JP2014011013A - フラットケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】特性を変えることなく不要な輻射を抑制し、薄型化を実現できるフラットケーブルを提供する。
【解決手段】比誘電率εｒ１を有する第1基材シート５１と、第１基材シート５１の第１面に形成された長尺状の第１グランド導体１０と、第１基材シート５１の第２面側に形成され、第１グランド導体１０に対向した長尺状の中央導体３０と、中央導体３０を挟んで第１基材シート５１に積層され、比誘電率εｒ２（＞εｒ１）を有する第２基材シート５２と、第２基材シート５２の第１面に形成され、長手方向に沿って複数の開口部２０Ａを有し、開口部２０Ａが中央導体３０の一部に重なるように第１グランド導体１０に対向した長尺状の第２グランド導体２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波信号を伝送する薄型のフラットケーブルに関するものである。

従来、高周波信号を伝送する高周波線路として、同軸ケーブルが用いられている。しかし、近年、移動体通信端末を含む高周波機器の小型化及び薄型化に伴い、端末筐体内に同軸ケーブルを配置するスペースを確保することが難しいといった問題がある。そこで、特許文献１及び特許文献２に示すようなフラットケーブルが提案されている。

特許文献１及び特許文献２に記載のフラットケーブルは、幅方向より厚み方向が薄い平型状である。このため、端末筐体内において、部品間のスペース、又は部品と筐体との間のスペースに同軸ケーブルを配置できない場合であっても、特許文献１及び特許文献２に記載のフラットケーブルであれば配置することができ、機器の小型化等が妨げられることはない。

図９は、特許文献１及び特許文献２に示すようなフラットケーブルの構成を示す図である。フラットケーブル１Ｐは、幅方向より厚み方向が薄い平型状のケーブルであって、図９では、長さ方向の一部分の構成を示している。フラットケーブル１Ｐは、ポリイミド又は液晶ポリマ等の可撓性を有する絶縁性素材からなる基材シートを備えている。この基材シートは図９では省略している。フラットケーブル１Ｐは、基材シートを厚み方向から挟んで配置され、フラットケーブル１Ｐの長さ方向に沿って延びた第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０を備えている。

第１グランド導体１０は、基準電位となる所謂ベタグランドであり、平板導体である。第２グランド導体２０は、フラットケーブル１Ｐの長さ方向に沿って形成された複数の開口部２０Ａを備えた梯子状の平板導体である。詳しくは、第２グランド導体２０は、フラットケーブル１Ｐの幅方向に所定の距離を置いて平行配置された長尺導体２１，２２と、長尺導体２１，２２を部分的に接続する架設導体２３とを備えている。架設導体２３は、フラットケーブル１Ｐの幅方向に沿って設けられ、かつ、長さ方向に沿って離間して複数設けられている。前記した開口部２０Ａは、長尺導体２１，２２及び架設導体２３により囲まれた領域である。

フラットケーブル１Ｐは、フラットケーブル１Ｐの信号線路導体である中央導体３０Ａを備えている。中央導体３０Ａは、基材シート内に設けられ、かつ、基材シートの厚み方向から視て長尺導体２１，２２の間に位置している。また、第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０は、基材シートに設けられたビアホール導体４１，４２を通じて導通している。

ＷＯ２０１１／００７６６０号公報 実用新案登録第３１７３１４３号明細書

ところで、図９に示すフラットケーブル１Ｐにおいて、開口部２０Ａが形成されている領域では、中央導体３０Ａと長尺導体２１，２２との間でキャパシタ成分が形成され、このキャパシタ成分がフラットケーブル１Ｐの特性に寄与する。このため、図９に示すフラットケーブル１Ｐをより薄くするため、基材シートを薄くした場合、同じ特性を得るためには、基材シートの比誘電率を小さくする必要がある。この場合、中央導体３０Ｐと第２グランド導体２０との距離が縮まり、開口部２０Ａから不要な輻射が増加する。

一方で、不要な輻射を抑制するために、開口部２０Ａを小さくすると、開口部２０Ａ部分のインピーダンスが変わるため、フラットケーブル１Ｐの特性に影響が及ぶ。また、不要な輻射を抑制するため、基材シートの比誘電率を高くし、基材シートを厚くすると、フラットケーブル１Ｐの厚みが厚くなり、薄型化を実現できない。

そこで、本発明の目的は、特性を変えることなく不要な輻射を抑制し、薄型化を実現できるフラットケーブルを提供することにある。

本発明に係るフラットケーブルは、比誘電率εｒ１を有する第１基材シートと、第１基材シートの第１面に形成された長尺状の第１グランド導体パターンと、前記第１基材シートの第２面側に、その第２面が対向するように積層され、比誘電率εｒ２（＞εｒ１）を有する第２基材シートと、第２基材シートの第１面に形成され、長手方向に沿って複数の開口部を有し、第１グランド導体パターンに対向した長尺状の第２グランド導体パターンと、第１グランド導体パターンに対向するとともに、第２グランド導体パターンの開口部がその一部に重なるように、第１基材シートと第２基材シートとの間に設けられた長尺状の信号伝送用導体パターンと、を備えることを特徴とする。

この構成では、第１基材シートの比誘電率εｒ１が第２基材シートの比誘電率εｒ２より小さいため、比誘電率εｒ２を有する一つの基材シートからなるフラットケーブルと比べて、第１基材シートの厚みを薄くできる。これにより、フラットケーブル全体で薄型化を実現できる。また、開口部側の第２基材シートの比誘電率εｒ２は第１基材シートの比誘電率εｒ１より大きいため、第２基材シートが薄くならない。このため、信号伝送用導体パターンが開口部に近くなり過ぎないため、比誘電率εｒ１を有する一つの基材シートからなるフラットケーブルと比べて、開口部からの不要輻射を抑制できる。

前記第１基材シート及び前記第２基材シートは同じ厚さを有する構成が好ましい。

この構成では、信号伝送用導体パターンがフラットケーブルの両方の表面からほぼ同じ距離に位置している。このため、フラットケーブルが山折り又は谷折りされても、曲げに対する応力は同じとなるため、信号伝送用導体パターンの断線のおそれを軽減できる。

本発明によれば、特性を変えることなく不要な輻射を抑制し、全体でより薄くできるフラットケーブルを実現できる。

実施形態１に係るフラットケーブルの分解斜視図。 図１のフラットケーブルをＺ軸の負方向から視た図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図。 図２のＩＶ−ＩＶ線の断面図。 （Ａ）は本実施形態に係るコネクタケーブルの外観斜視図、（Ｂ）はコネクタケーブルの断面図。 （Ａ）は本実施形態に係る携帯電子機器の部品構成を示す側面断面図、（Ｂ）は当該携帯電子機器の部品構成を説明する平面断面図。 第１基材シートが両面銅張シート、第２基材シートが片面銅張シートの場合のフラットケーブルの分解斜視図。 第１基材シートが方面銅張シート、第２基材シートが両面銅張シートの場合のフラットケーブルの分解斜視図。 特許文献１及び特許文献２に示すようなフラットケーブルの構成を示す図。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るフラットケーブルの分解斜視図である。図１では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を用いて、Ｘ軸をフラットケーブル１の幅方向、Ｙ軸を長さ方向、Ｚ軸を厚み方向として説明する。また、以下では、図９で説明したフラットケーブル１Ｐと同部材については同符号を用いる。

フラットケーブル１は、Ｚ軸方向に沿って順に、第１グランド導体１０、第１基材シート５１、中央導体３０、第２基材シート５２及び第２グランド導体２０が積層されて構成されている。第１基材シート５１は、両面銅張シートであり、一方の面（第１面）に、第１グランド導体１０となる第１グランド導体パターンが形成され、他方の面（第２面）に、中央導体３０となる中央導体パターン（信号伝送用導体パターン）が形成されている。また、第２基材シート５２は片面銅張シートであり、一方の面に、第２グランド導体２０となる第２グランド導体パターンが形成されている。そして、第１基材シート５１及び第２基材シート５２は加熱圧着されて貼り合わされる。

第１グランド導体１０、中央導体３０及び第２グランド導体２０は、導電性が高い材料、例えば銅（Ｃｕ）等である。第１基材シート５１及び第２基材シート５２は、液晶ポリマやポリイミド等の熱可撓性を有した絶縁性素材であり、比誘電率が異なっている。第１基材シート５１の比誘電率εｒ１、第２基材シート５２の比誘電率εｒ２とすると、εｒ２＞εｒ１の関係を満たす。

第１グランド導体１０は、同形状の第１基材シート５１の一面に形成されていて、Ｙ軸方向に長い帯状であって、その両端に矩形状のコネクタ部１１が設けられている。コネクタ部１１には開口部１２が形成されていて、開口部１２内には、コネクタ用端子１３が形成されている。コネクタ用端子１３は、第１基材シート５１に形成されたビアホール導体４５により中央導体３０と導通している。コネクタ部１１には、例えば同軸コネクタなどが装着される。同軸コネクタは、コネクタ用端子１３及びビアホール導体４５を通じて中央導体３０と導通する。

中央導体３０は、第１基材シート５１の他面に形成されている。中央導体３０は、Ｙ軸に延びる長尺状であり、平膜状の信号伝送線路である。中央導体３０は、Ｙ軸方向の両端に設けられたコネクタ部３３を有している。このコネクタ部３３は、前記したビアホール導体４５を通じて、第１グランド導体１０のコネクタ用端子１３と導通している。

第２グランド導体２０は、第２基材シート５２の一面に形成されていて、Ｙ軸方向に長い帯状であって、第１グランド導体１０と同じ外形を有している。第２グランド導体２０は、Ｙ軸方向に沿って複数の開口部２０Ａを有している。開口部２０Ａは、図９で説明したように、長尺導体２１，２２と架設導体２３とにより形成されている。また、第２グランド導体２０は、第１グランド導体１０の開口部１２と対向する領域に形成されたコネクタ領域開口部２０Ｂを有している。

なお、中央導体３０は、第２基材シート５２の他面に設けられていてもよい。

図２は、図１のフラットケーブル１をＺ軸の負方向から視た図である。中央導体３０は、Ｚ軸方向から視て、開口部２０Ａと重なっていて、かつ、幅方向（Ｚ方向において）において、開口部２０Ａのほぼ中央に位置している。

第１基材シート５１及び第２基材シート５２は、第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０とほぼ同じ外形を有している。第１基材シート５１及び第２基材シート５２には、第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０を導通するビアホール導体４１，４２，４３，４４が形成されている。ビアホール導体４１，４２は、第１グランド導体１０と第２グランド導体２０の架設導体２３近傍と導通している。ビアホール導体４３，４４は、第１グランド導体１０と、コネクタ領域開口部２０Ｂの近傍とを導通している。また、第１基材シート５１には、第１グランド導体１０のコネクタ用端子１３と中央導体３０のコネクタ部３３とを導通するビアホール導体４５が形成されている。

なお、第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０には、不図示のレジストが塗布されている。

以下に、フラットケーブル１の特性インピーダンス、及び開口部２０Ａからの不要輻射について説明する。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。以下では、フラットケーブル１の長さ方向（Ｙ軸方向）において、開口部２０Ａが形成されている区間を区間Ａ（図２参照）とし、架設導体２３が形成されている区間を区間Ｂ（図２参照）という。

区分Ａでは、中央導体３０と長尺導体２１，２２との間にキャパシタ成分が形成される。このとき形成されるキャパシタ成分は、開口部２０Ａがないとした場合に第２グランド導体２０と第２グランド導体２０との間に形成されるキャパシタ成分より低い。したがって、区分Ａのフラットケーブル１のインピーダンスは、開口部２０Ａがないとした場合よりも高くなる（すなわち誘導性になる。）。

また、区分Ｂでは、中央導体３０と架設導体２３との間にキャパシタ成分が形成される。架設導体２３の幅は、形成されるキャパシタ成分が、中央導体３０と長尺導体２１，２２との間に形成されるキャパシタ成分より高くなるよう設計されている。これにより、区分Ｂのフラットケーブル１のインピーダンスは、区分Ａにおけるインピーダンスよりも低くなる（すなわち容量性になる。）。

このように、インピーダンスを高くした区分Ａと、区分Ａよりインピーダンスを低くした区分Ｂとを交互に設けることで、フラットケーブル１の特性インピーダンスを所望の値に調整している。例えば、フラットケーブル１の特性インピーダンスを５０Ωに調整する場合、区分Ａのインピーダンスを５０Ωより大きくし、区分Ｂのインピーダンスを５０Ωより小さく設定して、フラットケーブル１全長（前記した同軸コネクタが装着される端子間）で５０Ωとなるよう調整する。

また、第１基材シート５１の比誘電率εｒ１は、第２基材シート５２の比誘電率εｒ２より小さい。本実施形態では、比誘電率εｒ１＝２、比誘電率εｒ２＝３とする。また、第１基材シート５１の厚さＴ１と、第２基材シート５２の厚さＴ２とは同じである。これにより、本実施形態に係るフラットケーブル１は、比誘電率が“３”の一つの基材シートからなるフラットケーブル（以下、第１従来型という。）と比べ、厚みを薄くできる。また、本実施形態に係るフラットケーブル１は、比誘電率が“２”の一つの基材シートからなるフラットケーブル（以下、第２従来型という。）と比べ、不要な輻射を抑制することができる。

第１従来型の特性インピーダンスを５０Ωに設定する場合、Ｔ１＝１５０μｍ、Ｔ２＝５０μｍとなるとする。この第１従来型のフラットケーブルを薄くするために、比誘電率を“２”とした場合、第２従来型のフラットケーブルの特性インピーダンスを同じ５０Ωに設定するためには、Ｔ１＝１００μｍ、Ｔ２＝３３μｍとなる。この場合、フラットケーブル１を薄くすることはできる一方で、基材シートの比誘電率が“１”に近づき、かつ、中央導体３０が開口部２０Ａに近づくことにより、開口部２０Ａからの不要な輻射が増減する。また、輻射を抑制するため、開口部２０Ａを小さくすれば、中央導体３０と長尺導体２１，２２との対向面積が大きくなり、開口部２０Ａ部分のインピーダンスが小さくなる。

本実施形態では、第１グランド導体１０側の第１基材シート５１の比誘電率εｒ１を“２”とすることで、第１基材シート５１の厚さＴ１は、第１従来型より薄くできる。また、第２グランド導体２０側の第２基材シート５２の比誘電率εｒ２を“３”とすることで、中央導体３０と長尺導体２１，２２との距離を縮める必要がないため、第２基材シート５２の厚さＴ２は、第１従来型と同じにでき、第２従来型よりも不要な輻射を抑えることができる。

また、基材シート５１の厚さＴ１と、第２基材シート５２の厚さＴ２とが同じであるため、フラットケーブル１が山折り又は谷折りの何れがされても、曲げに対する応力は同じとなる。このため、曲げ時に中央導体３０が破損し、信号伝送線路が断線するおそれを低減できる。

以上のように、本実施形態に係るフラットケーブル１は、誘電率が異なる第１基材シート５１及び第２基材シート５２を備えることで、薄型化を実現しつつ、開口部２０Ａからの不要輻射を抑制することができる。

また、第１基材シート５１の厚さＴ１及び第２基材シート５２の厚さＴ２を同じにすることで、フラットケーブル１を折り曲げて用いた場合に、中央導体３０の断線を抑制できる。

本実施形態に係るフラットケーブル１は、特性インピーダンスが５０Ωとなるよう二段工程で製造される。最初に特性インピーダンスが５０Ω以上となるよう、第１グランド導体１０、第１基材シート５１及び中央導体３０からなるマイクロストリップラインを製造する。その後、第２グランド導体２０が形成された第２基材シート５２を積層することで、合計５０Ωの特性インピーダンスとなるようにする。すなわち、第１グランド導体１０が基準グランドとなり、第２グランド導体２０が特性インピーダンスを調整するための付加グランド導体となる。

なお、本実施形態では、第１基材シート５１は両面銅張シートとし、中央導体３０を第１グランド導体１０と同じシートに形成しているが、第２基材シート５２を両面銅張シートとして、中央導体３０を第２グランド導体２０と同じシートに形成してもよい。この場合、第１基材シート５１は、片面銅張シートとなり、第１グランド導体１０のみが形成される。

前記のように製造したフラットケーブル１は、以下に示すようなコネクタケーブルに用いることができる。図５（Ａ）は本実施形態に係るコネクタケーブルの外観斜視図であり、図５（Ｂ）はコネクタケーブルの断面図である。

コネクタケーブル６０は、フラットケーブル１と同軸コネクタ６１とを備える。同軸コネクタ６１は、フラットケーブル１の長手方向の両端にそれぞれ配置されている。第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０側には、それぞれ保護層１２０，１３０が設けられている。同軸コネクタ６１は、フラットケーブル１の第１グランド導体１０側の保護層１２０の表面に、変換台座６２を介して設置される。同軸コネクタ６１の中心導体は、ビアホール導体４５を通じてフラットケーブル１の中央導体３０に接続されている。

このような構成とすることで、薄型で可撓性を有し、高周波線路としての伝送特性に優れるコネクタケーブルを実現することができる。

また、このような構造からなるコネクタケーブル６０は、次に示すような携帯電子機器に用いることができる。図６（Ａ）は本実施形態に係る携帯電子機器の部品構成を示す側面断面図であり、図６（Ｂ）は当該携帯電子機器の部品構成を説明する平面断面図である。

携帯電子機器７０は、薄型の機器筐体７１を備える。機器筐体７１内には、実装回路基板７２Ａ，７２Ｂと、バッテリーパック７３が配置されている。実装回路基板７２Ａ，７２Ｂの表面には、複数のＩＣチップ７４及び実装部品７５が実装されている。実装回路基板７２Ａ，７２Ｂ及びバッテリーパック７３は、機器筐体７１を平面視して、実装回路基板７２Ａ，７２Ｂ間にバッテリーパック７３が配置されるように、機器筐体７１に設置されている。ここで、機器筐体７１はできる限り薄型に形成されているので、機器筐体７１の厚み方向においては、バッテリーパック７３と機器筐体７１との間隔が極狭い。したがって、この間に同軸ケーブルを配置することができない。

しかしながら、本実施形態に示したコネクタケーブル６０を、当該コネクタケーブル６０の厚み方向と、機器筐体７１の厚み方向とが一致するように配置することで、バッテリーパック７３と機器筐体７１との間に、コネクタケーブル６０を通すことができる。これにより、バッテリーパック７３を中間に配して離間された実装回路基板７２Ａ，７２Ｂをコネクタケーブル６０で接続することができる。なお、このコネクタケーブルは、アンテナ素子と給電回路とを接続するために用いられる。

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係るフラットケーブルについて説明する。実施形態２では、第１基材シート５１及び第２基材シート５２は、例えばポリイミドであって、接着層を介して貼り付けている。

図７は、第１基材シート５１が両面銅張シート、第２基材シート５２が片面銅張シートの場合のフラットケーブルの分解斜視図である。図７に示すフラットケーブル１Ａの場合、接着層５３は、比誘電率が第２基材シート５２の比誘電率εｒ２よりも小さい材料であることが好ましい。これにより、第２基材シート５２側の比誘電率が小さくなり、第２基材シート５２の厚さを薄くした結果、開口部２０Ａからの不要な輻射を抑制できなくなるおそれを回避できる。

図８は、第１基材シート５１が方面銅張シート、第２基材シート５２が両面銅張シートの場合のフラットケーブルの分解斜視図である。図８に示すフラットケーブル１Ｂの場合、接着層５３は、第２基材シート５２の比誘電率εｒ２より大きい材料であることが好ましい。これにより、第１基材シート５１側の比誘電率が大きくなり、第１基材シート５１の厚さを薄くできず、結果としてフラットケーブル１Ａの薄型化を実現できなくなるおそれを回避できる。

図７及び図８に示すフラットケーブルの場合、第１基材シート５１及び第２基材シート５２を貼り合せた後に、穴を形成し、導電ペーストが充填して、ビアホール導体４１等が形成される。

以上のように、本実施形態では、第１基材シート５１及び第２基材シート５２を接着層５３で貼り合せる場合であっても、接着層５３の比誘電率を考慮することで、フラットケーブル１Ａは、特性を変えることなく不要な輻射を抑制し、薄型化を実現できる。

なお、フラットケーブル１において、第１グランド導体１０及び第２グランド導体２０を導通する層間接続導体については、ビアホール導体とする場合は、貼り合せる前の熱可塑性樹脂シートに予め形成されていてもよいし、穴を形成しておき、シートを貼り合せた後に、導電ペーストが充填されて形成されるものであってもよい。また、シートを貼り合わせた後に穴を形成し、この穴の内周面にめっき膜等を付与してなるスルーホール型であってもよい。

１−フラットケーブル
１０−第１グランド導体
１１−コネクタ部
１２−開口部
１３−コネクタ用端子
２０−第２グランド導体
２１−長尺導体
２０Ａ−開口部
２２−長尺導体
２３−架設導体
３０−中央導体
３１−幅広部
３２−幅狭部
２２−コネクタ部
５１−第１基材シート
５２−第２基材シート
１００−第１ロール部
１０１−両面銅張シート
２００−第２ロール部
２０１−片面銅張シート
３００−第３ロール部
３０１−合成シート
４０１，４０２−ロール部

Claims (2)

1. 比誘電率εｒ１を有する第１基材シートと、
   前記第１基材シートの第１面に形成された長尺状の第１グランド導体パターンと、
   前記第１基材シートの第２面側に、その第２面が対向するように積層され、比誘電率εｒ２（＞εｒ１）を有する第２基材シートと、
   前記第２基材シートの第１面に形成され、長手方向に沿って複数の開口部を有し、前記第１グランド導体パターンに対向した長尺状の第２グランド導体パターンと、
   前記第１グランド導体パターンに対向するとともに、前記第２グランド導体パターンの開口部がその一部に重なるように、前記第１基材シートと前記第２基材シートとの間に設けられた長尺状の信号伝送用導体パターンと、
   を備えるフラットケーブル。
2. 前記第１基材シート及び前記第２基材シートは同じ厚さを有する、
   請求項１に記載のフラットケーブル。

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