特許 7556662 同軸コネクタを備える部品実装基板

(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】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】同軸コネクタを備える部品実装基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20240918BHJP

   H01R 24/38 20110101ALI20240918BHJP

   H05K 1/18 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 N

H01R24/38

H05K1/18 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020151700

(22)【出願日】2020-09-10

(65)【公開番号】P2022045934

(43)【公開日】2022-03-23

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 淳

【審査官】鹿野 博司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０４４６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４４１２７１７（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１１０８７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－１９０９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－００５７６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２８０６８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８５２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０６９８８３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／１８

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０１Ｒ ２４／３８

Ｈ０１Ｒ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同軸コネクタが回路基板に挿入実装された部品実装基板であって、
前記同軸コネクタは、第１の突起部を有する中心導体と、複数の第２の突起部を有する外部導体と、前記中心導体と前記外部導体とを電気的に絶縁する絶縁体と、を備え、
前記回路基板は、複数の絶縁層が積層方向に重ね合わされた絶縁基板と、前記絶縁基板を前記積層方向に貫通する第１のスルーホールと、前記絶縁基板を前記積層方向に貫通する複数の第２のスルーホールと、を備え、
前記中心導体の前記第１の突起部が前記第１のスルーホールに挿嵌されており、前記外部導体の前記複数の第２の突起部のそれぞれが前記複数の第２のスルーホールに挿嵌されていることで、前記同軸コネクタが前記回路基板に挿入実装され、
前記複数の第２のスルーホールの開口部は、前記第１のスルーホールの開口部を中心とする円周に沿った円弧形である、部品実装基板。

【請求項2】

前記第１のスルーホール及び前記複数の第２のスルーホールはいずれも、それらの内壁面を覆う導電体が配置されていない非メッキスルーホールからなる、請求項１に記載の部品実装基板。

【請求項3】

前記複数の第２のスルーホールの各々は、前記第１のスルーホールを中心とする１つの円周上に配置され、
前記絶縁基板の上表面には、前記第１のスルーホールの開口部を囲む第１の導体層と、前記複数の第２のスルーホールの開口部の周囲を囲む第２の導体層と、が配置され、前記第１の導体層は前記第２の導体層とは離間し配置され、電気的に絶縁されている、請求項１又は２に記載の部品実装基板。

【請求項4】

前記中心導体の前記第１の突起部の先端部分及び前記外部導体の前記複数の第２の突起部のそれぞれの先端部分が、前記絶縁基板の前記上表面に達し、前記中心導体の前記第１の突起部が前記第１の導体層に電気的に接続され、前記外部導体の前記複数の第２の突起部のそれぞれが前記第２の導体層に電気的に接続される、請求項３に記載の部品実装基板。

【請求項5】

前記第１の突起部及び前記複数の第２の突起部のそれぞれは、凸形状を有し互いに平行に延伸する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の部品実装基板。

【請求項6】

前記第１のスルーホールの開口部は円形である、請求項１から５までのいずれか１項に記載の部品実装基板。

【請求項7】

前記複数の第２のスルーホール開口部は、前記第１のスルーホールの開口部を中心とする回転対称性を有して配置される、請求項６に記載の部品実装基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同軸コネクタを備える部品実装基板に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波信号を送受信する通信用機器及び各種センサでは、送受信アンテナと機器に内蔵される回路基板との間の高周波信号の伝送は同軸ケーブルを介して行われる。その同軸ケーブルは、回路基板に実装された同軸コネクタを通して回路基板の配線層と電気的に接続される。送受信アンテナと回路基板とを接続する伝送経路上において良好な高周波信号の伝搬特性を確保するためには、同軸コネクタ及び回路基板の特性インピーダンスの不整合を軽減し、反射波の発生によるリターンロスを抑制する必要がある。

【0003】

特性インピーダンスの不整合を生じさせる一つの要因として、同軸コネクタを実装する回路基板の配線構造が、必ずしも同軸ケーブルと同一の構造ではないことがある。このような配線構造の不一致に起因する特性インピーダンスの不整合を解決する手段として、例えば、引用文献１には、回路基板内に同軸ケーブルの中心導体に接続された信号配線と、外部導体に接続されたＧＮＤ配線層と、が重ね合わせられる領域を設けて寄生コンデンサを構成することより特性インピーダンスを調整する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－５９８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

多層回路基板では、中心導体と接続されるスルーホールの導体層は、例えば、回路基板を貫通したスルーホールの内壁面を覆う導体層で形成され、外部導体と接続される導体層は、例えば、多層配線基板の各層に配置された配線層で形成される。このような構成の特性インピーダンスは、回路基板の厚さ方向に沿って配線層ごとに細かく変動するため、局所的な反射が発生し、同軸コネクタと回路基板との間のリターンロスを増大させる。

【0006】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回路基板の厚さ方向全域に亘って一様な特性インピーダンスを得ることで、同軸コネクタと回路基板との間のリターンロスを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

部品実装基板の１つの態様は、同軸コネクタが回路基板に挿入実装された構成からなり、同軸コネクタは、第１の突起部を有する中心導体と、複数の第２の突起部を有する外部導体と、中心導体と外部導体とを電気的に絶縁する絶縁体と、を備え、回路基板は、複数の絶縁層が積層方向に重ね合わされた絶縁基板と、絶縁基板を前記積層方向に貫通する第１のスルーホールと、絶縁基板を積層方向に貫通する複数の第２のスルーホールと、を備え、中心導体の第１の突起部が前記第１のスルーホールに挿嵌されており、外部導体の複数の第２の突起部のそれぞれが複数の第２のスルーホールに挿嵌されていることで、同軸コネクタが回路基板に挿入実装される、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本開示の部品実装基板によれば、回路基板の厚さ方向全域に亘って一様な特性インピーダンスを得ることで、同軸コネクタと回路基板との間のリターンロスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、部品実装基板の第１の実施形態の分解斜視図である。

【図2】図２は、部品実装基板の第１の実施形態の斜視図である。

【図3】図３は、図２を平面Ａで切断した断面図である。

【図4】図４は、同軸コネクタの円柱部分の断面図である。

【図5】図５は、部品実装基板の第１の実施形態のリターンロスの周波数特性を示す図である。

【図6】図６は、部品実装基板の第２の実施形態の分解斜視図である。

【図7】図７は、部品実装基板の第２の実施形態の変形例の分解斜視図である。

【図8】図８は、図５の比較例の部品実装基板の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

【0011】

＜第１の実施形態＞
図２に、本発明の第１の実施形態の部品実装基板１の斜視図を示す。図１は、図２の分解図であり、図３は、図２の部品実装基板１を平面Ａに沿って切断した断面図である。この部品実装基板１は、同軸コネクタ１０を回路基板２０に挿入実装して構成される。

【0012】

同軸コネクタ１０は、この同軸コネクタ１０に接続される同軸ケーブルと概ね同一の特性インピーダンスを有する円柱部分１１を含む。この円柱部分１１の一端部には、外部導体１５が外方へ拡大されて概ね正方形の平面を構成する四角柱部分１２が設けられている。この四角柱部分１２が構成する平面の中央付近では、円柱部分１１から延在する円形の断面を有する絶縁体１８が終端している。四角柱部分１２が構成する平面と絶縁体１８の終端面とは概ね面一をなす。

【0013】

絶縁体１８の中心部分には、中心導体１３が配置されている。絶縁体１８は、中心導体１３と、絶縁体１８の周囲を囲む外部導体１５とを電気的に絶縁すると共に、その誘電率は円柱部分１１の特性インピーダンスを画定する主要なパタメータの一つである。中心導体１３は、絶縁体１８の終端面から、その法線方向に更に延伸して第１の突起部１４を構成する。又、外部導体１５の四角柱部分１２の平坦面から、複数の第２の突起部１６が延伸している。

【0014】

回路基板２０は、複数の絶縁層２２を積層方向２３に重ね合わせた絶縁基板２１を備える。絶縁基板２１には、第１のスルーホール２５及び複数の第２のスルーホール２６が設けられている。第１のスルーホール２５及び複数の第２のスルーホール２６のそれぞれは、絶縁基板２１の積層方向２３に貫通している。

【0015】

同軸コネクタ１０の中心導体１３の第１の突起部１４を、回路基板２０の実装面２９側から第１のスルーホール２５に挿嵌する。併せて、外部導体１５の複数の第２の突起部１６も同様に回路基板２０の実装面２９側から複数の第２のスルーホール２６のそれぞれに挿嵌する。このように同軸コネクタ１０は、その各突起部を対応するスルーホールに挿嵌することで回路基板２０に挿入実装される。

【0016】

図３に示されたように、第１のスルーホール２５及び第２のスルーホール２６のそれぞれは、それらの内壁面を覆う導電体が配置されていない非メッキスルーホールからなる。又、複数の絶縁層２２の各々の間の配置されている中間配線層（図示せず）も、第１のスルーホール２５及び第２のスルーホール２６の内壁面に露出する位置には配置されていない。

【0017】

又、第１のスルーホール２５と第２のスルーホール２６との間の領域にも、いかなる中間配線層も設置されていない。回路基板２０の実装面２９において、同軸コネクタ１０の外部導体１５及び絶縁体１８が当接する領域には、ランド等の導体層は配置されていない。

【0018】

一方、回路基板２０の上表面２４において、複数の第２のスルーホール２６は、第１のスルーホール２５を中心とする１つの円周に沿って配置されている。絶縁基板２１の上表面２４には、第１のスルーホール２５の開口部を囲む第１の導体層２７が配置され、複数の第２のスルーホール２６の開口部の周囲を囲む第２の導体層２８が配置されている。第１の導体層２７は第２の導体層２８とは離間して配置され、電気的に絶縁されている。

【0019】

第２の導体層２８は、複数の第２のスルーホール２６の全部を囲む１つの大面積の導体層として構成されてよい。第１の導体層２７は、第１のスルーホール２５の開口部の近傍から絶縁基板２１の上表面２４を所望のレイアウトで延伸され得る。

【0020】

なお、中心導体１３の第１の突起部１４の先端部分１４ａは、第１の導体層２７の表面と半田付けされることにより電気的に接続されると共に機械的に固定される。同様に、外部導体１５の第２の突起部１６の先端部分１６ａは、第２の導体層２８の表面と半田付けされることにより電気的に接続されると共に機械的に固定される。

【0021】

そのため、同軸コネクタ１０の中心導体１３の第１の突起部１４が、回路基板２０の第１のスルーホール２５に挿嵌されたときに、その先端部分１４ａと第１の導体層２７の表面と概ね面一か、又は先端部分１４ａが多少突出することが好ましい。外部導体１５の第２の突起部１６が、回路基板２０の第２のスルーホール２６に挿嵌されたときの、その先端部分１６ａと第２の導体層２８の表面との位置関係についても同様である。

【0022】

図４に、同軸コネクタ１０の円柱部分１１の断面図を示す。この円柱部分１１の特性インピーダンスＺ_０は下式で与えられる。

【数1】

ここで、ε_ｒは、絶縁体１８の比誘電率、Ｄは外部導体１５の内径、ｄは中心導体１３外径である。

【0023】

同軸コネクタ１０が回路基板２０に挿入実装されることにより回路基板２０の内部で生じる特性インピーダンスは、第１の突起部１４の外径と、絶縁基板２１の比誘電率と、第２の突起部１６の形状及びそれらの第１の突起部１４からの距離と、により画定される。従って、複数の第２の突起部１６は、同軸コネクタ１０を回路基板２０に挿入実装することで生じる特性インピーダンスが、同軸コネクタ１０の円柱部分１１の特性インピーダンスと等価となるように配置されることが好ましい。

【0024】

特性インピーダンスを精度よく整合させるためには、複数の第２の突起部１６及び第１の突起部１４のそれぞれが凸形状を有し、互いに平行に延伸することが、より好ましい。

【0025】

又、同軸コネクタ１０の径方向に依存して特性インピーダンスが異なることを回避するために、複数の第２の突起部１６のそれぞれが第１の突起部１４に対して回転対称性を有するように配置されることが好まししい。第１の突起部１４は円柱形状であることがより好ましい。第２の突起部１６のそれぞれは、円柱形状、あるいは四角柱、六角柱などの多角柱としてもよい。

【0026】

ここで、第１のスルーホール２５の内壁面の形状は、第１の突起部１４の外形と一致する形状、例えば円筒形とし、第２のスルーホール２６の内壁面の形状は、第２の突起部１６の外形と一致する形状とすることが好ましい。

【0027】

図５には、第１の実施形態の部品実装基板１のリターンロス（反射損失特性）の３ＧＨｚ～２２．５ＧＨzの範囲の周波数依存性を示した。比較例として、図８に断面図を示した部品実装基板２００のリターンロスの周波数依存性を併記した。

【0028】

第１の実施形態のリターンロスの周波数特性が評価されたサンプルは、図３に示された部品実装基板１のとおり、同軸コネクタ１０の外部導体１５の複数の第２の突起部１６が、回路基板２０の実装面２９側から複数の第２のスルーホール２６に挿嵌され、複数の第２の突起部１６それぞれの先端部分１６ａが、回路基板２０の上表面２４で第２の導体層２８と接続された構造を有する。

【0029】

それに対して、図８に示された比較例の部品実装基板３０１と図３に示された第１の実施形態の部品実装基板１との相違点は以下のとおりである。

【0030】

まず、同軸コネクタ３１０の外部導体３１５には突起部は無く、外部導体３１５は、回路基板３２０の実装面３２９に配置された導体層３３１に接続されている。そして、第２のスルーホール３２６には絶縁層３２２ごとに導電体が充填された導電プラグ３３２が設けられ、これらの導電プラグ３３２の間には、各絶縁層３２２の間の中間配線層３３３が配置されている。このように、導電プラグ３３２と中間配線層３３３とを積層した構造体を介して、実装面３２９の導体層３３１と回路基板３２０の上表面３２４の第２の導体層３２８とが接続されている。その余の構造については、第１の実施形態の部品実装基板１と概ね同一である。

【0031】

図５に示されたグラフにおいて、第１の実施形態の部品実装基板１のリターンロスは、３ＧＨｚ～２２．５ＧＨｚの周波数範囲に亘って、比較例のリターンロスに対して２ｄＢから１４ｄＢの低減が観察される。この測定値は、同軸コネクタ１０と回路基板２０との間のインピーダンスの不整合が軽減されたことにより、その間の反射波の発生が抑制されたことを示唆する。

【0032】

具体的には、第１の実施形態の同軸コネクタ１０の外部導体１５の第２の突起部１６を非メッキスルーホールである第２のスルーホール２６に挿嵌する構造とすることにより、
回路基板２０の内部における特性インピーダンスは、同軸コネクタ１０の第１の突起部１４の外径、第２の突起部１６の形状及び第１の突起部１４からの距離、並びに絶縁層２２の比誘電率で画定されることとなる。従って、第２の突起部１６の形状及び配置位置を調整することにより、回路基板２０の内部における特性インピーダンスを精度よく設定することができる。このように、同軸コネクタ１０の円柱部分１１から回路基板２０の上表面２４の第１の導体層２７へ至る良好な信号伝達特性が得られた。

【0033】

＜第２の実施形態＞
図６に、本発明の部品実装基板１０１の第２の実施形態の分解斜視図を示す。この部品実装基板１０１は、同軸コネクタ１１０を回路基板１２０に挿入実装して構成される点については第１の実施形態と同様である。一方、第２の実施形態においては、図１に分解斜視図を示した第１の実施形態と対比して、同軸コネクタ１１０の第２の突起部１１６及び回路基板１２０の第２のスルーホール１２６それぞれの、形状と配置が異なる。

【0034】

同軸コネクタ１１０は、円柱部分１１１及び四角柱部分１１２を有する。四角柱部分１１２が構成する平面の中央付近では、円形の断面を有する絶縁体１１８が終端しており、絶縁体１１８の中心部分には、中心導体１１３が配置されている。中心導体１１３は、絶縁体１１８の終端面から、その法線方向に更に延伸して第１の突起部１１４を構成する。又、外部導体１１５の四角柱部分１１２の平坦面から、複数の第２の突起部１１６が延伸している。

【0035】

一方、回路基板１２０は、複数の絶縁層１２２を積層方向１２３に重ね合わせた絶縁基板２１を備え、絶縁基板２１には、その積層方向２３に貫通する第１のスルーホール１２５及び複数の第２のスルーホール１２６が設けられている。

【0036】

回路基板１２０の上表面１２４において、第２のスルーホール１２６は、第１のスルーホール１２５を中心とする１つの円周に沿った円環を切り欠いて、４つに分離した形状を有する。ここで、４つに分離された円環のそれぞれは、第１のスルーホール１２５を中心とする１つの円周に沿って配置されている。

【0037】

これらの第２のスルーホール１２６に挿嵌される外部導体１１５の複数の第２の突起部１１６は、中心導体１１３の第１の突起部１１４を中心軸とする円筒の側面を、円筒の中心軸に平行する方向に切り欠いて、４つに分離した形状を有する。ここで、４つに分離された円筒の側面のそれぞれは、第１の突起部１１４を中心軸とする１つの円筒の側面に沿って配置されている。なお、複数の第２の突起部１１６のそれぞれが第１の突起部１１４に対して回転対称性を有するように配置されることが好ましい。

【0038】

第２の実施形態の同軸コネクタ１１０の外部導体１５の第２の突起部１１６は、円柱部分１１１の円筒形の外部導体１１５を複数に分割した形状となっている。従って、円柱部分１１１の外部導体１１５の形状と第２の突起部１１６の形状との差異に起因する特性インピーダンスの不整合を軽減することができる。

【0039】

＜第２の実施形態の変形例＞
図７に、本発明の部品実装基板１０１の第２の実施形態の変形例の分解斜視図を示す。本変形例では、回路基板１２０の上表面１２４において、第２のスルーホール２２６は、第１のスルーホール１２５を中心とする１つの円周に沿った円環を切り欠いて、２つに分離した形状を有する。又、第２のスルーホール２２６に挿嵌される外部導体１１５の複数の第２の突起部２１６は、中心導体１１３の第１の突起部１１４を中心軸とする円筒の側面を、円筒の中心軸に平行する方向に切り欠いて、２つに分離した形状を有する。

【0040】

本変形例では、第２の突起部２１６の形状が、円柱部分１１１の円筒形の外部導体１１５に、より類似した形状となっている。このように、第２の突起部２１６の分割数が少ないときは、第２の実施形態のように、第２の突起部１１６、２１６の形状を、中心導体１１３の第１の突起部１１４を中心軸とする円筒の側面の一部分により構成される形状とすることが好ましい。

【符号の説明】

【0041】

１ 部品実装基板
１０ 同軸コネクタ
１１ 円柱部分
１２ 四角柱部分
１３ 中心導体
１４ 第１の突起部
１４ａ 先端部分
１５ 外部導体
１６ 第２の突起部
１６ａ 先端部分
１８ 絶縁体
２０ 回路基板
２１ 絶縁基板
２２ 絶縁層
２３ 積層方向
２４ 上表面
２５ 第１のスルーホール
２６ 第２のスルーホール
２７ 第１の導体層
２８ 第２の導体層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】