JP5621789B2 - シールドフラットケーブル - Google Patents

Description

本発明は、複数の平角導体を並列して絶縁樹脂フィルムを貼り合わせ、その外にシールドフィルムを貼ったシールドフラットケーブルに関する。

低電圧差動伝送（ＬＶＤＳ）に用いられるシールドフラットケーブルが特許文献１に開示されている。このシールドフラットケーブルでは、平角導体に貼り合わせる絶縁樹脂フィルムが接着剤層と絶縁層とからできている。絶縁層にはポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等が使用されること、および接着剤層にはポリエスエル系樹脂やポリオレフィン系樹脂に難燃剤を添加したものが使用されることが開示されている。

特開２００９−１４６６９４号公報

ケーブルの長さが長くなり、かつ伝送される信号が高ビットレートとなるほど遠端クロストークが無視できなくなる。チャンネル間クロストークの連鎖によるノイズを補償する実用的な手段はなく、クロストークの増加は深刻な問題になり得る。
一方、フラットパネルディスプレイなどを含む機器の大型化に伴ってその機器に使用されるケーブルはより長いものが要求されてきている。そして、高画質化に伴って伝送容量はより大きくなり、より高速度の伝送が要求されてきている。
本発明は、ＬＶＤＳ方式に代表される差動伝送方式の高速信号伝達配線に使用されるシールドフラットケーブルであって、０．４ｍを超える距離で６ＧＨｚまでの周波数範囲で遠端クロストークが−２４ｄＢ以下となるシールドフラットケーブルを提供することを課題とする。

本発明のシールドフラットケーブルは、平角導体を四本以上一平面上に配列して、その配列面の上下から絶縁フィルムを貼り合わせて平角導体を絶縁し、前記絶縁フィルムの外に介在層を設け、前記介在層の外にシールド層を設けたシールドフラットケーブルであって、 前記介在層がポリエステルからなり、端末処理部を除く部分の差動モードインピーダンスが７５〜１１０Ωの範囲に調整され、 前記絶縁フィルムの実効比誘電率をε１とし、前記絶縁フィルムが、導体に接着する接着層と基材層の二層からなり、前記接着層がポリエステル系接着剤からなり、前記基材層がポリエステルからなり、前記接着層の比誘電率をεａ、前記基材層の比誘電率をεｂ、前記平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率をεｅとしたときに、εａ＜εｂかつ０．８６≦εｅ／ε１であることを特徴とする。

本発明のフラットケーブルは上記の構成により、４５０ｍｍの距離で６ＧＨｚまでの周波数範囲で遠端クロストークが−２４ｄＢ以下である。

本発明のフラットケーブルを示す斜視図である。 本発明のフラットケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。 別の態様の本発明のフラットケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。 別の態様の本発明のフラットケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。 本発明のフラットケーブルの要部の長さ方向に垂直な断面図である。 本発明のフラットケーブルの要部の長さ方向に垂直な断面図である。 本発明の実施例および比較例を示す表である。 本発明の実施例および比較例を示す表である。

本発明のシールドフラットケーブル１は、図１に示すように平角導体２を複数本一平面上に並列し、並列面の上下から絶縁フィルム３を貼り合わせて各導体２を絶縁したものである。本発明のフラットケーブルは、二チャンネル以上の差動伝送に使用されるものであるので信号線は四本以上必要である。すなわち平角導体は四本以上必要である。図では平角導体２を四本としているが、四本以上であれば何本でも構わない。平角導体は信号線以外にグランド線に使用されるものがあってもよい。
本発明のシールドフラットケーブル１は、上下の絶縁フィルム３の外に誘電率調整のための介在層７が貼り付けられる。介在層７は絶縁フィルムに接着するための接着層８と屈折率調整のために作用する基材層９からなる。基材層９は樹脂等からなる誘電体層であり、低誘電率のものが好ましい。

本発明のシールドフラットケーブル１は、介在層７の外にシールドフィルム４が巻かれるかまたは貼り付けられてシールド層が形成されたものである。シールドフィルム４は図２に示すように介在層７の周囲を包むように巻かれてもよい。図３に示すように介在層７にシールドフィルム４がそれぞれ貼り付けられてもよい。この場合、シールドフィルム４は２枚であり、それらのシールドフィルム４は一体とはなっていない。図４に示すようにフラットケーブルの一方の面（図４では下側）のみに貼られてもよい。この場合、介在層７も当該一方の面のみにあり、その外（図４では下側）にシールドフィルム４が貼られる。シールドフラットケーブル１は片面のみがシールドされていることになる。
シールドフィルム４は従来から使用されているもの、例えば銅箔やアルミ箔の一面に接着剤層が形成され、他面に樹脂フィルムなどが貼られたものを使用できる。

このフラットケーブルの特性インピーダンスが７５Ω以上１１０Ω以下のいずれかの値となるように平角導体２の厚さまたは幅、平角導体２の間隔、絶縁フィルム３および介在層７の誘電率を調整する。

本発明の絶縁フィルム３は接着層５と基材層６とからなる。図１〜図４では接着層５、基材層６とも一層のみ示すが、それぞれ複数の層から形成されてもよい。
接着層５は、熱可塑性の樹脂であり、百数十℃の熱を加えることで平角導体２または相手方の絶縁フィルム３と接着することのできる材料からなる。接着層５には例えばポリエステル系接着剤を使用することができる。
絶縁フィルム３を接着するために百数十℃の熱を加えたときも基材層６は軟化したり接着性を示すことなく、フィルムの形状を維持する。基材層６にはポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルを使用することができる。
接着層５と基材層６とは機能が違うので別の樹脂となる。

本発明の介在層７は接着層８と基材層９とからなる。図１〜図４では接着層８、基材層９とも一層のみ示すが、それぞれ複数の層から形成されてもよい。
接着層８は、熱可塑性の樹脂であり、百数十℃の熱を加えることで絶縁フィルム３と基材層９とを接着することのできる材料からなる。接着層８には例えばポリエステル系接着剤を使用することができる。接着層８は接着層５とは違う材質であってよい。
基材層９はインピーダンスを調整するための低誘電率の誘電体である。基材層９にはポリオレフィン系樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルフィルムを使用することができる。発泡させた樹脂フィルムも使用可能である。

電気信号が伝搬する差動伝送路では正の電位である導体から負の電位である導体に電気力線が出ていると捉えることができる。導体の電位は経時的に＋−が交番するが、ある瞬間の様子を図５に示す。ただし、電気力線は説明のために必要なもののみ示す。
平角導体１２は二本で一対となっている。平角導体１２ａはこの瞬間正の電位を有し、１２ｂは負の電位を有する。正の電位を有する平角導体１２ａから出た電気力線１０ａは隣接する負の電位を有する平角導体１２ｂおよび平角導体１２ａに隣接するグランド線１１に入る。平角導体１２ｂには隣接するグランド線１３からの電気力線１０ｃも入る。ケーブルの外に向かう電気力線１０ｂは絶縁フィルム３、介在層７を順に透過するが、両層の屈折率が異なるのでその界面で屈折する。

絶縁フィルムと介在層を合わせた絶縁フィルムの実効比誘電率をε、絶縁フィルムの比誘電率をε１、介在層の比誘電率をε２とすると、εはε１とε２との加重平均である。図２などの断面で絶縁フィルムの断面積をＳ１、介在層の断面積をＳ２とすると、ε＝（ε１Ｓ１＋ε２Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）である。
平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率は図５の場合では絶縁フィルム３と介在層７とを合わせた比誘電率となる。絶縁フィルム３の比誘電率を介在層７の比誘電率よりも小さくすることにより、両者を合わせた比誘電率（言い換えると平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率）は絶縁フィルム３の比誘電率よりも大きくなる。

本発明のシールドフラットケーブルは、絶縁フィルム３の中で接着層５と基材層６の比誘電率が異なり、絶縁フィルム３と介在層７の誘電率も異なる。本発明では接着層５の誘電率（εａ）を基材層６誘電率（εｂ）よりも小さくする。そして、平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率の絶縁フィルム３の比誘電率に対する比を一定値以上とする。具体的には、実効比誘電率の絶縁フィルム３の比誘電率に対する比を０．８６以上とする。これらにより、平角導体２から出る電気力線をその平角導体２の近くに閉じ込めることができ、４５０ｍｍの距離で一チャンネル当たりの信号の占有周波数帯幅が６ＧＨｚに達する高周波伝送をした場合でも遠端クロストークを小さくすることができる。
介在層７の比誘電率が絶縁フィルム３の比誘電率よりも大きくてもよい。ただし、介在層の比誘電率が大きくなりすぎるとインピーダンス調整のために介在層が厚くなってしまう。シールドフラットケーブルの厚さを実用に適したものとするには、介在層の比誘電率の値に上限がある。この点で、平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率の絶縁フィルム３の比誘電率に対する比を１．１以下とするのが好ましい。

（実施例）
実施例１〜４および比較例１〜３は、図３に示すように絶縁フィルム３の両方に、インピーダンス調整のための誘電体層（介在層）７とその外（平角導体２と逆側）にシールドフィルム４を貼ったシールドフラットケーブル１を製造した。介在層７は接着層８を基材層９の一面に付けて一体としたものであり、接着層８を絶縁フィルム３に貼り付けた。
本実施例では接着層が二つあるので絶縁フィルム３の接着層５を絶縁接着層５、介在層９を絶縁フィルム３に接着する接着層８を介在接着層８と呼び分ける。基材層も、絶縁フィルムの基材層６を絶縁基材層６、介在層の基材層９を介在基材層９と呼び分ける。
いずれの例でも、グランド線をG、信号線をSで表して、それらの配置をＧＳＳＧＳＳＧ・・・と配置した。隣り合う二本の信号線が一対となって一チャンネルとなる。各チャンネルの間にはグランド線がある。

各例の絶縁接着層５の比誘電率εａと介在基材層６の比誘電率εｂとの大小関係は図７に示す通りとした。絶縁フィルム３の比誘電率ε１、絶縁フィルム３と介在層７とを合わせた比誘電率εｅおよびそれらの比も図７に示す。
これらのシールドフラットケーブルの隣合うチャンネル間の遠端クロストーク（最大値）と差動モードインピーダンスも図７に示す。６ＧＨｚでの遠端クロストーク最大値が−２４ｄＢ以下（主信号対比で６．２５％の漏話量）のものを合格、−２６ｄＢ（主信号対比で５％の漏話量）以下のものを優良とした。

各層の誘電率はその層を積み重ねて０．５ｍｍ以上の厚さとしてインピーダンスマテリアルアナライザを使用して測定した。比誘電率は真空の誘電率に対する比である。
絶縁接着層の比誘電率をεａ、基材層の比誘電率をεｂ、絶縁接着層と基材層とからなる絶縁フィルムの比誘電率をε１とすると、ε１＜εｂである場合、εａ＜εｂとなる。

実施例１〜４に示したように、絶縁接着層の比誘電率εａ＜基材層の比誘電率εｂであって、平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率εｅと絶縁フィルムの比誘電率ε１との比がεｅ／ε１≧０．８６であれば、４５０ｍｍの距離、６ＧＨｚで遠端クロストークが合格となる。これらの実施例では、平角導体２から出る電気力線がその平角導体２の近くに閉じ込められることが遠端クロストークが小さい原因と考えられる。
比較例１は従来の構成のシールドフラットケーブルである。この例では、距離４５０ｍｍの６ＧＨｚにおける遠端クロストークが不合格である。この例では、平角導体２に近い層から遠い層にかけて順に比誘電率が小さくなっている（εａ＞εｂ＞ε２の大小関係である）。平角導体２から出る電気力線は各層の界面で屈折して平角導体２から水平方向に遠ざかる。さらに、比誘電率の大きな層（平角導体２に近い層）から比誘電率の小さな層（平角導体２から遠い層）に向かって電気力線が出るときに一部の電気力線は全反射する。これらが遠端クロストークが良くない原因と考えられる。
比較例２は介在層７の比誘電率を比較例１よりも大きくした例である。これによりεｅ／ε１が０．９を超えているが、距離４５０ｍｍ、６ＧＨｚの遠端クロストークがなお不合格である。
比較例３は、εａ＜εｂであるが、εｅ／ε１が０．８６未満であり、４５０ｍｍ、６ＧＨｚの遠端クロストークが不合格である例である。
実施例２、実施例４は実施例１よりも介在層の比誘電率が高くなるように介在層の材料を選定した例である。εｅ／ε１が０．９３以上１以下とした例である。これらの例では距離４５０ｍｍ、６ＧＨｚの遠端クロストークが優良（主信号対比で５％の漏話）となっている。

実施例５〜６および比較例４〜５は、図４に示すように介在層７が絶縁フィルム３の片面にだけあり、片面だけをシールドした例である。信号線Ｓとグランド線Ｇの配置は実施例１〜４および比較例１〜３と同様である。
各例の絶縁接着層５の比誘電率εａと基材層６の比誘電率εｂとの大小関係は図８に示す通りとした。絶縁フィルム３の比誘電率ε１、絶縁フィルム３と介在層７とを合わせた比誘電率εｅおよびそれらの比も図８に示す。
これらのシールドフラットケーブルの隣合うチャンネル間の遠端クロストークを測定した。各例について測定された遠端クロストーク（最大値）と差動モードインピーダンスも図８に示す。６ＧＨｚでの遠端クロストーク最大値が−２４ｄＢ以下（主信号対比で６．２５％の漏話量）のものを合格、−２６ｄＢ（主信号対比で５％の漏話量）以下のものを優良とした。

実施例５、実施例６は、εａ＜εｂであって、かつεｅ／ε１≧０．８６であるので４５０ｍｍの距離で６ＧＨｚ遠端クロストークが合格となっている。これらの実施例では、εｅ／ε１≧０．９３でもあるので４５０ｍｍの距離で遠端クロストークが優良となっている。これらの実施例では、平角導体２から出る電気力線がその平角導体２の近くに閉じ込められることが遠端クロストークが小さい原因と考えられる。
比較例４は従来の構成のシールドフラットケーブルである。この例では、εａ＞εｂであり、εｅ／ε１が０．８６に満たない。そして、距離４５０ｍｍの６ＧＨｚにおける遠端クロストークが不合格である。
比較例５は、εａ＜εｂであるが、εｅ／ε１が０．８６未満であり、４５０ｍｍ、６ＧＨｚの遠端クロストークが不合格である。

１ シールドフラットケーブル
２ 平角導体
３ 絶縁フィルム
４ シールドフィルム
５ 接着層（絶縁接着層）
６ 基材層（絶縁基材層）
７ 介在層
８ 接着層（介在接着層）
９ 基材層（介在基材層）
１０ 電気力線

Claims (1)

1. 平角導体を四本以上一平面上に配列して、その配列面の上下から絶縁フィルムを貼り合わせて前記平角導体を絶縁し、前記絶縁フィルムの外に介在層を設け、前記介在層の外にシールド層を設けたシールドフラットケーブルであって、
   前記介在層がポリエステルからなり、
   端末処理部を除く部分の差動モードインピーダンスが７５〜１１０Ωの範囲に調整され、
   前記絶縁フィルムの実効比誘電率をε１とし、
   前記絶縁フィルムが、導体に接着する接着層と基材層の二層からなり、前記接着層がポリエステル系接着剤からなり、前記基材層がポリエステルからなり、
   前記接着層の比誘電率をεａ、前記基材層の比誘電率をεｂ、前記平角導体からシールド層までの非金属層の実効比誘電率をεｅとしたときに、
   εａ＜εｂかつ０．８６≦εｅ／ε１であることを特徴とするシールドフラットケーブル。

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