JPWO2014002764A1 - 高周波信号線路の製造方法 - Google Patents

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Abstract

信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる積層型フラットケーブル及びその製造方法を提供することである。誘電体素体12は、表面及び裏面を有する誘電体素体18a及び表面及び裏面を有する誘電体素体18bが積層されてなる。信号線路20は、高周波信号が伝送され、誘電体シート18aの裏面上に形成されている。基準グランド導体22は、誘電体シート18aの表面上に形成され、かつ、信号線路20と対向している。補助グランド導体24は、誘電体シート18bの裏面上に形成され、かつ、信号線路20と対向している。補助グランド導体24には、信号線路20に沿って並んでいる複数の開口30が設けられている。

Description

本発明は、積層型フラットケーブル及びその製造方法に関し、より特定的には、高周波信号の伝送に用いられる積層型フラットケーブル及びその製造方法に関する。
従来の積層型フラットケーブルとしては、例えば、特許文献1に記載の高周波信号線路が知られている。図14は、特許文献1に記載の高周波信号線路500の分解図である。
図14に示す信号線路500は、誘電体素体512、グランド導体530、信号線532及び補助グランド導体534を備えている。誘電体素体512は、誘電体シート522a〜522cがこの順に積層されて構成されている。
信号線532は、誘電体シート522b上に設けられている。グランド導体530は、誘電体シート522a上に設けられており、誘電体シート522aを介して信号線532と対向している。また、グランド導体530には、信号線532と重なる複数の開口540が設けられている。
グランド導体534は、誘電体シート522c上に設けられており、誘電体シート522bを介して信号線532と対向している。
以上のように構成された信号線路500では、グランド導体530に開口540が設けられているので、グランド導体530と信号線532との間に容量が形成されにくくなる。そのため、グランド導体530と信号線532との積層方向の間隔を小さくしても、これらの間に形成される容量が大きくなりすぎて、信号線532の特性インピーダンスが所望の特性インピーダンスからずれることが抑制される。その結果、信号線路500では、誘電体素体512の薄型化を図ることが可能である。
しかしながら、特許文献1に記載の信号線路500では、以下に説明するように、信号線532の特性インピーダンスにばらつきが発生するおそれがある。より詳細には、信号線路500では、グランド導体530は開口540が設けられた導体であり、グランド導体534はベタ状の導体である。このような信号線路500の設計時には、グランド導体534が存在しグランド導体530が存在しない状態における信号線532の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)よりも高くなるように、信号線532とグランド導体534との間隔の設計を行う。次に、グランド導体530を追加した状態における信号線532の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)となるように、グランド導体530の開口540の形状や信号線532とグランド導体530との間隔の設計を行う。
ここで、グランド導体534が存在しグランド導体530が存在しない状態における信号線532の特性インピーダンスは、信号線532とグランド導体534との間隔によって定まる。よって、信号線路500は、信号線532とグランド導体534との間隔が設計値となるように、製造されることが要求される。
ところが、信号線532は誘電体シート522b上に設けられ、グランド導体534は、誘電体シート522c上に設けられている。そのため、誘電体シート522b,522cの積層時における、誘電体シート522b,522c同士の接触状態のばらつきによって、信号線532とグランド導体534との間隔が設計値からずれてしまうおそれがある。その結果、信号線532の特性インピーダンスにばらつきが発生するおそれがある。
実用新案登録第3173143号公報
そこで、本発明の目的は、信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる積層型フラットケーブル及びその製造方法を提供することである。
本発明の一形態に係る積層型フラットケーブルは、第1の主面及び第2の主面を有する第1の基材層及び第3の主面及び第4の主面を有する第2の基材層が該第2の主面と該第3の主面とが対向するように積層されてなる積層体と、高周波信号が伝送される信号線路であって、前記第2の主面上に形成されている信号線路と、前記第1の主面上に形成され、かつ、前記信号線路と対向している基準グランド導体と、前記第3の主面上又は前記第4の主面上に形成され、かつ、前記信号線路と対向している補助グランド導体と、を備えており、前記補助グランド導体には、前記信号線路に沿って並んでいる複数の開口が設けられていること、を特徴とする。
また、本発明の一形態に係る積層型フラットケーブルの製造方法は、第1の基材層の第1の主面上に基準グランド導体を形成する第1の工程と、前記第1の基材層の第2の主面上に、該第2の主面の法線方向から平面視したときに、前記基準グランド導体と重なる信号線路を形成する第2の工程と、第2の基材層の第3の主面上又は第4の主面上に、複数の開口が設けられた補助グランド導体を形成する第3の工程と、前記複数の開口が前記信号線路に沿って並び、かつ、前記第2の主面と前記第3の主面とが対向するように、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを積層する第4の工程と、を備えていること、を特徴とする。
本発明によれば、信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる。
本発明の一実施形態に係る積層型フラットケーブルの外観斜視図である。 図1の積層型フラットケーブルの誘電体素体の分解図である。 図1の積層型フラットケーブルの断面構造図である。 積層型フラットケーブルの断面構造図である。 積層型フラットケーブルの信号線路及び補助グランド導体を積層方向から平面視した図である。 積層型フラットケーブルのコネクタの外観斜視図及び断面構造図である。 積層型フラットケーブルが用いられた電子機器をy軸方向及びz軸方向から平面視した図である。 図7(a)のCにおける断面構造図である。 積層型フラットケーブルの製造時の工程断面図である。 第1の変形例に係る積層型フラットケーブルの積層体の分解図である。 第2の変形例に係る積層型フラットケーブルの断面構造図である。 第3の変形例に係る高周波信号線路の信号線路及び補助グランド導体を積層方向から平面視した図である。 第4の変形例に係る積層型フラットケーブルの積層体の分解図である。 特許文献1に記載の高周波信号線路の分解図である。
以下に、本発明の実施形態に係る高周波信号線路及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
(高周波信号線路の構成)
以下に、本発明の一実施形態に係る高周波信号線路の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る積層型フラットケーブル10の外観斜視図である。図2は、図1の積層型フラットケーブル10の誘電体素体12の分解図である。図3は、図1の積層型フラットケーブル10の断面構造図である。図4は、積層型フラットケーブル10の断面構造図である。図5は、積層型フラットケーブル10の信号線路20及び補助グランド導体24を積層方向から平面視した図である。図1ないし図5において、積層型フラットケーブル10の積層方向をz軸方向と定義する。また、積層型フラットケーブル10の長手方向をx軸方向と定義し、x軸方向及びz軸方向に直交する方向をy軸方向と定義する。
積層型フラットケーブル10は、例えば、携帯電話等の電子機器内において、2つの高周波回路を接続するために用いられる。積層型フラットケーブル10は、図1ないし図3に示すように、誘電体素体12、外部端子16(16a,16b)、信号線路20、基準グランド導体22、補助グランド導体24、スルーホールT1〜T4及びコネクタ100a,100bを備えている。
誘電体素体12は、図1に示すように、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在する可撓性を有する板状部材であり、線路部12a、接続部12b,12cを含んでいる。誘電体素体12は、図2に示すように、保護層14、誘電体シート18a、接着層19、誘電体シート18b及び保護層15がz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積層されて構成されている積層体である。以下では、誘電体素体12のz軸方向の正方向側の主面を表面と称し、誘電体素体12のz軸方向の負方向側の主面を裏面と称す。
線路部12aは、図2に示すように、x軸方向に延在している。接続部12b,12cはそれぞれ、線路部12aのx軸方向の負方向側の端部及びx軸方向の正方向側の端部に接続されており、矩形状をなしている。接続部12b,12cのy軸方向の幅は、線路部12aのy軸方向の幅よりも広い。
誘電体シート18a,18bは、図2に示すように、z軸方法から平面視したときに、x軸方向に延在しており、誘電体素体12と同じ形状をなしている。誘電体シート18a,18bは、ポリイミドや液晶ポリマー等の可撓性を有する熱可塑性樹脂により構成されている。以下では、誘電体シート18aのz軸方向の正方向側の主面を表面(第1の主面)と称し、誘電体シート18aのz軸方向の負方向側の主面を裏面(第2の主面)と称す。誘電体シート18bのz軸方向の正方向側の主面を表面(第3の主面)と称し、誘電体シート18bのz軸方向の負方向側の主面を裏面(第4の主面)と称す
誘電体シート18a,18bは、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが対向するように積層されている。ただし、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面との間には、接着層19が設けられている。
誘電体シート18aの厚さT11は、図4に示すように、誘電体シート18bの厚さT12よりも大きい。誘電体シート18a,18bの積層後において、厚さT11は、例えば、50〜300μmである。本実施形態では、厚さT11は100μmである。また、厚さT12は、例えば、10〜100μmである。本実施形態では、厚さT12は25μmである。
また、誘電体シート18aは、線路部18a−a及び接続部18a−b,18a−cにより構成されている。誘電体シート18bは、線路部18b−a及び接続部18b−b,18b−cにより構成されている。線路部18a−a,18b−aは、線路部12aを構成している。接続部18a−b,18b−bは、接続部12bを構成している。接続部18a−c,18b−cは、接続部12cを構成している。
接着層19は、図2に示すように、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在しており、誘電体素体12と同じ形状をなしている。接着層19は、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とを接着する接着剤の層であり、例えば、ポリイミドや酢酸ビニル等の樹脂系接着剤により構成されている。誘電体シート18a,18bの積層後において、接着層19の厚さT13(図4参照)は、例えば、10μm〜50μmである。本実施形態では、厚さT13は25 μmである。図4に示すように、厚さT11は、厚さT12と厚さT13との合計よりも大きい。
信号線路20は、図2に示すように、高周波信号が伝送され、誘電体シート18aの裏面上に形成されている線状導体である。信号線路20は、線路部18a−aをx軸方向に延在している。信号線路20のx軸方向の負方向側の端部は、接続部18a−bの中央に位置している。信号線路20のx軸方向の正方向側の端部は、接続部18a−cの中央に位置している。信号線路20には高周波信号が伝送される。信号線路20の線幅は、例えば100〜500μmである。本実施形態では、信号線路20の線幅は300μmである。信号線路20は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、信号線路20が誘電体シート18aの裏面に形成されているとは、誘電体シート18aの裏面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて信号線路20が形成されていることや、誘電体シート18aの裏面に張り付けられた金属箔がパターニングされて信号線路20が形成されていることを指す。また、信号線路20の表面には平滑化が施されるので、信号線路20が誘電体シート18aに接している面の表面粗さは信号線路20が誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
基準グランド導体22は、図2に示すように、誘電体シート18aの表面に形成され、誘電体シート18aを介して信号線路20と対向している。より詳細には、基準グランド導体22は、誘電体シート18aの表面においてx軸方向に延在しているベタ状の導体である。基準グランド導体22は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、基準グランド導体22が誘電体シート18aの表面に形成されているとは、誘電体シート18aの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて基準グランド導体22が形成されていることや、誘電体シート18aの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて基準グランド導体22が形成されていることを指す。また、基準グランド導体22の表面には平滑化が施されるので、基準グランド導体22が誘電体シート18aに接している面の表面粗さは基準グランド導体22が誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
また、基準グランド導体22は、線路部22a、端子部22b,22cにより構成されている。線路部22aは、線路部18a−aの表面に設けられ、x軸方向に延在している。端子部22bは、線路部18a−bの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部22bは、線路部22aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部22cは、線路部18a−cの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部22cは、線路部22aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。
補助グランド導体24は、図2に示すように、誘電体シート18bの裏面に形成され、誘電体シート18b及び接着層19を介して信号線路20と対向している。より詳細には、補助グランド導体24は、誘電体シート18bの裏面においてx軸方向に延在している導体である。補助グランド導体24には、信号線路20に沿って並んでいる複数の開口30が設けられている。以下に、開口30について図面を参照しながら説明する。
開口30は、図2及び図5に示すように、z軸方向から平面視したときに、信号線路20と重なっており、十字型をなしている。より詳細には、開口30は、x軸方向に長手方向を有する長方形の四隅が切り欠かれた形状をなしている。よって、開口30のx軸方向の両端におけるy軸方向の幅W2は、開口30のx軸方向の両端を除く中間部分におけるy軸方向の幅W1よりも小さくなっている。
また、複数の開口30は、x軸方向に一列に並んでいる。したがって、隣り合う開口30間には補助グランド導体24の一部が存在している。そこで、隣り合う開口30間に存在している補助グランド導体24の一部をブリッジ部60と呼ぶ。これにより、補助グランド導体24は、はしご状をなしている。また、信号線路20は、複数の開口30と複数のブリッジ部60とが交互に重なっている。信号線路20は、開口30及びブリッジ部60のy軸方向の中央をx軸方向に横切っている。
また、以下では、積層型フラットケーブル10において、開口30のx軸方向の両端に対応する領域を領域A3と呼ぶ。また、積層型フラットケーブル10において、開口30のx軸方向の両端を除く中間部分に対応する領域を領域A1と呼ぶ。また、積層型フラットケーブル10において、ブリッジ部60に対応する領域をA2と呼ぶ。
補助グランド導体24は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、補助グランド導体24が誘電体シート18bの裏面に形成されているとは、誘電体シート18bの裏面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて補助グランド導体24が形成されていることや、誘電体シート18bの裏面に張り付けられた金属箔がパターニングされて補助グランド導体24が形成されていることを指す。また、補助グランド導体24の表面には平滑化が施されるので、補助グランド導体24が誘電体シート18bに接している面の表面粗さは補助グランド導体24が誘電体シート18bに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
また、補助グランド導体24は、線路部24a、端子部24b,24cにより構成されている。線路部24aは、線路部18b−aの裏面に設けられ、x軸方向に延在している。端子部24bは、線路部18b−bの裏面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部24bは、線路部24aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部24cは、線路部18b−cの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部24cは、線路部24aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。
外部端子16aは、図1及び図2に示すように、接続部18a−bの表面上の中央に形成されている矩形状の導体である。よって、外部端子16aは、z軸方向から平面視したときに、信号線路20のx軸方向の負方向側の端部と重なっている。外部端子16bは、図1及び図2に示すように、接続部18a−cの表面上の中央に形成されている矩形状の導体である。よって、外部端子16bは、z軸方向から平面視したときに、信号線路20のx軸方向の正方向側の端部と重なっている。外部端子16a,16bは、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。また、外部端子16a,16bの表面には、Ni/Auめっきが施されている。ここで、外部端子16a,16bが誘電体シート18aの表面に形成されているとは、誘電体シート18aの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて外部端子16a,16bが形成されていることや、誘電体シート18aの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて外部端子16a,16bが形成されていることを指す。また、外部端子16a,16bの表面には平滑化が施されるので、外部端子16a,16bが誘電体シート18aに接している面の表面粗さは外部端子16a,16bが誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
以上のように、信号線路20は、基準グランド導体22及び補助グランド導体24によって挟まれている。すなわち、信号線路20、基準グランド導体22及び補助グランド導体24は、トリプレート型のストリップライン構造をなしている。また、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、図4に示すように誘電体シート18aの厚さT11と略等しく、例えば、50μm〜300μmである。本実施形態では、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、175μmである。一方、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、図4に示すように誘電体シート18bの厚さT12及び接着層19の厚さT13の合計と略等しく、例えば、10μm〜100μmである。本実施形態では、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、25μmである。すなわち、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、信号線路20と基準グランド導体22との間隔よりも小さくなるように設計されている。
スルーホールT1(層間接続部)は、誘電体シート18aの接続部18a−b、接着層19及び誘電体シート18bの接続部18b−b(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、外部端子16aと信号線路20のx軸方向の負方向側の端部とを接続している。スルーホールT2(層間接続部)は、誘電体シート18aの接続部18a−c、接着層19及び誘電体シート18bの接続部18b−c(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、外部端子16bと信号線路20のx軸方向の正方向側の端部とを接続している。これにより、信号線路20は、外部端子16a,16b間に接続されている。スルーホールT1,T2は、誘電体素体12に形成された貫通孔内にNi/Auめっきにより金属材料が充填されることによって形成されている。
スルーホールT3(層間接続部)は、誘電体シート18aの線路部18a−a、接着層19及び誘電体シート18bの線路部18b−a(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。複数のスルーホールT3は、図2に示すように、各ブリッジ部60よりもy軸方向の正方向側に設けられており、x軸方向に一列に並んでいる。スルーホールT3は、誘電体素体12に形成された貫通孔内にNi/Auめっきにより金属材料が充填されることによって形成されている。
スルーホールT4(層間接続部)は、誘電体シート18aの線路部18a−a、接着層19及び誘電体シート18bの線路部18b−a(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。複数のスルーホールT4は、図2に示すように、各ブリッジ部60よりもy軸方向の負方向側に設けられており、x軸方向に一列に並んでいる。スルーホールT4は、誘電体素体12に形成された貫通孔内にNi/Auめっきにより金属材料が充填されることによって形成されている。
保護層14は、誘電体シート18aの表面の略全面を覆っている絶縁膜である。これにより、保護層14は、基準グランド導体22を覆っている。保護層14は、例えば、レジスト材等の可撓性樹脂からなる。
また、保護層14は、図2に示すように、線路部14a及び接続部14b,14cにより構成されている。線路部14aは、線路部18a−aの表面の全面を覆うことにより、線路部22aを覆っている。
接続部14bは、線路部14aのx軸方向の負方向側の端部に接続されており、接続部18a−bの表面を覆っている。ただし、接続部14bには、開口Ha〜Hdが設けられている。開口Haは、接続部14bの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16aは、開口Haを介して外部に露出している。また、開口Hbは、開口Haよりもy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hcは、開口Haよりもx軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hdは、開口Haよりもy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子部22bは、開口Hb〜Hdを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
接続部14cは、線路部14aのx軸方向の正方向側の端部に接続されており、接続部18a−cの表面を覆っている。ただし、接続部14cには、開口He〜Hhが設けられている。開口Heは、接続部14cの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16bは、開口Heを介して外部に露出している。また、開口Hfは、開口Heよりもy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hgは、開口Heよりもx軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hhは、開口Heよりもy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子部22cは、開口Hf〜Hhを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
また、保護層14には、スルーホールT3,T4に対応する位置にそれぞれ開口H1,H2が設けられている。
保護層15は、誘電体シート18bの裏面の略全面を覆っている絶縁膜である。これにより、保護層15は、開口30を含む補助グランド導体24を覆っている。保護層15は、例えば、レジスト材等の可撓性樹脂からなる。
また、保護層15は、図2に示すように、線路部15a及び接続部15b,15cにより構成されている。線路部15aは、線路部18b−aの裏面の全面を覆うことにより、線路部24aを覆っている。
接続部15bは、線路部15aのx軸方向の負方向側の端部に接続されており、接続部18b−bの裏面を覆っている。これにより、接続部15bは、端子部24bを覆っている。接続部15cは、線路部15aのx軸方向の正方向側の端部に接続されており、接続部18b−cの裏面を覆っている。これにより、接続部15cは、端子部24cを覆っている。
また、保護層15には、スルーホールT1,T2,T3,T4に対応する位置にそれぞれ開口H5,H6,H3,H4が設けられている。
以上のように構成された積層型フラットケーブル10では、信号線路20の特性インピーダンスは、隣り合う2つのブリッジ部60間において、最小値Z2、中間値Z3、最大値Z1の順に増加した後に、最大値Z1、中間値Z3、最小値Z2の順に減少するように変動する。より詳細には、開口30は、図5に示すように、領域A1において幅W1を有しており、領域A3において幅W1よりも小さな幅W2を有している。そのため、領域A1における信号線路20と補助グランド導体24との距離は、領域A3における信号線路20と補助グランド導体24との距離よりも大きい。これにより、領域A1における信号線路20に発生する磁界の強度が、領域A3における信号線路20に発生する磁界の強度よりも大きくなり、領域A1におけるインダクタンス成分が大きくなる。つまり、領域A1においてはL性が支配的になる。
更に、領域A2には、ブリッジ部60が設けられている。そのため、領域A3における信号線路20と補助グランド導体24との距離は、領域A2における信号線路20と補助グランド導体24との距離よりも大きい。これにより、領域A2における信号線路20に形成される容量が、領域A3における信号線路20に形成される容量よりも大きくなる。更に、領域A2における磁界強度が領域A3における磁界強度より小さくなる。つまり、領域A2においてはC性が支配的になる。
ここで、信号線路20の特性インピーダンスは、L性が支配的になれば大きくなり、C性が支配的になれば小さくなる。よって、信号線路20の特性インピーダンスは、領域A1において、最大値Z1(例えば、70Ω)となっている。また、信号線路20の特性インピーダンスは、領域A3において、中間値Z3(例えば、55Ω)となっている。また、信号線路20の特性インピーダンスは、領域A2において、最小値Z2(例えば、30Ω)となっている。信号線路20には、複数の開口30及び複数のブリッジ部60が交互に重なっている。そのため、信号線路20の特性インピーダンスは、周期的に変動する。そして、積層型フラットケーブル10全体の特性インピーダンスは、所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)である。
コネクタ100a,100bはそれぞれ、図1に示すように、接続部12b,12cの表面上に実装される。コネクタ100a,100bの構成は同じであるので、以下にコネクタ100bの構成を例に挙げて説明する。図6は、積層型フラットケーブル10のコネクタ100bの外観斜視図及び断面構造図である。
コネクタ100bは、図1及び図6に示すように、コネクタ本体102、外部端子104,106、中心導体108及び外部導体110により構成されている。コネクタ本体102は、矩形状の板部材に円筒部材が連結された形状をなしており、樹脂等の絶縁材料により作製されている。
外部端子104は、コネクタ本体102の板部材のz軸方向の負方向側の面において、外部端子16bと対向する位置に設けられている。外部端子106は、コネクタ本体102の板部材のz軸方向の負方向側の面において、開口Hf〜Hhを介して露出している端子部22cに対応する位置に設けられている。
中心導体108は、コネクタ本体102の円筒部材の中心に設けられており、外部端子104と接続されている。中心導体108は、高周波信号が入力又は出力する信号端子である。外部導体110は、コネクタ本体102の円筒部材の内周面に設けられており、外部端子106と接続されている。外部導体110は、接地電位に保たれるグランド端子である。
以上のように構成されたコネクタ100bは、図3及び図6に示すように、外部端子104が外部端子16bと接続され、外部端子106が端子部22cと接続されるように、接続部12cの表面上に実装される。これにより、信号線路20は、中心導体108に電気的に接続されている。また、基準グランド導体22及び補助グランド導体24は、外部導体110に電気的に接続されている。
積層型フラットケーブル10は、以下に説明するように用いられる。図7は、積層型フラットケーブル10が用いられた電子機器200をy軸方向及びz軸方向から平面視した図である。図8は、図7(a)のCにおける断面構造図である。
電子機器200は、積層型フラットケーブル10、回路基板202a,202b、レセプタクル204a,204b、バッテリーパック(金属体)206及び筐体210を備えている。
回路基板202aには、例えば、アンテナを含む送信回路又は受信回路が設けられている。回路基板202bには、例えば、給電回路が設けられている。バッテリーパック206は、例えば、リチウムイオン2次電池であり、その表面が金属カバーにより覆われた構造を有している。回路基板202a、バッテリーパック206及び回路基板202bは、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
レセプタクル204a,204bはそれぞれ、回路基板202a,202bのz軸方向の負方向側の主面上に設けられている。レセプタクル204a,204bにはそれぞれ、コネクタ100a,100bが接続される。これにより、コネクタ100a,100bの中心導体108には、回路基板202a,202b間を伝送される例えば2GHzの周波数を有する高周波信号がレセプタクル204a,204bを介して印加される。また、コネクタ100a,100bの外部導体110には、回路基板202a,202b及びレセプタクル204a,204bを介して、グランド電位に保たれる。これにより、積層型フラットケーブル10は、回路基板202a,202b間を接続している。
ここで、誘電体素体12の表面(より正確には、保護層14)は、図8に示すように、バッテリーパック206に対して接触している。そして、誘電体素体12とバッテリーパック206とは、接着剤等により固定されている。誘電体素体12の表面は、信号線路20に関して基準グランド導体22側に位置する主面である。よって、信号線路20とバッテリーパック206との間には、ベタ状の(x軸方向に連続的に延在する)基準グランド導体22が位置している。
(積層型フラットケーブルの製造方法)
以下に、積層型フラットケーブル10の製造方法について図2及び図9を参照しながら説明する。図9は、積層型フラットケーブル10の製造時の工程断面図である。以下では、一つの積層型フラットケーブル10が作製される場合を例にとって説明するが、実際には、大判の誘電体シートが積層及びカットされることにより、同時に複数の積層型フラットケーブル10が作製される。
まず、表面上及び裏面上の全面に銅箔(金属膜)が形成された熱可塑性樹脂からなる誘電体シート18aを準備する。具体的には、誘電体シート18aの表面及び裏面に銅箔を張り付ける。また、誘電体シート18bの裏面に銅箔を張り付ける。更に、誘電体シート18a,18bの銅箔の表面に、例えば、防錆のための亜鉛鍍金を施して、平滑化する。誘電体シート18a,18bは、液晶ポリマーである。また、銅箔の厚さは、10μm〜20μmである。
次に、誘電体シート18aの表面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示す外部端子16a,16b及び基準グランド導体22を誘電体シート18aの表面上に形成する。具体的には、誘電体シート18aの表面の銅箔上に、図2に示す外部端子16a,16b及び基準グランド導体22と同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジスト液を吹き付けてレジストを除去する。これにより、図2に示すような、外部端子16及び基準グランド導体22が誘電体シート18aの表面上にフォトリソグラフィ工程により形成される。
次に、外部端子16a,16b又は基準グランド導体22を位置決めマークとして用いて誘電体シート18aの裏面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示す信号線路20を誘電体シート18aの裏面上に形成する。具体的には、誘電体シート18aの裏面の銅箔上に、図2に示す信号線路20と同じ形状のレジストを外部端子16a,16b又は基準グランド導体22を位置決めマークとして用いて印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、図2に示すような、信号線路20が誘電体シート18aの裏面上にフォトリソグラフィ工程により形成されるなお、外部端子16a,16b及び基準グランド導体22と信号線路20とを同じ工程において同時に形成してもよい。また、信号線路20を形成した後に、信号線路20を位置決めマークとして用いて外部端子16a,16b及び基準グランド導体22を形成してもよい。
次に、誘電体シート18bの裏面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示す補助グランド導体24を誘電体シート18bの裏面上に形成する。具体的には、誘電体シート18bの裏面の銅箔上に、図2に示す補助グランド導体24と同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、図2に示すような、補助グランド導体24が誘電体シート18bの裏面にフォトリソグラフィ工程により形成される。
次に、図9(a)及び図9(b)に示すように、複数の開口30が信号線路20に沿って並び、かつ、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが対向するように、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bをz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積み重ねて誘電体素体12を形成する。そして、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bに対してz軸方向の正方向側及び負方向側から熱及び圧力を加えることにより、接着層19を軟化させて、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bを一体化する。
次に、図9(c)に示すように、樹脂(レジスト)ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、誘電体シート18aの表面上に基準グランド導体22を覆う保護層14を形成する。更に、樹脂(レジスト)ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、誘電体シート18bの裏面上に補助グランド導体24を覆う保護層15を形成する。
次に、図9(d)に示すように、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bのスルーホールT1〜T4が形成される位置にレーザービームを照射することによって貫通孔h1〜h4(貫通孔h3,h4のみ図示)を形成する。そして、図9(e)に示すように、Ni/Auのめっきを施すことによって、貫通孔h1〜h4内に金属を充填し、スルーホールT1〜T4を形成する。めっき工程において、外部端子16a,16b及び端子部22b,22cの表面にもNi/Auのめっき膜が形成される。
最後に、接続部12b,12c上の外部端子16a,16b及び端子部22b,22c上にはんだを用いてコネクタ100a,100bを実装する。これにより、図1に示す積層型フラットケーブル10が得られる。
(効果)
以上のように構成された積層型フラットケーブル10及びその製造方法によれば、信号線路20の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる。より詳細には、積層型フラットケーブル10の設計時には、基準グランド導体22が存在し補助グランド導体24が存在しない状態における信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)よりも高くなるように、信号線路20と基準グランド導体22との間隔の設計を行う。次に、補助グランド導体24を追加した状態における信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)となるように、補助グランド導体24の開口30の形状及び信号線路20と補助グランド導体24との間隔の設計を行う。
ここで、基準グランド導体22が存在し補助グランド導体24が存在しない状態における信号線路20の特性インピーダンスは、信号線路20と基準グランド導体22との間隔によって定まる。よって、積層型フラットケーブル10は、信号線路20と基準グランド導体22との間隔が設計値となるように、製造されることが要求される。
そこで、積層型フラットケーブル10では、信号線路20は、誘電体シート18aの裏面上に形成されている。開口30が設けられている基準グランド導体22は、誘電体シート18aの表面上に形成されている。すなわち、信号線路20及び基準グランド導体22は、同一の誘電体シート18aの両主面に形成されている。これにより、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、誘電体シート18aの厚さに保たれるようになる。すなわち、積層後の誘電体シート18aが前記設計値となるように積層型フラットケーブル10を設計することによって、信号線路20と基準グランド導体22との間隔を設計値に近づけることが可能となる。その結果、信号線路20の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる。
また、積層型フラットケーブル10及びその製造方法によれば、信号線路20と基準グランド導体22との間隔を設計値に精度よく近づけることができる。より詳細には、接着層が用いられずに、誘電体シートを圧着する場合には、誘電体シートが軟化するため、信号線路と基準グランドとの間隔が熱処理条件や加圧条件によってばらついてしまう。一方、積層型フラットケーブル10及びその製造方法では、接着層19が用いられているため、誘電体シート18aが大きく軟化しない。その結果、信号線路20と基準グランド導体22との間隔を設計値に精度良く近づけることができる。これは、誘電体シート18aが略軟化しない状態で接着層19が誘電体シート18aと誘電体シート18bとを接着(接合)しているためである。
更に、積層型フラットケーブル10及びその製造方法によれば、誘電体シート18aの両主面に信号線路20及び基準グランド導体22が形成される。このため、信号線路20及び基準グランド導体22の位置精度は、フォトリソグラフィ工程の加工精度によって決定される。フォトリソグラフィ工程の加工精度は一般的に非常に高いので、信号線路20及び基準グランド導体22の位置精度も非常に高くなる。その結果、信号線路20と基準グランド導体22との間に位置ずれが発生することが抑制される。
また、積層型フラットケーブル10では、外部端子16a,16bと信号線路20とに位置ずれが生じることが抑制される。より詳細には、積層型フラットケーブル10では、信号線路20は、誘電体シート18aの裏面上に形成されている。外部端子16a,16bは、誘電体シート18aの表面上に形成されている。すなわち、信号線路20及び外部端子16a,16bは、同一の誘電体シート18aの両主面に形成されている。このため、外部端子16a,16b及び信号線路20の位置精度は、フォトリソグラフィ工程の加工精度によって決定される。フォトリソグラフィ工程の加工精度は一般的に非常に高いので、外部端子16a,16b及び信号線路20の位置精度も非常に高くなる。更に、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bの積層時に誘電体シート18aと誘電体シート18bとの間で積層ずれが発生することによって、信号線路20と外部端子16a,16bとの間に位置ずれが発生することが抑制される。その結果、信号線路20と外部端子16a,16bとの間で断線が発生したり、信号線路20と外部端子16a,16bとの間の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンスからずれたりすることが抑制される。
また、積層型フラットケーブル10によれば、補助グランド導体24に複数の開口30が設けられているので、積層型フラットケーブル10を容易に曲げることができる。
また、積層型フラットケーブル10によれば、信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)からずれることを抑制できる。積層型フラットケーブル10では、信号線路20に関して基準グランド導体22側に位置する誘電体素体12の表面が、バッテリーパック206に対して接触している。すなわち、信号線路20とバッテリーパック206との間には、開口30が設けられた補助グランド導体24ではなく、ベタ状の基準グランド導体22が設けられている。これにより、信号線路20とバッテリーパック206との間で電磁界結合が発生することが抑制される。その結果、積層型フラットケーブル10では、信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンスからずれることが抑制される。
また、積層型フラットケーブル10によれば、誘電体素体12の薄型化を図ることができる。より詳細には、補助グランド導体24には開口30が設けられている。信号線路20は、開口30と重なっている。これにより、信号線路20と補助グランド導体24との間には、容量が形成されにくくなる。したがって、信号線路20の特性インピーダンスを所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)に維持した状態で、信号線路20と補助グランド導体24とを近づけることが可能となる。その結果、積層型フラットケーブル10の薄型化が図られる。積層型フラットケーブル10の薄型化が図られると、積層型フラットケーブル10を容易に曲げることが可能となる。
また、積層型フラットケーブル10によれば、補助グランド導体24は、保護層15により覆われている。これにより、補助グランド導体24は、誘電体素体12の裏面において露出しない。そのため、誘電体素体12の裏面に他の物品が配置されたとしても、補助グランド導体24と他の物品とが直接に対向しないので、信号線路20の特性インピーダンスの変動が抑制される。
(第1の変形例)
以下に、第1の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図10は、第1の変形例に係る積層型フラットケーブル10aの誘電体素体12の分解図である。
積層型フラットケーブル10aは、保護層14,15の代わりに、誘電体シート18c,18d及び接着層19a,19bが設けられている点において、積層型フラットケーブル10と相違する。
より詳細には、誘電体シート18aのz軸方向の正方向側には、接着層19aが積層されている。更に、接着層19aのz軸方向の正方向側には、誘電体シート18cが積層されている。誘電体シート18c及び接着層19aには、保護層14に設けられていた開口Ha〜Hhが設けられている。これにより、外部端子16a,16b及び端子部22b,22cが露出している。
また、誘電体シート18bのz軸方向の負方向側には、接着層19bが積層されている。更に、接着層19bのz軸方向の負方向側には、誘電体シート18dが積層されている。
以上のように構成された積層型フラットケーブル10aは、積層型フラットケーブル10と同じ効果を奏することができる。
また、ポリイミドや液晶ポリマーからなる誘電体シート18c,18dは、レジスト材からなる保護層14,15に比べて強度が高い。そのため、積層型フラットケーブル10aによれば、誘電体素体12の強度が向上する。
(第2の変形例)
以下に、第2の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図11は、第1の変形例に係る積層型フラットケーブル10bの断面構造図である。
積層型フラットケーブル10bは、スルーホールT1〜T4の構造において積層型フラットケーブル10と相違する。より詳細には、積層型フラットケーブル10bでは、スルーホールT1〜T4は、貫通孔の内部が導体によって充填されておらず、中空構造をなしている。スルーホールT1〜T4は、めっきにより形成された金属膜によって貫通孔の内周面が覆われることによって構成されている。
積層型フラットケーブル10bのスルーホールT1〜T4は、積層型フラットケーブル10のスルーホールT1〜T4よりも変形しやすい。よって、積層型フラットケーブル10bを積層型フラットケーブル10よりも容易に変形させることが可能となる。
(第3の変形例)
以下に、第3の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図12は、積層型フラットケーブル10cの信号線路20及び補助グランド導体24を積層方向から平面視した図である。
積層型フラットケーブル10cは、信号線路20及び開口30の形状において積層型フラットケーブル10と相違する。
より詳細には、開口30は、領域A3においてテーパー状をなしている。また、領域A1における信号線路20の線幅W11は、領域A2における信号線路20の線幅W12よりも大きい。そして、領域A3では、信号線路20は領域A2に近づくにつれて線幅が細くなるテーパー状をなしている。
積層型フラットケーブル10dによれば、領域A3において信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、領域A1から領域A2に近づくにしたがって徐々に小さくなる。よって、領域A3において信号線路20と基準グランド導体22との間に形成される容量は、領域A1から領域A2に近づくにしたがって徐々に大きくなる。その結果、領域A3における信号線路20の特性インピーダンスZ3が急激に変動することが抑制され、信号線路20において高周波信号の反射が発生することが抑制される。
また、領域A2における信号線路20の線幅W12は、領域A1における信号線路20の線幅W11よりも小さい。よって、信号線路20とブリッジ部60との間に形成される容量が大きくなり過ぎることが抑制される。その結果、領域A2における信号線路20の特性インピーダンスZ2が小さくなり過ぎることが抑制される。
(第4の変形例)
以下に、第4の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図13は、第4の変形例に係る積層型フラットケーブル10dの誘電体素体12の分解図である。
積層型フラットケーブル10dは、接着層19が設けられていない点において、積層型フラットケーブル10と相違する。よって、誘電体シート18aと誘電体シート18bとは、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが接触するように積層されている。誘電体シート18a,18bの積層時に加熱処理が施されることによって、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが軟化・溶融することによって、誘電体シート18a,18bが接着される。
なお、積層型フラットケーブル10dでは、スルーホールT1〜T4の代わりに、ビアホール導体B1〜B6が設けられている。より詳細には、ビアホール導体B1は、誘電体シート18aをz軸方向に貫通しており、外部端子16aと信号線路20のx軸方向の負方向側の端部とを接続している。ビアホール導体B2は、誘電体シート18aをz軸方向に貫通しており、外部端子16bと信号線路20のx軸方向の正方向側の端部とを接続している。
また、ビアホール導体B3は、誘電体シート18aの線路部18a−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の正方向側に設けられている。ビアホール導体B5は、誘電体シート18bの線路部18b−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の正方向側に設けられている。ビアホール導体B3,B5は、互いに接続されることにより一本のビアホール導体を構成しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。
また、ビアホール導体B4は、誘電体シート18aの線路部18a−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の負方向側に設けられている。ビアホール導体B6は、誘電体シート18bの線路部18b−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の負方向側に設けられている。ビアホール導体B4,B6は、互いに接続されることにより一本のビアホール導体を構成しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。
以上のように構成された積層型フラットケーブル10dは、積層型フラットケーブル10と同じ効果を奏することができる。
また、積層型フラットケーブル10dでは、接着層19が不要であるので、誘電体素体12の薄型化が図られる。
また、積層型フラットケーブル10dでは、ビアホール導体を形成できない接着層19を用いていないので、スルーホールT1〜T4の代わりにビアホール導体B1〜B6を用いることが可能となる。そのため、ビアホール導体B1〜B6は、積層型フラットケーブル10dの表面に露出することがない。その結果、ビアホール導体B1〜B6の腐食が抑制される。また、外部端子16a,16bのめっき時に、ビアホール導体B1〜B6がめっき液によって溶け出すことが抑制される。
(その他の実施形態)
本発明に係る積層型フラットケーブルは、積層型フラットケーブル10,10a〜10dに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
保護層14,15は、スクリーン印刷によって形成されているが、フォトリソグラフィ工程によって形成されてもよい。
また、基準グランド導体22は、ベタ状の導体である。しかしながら、基準グランド導体22には、開口が設けられていてもよい。ただし、基準グランド導体22に設けられている開口の面積は、補助グランド導体24に設けられている開口の面積よりも小さい。
また、積層型フラットケーブル10,10a〜10cにおいて、補助グランド導体24は、誘電体シート18bの表面に形成されていてもよい。
本発明は、積層型フラットケーブル及びその製造方法に有用であり、特に、信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる点において優れている。
B1〜B6 ビアホール導体
T1〜T4 スルーホール
10,10a〜10d 積層型フラットケーブル
12 誘電体素体
14,15 保護層
16a,16b 外部端子
18a〜18d 誘電体シート
19,19a,19b 接着層
20 信号線路
22 基準グランド導体
24 補助グランド導体
30 開口
60 ブリッジ部
100a,100b コネクタ
本発明の一形態に係る積層型フラットケーブルは、第1の主面及び第2の主面を有する第1の基材層及び第3の主面及び第4の主面を有する第2の基材層が該第2の主面と該第3の主面とが対向するように積層されてなる積層体と、高周波信号が伝送される信号線路であって、前記第2の主面上に形成されている信号線路と、前記第1の主面上に形成され、かつ、前記信号線路と対向している基準グランド導体と、前記第3の主面上又は前記第4の主面上に形成され、かつ、前記信号線路と対向している補助グランド導体と、を備えており、前記補助グランド導体には、前記信号線路に沿って並んでいる複数の開口が設けられており前記信号線路は、前記基準グランド導体及び前記補助グランド導体によって積層方向の両側から挟まれており、前記積層体は、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを接着する接着層を更に有していること、を特徴とする。
本発明の一形態に係る積層型フラットケーブルの製造方法は、第1の基材層の第1の主面上に基準グランド導体を形成する第1の工程と、前記第1の基材層の第2の主面上に、該第2の主面の法線方向から平面視したときに、前記基準グランド導体と重なる信号線路を形成する第2の工程と、第2の基材層の第3の主面上又は第4の主面上に、複数の開口が設けられた補助グランド導体を形成する第3の工程と、前記複数の開口が前記信号線路に沿って並び、かつ、前記第2の主面と前記第3の主面とが対向するように、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを積層する第4の工程と、を備えており前記信号線路は、前記基準グランド導体及び前記補助グランド導体によって積層方向の両側から挟まれており、前記第4の工程では、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを接着層によって接着すること、を特徴とする。
本発明は、高周波信号線路の製造方法に関し、より特定的には、高周波信号の伝送に用いられる高周波信号線路の製造方法に関する。
従来の高周波信号線路としては、例えば、特許文献1に記載の高周波信号線路が知られている。図14は、特許文献1に記載の高周波信号線路500の分解図である。
図14に示す信号線路500は、誘電体素体512、グランド導体530、信号線532及び補助グランド導体534を備えている。誘電体素体512は、誘電体シート522a〜522cがこの順に積層されて構成されている。
信号線532は、誘電体シート522b上に設けられている。グランド導体530は、誘電体シート522a上に設けられており、誘電体シート522aを介して信号線532と対向している。また、グランド導体530には、信号線532と重なる複数の開口540が設けられている。
グランド導体534は、誘電体シート522c上に設けられており、誘電体シート522bを介して信号線532と対向している。
以上のように構成された信号線路500では、グランド導体530に開口540が設けられているので、グランド導体530と信号線532との間に容量が形成されにくくなる。そのため、グランド導体530と信号線532との積層方向の間隔を小さくしても、これらの間に形成される容量が大きくなりすぎて、信号線532の特性インピーダンスが所望の特性インピーダンスからずれることが抑制される。その結果、信号線路500では、誘電体素体512の薄型化を図ることが可能である。
しかしながら、特許文献1に記載の信号線路500では、以下に説明するように、信号線532の特性インピーダンスにばらつきが発生するおそれがある。より詳細には、信号線路500では、グランド導体530は開口540が設けられた導体であり、グランド導体534はベタ状の導体である。このような信号線路500の設計時には、グランド導体534が存在しグランド導体530が存在しない状態における信号線532の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)よりも高くなるように、信号線532とグランド導体534との間隔の設計を行う。次に、グランド導体530を追加した状態における信号線532の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)となるように、グランド導体530の開口540の形状や信号線532とグランド導体530との間隔の設計を行う。
ここで、グランド導体534が存在しグランド導体530が存在しない状態における信号線532の特性インピーダンスは、信号線532とグランド導体534との間隔によって定まる。よって、信号線路500は、信号線532とグランド導体534との間隔が設計値となるように、製造されることが要求される。
ところが、信号線532は誘電体シート522b上に設けられ、グランド導体534は、誘電体シート522c上に設けられている。そのため、誘電体シート522b,522cの積層時における、誘電体シート522b,522c同士の接触状態のばらつきによって、信号線532とグランド導体534との間隔が設計値からずれてしまうおそれがある。その結果、信号線532の特性インピーダンスにばらつきが発生するおそれがある。
実用新案登録第3173143号公報
そこで、本発明の目的は、信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる高周波信号線路の製造方法を提供することである。
また、本発明の一形態に係る高周波信号線路の製造方法は、第1の基材層の第1の主面上に基準グランド導体を形成する第1の工程と、前記第1の基材層の第2の主面上に、該第2の主面の法線方向から平面視したときに、前記基準グランド導体と重なる信号線路を形成する第2の工程と、第2の基材層の第3の主面上又は第4の主面上に、複数の開口が設けられた補助グランド導体を形成する第3の工程と、前記複数の開口が前記信号線路に沿って並び、かつ、前記第2の主面と前記第3の主面とが対向するように、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを積層する第4の工程と、を備えており、前記信号線路は、前記基準グランド導体及び前記補助グランド導体によって積層方向の両側から挟まれており、前記第4の工程では、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを接着層によって接着すること、を特徴とする。
本発明によれば、信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる。
本発明の高周波信号線路の一実施形態に係る積層型フラットケーブルの外観斜視図である。 図1の積層型フラットケーブルの誘電体素体の分解図である。 図1の積層型フラットケーブルの断面構造図である。 積層型フラットケーブルの断面構造図である。 積層型フラットケーブルの信号線路及び補助グランド導体を積層方向から平面視した図である。 積層型フラットケーブルのコネクタの外観斜視図及び断面構造図である。 積層型フラットケーブルが用いられた電子機器をy軸方向及びz軸方向から平面視した図である。 図7(a)のCにおける断面構造図である。 積層型フラットケーブルの製造時の工程断面図である。 第1の変形例に係る積層型フラットケーブルの積層体の分解図である。 第2の変形例に係る積層型フラットケーブルの断面構造図である。 第3の変形例に係る高周波信号線路の信号線路及び補助グランド導体を積層方向から平面視した図である。 第4の変形例に係る積層型フラットケーブルの積層体の分解図である。 特許文献1に記載の高周波信号線路の分解図である。
以下に、本発明の実施形態に係る高周波信号線路の製造方法について図面を参照しながら説明する。
(高周波信号線路の構成)
以下に、本発明の一実施形態に係る高周波信号線路である積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る高周波信号線路の積層型フラットケーブル10の外観斜視図である。図2は、図1の積層型フラットケーブル10の誘電体素体12の分解図である。図3は、図1の積層型フラットケーブル10の断面構造図である。図4は、積層型フラットケーブル10の断面構造図である。図5は、積層型フラットケーブル10の信号線路20及び補助グランド導体24を積層方向から平面視した図である。図1ないし図5において、積層型フラットケーブル10の積層方向をz軸方向と定義する。また、積層型フラットケーブル10の長手方向をx軸方向と定義し、x軸方向及びz軸方向に直交する方向をy軸方向と定義する。
積層型フラットケーブル10は、例えば、携帯電話等の電子機器内において、2つの高周波回路を接続するために用いられる。積層型フラットケーブル10は、図1ないし図3に示すように、誘電体素体12、外部端子16(16a,16b)、信号線路20、基準グランド導体22、補助グランド導体24、スルーホールT1〜T4及びコネクタ100a,100bを備えている。
誘電体素体12は、図1に示すように、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在する可撓性を有する板状部材であり、線路部12a、接続部12b,12cを含んでいる。誘電体素体12は、図2に示すように、保護層14、誘電体シート18a、接着層19、誘電体シート18b及び保護層15がz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積層されて構成されている積層体である。以下では、誘電体素体12のz軸方向の正方向側の主面を表面と称し、誘電体素体12のz軸方向の負方向側の主面を裏面と称す。
線路部12aは、図2に示すように、x軸方向に延在している。接続部12b,12cはそれぞれ、線路部12aのx軸方向の負方向側の端部及びx軸方向の正方向側の端部に接続されており、矩形状をなしている。接続部12b,12cのy軸方向の幅は、線路部12aのy軸方向の幅よりも広い。
誘電体シート18a,18bは、図2に示すように、z軸方法から平面視したときに、x軸方向に延在しており、誘電体素体12と同じ形状をなしている。誘電体シート18a,18bは、ポリイミドや液晶ポリマー等の可撓性を有する熱可塑性樹脂により構成されている。以下では、誘電体シート18aのz軸方向の正方向側の主面を表面(第1の主面)と称し、誘電体シート18aのz軸方向の負方向側の主面を裏面(第2の主面)と称す。誘電体シート18bのz軸方向の正方向側の主面を表面(第3の主面)と称し、誘電体シート18bのz軸方向の負方向側の主面を裏面(第4の主面)と称す
誘電体シート18a,18bは、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが対向するように積層されている。ただし、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面との間には、接着層19が設けられている。
誘電体シート18aの厚さT11は、図4に示すように、誘電体シート18bの厚さT12よりも大きい。誘電体シート18a,18bの積層後において、厚さT11は、例えば、50〜300μmである。本実施形態では、厚さT11は100μmである。また、厚さT12は、例えば、10〜100μmである。本実施形態では、厚さT12は25μmである。
また、誘電体シート18aは、線路部18a−a及び接続部18a−b,18a−cにより構成されている。誘電体シート18bは、線路部18b−a及び接続部18b−b,18b−cにより構成されている。線路部18a−a,18b−aは、線路部12aを構成している。接続部18a−b,18b−bは、接続部12bを構成している。接続部18a−c,18b−cは、接続部12cを構成している。
接着層19は、図2に示すように、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在しており、誘電体素体12と同じ形状をなしている。接着層19は、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とを接着する接着剤の層であり、例えば、ポリイミドや酢酸ビニル等の樹脂系接着剤により構成されている。誘電体シート18a,18bの積層後において、接着層19の厚さT13(図4参照)は、例えば、10μm〜50μmである。本実施形態では、厚さT13は25 μmである。図4に示すように、厚さT11は、厚さT12と厚さT13との合計よりも大きい。
信号線路20は、図2に示すように、高周波信号が伝送され、誘電体シート18aの裏面上に形成されている線状導体である。信号線路20は、線路部18a−aをx軸方向に延在している。信号線路20のx軸方向の負方向側の端部は、接続部18a−bの中央に位置している。信号線路20のx軸方向の正方向側の端部は、接続部18a−cの中央に位置している。信号線路20には高周波信号が伝送される。信号線路20の線幅は、例えば100〜500μmである。本実施形態では、信号線路20の線幅は300μmである。信号線路20は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、信号線路20が誘電体シート18aの裏面に形成されているとは、誘電体シート18aの裏面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて信号線路20が形成されていることや、誘電体シート18aの裏面に張り付けられた金属箔がパターニングされて信号線路20が形成されていることを指す。また、信号線路20の表面には平滑化が施されるので、信号線路20が誘電体シート18aに接している面の表面粗さは信号線路20が誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
基準グランド導体22は、図2に示すように、誘電体シート18aの表面に形成され、誘電体シート18aを介して信号線路20と対向している。より詳細には、基準グランド導体22は、誘電体シート18aの表面においてx軸方向に延在しているベタ状の導体である。基準グランド導体22は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、基準グランド導体22が誘電体シート18aの表面に形成されているとは、誘電体シート18aの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて基準グランド導体22が形成されていることや、誘電体シート18aの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて基準グランド導体22が形成されていることを指す。また、基準グランド導体22の表面には平滑化が施されるので、基準グランド導体22が誘電体シート18aに接している面の表面粗さは基準グランド導体22が誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
また、基準グランド導体22は、線路部22a、端子部22b,22cにより構成されている。線路部22aは、線路部18a−aの表面に設けられ、x軸方向に延在している。端子部22bは、線路部18a−bの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部22bは、線路部22aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部22cは、線路部18a−cの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部22cは、線路部22aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。
補助グランド導体24は、図2に示すように、誘電体シート18bの裏面に形成され、誘電体シート18b及び接着層19を介して信号線路20と対向している。より詳細には、補助グランド導体24は、誘電体シート18bの裏面においてx軸方向に延在している導体である。補助グランド導体24には、信号線路20に沿って並んでいる複数の開口30が設けられている。以下に、開口30について図面を参照しながら説明する。
開口30は、図2及び図5に示すように、z軸方向から平面視したときに、信号線路20と重なっており、十字型をなしている。より詳細には、開口30は、x軸方向に長手方向を有する長方形の四隅が切り欠かれた形状をなしている。よって、開口30のx軸方向の両端におけるy軸方向の幅W2は、開口30のx軸方向の両端を除く中間部分におけるy軸方向の幅W1よりも小さくなっている。
また、複数の開口30は、x軸方向に一列に並んでいる。したがって、隣り合う開口30間には補助グランド導体24の一部が存在している。そこで、隣り合う開口30間に存在している補助グランド導体24の一部をブリッジ部60と呼ぶ。これにより、補助グランド導体24は、はしご状をなしている。また、信号線路20は、複数の開口30と複数のブリッジ部60とが交互に重なっている。信号線路20は、開口30及びブリッジ部60のy軸方向の中央をx軸方向に横切っている。
また、以下では、積層型フラットケーブル10において、開口30のx軸方向の両端に対応する領域を領域A3と呼ぶ。また、積層型フラットケーブル10において、開口30のx軸方向の両端を除く中間部分に対応する領域を領域A1と呼ぶ。また、積層型フラットケーブル10において、ブリッジ部60に対応する領域をA2と呼ぶ。
補助グランド導体24は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。ここで、補助グランド導体24が誘電体シート18bの裏面に形成されているとは、誘電体シート18bの裏面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて補助グランド導体24が形成されていることや、誘電体シート18bの裏面に張り付けられた金属箔がパターニングされて補助グランド導体24が形成されていることを指す。また、補助グランド導体24の表面には平滑化が施されるので、補助グランド導体24が誘電体シート18bに接している面の表面粗さは補助グランド導体24が誘電体シート18bに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
また、補助グランド導体24は、線路部24a、端子部24b,24cにより構成されている。線路部24aは、線路部18b−aの裏面に設けられ、x軸方向に延在している。端子部24bは、線路部18b−bの裏面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部24bは、線路部24aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部24cは、線路部18b−cの表面に設けられ、矩形状の環をなしている。端子部24cは、線路部24aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。
外部端子16aは、図1及び図2に示すように、接続部18a−bの表面上の中央に形成されている矩形状の導体である。よって、外部端子16aは、z軸方向から平面視したときに、信号線路20のx軸方向の負方向側の端部と重なっている。外部端子16bは、図1及び図2に示すように、接続部18a−cの表面上の中央に形成されている矩形状の導体である。よって、外部端子16bは、z軸方向から平面視したときに、信号線路20のx軸方向の正方向側の端部と重なっている。外部端子16a,16bは、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。また、外部端子16a,16bの表面には、Ni/Auめっきが施されている。ここで、外部端子16a,16bが誘電体シート18aの表面に形成されているとは、誘電体シート18aの表面にめっきにより形成された金属箔がパターニングされて外部端子16a,16bが形成されていることや、誘電体シート18aの表面に張り付けられた金属箔がパターニングされて外部端子16a,16bが形成されていることを指す。また、外部端子16a,16bの表面には平滑化が施されるので、外部端子16a,16bが誘電体シート18aに接している面の表面粗さは外部端子16a,16bが誘電体シート18aに接していない面の表面粗さよりも大きくなる。
以上のように、信号線路20は、基準グランド導体22及び補助グランド導体24によって挟まれている。すなわち、信号線路20、基準グランド導体22及び補助グランド導体24は、トリプレート型のストリップライン構造をなしている。また、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、図4に示すように誘電体シート18aの厚さT11と略等しく、例えば、50μm〜300μmである。本実施形態では、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、175μmである。一方、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、図4に示すように誘電体シート18bの厚さT12及び接着層19の厚さT13の合計と略等しく、例えば、10μm〜100μmである。本実施形態では、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、25μmである。すなわち、信号線路20と補助グランド導体24との間隔は、信号線路20と基準グランド導体22との間隔よりも小さくなるように設計されている。
スルーホールT1(層間接続部)は、誘電体シート18aの接続部18a−b、接着層19及び誘電体シート18bの接続部18b−b(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、外部端子16aと信号線路20のx軸方向の負方向側の端部とを接続している。スルーホールT2(層間接続部)は、誘電体シート18aの接続部18a−c、接着層19及び誘電体シート18bの接続部18b−c(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、外部端子16bと信号線路20のx軸方向の正方向側の端部とを接続している。これにより、信号線路20は、外部端子16a,16b間に接続されている。スルーホールT1,T2は、誘電体素体12に形成された貫通孔内にNi/Auめっきにより金属材料が充填されることによって形成されている。
スルーホールT3(層間接続部)は、誘電体シート18aの線路部18a−a、接着層19及び誘電体シート18bの線路部18b−a(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。複数のスルーホールT3は、図2に示すように、各ブリッジ部60よりもy軸方向の正方向側に設けられており、x軸方向に一列に並んでいる。スルーホールT3は、誘電体素体12に形成された貫通孔内にNi/Auめっきにより金属材料が充填されることによって形成されている。
スルーホールT4(層間接続部)は、誘電体シート18aの線路部18a−a、接着層19及び誘電体シート18bの線路部18b−a(すなわち、誘電体素体12)をz軸方向に貫通しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。複数のスルーホールT4は、図2に示すように、各ブリッジ部60よりもy軸方向の負方向側に設けられており、x軸方向に一列に並んでいる。スルーホールT4は、誘電体素体12に形成された貫通孔内にNi/Auめっきにより金属材料が充填されることによって形成されている。
保護層14は、誘電体シート18aの表面の略全面を覆っている絶縁膜である。これにより、保護層14は、基準グランド導体22を覆っている。保護層14は、例えば、レジスト材等の可撓性樹脂からなる。
また、保護層14は、図2に示すように、線路部14a及び接続部14b,14cにより構成されている。線路部14aは、線路部18a−aの表面の全面を覆うことにより、線路部22aを覆っている。
接続部14bは、線路部14aのx軸方向の負方向側の端部に接続されており、接続部18a−bの表面を覆っている。ただし、接続部14bには、開口Ha〜Hdが設けられている。開口Haは、接続部14bの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16aは、開口Haを介して外部に露出している。また、開口Hbは、開口Haよりもy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hcは、開口Haよりもx軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hdは、開口Haよりもy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子部22bは、開口Hb〜Hdを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
接続部14cは、線路部14aのx軸方向の正方向側の端部に接続されており、接続部18a−cの表面を覆っている。ただし、接続部14cには、開口He〜Hhが設けられている。開口Heは、接続部14cの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16bは、開口Heを介して外部に露出している。また、開口Hfは、開口Heよりもy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hgは、開口Heよりもx軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hhは、開口Heよりもy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子部22cは、開口Hf〜Hhを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
また、保護層14には、スルーホールT3,T4に対応する位置にそれぞれ開口H1,H2が設けられている。
保護層15は、誘電体シート18bの裏面の略全面を覆っている絶縁膜である。これにより、保護層15は、開口30を含む補助グランド導体24を覆っている。保護層15は、例えば、レジスト材等の可撓性樹脂からなる。
また、保護層15は、図2に示すように、線路部15a及び接続部15b,15cにより構成されている。線路部15aは、線路部18b−aの裏面の全面を覆うことにより、線路部24aを覆っている。
接続部15bは、線路部15aのx軸方向の負方向側の端部に接続されており、接続部18b−bの裏面を覆っている。これにより、接続部15bは、端子部24bを覆っている。接続部15cは、線路部15aのx軸方向の正方向側の端部に接続されており、接続部18b−cの裏面を覆っている。これにより、接続部15cは、端子部24cを覆っている。
また、保護層15には、スルーホールT1,T2,T3,T4に対応する位置にそれぞれ開口H5,H6,H3,H4が設けられている。
以上のように構成された積層型フラットケーブル10では、信号線路20の特性インピーダンスは、隣り合う2つのブリッジ部60間において、最小値Z2、中間値Z3、最大値Z1の順に増加した後に、最大値Z1、中間値Z3、最小値Z2の順に減少するように変動する。より詳細には、開口30は、図5に示すように、領域A1において幅W1を有しており、領域A3において幅W1よりも小さな幅W2を有している。そのため、領域A1における信号線路20と補助グランド導体24との距離は、領域A3における信号線路20と補助グランド導体24との距離よりも大きい。これにより、領域A1における信号線路20に発生する磁界の強度が、領域A3における信号線路20に発生する磁界の強度よりも大きくなり、領域A1におけるインダクタンス成分が大きくなる。つまり、領域A1においてはL性が支配的になる。
更に、領域A2には、ブリッジ部60が設けられている。そのため、領域A3における信号線路20と補助グランド導体24との距離は、領域A2における信号線路20と補助グランド導体24との距離よりも大きい。これにより、領域A2における信号線路20に形成される容量が、領域A3における信号線路20に形成される容量よりも大きくなる。更に、領域A2における磁界強度が領域A3における磁界強度より小さくなる。つまり、領域A2においてはC性が支配的になる。
ここで、信号線路20の特性インピーダンスは、L性が支配的になれば大きくなり、C性が支配的になれば小さくなる。よって、信号線路20の特性インピーダンスは、領域A1において、最大値Z1(例えば、70Ω)となっている。また、信号線路20の特性インピーダンスは、領域A3において、中間値Z3(例えば、55Ω)となっている。また、信号線路20の特性インピーダンスは、領域A2において、最小値Z2(例えば、30Ω)となっている。信号線路20には、複数の開口30及び複数のブリッジ部60が交互に重なっている。そのため、信号線路20の特性インピーダンスは、周期的に変動する。そして、積層型フラットケーブル10全体の特性インピーダンスは、所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)である。
コネクタ100a,100bはそれぞれ、図1に示すように、接続部12b,12cの表面上に実装される。コネクタ100a,100bの構成は同じであるので、以下にコネクタ100bの構成を例に挙げて説明する。図6は、積層型フラットケーブル10のコネクタ100bの外観斜視図及び断面構造図である。
コネクタ100bは、図1及び図6に示すように、コネクタ本体102、外部端子104,106、中心導体108及び外部導体110により構成されている。コネクタ本体102は、矩形状の板部材に円筒部材が連結された形状をなしており、樹脂等の絶縁材料により作製されている。
外部端子104は、コネクタ本体102の板部材のz軸方向の負方向側の面において、外部端子16bと対向する位置に設けられている。外部端子106は、コネクタ本体102の板部材のz軸方向の負方向側の面において、開口Hf〜Hhを介して露出している端子部22cに対応する位置に設けられている。
中心導体108は、コネクタ本体102の円筒部材の中心に設けられており、外部端子104と接続されている。中心導体108は、高周波信号が入力又は出力する信号端子である。外部導体110は、コネクタ本体102の円筒部材の内周面に設けられており、外部端子106と接続されている。外部導体110は、接地電位に保たれるグランド端子である。
以上のように構成されたコネクタ100bは、図3及び図6に示すように、外部端子104が外部端子16bと接続され、外部端子106が端子部22cと接続されるように、接続部12cの表面上に実装される。これにより、信号線路20は、中心導体108に電気的に接続されている。また、基準グランド導体22及び補助グランド導体24は、外部導体110に電気的に接続されている。
積層型フラットケーブル10は、以下に説明するように用いられる。図7は、積層型フラットケーブル10が用いられた電子機器200をy軸方向及びz軸方向から平面視した図である。図8は、図7(a)のCにおける断面構造図である。
電子機器200は、積層型フラットケーブル10、回路基板202a,202b、レセプタクル204a,204b、バッテリーパック(金属体)206及び筐体210を備えている。
回路基板202aには、例えば、アンテナを含む送信回路又は受信回路が設けられている。回路基板202bには、例えば、給電回路が設けられている。バッテリーパック206は、例えば、リチウムイオン2次電池であり、その表面が金属カバーにより覆われた構造を有している。回路基板202a、バッテリーパック206及び回路基板202bは、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
レセプタクル204a,204bはそれぞれ、回路基板202a,202bのz軸方向の負方向側の主面上に設けられている。レセプタクル204a,204bにはそれぞれ、コネクタ100a,100bが接続される。これにより、コネクタ100a,100bの中心導体108には、回路基板202a,202b間を伝送される例えば2GHzの周波数を有する高周波信号がレセプタクル204a,204bを介して印加される。また、コネクタ100a,100bの外部導体110には、回路基板202a,202b及びレセプタクル204a,204bを介して、グランド電位に保たれる。これにより、積層型フラットケーブル10は、回路基板202a,202b間を接続している。
ここで、誘電体素体12の表面(より正確には、保護層14)は、図8に示すように、バッテリーパック206に対して接触している。そして、誘電体素体12とバッテリーパック206とは、接着剤等により固定されている。誘電体素体12の表面は、信号線路20に関して基準グランド導体22側に位置する主面である。よって、信号線路20とバッテリーパック206との間には、ベタ状の(x軸方向に連続的に延在する)基準グランド導体22が位置している。
(積層型フラットケーブルの製造方法)
以下に、積層型フラットケーブル10の製造方法について図2及び図9を参照しながら説明する。図9は、積層型フラットケーブル10の製造時の工程断面図である。以下では、一つの積層型フラットケーブル10が作製される場合を例にとって説明するが、実際には、大判の誘電体シートが積層及びカットされることにより、同時に複数の積層型フラットケーブル10が作製される。
まず、表面上及び裏面上の全面に銅箔(金属膜)が形成された熱可塑性樹脂からなる誘電体シート18aを準備する。具体的には、誘電体シート18aの表面及び裏面に銅箔を張り付ける。また、誘電体シート18bの裏面に銅箔を張り付ける。更に、誘電体シート18a,18bの銅箔の表面に、例えば、防錆のための亜鉛鍍金を施して、平滑化する。誘電体シート18a,18bは、液晶ポリマーである。また、銅箔の厚さは、10μm〜20μmである。
次に、誘電体シート18aの表面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示す外部端子16a,16b及び基準グランド導体22を誘電体シート18aの表面上に形成する。具体的には、誘電体シート18aの表面の銅箔上に、図2に示す外部端子16a,16b及び基準グランド導体22と同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジスト液を吹き付けてレジストを除去する。これにより、図2に示すような、外部端子16及び基準グランド導体22が誘電体シート18aの表面上にフォトリソグラフィ工程により形成される。
次に、外部端子16a,16b又は基準グランド導体22を位置決めマークとして用いて誘電体シート18aの裏面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示す信号線路20を誘電体シート18aの裏面上に形成する。具体的には、誘電体シート18aの裏面の銅箔上に、図2に示す信号線路20と同じ形状のレジストを外部端子16a,16b又は基準グランド導体22を位置決めマークとして用いて印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、図2に示すような、信号線路20が誘電体シート18aの裏面上にフォトリソグラフィ工程により形成されるなお、外部端子16a,16b及び基準グランド導体22と信号線路20とを同じ工程において同時に形成してもよい。また、信号線路20を形成した後に、信号線路20を位置決めマークとして用いて外部端子16a,16b及び基準グランド導体22を形成してもよい。
次に、誘電体シート18bの裏面上に形成された銅箔をパターニングすることにより、図2に示す補助グランド導体24を誘電体シート18bの裏面上に形成する。具体的には、誘電体シート18bの裏面の銅箔上に、図2に示す補助グランド導体24と同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、図2に示すような、補助グランド導体24が誘電体シート18bの裏面にフォトリソグラフィ工程により形成される。
次に、図9(a)及び図9(b)に示すように、複数の開口30が信号線路20に沿って並び、かつ、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが対向するように、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bをz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積み重ねて誘電体素体12を形成する。そして、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bに対してz軸方向の正方向側及び負方向側から熱及び圧力を加えることにより、接着層19を軟化させて、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bを一体化する。
次に、図9(c)に示すように、樹脂(レジスト)ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、誘電体シート18aの表面上に基準グランド導体22を覆う保護層14を形成する。更に、樹脂(レジスト)ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、誘電体シート18bの裏面上に補助グランド導体24を覆う保護層15を形成する。
次に、図9(d)に示すように、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bのスルーホールT1〜T4が形成される位置にレーザービームを照射することによって貫通孔h1〜h4(貫通孔h3,h4のみ図示)を形成する。そして、図9(e)に示すように、Ni/Auのめっきを施すことによって、貫通孔h1〜h4内に金属を充填し、スルーホールT1〜T4を形成する。めっき工程において、外部端子16a,16b及び端子部22b,22cの表面にもNi/Auのめっき膜が形成される。
最後に、接続部12b,12c上の外部端子16a,16b及び端子部22b,22c上にはんだを用いてコネクタ100a,100bを実装する。これにより、図1に示す積層型フラットケーブル10が得られる。
(効果)
以上のように構成された積層型フラットケーブル10及びその製造方法によれば、信号線路20の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる。より詳細には、積層型フラットケーブル10の設計時には、基準グランド導体22が存在し補助グランド導体24が存在しない状態における信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)よりも高くなるように、信号線路20と基準グランド導体22との間隔の設計を行う。次に、補助グランド導体24を追加した状態における信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)となるように、補助グランド導体24の開口30の形状及び信号線路20と補助グランド導体24との間隔の設計を行う。
ここで、基準グランド導体22が存在し補助グランド導体24が存在しない状態における信号線路20の特性インピーダンスは、信号線路20と基準グランド導体22との間隔によって定まる。よって、積層型フラットケーブル10は、信号線路20と基準グランド導体22との間隔が設計値となるように、製造されることが要求される。
そこで、積層型フラットケーブル10では、信号線路20は、誘電体シート18aの裏面上に形成されている。開口30が設けられている基準グランド導体22は、誘電体シート18aの表面上に形成されている。すなわち、信号線路20及び基準グランド導体22は、同一の誘電体シート18aの両主面に形成されている。これにより、信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、誘電体シート18aの厚さに保たれるようになる。すなわち、積層後の誘電体シート18aが前記設計値となるように積層型フラットケーブル10を設計することによって、信号線路20と基準グランド導体22との間隔を設計値に近づけることが可能となる。その結果、信号線路20の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる。
また、積層型フラットケーブル10及びその製造方法によれば、信号線路20と基準グランド導体22との間隔を設計値に精度よく近づけることができる。より詳細には、接着層が用いられずに、誘電体シートを圧着する場合には、誘電体シートが軟化するため、信号線路と基準グランドとの間隔が熱処理条件や加圧条件によってばらついてしまう。一方、積層型フラットケーブル10及びその製造方法では、接着層19が用いられているため、誘電体シート18aが大きく軟化しない。その結果、信号線路20と基準グランド導体22との間隔を設計値に精度良く近づけることができる。これは、誘電体シート18aが略軟化しない状態で接着層19が誘電体シート18aと誘電体シート18bとを接着(接合)しているためである。
更に、積層型フラットケーブル10及びその製造方法によれば、誘電体シート18aの両主面に信号線路20及び基準グランド導体22が形成される。このため、信号線路20及び基準グランド導体22の位置精度は、フォトリソグラフィ工程の加工精度によって決定される。フォトリソグラフィ工程の加工精度は一般的に非常に高いので、信号線路20及び基準グランド導体22の位置精度も非常に高くなる。その結果、信号線路20と基準グランド導体22との間に位置ずれが発生することが抑制される。
また、積層型フラットケーブル10では、外部端子16a,16bと信号線路20とに位置ずれが生じることが抑制される。より詳細には、積層型フラットケーブル10では、信号線路20は、誘電体シート18aの裏面上に形成されている。外部端子16a,16bは、誘電体シート18aの表面上に形成されている。すなわち、信号線路20及び外部端子16a,16bは、同一の誘電体シート18aの両主面に形成されている。このため、外部端子16a,16b及び信号線路20の位置精度は、フォトリソグラフィ工程の加工精度によって決定される。フォトリソグラフィ工程の加工精度は一般的に非常に高いので、外部端子16a,16b及び信号線路20の位置精度も非常に高くなる。更に、誘電体シート18a、接着層19及び誘電体シート18bの積層時に誘電体シート18aと誘電体シート18bとの間で積層ずれが発生することによって、信号線路20と外部端子16a,16bとの間に位置ずれが発生することが抑制される。その結果、信号線路20と外部端子16a,16bとの間で断線が発生したり、信号線路20と外部端子16a,16bとの間の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンスからずれたりすることが抑制される。
また、積層型フラットケーブル10によれば、補助グランド導体24に複数の開口30が設けられているので、積層型フラットケーブル10を容易に曲げることができる。
また、積層型フラットケーブル10によれば、信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)からずれることを抑制できる。積層型フラットケーブル10では、信号線路20に関して基準グランド導体22側に位置する誘電体素体12の表面が、バッテリーパック206に対して接触している。すなわち、信号線路20とバッテリーパック206との間には、開口30が設けられた補助グランド導体24ではなく、ベタ状の基準グランド導体22が設けられている。これにより、信号線路20とバッテリーパック206との間で電磁界結合が発生することが抑制される。その結果、積層型フラットケーブル10では、信号線路20の特性インピーダンスが所定の特性インピーダンスからずれることが抑制される。
また、積層型フラットケーブル10によれば、誘電体素体12の薄型化を図ることができる。より詳細には、補助グランド導体24には開口30が設けられている。信号線路20は、開口30と重なっている。これにより、信号線路20と補助グランド導体24との間には、容量が形成されにくくなる。したがって、信号線路20の特性インピーダンスを所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)に維持した状態で、信号線路20と補助グランド導体24とを近づけることが可能となる。その結果、積層型フラットケーブル10の薄型化が図られる。積層型フラットケーブル10の薄型化が図られると、積層型フラットケーブル10を容易に曲げることが可能となる。
また、積層型フラットケーブル10によれば、補助グランド導体24は、保護層15により覆われている。これにより、補助グランド導体24は、誘電体素体12の裏面において露出しない。そのため、誘電体素体12の裏面に他の物品が配置されたとしても、補助グランド導体24と他の物品とが直接に対向しないので、信号線路20の特性インピーダンスの変動が抑制される。
(第1の変形例)
以下に、第1の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図10は、第1の変形例に係る積層型フラットケーブル10aの誘電体素体12の分解図である。
積層型フラットケーブル10aは、保護層14,15の代わりに、誘電体シート18c,18d及び接着層19a,19bが設けられている点において、積層型フラットケーブル10と相違する。
より詳細には、誘電体シート18aのz軸方向の正方向側には、接着層19aが積層されている。更に、接着層19aのz軸方向の正方向側には、誘電体シート18cが積層されている。誘電体シート18c及び接着層19aには、保護層14に設けられていた開口Ha〜Hhが設けられている。これにより、外部端子16a,16b及び端子部22b,22cが露出している。
また、誘電体シート18bのz軸方向の負方向側には、接着層19bが積層されている。更に、接着層19bのz軸方向の負方向側には、誘電体シート18dが積層されている。
以上のように構成された積層型フラットケーブル10aは、積層型フラットケーブル10と同じ効果を奏することができる。
また、ポリイミドや液晶ポリマーからなる誘電体シート18c,18dは、レジスト材からなる保護層14,15に比べて強度が高い。そのため、積層型フラットケーブル10aによれば、誘電体素体12の強度が向上する。
(第2の変形例)
以下に、第2の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図11は、第1の変形例に係る積層型フラットケーブル10bの断面構造図である。
積層型フラットケーブル10bは、スルーホールT1〜T4の構造において積層型フラットケーブル10と相違する。より詳細には、積層型フラットケーブル10bでは、スルーホールT1〜T4は、貫通孔の内部が導体によって充填されておらず、中空構造をなしている。スルーホールT1〜T4は、めっきにより形成された金属膜によって貫通孔の内周面が覆われることによって構成されている。
積層型フラットケーブル10bのスルーホールT1〜T4は、積層型フラットケーブル10のスルーホールT1〜T4よりも変形しやすい。よって、積層型フラットケーブル10bを積層型フラットケーブル10よりも容易に変形させることが可能となる。
(第3の変形例)
以下に、第3の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図12は、積層型フラットケーブル10cの信号線路20及び補助グランド導体24を積層方向から平面視した図である。
積層型フラットケーブル10cは、信号線路20及び開口30の形状において積層型フラットケーブル10と相違する。
より詳細には、開口30は、領域A3においてテーパー状をなしている。また、領域A1における信号線路20の線幅W11は、領域A2における信号線路20の線幅W12よりも大きい。そして、領域A3では、信号線路20は領域A2に近づくにつれて線幅が細くなるテーパー状をなしている。
積層型フラットケーブル10dによれば、領域A3において信号線路20と基準グランド導体22との間隔は、領域A1から領域A2に近づくにしたがって徐々に小さくなる。よって、領域A3において信号線路20と基準グランド導体22との間に形成される容量は、領域A1から領域A2に近づくにしたがって徐々に大きくなる。その結果、領域A3における信号線路20の特性インピーダンスZ3が急激に変動することが抑制され、信号線路20において高周波信号の反射が発生することが抑制される。
また、領域A2における信号線路20の線幅W12は、領域A1における信号線路20の線幅W11よりも小さい。よって、信号線路20とブリッジ部60との間に形成される容量が大きくなり過ぎることが抑制される。その結果、領域A2における信号線路20の特性インピーダンスZ2が小さくなり過ぎることが抑制される。
(第4の変形例)
以下に、第4の変形例に係る積層型フラットケーブルの構成について図面を参照しながら説明する。図13は、第4の変形例に係る積層型フラットケーブル10dの誘電体素体12の分解図である。
積層型フラットケーブル10dは、接着層19が設けられていない点において、積層型フラットケーブル10と相違する。よって、誘電体シート18aと誘電体シート18bとは、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが接触するように積層されている。誘電体シート18a,18bの積層時に加熱処理が施されることによって、誘電体シート18aの裏面と誘電体シート18bの表面とが軟化・溶融することによって、誘電体シート18a,18bが接着される。
なお、積層型フラットケーブル10dでは、スルーホールT1〜T4の代わりに、ビアホール導体B1〜B6が設けられている。より詳細には、ビアホール導体B1は、誘電体シート18aをz軸方向に貫通しており、外部端子16aと信号線路20のx軸方向の負方向側の端部とを接続している。ビアホール導体B2は、誘電体シート18aをz軸方向に貫通しており、外部端子16bと信号線路20のx軸方向の正方向側の端部とを接続している。
また、ビアホール導体B3は、誘電体シート18aの線路部18a−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の正方向側に設けられている。ビアホール導体B5は、誘電体シート18bの線路部18b−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の正方向側に設けられている。ビアホール導体B3,B5は、互いに接続されることにより一本のビアホール導体を構成しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。
また、ビアホール導体B4は、誘電体シート18aの線路部18a−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の負方向側に設けられている。ビアホール導体B6は、誘電体シート18bの線路部18b−aをz軸方向に貫通しており、信号線路20よりもy軸方向の負方向側に設けられている。ビアホール導体B4,B6は、互いに接続されることにより一本のビアホール導体を構成しており、基準グランド導体22と補助グランド導体24とを接続している。
以上のように構成された積層型フラットケーブル10dは、積層型フラットケーブル10と同じ効果を奏することができる。
また、積層型フラットケーブル10dでは、接着層19が不要であるので、誘電体素体12の薄型化が図られる。
また、積層型フラットケーブル10dでは、ビアホール導体を形成できない接着層19を用いていないので、スルーホールT1〜T4の代わりにビアホール導体B1〜B6を用いることが可能となる。そのため、ビアホール導体B1〜B6は、積層型フラットケーブル10dの表面に露出することがない。その結果、ビアホール導体B1〜B6の腐食が抑制される。また、外部端子16a,16bのめっき時に、ビアホール導体B1〜B6がめっき液によって溶け出すことが抑制される。
(その他の実施形態)
本発明に係る積層型フラットケーブルは、積層型フラットケーブル10,10a〜10dに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
保護層14,15は、スクリーン印刷によって形成されているが、フォトリソグラフィ工程によって形成されてもよい。
また、基準グランド導体22は、ベタ状の導体である。しかしながら、基準グランド導体22には、開口が設けられていてもよい。ただし、基準グランド導体22に設けられている開口の面積は、補助グランド導体24に設けられている開口の面積よりも小さい。
また、積層型フラットケーブル10,10a〜10cにおいて、補助グランド導体24は、誘電体シート18bの表面に形成されていてもよい。
本発明は、高周波信号線路の製造方法に有用であり、特に、信号線路の特性インピーダンスにばらつきが発生することを抑制できる点において優れている。
B1〜B6 ビアホール導体
T1〜T4 スルーホール
10,10a〜10d 積層型フラットケーブル
12 誘電体素体
14,15 保護層
16a,16b 外部端子
18a〜18d 誘電体シート
19,19a,19b 接着層
20 信号線路
22 基準グランド導体
24 補助グランド導体
30 開口
60 ブリッジ部
100a,100b コネクタ

Claims (13)

  1. 第1の主面及び第2の主面を有する第1の基材層及び第3の主面及び第4の主面を有する第2の基材層が該第2の主面と該第3の主面とが対向するように積層されてなる積層体と、
    高周波信号が伝送される信号線路であって、前記第2の主面上に形成されている信号線路と、
    前記第1の主面上に形成され、かつ、前記信号線路と対向している基準グランド導体と、
    前記第3の主面上又は前記第4の主面上に形成され、かつ、前記信号線路と対向している補助グランド導体と、
    を備えており、
    前記補助グランド導体には、前記信号線路に沿って並んでいる複数の開口が設けられていること、
    を特徴とする積層型フラットケーブル。
  2. 積層方向から平面視したときに、前記信号線路の一端と重なっている外部端子であって、前記第1の主面上に形成されている外部端子と、
    前記信号線路と前記外部端子とを接続し、かつ、前記第1の基材層を積層方向に貫通している層間接続部を、
    更に備えていること、
    を特徴とする請求項1に記載の積層型フラットケーブル。
  3. 前記積層体は、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを接着する接着層を更に有していること、
    を特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の積層型フラットケーブル。
  4. 前記補助グランド導体は、前記第4の主面上に形成されており、
    前記第1の基材層と前記第2の基材層とは、前記第2の主面と前記第3の主面とが接触するように積層されていること、
    を特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の積層型フラットケーブル。
  5. 前記第1の基材層の厚さは、前記第2の基材層の厚さよりも大きいこと、
    を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の積層型フラットケーブル。
  6. 前記基準グランド導体は、ベタ状の導体であること、
    を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の積層型フラットケーブル。
  7. 第1の基材層の第1の主面上に基準グランド導体を形成する第1の工程と、
    前記第1の基材層の第2の主面上に、該第2の主面の法線方向から平面視したときに、前記基準グランド導体と重なる信号線路を形成する第2の工程と、
    第2の基材層の第3の主面上又は第4の主面上に、複数の開口が設けられた補助グランド導体を形成する第3の工程と、
    前記複数の開口が前記信号線路に沿って並び、かつ、前記第2の主面と前記第3の主面とが対向するように、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを積層する第4の工程と、
    を備えていること、
    を特徴とする積層型フラットケーブルの製造方法。
  8. 前記第1の工程では、前記第1の主面の法線方向から平面視したときに、前記信号線路の一端と重なっている外部端子を該第1の主面上に形成すること、
    を特徴とする請求項7に記載の積層型フラットケーブルの製造方法。
  9. 前記第4の工程では、前記第1の基材層と前記第2の基材層とを接着層によって接着し、
    前記積層型フラットケーブルの製造方法は、
    前記信号線路と前記外部端子とを接続し、かつ、前記第1の基材層、前記第2の基材層及び前記接着層を積層方向に貫通するスルーホールを形成する第5の工程を、
    更に備えていること、
    を特徴とする請求項8に記載の積層型フラットケーブルの製造方法。
  10. 前記第3の工程では、前記第4の主面上に前記補助グランド導体を形成し、
    前記第4の工程では、前記第2の主面と前記第3の主面とが接触するように前記第1の基材層と前記第2の基材層とを積層し、
    前記積層型フラットケーブルの製造方法は、
    前記第4の工程の後に、前記信号線路と前記外部端子とを接続し、かつ、前記第1の基材層を積層方向に貫通するスルーホールを形成する第5の工程を、
    更に備えていること、
    を特徴とする請求項8に記載の積層型フラットケーブルの製造方法。
  11. 前記外部端子上にコネクタを実装する第6の工程を、
    更に備えていること、
    を特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれかに記載の積層型フラットケーブルの製造方法。
  12. 前記第1の基材層の厚さは、前記第2の基材層の厚さよりも大きいこと、
    を特徴とする請求項7ないし請求項11のいずれかに記載の積層型フラットケーブルの製造方法。
  13. 前記基準グランド導体は、ベタ状の導体であること、
    を特徴とする請求項7ないし請求項12のいずれかに記載の積層型フラットケーブルの製造方法。
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