JP2017004988A - フレキシブル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】リジット基板との接続部における反射を低減し、信号配線の伝送特性をより改善する。
【解決手段】信号線路１０２は、マイクロストリップ線路１０５と、信号電極端子部１０６と、配線領域１０７とを有している。配線領域１０７は、一方側の領域１０８が接地導体パターン１０４に非対向として設けられ、他方側の領域１０９が接地導体パターン１０４に対向して設けられている。接地電極端子１０３−１，１０３−２に、信号電極端子部１０６を間に挟んで対向する接地電極部１１２と、配線領域１０７を間に挟んで対向する接地領域部１１３とを設ける。接地電極端子１０３−１，１０３−２の接地電極部１１２ならびに接地領域部１１３を誘電体基板１０１に設けられたビアホール１１１を介して接地導体パターン１０４の接地電極端子部１１８−１，１１８−２に電気的に接続する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、フレキシブル基板に関するものである。

近年、光通信システムの高速大容量化が進展するとともに光送受信装置の小型化が求められている。今日、光送受信装置で用いられる電気／光変換部、光／電気変換部はＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）やＲＯＳＡ（Receiver Optical Sub-Assembly）といった形でサブアセンブリ・モジュール化されているのが一般的であり、ＴＯＳＡやＲＯＳＡと光送受信装置のボード（リジット基板）とは実装の自由度からフレキシブル基板を介して接続される構成が良く用いられる。リジット基板上に設けられた伝送線路とフレキシブル基板上に設けられた伝送線路とははんだ等によって接続されるが、接続部では伝送線路の不連続に起因した高周波信号の反射が生じ、伝送特性を劣化させる一因となっている。

そこで、特許文献１には、フレキシブル基板とリジット基板との接続部における高周波信号の伝送特性を改善するための接続構造の例が示されている。図４（ａ）は特許文献１に示されたフレキシブル基板の端部（リジット基板との接続部分付近）の構造を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）を裏面側から見た図である。

このフレキシブル基板４００は、屈曲性を有する誘電体基板（絶縁フィルム）４０１と、誘電体基板４０１の上面（表面）に形成された信号線路（信号配線）４０２と、リジット基板４３０上に設けられた接地電極（不図示）と接続するための複数の接地電極端子（表面接地電極端子）４０３と、誘電体基板４０１の下面（裏面）に形成された接地導体パターン４０４および信号電極端子４１２とを備えている。この例では、複数の接地電極端子４０３として、第１の接地電極端子４０３−１と第２の接地電極端子４０３−２とが設けられている。なお、図４（ａ）において、リジット基板４３０はその重ね合わされる位置を１点鎖線で仮想的に示している。

このフレキシブル基板４００において、信号線路４０２は、マイクロストリップ線路（伝送線路部）４０５と、リジット基板４３０上に設けられた信号電極（不図示）と接続するための信号電極端子部４０６と、マイクロストリップ線路４０５と信号電極端子部４０６とを相互に接続する配線領域４０７とを有している。

マイクロストリップ線路４０５は接地導体パターン４０４に対向して設けられており、信号電極端子部４０６は接地導体パターン４０４に非対向として設けられている。また、配線領域４０７は、信号電極端子部４０６側の領域（一方側の領域）４０８が接地導体パターン４０４に非対向として設けられ、マイクロストリップ線路４０５側の領域（他方側の領域）４０９が接地導体パターン４０４に対向して設けられている。

また、接地導体パターン４０４は接地電極端子部（裏面接地電極端子部）４１３として第１の接地電極端子部４１３−１と第２の接地電極端子部４１３−２とを備えており、誘電体基板４０１の表面に設けられた第１の接地電極端子４０３−１および第２の接地電極端子４０３−２が、誘電体基板４０１に設けられたビアホール（スルーホール）４１１を介して、誘電体基板４０１の裏面に設けられた第１の接地電極端子部４１３−１および第２の接地電極端子部４１３−２に電気的に接続されている。また、誘電体基板４０１の表面に設けられた信号電極端子部４０６が、誘電体基板４０１に設けられたビアホール４１１を介して、誘電体基板４０１の裏面に設けられた信号電極端子４１２に電気的に接続されている。

なお、誘電体基板４０１の表面の配線領域４０７において、一方側の領域４０８と対向する誘電体基板４０１の裏面側の領域に接地導体パターン４０４が形成されていないのは、信号電極端子４１２と接地導体パターン４０４とがショートすることを防ぐためである。

信号線路４０２において、信号電極端子部４０６の幅と配線領域４０７の幅とは等しく、マイクロストリップ線路４０５の幅よりも広い。配線領域４０７の他方側の領域（マイクロストリップ線路４０５側の領域）４０９は誘電体基板４０１を挟んで接地導体パターン４０４と重なっており、マイクロストリップ線路４０５に比べて線路幅が広い。このため、配線領域４０７の他方側の領域４０９と接地導体パターン４０４との結合容量がマイクロストリップ線路４０５と接地導体パターン４０４との結合容量よりも大きくなり、配線領域４０７の他方側の領域４０９の特性インピーダンスが低くなる。

一方、配線領域４０７の一方側の領域（信号電極端子部４０６側の領域）４０８は、誘電体基板４０１の下に接地導体パターン４０４が存在しない。このため、配線領域４０７の一方側の領域４０８と接地導体パターン４０４との結合容量がマイクロストリップ線路４０５と接地導体パターン４０４との結合容量よりも小さくなり、配線領域４０７の一方側の領域４０８の特性インピーダンスが高くなる。

この特性インピーダンスが低い領域４０９と高い領域４０８とが互いに補償しあうことで、信号電極端子部４０６とマイクロストリップ線路４０５との不連続が緩和されて、信号電極端子部４０６とマイクロストリップ線路４０５との接続部で生じる反射量が抑制される。この結果として、フレキシブル基板４００とリジット基板４３０との接続部における高周波信号の伝送特性が改善される。

なお、マイクロストリップ線路４０５を流れる高周波信号のリターン電流は、接地導体パターン４０４の誘電体基板４０１を介してマイクロストリップ線路４０５と重なる領域を中心に信号の流れと逆向きに流れ、接地導体パターン４０４からビアホール４１１を経て接地電極端子４０３（４０３−１，４０３−２）に至る。この場合、配線領域４０７の一方側の領域４０８の誘電体基板４０１の下に接地導体パターン４０４が存在しないので、接地導体パターン４０４を流れるリターン電流がこの接地導体パターン４０４が存在しない領域を迂回して流れる。

特開２０１０−２１２６１７号公報

しかしながら、上述した従来のフレキシブル基板４００では、配線領域４０７によるインピーダンス補償効果により高周波信号の伝送特性が改善されるものの、特性インピーダンスの高い領域４０８と低い領域４０９とが交互に配置される不連続性によって反射が生じる。また、このフレキシブル基板４００では、接地導体パターン４０４が存在しない領域を迂回して流れるリターン電流の遅延が長く、リターン電流が迂回して流れることで生じる反射の影響を完全に補償することはできない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、リジット基板との接続部における反射を低減し、信号配線の伝送特性をより改善することが可能なフレキシブル基板を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、誘電体基板と、誘電体基板の表面に設けられた信号配線および複数の表面接地電極端子と、誘電体基板の裏面に設けられた接地導体パターンとを備えたフレキシブル基板において、信号配線は、接地導体パターンに対向して設けられた伝送線路部と、接地導体パターンに非対向として設けられた信号電極端子部と、伝送線路部と信号電極端子部とを相互に接続する配線領域とを備え、配線領域は、接地導体パターンに非対向として設けられた領域を備え、複数の表面接地電極端子は、信号配線を挟んだ一方側および他方側に設けられた第１および第２の表面接地電極端子を備え、第１および第２の表面接地電極端子は、信号電極端子部を間に挟んで対向する表面接地電極部と、配線領域を間に挟んで対向する表面接地領域部とを備え、接地導体パターンは、第１および第２の表面接地電極端子に対向して設けられ、第１および第２の表面接地電極端子に電気的に接続される第１および第２の裏面接地電極端子部を備えることを特徴とする。

この発明によれば、配線領域の両脇に表面接地領域部が存在するため、配線領域の接地導体パターンに非対向として設けられた領域と表面接地領域部との間にいわゆるコプレーナ線路が形成され、このコプレーナ線路の特性インピーダンスと伝送線路部の特性インピーダンスとを整合するように設定することにより、特性インピーダンスの高い領域と低い領域とが交互に配置される不連続性をなくすようにして、信号電極端子部と伝送線路部との接続部での反射を抑えることが可能となる。

本発明において、接地導体パターンは、第１および第２の表面接地電極端子に対向して設けられ、第１および第２の表面接地電極端子に電気的に接続される第１および第２の裏面接地電極端子部を備えている。この場合、本発明の一態様として、第１および第２の表面接地電極端子を誘電体基板に設けられたスルーホールを介して第１および第２の裏面接地電極端子部に電気的に接続する。例えば、第１および第２の表面接地電極端子の表面接地電極部を第１および第２の裏面接地電極端子部にスルーホールを介して電気的に接続したり、第１および第２の表面接地電極端子の表面接地領域部を第１および第２の裏面接地電極端子部にスルーホールを介して電気的に接続したり、第１および第２の表面接地電極端子の表面接地電極部ならびに表面接地領域部を第１および第２の裏面接地電極端子部にスルーホールを介して電気的に接続する。

本発明において、第１および第２の表面接地電極端子の表面接地領域部を第１および第２の裏面接地電極端子部にスルーホールを介して電気的に接続すると、接地導体パターンが存在しない領域を迂回して流れるリターン電流の遅延が短くなり、信号電極端子部から伝送線路部に至る信号伝送の反射特性が低減する。

また、本発明において、接地導体パターンの接地導体パターン領域（伝送線路部及び配線領域の接地導体パターンに対向して設けられた領域と重なった領域）から裏面接地電極端子部への信号配線側の接続部をテーパ形状とするようにしてもよい。このようにすると、リターン電流の経路迂回による遅延をさらに短くして、信号伝送の反射特性をより効果的に改善することが可能となる。

本発明によれば、信号配線を挟んだ一方側および他方側に設けられた第１および第２の表面接地電極端子に、信号電極端子部を間に挟んで対向する表面接地電極部と配線領域を間に挟んで対向する表面接地領域とを設けるようにしたので、配線領域の接地導体パターンに非対向として設けられた領域と表面接地領域部との間にコプレーナ線路が形成されるものとなり、このコプレーナ線路の特性インピーダンスと伝送線路部の特性インピーダンスとを整合するように設定することにより、特性インピーダンスの高い領域と低い領域とが交互に配置される不連続性をなくすようにして、信号電極端子部と伝送線路部との接続部での反射を抑え、リジット基板との接続部における反射を低減し、信号配線の伝送特性をより改善することが可能となる。

また、第１および第２の表面接地電極端子の表面接地領域部をスルーホールを介して第１および第２の裏面接地電極端子部に電気的に接続するようにして、接地導体パターンが存在しない領域を迂回して流れるリターン電流の遅延を短くし、信号電極端子部から伝送線路部に至る信号伝送の反射特性を低減することが可能となる。

本発明に係るフレキシブル基板の一実施の形態の概略を示す図である。 この実施の形態のフレキシブル基板の効果を説明する図である。 本発明に係るフレキシブル基板の一実施の形態の変形例を示す図である。 特許文献１に示された従来のフレキシブル基板の概略を示す図である。

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１（ａ）は本発明に係るフレキシブル基板の一実施の形態の端部（リジット基板との接続部分付近）の構造を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるII−II線断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）を裏面側から見た図である。

このフレキシブル基板１００は、屈曲性を有する誘電体基板（絶縁フィルム）１０１と、誘電体基板１０１の上面（表面）に形成された信号線路（信号配線）１０２と、リジット基板１３０上に設けられた接地電極（不図示）と接続するための接地電極端子（表面接地電極端子）１０３と、誘電体基板１０１の下面（裏面）に形成された接地導体パターン１０４および信号電極端子１１７とを備えている。この例では、複数の接地電極端子１０３として、第１の接地電極端子１０３−１と第２の接地電極端子１０３−２とが設けられている。なお、図１（ａ）において、リジット基板１３０はその重ね合わされる位置を１点鎖線で仮想的に示している。

このフレキシブル基板１００において、信号線路１０２は、マイクロストリップ線路（伝送線路部）１０５と、リジット基板１３０上に設けられた信号電極（不図示）と接続するための信号電極端子部１０６と、マイクロストリップ線路１０５と信号電極端子部１０６とを相互に接続する配線領域１０７とを有している。

マイクロストリップ線路１０５は接地導体パターン１０４に対向して設けられており、信号電極端子部１０６は接地導体パターン１０４に非対向として設けられている。また、配線領域１０７は、信号電極端子部１０６側の領域（一方側の領域）１０８が接地導体パターン１０４に非対向として設けられ、マイクロストリップ線路１０５側の領域（他方側の領域）１０９が接地導体パターン１０４に対向して設けられている。

また、接地電極端子１０３（１０３−１，１０３−２）は、リジット基板１３０上に設けられた接地電極（不図示）と重なる領域１１２と重ならない領域１１３とを有している。以下、接地電極端子１０３の領域１１２，１１３のうち領域１１２を接地電極部（表面接地電極部）と呼び、領域１１３を接地領域部（表面接地領域部）と呼ぶ。

また、接地導体パターン１０４は、接地電極端子部（裏面接地電極端子部）１１８として、誘電体基板１０１の表面に設けられた第１の接地電極端子１０３−１および第２の接地電極端子１０３−２に対向する第１の接地電極端子部１１８−１および第２の接地電極端子部１１８−２を備えており、第１の接地電極端子１０３−１および第２の接地電極端子１０３−２が、誘電体基板１０１に設けられたビアホール（スルーホール）１１１を介して、第１の接地電極端子部１１８−１および第２の接地電極端子部１１８−２に電気的に接続されている。

なお、第１の接地電極端子部１１８−１および第２の接地電極端子部１１８−２は、第１の接地電極端子１０３−１および第２の接地電極端子１０３−２と対向する領域として、接地導体パターン１０４のマイクロストリップ線路１０５及び配線領域１０７の他方側の領域１０９と重なった領域（接地導体パターン領域）１１６から延びた部分１１９だけではなく、接地導体パターン領域１１６に入り込んだ部分も含む。

接地電極端子１０３の接地領域部１１３は、接地導体パターン領域１１６に対して重なる接地電極領域１１４と重ならない接地電極領域１１５とを有しており、接地電極領域１１４が接地電極端子部１１８の接地導体パターン領域１１６に入り込んだ部分にビアホール１１１を介して接続されている。

また、誘電体基板１０１の表面に設けられた配線領域１０７において、一方側の領域１０８と対向する領域に接地導体パターン１０４が形成されていないのは、信号電極端子１１７と接地導体パターン１０４とがショートすることを防ぐためである。

信号線路１０２において、配線領域１０７の一方側の領域（信号電極端子部１０６側の領域）１０８は誘電体基板１０１の下に接地導体パターン１０４が存在しない。このため、配線領域１０７の一方側の領域１０８と接地導体パターン１０４との結合容量はマイクロストリップ線路１０５と接地導体パターン１０４との結合容量よりも小さくなる。しかし、配線領域１０７の一方側の領域１０８の両脇に接地電極領域１１５が存在するため、配線領域１０７の一方側の領域１０８と接地電極領域１１５とはいわゆるコプレーナ線路を形成している。

信号電極端子部１０６と接地電極部１１２との間隔は、リジット基板１３０上に設けられた接地電極（不図示）と整合するように定められるのに対し、配線領域１０７と接地領域部１１３との間隔は、配線領域１０７の一方側の領域１０８と接地電極領域１１５との間に形成されるコプレーナ線路の特性インピーダンスがある所望の値を有するように定められる。

信号電極端子部１０６とマイクロストリップ線路１０５との接続部での反射を抑えるため、配線領域１０７の一方側の領域１０８と接地電極領域１１５との間に形成されるコプレーナ線路の特性インピーダンスの値は、配線領域１０７の他方側の領域１０９に接続しているマイクロストリップ線路１０５の特性インピーダンスと整合するように設定するのが好ましい。

本実施の形態では、配線領域１０７の一方側の領域１０８と接地電極領域１１５との間に形成されるコプレーナ線路の特性インピーダンスをマイクロストリップ線路１０５の特性インピーダンスと整合するように設定している。これにより、特性インピーダンスの高い領域と低い領域とが交互に配置される不連続性をなくすようにして、信号電極端子部１０６とマイクロストリップ線路１０５との接続部での反射を抑えることが可能となる。

なお、配線領域１０７の他方側の領域１０９の両脇にも接地電極領域１１４が存在しているが、配線領域１０７の一方側の領域１０８と接地電極領域１１５とによるコプレーナ線路の特性インピーダンスがマイクロストリップ線路１０５の特性インピーダンスと等しくなるような配線領域１０７と接地領域部１１３との間隔では、配線領域１０７の他方側の領域１０９は接地電極領域１１４との結合よりも接地導体パターン１０４との結合の方が支配的になるため、配線領域１０７の他方側の領域１０９はコプレーナ線路ではなくマイクロストリップ線路として機能する。以下、配線領域１０７の他方側の領域１０９をマイクロストリップ線路とも呼ぶ。

マイクロストリップ線路１０５を流れる高周波信号のリターン電流は、接地導体パターン１０４の誘電体基板１０１を介してマイクロストリップ線路１０５と重なる領域を中心に信号の流れと逆向きに流れ、接地導体パターン１０４からビアホール１１１を経て接地電極端子１０３（１０３−１，１０３−２）に至るが、接地電極領域１１４、１１５がビアホール１１１を有していることにより、リターン電流の経路迂回による遅延が短くなる。このため、配線領域１０８と接地電極領域１１５とによるコプレーナ線路からマイクロストリップ線路１０９、１０５へのモード変換がスムーズに行われ、信号電極端子部１０６からマイクロストリップ線路１０９、１０５に至る信号伝送の反射特性が低減する。

図２により、本実施の形態の効果を説明する。図２は、電極も含めた長さ約１０ｍｍのフレキシブル基板に対して、本実施の形態を適用して信号配線を形成した場合と、従来例として特許文献１の形態を適用した場合とをシミュレーションで比較した周波数特性を示しており、図２（ａ）は反射損失特性、図２（ｂ）は通過損失特性を示している。

図２のシミュレーションにおいて、マイクロストリップ線路１０５、４０５の線路幅は０．１ｍｍ、信号電極端子部１０６、４０６の幅は０．１ｍｍ、配線領域１０８、４０８の長さは０．３ｍｍ、配線領域１０９、４０９の長さは０．２ｍｍの値を用いている。図２においては線路長に起因した反射のリップルが現れているが、同図に示されるように低域から高域まで幅広い周波数帯域に対して本実施の形態の反射強度が低く抑えられることにより、通過損失が平坦化し伝送特性が向上する。

例えば、図２（ａ）において、従来例では反射損失−１０ｄＢ以下となる周波数が２０ＧＨｚ以下であるのに対し、本実施の形態では３６ＧＨｚ以下に改善される。また図２（ｂ）において、従来例では通過損失−１ｄＢ以下となる周波数が２０ＧＨｚであるのに対し、本実施の形態では３０ＧＨｚに改善されることが確認できた。

なお、上述した実施の形態の変形例として、図３に示すように、接地導体パターン３０４がマイクロストリップ線路３０５及び配線領域３０７の他方側の領域３０９と重なった接地導体パターン領域３１６から、接地電極端子部３１８（３１８−１，３１８−２）への信号線路３０２側の接続部３２０（３２０−１，３２０−２）をテーパ形状で形成することによって、リターン電流の経路迂回による遅延をさらに短くして、信号伝送の反射特性をより効果的に改善することもできる。

以上説明した実施の形態によれば、信号配線の不連続性による反射を抑えてフレキシブル基板の伝送特性を改善することができる。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００，３００…フレキシブル基板、１０１，３０１…誘電体基板（絶縁フィルム）、１０２，３０２…信号線路（信号配線）、１０３，３０３…接地電極端子（表面接地電極端子）、１０４，３０４…接地導体パターン、１０５，３０５…マイクロストリップ線路（伝送線路部）、１０６，３０６…信号電極端子部、１０７，３０７…配線領域、１０８，３０８…一方側の領域、１０９，３０９…他方側の領域、１１１，３１１…ビアホール（スルーホール）、１１２，３１２…接地電極部（表面接地電極部）、１１３，３１３…接地領域部（表面接地領域部）、１１４，３１４…接地電極領域、１１５，３１５…接地電極領域、１１６，３１６…接地導体パターン領域、１１７，３１７…信号電極端子、１１８，３１８…接地電極端子部（裏面接地電極端子部）、３２０…接続部、１３０，３３０…リジット基板。

Claims (7)

1. 誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に設けられた信号配線および複数の表面接地電極端子と、前記誘電体基板の裏面に設けられた接地導体パターンとを備えたフレキシブル基板において、
   前記信号配線は、
   前記接地導体パターンに対向して設けられた伝送線路部と、前記接地導体パターンに非対向として設けられた信号電極端子部と、前記伝送線路部と前記信号電極端子部とを相互に接続する配線領域とを備え、
   前記配線領域は、
   前記接地導体パターンに非対向として設けられた領域を備え、
   前記複数の表面接地電極端子は、
   前記信号配線を挟んだ一方側および他方側に設けられた第１および第２の表面接地電極端子を備え、
   前記第１および第２の表面接地電極端子は、
   前記信号電極端子部を間に挟んで対向する表面接地電極部と、前記配線領域を間に挟んで対向する表面接地領域部とを備え、
   前記接地導体パターンは、
   前記第１および第２の表面接地電極端子に対向して設けられ、前記第１および第２の表面接地電極端子に電気的に接続される第１および第２の裏面接地電極端子部を備える
   ことを特徴とするフレキシブル基板。
2. 請求項１に記載されたフレキシブル基板において、
   前記第１および第２の表面接地電極端子は、
   前記誘電体基板に設けられたスルーホールを介して前記第１および第２の裏面接地電極端子部に電気的に接続されている
   ことを特徴とするフレキシブル基板。
3. 請求項２に記載されたフレキシブル基板において、
   前記第１および第２の表面接地電極端子の表面接地電極部は、
   前記第１および第２の裏面接地電極端子部に前記スルーホールを介して電気的に接続されている
   ことを特徴とするフレキシブル基板。
4. 請求項２に記載されたフレキシブル基板において、
   前記第１および第２の表面接地電極端子の表面接地領域部は、
   前記第１および第２の裏面接地電極端子部に前記スルーホールを介して電気的に接続されている
   ことを特徴とするフレキシブル基板。
5. 請求項２に記載されたフレキシブル基板において、
   前記第１および第２の表面接地電極端子の表面接地電極部ならびに表面接地領域部は、
   前記第１および第２の裏面接地電極端子部に前記スルーホールを介して電気的に接続されている
   ことを特徴とするフレキシブル基板。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載されたフレキシブル基板において、
   前記配線領域の前記接地導体パターンに非対向として設けられた領域と前記表面接地領域部との間に形成されるコプレーナ線路の特性インピーダンスと前記伝送線路部の特性インピーダンスとが整合するように設定されている
   ことをと特徴とするフレキシブル基板。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載されたフレキシブル基板において、
   前記接地導体パターンは、
   前記伝送線路部及び前記配線領域の接地導体パターンに対向して設けられた領域と重なった接地導体パターン領域から前記裏面接地電極端子部への前記信号配線側の接続部がテーパ形状とされている
   ことを特徴とするフレキシブル基板。

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