特許 7534999 基板間接続機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-06

(45)【発行日】2024-08-15

(54)【発明の名称】基板間接続機構

(51)【国際特許分類】

   H01R 11/01 20060101AFI20240807BHJP

   H01R 13/6473 20110101ALI20240807BHJP

   H01R 12/52 20110101ALI20240807BHJP

   H05K 1/14 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

H01R11/01 Q

H01R13/6473

H01R12/52

H05K1/14 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021049590

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148063

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】旭 保彰

【審査官】山下 寿信

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５４－１１４０５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－０８７７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０１－１４０７７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６２－１０２２７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０３－０４４３０６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｒ １１／０１

Ｈ０１Ｒ １３／６４７３

Ｈ０１Ｒ １２／５２

Ｈ０５Ｋ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板上に設けられた第１マイクロストリップ線路と、
前記第１基板に並ぶ第２基板上に設けられた第２マイクロストリップ線路と、
前記第１マイクロストリップ線路と前記第２マイクロストリップ線路とを電気的に接続する接続導体であって、前記第１マイクロストリップ線路上に固定される第１接続部と、前記第２マイクロストリップ線路上に固定される第２接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部との間に設けられ、前記第１マイクロストリップ線路および前記第２マイクロストリップ線路のいずれにも固定されず、前記第１接続部と前記第２接続部との間に開口を有する中間接続部と、を含む接続導体と、
を備え、
前記接続導体は、前記中間接続部と前記第１マイクロストリップ線路との間、および、前記中間接続部と前記第２マイクロストリップ線路との間に位置し、前記中間接続部に固着された樹脂部材を含む基板間接続機構。

【請求項2】

前記接続導体の前記第１接続部は、前記第１マイクロストリップ線路に導電性の第１接続部材を介して固定され、前記第２接続部は、前記第２マイクロストリップ線路に導電性の第２接続部材を介して固定される請求項１記載の基板間接続機構。

【請求項3】

前記接続導体の前記中間接続部は、前記第１マイクロストリップ線路から前記第１基板の前記第１マイクロストリップ線路とは反対側の裏面に向かう第１方向における平面視において、リング状に設けられる請求項１または２に記載の基板間接続機構。

【請求項4】

前記接続導体の前記中間接続部の開口は、前記第１基板と前記第２基板との間のスペースの上方に位置する請求項１～３のいずれか１つに記載の基板間接続機構。

【請求項5】

前記接続導体の前記第１接続部、前記中間接続部および前記第２接続部は、前記第１基板から前記第２基板に向かう第２方向に並び、
前記第１基板および前記第２基板のそれぞれの表面に沿った第３方向であって、前記第２方向と直交する第３方向における前記接続導体の幅は、前記第１接続部および前記第２接続部のそれぞれから前記中間接続部の前記開口に向かう方向に漸増する請求項１～３のいずれか１つに記載の基板間接続機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、基板間接続機構に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの基板上にそれぞれ設けられたマイクロストリップ線路を、両線路にまたがる金属箔などの接続導体により電気的に接続する場合、マイクロストリップ線路間のインピーダンス整合を実現すると共に、２つの基板間の相対的な位置変動に起因した機械的な応力によるマイクロストリップ線路と接続導体との間の接続の劣化を回避することも重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－２３２２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、２つの基板上にそれぞれ設けられたマイクロストリップ線路間の接続構造における機械的な応力を低減できる基板間接続機構を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る基板間接続機構は、第１基板上に設けられた第１マイクロストリップ線路と、前記第１基板に並ぶ第２基板上に設けられた第２マイクロストリップ線路と、前記第１マイクロストリップ線路と前記第２マイクロストリップ線路とを電気的に接続する接続導体と、を含む。前記接続導体は、前記第１マイクロストリップ線路上に固定される第１接続部と、前記第２マイクロストリップ線路上に固定される第２接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部との間に設けられ、前記第１マイクロストリップ線路および前記第２マイクロストリップ線路のいずれにも固定されず、前記第１接続部と前記第２接続部との間に開口を有する中間接続部と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る基板間接続機構を模式的に示す斜視図である。

【図2】実施形態に係る基板間接続機構の構造を示す模式図である。

【図3】実施形態に係る基板間接続機構の特性を示す模式平面図である。

【図4】比較例に係る基板間接続機構を模式的に示す斜視図である。

【図5】実施形態および比較例に係る基板間接続機構の特性を示すグラフである。

【図6】実施形態の変形例に係る基板間接続機構の接続導体を示す模式平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0008】

さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。

【0009】

図１は、実施形態に係る基板間接続機構１を模式的に示す斜視図である。基板間接続機構１は、第１基板１０と、第１マイクロストリップ線路１３と、第２基板２０と、第２マイクロストリップ線路２３と、接続導体３０と、を備える。

【0010】

第１マイクロストリップ線路１３は、第１基板１０の表面ＦＳ１上に設けられる。第２マイクロストリップ線路２３は、第２基板２０の表面ＦＳ２上に設けられる。第１基板１０および第２基板２０は、例えば、平面配置され、相互に側面を対向させて並ぶ。

【0011】

第１マイクロストリップ線路１３は、第１基板１０の表面ＦＳ１に沿って、第１基板１０から第２基板２０に向かう方向、例えば、Ｙ方向に伸びる。

【0012】

第２マイクロストリップ線路２３は、第２基板２０の表面ＦＳ２に沿って、例えば、Ｙ方向に伸びる。

【0013】

接続導体３０は、第１マイクロストリップ線路１３と第２マイクロストリップ線路２３とを電気的に接続する。接続導体３０は、第１基板１０と第２基板２０との間のスペースを跨いで、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３に接続される。接続導体３０は、例えば、第１基板１０と第２基板２０との間のスペースの上方に位置する開口３０ｆを有する。

【0014】

第１基板１０および第２基板２０は、例えば、樹脂基板である。第１マイクロストリップ線路１３、第２マイクロストリップ線路２３および接続導体３０は、例えば、銅箔である。

【0015】

図２（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る基板間接続機構１の構造を示す模式図である。
図２（ａ）は、接続導体３０を示す平面図である。図２（ｂ）は、接続導体３０を示す側面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）中に示すＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【0016】

図２（ａ）に示すように、接続導体３０は、第１接続部３０ａ、第２接続部３０ｂおよび中間接続部３０ｃを含む。中間接続部３０ｃは、第１接続部３０ａと第２接続部３０ｂとの間に設けられる。第１接続部３０ａ、中間接続部３０ｃおよび第２接続部３０ｂは、例えば、Ｙ方向に並ぶ。

【0017】

第１接続部３０ａおよび第２接続部３０ｂのＸ方向の幅３０Ｗは、例えば、第１マイクロストリップ線路１３のＸ方向の幅１３Ｗおよび第２マイクロストリップ線路２３のＸ方向の幅２３Ｗ（図３（ａ）参照）と略同一である。

【0018】

中間接続部３０ｃは、例えば、－Ｚ方向（Ｚ方向の反対方向）に見て、リング状に設けられる。中間接続部３０ｃの外縁は、例えば、円形もしくは楕円形である。中間接続部３０ｃの直径Ｄ２は、例えば、第１接続部３０ａおよび第２接続部３０ｂのＸ方向の幅３０Ｗよりも大きい。

【0019】

中間接続部３０ｃは、開口３０ｆを有する。開口３０ｆは、例えば、直径Ｄ１の円形である。また、開口３０ｆは、楕円形であっても良い。中間接続部３０ｃの径方向の幅３０ＣＷ（＝（Ｄ２－Ｄ１）／２）は、例えば、第１接続部３０ａおよび第２接続部３０ｂのＸ方向の幅３０Ｗよりも狭い。

【0020】

図２（ｂ）に示すように、接続導体３０は、中間接続部３０ｃの裏面上に設けられた樹脂部材３３を含む。樹脂部材３３は、中間接続部３０ｃの裏面に密着し、裏面上に固定される。樹脂部材３３は、例えば、ソルダーレジストである。

【0021】

図２（ｃ）に示すように、第１基板１０および第２基板２０は、例えば、それぞれの側面を対向させて、Ｙ方向に並ぶ。第１基板１０および第２基板２０の間隔ＳＷは、例えば、接続導体３０の開口３０ｆの直径Ｄ１よりも狭い。第１基板１０の裏面から表面ＦＳ１に向かう方向（Ｚ方向）の基板厚１０Ｔは、第２基板２０のＺ方向の基板厚２０Ｔと略同一である。

【0022】

第１マイクロストリップ線路１３は、第１基板１０の表面ＦＳ１上に設けられる。第２マイクロストリップ線路２３は、第１基板１０の表面ＦＳ１上に設けられる。接続導体３０は、接続部材３５および３７を介して、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３に電気的に接続される。接続部材３５および３７は、それぞれ導電性を有する。接続部材３５および３７は、例えば、ハンダ材である。

【0023】

接続部材３５は、第１マイクロストリップ線路１３と接続導体３０の第１接続部３０ａとの間に設けられる。接続部材３５は、第１マイクロストリップ線路１３上に第１接続部３０ａを固定する。

【0024】

接続部材３７は、第２マイクロストリップ線路２３と接続導体３０の第２接続部３０ｂとの間に設けられる。接続部材３７は、第２マイクロストリップ線路２３上に第２接続部３０ｂを固定する。

【0025】

接続導体３０の中間接続部３０ｃは、樹脂部材３３を介して、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３の上に位置する。樹脂部材３３は、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３の上に接続導体３０を固定する際に、接続部材３５および３７が中間接続部３０ｃの裏面に広がることを防ぐ。

【0026】

樹脂部材３３は、例えば、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３に接するが、固定されない。すなわち、中間接続部３０ｃは、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３に対して固定されず、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３の表面に沿って変位できるように設けられる。

【0027】

図３（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る基板間接続機構１の特性を示す模式平面図である。図３（ａ）および（ｂ）は、第１基板１０および第２基板２０の相対的な変位により変形する中間接続部３０ｃを表す平面図である。

【0028】

図３（ａ）に示すように、第１基板１０と第２基板２０との間隔がＹ方向にＳＷからＳＷＡに広がった場合、中間接続部３０ｃは、例えば、円形からＹ方向に長径を有する楕円形に変化する。

【0029】

また、図３（ｂ）に示すように、第１基板１０と第２基板２０の間隔がＹ方向にＳＷからＳＷＣに狭められた場合、中間接続部３０ｃは、例えば、円形からＸ方向に長径を有する楕円形に変化する。

【0030】

このように、中間接続部３０ｃが変形することにより、第１基板１０と第２基板２０との間の変位に起因して接続導体３０内に生じる応力を緩和することができる。これにより、第１マイクロストリップ線路１３と第１接続部３０ａとの間に位置する接続部材３５、および、第２マイクロストリップ線路１３と第２接続部３０ｂとの間に位置する接続部材３７に加わる応力が低減される。結果として、接続部材３５および３７に生じるクラック等の構造劣化を防ぎ、基板間接続機構１の信頼性を向上させることができる。

【0031】

図４は、比較例に係る基板間接続機構２を模式的に示す斜視図である。基板間接続機構２では、接続導体４０により、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３が電気的に接続される。

【0032】

図４に示すように、接続導体４０は、第１接続部４０ａと、第２接続部４０ｂと、中間接続部４０ｃと、を含む。第１接続部４０ａは、第１マイクロストリップ線路１３上に固定される。第２接続部４０ｂは、第２マイクロストリップ線路２３上に固定される。中間接続部４０ｃは、第１基板１０の表面ＦＳ１および第２基板ＦＳ２の表面ＦＳ２に対して、上方に湾曲するように設けられる。

【0033】

基板間接続機構２では、中間接続部４０ｃが、第１基板１０から第２基板２０に向かう方向（Ｙ方向）に変形する。これにより、第１接続部４０ａを第１マイクロストリップ線路１３に固定する接続部材、および、第２接続部４０ｂを第２マイクロストリップ線路２３に固定する別の接続部材にクラック等の構造欠陥が発生することを防ぐことができる。

【0034】

しかしながら、接続導体４０では、中間接続部４０ｃが上方に湾曲することにより、第１基板１０および第２基板２０のそれぞれと中間接続部４０ｃとの間隔が広がる。また、中間接続部４０ｃのＹ方向における沿面長が長くなり、寄生インダクタンスが大きくなる。このため、接続導体４０と第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３のそれぞれとの間のインピーダンス整合を得ることが難しくなる。

【0035】

これに対し、基板間接続機構１では、接続導体３０の中間接続部３０ｃは、第１基板１０の表面ＦＳ１および第２基板２０の表面ＦＳ２に平行な平面状に設けられる。このため、中間接続部３０ｃの径方向の幅３０ＣＷ（図２（ａ）参照）を最適化することにより、接続導体３０と第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３のそれぞれとの間のインピーダンス整合を得ることができる。

【0036】

図５（ａ）および（ｂ）は、実施形態および比較例に係る基板間接続機構の特性を示すグラフである。図５（ａ）は、比較例に係る基板間接続機構２の特性を示すグラフである。図５（ｂ）は、実施形態に係る基板間接続機構１の特性を示すグラフである。横軸は、高周波信号の周波数である。縦軸は、電磁界シミュレータにより得られたＶＳＷＲ（電圧定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）である。

【0037】

ＶＳＷＲのシミュレーションでは、基板厚１０Ｔおよび２０Ｔを０．２ｍｍ、第１基板１０と第２基板２０との間隔ＳＷを０．２ｍｍとした（図２（ｃ）参照）。また、第１マイクロストリップ線路１３の幅１３Ｗおよび第２マイクロストリップ線路２３の幅２３Ｗ（図３（ａ）参照）を０．８ｍｍ、線路厚ＴＬ２（図２（ｃ）参照）を０．０７ｍｍとした。

【0038】

接続導体３０の幅３０Ｗ（図２（ａ）参照）および接続導体４０の幅４０Ｗ（図４参照）は、第１マイクロストリップ線路１３の幅１３Ｗおよび第２マイクロストリップ線路２３の幅２３Ｗと同じ０．８ｍｍである。また、接続導体３０および４０の厚さＴＬ１（図２（ｂ）参照）は、例えば、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３の線路厚ＴＬ２と同じ０．０７ｍｍである。

【0039】

接続導体３０において、開口３０ｆの直径Ｄ１は０．６ｍｍ、中間接続部３０ｃの直径Ｄ２は１．２ｍｍである（図２（ａ）参照）。一方、接続導体４０の中間接続部４０ｃ（図４参照）の内径Ｒ１は０．６ｍｍ、外径Ｒ２は０．５７ｍｍ、である。

【0040】

図５（ａ）に示すように、基板間接続機構２のＶＳＷＲは、周波数が高くなるにつれて大きくなる。例えば、周波数２０ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲは１．２となり、その後、周波数が高くなるにつれて、単調に大きくなる。

【0041】

図５（ｂ）に示すように、基板間接続機構１のＶＳＷＲは、０～４０ＧＨｚの周波数範囲において、１．２以下である。すなわち、基板間接続機構１では、接続導体３０を介して電気的に接続された第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３の間におけるインピーダンス整合が実現されている。

【0042】

図６は、実施形態の変形例に係る基板間接続機構の接続導体５０を示す模式図である。図６に示すように、接続導体５０は、第１接続部５０ａと、第２接続部５０ｂと、中間接続部５０ｃと、を含む。中間接続部５０ｃは、第１接続部５０ａと第２接続部５０ｂとの間に設けられ、開口５０ｆを含む。また、第１接続部５０ａ、中間接続部５０ｃおよび第２接続部５０ｂは、例えば、Ｙ方向に並ぶ。

【0043】

接続導体５０のＸ方向の幅５０Ｗは、第１接続部５０ａから開口５０ｆに向かうにつれて漸増する。また、接続導体５０の幅５０Ｗは、第２接続部５０ｂから開口５０ｆに向かうにつれて漸増する。言い換えれば、接続導体５０は、第１接続部５０ａと中間接続部５０ｃとの境界、および、第１接続部５０ａと中間接続部５０ｃとの境界において、外縁５０ｐが滑らかにつながるように設けられる。これにより、中間接続部５０ｃと第１接続部５０ａおよび第２接続部５０ｂのそれぞれとの間のインピーダンス整合が容易になる。

【0044】

このように、実施形態に係る基板間接続機構１では、第１マイクロストリップ線路１３および第２マイクロストリップ線路２３の間のインピーダンス整合を実現すると共に、第１基板１０と第２基板２０との間の相対的な変位に起因する応力を緩和し、マイクロストリップ線路間の接合構造の信頼性を向上させることができる。

【0045】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１、２…基板間接続機構、 １０…第１基板、 １３…第１マイクロストリップ線路、 ２０…第２基板、 ２３…第２マイクロストリップ線路、 ３０、４０、５０…接続導体、 ３０ａ、４０ａ、５０ａ…第１接続部、 ３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ…第２接続部、 ３０ｃ、４０ｃ、５０ｃ…中間接続部、 ３０ｆ、５０ｆ…開口、 ３３…樹脂部材、 ３５、３７…接続部材、 ５０ｐ…外縁、 ＦＳ１、ＦＳ２…表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】