JP2005500661A - 圧着コネクタを有するケーブル構造体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高速ケーブル・システムのコスト及びサイズの増大を抑えたケーブル構造体を提供する。
【解決手段】ケーブルは多数の同軸ワイヤを含む。ワイヤの各々は、誘電体鞘によって包囲された中央導体を有し、鞘は導電性シールドによって包囲されている。ワイヤは、各ワイヤの端部において、横に一列に配列されており、ここに端子素子が接続される。端子素子は、対向する主面を有し、第１面上に第１接点アレイ、対向面上に第２接点アレイを有し、第１接点の各々が、対応する第２接点に電気的に接続されている。ワイヤ素子の中央導体の各々は、第１接点の対応する１つに接続されている。電子デバイスは、各端部に回路基板を含み、第２接点と圧着するように配列された接点を有するとよい。端子素子をクランプと基板との間に挟み込み、エラストマ・スプリングが圧縮を維持し、端子素子及び基板内のピン・ホールによって接点の位置決めを確実に行うようにすることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重ワイヤ・ケーブルに関し、更に特定すれば、小ゲージ同軸配線に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速データ及び信号伝送レートは、伝送に用いられる導体の特性によって制限される。可撓性マルチワイヤ・ケーブルで接続された別個の構成部品を有する電子システムでは、信号レートは、ケーブルに用いられている可撓性ワイヤの性質だけでなく、ケーブルと各構成部品との間の接続手段によっても制限される。
【０００３】
高レートの用途では、種々の高速布線（cabling）を用いることができ、高性能同軸配線（wiring）、撚り線対ワイヤ、またはその他の構成を含む。いずれのケーブルを選択しても、所与の帯域幅または周波数能力を有し、低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）を用いてスイッチング・ノイズを抑制することができる。スイッチング・ノイズは、他の電子的機能との電磁干渉を発生する可能性がある。ケーブル帯域幅とは理論的な最大値であるが、実際の使用では、帯域幅は、ケーブルと回路基板との接続によって著しく制限される場合が多い。即ち、システムの構成部品内で通常用いられている他の構成部品のために、使用可能な帯域幅が抑制される。異なる種類の導体間の接合部における不連続性が、反射及びリンギングを起こす可能性があるが、これらのためにクロック・サイクルを延長する必要が生ずる。更に、異なるラインに対する伝送時間の差が、スキューを発生させる可能性があるので、各ライン上で送られる信号がその目的地に到達する時間の範囲を包含するには、期間の延長も必要となる。
【０００４】
通常、ケーブルと構成部品との間の接続には、ケーブルの各端部にコネクタ素子が必要となる。コネクタは、回路基板のような構成部品だけでなく、ケーブルに接続する機能も有する。ケーブル及び構成部品が脱着可能であることがシステムに必要な場合、ケーブルの各端部は２つの結合するコネクタ構成部品を含み、一方をケーブル端部に接続し、他方を回路基板に接続すればよい。かかるコネクタは、各々、多少の不連続性を生ずるため、ケーブルの理論的能力未満に帯域幅を低下させる。かかる不連続性が発生するのは、回路基板が１つのコネクタ部に接続するところ、そのコネクタ部が対応する別のコネクタ部とかみ合うところ、及びそれがケーブル・ワイヤと接続するところである。これら不連続性の影響が蓄積すると、場合によっては周波数帯域幅が約半分に減少すると考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
性能上の影響に加えて、従来のコネクタは、高速ケーブル・システムのコスト及びサイズの著しい増大を来す。コネクタは、構成基板やケーブル上に実装しなければならず、熟練作業が必要でコストもかかる。ケーブル・ワイヤ及び回路構成部品は、必ず一致するべきコネクタ部分が各々、異なる供給業者によって供給される場合もあり、互換性が問題となる。加えて、ケーブル製造業者は、異なるコネクタを指定する顧客をかかえる場合もあり、異なる構成部品の在庫が必要となる。また、多数の導体を有するケーブルは、各導体が各コネクタ上で適正な接点に確実に接続するように注意深く組み立てなければならず、このため製造コストも膨大となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、従来技術の欠点を克服するに当たり、多数の同軸ワイヤを有するケーブルを提供する。ワイヤの各々は、誘電体鞘によって囲まれた中央導体を有し、鞘は導電性シールドによって囲まれている。ワイヤは、各ワイヤの一端において横一列に並べられ、ここに端子素子を接続する。端子素子は対向する主面を有し、第１面上に第１接点アレイがあり、対向面上に第２接点アレイがある。第１接点の各々は、対応する第２接点に電気的に接続されている。ワイヤ素子の中央導体の各々は、第１接点の対応する１つに接続されている。電子デバイスは、各端部に回路基板を含み、第２接点との圧着のための接点が設けられている。端子素子は、クランプと基板との間に挟み込まれ、エラストマ製ばねが圧縮を維持し、端子素子及び基板内のピン・ホールが接点の位置決めを確保する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、第１電子デバイス１２、第２電子デバイス１４、及びケーブル構造体１６を有する電子システム１０を示す。これらのデバイスは、いずれの種類でもよい。例えば、第１及び第２デバイスは、それぞれ、ベース・コンピュータ及び周辺デバイス、または医療用超音波撮像機械及び変換器でもよい。これらのデバイスは、図示のように、可撓性ケーブルで接続された別個のハウジングを有することができ、あるいは共通ハウジング内の別個の電子構成部品として、ケーブルで接続することもできる。各デバイスは回路素子２０、２２を含み、これらは好適な実施形態では剛性平面印刷回路基板であるが、代替実施形態では、可撓性回路、集積回路チップ、セラミック回路、ハイブリッド回路素子、または導電性接点が露出されているあらゆる回路を含むこともできる。これについては、以下で論ずる。
【０００８】
図２は、ケーブル構造体１６の１端とデバイス基板２２の１つとの接続を示す分解図である。基板は、１対の離間した貫通孔２６を有するインターフェース領域２４を有する。孔の間には、接点３０のアレイ２８がある。各接点は、互いに電気的に独立しており、トレース（図示せず）によって基板２２上の別の回路に接続されている。接点のアレイは、孔２６に沿った軸に整合されており、接点はこの線に沿って均等に配列されている。各接点は、アレイのラインに対して垂直に向けられた細長いバーであり、他の接点とは平行となっている。好適な実施形態では、２０個の接点があるが、この数は必要性に応じて幅広く変更可能であり、ケーブル内のワイヤ数が基準となる。これについては、以下で論ずる。好適な実施形態では、接点には金またはその他の耐腐食性金属がめっきされており、デバイスの延長された寿命にわたって低抵抗の接触を与える。接点は、中心間で０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の間隔だけ離間することが好ましいが、これは、必要性に応じて、０．３８１ないし２．５４ｍｍ（０．０１５ないし０．１００インチ）の範囲とすることも可能である。第２基板接点３２は、接点アレイ２８の近くに位置する。第２接点は、接点アレイ２８と同じ位細長く、アレイと平行なバーである。接点３２も、他の基板回路（図示せず）に接続されている。
【０００９】
ケーブル構造体は、リボン上に横一列に並べた細い同軸ワイヤ３６の束３４を含む。ワイヤの各々は、中央導体４０を含み、これは誘電体層４２によって覆われている。誘電体層はシールド層４４によって囲まれており、シールド層４４は絶縁材料の外装４６によって囲まれている。好適な実施形態では、外装は、１つのユニットとして形成され、隣接するワイヤはそれらの全長に沿って互いに接合されるようになっている。代替実施形態では、ワイヤは、それらの端部においてリボン状に接合するが、中央部分ではばらばらでもよく、これらを追加の外装内に受容し、円筒形のケーブル外形となるようにしてもよい。組立の前に、ケーブルのセグメントを図示の形にはぎ取る。ここには、各中央導体の一部が鞘から延出している。図示の目的上、シールド層は、鞘の端部以前で終了するように示されているが、これは鞘の端部まで達していることが好ましい。外装も十分にめくり上げて、各ワイヤ上にシールドの一部を露出させるようにする。各端部にこのような接続を必要とする実施形態では、束の各端部も同様にはぎ取るが、代替実施形態では、一端のみをこのようにはぎ取り、他端は従来の手段で接続してもよい。
【００１０】
好適な実施形態では、中央導体は銅ワイヤであり、１つの撚り線が３８ワイヤ・ゲージであるが、これは必要性に応じて４４と３６との間とすることもできる。誘電体層は、ＦＥＰで形成され、外径が約０．３３ｍｍ（０．０１３インチ）の場合、約０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）の壁厚を有するが、これは必要性に応じて約０．１６５と約１．６５ｍｍ（０．００６５と０．０６５インチ）の間とすることもできる。シールドは、４４ゲージ銅ワイヤの撚り線１７本を巻き回すことによって形成されている。外装は、ＰＶＣで形成され、約０．６３５ｍｍ（約０．０２５インチ）の全リボン厚さを与えるが、これは必要性に応じて０．３８１と２．５４ｍｍ（０．０１５と０．１００インチ）の間とすることもできる。ワイヤの中心間隔は、好適な実施形態では０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）であるが、これは必要性に応じて０．３８１と２．５４ｍｍ（０．０１５と０．１００インチ）の間とすることもできる。
【００１１】
ケーブル構造体は、一端または両端に端子シート５０を含む。このシートは、厚さ０．０６０のＦＲ４で形成された平面素子である。これは本質的に剛体であるが、代替実施形態では多少の可撓性は許容できる。シートは横長の形状を有し、これが取り付けられているケーブル束の軸に対して垂直に向けられている。シート５０は、上面５２及び下面５４を有する。上面上には、導電性上面接点６０のアレイ５６が、シートの主軸に沿って配向され、ケーブル・リボンのワイヤの中央導体の間隔に対応する間隔だけ互いに離間されている。第２上面接点６１が、アレイの長さにわたってこれから離間され、これと平行に延びている。シートの下面は、接点のパターンを含む。これは基板上のそれの鏡像であり、これらの接点は基板のインターフェース領域の接点を覆い、接点の各々と他方の構成部品上の対応する接点との間でのみ１対１の接触が行われる。以下で論ずるが、上面接点の各々と対応する各下面接点との間には、導電性ビアがある。端子シートは、各々開口６４を規定する１対の張り出した耳６２を含む。開口６４は、基板２２上の対応する開口２６と同じサイズであり、同じ位置にある。
【００１２】
クランプ即ち蓋部材６６は、シート全体を覆う大きさとなっており、一対の同様の開口７０を規定し、シート及び基板の開口と位置を合わせる。蓋の下面は、ワイヤ端部及び端子シートを受容するような外形となっており、上面は各開口７０を中心とする同心状凹部７２を規定し、スプリング・ワッシャ７４を受容する。好適な実施形態では、蓋は剛性の熱可塑性材料で形成され、電気的絶縁特性を有する。１対のピン７６は、蓋、シート及び基板の開口内に密着嵌入する大きさの軸８０を有する。ピン・ヘッド８２及び割りの入った先細の前端８４は、各々対向する肩面８６を有し、これらは選択した距離だけ離間され、実装されると、ワッシャの圧縮を与える。
【００１３】
図３は、組み立て、接続したケーブル端子を示す。ケーブル構造体を組み立てるには、中央導体の各々が対応する１つの接点６０上に載置し、シールド４４が全て接点６１上に載置し、シールドがいずれの接点６０にも接触しないように、リボン端を端子シートと一直線上に配置する。次いで、リフロー・プロセスによって、ワイヤを所定位置にはんだ付けする。一端または両端をこのようにはんだ付けすると、ケーブル構造体は完成し、保管し、在庫し、後に実装するか、あるいはいずれかの場所に出荷して誰かによって実装される。
【００１４】
図３に示すように、端子素子５０は、前述の接点アレイを両側に含む。下側は、基板の接点３０を覆うような形状で、そのように位置づけられた下面接点９０のアレイを含む。第２下面接点９２は、基板上の接点３２を覆う。シート５０の各側にある接点間で連通するために、シート内にビア９４を規定し、貫通めっきして、各上面接点６０を対応する下面接点９０と接続する。同様に、数個のビア９６も貫通メッキし、接点６１と９２の間で接続を行う。
【００１５】
実装すると、シートの下面接点９０は、挟み込まれたスプリング・ワッシャ７４の力によって、基板接点３０に対し押圧される。通常、各ワッシャが与えるばね力は、接点面積全域に分散され、各接点にオーム接触を確保するのに相応しい圧力を与える。ピンの軸１００は、接点３０、９０の中心と一直線状となっており、均等に分散する力を与える。代替実施形態では、圧縮可能なエラストマ部材１０２を、蓋とケーブル端子シートとの間に設け、スプリング・ワッシャの代わり、またはこれに加えて、外方向（ongoing）のばね力を与えるようにしてもよい。
【００１６】
好適な実施形態では、標準化及び利便性のため、「Gold Dot」パターンを用いて、狭い間隔で接点を配列する。しかしながら、導電性接点には、他のいずれの規格またはカスタム・パターンでも採用可能である。
【００１７】
以上、好適な実施形態及び代替実施形態について論じたが、本発明は、そのように限定することを意図する訳ではない。例えば、ワイヤは、実際に基板接点に定めた間隔よりも、間隔を狭めてもよい（基板の精度に限界がある場合等）。かかる実施形態では、各アレイの間隔が広がり、しかも適当な数の接点が得られるように、１つよりも多くの広い接点アレイを用いるとよい。あるいは、端子シートは、延長トレースを用いて、上面側接点を下面側接点に接続し、下面側接点を、上面側接点よりも広い範囲にわたって拡散させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態による電子構成部品のシステムにおけるケーブル構造体の斜視図である。
【図２】図２は、図１の実施形態によるケーブル構造体端子の分解図である。
【図３】図３は、図１の実施形態による端子の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０ 電子システム
１２ 第１電子デバイス
１４ 第２電子デバイス
１６ ケーブル構造体
２０、２２ 回路素子
２４ インターフェース領域
２６ 貫通孔
３０ 基板接点
３２ 第２基板接点
３４ 束
３６ 同軸ワイヤ
４０ 中央導体
４２ 誘電体層
４４ シールド層
４６ 外装
５０ 端子シート
５２ 上面
５４ 下面
６０ 導電性上面接点
６１ 第２上面接点
６２ 延長耳
６４ 開口
６６ クランプ
７０ 開口
７２ 同心状凹部
７４ スプリング・ワッシャ
７６ ピン
８２ ピン・ヘッド
８４ 割りの入った先細前端
８６ 肩面
９０ 下面接点
９２ 第２下面接点
９４、９６ ビア
１０２ エラストマ部材

Claims (20)

1. ケーブル構造体であって、
   複数の同軸ワイヤ素子であって、前記ワイヤ素子の各々が、誘電体鞘で包囲された中央導体を有し、該鞘が導電性シールドで包囲されており、前記ワイヤ素子が、各ワイヤ素子の第１端において、一列に横に並んで配列されている、同軸ワイヤ素子と、
   前記ワイヤ素子に接続されている端子素子であって、該端子素子が、対向する主面を有し、第１面上に第１接点アレイを有し、対向面上に第２接点アレイを有し、前記第１接点の各々が、対応する第２接点に電気的に接続されている、端子素子と、
   から成り、前記ワイヤ素子の中央導体の各々が、前記第１接点の対応する１つにオーム接続されている、ことを特徴とするケーブル構造体。
2. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記端子素子は、前記ワイヤ素子の各々のシールドに接続されている第３接点を有することを特徴とするケーブル構造体。
3. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記ワイヤ素子を平坦なリボン状に配列することを特徴とするケーブル構造体。
4. 請求項１記載のケーブル構造体であって、前記ワイヤ素子の対向端部に、対応する第２端子素子を含むことを特徴とするケーブル構造体。
5. 請求項１記載のケーブル構造体であって、前記端子素子は位置決め素子を規定することを特徴とするケーブル構造体。
6. 請求項５記載のケーブル構造体において、前記位置決め素子は、少なくとも１対の孔を含むことを特徴とするケーブル構造体。
7. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記平面素子は平面部材であることを特徴とするケーブル構造体。
8. 請求項１記載のケーブル構造体において、前記平面素子は可撓性シートであることを特徴とするケーブル構造体。
9. 電子配線構造体であって、
   印刷配線素子と、
   対向する端部を有し、一端が前記印刷配線素子に接続されているケーブル構造体と、
   を含み、
   前記ケーブル構造体は、各々中央導体と包囲するシールドとを有する複数の同軸ワイヤから成り、
   前記ケーブル構造体は、少なくとも一方の端部に前記ワイヤの各々に接続されている端子素子を有し、
   前記端子素子は、対向する主面を有し、更に、第１面上に前記ワイヤの中央導体がそれぞれ接続されている第１接点アレイを有し、対向面上に第２接点アレイを有し、
   前記第１接点の各々は、対応する第２接点に電気的に接続されており、前記第２接点の各々は、前記印刷配線素子上の導電性接点アレイにおける対応する接点を覆いかつこれと圧着する、
   ことを特徴とする電子配線構造体。
10. 請求項９記載の電子配線構造体において、前記印刷配線素子は、回路基板であることを特徴とする電子配線構造体。
11. 請求項９記載の電子配線構造体であって、前記ケーブル構造体の各端部に接続されている印刷配線素子を含むことを特徴とする電子配線構造体。
12. 請求項９記載の電子配線構造体であって、前記印刷配線素子に接続されているクランプを含み、前記端子素子がそれらの間に挟み込まれていることを特徴とする電子配線構造体。
13. 請求項１２記載の電子配線構造体であって、前記端子素子を前記印刷配線素子に対して偏倚させる圧縮部材を含むことを特徴とする電子配線構造体。
14. 請求項９記載の電子配線構造体において、前記印刷配線素子は、第１の１組の開口を規定し、前記端子素子は、前記第１の１組の開口と位置合わせした、対応する第２の１組の開口を規定することを特徴とする電子配線構造体。
15. 請求項１４記載の電子配線構造体であって、前記第１の開口の各々に密着受容されているピンを含み、各ピンが第２の開口内に密着受容されていることを特徴とする電子配線構造体。
16. 請求項１５記載の電子配線構造体において、各ピンは、前記端子素子を前記回路素子に対して圧縮保持する締結具であることを特徴とする電子配線構造体。
17. 請求項９記載の電子配線構造体において、前記第１接点を直線上に配列し、前記ワイヤをその端部においてリボン状に密接配列することを特徴とする電子配線構造体。
18. 請求項９記載の電子配線構造体において、前記端子素子は可撓性シートであることを特徴とする電子配線構造体。
19. 電子配線構造体であって、
    １対の回路基板を含み、
    対向する端部を有し、各端部が前記回路基板の各１つに接続されているケーブル構造体を含み、
    前記ケーブル構造体は、各々中央導体と包囲するシールドとを有する複数の同軸ワイヤから成り、
    前記ケーブル構造体は、各端部に前記ワイヤの各々に接続されている端子素子を有し、
    各端子素子は、対向する主面を有し、第１面上に前記配線の中央導体がそれぞれ接続されている第１接点アレイを有し、対向面上に第２接点アレイを有する可撓性シートであり、
    前記第１接点の各々は、対応する第２接点に電気的に接続されており、前記第２接点の各々は、前記対応する回路基板上の導電性接点アレイ内の対応する接点を覆い、かつこれに圧着し、
    更に、前記回路基板に接続され、前記端子素子を間に挟み込んだクランプを含み、
    前記クランプと前記印刷配線素子間に圧縮受容され、前記第２接点を前記回路基板の導電性接点に対して偏倚させる弾性圧縮部材を含む、
    ことを特徴とする電子配線構造体。
20. 請求項１９記載の電子配線構造体において、前記端子素子は、前記第１面上に細長接点を含み、各ワイヤの前記包囲するシールドを前記細長接点に接続することを特徴とする電子配線構造体。