JP6333217B2 - 中空フィルムケーブルの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えばモバイル機器などに搭載されるアンテナ素子からの高周波信号を、機器本体のメインボードに中継するのに適した中空フィルムケーブルの製造方法に関する。

例えばネットワクーク機器、サーバー、半導体試験装置、あるいは通信機器などのような電子機器においては、高周波信号の伝送のために、各種の同軸ケーブルが利用されている。その信号の周波数は数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの領域まで使用されており、機器の小型化のために、パラレルの多芯伝送により細径の同軸ケーブルが必要とされている。
また最近のスマートフォンやタブレットＰＣなどのモバイル機器においても、機器の軽量化と小型化、さらに同時に大容量のデーターの送受信を可能にするために、薄型で高速に信号伝送が可能なケーブルが必要とされている。

前記した分野においては、従来より同軸ケーブルが多用されており、その線径はサーバーや半導体試験装置ではφ１〜１０ｍｍ程度、スマートフォンなどのモバイル機器ではφ０．３〜１．０ｍｍ程度のものが使用されている。
この同軸ケーブルは特性インピーダンスが一定で安定しており、外部からのノイズの影響を受けることもなく、ケーブル本体から外部に電磁放射することもないため、高周波信号の伝送の分野では好適に利用されている。

そして、昨今における特にスマートフォンにおいては、アンテナからの信号の伝送にはφ０．６〜０．８ｍｍ程度の細径の同軸ケーブルが使用され、さらに細径化の傾向にある。しかし、細径化に伴って信号の伝送特性が劣る問題と、コネクタとのアセンブリが困難になる等の課題もある。
そこで、ケーブル内の絶縁性樹脂を発泡樹脂に代えたり、中空の多い構造に改良することも検討されている。

周知のとおり、電磁場は真空中が最も伝送しやすく、次に空気、そして低誘電率及び低誘電正接の樹脂、さらにセラミックの順であるため、ケーブル内の絶縁性樹脂を前記した発泡樹脂や中空樹脂にすることにより伝送特性は改善される。
しかし現実には、前記した発砲樹脂や中空樹脂を用いた丸型ケーブルは、そのケーブルの機械的特性や曲げ耐久性、加工難度と製造コストの課題から、実用化されていない。

一方、前記した同軸ケーブルに代えて、信号線と銅箔によるシールド導体（グランド層）との間に絶縁樹脂層を介在させたマイクロストリップ構造もしくはストリップ構造のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）によるフィルムケーブルが提供されている。

図１Ａはマイクロストリップ構造によるＦＰＣを示しており、これは信号線１に対して絶縁樹脂層２を挟んで銅箔３によるシールド導体（グランド層）が備えられている。また図１Ｂはストリップ構造によるＦＰＣを示しており、これは信号線１の両面に絶縁樹脂層２ａ，２ｂが存在し、絶縁樹脂層の両外側に銅箔３ａ，３ｂによるシールド導体が備えられている。そして従来よりこの種のＦＰＣには、層間絶縁層としてポリイミドが用いられている。しかしポリイミドは、１ＧＨｚにおける比誘電率が約３．５で、誘電正接が約０．０１と大きいため、１ＧＨｚ以上の高周波伝送には信号ロスが大きいなどの問題を抱えている。

このために、最近においては例えば特許文献１に開示されているようなＬＣＰ（液晶ポリマー）を層間絶縁材にし、その両面に銅箔を有するＬＣＰケーブルのストリップ構造も一部において実用化されている。
このＬＣＰは１ＧＨｚにおける比誘電率が約２．５で、誘電正接が約０．００３と共に小さいため、アンテナモジュールや高速信号の伝送ケーブル、また最近では高速信号系の多層基板への用途で注目されている。

特許第３５２２５１３号公報

前記したＬＣＰは、高周波における比誘電率や誘電正接において優れた特性を有するものの、この樹脂の価格は高価である点、ケーブルの製造においてこれまでのポリイミド系のベースフィルムに比べて加工プロセスが複雑であり最終価格が高くなること、さらに厚さが０．３ｍｍ程度と厚くなり、屈曲性が良くないなど、実用化には課題もある。

そこでこの発明は、前記した技術的な課題を解消すると共に、高周波伝送における電気信号のインサーションロス（挿入損失）が少なく、信号線の全長にわたり一定の特性インピーダンスを得ることができる薄型化した中空フィルムケーブルの製造方法を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る中空フィルムケーブルの第１の製造方法は、信号線に対し絶縁樹脂層を挟んでシールド導体を備えたフィルムケーブル、もしくは信号線の両面に絶縁樹脂層を有し、前記各絶縁樹脂層の両外側にシールド導体を備えたフィルムケーブルを用意し、前記シールド導体に対して、前記信号線の延設方向に沿って、エッチングにより間欠的に開口部を形成する工程と、前記開口部を形成したシールド導体をマスクとして利用し、前記絶縁樹脂層をエッチングにより部分的に削除して、絶縁樹脂層に前記シールド導体から前記信号線に達する中空部を形成する工程とを有し、前記中空部を前記信号線の延設方向に沿って連続して形成したフィルムケーブルを得ることを特徴とする。

また、前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る中空フィルムケーブルの第２の製造方法は、片面にシールド導体を備えた絶縁樹脂層の一部を、レーザ光もしくはエッチングにより溝状に削除することにより中空部を形成する工程と、前記絶縁樹脂層に形成された中空部内に、感光性樹脂の露光現象によりリブ部材を形成する工程と、溝状の中空部内にリブ部材を形成した一対の絶縁樹脂層を対向させて、その間に信号線を備えたシートを介在させる工程と、対向する前記リブ部材に沿って前記信号線を対峙させた状態で積層する工程とを有し、前記信号線を前記リブ部材の端面により線接触で支持したフィルムケーブルを得ることを特徴とする。

さらに、前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る中空フィルムケーブルの第３の製造方法は、片面にシールド導体を備えた絶縁樹脂層の一部を、レーザ光もしくはエッチングにより溝状に削除することにより中空部を形成する工程と、前記絶縁樹脂層に形成された中空部内に、感光性樹脂の露光現象によりリブ部材を形成する工程と、前記リブ部材が形成された絶縁樹脂層に対向させて、信号線を備えたシートを配置する工程と、前記リブ部材に沿って前記信号線を対峙させた状態で積層する工程とを有し、前記信号線を前記リブ部材の端面により線接触で支持したフィルムケーブルを得ることを特徴とする。

前記製造方法により製造された中空フィルムケーブルによると、ストリップ構造あるいはマイクロストリップ構造になされたフィルムケーブルおいて、信号線とシールド導体との間に存在する絶縁樹脂層（電気絶縁性誘電体樹脂）を化学的あるいは機械的に削除することにより、中空部を形成した構造になされる。
これによると、信号線とシールド導体（グランド層）の間の電磁界は、その大部分が空気中（中空部）を伝播していく伝送構造にされるので、高周波伝送における電気信号のインサーションロスが少なく、信号線の全長にわたり一定の特性インピーダンスを得ることができる薄型化した送受信ケーブルを提供することができる。

従来のマイクロストリップ構造になされたフィルムケーブルの長手方向に直交する断面図（ａ）および斜視図（ｂ）である。 従来のストリップ構造になされたフィルムケーブルの長手方向に直交する断面図（ａ）および斜視図（ｂ）である。 この発明により製造される中空フィルムケーブルの第１の実施の形態を示した斜視図である。 同じく第２の実施の形態を示した斜視図である。 この発明に係る第１の実施の形態の中空フィルムケーブルの製造工程を示した模式図である。 図４Ａに続く製造工程を示した模式図である。 この発明に係る第３の実施の形態の中空フィルムケーブルの製造工程を示した模式図である。 図５Ａに続く製造工程を示した模式図である。 図５Ｂに続く製造工程を示した模式図である。 この発明に係る中空フィルムケーブルと他の既存の同軸ケーブル等との電気的な伝送特性を比較したグラフである。

この発明により製造される中空フィルムケーブルについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なお以下に示す各図においては、同一部分を同一符号で示しているが、一部の図面においては紙面の都合により、代表的な部分に符号を付け、詳細な構成は他の図面に付けた符号を引用して説明する場合もある。

図２は第１の実施の形態の基本構成を示したものであり、この図２に示す例はストリップ構造の中空フィルムケーブルを示している。
すなわち、信号線１１を中央にして、信号線１１の両面に絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂが備えられ、前記各絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂの両外側にさらにシールド導体（グランド層）１３ａ，１３ｂが備えられている。
そして、この例においては絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂとしてポリイミドが用いられており、前記信号線１１およびシールド導体１３ａ，１３ｂに銅箔が用いられると共に、シールド導体１３ａ，１３ｂは、絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂの面に沿ってベタ電極を構成している。

図２に示す実施の形態においては、信号線１１の延設方向に沿って、両面のシールド導体１３ａ，１３ｂに対して、エッチングにより破線状の開口部１４が形成されている。
エッチングにより形成された破線状の開口部１４は、後の製造方法の説明で記述するとおり、信号線１１の延設方向に沿って、ポリイミドによる絶縁樹脂層の一部をエッチングにより削除するために利用される。
すなわち、両面のシールド導体１３ａ，１３ｂをマスクとして利用することで、エッチング液は、開口部１４から絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂに入り、絶縁樹脂層の一部をエッチングにより除去して、前記信号線１１に達する中空部１５を形成させるものとなる。

このために、シールド導体１３ａ，１３ｂに形成された前記開口部１４は、信号線１１の延設方向に沿って、二筋に分けて形成されている。これにより図２に示すように、ポリイミドによる絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂに対して、信号線１１の線幅方向の中央部を残して、線幅方向の両端部に達する中空部１５がエッチングにより形成される。
前記した開口部１４の配列パターンにより、信号線１１とシールド導体１３ａ，１３ｂとの間の前記信号線の線幅の領域における絶縁樹脂層の空隙率は、５０％以上に設定されており、この実施の形態においては、前記中空部１５は前記信号線１１の延設方向に沿って連続して（連通して）形成されている。
そして前記中空部１５は、図２に示すように信号線１１の両面に対称となるように形成されている。

図３は第２の実施の形態の基本構成を示したものであり、この図３に示す例もストリップ構造の中空フィルムケーブルを示している。なお、図３においては前記した図２に示した各部と同一の機能を果たす部分を同一符号で示している。したがって、重複する説明は省略する。
この図３に示す例は、シールド導体１３ａ，１３ｂに形成された開口部１４の配列形態が、図２に示した例と異なるものであり、したがって開口部１４の配列形態が異なることによるエッチングにより成形される中空部１５の形態も異なることになる。そして図３に示す例は、前記した点を除いて図２に示した第１の実施の形態と同様となる。

この図３に示す第２の実施の形態においては、信号線１１の延設方向に沿って、両面のシールド導体１３ａ，１３ｂに対して、円形状の開口部１４がエッチングにより間欠的に形成されている。
この円形状の開口部１４は、信号線１１の延設方向に沿って、左右一対に（２つ）形成されると共に、その隣は中央部に１つ形成され、この２つおよび１つの形成パターンが繰り返されている。

また図３に示すように、上面側のシールド導体１３ａにおいて一対の開口部１４が形成された位置に対応する下面側のシールド導体１３ｂには、中央部に１つの開口部１４が形成されており、上面側および下面側において、開口部１４の繰り返しパターンは相互にずらされている。
前記した円形状の開口部１４の配列パターンにより、信号線１１とシールド導体１３ａ，１３ｂとの間の前記信号線の線幅の領域における絶縁樹脂層の空隙率は、５０％以上に設定されている。

図４Ａおよび図４Ｂは、図２に示した第１の実施の形態に係る中空フィルムケーブルについて、その製造工程を順に示したものである。
製造の前工程においては、図４Ａ（ａ）に示すように、第１基材Ａとしてポリイミドによる絶縁樹脂層１２ｂの両面に、それぞれ１０μｍの銅箔を有する積層板（両面銅張積層板）が用意される。
第１基材Ａの一方の面の銅箔は、エッチングにより幅１５０μｍの信号線１１と、この信号線１１に続くパッド接続領域１１ａが形成される。また他方の面の銅箔はベタ銅箔として利用され、前記したシールド導体１３ｂになされる。
また第２基材Ｂとして、ポリイミドによる絶縁樹脂層１２ａの片面に１０μｍの銅箔を有する積層板（片面銅張積層板）が用いられ、銅箔はベタ銅箔として利用され、前記したシールド導体１３ａになされる。

次に図４Ａ（ｂ）に示すように、第１基材Ａにおける前記信号線１１が形成された面に対して、第２基材Ｂにおける絶縁樹脂層１２ａが対向して配置され、その間に厚さ１２μｍの接着シート１７が介在されて、第１基材Ａと第２基材Ｂは熱圧着により積層される。図４Ａ（ｃ）は、接着シート１７を間にして第１基材Ａと第２基材Ｂが積層された状態を示している。

図４Ｂ（ａ）は、図４Ａ（ｃ）に続く製造工程を示すものであり、この工程においては、前記した積層シートにおける信号線１１の配置位置を避けて、例えばドリルにより貫通穴１８が適宜の位置に形成される。また前記したパッド接続領域１１ａのほぼ中央位置にも貫通穴１９が形成される。そして、これらの貫通穴１８，１９には、銅によるビア（Ｖｉａ）メッキが施されて、これにより両外側のシールド導体１３ａ，１３ｂは電気的に接続され、ストリップ構造の中空フィルムケーブルになされる。

続いて、図４Ｂ（ｂ）に示すように、積層シート両面の銅ベタ膜（シールド導体１３ａ，１３ｂ）に対して、前記信号線１１に沿って、破線ラインエッチングにより、破線状の開口部１４が、二筋に分かれて形成される。
そして、破線状の開口部１４が形成されたシールド導体１３ａ，１３ｂをマスクにして、内層のポリイミド（絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂ）のエッチングが行われる。この場合のエッチングは信号線１１上のポリイミドのみを銅膜（シールド導体１３ａ，１３ｂ）に対してオーバーエッチすることにより、ポリイミドの壁を残しながら信号線１１上のポリイミドの７０％以上をエッチングにより削除する。

最後に図４Ｂ（ｃ）に示すように、積層シートの端部に信号線パッド２１が形成される。この信号線パッド２１は、前記したパッド接続領域１１ａを貫通する貫通孔１９を中心にして、円形状のパッド２１を残して、その外側の矩形状の領域の銅箔がエッチングにより削除されることで形成される。この時のエッチング領域を符号２２で示している。
そして、貫通孔１９に形成された前記ビアメッキを介して、絶縁樹脂層１２ａ，１２ｂの間に配置された前記した信号線１１と信号線パッド２１とが接続される。
なお、この信号線パッド２１は、必要に応じて積層シートの反対面にも同様の形態で形成される。

以上説明した工程により、図２に示した第１の実施の形態に係る中空フィルムケーブルを得ることができる。
なお図３に示した第２の実施の形態に係る中空フィルムケーブルは、前記したとおりシールド導体に形成される開口部１４の形状が異なるのみであり、その製造に際しては、前記と同様の工程を採用することができる。

次に図５Ａ〜図５Ｃは、この発明に係る中空フィルムケーブルの第３の実施の形態について、これを製造工程にしたがって模式図で示したものである。なおこの第３の実施の形態も、ストリップ構造の中空フィルムケーブルを構成するものとなる。

図５Ａに示すようにポリイミドによる絶縁樹脂層３１の片面に銅箔（シールド導体）３２を有する積層板（片面銅張積層板）が用意される。この絶縁樹脂層３１の厚さは１００μｍであり、この絶縁樹脂層３１に対してレーザ光あるいはエッチングにより、溝３３が形成される。この溝３３は、中空フィルムケーブルの完成後において、信号線に沿う中空部として機能するものとなる。

前記絶縁樹脂層３１に形成された溝３３内には、図５Ｂに示すように感光性樹脂の露光現象によりリブ部材３４が形成される。
このリブ部材３４は、例えばドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を利用することで、これを部分的に露光させた後に現像することで形成することができる。
すなわち、絶縁樹脂層３１に形成された前記溝３３内には、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）が埋め込まれ、このドライフィルムレジスト上には、図示せぬマスクフィルムが載置される。

この状態で前記マスクフィルムを介してドライフィルムレジストに対して、ＵＶ光を投射することで、ドライフィルムレジストを部分的に感光させる。その後に、ドライフィルムレジストの未露光部分を、溶剤によって除去すること（現像）により、図５Ｂに示すように蜂の巣状の六角柱壁面を有するリブ部材３４を形成することができる。
このリブ部材３４は、図に示す例においては六角柱壁面を構成しているが、前記したマスクフィルムの形成パターンに応じて、リブ部材３４は任意の立体壁面構造とすることができる。

ストリップ構造の中空フィルムケーブルを形成するには、リブ部材３４が形成された積層シートが２つ用意され、図５Ｃ（ａ）に示すように、リブ部材３４を形成した面が対向するように配置される。なお図５Ｃ（ａ）に示す下側の積層シートを第１基材Ａと呼び、上側の積層シートを第２基材Ｂと呼ぶ。
この第１基材Ａと第２基材Ｂとの間には、中央部に信号線３６が形成された薄いポリイミド系シート３７が配置され、このシート３７の上下に接着シート３８，３９が介在されて、第１基材Ａと第２基材Ｂは熱圧着により積層される。

図５Ｃ（ｂ）は、信号線３６が形成されたシート３７を間にして、接着シート３８，３９によって、第１基材Ａと第２基材Ｂが積層された状態を示している。
図５Ｃ（ｂ）に示されているように、第１基材Ａと第２基材Ｂが積層された状態において、前記信号線３６が形成されたシート３７の幅の狭い端部３７ａが、積層シートから露出されている。この端部３７ａには前記信号線３６に電気的に接続された信号線パッド３６ａが形成されている。

次に図５Ｃ（ｃ）に示す工程においては、前記した積層シートにおける信号線３６の配置位置を避けて、例えばドリルにより貫通穴４１が適宜の位置に形成される。そして、これらの貫通穴４１には、例えば銀ペーストを充填することで、両外側のシールド導体３２は電気的に接続され、ストリップ構造の中空フィルムケーブルが形成される。

前記した製造工程にしたがった中空フィルムケーブルによると、シート３７に形成された信号線３６は、対向するリブ部材３４の端面により線接触で支持された状態となる。
そして、リブ部材３４を備えたこの実施の形態によると、信号線３６と両外側のシールド導体３２との間の前記信号線の線幅の領域における絶縁樹脂層の空隙率は９０％に達するものとなる。

図６は、以上説明したこの発明に係る中空フィルムケーブルと、他の既存の同軸ケーブル等と比較した電気的な伝送特性を示したグラフである。
すなわち図６における横軸は伝送信号の周波数を示しており、縦軸は信号の減衰量（ｄＢ）を示している。

そして、図６に示す特性ａは、図４Ａおよび図４Ｂに示した製造方法にしたがった中空フィルムケーブル（厚み０．２ｍｍ、幅０．８ｍｍ）の実測値である。この中空フィルムケーブルの特性インピーダンスＺｏは４７Ωであり、その周波数特性は特性ｃとして示した既存のφ０．６ｍｍの同軸ケーブルと同等の特性であった。
また図６に示す特性ｂは、図５Ａ〜図５Ｃに示した製造方法にしたがった中空フィルムケーブル（厚み０．２ｍｍ、幅０．８ｍｍ）の実測値である。この中空フィルムケーブルの特性インピーダンスＺｏは４７Ωであり、その周波数特性は特性ｄとして示した既存のφ０．７５ｍｍの同軸ケーブルと同等の特性であった。

なお図６に示す特性ｅは、比較のために例示したものであり、これは冒頭の背景技術の欄において説明した既存のＬＣＰを用いたフィルムケーブル（厚み０．３ｍｍ、幅１．５ｍｍ）の実測値である。

以上説明した各実施の形態は、いずれもストリップ構造のフィルムケーブルを例にしているが、この発明は図１Ａに例示したマイクロストリップ構造のフィルムケーブルにも適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。

１１ 信号線
１１ａ パッド接続領域
１２ａ，１２ｂ 絶縁樹脂層
１３ａ，１３ｂ シールド導体
１４ 開口部
１５ 中空部
１７ 接着シート
１８ 貫通孔
１９ 貫通孔
２１ 信号線パッド
２２ エッチング領域
３１ 絶縁樹脂層
３２ シールド導体
３３ 溝（中空部）
３４ リブ部材
３６ 信号線
３６ａ 信号線パッド
３７ シート
３７ａ シート端部
３８，３９ 接着シート
４１ 貫通穴
Ａ 第１基材
Ｂ 第２基材

Claims (3)

1. 信号線に対し絶縁樹脂層を挟んでシールド導体を備えたフィルムケーブル、もしくは信号線の両面に絶縁樹脂層を有し、前記各絶縁樹脂層の両外側にシールド導体を備えたフィルムケーブルを用意し、
   前記シールド導体に対して、前記信号線の延設方向に沿って、エッチングにより間欠的に開口部を形成する工程と、
   前記開口部を形成したシールド導体をマスクとして利用し、前記絶縁樹脂層をエッチングにより部分的に削除して、絶縁樹脂層に前記シールド導体から前記信号線に達する中空部を形成する工程と、
   を有し、前記中空部を前記信号線の延設方向に沿って形成したフィルムケーブルを得ることを特徴とする中空フィルムケーブルの製造方法。
2. 片面にシールド導体を備えた絶縁樹脂層の一部を、レーザ光もしくはエッチングにより溝状に削除することにより中空部を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層に形成された中空部内に、感光性樹脂の露光現象によりリブ部材を形成する工程と、
   溝状の中空部内にリブ部材を形成した一対の絶縁樹脂層を対向させて、その間に信号線を備えたシートを介在させる工程と、
   対向する前記リブ部材に沿って前記信号線を対峙させた状態で積層する工程と、
   を有し、前記信号線を前記リブ部材の端面により支持したフィルムケーブルを得ることを特徴とする中空フィルムケーブルの製造方法。
3. 片面にシールド導体を備えた絶縁樹脂層の一部を、レーザ光もしくはエッチングにより溝状に削除することにより中空部を形成する工程と、
   前記絶縁樹脂層に形成された中空部内に、感光性樹脂の露光現象によりリブ部材を形成する工程と、
   前記リブ部材が形成された絶縁樹脂層に対向させて、信号線を備えたシートを配置する工程と、
   前記リブ部材に沿って前記信号線を対峙させた状態で積層する工程と、
   を有し、前記信号線を前記リブ部材の端面により支持したフィルムケーブルを得ることを特徴とする中空フィルムケーブルの製造方法。

Images