JP3872084B2 - 配線回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、配線回路基板に関する。

フレキシブル配線回路基板は、例えば、絶縁層の一面に導体からなる配線層が形成され、他面にグランドパターンが形成された構造を有する。フレキシブル配線回路基板上には種々の回路素子が実装される。配線層が高周波信号を伝送する場合には、回路素子の入出力インピーダンスと配線層の特性インピーダンスとを整合させる必要がある。

配線層の特性インピーダンスＺは次式で表される。

ここでＣは配線層とグランドパターンとの間の静電容量であり、Ｌは配線層のインダクタンスである。

上式から配線層とグランドパターンとの間の静電容量Ｃを調整することにより、配線層の特性インピーダンスを調整することができる。

静電容量は配線層とグランドパターンとの対向する領域の面積で決まるため、配線層の幅を調整することによって、静電容量を調整し、特性インピーダンスを調整することができる。

回路素子の入出力インピーダンスが高い場合には、配線層の幅を小さくすることにより特性インピーダンスを高くする必要がある。しかし、配線層の幅を小さくするのには限界がある。そのため、特性インピーダンスを高くすることが困難になる。また、絶縁層の厚みを大きくすることにより、静電容量を小さくすることも可能である。しかしながら、絶縁層の厚みが大きいと、フレキシブル配線回路基板の撓み性が悪くなる。

そこで、グランドパターンに規則的な開口部を形成し、グランドパターンの面積を減少させることが提案されている（特許文献１および２参照）。

配線層に対向するグランドパターンの領域の面積を減少させると、静電容量が減少し、特性インピーダンスを高くすることができる。

図３は特許文献２に記載された従来のフレキシブル配線回路基板の一例を示す平面図であり、図４は図３のフレキシブル配線回路基板の断面図である。

図３および図４に示すように、絶縁層１１の一面に複数の配線層１２が形成され、他面にグランドパターン１３が形成されている。

グランドパターン１３は互いに直交する複数のグランドライン２０１，２０２からなる。これにより、複数の正方形状の開口部１３ａが規則的に形成されている。配線層１２はグランドライン２０１，２０２に対して４５°の角度をなす。

図４に示すように、配線層１２およびグランドパターン１３をそれぞれ覆うように、ベース絶縁層１１の両面に接着剤層１４を介してカバー絶縁層１５が形成される。

これにより、配線層１２に対向するグランドパターン１３の領域の面積を減少させることができ、配線層１２の特性インピーダンスを高くすることができる。
特開２０００−７７８０２号公報 特開平５−３４３８２０号公報

上記従来のフレキシブル配線回路基板では、配線層１２とグランドパターン１３との相対的な位置がずれると、配線層１２とグランドパターン１３との対向する領域の面積が変化する。これにより、配線層１２の特性インピーダンスにばらつきが生じる。

したがって、配線層１２の設計時において配線層１２の位置が制約を受けることになる。また、製造時において配線層１２とグランドパターン１３との位置合わせに高い精度が要求される。

本発明の目的は、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度が緩和された配線回路基板を提供することである。

（１）
本発明に係る配線回路基板は、絶縁層と、絶縁層の一面に形成された配線層と、絶縁層の他面に形成された導体パターンとを備え、導体パターンは、配線層に交差しかつ互いに平行な複数の第１の線状部と、隣接する第１の線状部間に第１の線状部に対して第１の角度をなしかつ互いに平行に配列された複数の第２の線状部と、隣接する第１の線状部間に第１の線状部に対して第２の角度をなしかつ互いに平行に配列された複数の第３の線状部とを有し、複数の第１の線状部間には複数のストライプ状領域が形成され、各ストライプ状領域において複数の第２および複数の第３の線状部は第１の線状部とともに複数の第１の三角形および複数の第２の三角形を形成するように配列され、各第１の三角形は、一の第１の線状部の部分からなる底辺、ならびに第２および第３の線状部からなる二辺を有し、各第２の三角形は、他の第１の線状部の部分からなる底辺、ならびに第２および第３の線状部からなる二辺を有し、第１の三角形と第２の三角形とは、絶縁層上で互いに１８０°回転した形状を有し、各ストライプ状領域における各第１の三角形の二辺の交点からなる一頂点が、隣接するストライプ状領域における第１の三角形の底辺上で両端の頂点からずれた位置にあり、各ストライプ状領域における各第２の三角形の二辺の交点からなる一頂点が、隣接するストライプ状領域における第２の三角形の底辺上で両端の頂点からずれた位置にあるものである。

その配線回路基板においては、導体パターンに複数の開口部が形成されているので、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積が減少する。したがって、各配線層と導体パターンとの間の静電容量が減少し、配線層の特性インピーダンスが高くなる。その結果、回路素子の入出力インピーダンスが高い場合においても、回路素子の入出力インピーダンスと配線層の特性インピーダンスとの整合が可能となる。この場合、複数の開口部の面積を調整することにより配線層の特性インピーダンスを任意に調整することができる。

また、各ストライプ状領域における各第１および第２の三角形の二辺（第２の線状部および第３の線状部）の交点からなる一頂点が、それぞれ隣接するストライプ状領域における第１および第２の三角形の底辺（第１の線状部の部分）上で両端の頂点からずれた位置にあるため、導体パターンに対する配線層の位置ずれが生じた場合でも、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積のずれが小さくなる。それにより、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度が緩和される。

（２）
各ストライプ状領域における各第２の線状部が他のストライプ状領域を挟んで隣接するさらに他のストライプ状領域における複数の第２の線状部のいずれとも共通の直線上に位置せず、各ストライプ状領域における各第３の線状部が他のストライプ状領域を挟んで隣接するさらに他のストライプ状領域における複数の第３の線状部のいずれとも共通の直線上に位置しなくてもよい。

（３）
複数の第１の線状部は、互いに等間隔で平行に配列されてもよい。この場合、導体パターンに対する配線層の位置ずれが生じた場合でも、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積のずれがより小さくなる。それにより、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度がより緩和される。

（４）
複数の第２および第３の線状部は、同じ長さを有してもよい。この場合、各開口部が二等辺三角形状または正三角形状を有する。それにより、同じ静電容量を得るための各開口部と各配線層との位置関係として少なくとも２種類の選択が可能となる。それにより、設計時における配線層の配置の自由度が増加する。

（５）
第１および第２の角度は、６０°であってもよい。この場合、各開口部が正三角形状を有する。それにより、同じ静電容量を得るための各開口部と各配線層との位置関係として３種類の選択が可能となる。それにより、設計時における配線層の配置の自由度がより増加する。

（６）
複数の第１および第２の三角形は、それぞれ複数の第１の線状部に対して直交する方向に配列されてもよい。この場合、導体パターンに対する配線層の位置ずれが生じた場合でも、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積のずれがより小さくなる。それにより、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度がより緩和される。

（７）
複数の第１の線状部は、配線層に対して９０°でない第３の角度をなして配列されてもよい。この場合、導体パターンに対する配線層の位置ずれが生じた場合でも、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積のずれがさらに小さくなる。それにより、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度がさらに緩和される。

（８）
第３の角度は、６０°であってもよい。この場合、導体パターンに対する配線層の位置ずれが生じた場合でも、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積のずれが十分に小さくなる。それにより、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度が十分に緩和される。

本発明によれば、導体パターンに対する配線層の位置ずれが生じた場合でも、配線層と導体パターンとの対向する領域の面積のずれが小さくなる。それにより、設計時における配線層の位置の制約および製造時における配線層の位置合わせ精度が緩和される。

（１）実施の形態
以下、本発明の一実施の形態に係るフレキシブル配線回路基板について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係るフレキシブル配線回路基板の平面図であり、図２は図１のフレキシブル配線回路基板の断面図である。以下、フレキシブル配線回路基板を配線回路基板と略記する。

図１において、たとえばポリイミドからなるベース絶縁層１の表面に平行でかつ互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義する。

図１および図２に示すように、ベース絶縁層１の一面に、Ｙ方向に延びる銅等の導体からなる複数の配線層２が形成されている。ベース絶縁層１の他面に銅等の導体からなるグランドパターン３が形成されている。

ここで、図１において、ベース絶縁層１の表面に平行でＸ方向およびＹ方向に対してそれぞれ所定の角度θをなす２方向をＸ’方向およびＹ’方向と定義する。

図１に示すように、グランドパターン３は、一体的に形成された複数のグランドライン１０１，１０２，１０３からなる。複数のグランドライン１０１は、等間隔で平行に配列されている。

隣接するグランドライン１０１間に複数のグランドライン１０２が等間隔で平行に配列されている。また、隣接するグランドライン１０１間に複数のグランドライン１０３がグランドライン１０２に対して所定の角度をなすように等間隔で平行に配列されている。各グランドライン１０３は１つのグランドライン１０２の一端と隣接する他の１つのグランドライン１０２の他端とを結ぶように形成されている。

本実施の形態では、グランドライン１０２，１０３はグランドライン１０１に対してそれぞれ６０°の角度をなす。それにより、グランドライン１０１，１０２，１０３は正三角形状の開口部３ａ，３ｂを形成する。開口部３ａと開口部３ｂとはＸ−Ｙ平面上で１８０°回転した形状を有する。複数の開口部３ａは、Ｘ’方向に沿って配列されるとともに、Ｙ’方向に沿って配列されている。複数の開口部３ｂはＸ’方向に沿って配列されるとともに、Ｙ’方向に沿って配列されている。

図２に示すように、配線層２およびグランドパターン３をそれぞれ覆うように、ベース絶縁層１の両面に接着剤層４を介してたとえばポリイミドからなるカバー絶縁層５が形成される。

このようにして、ベース絶縁層１、配線層２、グランドパターン３、接着剤層４およびカバー絶縁層５からなる配線回路基板が形成される。

ベース絶縁層１の厚みは５〜８０μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがより好ましい。

配線層２の幅は、１０〜２０００μｍであることが好ましく、５０〜１０００μｍであることがより好ましい。また、隣接する配線層２の間隔は、２０〜１０００μｍであることが好ましく、５０〜５００μｍであることがより好ましい。さらに、配線層２の厚みは、５〜５０μｍであることが好ましく、８〜４０μｍであることがより好ましい。

グランドライン１０１，１０２，１０３の各々の幅は、１０〜２０００μｍであることが好ましく、５０〜１０００μｍであることがより好ましい。

グランドパターン３の厚みは５〜５０μｍであることが好ましく、８〜４０μｍであることがより好ましい。また、グランドパターン３の開口率は５０〜７０％であることが好ましく、５５〜６５％であることがより好ましい。グランドパターン３のメッシュサイズＭ１は０．２〜０．８ｍｍであることが好ましく、０．４〜０．６ｍｍであることがより好ましい。

メッシュサイズＭ１は、グランドライン１０１，１０２，１０３の各々の中心線が形成する正三角形の一辺の長さを示すものとする（図１参照）。

Ｘ方向とＸ’方向（グランドライン１０１）との角度θは、２０〜４０°であることが好ましく、２５〜３５°であることがより好ましく、２８〜３２°であることがさらに好ましい。

配線回路基板の製造方法としては、サブストラクティブ工法およびセミアディティブ工法のどちらを用いてもよい。また、サブストラクティブ工法およびセミアディティブ工法を組み合わせて用いてもよい。

本実施の形態に係る配線回路基板においては、グランドパターン３が開口部３ａ，３ｂを有するので、配線層２とグランドパターン３との対向する領域の面積が減少し、静電容量が減少する。これにより、配線層２の特性インピーダンスが高くなる。その結果、回路素子の入出力インピーダンスが高い場合においても、回路素子の入出力インピーダンスと配線層２の特性インピーダンスとの整合が可能となる。この場合、開口部３ａ，３ｂの面積を調整することにより配線層２の特性インピーダンスを任意に調整することができる。

また、グランドパターン３の開口部３ａ，３ｂが三角形状を有するので、配線層２の位置がＸ方向（配線層２に直交する方向）にずれた場合でも、配線層２とグランドパターン３との対向する領域の面積のずれが小さくなる。

さらに、複数のグランドライン１０１がＸ方向（配線層２に直交する方向）に対して所定の角度θで傾斜するように配列されているので、配線層２の位置がＸ方向にずれた場合でも、配線層２とグランドパターン３との対向する領域の面積のずれがより小さくなる。その結果、設計時における配線層２の位置の制約および製造時における配線層２の位置合わせ精度が緩和される。

（２）請求項の各構成要素と実施の形態の各部の対応
上記実施の形態においては、ベース絶縁層１が絶縁層に相当し、グランドパターン３が導体パターンに相当し、グランドライン１０１が第１の線状部に相当し、グランドライン１０２およびグランドライン１０３の一方が第２の線状部に相当し、グランドライン１０３およびグランドライン１０２の他方が第３の線状部に相当する。

また、開口部３ａおよび開口部３ｂの一方が第１の三角形に相当し、開口部３ｂおよび開口部３ａの他方が第２の三角形に相当する。

（３）他の実施の形態
開口部３ａ，３ｂは正三角形状を有することが好ましいが、二等辺三角形状または他の三角形状を有してもよい。

また、配線層２およびグランドパターン３の表面にはカバー絶縁層５が形成されなくてもよい。

また、配線層２上にカバー絶縁層５が設けられずに接着剤層を介して他の絶縁層が形成され、他の絶縁層上にグランドパターン３と同様の他のグランドパターンが形成されてもよい。その場合、他のグランドパターン上に接着剤層を介してカバー絶縁層が形成されてもよい。

ベース絶縁層１およびカバー絶縁層５の材料は、ポリイミドに限らず、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルニトリルフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム等の他の絶縁材料を用いてもよい。

配線層２およびグランドパターン３の材料は、銅に限らず、銅合金、金、アルミニウム等の他の金属材料を用いてもよい。

接着剤層４としては、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤等を用いることができる。

上記実施の形態においては、本発明をフレキシブル配線回路基板に用いた場合を説明したが、本発明はリジッド配線回路基板等の他の配線回路基板にも適用することができる。

実施例では、図１および図２の実施の形態に係るフレキシブル配線回路基板を用いて、配線層の位置ずれによる配線層の特性インピーダンスのずれを調べた。

ベース絶縁層１の一面には、１０本のＹ方向に延びる配線層２を形成する。配線層２の厚みは１２μｍとし、幅は１００μｍとする。隣接する配線層２の間隔は１００μｍとする。

グランドパターン３の厚みは１２μｍとし、Ｘ’方向とＸ方向とのなす角度θおよびＹ’方向とＹ方向とのなす角度θはいずれも３０°とする。また、メッシュサイズＭ１を０．５ｍｍとし、グランドパターン３の開口率を６０％とする。

（比較例）
比較例では、図３および図４の従来のフレキシブル配線回路基板を用いて、配線層の位置ずれによる配線層の特性インピーダンスのずれを調べた。

ベース絶縁層１１の一面には、直線状に延びる１０本の配線層１２を形成する。配線層１２の厚みは１２μｍとし、幅は１００μｍとする。隣接する配線層１２の間隔は１００μｍとする。

グランドパターン１３の厚みは１２μｍとする。また、メッシュサイズＭ２（グランドライン２０１，２０２の各々の中心線が形成する正方形の一辺の長さ）を０．５ｍｍとし、グランドパターン１３の開口率を６０％とする。

（評価）
実施例および比較例による配線回路基板の全配線層の特性インピーダンスを、デジタルオシロスコープを用いたタイムドメインリフレクトメトリー（時間領域反射率測定法）により測定した。

実施例における配線層２の特性インピーダンスの最大値と最小値との差は１０Ω以内であった。

比較例における配線層１２の特性インピーダンスの最大値と最小値との差は２０Ω以上であった。

このように、グランドパターン３の開口形状を正三角形とし、所定の角度θを３０度（配線層２とグランドライン１０１とのなす角度を６０°）とすることによって、配線層２とグランドパターン３との相対的な位置のずれによる配線層２の特性インピーダンスのずれが小さくなることがわかった。これにより、設計時における配線層２の位置の制約および製造時における配線層２の位置合わせ精度が緩和される。

本発明は、回路素子が実装される種々の配線回路基板に有効に利用できる。

本発明の一実施の形態に係るフレキシブル配線回路基板の平面図である。 図１のフレキシブル配線回路基板の断面図である。 従来のフレキシブル配線回路基板の平面図である。 図３のフレキシブル配線回路基板の断面図である。

符号の説明

１，１１ ベース絶縁層
２，１２ 配線層
３，１３ グランドパターン
３ａ，１３ａ 開口部
４，１４ 接着剤層
５，１５ カバー絶縁層
１０１，１０２，１０３，２０１，２０２ グランドライン

Claims (8)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の一面に形成された配線層と、
   前記絶縁層の他面に形成された導体パターンとを備え、
   前記導体パターンは、
   前記配線層に交差しかつ互いに平行な複数の第１の線状部と、
   隣接する第１の線状部間に前記第１の線状部に対して第１の角度をなしかつ互いに平行に配列された複数の第２の線状部と、
   隣接する第１の線状部間に前記第１の線状部に対して第２の角度をなしかつ互いに平行に配列された複数の第３の線状部とを有し、
   前記複数の第１の線状部間には複数のストライプ状領域が形成され、
   各ストライプ状領域において前記複数の第２および前記複数の第３の線状部は前記第１の線状部とともに複数の第１の三角形および複数の第２の三角形を形成するように配列され、
   各第１の三角形は、一の第１の線状部の部分からなる底辺、ならびに第２および第３の線状部からなる二辺を有し、
   各第２の三角形は、他の第１の線状部の部分からなる底辺、ならびに第２および第３の線状部からなる二辺を有し、
   前記第１の三角形と前記第２の三角形とは、前記絶縁層上で互いに１８０°回転した形状を有し、
   各ストライプ状領域における各第１の三角形の前記二辺の交点からなる一頂点が、隣接するストライプ状領域における第１の三角形の前記底辺上で両端の頂点からずれた位置にあり、
   各ストライプ状領域における各第２の三角形の前記二辺の交点からなる一頂点が、隣接するストライプ状領域における第２の三角形の前記底辺上で両端の頂点からずれた位置にあることを特徴とする配線回路基板。
2. 各ストライプ状領域における各第２の線状部が他のストライプ状領域を挟んで隣接するさらに他のストライプ状領域における複数の第２の線状部のいずれとも共通の直線上に位置せず、
   各ストライプ状領域における各第３の線状部が他のストライプ状領域を挟んで隣接するさらに他のストライプ状領域における複数の第３の線状部のいずれとも共通の直線上に位置しないことを特徴とする請求項１記載の配線回路基板。
3. 前記複数の第１の線状部は、互いに等間隔で平行に配列されたことを特徴とする請求項１または２記載の配線回路基板。
4. 前記複数の第２および第３の線状部は、同じ長さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の配線回路基板。
5. 前記第１および第２の角度は、６０°であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の配線回路基板。
6. 前記複数の第１および第２の三角形は、それぞれ前記複数の第１の線状部に対して直交する方向に配列されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の配線回路基板。
7. 前記複数の第１の線状部は、前記配線層に対して９０°でない第３の角度をなして配列されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の配線回路基板。
8. 前記第３の角度は、６０°であることを特徴とする請求項７記載の配線回路基板。

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