１０Ｂとを備える。
絶縁基板１１は、ポリイミドフィルム又はポリエステルフィルム等の柔軟性を有する材料で構成される。絶縁基板１１は帯状に形成され、長手方向一端側（図７、８では右側）にカメラモジュール１のセンサ基板１０１ａとの接続部（端子パッド群Ａ１、Ａ２）が形成され、長手方向他端側（図７、８では左側）にコネクタとの接続部（端子パッド群Ｂ１、Ｂ２）が形成される。

第１の配線層１０Ａは、図７に示すように、５対の信号線対１２、その他の信号線１５（例えばＣＭＯＳセンサ制御用のシングルエンド信号線）、及び信号線対１２とその他の信号線１５の周辺に離間して敷設される接地配線１４を有する。
第２の配線層１０Ｂは、図８に示すように、絶縁基板１１の略全面に敷設されるグランドプレーン１３を有する。

信号線対１２は、２本の信号線１２１、１２２で構成され、一端側にセンサ基板１０１ａを実装するための端子パッド部１２ａを有し、他端側にコネクタを実装するための端子パッド部１２ｂを有する。端子パッド部１２ａを構成する２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａと端子パッド部１２ｂを構成する２つの端子パッド１２１ｂ、１２２ｂが、それぞれ接続配線部１２ｃで接続される。

接続配線部１２ｃは、図２に示すマイクロストリップ構造を有する。一つの信号線対１２の接続配線部１２ｃ（１２１ｃ、１２２ｃ）は、略同一の配線長を有し、できるだけ近接して配線される。接続配線部１２ｃにおける差動インピーダンス及びコモンインピーダンスがそれぞれ所望の値（基準インピーダンス）となるように、信号線１２１、１２２の厚さｔ１、絶縁基板１１の厚さｔ２及び比誘電率ε_rが設定される。
接続配線部１２ｃの一端側には端子パッド部１２ａが形成される。接続配線部１２ｃの他端側は、絶縁基板１１に形成されためっきスルーホールを介して第２の配線層１０Ｂに引き出され、端子パッド部１２ｂが形成される。

端子パッド部１２ａは、接続配線部１２ｃから絶縁基板１１の長手側縁部１１ａに向かって延在するように、第１の配線層１０Ａに形成される。端子パッド部１２ａは、接続配線部１２ｃよりも幅広の矩形状に形成される。５対の信号線対１２のそれぞれの端子パッド部１２ａは、絶縁基板１１の長手側縁部１１ａに沿って１列に配置される（端子パッド群Ａ１）。また、端子パッド群Ａ１において、隣接する端子パッド部１２ａ、１２ａは、接地配線１４の仕切片１４ａにより分断される。
端子パッド群Ａ１は、絶縁基板１１の他方の長手側縁部１１ｂに沿って形成された、その他の信号線１５の端子パッド群Ａ２とともに、センサ基板１０１ａの接続端子と電気的に接続される。

端子パッド部１２ｂは、接続配線部１２ｃから絶縁基板１１の短手側縁部１１ｃに向かって延在するように、第２の配線層１０Ｂに形成される。端子パッド部１２ｂは、接続配線部１２ｃよりも幅広の矩形状に形成される。５対の信号線対１２のそれぞれの端子パッド部１２ｂは、絶縁基板１１の短手側縁部１１ｃに沿って２列に配置される（端子パッド群Ｂ１）。また、端子パッド群Ｂ１において、隣接する端子パッド部１２ｂ、１２ｂは、グランドプレーン１３の仕切片１３ａにより分断される。
端子パッド群Ｂ１は、端子パッド群Ｂ１と同様に絶縁基板１１の短手側縁部１１ｃに沿って２列に配置された、その他の信号線１５の端子パッド群Ｂ２とともに、コネクタの接続端子と電気的に接続される。

図９は、信号線対１２の一方の端子パッド部１２ａの構造を示す図である。図９（ａ）は端子パッド部１２ａの断面図であり、図９（ｂ）は端子パッド部１２ａの平面図である。
図９に示すように、プリント配線基板１０では、信号線対１２の端子パッド部１２ａに対向する第２の配線層１０Ｂ内の領域に切欠部１３ｂが形成されるとともに、この切欠部１３ｂに端子パッド部１２ａと平行に延在する接地片１６が形成される。具体的には、切欠部１３ｂ及び接地片１６は、端子パッド部１２ａの中心線を通り絶縁基板１１に垂直な中心面Ｐに関して対称となるように形成される。

信号線対１２の２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａのそれぞれと接地片１６及びグランドプレーン１３間に静電容量が形成されるので、接地片１６の幅ｗ又は切欠部１３ｂの幅ｇを調整することで静電容量を変化させることができる。したがって、設計の自由度が向上するので、端子パッド部１２ａの差動インピーダンス及びコモンインピーダンスをそれぞれ基準インピーダンスに容易に整合させることができる。すなわち、接地片１６の幅ｗや切欠部１３ｂの幅ｇを適宜設定することで、信号線対１２の端子パッド部１２ａの差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを最適化することができる。また、端子パッド部１２ａを信号伝送方向にマクロ的に観察してみても、差動インピーダンス及びコモンインピーダンスの不連続点は存在しない。

このように、信号線対１２の端子パッド部１２ａの差動インピーダンス及びコモンインピーダンスをそれぞれ基準インピーダンスに整合させることで、高速信号伝送時の反射・減衰が小さくなるので、プリント配線基板１０は高速信号伝送用のプリント配線基板として好適である。また、プリント配線基板１０は、高速インターフェースの規格に容易に対応することができる。

また、切欠部１３ｂ及び接地片１６は、２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａ間の中心線を通り、絶縁基板１１に垂直な中心面Ｐに関して対称に形成されているので、信号線対１２の２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａのそれぞれと接地片１６間に同じ静電容量が形成され、また２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａのそれぞれとグランドプレーン１３間にも同じ静電容量が形成される。したがって、端子パッド部１２ａの差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを調整するための設計が容易になる。

なお、信号線対１２の他方の端子パッド部１２ｂも同様に構成される。すなわち、信号線対１２の端子パッド部１２ｂに対向する第１の配線層１０Ａ内の領域に、接地片１７が形成される。これにより、信号線対１２の他方の端子パッド部１２ｂのインピーダンス整合が図られる。

また、図９に示すプリント配線基板１０では、端子パッド部１２ａを構成する２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａ間の領域に対向して接地片１６が形成されているが、図１０に示すプリント配線基板２０のように、２つの端子パッド１２１ａ、１２２ａに対向する領域に跨がって接地片１６を形成するようにしてもよい。

［実施例］
実施例では、プリント配線基板１０において、接地片１６の幅ｗ又は切欠部１３ｂの幅ｇを変化させたときの端子パッド部１２ａにおける差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを検証した。
前提となる設計事項として、絶縁基板１１の厚さは０．０２５ｍｍ、比誘電率ε_rは３．１とした。また、仕切片１４ａ、１４ａの間隔Ｌは１．０９ｍｍとした。また、端子パッド１２１ａ、１２２ａの幅は０．２ｍｍ、厚さは０．０２ｍｍとし、端子パッド１２１ａ、１２２ａの間隔、及び端子パッド１２１ａ、１２２ａと仕切片１４ａ、１４ａとの間隔は等間隔（０．２３ｍｍ）とした。
そして、切欠部１３ｂの幅ｇを０．６５４ｍｍ（ｇ／Ｌ＝０．６）、０．８７２ｍｍ（ｇ／Ｌ＝０．８）、１．０６ｍｍ（ｇ／Ｌ＝０．９７２５）とした場合のそれぞれについて、接地片１６の幅ｗを変化させたときの差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを計算した。
なお、差動モードの基準インピーダンスは１００Ωとし、コモンモードの基準インピーダンスは２５Ωとした。

［比較例］
比較例では、図５に示すプリント配線基板５０において、切欠部１３ｂの幅ｇを変化させたときの端子パッド部１２ａにおける差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを検証した。前提となる設計事項は実施例と同じとした。

実施例における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを図１１、１３、１５に示し、基準インピーダンスからのずれを図１２、１４、１６に示す。また、比較例における差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを図１７に示し、基準インピーダンスからのずれを図１８に示す。

図１８に示すように、比較例の場合は、切欠部１３ｂの幅ｇをどのように調整しても、差動インピーダンスとコモンインピーダンスを、基準インピーダンス±１０％以内とすることはできない。なお、比較例においても、他の設計事項（端子パッド１２１ａ、１２２ａの幅、間隔等）を変えることで、差動インピーダンスとコモンインピーダンスを、基準インピーダンス±１０％以内とすることはできるかもしれない。しかし、図１８に示すようにパターン幅（切欠部１３ｂの幅ｇ）の変化に対するインピーダンスの変化量が急峻であるため、差動インピーダンスとコモンインピーダンスを同時に基準インピーダンスに整合させることができる範囲は極めて狭く、製造ばらつきの影響を受けやすい。

これに対して、図１２に示すように、ｇ／Ｌ＝０．６の場合は、接地片１６の幅ｗを調整してｗ／ｇが０．１５〜０．２５とすることにより、差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを、それぞれ基準インピーダンス±１０％以内とすることができる。
また、図１４に示すように、ｇ／Ｌ＝０．８の場合は、接地片１６の幅ｗを調整してｗ／ｇが０．２５〜０．２９とすることにより、差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを、それぞれ基準インピーダンス±１０％以内とすることができる。
また、図１６に示すように、ｇ／Ｌ＝０．８の場合は、接地片１６の幅ｗを調整してｗ／ｇが０．２２〜０．２４とすることにより、差動インピーダンス及びコモンインピーダンスを、それぞれ基準インピーダンス±１０％以内とすることができる。

このように、プリント配線基板１０によれば、差動インピーダンスとコモンインピーダンスが同時に基準インピーダンスに整合するように設計することが容易となる。
また、図１１、１３、１５に示すように、パターン幅（接地片の幅ｗ、切欠部１３ｂの幅ｇ）の変化に対するインピーダンスの変化量が比較例よりも緩やかとなるため、製造ばらつきの影響が低減される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、本発明は、硬質の絶縁基板を用いたリジッドプリント基板や、柔軟性のある部分と硬質の部分を有する絶縁基板を用いたフレックスリジッドプリント基板にも適用できる。また、本発明に係るプリント配線基板は、高速信号伝送を要する様々な電子機器に好適である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ プリント配線基板
１０Ａ 第１の配線層
１０Ｂ 第２の配線層
１１ 絶縁基板
１２ 信号線対
１２ａ、１２ｂ 端子パッド部
１２ｃ 接続配線部
１２１、１２２ 信号線
１３ グランドプレーン
１４ 接地配線
１５ その他の信号線
１６、１７ 接地片（インピーダンス整合用）

Claims (3)

1. 絶縁基板の表面に一対の信号線からなる信号線対を有する第１の配線層が形成され、前記絶縁基板の裏面に前記信号線対に対応するグランドプレーンを有する第２の配線層が形成されたプリント配線基板であって、
   前記第１の配線層において、接地配線からなる一対の仕切片間に形成された、前記信号線対の端子パッド部は、空隙を介して互いに隣接配置された一対の端子パッドを含み、
   前記第２の配線層における前記信号線対の前記端子パッド部に対向する領域に、前記端子パッド部の中心線を通り前記絶縁基板に垂直な中心面に関して対称でありかつ前記一対の仕切片間の間隔よりも幅が狭い切欠部が形成されるとともに、この切欠部の、前記空隙に対向する領域に、前記中心面に関して対称な接地片が形成されていることを特徴とするプリント配線基板。
2. 差動インピーダンス及びコモンインピーダンスがそれぞれ基準インピーダンスに整合するように、前記接地片の幅又は前記切欠部の幅が調整されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記絶縁基板が柔軟性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線基板。

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