JP2009123349A - コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】表面に実装された電子回路と、所定の位置に穴が穿れ、この穴の内側に導体が形成されたスルーホールとで構成されたプリント配線基板と接続可能なコネクタにおいて、高速シリアルＩ／Ｆに対応し、かつ、信号の品質を確保したコネクタを提供することを目的とする。
【解決手段】コネクタ１０にＳＭＴピン２０ａ、２０ｂを備えることによって、該ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂは、プリント配線基板６０上を挿通せず、該プリント配線基板上をはんだ付けによって表面実装されるので、信号経路の分岐や、懸念されるスタブの問題を回避することができる。これにより、コネクタ１０にＳＭＴピン２０ａ、２０ｂを備えるので、スタブを発生させることなく、高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードを使用可能にすることができ、かつ、信号の品質を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の位置に穴が穿たれ、この穴の内側に導体が形成されたスルーホールと表面に実装された電子回路と、で構成されたプリント配線基板と接続可能なコネクタに関する。

従来から、ハードウェアの機能を追加するため、汎用のシリアルＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に対応したオプションボードを装置に実装することで、ハードウェアの機能を追加することが行なわれている。
ここでＩ／Ｆとは、接続されている装置間で通信する際に、電気信号の形式や伝送方式などを定めている規約であり、コンピュータ内部のデータ伝送、コンピュータの周辺機器とのデータ伝送、コンピュータ間における通信など、用途に合わせて種々のＩ／Ｆが存在する。
この汎用のＩ／Ｆには、例えば、「ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）」「ＩＳＡ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）」「ＡＧＰ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｏｒｔ）」など、種々の規格がある。
そして、画像処理装置では、汎用のシリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードを組み込むことによって、スキャナ装置、ファクシミリ装置、コピー装置など、多種の装置との通信が可能となり、これにより、多機能複写機としての機能を実現することができる。

図３は、汎用のシリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードと、プリント配線基板３５０とが接続されるコネクタ３００の従来の構成を示した図である。
プリント配線基板３５０には、所定の箇所に穴が穿たれており、この穴の表面には、メッキなどの導体で被覆されたスルーホール３３０が形成されている。
プリント配線基板３５０の表面には、集積回路、抵抗器、コンデンサー、信号線などの電子回路が実装されており、例えば、信号線３４０が表面処理によってはんだ付けされている。
コネクタ３００は、スルーホールピン３１０を備えており、該スルーホールピン３１０がプリント配線基板３５０の所定の箇所に形成されたスルーホール３３０に挿通されることにより、該スルーホールピン３１０と信号線３４０とが当接し、電気的に接続される。
例えば、下記特許文献１では、印刷配線基板と基板外部の電気部品との電気的導通を図るようにした回路基板におけるコネクタ構造が開示されている。

そして近年では、３次元グラフィックスや動画などの大容量データを、高画質かつ高速に転送するため、新たに次世代の伝送方式として「ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ」が規格化されている。
この「ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ」による伝送方式では、複数のレーン（伝送路）を束ねることによってシリアル信号で高速なデータ転送が可能であり、片方向で２．５Ｇｂｐｓ、双方向で５．０Ｇｂｐｓの全二重通信を行うことができる。
例えば、「ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ」のような次世代の伝送方式による高速シリアルＩ／Ｆをコンピュータに追加するには、当該高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードを実装することによって、動画などの大容量データにおける高速通信を可能とすることができる。
特開平９−１６１９１４号

ところで、「ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ」などの次世代の伝送方式へ切り替える過程において、ユーザから、高速シリアルＩ／Ｆ、および汎用のシリアルＩ／Ｆの両者に対応したオプションボードが要求されている。
高速シリアルＩ／Ｆ、および汎用のシリアルＩ／Ｆの両者に対応したオプションボードにより、ボードサイズを物理的（ボードの幅や大きさ）に同等とすることができ、従来のボードサイズで高速シリアルＩ／Ｆに対応することができる。
しかしながら、図３に示すように、コネクタ３００のスルーホールピン３１０と、信号線３４０とが接続する場合、信号の伝送経路が分岐してしまう。
そして、この伝送経路の分岐によって、スタブ３２０（プリント配線基板３５０の一部と、スルーホール３３０の一部）の先端まで信号が伝搬し、この伝搬した信号がスタブ３２０の先端において反射され、信号の伝送経路まで戻る。
そのため、この反射した信号により、経路途中の信号が減衰したり、デジタル信号の矩形波が劣化したりして信号を正弦波のような形状にするなどの現象が生じる。
つまり、図３に示すコネクタ３００をそのまま高速シリアルＩ／Ｆの仕様として適用した場合、信号の伝送経路の分岐によって、スタブ３２０から反射が起きてしまい、信号品質に係る問題が発生する。また、このような現象は、特に高速信号における伝送経路で発生し易くなるという問題がある。

そこで、本発明では、表面に実装された電子回路と、所定の位置に穴が穿たれ、この穴の内側に導体が形成されたスルーホールとで構成されたプリント配線基板と接続可能なコネクタにおいて、高速シリアルＩ／Ｆに対応し、かつ、信号の品質を確保したコネクタを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、表面の所定の位置に穴が穿たれ、前記穴の内側に導体が形成されたスルーホールと、表面に実装された電子回路と、で構成されたプリント配線基板と接続可能なコネクタにおいて、前記スルーホールを挿通可能なスルーホールピンと、前記スルーホールピンが前記スルーホールを挿通した場合に、前記プリント配線基板に表面実装可能なピンと、を備えたことにより、前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記コネクタは、高速シリアルＩ／Ｆ、および汎用のシリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードと接続可能であり、前記表面実装可能なピンに高速シリアルＩ／Ｆからの高速信号が割り当てられることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記表面実装可能なピンに割り当てられる高速信号は、ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓによる伝送方式であることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記表面実装可能なピンが前記プリント配線基板に表面実装された場合に、前記表面実装可能なピンは、前記プリント配線基板の端部方向である外側方向に向かって、前記プリント配線基板と水平に配置されることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記表面実装可能なピンが前記プリント配線基板に表面実装され、前記表面実装可能なピンが複数個である場合に、前記複数の表面実装可能なピンは、前記プリント配線基板と対向するコネクタの面の各端部に配置されることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記コネクタの内部で前記スルーホールピンと接続される第１の信号線と、前記コネクタの内部で前記表面実装可能なピンと接続される第２の信号線と、前記第１の信号線、および前記第２の信号線における接続先を入れ替える接続先入替手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記接続先入替手段において、前記第１の信号線、および前記第２の信号線における接続先の入れ替えは、予め所定の信号線が配線されたプリント配線基板がコネクタの内部に挿入されることにより行われることを特徴とする。

請求項１記載の発明では、信号経路の分岐によるスタブを回避し、コネクタに表面実装可能なピンを備えるので、高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードを使用可能にすることができ、かつ、信号の品質を確保することができる。
請求項２、または請求項３記載の発明では、高速信号を表面実装可能なピンに割り当てることにより、従来のボードサイズで高速シリアルＩ／Ｆに対応することができ、コストを抑えたままで、高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードを使用可能にすることができる。
請求項４記載の発明では、表面実装可能なピンをコネクタの外側に配置することにより、リペアなどのコネクタの実装時等の付け直し作業に対応することができる。また、実装後の該ピンの外観検査を容易に行うことができる。
請求項５記載の発明では、リペアなどのコネクタの実装時等の付け直し作業に対応することができ、ピン位置が多くなった場合でも安定した配置になるので、コネクタをプリント配線基板に取り付ける際に、表面実装可能なピンをバランス良く配置することができる。
請求項６記載の発明では、予めオプションボード側のピンが決定している場合でも、プリント配線基板側の信号線の接続先を新たに再設定することができ、信号線の設計における自由度を向上させることができる。
請求項７記載の発明では、信号線の入れ替えにプリント配線基板を用いることにより、容易に信号線の変更を行うことができ、インピーダンスなどの信号品質を向上させることができる。

以下、図１、および図２を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態において、汎用のシリアルＩ／Ｆ、および高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボード１００と、プリント配線基板６０とが接続されるコネクタ１０の構成を示した図である。
プリント配線基板６０には、所定の箇所に穴が穿たれており、この穴の表面には、メッキなどの導体で被覆されたスルーホール７０が形成されている。
そして、プリント配線基板６０のスルホール７０は、コネクタ１０のスルホールピン４０からの挿通を受け付け、スルーホール７０とスルーホールピン４０とが電気的に接続される。
また、プリント配線基板６０の表面には、ＰＡＤ部３０ａ、３０ｂがスルーホール７０の周囲に設けられており、該ＰＡＤ部３０ａ、３０ｂは銅箔などで形成されている。

コネクタ１０は、スルーホールピン４０ａ、４０ｂを備えており、該スルーホールピン４０ａ、４０ｂが、プリント配線基板６０の所定の箇所に形成されたスルーホール７０ａ、７０ｂをそれぞれ挿通する。
コネクタ１０には、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）ピン２０ａ、２０ｂがコネクタの外側方向に向かって配置されており、スルーホールピン４０ａ、４０ｂがプリント配線基板６０に形成されたスルーホール７０ａ、７０ｂをそれぞれ挿通した場合に、ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂは、プリント配線基板６０の表面にあるＰＡＤ部３０ａ、３０ｂとそれぞれ当接するように構成されている。

そして、ＰＡＤ部３０ａ、３０ｂ上にそれぞれ対応するＳＭＴピン２０ａ、２０ｂが載置した状態で、はんだ付けが行われ、該ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂと、ＰＡＤ部３０ａ、３０ｂとが、それぞれプリント配線基板６０の表面上で固着され、電気的に接続される。
これにより、ＳＭＴピン２０は、はんだ付けによりプリント配線基板６０上で表面実装される。
コネクタ１０内部では、ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂ、およびスルーホールピン４０ａ、４０ｂに対応した信号線１２がそれぞれ設けられており、該信号線１２は、コネクタ１０のオプションボード接続部１４まで配線される。
オプションボード１００は、ハードウェアの機能追加を行うプログラムが格納されており、汎用のシリアルＩ／Ｆ、および高速シリアルＩ／Ｆに対応している。
そして、該オプションボード１００とオプションボード接続部１４とが接続されることにより、オプションボード１００からの信号を通信し、コネクタ１０は、ハードウェアの機能追加を行うオプションボード１００と、プリント配線基板６０との接続を仲介することができる。

そして、コネクタ１０には、低速信号にスルーホールピン７０ａ、７０ｂが割り当てられ、高速信号にＳＭＴピン２０ａ、２０ｂが割り当てられる。
これにより、従来のボードサイズで高速シリアルＩ／Ｆに対応することができ、コストを抑えたままで、低速信号に対応しつつ、高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボード１００を使用可能にすることができる。
また、リペアの際にははんだごてを使用するため、コネクタ１０とプリント配線基板６０との間にＳＭＴピン２０ａ、および２０ｂが隠れてしまい、表面処理の作業が難しくなる場合がある。
そこで、コネクタ１０の外側方向に向かってＳＭＴピン２０ａ、２０ｂが配置されることにより、該ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂがプリント配線基板６０の表面で露出し、リペアの際のコネクタの付け直し作業を容易に行うことができる。
なお、ここで外側方向とは、ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂがプリント配線基板６０に表面実装された場合に、該ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂが、プリント配線基板６０の端部方向を指すことをいう。
そして、表面実装されたＳＭＴピン２０ａ、２０ｂがプリント配線基板６０の表面で露出するので、ＳＭＴピン２０の外観検査を容易に行うことができ、また外観不良を容易に確認することができる。

ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂは、はんだ付けによる実装のため、強度として若干懸念されるという問題があるので、留め金や接着材などで補強することも可能である。
例えば、スルーホールピン４０ａとＳＭＴピン２０ａとの間に、エポキシ樹脂などの絶縁性の熱硬化性樹脂を接着剤として用いる。そして、該接着剤がプリント配線基板６０の表面上で塗布されることで、スルーホールピン４０ａとＳＭＴピン２０ａとがプリント配線基板６０上で接着され、該ＳＭＴピン２０ａを強固に補強することができる。
また、例えば、スルーホール７０に挿通したスルーホールピン４０は、比較的強固に固定されていることを利用し、該スルーホールピン４０とＳＭＴピン２０とを留め金により連結し、該ＳＭＴピン２０ａを強固に補強することができる。
次に、ＳＭＴピン２０がプリント配線基板６０に表面実装された場合に、ＳＭＴピン２０ピンは、プリント配線基板６０の端部方向である外側方向に向かって、プリント配線基板と水平に配置される。
これにより、リペアなどのコネクタ１０の実装時等の付け直し作業に対応することができる。また、実装後のＳＭＴピン２０の外観検査を容易に行うことができる。
また、ＳＭＴピン２０がプリント配線基板６０に表面実装され、ＳＭＴピン２０が複数個である場合には、この複数のＳＭＴピンは、プリント配線基板６０と対向するコネクタの面の各端部に順次配置される。
これにより、コネクタ１０をプリント配線基板６０に取り付ける際に、ＳＭＴピン２０をバランス良く配置することができる。

このように、第１の実施形態では、コネクタ１０にＳＭＴピン２０ａ、２０ｂを備えることによって、該ＳＭＴピン２０ａ、２０ｂは、プリント配線基板６０上を挿通せず、該プリント配線基板上をはんだ付けによって表面実装されるので、信号経路の分岐や、懸念されるスタブの問題を回避することができる。
これにより、コネクタ１０にＳＭＴピン２０ａ、２０ｂを備えるので、スタブを発生させることなく、高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードを使用可能にすることができ、かつ、信号の品質を確保することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態において、汎用のシリアルＩ／Ｆ、および高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボード１００と、プリント配線基板６０とが接続されるコネクタ１０の構成を示した図である。
なお、以下に説明する各実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、異なる部分については、異なる符号を付す。そして、同一部分については、適宜その説明を省略することとする。

コネクタ１０は、該コネクタ１０の内部に第１の実施形態とは異なる部分である空洞部分１５を有している。
第１の実施形態では、コネクタ１０内部に信号線１２があり、該信号線１２はスルーホールピン４０、およびＳＭＴピン２０とそれぞれ接続されていたが、第２の実施形態では、該空洞部分１５において、信号線１２が空中配線によって繋ぎ替えられている。
これにより、コネクタ１０側で、プリント配線基板６０側、またはオプションボード１０側の信号線を、所望する接続先に入れ替えることができる。
これにより、予めオプションボード１００側でピン位置が決定している場合でも、オプションボード１００のシリアルＩ／Ｆを変更することなく、信号線１２の接続先を新たに再設定することができ、信号線１２の設定変更における自由度を向上させることができる。

なお、第２の実施形態では、信号線１２の接続先の変更を空洞部分１５における空中配線によって行うが、予め所定の信号線が配線されたプリント配線基板を空洞部分１５に装着することによっても可能であり、この予め所定の信号線が配線されたプリント配線基板を用いることによって、空洞部分１５に差し込むだけで容易に信号線の変更を行うことができ、インピーダンスなどの信号品質を向上させることができる。

なお、第１、および第２の実施形態では、プリント配線基板６０は、片面基板（片面のみに電子回路がある１層基板）に限定されることなく、両面基板（両面に電子回路がある２層基板）、多層基板（片面基板を複数枚積層させた基板）などでも実施可能である。

本発明の第１の実施形態において、汎用のシリアルＩ／Ｆ、および高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードと、プリント配線基板とが接続されるコネクタの構成を示した図である。 本発明の第２の実施形態において、汎用のシリアルＩ／Ｆ、および高速シリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードと、プリント配線基板とが接続されるコネクタの構成を示した図である。 汎用のシリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードと、プリント配線基板とが接続されるコネクタの従来の構成を示した図である。

符号の説明

１０ コネクタ
１２ 信号線
１４ オプションボード接続部
１５ 空洞部分
２０ ＳＭＴピン
３０ ＰＡＤ部
４０ スルーホールピン
６０ プリント配線基板
７０ スルーホール
１００ オプションボード

Claims (7)

1. 表面の所定の位置に穴が穿たれ、前記穴の内側に導体が形成されたスルーホールと、表面に実装された電子回路と、で構成されたプリント配線基板と接続可能なコネクタにおいて、
   前記スルーホールを挿通可能なスルーホールピンと、
   前記スルーホールピンが前記スルーホールを挿通した場合に、前記プリント配線基板に表面実装可能なピンと、を備えたことを特徴とするコネクタ。
2. 前記コネクタは、高速シリアルＩ／Ｆ、および汎用のシリアルＩ／Ｆに対応したオプションボードと接続可能であり、前記表面実装可能なピンに高速シリアルＩ／Ｆからの高速信号が割り当てられることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
3. 前記表面実装可能なピンに割り当てられる高速信号は、ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓによる伝送方式であることを特徴とする請求項２記載のコネクタ。
4. 前記表面実装可能なピンが前記プリント配線基板に表面実装された場合に、前記表面実装可能なピンは、前記プリント配線基板の端部方向である外側方向に向かって、前記プリント配線基板と水平に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコネクタ。
5. 前記表面実装可能なピンが前記プリント配線基板に表面実装され、前記表面実装可能なピンが複数個である場合に、前記複数の表面実装可能なピンは、前記プリント配線基板と対向するコネクタの面の各端部に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコネクタ。
6. 前記コネクタの内部で前記スルーホールピンと接続される第１の信号線と、
   前記コネクタの内部で前記表面実装可能なピンと接続される第２の信号線と、
   前記第１の信号線、および前記第２の信号線における接続先を入れ替える接続先入替手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコネクタ。
7. 前記接続先入替手段において、前記第１の信号線、および前記第２の信号線における接続先の入れ替えは、予め所定の信号線が配線されたプリント配線基板がコネクタの内部に挿入されることにより行われることを特徴とする請求項６記載のコネクタ。

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