1. はじめに

ＦＰＣ(Flexible Printer Circuits)コネクタは液晶ディスプレイなどの機器内ユニットと基板間をさまざまな形態で接続できることから、多くの電子機器に採用されている。これまでＦＰＣケーブルにおいては、多層ＦＰＣや銀あるいは銅ペーストを印刷したＦＰＣケーブルといったシールド特性の向上を目的とした製品が開発されてきたが、ノイズに対する効果はあるものの、デジタル信号の高速化に伴う高速伝送特性という観点からは満足のいくレベルには至っていない。また、伝送線路としてはＦＰＣケーブルだけでなく、接続されるコネクタも伝送線路となるため、ＦＰＣケーブルとコネクタが一体となった高速伝送特性の向上が必要となってきている。
本稿では、ＳＭＫが開発したデジタル信号の高速伝送が可能なＦＰＣコネクタ「ＥＮシリーズ」について、その製品概要と伝送特性の一部について紹介する。

3. 製品コンセプト

ＦＰＣケーブルおよびＦＰＣコネクタでの高速伝送対応を図るために、特性インピーダンスとＥＭＩ対策の２項目について構造検討を行った。
３－１．特性インピーダンス
　データ伝送の高速化により、デジタル信号の伝送損失や反射による波形ひずみなどの問題が懸念される。そこで伝送特性要因のひとつである特性インピーダンスを整合（マッチング）させることが特に重要となる。
（１）コンタクト断面の均一化
ＦＰＣケーブルと接続するコネクタのコンタクトにおいても伝送線路となるため、特性インピーダンスのマッチングが重要である。そこで、コンタクトのどの部位においてもインピーダンスのミスマッチがおきないように、コンタクトの断面積が均一となるような構造が必要となる。今回はコンタクトをベローズ形状とすることで、コネクタに必要なバネ性能を確保しつつ、伝送特性に必要な断面積の均一化を図った。
（２）コネクタ材料
一般的なＦＰＣコネクタでは、信号線となるコンタクトとそのコンタクトの保持および隣接ピン間の絶縁の目的でエンジニアリングプラスチック製のインシュレーターとで構成される。特性インピーダンスのマッチングにおいてはインシュレーター材の誘電率も重要な要因となるため、コネクタに必要な流動性や耐熱性などの諸性能を満足しつつ、特性インピーダンスに最適な材料の選定を行った。
（３）ＦＰＣパターンの最適化
デジタル信号の高速化を図るためにはシリアル信号による伝送が必須であり、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）をはじめとした高速伝送規格を想定し、差動信号によるインピーダンスマッチングを検討することとした。 ＦＰＣケーブルにおいては、後で述べるＥＭＩ特性も考慮し両面ＦＰＣケーブルを採用することとした。両面ＦＰＣケーブルの構成としては片面を信号線として使用し、その裏面側をグランド用の銅線ベタあるいはメッシュ構造とした。これはいわゆるマイクロストリップ伝送線路であり、比較的容易にインピーダンスマッチングを行うことができる。
これらの項目を検討した結果に対して、最終的にはＦＰＣケーブルを含めた伝送シミュレーション（電磁界解析）を実施し、最適な構造を決定している。

４－１．インピーダンス
　ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）により測定した結果を図４に示す。シールド付両面ＦＰＣケーブルと高速伝送用コネクタの組み合わせの特性が一番安定しており、ミスマッチが小さかった。一方、シールド付両面ＦＰＣケーブルとノーマルＦＰＣコネクタの組み合わせではＦＰＣケーブル部は安定しているものの、コネクタ接続部でミスマッチが大きく不安定な結果となった。また、ノーマルＦＰＣケーブルとノーマルＦＰＣコネクタの組み合わせではコネクタ部，ＦＰＣケーブル部共にミスマッチが大きく不安定な結果となった。
　以上の結果により、２項で検討したシールド付両面ＦＰＣケーブルと高速伝送用コネクタの組み合わせが最も高速伝送に適していることが確認できた。

【図４】TDR差動インピーダンス測定結果
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5. 高速伝送規格評価

高速インターフェイスの需要拡大に伴い、本コネクタにおいても様々な高速伝送規格に基づいた評価を行っている。当社内にて評価試験を行い、規格を満たしていることを確認した中で代表的なものを次に示す。
・ＭＩＰＩ　Ｄ－ＰＨＹ（伝送速度：１Ｇｂｐｓ）
・ＭＨＬ（伝送速度：２．２５Ｇｂｐｓ）
・ＨＤＭＩ（伝送速度：４．９５Ｇｂｐｓ）
・ＵＳＢ３．０（伝送速度：５．０Ｇｂｐｓ）
　伝送速度について、ＵＳＢ３．０のアイパターン規格と比較した測定結果を図７に示す。アイの幅・高さの規格と測定値を比較し、５Ｇｂｐｓの帯域においてもアイの開口が十分に取れていることが確認できた。

【図７】アイパターン測定結果（USB3.0規格）
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　次に伝送ロスについて、ＵＳＢ３．０のインサーションロス（ＳＤＤ１２）規格と比較した測定結果を図８に示す。最大７．５ＧＨｚの周波数帯域においても規格値の２５ｄＢ以内の減衰に収まっており、高周波帯域においても伝送ロスが小さい事が確認できた。

【図８】インサーションロス〔SDD12〕（USB3.0規格）
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6. まとめ

電子機器の小型化に伴い、機器内部での配線にＦＰＣケーブルを採用する場合が多い現状からすると、ＦＰＣケーブルを使用したままでデジタル信号の高速化が可能となるメリットは計り知れない。今後はますますデータ伝送の高速化が進むことが予想され、適合ＦＰＣとしてシールド付両面ＦＰＣを採用しコネクタを高速伝送仕様に最適化した「ＥＮシリーズ」は、データ伝送の高速化に対して大きく貢献するものと考える。