JP2007179995A - 可撓性平面ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】並行する信号線群の全てに伝送方向位置に対して均一なインピーダンス変化を与え、且つ、伝送方向にはランダムな制御されたインピーダンス特性を有したシールドを備え上述した不都合を解決した可撓性平面ケーブルを提供する。
【解決手段】可撓性絶縁基板２の一面側に複数の信号線３が長手方向に沿って設けられ、可撓性絶縁基板の表面側に信号線の延在方向にほぼ直交して離間して設けられた複数の導電帯材４ａでなるグランド手段４が設けられる。これら複数の導電帯材はランダムな間隔位置に配設されている。ランダムな間隔位置は、計算式で求めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板或いはフレキシブルケーブル（フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ），フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等、以下可撓性平面ケーブルという）に関し、さらに詳しくは、シールド平面を具えた基板或いはフレキシブルケーブルであって、インピーダンスが調整された可撓性平面ケーブル（可撓性ケーブル）に関する。

従来、信号伝達手段の一つとして、平型帯状の可撓性絶縁基板の一面（表面）に複数の信号線を長手方向に沿って設けると共に、可撓性絶縁基板の他面（裏面）にシールドのためのグランド手段（シールド手段）を設けた可撓性平面ケーブル（平型柔軟ケーブル）が知られている。前記グランド手段は、当初、可撓性絶縁基板の裏面全面を覆うようにした金属板で構成していたが、可撓性平面ケーブルとしての伝送路のインピーダンスの確保、あるいは機械的に柔軟性を持たせるため、柔軟性が損なわれることから、シールドをメッシュ構造の金属網で構成した網導体が提案されるに至っている（例えば、〔特許文献１〕参照）。

また、高周波インピーダンスが調整された回路基板として、複数の信号線の上下に、信号線に沿って複数の開口を設けたシールド板を配置し、信号線の長さや断面積に対応させて開口の大きさ（開口率）を変化させた回路基板（〔特許文献２〕参照）や、信号線の上下に格子状の遮蔽グリッドを配置し、かつ上下の遮蔽グリッドを信号線の延びる方向でずらした構成の回路基板（〔特許文献３〕参照）などが知られている。

然しながら、前述の網導体をシールドとした可撓性平面ケーブルでは、信号線と、ＧＮＤまたはシールドとの関係が規則的な周期変化をしているため、伝送路に伝送方向に一定の規則に従ったインピーダンス変化を与え、結果、共振現象に基づきフィルタとなり、信号伝送路の周波数特性に悪影響を及ぼし高調波に対応するものを含め多数のディップが生じてしまうという問題点を有している。

また、メッシュの構造によっては、特に高速伝送で一般に使われる差動方式の伝送においては、信号線の位置ごとにインピーダンスが異なるため性能に悪影響が出てしまう。

この点の解決のため、上述したようなインピーダンスの規則的変化が生じるのを回避するため、〔特許文献４〕では、網目の開口率と特性インピーダンスの関係に基づいて、信号線のトレースパターンやトレース幅などの設計に、より一層の自由度が得られると共に、特性インピーダンスの調整の上でも、より一層の自由度が得られるシールドをランダムなパターンで構成するようにした可撓性ケーブルが提案されている。この可撓性ケーブルは、絶縁基板の一面の一つの端部から他の端部に亘って少なくとも１本の信号線が設けられていると共に、前記絶縁基板の両面に網導体が積層されており、前記網導体の網目が、ランダムに形成して共振現象によるフィルタとなるのを防止するとされている。

特開平１０−１１２２２４号公報（図１、２） 特許第３３９７７０７号公報（図１〜４） 特表平８−５０６６９６号公報（図１、２） 特開２００５−２４４０２９号公報（図１）

然しながら、上記〔特許文献４〕の可撓性ケーブルは、各信号ライン毎に個別に細かいインピーダンス変化がランダムに生じてしまい、伝送路の特性を定量的に制御することは不可能である。また、前述したと同様に差動方式の伝送に用いた場合には充分な性能を得ることはできないとの不都合がある。

従って、本発明は、並行する信号線群の全てに伝送方向位置に対して均一なインピーダンス変化を与え、且つ、伝送方向にはランダムな（繰り返し性のない）制御されたインピーダンス特性を有したシールドを備え上述した不都合を解決した可撓性平面ケーブルを提供することを目的としている。

請求項１に記載の本発明の可撓性平面ケーブルは、可撓性絶縁基板の一面側に複数の信号線が長手方向に沿って設けられ、可撓性絶縁基板の他面側にグランド手段を有した可撓性平面ケーブルにおいて、前記グランド手段は、信号線の延在方向にほぼ直交して離間して設けられた複数の導電帯材でなり、これら複数の導電帯材はランダムな間隔位置に配設されていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の可撓性平面ケーブルは、可撓性絶縁基板の一面側に複数の信号線が長手方向に沿って設けられ、可撓性絶縁基板の他面側並びに前記複数の信号線の外面側それぞれにグランド手段を有した可撓性平面ケーブルにおいて、前記グランド手段は、信号線の延在方向にほぼ直交して離間して設けられた複数の導電帯材でなり、これら複数の導電帯材はランダムな間隔位置に配設されていることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の可撓性平面ケーブルは、請求項１または請求項２に記載の可撓性平面ケーブルにおいて、前記複数の導電帯材が計算式で求められるランダムな間隔位置に、配設されていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明の可撓性平面ケーブルは、請求項３に記載の可撓性平面ケーブルにおいて、前記複数の導電帯材が、下記数式（数１）

但し、ｗは導電帯材のパターン幅、ｆｅは使用最大周波数、Ｌはケーブル長、ａは係数、で求められるランダムな間隔位置に配設されていることを特徴とする。

本発明の可撓性平面ケーブルによれば、可撓性絶縁基板の一側面に設けられる並行する信号線群の全てに伝送方向位置に対して均一なインピーダンスを与え、伝送方向には定量的に制御されたランダムな高周波インピーダンス特性を備えさせることができるので、高速差動伝送に用いた場合にも高精度の動作が得られ、また、伝送特性（特に周波数特性）におけるディップが発生しない高速伝送に好適な可撓性平面ケーブルを提供できる。また、柔軟性・可撓性にも優れるとの副次的効果も得られる。

〔第１実施形態〕以下、本発明の実施の形態を添付の図を参照して説明する。図１〜図３に第１の実施形態の可撓性平面ケーブル１を示す。図１は、実施の形態の可撓性平面ケーブル１の一端部の外観図で、（ａ）表側面、（ｂ）裏側面を示している。図２は実施形態の可撓性平面ケーブル１を分解して示す端部拡大斜視図である。図３には、このように構成された可撓性平面ケーブル１の断面構成（図２のＸ−Ｘ′断面（ａ）、長手方向Ｙ−Ｙ′断面（ｂ））を示している。なお、これらは構成を模式的に示したもので、実際の寸法には対応しておらず厚みは特に強調されている。

図示の可撓性平面ケーブル１は、可撓性絶縁基板２の表裏面にそれぞれに積層された例えば銅箔等で成る信号線群３とグランド面（ＧＮＤ面）４を含み構成されている。すなわち、信号伝送路として平型帯状の可撓性絶縁基板２の一面（表面）に複数の信号線３が長手方向に沿って沿って互いに平行に直接積層されている（側端の３ａはダミー）。信号線群３の外面側には更に例えばポリイミドフィルム等の絶縁層５（保護シート）が設けられている。そして、可撓性絶縁基板２の他面（裏面）には、グランド手段（シールド手段）として信号線３の延在方向にほぼ直交して離間して設けられている後述するような狭幅の帯状の複数の導電帯材４ａの集合体でなるＧＮＤ面４が、直接積層されて裏面の略全面を覆うように設けられている。ＧＮＤ面４の外面には更に絶縁層６が設けられている。各構成要素の素材や形成方法は、周知のものを適宜選択すれば良く、ここでは説明を省略する。

ＧＮＤ面（グランド手段）４は、主部となる信号伝送方向とほぼ直交する方向に延びた複数の狭幅の導電帯材４（薄板群）主体に構成されており、個々の導電帯材４ａの信号伝送方向上の位置は、使用する伝送路長の中では個々の信号線に対してランダムなインピーダンス変化となるように所定の計算式に従って決定される乱数に従ってランダムな間隔となるように位置設定されて配設されている。各導電帯材４ａは、可撓性平面ケーブル１の幅方向両端部で信号伝送方向に延びる２本の帯状の薄板（副部）４ｂによって電気的に接続されている。このＧＮＤ面全体は一体の箔状部材として形成され長尺格子状を呈している。

換言すれば、実施の形態の実質的なグランド手段４はＧＮＤ面の平行狭幅薄板状の導電帯材（主部）４ａの集合体として形成される格子状のシールドメッシュの個々の導電帯材の隣接する間隔距離が数式に基づく乱数に従って設定され、導電帯材の繰り返しパターンが、同一パターン周期が無いようにランダムに形成されている。

このためには、複数の導電帯材のそれぞれの位置を、例えば下記数式（数１）

但し、ｗは導電帯材のパターン幅、ｆｅは使用最大周波数、Ｌはケーブル長、ａは係数、
で求められるＲＮＤ（ａ／ｆｅ，ｗ）ｔの値を各導電帯材の間に適用して（可撓性平面ケーブルの長手方向に沿って）ランダムな間隔位置に配列すれば良い。

以上のように構成された可撓性平面ケーブル（可撓性柔軟ケーブル）１において、信号線３の特性インピーダンスについてみると、導電帯材４ａ間の微小な距離の繰り返しパターンは、同一パターン周期は無いように乱数に基づいて生成されており、各信号線３と導電帯材群４とが交差する個々の位置はそれぞれランダムに表れるので、信号線３と導電帯材４ａの間の分布容量は、各信号線３ともランダムな分布容量が並列に接続された状態となる。この結果として、何れの信号線３についても、その分布容量はランダムな分布容量の合成となって平均化され、各信号線３の高周波特性インピーダンスが略均一となって、シールドパターンの周期性を除く（ディップを防止）ことができ複数の信号線３を介した信号の高速伝送を可能にできる。しかも、各信号線３について同一位置では同じインピーダンスとなり差動動作をさせる場合にも好適である。また、グランド手段４（シールド）の伝送路方向の強度は従来のものより低いため、従来知られた構造のものよりも可撓性に優れているという利点も有している。

なお、信号線３の特性インピーダンスをある任意の値に調整しようとする場合には、導電帯材の幅を変更したり、適切な計算式を適宜用いるようにする。また、可撓性絶縁基板２の厚さによっても調整が可能で、調整の自由度を大きくすることができる。

以下に、この第１実施形態の構成を持った実施例で得られる可撓性平面ケーブルの信号輻射特性（信号減衰特性）をいくつかの比較例とともに示す。

〔比較例１〕
この可撓性平面ケーブルは、信号線数：２５本、信号線ピッチ：０．５ｍｍ、ケーブル長Ｌを４５０ｍｍのもので、信号線のみでシールドは有していない。図４に比較例１の可撓性平面ケーブルの信号輻射特性の実測値を示す。

本実施例の可撓性平面ケーブルは、信号線数：２５本、信号線ピッチ：０．５ｍｍ、ケーブル長Ｌを４５０ｍｍの比較例１と同等のものに本発明によるグランド面（シールド）を裏面に付加してある。
裏面側には、使用最大周波数ｆｅを５００ＭＨｚとして、所定計算式に依って位置決定された複数の導電帯材（幅ｗ＝０．２ｍｍ）によるグランド面（シールド）が付加されている。図５に本実施例の可撓性平面ケーブルの信号輻射特性の実測値を示す。１ＧＨｚまでの輻射が実用上充分に抑制され周波数特性の偏差が抑えられる。

〔比較例２〕
この可撓性平面ケーブルは、実施例のシールド手段に替えて全面シールドとしたもので、それ以外の点は、実施例のものと同等としてある。図６に比較例２の可撓性平面ケーブルの信号輻射特性の実測値を示す。信号輻射特性は実施例より優れているが、可撓性は実施例より劣る。

図５の特性図から判るように、実施例の可撓性平面ケーブルでは、すべての信号線について輻射が抑制されて、使用帯域内でピークの少ない周波数特性が得られる。この時各信号線の周波数特性の間に顕著な差がなく、差動伝送に用いても良好な結果が得られる。

〔第２実施形態〕以下、本発明の第２の実施の形態について、図７を参照して説明する。図７は、この実施形態の可撓性平面ケーブルの一端部の（ａ）表側面、（ｂ）裏側面の外観図である。この可撓性平面ケーブル１Ａは、前述した第１実施形態のケーブルと同等の構成に加えて、更に信号線の外面側（表面側外方）にも、本発明のグランド面（グランド手段）を設けたものである。

信号線および裏面側グランド面の構成等は第１実施形態のものと全く同じであり、第１実施形態同等の可撓性平面ケーブルの表面側の信号線層３の上に絶縁層６を介して裏面側と略同等の（第１実施形態参照）グランド面（グランド手段）４と絶縁層７が順に積層してある。グランド面（グランド手段）４についての説明は、既に第１実施形態で説明したのでここでは繰り返さない。

第１実施形態同様、各信号線３の特性インピーダンスも略均一で、複数の信号線３を介した信号の高速伝送を可能にでき、各信号線３について同一位置では同じインピーダンスとなり差動動作をさせる場合にも好適である。の場合より信号減衰特性が向上しており、シールド効果の程度はより高くなる。可撓性についても従来構成より優れる。

尚、上記では、可撓性平面ケーブル１の場合を説明したが、可撓性絶縁基板以外にも、通常のプリント回路基板のような非可撓性の絶縁基板に形成する平面信号線に対するシールドとして採用することも考えられる。

第１実施形態の可撓性平面ケーブルの一端部の（ａ）表側面、（ｂ）裏側面の外観図である。 同じ可撓性平面ケーブルを分解して示す拡大斜視図である。 （ａ）同じ可撓性平面ケーブルのＸ−Ｘ′断面図、（ｂ）長手方向Ｙ−Ｙ′断面図である。 比較例の可撓性平面ケーブルの信号輻射特性を示す図である。 可撓性平面ケーブルの一実施例の信号輻射特性を示す図である。 他の比較例の可撓性平面ケーブルの信号輻射特性を示す図である。 第２実施形態の可撓性平面ケーブルの一端部の（ａ）表側面、（ｂ）裏側面の外観図である。

符号の説明

１，１Ａ…可撓性平面ケーブル
２…可撓性絶縁基板
３…信号線
４…グランド面（グランド手段；格子状シールド）
４ａ…導電帯材（主部）
４ｂ…帯状薄板（副部）
５…絶縁層（保護シート）
６…絶縁層（保護シート）
７…絶縁層（保護シート）

Claims (4)

1. 可撓性絶縁基板の一面側に複数の信号線が長手方向に沿って設けられ、可撓性絶縁基板の他面側にグランド手段を有した可撓性平面ケーブルにおいて、
   前記グランド手段は、信号線の延在方向にほぼ直交して離間して設けられた複数の導電帯材でなり、これら複数の導電帯材はランダムな間隔位置に配設されていることを特徴とする可撓性平面ケーブル。
2. 可撓性絶縁基板の一面側に複数の信号線が長手方向に沿って設けられ、可撓性絶縁基板の他面側並びに前記複数の信号線の外面側それぞれにグランド手段を有した可撓性平面ケーブルにおいて、
   前記グランド手段は、信号線の延在方向にほぼ直交して離間して設けられた複数の導電帯材でなり、これら複数の導電帯材はランダムな間隔位置に配設されていることを特徴とする可撓性平面ケーブル。
3. 前記複数の導電帯材が計算式で求められるランダムな間隔位置に、配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可撓性平面ケーブル。
4. 前記複数の導電帯材が、下記数式（数１）
   

   

   但し、ｗは導電帯材のパターン幅、ｆｅは使用最大周波数、Ｌはケーブル長、ａは係数、を満たすランダムな間隔位置ＲＮＤ（ａ／ｆｅ，ｗｔ）に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の可撓性平面ケーブル。

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