JP2015026652A - フレキシブル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の特性インピーダンスを有するコプレーナ線路を備えるフレキシブル基板を提供すること。【解決手段】第１面１０ａと第１面１０ａに対向する第２面１０ｂとを有し、樹脂からなる絶縁基板１０と、第１面１０ａに形成された信号線路２２、第１面１０ａの信号線路２２の両側に離間して形成されたグランドパターン２４を有するコプレーナ線路２０と、第２面１０ｂに形成され、絶縁基板１０を貫通するビア配線１２により信号線路２２と接続された導体パターン４０と、第２面１０ｂに形成され、絶縁基板１０を貫通するビア配線１４によりグランドパターン２４と接続されたグランドパターン４２と、を具備し、導体パターン４０とグランドパターン４２との距離は、信号線路２２とグランドパターン２４との距離より小さいフレキシブル基板。【選択図】図２

Description

本発明は、フレキシブル基板に関する。

電子回路の接続にフレキシブル基板（Flexible Print Circuits：ＦＰＣ）が用いられている（特許文献１）。フレキシブル基板には、高周波信号を伝播するためのコプレーナ線路などの伝送線路が設けられている。コプレーナ線路は、信号線路と、信号線路の両側に配置されたグランドパターンにより形成される。

特開２０１１−２３８８８３号公報

コプレーナ線路の特性インピーダンスは、信号線路とグランドパターンとの距離、信号線路及びグランドパターンの幅などにより定まる。これらの距離及び幅に応じて、特性インピーダンスが所望の値から外れることがある。本発明は、所望の特性インピーダンスを有するコプレーナ線路を備えるフレキシブル基板を提供することを目的とする。

本発明は、第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、樹脂からなる絶縁基板と、前記第１面に形成された第１導体、及び前記第１面の前記第１導体の両側に離間して形成された第１グランドパターンを有する、外部導体との接続部と、前記第２面に形成され、前記絶縁基板を貫通する第１ビア配線により前記第１導体と接続された導体パターンと、前記第２面に形成され、前記絶縁基板を貫通する第２ビア配線により前記第１グランドパターンと接続された第２グランドパターンと、を具備し、前記導体パターンと前記第２グランドパターンとの距離は、前記第１導体と前記第１グランドパターンとの距離より小さいフレキシブル基板である。

上記構成において、前記導体パターンの幅は前記第１導体の幅より大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記第２グランドパターンの幅は前記第１グランドパターンの幅より大きい構成とすることができる。

上記構成において、第１信号線路及び前記第１グランドパターンは、外部配線基板の電極に接続される構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁基板の前記第１面に設けられた線路導体と、前記第１面に対向する前記第２面に設けられた第３グランドパターンとを備えたマイクロストリップ線路がさらに設けられてなり、前記線路導体は前記第１導体と接続されてなることを具備する構成とすることができる。

上記構成において、複数の前記接続部が前記第１面に配置され、隣接する前記接続部の前記第１グランドパターンは共通である構成とすることができる。

本発明によれば、所望の特性インピーダンスを有するコプレーナ線路を備えるフレキシブル基板を提供することができる。

図１（ａ）は実施例１に係るフレキシブル基板の第１面を例示する平面図である。図１（ｂ）はフレキシブル基板の第２面を例示する平面図である。 図２（ａ）はフレキシブル基板と配線基板との接続を例示する斜視図である。図２（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図３（ａ）は比較例に係るフレキシブル基板の第２面を例示する平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図４（ａ）は損失量の計算結果を示す図である。図４（ｂ）は反射量の計算結果を示す図である。 図５（ａ）は実施例２に係るフレキシブル基板の第２面を例示する平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図６は実施例３に係るモジュールを例示する模式図である。

実施例について説明する。

実施例１は、信号線路２２と接続された導体パターン４０を幅広にし、グランドパターン４２との距離を小さくした例である。図１（ａ）は実施例１に係るフレキシブル基板１００の第１面１０ａを例示する平面図である。図１（ｂ）はフレキシブル基板１００の第２面１０ｂを例示する平面図である。図２（ａ）はフレキシブル基板１００と配線基板５０との接続を例示する斜視図である。図２（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、フレキシブル基板１００は、絶縁基板１０、コプレーナ線路２０（接続部）、及びマイクロストリップライン３０を備える。フレキシブル基板１００の上辺に２つのコプレーナ線路２０が設けられ、下辺に２つのコプレーナ線路２０が設けられている。マイクロストリップライン３０は、フレキシブル基板１００の上辺及び下辺に設けられたコプレーナ線路２０を接続する。一方のコプレーナ線路２０に入力された高周波信号は、マイクロストリップライン３０を伝播し、他方のコプレーナ線路２０から出力される。図２（ａ）に示すように、フレキシブル基板１００の第１面１０ａが配線基板５０と対向し、コプレーナ線路２０の信号線路２２及びグランドパターン２４が配線基板５０と接続される。詳しくは後述する。

図１（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、コプレーナ線路２０は、信号線路２２（第１導体）及びグランドパターン２４（第１グランドパターン）を有する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、マイクロストリップライン３０は、信号線路３２（線路導体）及びグランドパターン３４（第３グランドパターン）を有する。図１（ａ）に示すように、信号線路２２及び３２、並びにグランドパターン２４は、絶縁基板１０の第１面１０ａに設けられている。信号線路２２と信号線路３２とは接続されており、例えば一体である。グランドパターン２４は、信号線路２２と離間し、信号線路２２の両側に配置されている。

図１（ｂ）に示すように、グランドパターン３４及び４２、並びに導体パターン４０が、絶縁基板１０の第１面１０ａと対向する第２面１０ｂに設けられている。導体パターン４０とグランドパターン４２（第２グランドパターン）とは離間している。グランドパターン３４及び４２は接続されており、例えば一体である。図２（ｂ）に示すように、絶縁基板１０を貫通するビア配線１２（第１ビア配線）により信号線路２２と導体パターン４０とは電気的に接続されている。絶縁基板１０を貫通するビア配線１４（第２ビア配線）により、グランドパターン２４とグランドパターン４２とは電気的に接続されている。絶縁基板１０はポリイミドなどの樹脂により形成されている。信号線路２２及び３２、グランドパターン２４，３４及び４２、導体パターン４０は例えば金（Ａｕ）などの金属により形成されている。ビア配線１２及び１４は例えば銅（Ｃｕ）などの金属により形成されている。

信号線路２２の幅Ｗ１及びグランドパターン２４の幅Ｗ２は小さくすることが好ましい。幅を小さくすることで、フレキシブル基板１００を小さくできる。また、以下に述べるように、フレキシブル基板１００と配線基板５０との接合強度を高めることができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、信号線路２２はロウ材６０を用いて配線基板５０の信号線路５２（外部導体）に電気的に接続されている。グランドパターン２４は、ロウ材６２を用いて配線基板５０のグランドパッド５４（外部導体）に電気的に接続されている。ロウ材６０及び６２は例えば錫銀（Ｓｎ−Ａｇ）などを主成分とする半田である。図２（ｂ）に示すように、信号線路２２の幅Ｗ１は、信号線路５２の幅より小さい。このためロウ材６０は、上に向けて先細りなテーパー形状になる。グランドパターン２４の幅Ｗ２は、グランドパッド５４の幅より小さい。このためロウ材６２はロウ材６０と同様にテーパー形状になる。このためフレキシブル基板１００と配線基板５０との接合強度が高くなる。

コプレーナ線路２０の特性インピーダンスは信号線路２２及びグランドパターン２４の寸法により変化する。比較例において述べるように、信号線路２２及びグランドパターン２４の幅を小さくすると特性インピーダンスは高くなる。これに対し実施例１によれば、以下に述べるように特性インピーダンスを低減することができる。図２（ｂ）に示すように、導体パターン４０の幅Ｗ３は幅Ｗ１より大きく、例えば０．７ｍｍである。グランドパターン４２の幅Ｗ４は幅Ｗ２より大きい。信号線路２２とグランドパターン２４との距離をＬ１、導体パターン４０とグランドパターン４２との距離をＬ２とする。距離Ｌ２は距離Ｌ１より小さく、例えば０．１ｍｍである。幅Ｗ３が大きく、かつ距離Ｌ２が小さいため、幅Ｗ１及びＷ２を小さくしても、コプレーナ線路２０の特性インピーダンスが低くなる。例えば特性インピーダンスを５０Ωのように所望の値とすることができる。つまり実施例１によれば、所望の特性インピーダンスと、接合強度の強化とを両立することができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、コプレーナ線路２０はマイクロストリップライン３０と接続されている。コプレーナ線路２０の特性インピーダンスを、マイクロストリップライン３０の特性インピーダンスと整合させることができる。

上辺及び下辺それぞれに設けられた２つのコプレーナ線路２０は差動伝送線路として機能する。隣接する２つのコプレーナ線路２０において、信号線路２２間のグランドパターン２４は共通である。グランドパターン２４を共通とすることで、フレキシブル基板１００を小型化することができる。共用されたグランドパターン２４の中心線を基点に、２つの信号線路２２は、対称に設けられている。これにより、差動信号間の位相特性を向上できる。

比較例について説明する。図３（ａ）は比較例に係るフレキシブル基板１００Ｒの第２面１０ｂを例示する平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。なおフレキシブル基板１００Ｒの第１面１０ａは図１（ａ）に示したものと同じであるため、図示を省略する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、導体パターン４０の幅は実施例１における導体パターン４０の幅より小さく、図３（ｂ）に示す信号線路２２の幅Ｗ１と同じである。グランドパターン４２の幅は実施例１におけるグランドパターン４２の幅より小さく、図３（ｂ）に示すグランドパターン２４の幅Ｗ２と同じである。導体パターン４０とグランドパターン４２との距離Ｌ３は実施例１における距離Ｌ２より大きく、距離Ｌ１と同じである。

実施例１と比較例とで伝送特性及び反射特性のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、信号の周波数を変化させ、信号の損失量及び入力信号の反射量を計算した。図４（ａ）は損失量の計算結果を示す図である。図４（ｂ）は反射量の計算結果を示す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）の横軸は周波数、図４（ａ）の縦軸は損失量、図４（ｂ）の縦軸は反射量をそれぞれ表す。実線及び三角は実施例１、破線及び丸は比較例の結果を表す。なお、各軸は任意座標である。

図４（ａ）に示すように、実施例１における損失量は比較例における損失量より小さい。また実施例１によれば、周波数の変化に伴う損失量の変化（うねり）が小さくなる。図４（ｂ）に示すように、実施例１における反射量は比較例における反射量より小さい。以上のように、実施例１によれば伝送特性及び反射特性が改善する。

実施例２は、グランドパターン４２を幅広にし、導体パターン４０との距離を小さくした例である。図５（ａ）は実施例２に係るフレキシブル基板２００の第２面１０ｂを例示する平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。なおフレキシブル基板２００の第１面１０ａは図１（ａ）に示したものと同じであるため、図示を省略する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、グランドパターン４２の幅が大きい。図５（ｂ）に示すように、グランドパターン４２の幅Ｗ５はグランドパターン２４の幅Ｗ２より大きく、例えば０．６ｍｍである。導体パターン４０の幅Ｗ６は信号線路２２の幅Ｗ１より大きく、例えば０．５ｍｍである。距離Ｌ２は例えば０．１ｍｍである。実施例２によれば、距離Ｌ２が小さいため、コプレーナ線路２０の特性インピーダンスを低減することができる。つまり実施例２によれば、所望の特性インピーダンスと、接合強度の強化とを両立することができる。

実施例１及び２で示したように、距離Ｌ２を小さくすることでコプレーナ線路２０の特性インピーダンスを低減することができる。距離Ｌ２を小さくするためには、導体パターン４０の幅を大きくしてもよいし、グランドパターン４２の幅を大きくしてもよい。また導体パターン４０及びグランドパターン４２の両方の幅を大きくしてもよい。

実施例３は、実施例１から実施例２を光モジュールに適用した例である。図６は実施例３に係る光モジュール３００を例示する模式図である。筐体７２の断面を示し、その他の部品の側面を示している。筐体７２内にレセプタクル７４、筐体７６、リードピン７７、絶縁体７８、フレキシブル基板１００および回路基板８０が設けられている。レセプタクル７４には光ファイバ８１が接続されたコネクタ８２が挿入される。筐体７６内には、例えばフォトダイオード等の受光素子および受光素子の出力を増幅するプリアンプ（不図示）が設けられている。光ファイバ８１から入力された光信号は、受光素子において電気信号に変換され、プリアンプにより増幅される。増幅された電気信号は、絶縁体７８、リードピン７７およびフレキシブル基板１００を介し回路基板８０に伝送される。絶縁体７８内には、電気信号や電源を伝送する線路が形成されている。フレキシブル基板１００は、主に筐体７６内に直流電源を供給する。フレキシブル基板１００は、筐体７６内と回路基板８０との間で高周波信号を接続する。

また、筐体７６内には、例えばレーザダイオード等の発光素子および発光素子を駆動する駆動回路が設けられている。回路基板８０からフレキシブル基板１００、リードピン７７および絶縁体７８を介し電気信号が駆動回路に伝送される。駆動回路は電気信号を増幅する。レーザダイオードは増幅された電気信号を光信号に変換し、レーザ光を光ファイバ８１に出力する。

実施例３によれば、光モジュール３００は、フレキシブル基板１００と光素子を備えている。光素子は、入力または出力信号を入力または出力するリードピン７７を有する。フレキシブル基板１００の信号線路２２は、リードピン７７及び回路基板８０に接続されている。実施例１において既述したように、フレキシブル基板１００とリードピン７７及び回路基板８０との接合強度が高くなる。コプレーナ線路２０の特性インピーダンスを所望の大きさとすることができる。フレキシブル基板２００を光モジュール３００に用いてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 絶縁基板
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１２、１４ ビア配線
２０ コプレーナ線路
２２、３２ 信号線路
２４、３４、４２ グランドパターン
３０ マイクロストリップライン
４０ 導体パターン
５０ 配線基板
６０、６２ ロウ材
１００、２００ フレキシブル基板
３００ 光モジュール

Claims (6)

1. 第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、樹脂からなる絶縁基板と、
   前記第１面に形成された第１導体、及び前記第１面の前記第１導体の両側に離間して形成された第１グランドパターンを有する、外部導体との接続部と、
   前記第２面に形成され、前記絶縁基板を貫通する第１ビア配線により前記第１導体と接続された導体パターンと、
   前記第２面に形成され、前記絶縁基板を貫通する第２ビア配線により前記第１グランドパターンと接続された第２グランドパターンと、を具備し、
   前記導体パターンと前記第２グランドパターンとの距離は、前記第１導体と前記第１グランドパターンとの距離より小さいことを特徴とするフレキシブル基板。
2. 前記導体パターンの幅は前記第１導体の幅より大きいことを特徴とする請求項１記載のフレキシブル基板。
3. 前記第２グランドパターンの幅は前記第１グランドパターンの幅より大きいことを特徴とする請求項１または２記載のフレキシブル基板。
4. 第１信号線路及び前記第１グランドパターンは、外部配線基板の電極に接続されることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載のフレキシブル基板。
5. 前記絶縁基板の前記第１面に設けられた線路導体と、前記第１面に対向する前記第２面に設けられた第３グランドパターンとを備えたマイクロストリップ線路がさらに設けられてなり、前記線路導体は前記第１導体と接続されてなることを具備することを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載のフレキシブル基板。
6. 複数の前記接続部が前記第１面に配置され、隣接する前記接続部の前記第１グランドパターンは共通であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のフレキシブル基板。

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