JP6048633B1 - 複合伝送線路および電子機器 - Google Patents

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Abstract

複数の信号伝送線路と電力伝送線路とが、複数の絶縁体層が積層された積層絶縁体に構成された複合伝送線路であって、例えば第1信号伝送線路、第2信号伝送線路と共に電力伝送線路(40)を備える。電力伝送線路(40)は、積層絶縁体の複数の層に沿って形成された電力伝送導体パターン(41〜45)および、これら電力伝送導体パターン(41〜45)を層間接続する層間接続導体(51〜54)で構成され、第1信号伝送線路の第1信号導体パターン(31)、第2信号伝送線路の第2信号導体パターン(32)および電力伝送導体パターン(41〜45)は、積層絶縁体の互いに異なる層で、且つ並行して形成され、第1信号導体パターン(31)と第2信号導体パターン(32)は、第1グランド導体(21)を、絶縁体層の積層方向に挟んで配置され、電力伝送線路(40)は、第1信号導体パターン(31)の側部に配置される。

Description

本発明は、電子機器内に組み込まれる伝送線路に関し、特に、複数の線路を備える複合伝送線路およびそれを備える電子機器に関する。
従来、高周波信号を伝送する各種の伝送線路が考案されている。例えば、特許文献1にアナログ信号ラインとデジタル信号ラインを有する多芯フラットケーブルが示されている。この多芯フラットケーブルのアナログ系ケーブルは、複数のグランド信号ラインおよびアナログ信号ラインを信号伝送方向に対して交互に交差する方向に並び、それぞれ電気的に独立した状態で接続される。また、デジタル系ケーブルは、複数のデジタル信号ラインを信号伝送方向に対して交差する方向に並び、それぞれ電気的に独立した状態で接続される。そして、アナログ系ケーブルとデジタル系ケーブルとが展開状態では並列配置され、信号伝送方向と交差する方向に巻くことにより、または折りたたむことにより、アナログ系ケーブルでデジタル系ケーブルが被覆される。
特開2014−179297号公報
特許文献1に示されるような従来の多芯フラットケーブルにおいては、必要な信号ラインを組み合わせることで、複数種の信号を個別に伝送するケーブルが構成される。
複数種の信号を伝送する多芯ケーブルは、1つのケーブルで複数種の信号を伝送できるので、小型であることが要求される電子機器内の部品としても有用である。例えば、電子機器の筐体内に複数の回路基板が組み込まれ、回路基板間が多芯ケーブルで接続される。
このような電子機器の筐体内に組み込まれる小型の伝送線路において、信号の伝送だけでなく、電力の伝送をも行う場合、複数種の信号を伝送する伝送線路においては、サイズ(厚みや幅)が大型化することなく、且つ、線路間の干渉を如何に抑制するかが重要である。
そこで、本発明は、信号伝送と共に電力伝送を可能とした複合伝送線路を提供することを目的とする。また、構造を複雑化することなく、線路間の干渉を効果的に抑制できるようにした複合伝送線路を提供することを目的とする。
(1)本発明の複合伝送線路は、
複数の信号伝送線路と電力伝送線路とが、複数の絶縁体層が積層された積層絶縁体に構成された複合伝送線路であって、
前記複数の信号伝送線路は、少なくとも第1信号伝送線路と第2信号伝送線路とを含み、
前記第1信号伝送線路は第1信号導体パターンを含み、
前記第2信号伝送線路は第2信号導体パターンを含み、
前記電力伝送線路は、前記積層絶縁体の複数の層に沿って形成された電力伝送導体パターンおよび、これら電力伝送導体パターンを層間接続する層間接続導体で構成され、
前記第1信号導体パターン、前記第2信号導体パターンおよび前記電力伝送導体パターンは、前記積層絶縁体の互いに異なる層で、且つ並行して形成され、
前記第1信号導体パターンと前記第2信号導体パターンは、第1グランド導体を、前記絶縁体層の積層方向に挟んで配置され、
前記電力伝送線路は、前記第1信号導体パターンおよび前記第2信号導体パターンの側部に配置された、
ことを特徴とする。
上記構成により、電力伝送線路を設けることによる大型化が抑えられ、信号伝送と同時に電力伝送可能な複合伝送線路が得られる。また、電力伝送線路は複数の層に沿って形成された電力伝送導体パターンを備えるので、小型でありながら導体損失が低減でき、電圧降下による電源電圧の変動を抑制できる。
(2)前記電力伝送線路は、前記第1信号導体パターンおよび前記第2信号導体パターンの側部に配置されていてもよい。これにより、電力伝送線路を構成する電力伝送導体パターンおよび層間接続導体の数を多くでき、そのことで導体損失がより低減できる。
(3)前記第1信号伝送線路は例えば高周波アナログ信号用の非平衡線路であり、前記第2信号伝送線路は例えばデジタル信号用の差動線路である。
(4)上記(3)において、前記電力伝送線路は、前記第2信号導体パターンより前記第1信号導体パターンに、前記絶縁体層の積層方向に近い位置(高さ)に配置されることが好ましい。これにより、電力伝送線路を介して第1信号伝送線路と第2信号伝送線路との干渉が抑制される。
(5)上記(4)において、前記第2信号導体パターンの数は前記第1信号導体パターンの数より多いことが好ましい。これにより、第2信号導体パターンよりも数が少ない第1信号導体パターンが形成された層の方向へ電力伝送線路の形成位置をずらして配置することで、幅方向のスペースを拡げることができる。すなわち、スペースの効率化が図れる。また、厚み方向に導体が相対的に多数重なりにくくなるので、フレキシブル性が阻害されにくくなる。
(6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、前記第1信号導体パターンに対して、前記第1グランド導体とは反対側に第2グランド導体が形成されていることが好ましい。これにより、第2グランド導体が形成されている側の面のシールド効果が高まり、第2信号伝送線路および電力伝送線路と第1信号伝送線路とのアイソレーションが高まる。
(7)上記(6)において、前記第2グランド導体と前記第1グランド導体とは、前記第1信号導体パターンより前記電力伝送線路側の位置で層間接続導体を介して接続されていることが好ましい。これにより、シールド効果がさらに高まるとともに、第1信号伝送線路と電力伝送線路とのアイソレーションを向上させることができる。
(8)前記第2グランド導体と前記第1グランド導体とは、前記第1信号導体パターンに対し、前記電力伝送線路とは反対側の位置で層間接続導体を介して接続されていることが好ましい。これにより、外部および第2信号導体パターンと第1信号導体パターンとのアイソレーションが向上する。
(9)上記(6)から(8)のいずれかにおいて、前記電力伝送線路は少なくとも前記第2グランド導体に導通する構造であってもよい。これにより、少なくとも第2グランド導体が電力伝送線路として作用し、電力伝送線路の導体損が低減され、放熱性が高まる。また、電力伝送線路が第1信号伝送線路のグランド導体として作用し、第1信号伝送線路のシールド性が高まる。
(10)上記(9)において、前記第2信号導体パターンに対して、前記第1グランド導体とは反対側に第3グランド導体が形成され、前記電力伝送線路は前記第3グランド導体に導通する構造であってもよい。これにより、第2グランド導体および第3グランド導体が電力伝送線として作用し、電力伝送線路の導体損が低減され、放熱性が高まる。また、電力伝送線路が第1信号伝送線路および第2信号伝送線路のグランド導体として作用し、第1信号伝送線路および第2信号伝送線路のシールド性が高まる。
(11)上記(1)から(8)のいずれかにおいて、前記第1グランド導体とは電気的に分離された、電力伝送用のグランド導体をさらに備えてもよい。これにより、電力伝送線路と信号伝送線路とのアイソレーションが高まる。
(12)上記(1)から(11)のいずれかにおいて、前記第2信号導体パターンに対して、前記第1グランド導体とは反対側に第3グランド導体が形成されていることが好ましい。これにより、第3グランド導体が形成されている側の面のシールド効果が高まり、第1信号伝送線路および電力伝送線路とのアイソレーションが高まる。
(13)上記(12)において、前記第3グランド導体と前記第1グランド導体とは層間接続導体を介して接続されていることが好ましい。これにより、外部、電力伝送線路および第1信号導体パターンと第2信号導体パターンとのアイソレーションが向上する。
(14)上記(13)において、前記層間接続導体は、前記第2信号導体パターンを幅方向に挟んで両側に配置されていることが好ましい。これにより、外部、電力伝送線路および第1信号導体パターンと第2信号導体パターンとのアイソレーションがより向上する。
(15)上記(12)から(14)のいずれかにおいて、前記電力伝送線路は、前記第2のグランド導体が形成されている前記積層絶縁体の層から前記第3のグランド導体が形成されている前記積層絶縁体の層に亘って形成されていることが好ましい。これにより、第2のグランド導体が形成されている層から第3グランド導体が形成されている層までのスペースが有効に利用されて、電力伝送線路の導体損が低減される。
(16)上記(1)から(15)のいずれかにおいて、前記第1信号伝送線路および前記第2信号伝送線路に導通する外部接続端子は前記積層絶縁体の前記第2信号伝送線路側に形成されていることが好ましい。これにより、外部接続端子と第1、第2の伝送線路間の接続経路の総長が短くなり、不要な寄生成分が抑制される。また、配線のためのスペースを小さくしやすくなるので複合伝送線路全体のサイズを小型化しやすい。
(17)上記(1)から(16)のいずれかにおいて、前記積層絶縁体は可撓性を有することが好ましい。これにより、複合伝送線路を電子機器内の限られた空間に沿って這わせることができる。
(18)上記(1)から(17)のいずれかにおいて、前記複数の絶縁体層の積層方向とは垂直方向に曲がる曲がり部を有し、前記絶縁体層の平面視で、前記電力伝送線路は前記第1信号導体パターンおよび前記第2信号導体パターンより内周側に配置されていることが好ましい。これにより、曲がり部における第1信号導体パターンおよび第2信号導体パターンの曲率半径が大きく保たれ、距離を離すことができるので、曲がり部における、第1信号導体パターン同士または第2信号導体パターン同士の干渉が緩和される。また、曲がり部において、第1信号導体パターンと第1信号導体パターンとの間に電力伝送線路が配置されるので、第1信号導体パターン同士は電力伝送線路で遮蔽され、その作用によっても、第1信号導体パターン同士の干渉が抑制される。第2信号導体パターン同士についても同様に干渉が抑制される。
(19)上記(1)から(18)のいずれかにおいて、前記電力伝送線路は、前記複数の信号伝送線路の両側部にそれぞれ配置されていることが好ましい。これにより、積層絶縁体の縦断面において、少なくとも電力伝送線路は対称形状となり、積層絶縁体が反りや捻れが抑制される。
(20)本発明の電子機器は、上記(1)から(19)のいずれかに記載の複合伝送線路、第1高周波回路および第2高周波回路を備え、前記第1高周波回路および第2高周波回路が前記複合伝送線路で接続されたことを特徴とする。これにより、より小型の電子機器が構成される。
本発明によれば、小型でありながら、複数種の信号伝送と共に電力伝送が可能な複合伝送線路が得られる。
また、本発明によれば、構造が複雑化することなく、線路間の干渉が効果的に抑制された複合伝送線路が得られる。
図1は第1の実施形態に係る複合伝送線路1の斜視図である。 図2(A)は伝送線路1の正面図であり、図2(B)は複合伝送線路1のフォーミングの様子を示す図である。 図3は伝送線路1の分解斜視図である。 図4は、図1に示すA−A部分での断面図である。 図5は第2の実施形態に係る複合伝送線路2Aの断面図である。 図6は第2の実施形態に係る複合伝送線路2Bの断面図である。 図7は第2の実施形態に係る複合伝送線路2Cの断面図である。 図8は第3の実施形態に係る複合伝送線路3Aの断面図である。 図9は第3の実施形態に係る複合伝送線路3Bの断面図である。 図10は第4の実施形態に係る複合伝送線路4の断面図である。 図11は第5の実施形態に係る伝送線路1Eの断面図である。 図12は第6の実施形態に係る伝送線路1Fの断面図である。 図13(A)は第7の実施形態に係る伝送線路7Aの断面図である。図13(B)は第7の実施形態に係る別の伝送線路7Bの断面図である。 図14は第8の実施形態に係る伝送線路18の平面図である。 図15は第9の実施形態に係る伝送線路19の断面図である。 図16(A)は、第10の実施形態に係る伝送線路1の実装状態を示す、携帯電子機器5の筐体内の平面図であり、図16(B)は当該携帯電子機器5の筐体内部での伝送線路1の実装状態を示す概略断面図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付す。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係る複合伝送線路1の斜視図である。図2(A)は伝送線路1の正面図、図2(B)は複合伝送線路1のフォーミングの様子を示す図である。
複合伝送線路1は、2つの信号伝送線路と1つの電力伝送線路とが、積層絶縁体10に構成された複合伝送線路である。複合伝送線路(以下、単に「伝送線路」)1は、第1信号伝送線路、第2信号伝送線路および電力伝送線路(電源ライン)を含む。
伝送線路1は、X方向に長尺であり、X方向に信号の伝送と電力の伝送(電源電圧の供給)を行う。図1に示すY方向は伝送線路1の幅方向、Z方向は伝送線路1の厚み方向である。
伝送線路1はケーブルとして用いるために、外部接続端子110,210を備える。外部接続端子110はコネクタ111,112,113で構成され、外部接続端子210はコネクタ211,212,213で構成される。第1信号伝送線路用コネクタ111,211は第1信号伝送線路の両端に接続されたコネクタである。第2信号伝送線路用コネクタ112,212は第2信号伝送線路の両端に接続されたコネクタである。電力伝送線路用コネクタ113,213は電力伝送線路の両端に接続されたコネクタである。
伝送線路1の積層絶縁体10の各層は液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂基材からなり、可撓性を有するため、伝送線路1の大部分は可撓性を有する。伝送線路1は、図2(A)に示すように直線状のまま電子機器内に組み込まれるか、図2(B)に示すように、治具に挟み、局所的に加熱することで所定形状にフォーミングされて電子機器内へ組み込まれる。このようにフォーミングすれば、所定形状が維持されるので、その形状のまま電気機器内へ容易に組み込むことができ、作業性が高まる。
図3は伝送線路1の分解斜視図である。図4は、図1に示すA−A部分での断面図である。図3においては、表面の保護用絶縁体膜9の図示は省略している。
伝送線路1は、絶縁体層11,12,13,14,15が積層された積層絶縁体10と、この積層絶縁体10の内部に、絶縁体層11,12,13,14,15に沿って配置される複数の導体パターンと、積層絶縁体10に配置される複数の層間接続導体、を備える。
絶縁体層13の上面には第1グランド導体21が設けられ、絶縁体層15の上面には第2グランド導体22が設けられ、絶縁体層11の上面には第3グランド導体23が設けられる。
絶縁体層14の上面には第1信号導体パターン31が設けられ、絶縁体層12の上面には第2信号導体パターン32A,32Bが設けられる。第1信号導体パターン31は第1グランド導体21と第2グランド導体22との間に配置される。また、第2信号導体パターン32A,32Bは第1グランド導体21と第3グランド導体23との間に配置される。すなわち、第1信号導体パターン31と第2信号導体パターン32A,32Bは、第1グランド導体21を、絶縁体層の積層方向(Z方向)に挟んで配置される。
絶縁体層14の上面には導体パターン61A,61Bが形成され、絶縁体層13には、第1グランド導体21と導体パターン61A,61Bとを接続する層間接続導体71A,71Bが形成される。また、絶縁体層14には、第2グランド導体22と導体パターン61A,61Bとを接続する層間接続導体72A,72Bが形成される。したがって、第2グランド導体22と第1グランド導体21とは、層間接続導体71A,71B,72A,72Bおよび導体パターン61A,61Bにより層間接続される。
絶縁体層12の上面には導体パターン62A,62Bが形成され、絶縁体層11には、第3グランド導体23と導体パターン62A,62Bとを接続する層間接続導体73A,73Bが形成される。また、絶縁体層12には、第1グランド導体21と導体パターン62A,62Bとを接続する層間接続導体74A,74Bが形成される。したがって、第3グランド導体23と第1グランド導体21とは、層間接続導体73A,73B,74A,74Bおよび導体パターン62A,62Bにより層間接続される。
絶縁体層12,13,14の上面には第1信号導体パターン31および第2信号導体パターン32A,32Bに沿って延びる電力伝送導体パターン41,42,43がそれぞれ設けられる。絶縁体層12には電力伝送導体パターン41,42間を層間接続する層間接続導体51が設けられ、絶縁体層13には電力伝送導体パターン42,43間を層間接続する層間接続導体52が設けられる。
第1信号導体パターン31、第2信号導体パターン32A,32Bおよび電力伝送導体パターン41,42,43は、積層絶縁体10の互いに異なる層で、且つ並行して形成される。
電力伝送線路40は、本実施形態では第1信号導体パターン31および第2信号導体パターン32A,32Bの側部に配置される。
上記第1信号導体パターン31、第1グランド導体21および第2グランド導体22によって第1信号伝送線路が構成される。また、第2信号導体パターン32A,32B、第1グランド導体21および第3グランド導体23によって第2信号伝送線路が構成される。上記電力伝送導体パターン41,42,43および層間接続導体51,52によって電力伝送線路40が構成される。第1グランド導体21、第2グランド導体22および第3グランド導体23は電力伝送用のグランド導体を兼ねる。
第1信号伝送線路は、例えば高周波アナログ信号を伝送する非平衡線路であり、第2信号伝送線路は、例えばデジタル信号を伝送する差動(平衡)線路である。電力伝送線路40は例えば電源電圧を供給する電源ラインである。
本実施形態によれば、電力伝送線路を設けることによる大型化が抑えられ、信号伝送と同時に電力伝送可能な複合伝送線路が得られる。また、電力伝送線路は複数の層に沿って形成された電力伝送導体パターンを備えるので、小型でありながら導体損失が低減でき、電圧降下による電源電圧の変動を抑制できる。
また、本実施形態によれば、第2信号導体パターン32A,32Bによる第2信号伝送線路は差動(平衡)線路であるので、第2信号導体パターン32A,32Bと第1グランド導体21との間隔、および第3グランド導体23との間隔は線路の特性インピーダンスに影響を殆ど与えない。これに対し、第1信号導体パターン31,第1グランド導体21および第2グランド導体22による第1信号伝送線路は、非平衡の伝送線路であり、所定の特性インピーダンス(例えば50Ω)とするために、第1グランド導体21と第2グランド導体22との間隔はあまり狭くできない。電力伝送線路40をこの第1信号伝送線路の側部に配置したことにより、限られた厚みの範囲内に電力伝送線路40を配置できる。すなわち、厚みの増大が抑制される。
また、本実施形態では、第1信号導体パターン31に対して、第1グランド導体21とは反対側に第2グランド導体22が形成されているので、すなわち、第1信号導体パターンはストリップライン構造であるので、第1信号伝送線路のシールド効果が高く、第2信号伝送線路とのアイソレーションが高い。
また、第2グランド導体22と第1グランド導体21とは、層間接続導体71A,71B,72A,72Bおよび導体パターン61A,61Bにより層間接続されるので、第1信号伝送線路は、これらの層間接続部と第1、第2のグランド導体によってシールドされる。
また、第1信号導体パターン31と電力伝送線路40との間に層間接続導体71B,72B,73B,74Bが配置されているので、第1信号導体パターン31および第2信号導体パターン32と電力伝送線路40との間が電磁界的に遮蔽され、その間の不要な結合が効果的に抑制される。これにより、第1信号伝送線路と電力伝送線路40との不要結合、および、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路との、電力伝送線路40を介する間接的な不要結合が効果的に抑制される。
また、層間接続導体73A,73B,74A,74Bおよび導体パターン62A,62Bにより層間接続されるので、第2信号伝送線路は、これらの層間接続部と第1、第3のグランド導体によってシールドされる。これにより、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路間のアイソレーション、および第1,第2信号伝送線路とその側部に配置される電力伝送線路間のアイソレーションが向上する。
図3に表れるように、第1信号導体パターン31の第1端は層間接続導体および導体パターンを介して第1信号伝送線路用コネクタ接続電極181に接続され、第1信号導体パターン31の第2端は層間接続導体および導体パターンを介して第1信号伝送線路用コネクタ接続電極281に接続される。
第2信号導体パターン32A,32Bのそれぞれの第1端は層間接続導体および導体パターンを介して第2信号伝送線路用コネクタ接続電極182A,182Bに接続され、第2信号導体パターン32A,32Bのそれぞれの第2端は層間接続導体および導体パターンを介して第2信号伝送線路用コネクタ接続電極282A,282Bに接続される。
なお、第1信号伝送線路に導通する導体パターン31Cは第2信号導体パターン32A,32Bと同じ層(絶縁体層)12に形成されるが、この導体パターン31Cと第2信号導体パターン32A,32Bとの間にはグランド導体パターン24が形成されている。このグランド導体パターン24によって、第1信号導体パターン(導体パターン31C)と第2信号導体パターン32A,32Bとがシールドされるので、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路とのアイソレーションは維持される。
電力伝送導体パターン41,42,43のそれぞれの第1端は層間接続導体および導体パターンを介して電力伝送線路用コネクタ接続電極183に接続され、電力伝送導体パターン41,42,43のそれぞれの第2端は層間接続導体および導体パターンを介して電力伝送線路用コネクタ接続電極283に接続される。上記第1端、第2端ともに、複数の層間接続導体51A,51Bを介して電力伝送線路用コネクタ接続電極183,283に接続される。この構造により、導体損失が低減される。
第1信号伝送線路用コネクタ接続電極181,281には、図1に表れる第1信号伝送線路用コネクタ111,211がそれぞれ接続(搭載)される。第2信号伝送線路用コネクタ接続電極182A,182Bには、図1に表れる第2信号伝送線路用コネクタ112が接続(搭載)され、第2信号伝送線路用コネクタ接続電極282A,282Bには、第2信号伝送線路用コネクタ212が接続(搭載)される。
電力伝送線路用コネクタ接続電極183,283には、図1に表れる電力伝送線路用コネクタ113,213がそれぞれ接続(搭載)される。
高速デジタル線路は差動線路で形成されることが多く、またMIPI(登録商標)(Mobile Industry Processor Interface)やUSB(Universal Serial Bus)などのように多くの信号線が用いられる場合が多い。本実施形態によれば、第1信号伝送線路および第2信号伝送線路に導通する外部接続端子(コネクタ111,112,211,212)は積層絶縁体10の第2信号伝送線路側に形成されているので、外部接続端子と第1、第2の伝送線路間の接続経路の総長が短くなり、不要な寄生成分が抑制される。また、配線のためのスペースを小さくしやすくなるので、複合伝送線路1全体のサイズを小型化しやすい。
なお、上記絶縁体層11〜15は、例えば片面に銅箔が貼られた片面銅貼り絶縁体シートの絶縁体シート部分である。この絶縁体シートは例えば液晶ポリマー(LCP)のシートである。液晶ポリマーは誘電率が低いため、信号導体パターンとグランド導体パターンとを近接させても、線路のキャパシタンス成分を抑制できる。また、誘電正接が低いので伝送損失が抑えられる。さらに、誘電正接の温度依存性が低いことにより、環境変化による特性変化を抑制できる。また、上記各種導体パターンは、上記絶縁体シートに貼付された銅箔がパターンニングされたものである。上記積層絶縁体10は、これら複数の絶縁体シートを積層して加熱圧着することで形成される。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、第1の実施形態で示した伝送線路1とは部分的に構造が異なる幾つかの伝送線路について示す。
図5は伝送線路2Aの断面図であり、図6は伝送線路2Bの断面図であり、図7は伝送線路2Cの断面図である。いずれも外観形状は図1に示したものと実質的に同じである。
図5に示す伝送線路2Aでは、絶縁体層14の上面に導体パターン61Bが形成され、絶縁体層13に第1グランド導体21と導体パターン61Bとを接続する層間接続導体71Bが形成される。また、絶縁体層14には、第2グランド導体22と導体パターン61Bとを接続する層間接続導体72Bが形成される。したがって、第2グランド導体22と第1グランド導体21とは、層間接続導体71B,72Bおよび導体パターン61Bにより層間接続される。そして、その層間接続部は電力伝送線路40に近い位置に配置される。
このように、第1信号伝送線路の第1グランド導体21と第2グランド導体22とを接続する層間接続部が電力伝送線路40寄りに配置されることにより、第1信号導体パターン31と電力伝送線路40との間が電磁界的に遮蔽され、その間の不要な結合が効果的に抑制される。これにより、第1信号伝送線路と電力伝送線路40との不要結合、および、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路との、電力伝送線路40を介する間接的な不要結合が効果的に抑制される。
図6に示す伝送線路2Bでは、絶縁体層12の上面に導体パターン62Bが形成され、絶縁体層11に第3グランド導体23と導体パターン62Bとを接続する層間接続導体73Bが形成される。また、絶縁体層12には、第1グランド導体21と導体パターン62Bとを接続する層間接続導体74Bが形成される。したがって、第3グランド導体23と第1グランド導体21とは、層間接続導体73B,74Bおよび導体パターン62Bにより層間接続される。そして、その層間接続部は電力伝送線路40に近い位置に配置される。
このように、第2信号伝送線路の第1グランド導体21と第3グランド導体23とを接続する層間接続部が電力伝送線路40寄りに配置されることにより、第2信号導体パターン32A,32Bと電力伝送線路40との間が電磁界的に遮蔽され、その間の不要な結合が効果的に抑制される。これにより、第2信号伝送線路と電力伝送線路40との不要結合、および、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路との電力伝送線路40を介する間接的な不要結合が効果的に抑制される。
図7に示す伝送線路2Cは、上記伝送線路2Aと伝送線路2Bとを組み合わせた構造を備える伝送線路である。この伝送線路2Cは、第1グランド導体21と第2グランド導体22との層間接続部、および第1グランド導体21と第3グランド導体23との層間接続部は電力伝送線路40寄りの位置に配置される。これにより、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路とが電力伝送線路40を介して間接的に不要結合することが効果的に抑制される。
《第3の実施形態》
第3の実施形態では、第1、第2の実施形態で示した伝送線路1とは、電力伝送線路の構造が部分的に異なる幾つかの伝送線路について示す。図8は伝送線路3Aの断面図であり、図9は伝送線路3Bの断面図である。第1、第2の実施形態とは、特に電力伝送線路40の位置が異なる。
図8に示す伝送線路3Aは、絶縁体層13,14,15の上面に電力伝送導体パターン41,42,43がそれぞれ設けられる。絶縁体層13には電力伝送導体パターン41,42間を層間接続する層間接続導体51が設けられ、絶縁体層14には電力伝送導体パターン42,43間を層間接続する層間接続導体52が設けられる。その他の基本的な構成は、第1、第2の実施形態で示した伝送線路と同じである。
このように、電力伝送線路40は、第1信号導体パターン31,第1グランド導体21および第2グランド導体22により構成される第1信号伝送線路の側部に配置される。また、第2信号導体パターン32A,32Bより第1信号導体パターン31に、絶縁体層の積層方向に、近い位置(高さ)に配置される。特に、図8に示す例では、第1信号伝送線路の側部が電力伝送線路40で覆われる。これにより、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路とが電力伝送線路40を介して干渉することが抑制される。電力伝送線路40と第2信号導体パターン32A,32Bとの距離は、電力伝送線路40と第1信号導体パターン31との距離と比較して相対的に遠くなっている。したがって、層間接続導体73B,74Bや導体パターン62Bのような導体を設けなくても、電力伝送線路40と第2信号導体パターン32A,32Bとが干渉することを抑制することができる。
図9に示す伝送線路3Bも、電力伝送線路40が第1信号伝送線路と同じ層(同じ高さ)に形成される。これに伴い、第2信号導体パターンの形成可能な面方向の領域が広くなる。伝送線路3Bでは、第2信号導体パターン32A,32B以外に、別の第2信号導体パターン33A,33Bも設けられる。第2信号導体パターン33A,33Bによる第2信号伝送線路は差動(平衡)線路であり、例えばデジタル信号を伝送する。
なお、図9に示した伝送線路3Bについても、図8の例と同様に、第1信号導体パターン31と電力伝送線路40との間に、層間接続導体71B,72Bおよび導体パターン61Bを設けてもよい。そのことで、電力伝送線路40と第1信号導体パターン31との干渉を抑制することができる。また、第1信号伝送線路と第2信号伝送線路とが電力伝送線路40を介して間接的に不要結合することが効果的に抑制される。
本実施形態によれば、第2信号導体パターン32A,32B,33A,33Bよりも数が少ない第1信号導体パターン31が形成されている層の方向へ電力伝送線路40の形成位置をずらして配置することで、幅方向のスペースを拡げることができる。すなわち、スペースの効率化が図れる。また、厚み方向に導体が相対的に多数重なりにくくなるので、伝送線路のフレキシブル性が阻害されにくくなる。なお、特に、電力伝送線路40は第1信号導体パターン31と一部同じ層に形成されていることが好ましい。
《第4の実施形態》
第4の実施形態では、第3の実施形態で示した伝送線路3Bとは部分的に構造が異なる伝送線路4について示す。
図10は伝送線路4の断面図である。図9に示した伝送線路3Bと異なり、第1信号導体パターン31と電力伝送線路40との間に、層間接続導体71B,72Bおよび導体パターン61Bが設けられている。また、導体パターン42,43および層間接続導体52によって電力伝送線路40が構成されている。さらに、第1グランド導体21は電力伝送線路40と第2信号導体パターン33Bとの間にまで延伸されている。その他の構成は、伝送線路3Bと同じである。
本実施形態によれば、第1グランド導体21が電力伝送線路40の上部を覆うように形成されるので、第1信号導体パターン31と第2信号導体パターン32,33とのアイソレーションが確保され、且つ、電力伝送線路40と第2信号導体パターン33とのアイソレーションがさらに向上する。
《第5の実施形態》
第5の実施形態では、第1の実施形態で示した伝送線路1とは電力伝送線路の構造が異なる伝送線路について示す。
図11は第5の実施形態に係る伝送線路1Eの断面図である。第1の実施形態で図4に示した伝送線路1とは電力伝送線路40の構造が異なる。
本実施形態の伝送線路1Eでは、電力伝送線路40が電力伝送導体パターン41,42,43,44,45および層間接続導体51,52,53,54で構成されている。この電力伝送線路40は、第2グランド導体22が形成されている積層絶縁体の層から第3グランド導体23が形成されている積層絶縁体の層に亘って形成されている。また、本実施形態では、電力伝送線路40の層間接続導体51〜54の幅は、第1グランド導体21、第2グランド導体22、および第3グランド導体23を接続する層間接続導体71A,71B,72A,72B、73A,73Bの幅に比べて太い。その他の構成は第1の実施形態で示した伝送線路1と同じである。
本実施形態によれば、第2グランド導体22が形成されている層から第3グランド導体が形成されている層までのスペースが有効に利用されて、電力伝送線路の導体損が低減される。また、本実施形態によれば、電力伝送線路40の層間接続導体の幅が太いので、電力伝送線路の導体損はより低減される。
《第6の実施形態》
第6の実施形態では、第1の実施形態で示した伝送線路1とは電力伝送線路の構造が異なる伝送線路について示す。
図12は第6の実施形態に係る伝送線路1Fの断面図である。第1の実施形態で図4に示した伝送線路1とは電力伝送線路40の構造が異なる。
図12において、電力伝送線路40は、電力伝送導体パターン41,42,43および層間接続導体51,52で構成されている。また、第1グランド導体21とは電気的に分離された(したがって、第2グランド導体22および第3グランド導体23とも電気的に分離された)、電力伝送用グランド導体49をさらに備える。
このように電力伝送用の専用のグランド導体、すなわち電源用グランド導体を備えることにより、電力伝送線路のグランドと信号伝送線路のグランドとのアイソレーションが高まる。また、電力伝送線路40と電力伝送用グランド導体49とで構成される電源ラインは極性が逆の平衡線路であるので、この電源ラインが第1信号導体パターン31や第2信号導体パターン32と結合しても、その結合によって電源ラインに重畳される信号は、電力伝送線路40と電力伝送用グランド導体49とで相殺される。したがって、上記結合による悪影響を受けにくい。
《第7の実施形態》
第7の実施形態では、電力伝送線路の構成がこれまでに示した実施形態とは異なる例を示す。
図13(A)は第7の実施形態に係る伝送線路7Aの断面図である。電力伝送線路40は、電力伝送導体パターン42,43および層間接続導体53,54で構成されている。また、この電力伝送線路40は第2グランド導体22に導通している。この例では、第1グランド導体21または第3グランド導体23を電力伝送線路40の対極として用いることができる。例えば、第1グランド導体21または第3グランド導体23を電源ラインのグランド導体として利用し、電力伝送線路40および第2グランド導体22を電源ラインとして用いる。すなわち、電力伝送線路40、第2グランド導体22および第1グランド導体21によって電力伝送される。または、電力伝送線路40、第2グランド導体22および第3グランド導体23によって電力伝送される。
この伝送線路7Aにおいては、第2グランド導体22が電力伝送線路の一部として作用する。したがって、電力伝送線路の導体損が低減される。また、放熱性も高まる。さらに、電力伝送線路40は、第1信号導体パターン31、第1グランド導体21および第2グランド導体22によって構成される第1信号伝送線路のグランド導体として作用する。これにより、第1信号伝送線路のシールド性が高まる。
図13(B)は第7の実施形態に係る別の伝送線路7Bの断面図である。電力伝送線路40は、電力伝送導体パターン41,42,43および層間接続導体51,52,53,54で構成されている。また、この電力伝送線路40は第2グランド導体22および第3グランド導体23にそれぞれ導通している。この例では、第1グランド導体21を電力伝送線路40の対極として用いることができる。例えば、第1グランド導体21を電源ラインのグランド導体として利用し、電力伝送線路40、第2グランド導体22および第3グランド導体23を電源ラインとして用いる。
この伝送線路7Bにおいては、第2グランド導体22および第3グランド導体23が電力伝送線路の一部として作用する。したがって、電力伝送線路の導体損が低減される。また、放熱性も高まる。さらに、電力伝送線路40は、第1信号導体パターン31、第1グランド導体21および第2グランド導体22によって構成される第1信号伝送線路のグランド導体として作用する。同様に、第2信号導体パターン32、第1グランド導体21および第3グランド導体23によって構成される第2信号伝送線路のグランド導体として作用する。これにより、第1信号伝送線路および第2信号伝送線路のシールド性が高まる。
《第8の実施形態》
第8の実施形態では,曲がり部を有する伝送線路の例を示す。
図14は第8の実施形態に係る伝送線路18の平面図である。但し、図14においては第1信号導体パターンと第2信号導体パターンを単一の線状パターンとして簡略的に図示している。
伝送線路18の、第1信号導体パターン31と第2信号導体パターン32および電力伝送線路40の断面構造は、第1の実施形態等に示したとおりである。伝送線路18は絶縁体層の積層方向とは垂直方向(面方向)に曲がる曲がり部BPを有し、絶縁体層の平面視で、電力伝送線路40は第1信号導体パターン31および第2信号導体パターン32より内周側に配置されている。
本実施形態によれば、曲がり部BPにおける第1信号導体パターン31および第2信号導体パターン32の曲率半径が大きく保たれ、距離を離すことができるので、曲がり部BPにおける、第1信号導体パターン31同士または第2信号導体パターン32同士の干渉が緩和される。図14中のキャパシタの記号は、第1信号導体パターン31と第1信号導体パターン31との間に生じる寄生容量、および第2信号導体パターン32と第2信号導体パターン32との間に生じる寄生容量を示している。このような寄生容量は伝送信号が歪む原因である。本実施形態では曲がり部BPにおける上記寄生容量による伝送信号の歪み発生も抑制される。
また、曲がり部BPにおいて、第1信号導体パターン31と第1信号導体パターン31との間に電力伝送線路40が配置されるので、第1信号導体パターン31同士は電力伝送線路40で遮蔽され、その作用によっても、第1信号導体パターン31同士の干渉が抑制される。第2信号導体パターン同士についても同様に干渉が抑制される。
《第9の実施形態》
第9の実施形態では、複数の電力伝送線路を備える伝送線路の例を示す。
図15は第9の実施形態に係る伝送線路19の断面図である。図15に示す例では、2つの電力伝送線路40A,40Bを備える。電力伝送線路40Aは、電力伝送導体パターン41A,42A,43Aおよび層間接続導体51A,52Aで構成されている。また、電力伝送線路40Bは、電力伝送導体パターン41B,42B,43Bおよび層間接続導体51B,52Bで構成されている。第1信号導体パターン31と第1グランド導体21とでマイクロストリップライン型の第1信号伝送線路が構成されている。また、第2信号導体パターン32A,32Bと第1グランド導体21とで、差動の第2信号伝送線路が構成されている。
電力伝送線路40A,40Bは、第1信号導体パターン31および第2信号導体パターン32の両側部にそれぞれ配置されている。
本実施形態によれば、積層絶縁体の縦断面において、少なくとも電力伝送線路は対称形状となり、積層絶縁体が反りや捻れが抑制される。
《第10の実施形態》
図16(A)は、第10の実施形態に係る伝送線路1の実装状態を示す、携帯電子機器5の筐体内の平面図であり、図16(B)は当該携帯電子機器5の筐体内部での伝送線路1の実装状態を示す概略断面図である。
携帯電子機器5は、薄型の筐体90を備える。筐体90内には、回路基板91,92と、バッテリーパック93等が配置される。回路基板91,92の表面には、複数の電子部品が実装される。
筐体90内には、放射素子81およびアンテナ整合回路82によるアンテナ部80が構成される。回路基板91上のアンテナ整合回路82は、接続ピン83を介して放射素子81に接続される。回路基板92上にはRFICが実装されていて、回路基板92から回路基板91へ例えば2GHz帯のアンテナ信号(高周波アナログ信号)が伝送される。また、回路基板91と回路基板92との間で、MIPI(登録商標),USBなどのデジタル信号が伝送される。また、バッテリーパック93等から供給される電力が回路基板91と回路基板92間で伝送される。このように、1本の伝送線路1で、2種の信号伝送および電力伝送を行う。
回路基板91,92およびバッテリーパック93は、筐体90を平面視して、回路基板91,92間にバッテリーパック93が配置されるように、筐体90に配置される。筐体90はできる限り薄型に形成されるので、筐体90の厚み方向での、バッテリーパック93と筐体90との間隔は極狭い。したがって、この間に通常の同軸ケーブル等の複数のケーブルを配置することは困難である。
本実施形態に係る伝送線路1は、その厚み方向と、筐体90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93と筐体90との間に、伝送線路1を通すことができる。これにより、バッテリーパック93を中間に配して離間された回路基板91,92を伝送線路1で接続できる。
さらに、伝送線路1の回路基板91,92への接続位置と、バッテリーパック93への伝送線路1の設置面が、筐体90の厚み方向で異なり、伝送線路1を湾曲させて接続しなければならない場合であっても適用できる。
《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、絶縁体層に形成された孔内に導電体を充填したビアを層間接続導体とした例を示したが、層間接続導体は、絶縁体層に形成された孔内に導電体を充填したビア以外に、孔の内面に導電性膜を形成したスルーホールで構成してもよい。
図1に示した例では、積層絶縁体10の、各コネクタが載置される面に保護用絶縁体膜9を形成したが、保護用絶縁体膜9は必須ではない。
また、第2グランド導体22および第3グランド導体23はいずれも必須ではない。また、これらグランド導体間を接続する層間接続導体も必須ではない。
第1,第2伝送線路の数は「2本と1本」や「4本と1本」の組み合わせに限らない。例えば5本と2本のような組み合わせでもよい。このような場合でも、本数の少ない第1信号導体パターンが形成されている層の方向へ電力伝送線路40をずらして配置することで、上述した各作用効果を奏する。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能であることは明らかである。例えば異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
BP…曲がり部
1,1E,1F…複合伝送線路(伝送線路)
2A,2B,2C…複合伝送線路(伝送線路)
3A,3B…複合伝送線路(伝送線路)
4…複合伝送線路(伝送線路)
5…携帯電子機器
7A,7B…複合伝送線路(伝送線路)
9…保護用絶縁体膜
10…積層絶縁体
11,12,13,14,15…絶縁体層
18…複合伝送線路(伝送線路)
19…複合伝送線路(伝送線路)
21…第1グランド導体
22…第2グランド導体
23…第3グランド導体
31…第1信号導体パターン
32,32A,32B,33,33A,33B…第2信号導体パターン
40,40A,40B…電力伝送線路
41〜45…電力伝送導体パターン
41A,42A,43A,41B,42B,43B…電力伝送導体パターン
49…電力伝送用グランド導体
51〜54…層間接続導体
51A,52A,51B,52B…層間接続導体
61A,61B,62A,62B…導体パターン
71A,71B,72A,72B…層間接続導体
73A,73B,74A,74B…層間接続導体
80…アンテナ部
81…放射素子
82…アンテナ整合回路
90…筐体
91,92…回路基板
93…バッテリーパック
110,210…外部接続端子
111,211…第1信号伝送線路用コネクタ
112,212…第2信号伝送線路用コネクタ
113,213…電力伝送線路用コネクタ
181,281…第1信号伝送線路用コネクタ接続電極
182A,182B,282A,282B…第2信号伝送線路用コネクタ接続電極
183,283…電力伝送線路用コネクタ接続電極

Claims (20)

  1. 複数の信号伝送線路と電力伝送線路とが、複数の絶縁体層が積層された積層絶縁体に構成された複合伝送線路であって、
    前記複数の信号伝送線路は、少なくとも第1信号伝送線路と第2信号伝送線路とを含み、
    前記第1信号伝送線路は第1信号導体パターンを含み、
    前記第2信号伝送線路は第2信号導体パターンを含み、
    前記電力伝送線路は、前記積層絶縁体の複数の層に沿って形成された電力伝送導体パターンおよび、これら電力伝送導体パターンを層間接続する層間接続導体で構成され、
    前記第1信号導体パターン、前記第2信号導体パターンおよび前記電力伝送導体パターンは、前記積層絶縁体の互いに異なる層で、且つ並行して形成され、
    前記第1信号導体パターンと前記第2信号導体パターンは、第1グランド導体を、前記絶縁体層の積層方向に挟んで配置され、
    前記電力伝送線路は、前記第1信号導体パターンの側部に配置された、
    ことを特徴とする、複合伝送線路。
  2. 前記電力伝送線路は、前記第1信号導体パターンおよび前記第2信号導体パターンの側部に配置された、請求項1に記載の複合伝送線路。
  3. 前記第1信号伝送線路は高周波アナログ信号用の非平衡線路であり、前記第2信号伝送線路はデジタル信号用の差動線路である、請求項1または2に記載の複合伝送線路。
  4. 前記電力伝送線路は、前記第2信号導体パターンより前記第1信号導体パターンに、前記絶縁体層の積層方向に近い位置に配置される、請求項3に記載の複合伝送線路。
  5. 前記第2信号導体パターンの数は前記第1信号導体パターンの数より多い、請求項4に記載の複合伝送線路。
  6. 前記第1信号導体パターンに対して、前記第1グランド導体とは反対側に第2グランド導体が形成された、請求項1から5のいずれかに記載の複合伝送線路。
  7. 前記第2グランド導体と前記第1グランド導体とは、前記第1信号導体パターンより前記電力伝送線路側の位置で層間接続導体を介して接続された、請求項6に記載の複合伝送線路。
  8. 前記第2グランド導体と前記第1グランド導体とは、前記第1信号導体パターンに対し、前記電力伝送線路とは反対側の位置で層間接続導体を介して接続された、請求項6または7に記載の複合伝送線路。
  9. 前記電力伝送線路は少なくとも前記第2グランド導体に導通する、請求項6から8のいずれかに記載の複合伝送線路。
  10. 前記第2信号導体パターンに対して、前記第1グランド導体とは反対側に第3グランド導体が形成され、
    前記電力伝送線路は前記第3グランド導体に導通する、請求項9に記載の複合伝送線路。
  11. 前記第1グランド導体とは電気的に分離された、電力伝送用のグランド導体をさらに備える、請求項1から8のいずれかに記載の複合伝送線路。
  12. 前記第2信号導体パターンに対して、前記第1グランド導体とは反対側に第3グランド導体が形成された、請求項1から11のいずれかに記載の複合伝送線路。
  13. 前記第3グランド導体と前記第1グランド導体とは層間接続導体を介して接続された、請求項12に記載の複合伝送線路。
  14. 前記層間接続導体は、前記第2信号導体パターンを幅方向に挟んで両側に配置された、請求項13に記載の複合伝送線路。
  15. 前記電力伝送線路は、前記第2のグランド導体が形成された前記積層絶縁体の層から前記第3のグランド導体が形成された前記積層絶縁体の層に亘って形成された、請求項12から14のいずれかに記載の複合伝送線路。
  16. 前記第1信号伝送線路および前記第2信号伝送線路に導通する外部接続端子が前記積層絶縁体の前記第2信号伝送線路側に形成された、請求項1から15のいずれかに記載の複合伝送線路。
  17. 前記積層絶縁体は可撓性を有する、請求項1から16のいずれかに記載の複合伝送線路。
  18. 前記複数の絶縁体層の積層方向とは垂直方向に曲がる曲がり部を有し、前記絶縁体層の平面視で、前記電力伝送線路は前記第1信号導体パターンおよび前記第2信号導体パターンより内周側に配置された、請求項1から17のいずれかに記載の複合伝送線路。
  19. 前記電力伝送線路は、前記複数の信号伝送線路の両側部にそれぞれ配置された、請求項1から18のいずれかに記載の複合伝送線路。
  20. 請求項1から19のいずれかに記載の複合伝送線路、第1高周波回路および第2高周波回路を備え、前記第1高周波回路および第2高周波回路が前記複合伝送線路で接続された、電子機器。
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