(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記接続線路は、前記開口部により分岐された複数の分岐線路によって構成されてなり、前記分岐線路の1つは、前記第1信号線路と実質的に同じ幅で一直線上に配置されてなる、請求項1から3のいずれか一項に記載のフレキシブル基板。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
コプレーナ線路とマイクロストリップ線路とを接続する箇所において、コプレーナ線路とマイクロストリップ線路とのインピーダンス整合が取れない場合がある。本発明は、コプレーナ線路とマイクロストリップ線路とのインピーダンス整合を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、第1面と前記第1面に対向する第2面とを有する絶縁基板と、前記第1面に形成された第1信号線路と、前記第1信号線路に対向する領域の前記第2面に形成された第1グランドパターンと、を有するマイクロストリップ線路と、前記第1面に形成された第2信号線路と、前記第1面の前記第2信号線路の両側に離間して形成された第2グランドパターンと、を有するコプレーナ線路と、前記第1面に形成され前記第1信号線路と前記第2信号線路とを接続する接続線路と、前記接続線路に設けられた開口部と、前記第2面の前記接続線路に対向する領域を除いたその両側の領域に形成された第3グランドパターンと、を具備することを特徴とするフレキシブル基板である。本発明によれば、コプレーナ線路とマイクロストリップ線路とのインピーダンス整合を向上させることができる。
【0006】
上記構成において、前記接続線路は、前記開口部により分岐された複数の分岐線路によって構成されてなり、前記分岐線路の1つは、前記第1信号線路と実質的に同じ幅で一直線上に配置されてなる構成とすることができる。
【0007】
上記構成において、前記絶縁基板の前記第2面における、前記第2グランドパターンに対向した領域にグランド電位の領域を備える構成とすることができる。
【0008】
上記構成において、前記第2グランドパターンに対向した領域における前記グランド電位の領域は、前記第2信号線路と前記第2グランドパターンの離間距離よりも大きい距離で、前記第2信号線路から離間してなる構成とすることができる。
【0009】
上記構成において、前記コプレーナ線路のインピーダンスは前記マイクロストリップ線路のインピーダンスより小さい構成とすることができる。
【0010】
上記構成において、前記マイクロストリップ線路、前記コプレーナ線路および前記接続線路が複数隣接して配置され、隣接する前記コプレーナ線路の前記第2グランドパターンは共用されてなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、コプレーナ線路とマイクロストリップ線路とのインピーダンス整合を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】
図1は、比較例に係るフレキシブル基板の平面図である。
【
図2】
図2(a)から
図2(c)は、それぞれ
図1のA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図である。
【
図3】
図3(a)は、比較例に係るフレキシブル基板の等価回路、
図3(b)は、S11を示すスミスチャートの模式図である。
【
図4】
図4は、実施例1に係るフレキシブル基板の平面図である。
【
図5】
図5(a)から
図5(c)は、それぞれ
図4のA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図である。
【
図6】
図6(a)は、実施例1に係るフレキシブル基板の等価回路、
図6(b)は、S11を示すスミスチャートの模式図である。
【
図7】
図7(a)は、実施例1の変形例に係るフレキシブル基板の等価回路、
図7(b)は、S11を示すスミスチャートの模式図である。
【
図8】
図8は、実施例2に係るフレキシブル基板の平面図である。
【
図9】
図9は、周波数に対するS21および反射特性を示す図である。
【
図11】
図11(a)および
図11(b)は、フレキシブル基板の第1面および第2面を示す平面図である。
【
図14】
図14(a)および
図14(b)は、別のフレキシブル基板の第1面および第2面を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
比較例に係るフレキシブル基板について説明する。
図1は、比較例に係るフレキシブル基板の平面図である。
図2(a)から
図2(c)は、それぞれ
図1のA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図である。
図1から
図2(c)に示すように、フレキシブル基板101は、マイクロストリップ線路50、変換部52およびコプレーナ線路54を備えている。マイクロストリップ線路50は、例えばポリイミド等の樹脂からなる絶縁基板10の第1面に形成された信号線路12(第1信号線路)と第1面と反対の面である(対向する)第2面に形成されたグランドパターン22(第1グランドパターン)とを有している。なお、信号線路12およびグランドパターン22は、例えば金(Au)などの金属からなる。
【0014】
コプレーナ線路54は、第1面に形成された信号線路16(第2信号線路)と、第1面の信号線路16の両側に離間して形成されたグランドパターン20(第2グランドパターン)と、第2面に形成されたグランドパターン26と、を有している。グランドパターン26は、信号線路16に対向する領域には形成されていない。これは、信号線路16とグランドパターン26とにより形成される容量成分を抑制するためである。また、グランドパターン26は、グランドパターン20に対向した領域グランド電位の領域として形成されている。ビア金属28を介し、グランドパターン20と26とは電気的に接続されている。このように、グランドパターン26がグランドパターン20に対向する領域に形成されていることにより、マイクロストリップ線路50のグランドパターン20をグランドパターン26を介しグランドパターン20に電気的に接続することができる。なお、信号線路16およびグランドパターン20、グランドパターン26は、例えば金(Au)などの金属からなる。
【0015】
変換部52は、第1面に形成され信号線路12と信号線路16とを接続する接続線路14と、第2面に形成されたグランドパターン24(第3グランドパターン)と、を有している。信号線路12の幅より信号線路16の幅が広いため、この間を接続する接続線路14は台形状を有している。グランドパターン24は、接続線路14が設けられる面とは反対側の絶縁基板10に設けられている。グランドパターン24は、接続線路14に対向する領域には設けられていない。グランドパターン24は接続線路14に対向する領域の両側の領域に、接続線路14の外形のパターンに沿った形状で形成されている。接続線路14とグランドパターン24の間には、容量成分C0が存在する。グランドパターン24は、グランドパターン20と26とを電気的に接続している。変換部52においては、接続線路14とグランドパターン24とにより、擬似的なコプレーナ線路が形成されている。なお、接続線路14およびグランドパターン24は、例えば金(Au)などの金属からなる。
【0016】
図3(a)は、比較例に係るフレキシブル基板の等価回路、
図3(b)は、S11を示すスミスチャートの模式図である。
図3(a)に示すように、ノードN4とN3との間にコプレーナ線路54、変換部52およびマイクロストリップ線路50が接続されている。コプレーナ線路54は分布定数線路44として表される。変換部52は容量成分を有するオープンスタブ42として表される。マイクロストリップ線路50は、分布定数線路40として表される。コプレーナ線路54と変換部52との間のノードをノードN1、変換部52とマイクロストリップ線路50との間のノードをノードN2とする。分布定数線路40および44の特性インピーダンスZ
0を50Ωとする。ノードN4は、抵抗Rによりインピーダンスが50Ωに終端されている。例えばノードN4には入力または出力インピーダンスが50Ωの端子が接続されている。ノードN3側からみたS11について以下に示す。
【0017】
図3(b)に示すように、ノードN4およびN1からノードN4の方をみたインピーダンスのS11は、ともに50Ωである。よって、ノードN1およびN4のS11はスミスチャートの中心に位置する。ノードN2のS11は、オープンスタブ42の容量成分により中心からずれる。ノードN3においては、ノードN2からスミスチャートの中心を中心に円周状に回転する。このように。変換部52の容量成分により、ノードN2からN3の間のS11がスミスチャートの中心からずれてしまう。よって、伝送特性が悪化する。
【実施例1】
【0018】
図4は、実施例1に係るフレキシブル基板の平面図である。
図5(a)から
図5(c)は、それぞれ
図4のA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図である。
図4から
図5(c)に示すように、フレキシブル基板100においては、接続線路14に開口部15が形成されている。変換部52に開口部15が設けられたことにより、接続線路14とグランドパターン24との容量成分C1を抑制することができる。これにより、コプレーナ線路54およびマイクロストリップ線路50に対する、変換部52のインピーダンス整合を向上させることができる。この開口部15は接続線路14を構成する導体に設けられている。開口部15の内側は空間であり、そこに絶縁基板10を構成する樹脂は充填されていない。開口部15は接続線路14を構成する導体をパターンニングする際に、導体と同時に設けられる。その他の構成は、比較例の
図1から
図2(c)と同じであり説明を省略する。
【0019】
実施例1では、開口部15は変換部52に隣接する領域の信号線路16にも延長されている。開口部15が信号線路16にも延長されていることにより、変換部52に隣接する領域の容量成分も低減できる。これにより、コプレーナ線路54およびマイクロストリップ線路50に対する、変換部52のインピーダンス整合が更に向上する。実施例1では、変換部52の接続線路14はコプレーナ線路54からマイクロストリップ線路50にかけて徐々に変化したスロープ形状を有している。しかし接続線路14の形状はこれに限らない。例えば、接続線路14において、その幅をスロープ状ではなく複数段のステップ状に変化させてもよい。あるいはコプレーナ線路54の信号線路16の幅を持った領域と、マイクロストリップ線路50の信号線路12の幅を持った領域とを付き合わせた1段のステップ形状で接続線路14を構成してもよい。また、実施例1のコプレーナ線路54は、その両側にグランドパターン20が設けられているが、信号線路16に対向する絶縁基板10の面には、グランドパターンが配置されていない。これは後述する変形例および他の実施例においても同じである。
【0020】
図6(a)は、実施例1に係るフレキシブル基板の等価回路、
図6(b)は、S11を示すスミスチャートの模式図である。コプレーナ線路54とマイクロストリップ線路56は、いずれも50Ωである。
図6(a)に示すように、変換部52における容量成分が小さくなったためオープンスタブ42の長さが短くなっている。
図6(b)に示すように、変換部52における容量成分が小さくなったため、ノードN2におけるスミスチャート中心からのずれが小さくなる。よって、ノードN3のS11は、比較例に比べ中心に近くなる。よって、伝送特性が比較例に比べ改善する。
【0021】
実施例1によれば、接続線路14が開口部15を有する。これにより、変換部52における容量成分を抑制でき、コプレーナ線路とマイクロストリップ線路とのインピーダンス整合を向上させることができる。
【0022】
例えば、接続線路14は、開口部15により、信号線路12から分岐されそれぞれ信号線路16に接続する複数の分岐線路18を有する。信号線路12は、信号線路16より狭い場合、分岐線路18は、2等辺三角形の2辺に対応することが好ましい。これにより、分岐線路18間で位相か変わらず伝送特性を向上できる。
【0023】
また、分岐線路18の幅が小さくなると、開口部15が大きくなり容量成分は削減される。実施例1の変換部52は、信号線路12の中心軸を基点に線対称に形成している。このため、分岐線路18は同等の伝送特性を有している。これにより、複数の分岐線路18間のアンバランスに起因する伝送特性の劣化が防止できる。なお、実施例1の分岐線路18の幅は信号線路12と同程度である。
【0024】
接続線路14とグランドパターン24とは、オーバーラップしないことが好ましい。オーバーラップさせないためには、接続線路14とグランドパターン24の作製時におけるマージンを設けることが好ましい。実施例1では、接続線路14の縁辺とグランドパターン24の縁辺の間は、50μmの間隔(マージン)を設けている。
【0025】
図7(a)は、実施例1の変形例に係るフレキシブル基板の等価回路、
図7(b)は、S11を示すスミスチャートの模式図である。実施例1ではコプレーナ線路54の特性インピーダンスは50Ωであったが、本変形例ではコプレーナ線路54の特性インピーダンスを45Ωとしている。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
図7(b)に示すように、ノードN4においては、S11は50Ωである。分布定数線路44の特性インピーダンスが45Ωのため、ノードN1のS11はコプレーナ線路54の長さに応じ変化する。コプレーナ線路54の特性インピーダンスは、信号線路16の幅やグランドパターン20との間隔を変更することで変更することができる。さらに、オープンスタブ42の容量成分によりノードN2のS11はスミスチャートの中心に近づく。ノードN3のS11は分布定数線路40の長さに応じスミスチャートの中心を中心に回転する。
【0026】
実施例1においては、
図6(b)のように、ノードN2において、S11は変換部52の容量成分によりスミスチャートの中心からずれる。ノードN3では、スミスチャートの中心からずれたままで分布定数線路40の長さに応じ円状に回転する。一方、変形例においては、
図7(b)のように、分布定数線路44の特性インピーダンスを50Ωより小さくし、ノードN1のS11をスミスチャートの中心から適切にずらす。オープンスタブ42の容量成分によりノードN2のS11をスミスチャートの中心に近づける。このように、容量成分によるS11のずれに相当する分、分布定数線路44を用いS11を中心からずらしておく、すなわち、コプレーナ線路54の特性インピーダンスをマイクロストリップ線路50の特性インピーダンスより小さくする。これにより、実施例1より、ノードN3のS11をスミスチャートの中心近くに設定できる。よって、伝送特性をより改善できる。
【実施例2】
【0027】
実施例2は、2つのコプレーナ線路を差動伝送線路として用いる例である。
図8は、実施例2に係るフレキシブル基板の平面図である。
図8に示すように、フレキシブル基板102には、複数のマイクロストリップ線路50、変換部52およびコプレーナ線路54が設けられている。コプレーナ線路54において、隣接する信号線路16間のグランドパターン20が共用されている。共用されたグランドパターン20の中心線を基点に、信号線路12および16、分岐線路18aおよび18b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。2つの信号線路16間距離と、2つの信号線路12間距離とは同じである。このため、分岐線路18aと、信号線路12とは直線状となっている。開口部15は直角三角形となっている。信号線路12と分岐線路18aとの幅が実質的に同じで、双方が一直線上に配置されている。このように、接続線路は、開口部15により分岐された複数の分岐線路18aおよび18bによって構成されている。分岐線路18aおよび18bの1つは、信号線路12と実質的に同じ幅で一直線上に配置されている。このため、信号線路12と分岐線路18aとの連続性が高く、この接続部分における不整合が抑制できる。
【0028】
実施例2では分岐線路18bの幅は、分岐線路18aの幅より狭く形成されている。実施例2のコプレーナ線路54は、絶縁基板10の信号線路16が設けられる面と、その反対側の面の両方にグランドパターンが設けられている。実施例2ではコプレーナ線路54の信号線路16とグランドパターン20との間隔は、グランドパターン26との間隔よりも小さい。例えばグランドパターン20に対向した領域におけるグランドパターン26(グランド電位の領域)は、信号線路16とグランドパターン20の離間距離よりも大きい距離で、信号線路16から離間している。このため、信号線路16が設けられる面における信号線路16とグランド電位との結合を強くすることができる。
【0029】
次に、S21および反射特性をシミュレーションした。
図8において、コプレーナ線路54の長さL1を1mm、接続線路14の長さL2を0.22mm、信号線路16の幅L4を0.5mm、信号線路16とグランドパターン20とのギャップL3を0.1mmとした。信号線路16とグランドパターン24とのギャップL5を0.05mmとした。信号線路16とグランドパターン26とのギャップL6を0.15mmとした。絶縁基板10としては比誘電率が3.5の絶縁体を用いた。このとき、コプレーナ線路54の特性インピーダンスは45Ωである。マイクロストリップ線路50の特性インピーダンスを50Ωとした。開口部15のないものを比較例とした。
【0030】
図9は、周波数に対するS21および反射特性を示す図である。なお、S21はフレキシブル基板の両端間の通過特性を示し、反射特性は、フレキシブル基板の片端から信号を入力した場合の反射特性である。
図9に示すように、実施例2のS21は、比較例に対し、信号の周波数が25GHz以上で改善する。50GHzにおいても、実施例2のS21は比較例より大きい。実施例2の反射特性は、比較例に対し、信号の周波数が25GHz以上で改善する。このように、実施例2においては、特に信号周波数が25GHz以上の場合に伝送特性が改善する。さらに、30GHz、40GHzでも改善し、50GHzにおいても改善する。
【0031】
実施例2において、
図7(b)のように、伝送特性を改善するためには、特性インピーダンスが45Ωのコプレーナ線路の長さL1は、周波数が50GHzにおける信号波長をλgとし、λg/4<L1<λg/3であることが好ましい。これは、L1が0.8mmから1.2mmに相当する。また、L2<λg/18であることが好ましい。これは、L2が0.25mm以下に相当する。
【実施例3】
【0032】
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10は、実施例3の模式図である。
図10は、筐体62の断面を示し、その他の部品の側面を示している。筐体62内にレセプタクル64、筐体66、リードピン30、絶縁体68、フレキシブル基板106および回路基板70が設けられている。レセプタクル64には光ファイバ61が接続されたコネクタ60が挿入される。筐体66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が設けられている。光ファイバ61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68、リードピン30およびフレキシブル基板100を介し回路基板70に伝送される。絶縁体68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106は、主に筐体66内に直流電源を供給する。フレキシブル基板106は、筐体66内と回路基板70との間で高周波信号を接続する。
【0033】
また、筐体66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70からフレキシブル基板100、リードピン30および絶縁体68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61に出力する。
【0034】
図11(a)および
図11(b)は、フレキシブル基板の第1面および第2面を示す平面図である。フレキシブル基板106の両端にコプレーナ線路54が形成されている。コプレーナ線路54間はマイクロストリップ線路50が接続している。コプレーナ線路54とマイクロストリップ線路50との間に開口部15を有する接続線路14を備えた変換部52が形成されている。その他の構成は、実施例1または2と同じであり説明を省略する。
【0035】
図12は、フレキシブル基板の平面図である。
図13(a)から
図13(c)は、それぞれ
図12のA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図である。
図12から
図13(b)のように、コプレーナ線路54の信号線路16およびグランドパターン20上にリードピン30が接合されている。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
【0036】
実施例3によれば、光モジュール104は、フレキシブル基板106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30を有する。フレキシブル基板106の信号線路16は、リードピン30に接続されている。これにより、高周波信号として光素子に入出力する入出力信号のフレキシブル基板における損失を抑制できる。
【0037】
図14(a)および
図14(b)は、別のフレキシブル基板の第1面および第2面を示す平面図である。フレキシブル基板108の接続線路14は、四角状の開口部15を有する。コプレーナ線路54の信号線路16は、第2面の電極27とビア金属28を介し電気的に接続されている。その他の構成は、実施例3の
図11(a)および
図11(b)と同じであり、説明を省略する。実施例3の変形例のように、開口部15の形状は、四角状でもよい。その他の形状でもよい。また、コプレーナ線路54の信号線路16に対応する第2面に電極27が形成され、信号線路16と電極27とは電気的に接続されていてもよい。
【0038】
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。