JP2009218359A - 同軸コネクタ搭載回路基板及び同軸コネクタ搭載回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本実施例の一側面の課題は同軸コネクタを回路基板に搭載した同軸コネクタ搭載回路基板に多層配線基板を用いるための接続構造及び接続方を提供することである。
【解決手段】
同軸コネクタ搭載回路基板は多層配線基板と同軸コネクタを備える。
多層配線基板の側面の端部に内部アースパターンと表面アースパターン間を電気的に接続する接続導体パターンを備える。
同軸コネクタの内部導体は多層配線基板の信号線と電気的に接続され、外部導体は接続導体パターンと内部アースパターンに半田を介して接続する。
【選択図】図４

Description

本発明は、同軸コネクタを回路基板に搭載した同軸コネクタ搭載回路基板に関係している。

高速光送受信機内に用いられる電気信号は４０Ｇｂ／ｓ等の高速信号が用いられている。 高速光送受信機内は複数のユニットで構成されている。このユニット間の接続は同軸コネクタにより行われている。同軸コネクタによる接続の一例を以下に述べる。ユニットは回路基板である。回路基板は裏面にアースパターンを備えている。回路基板と同軸コネクタの外部導体（アース）は、電気的に接続されるように、金属パッケージに固定している。（例えば、特許文献１参照）高速光送受信機内のユニットの構成は金属パッケージが必要で、金属パッケージの分コストがかかると共に、金属パッケージのスペースが必要になり、小型化できない。

４０Ｇｂ／ｓ等の高速光送受信機内に用いられるデバイスにおいては、同軸コネクタを回路基板上の伝送線路（高速信号線路）と直接接続する表面実装型の同軸コネクタの開発が進められている。これらの同軸コネクタは内部導体と外部導体間の構造により特性インピーダンスを一定にし、高周波特性の劣化を防止している。（例えば、非特許文献１参照）表面実装型の同軸コネクタの開発に伴い、表面実装型の同軸コネクタと回路基板間の接続について検討されている。

４０Ｇｂ／ｓ等の高速光送受信機内の回路基板は多機能化している。多機能化した回路基板は基板内に複数の配線層を有する多層配線基板を備えている。多層配線基板は基板表面に信号線を設け、基板内部に複数の配線層を備えている。基板内の配線の厚みは数μｍ〜十数μｍ程度が一般的である。特性インピーダンスを一定にし、高周波特性の劣化を防止するため、多層配線基板の信号線はアースパターンと共高速信号に対応したマイクロストリップライン構成にするのが一般的である。多層配線基板を用いてマイクロストリップラインを構成した場合、信号線とアースパターンの関係から、アースパターンは基板内部に設けられることになる。

伝送線路と同軸コネクタの接続部においては、マイクロストリップラインの裏面（この場合内部）アースパターンに接続されたビアを用いて回路基板表面にアースパターンを引き出し、グランデットコプレーナ構成とする事が一般的である。このグランデットコプレーナ部において、基板表面に形成された信号線と表面のアースパターンを、それぞれ同軸コネクタの内部導体および外部導体に半田で接続される。

非特許文献１に記載されるように、３０ＧＨｚを超えるような高周波特性の劣化を防ぐためには、さらにグランデットコプレーナの裏面（この場合内部）アースパターンのビアを介すことなく同軸コネクタの外部導体に接続する必要がある。

しかし、多層配線基板の内部アースパターンを同軸コネクタの外部導体を直接接続するためには、内部アースパターンを多層基板の側面から露出させたとしても、内部アースパターンは十数μm程度の厚さしかなく、さらに基板端部から露出した内部アースパターンは、同軸コネクタと多層基板の端面に挟まれた内部に存在するため、半田により同軸コネクタ外部導体に接続する事はできない。

さらに、多層基板の内部アースパターンを側面に露出させるには、内部アースパターンが露出する位置で多層基板を切断する必要があるが、多層配線基板を切断した場合、多層配線基板内の配線は切断により切断面が塑性変形（＊延性、展性があること）した状態になる。塑性変形した配線は他の配線層と接触する可能性があり、多層配線基板を切断するのは問題がある。
特開２００７−１２３９５０号公報 Ａｌａｎ Ｍ．Ｌｙｏｎｓ ｅｔ ａｌ、Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅｓ Ｆｏｒ４０Ｇｂ／ｓ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００２ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，第１０２１頁〜第１０２６頁、２００２年

本発明の課題の一側面は同軸コネクタを回路基板に搭載した同軸コネクタ搭載回路基板に多層配線基板を用いるための接続構造及び接続方法を提供することである。

同軸コネクタ搭載回路基板は多層配線基板と同軸コネクタを備える。多層配線基板の側面の端部の内部アースパターンと表面アースパターン間を電気的に接続する接続導体パターンを備える。同軸コネクタの内部導体は多層配線基板の信号線と電気的に接続し、外部導体は接続導体パターンと表面アースパターンに半田を介して接続する。

実施例の構成により、高周波特性の劣化を防止した状態で、多層配線基板の内部アースパターンと表面実装型の同軸コネクタの外部導体との接続を行うことが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

表面実装型の同軸コネクタを搭載した同軸コネクタ搭載回路基板は多層配線基板と同軸コネクタを備えている。
［多層配線基板］
以下に、図１と図２を用いて、実施形態の多層配線基板の構成を説明する。

図１のＡは多層配線基板２００の上面図を示している。図１のＢは多層配線基板２００の側面図を示している。図１のＣは図１のＡに示した点線ｂにおける多層配線基板２００の断面図を示している。図１のＤは図１のＡに示した点線aにおける多層配線基板２００の断面図を示している。

多層配線基板２００は表面と裏面と側面を有している。多層配線基板２００は誘電体材料からなる基材２０１を有し、さらに、表面、裏面及びその内部に配線または導体パターンを有している。配線及び導体パターンの関係は以下の通りである。

多層配線基板２００の表面には信号線２０２と表面アースパターン２０３が設けられている。信号線２０２と内部アースパターン２０５と表面アースパターン２０３は金属導体である。

多層配線基板２００内部、すなわち、多層配線基板２００の表面と裏面の間には内部アースパターン２０５が設けられている。内部アースパターン２０５は金属導体で、１８μｍ程度の厚みがある。

多層配線基板２００の裏面には裏面アースパターン２０４が設けられている。裏面アースパターン２０４は金属導体である。裏面アースパターン２０４は多層配線基板２００の裏面全面に設けられているが、裏面アースパターン２０４は基板の一部に設けるか、あるいは省略してもよい。

信号線２０２と内部アースパターン２０５はマイクロストリップラインを構成している。マイクロストリップライン構成は、信号線２０２と内部アースパターン２０５で特性インピーダンスを一定に保てる。この構成は高速光送受信機内に用いられる４０Ｇｂ／ｓ等の高速電気信号を伝搬できるようにするためである。信号線２０２の端部２０６と内部アースパターン２０５の端部２０７は多層配線基板２００の側面より内側に形成している。（図１Ｃ参照）すなわち、内部アースパターン２０５の端部２０７は多層配線基板２００の側面２０９より露出しない。同様に、信号線２０２の端部２０６は多層配線基板２００の側面と接していない。すなわち、同軸コネクタ配置スペース２０８は端部２０６と端部２０７に接しない位置で多層配線基板２００を切り取って作成する。このように構成する理由は、信号線２０２と内部アースパターン２０５の金属が塑性変形により接触することを防止するためである。塑性変形によるパタン間の接触が問題にならない場合には、信号線２０２の端部２０６と内部アースパターン２０５の端部２０７は、多層配線基板２００の側面と接していてもよい。

多層配線基板２００は基板側面２０９に接続導体パターン２１０を備えている。図１Ｂ、図１Ｄを参照して説明すると、接続導体パターン２１０は内部アースパターン２０５の端部２０７と電気的および物理的に接続している。さらに、接続導体パターン２１０は表面アースパターン２０３と電気的および物理的に接続している。接続導体パターン２１０はアースを強化するため裏面アースパターン２０４と電気的および物理的に接続している。

接続導体パターン２１０は、同軸コネクタ配置スペース２０８を構成するため、多層配線基板２００表面から裏面まで貫通したビアを表面から裏面まで切り欠いたものである。ビアの上面図で見た開口部の直径は同軸コネクタを多層配線基板２００に半田接続する際に、ビアを切欠いた部分に半田が表面アースパターン２０３から多層配線基板２００の内部アースパターンのある位置まで充填できる大きさである。

接続導体パターン２１０と裏面アースパターン２０４の接続は高周波特性の強化やアースの強化のために行っており、マイクロストリップライン構造で高周波特性が十分であれば、かならずしも接続の必要はない。接続導体パターン２１０を表面から裏面まで貫通した構成で説明したが、接続導体パターン２１０は少なくとも基板表面から内部アースパターン２０５までを接続するビアを切り欠いた物であっても良い。

同軸コネクタ配置スペース２０８は、同軸コネクタの外形に対応して、同軸コネクタの突出した内部導体がマイクロストリップラインの信号線２０２と直線上で、同一平面上で接するよう矩形状に切り欠く。 図１では、同軸コネクタ配置スペース２０８は多層配線基板２００を裏面まで取り除いているが、内部導体が同一平面上で、信号線２０２と直線上で接するように切り欠いていればよい。即ち、同軸コネクタ配置スペース２０８は多層配線基板２００を途中まで掘り下げた構成であってもよい。

表面アースパターン２０３はビアを切り欠いた接続導体パターン２１０と接するように多層配線基板２００の表面に設けられている。表面アースパターン２０３は信号線２０２の端部２０６に対向した側面２０９より基板内側まで伸びている。さらに、表面アースパターン２０３は信号線２０２の端部２０６を挟むように２つ形成する。２つの表面アースパターン２０３はそれぞれ接続導体パターン２１０を備えている。表面アースパターン２０３は接続導体パターン２１０が多層配線基板２００の表面に露出した部分のみであっても良い。表面アースパターン２０３は同軸コネクタ配置スペース２０８と隣接して設けられる。表面アースパターン２０３と裏面アースパターン２０４の間には接続導体パターン２１０とは別に、ビアを複数設けてもよい。

図２のＡは多層配線基板２００の上面図を示している。図２のＢは多層配線基板２００の側面図を示している。図２のＣは図２のＡに示した点線bにおける多層配線基板２００の断面図を示している。図２のＤは図２のＡに示した点線aにおける多層配線基板２００の断面図を示している。図２において図１と同一部材は同一番号で示し、その説明は省略する。

図２の図１との違いは切り欠き部の構造である。図１は矩形状に同軸コネクタ配置スペース２０８を切り欠いたが、図２では多層配線基板２００は接続導体パターン２１０のある位置で、内部アースパターン２０５と信号線２０２が露出しない位置で切断している。その他は図１と実質的に同じである。
［同軸コネクタ］
図３は実施形態の表面実装可能な同軸コネクタの構成を示している。

同軸コネクタ３００は内部導体３０１と外部導体３０２を備えている。内部導体３０１は例えば信号線２０２と半田を介して接続するため、信号線２０２との接続部が外部導体より突出している。

外部導体３０２は接続導体パターン２１０と内部アースパターン２０５に半田を介して接続するための段差部３０４を備えている。外部導体３０２の内部導体３０１が突出した側面３０５には内部導体３０１を挟むように設けた外部導体突出部３０３を備えている。

段差部３０４は同軸コネクタの内部導体を多層配線基板２００の信号線２０２に同一平面上で接する様に段差を設けている。

図３の構成は一般的な表面実装型の同軸コネクタを示したもので、同軸コネクタ３００の形状は図３の構成に限定されない。
［同軸コネクタ搭載回路基板］
図４は同軸コネクタ搭載回路基板１００を示している。具体的には図４は図１の多層配線基板２００に図３の同軸コネクタを搭載した構成を示している。図４のＡは同軸コネクタ搭載回路基板１００の上面図を示している。図４のＢは同軸コネクタ搭載回路基板１００の側面図を示している。図４のＣは図４のＡに示した点線ａにおける多層配線基板２００の断面図を示している。図１及び図３と同一構成は同一番号で示し、その説明を省略する。

同軸コネクタ３００は多層配線基板２００の同軸コネクタ配置スペース２０８に配置する。同軸コネクタ３００の外部導体３０２の段差部３０４は同軸コネクタ配置スペース２０８勘合する。同軸コネクタ３００の内部導体３０１は多層配線基板２００の信号線２０２の上で直線上に配置する。内部導体３０１と信号線２０２は半田２１３で電気的且つ物理的に接続される。

同軸コネクタ３００の外部導体３０２の段差部３０４と側面３０５が作る角３０６は多層配線基板２００の接続導体パターン２１０の切り欠きの部分に嵌るように配置する。 接続導体パターン２１０と外部導体３０２は半田２１２で電気的且つ物理的に接続される。

半田２１２は表面アースパターン２０３と外部導体３０２の段差部３０４及び外部導体突出部３０３の間から接続導体パターン２１０と外部導体３０２の間の隙間を介して、外部導体３０２の裏面まで設けている。

半田２１２は、外部導体３０２と接続導体パターン２１０間で、内部アースパターン２０５がある位置より多層配線基盤２００の裏面側まで設けている。

［同軸コネクタ搭載回路基板の特性］
図５は図４の構成の特性を説明するためのシミュレーションの一例の図である。横軸は周波数を示し、左縦軸は反射量を示し、右縦軸は透過量を示している。点線は反射特性を示し、実線は透過特性を示している。実線の透過特性を見ると、周波数４０ＧＨｚの透過減衰量は約０．４ｄＢである。また、５０ＧＨｚの透過全推量は約０．８ｄＢであった。図示しないが、図３の構成において、表面アースパターン２０３と外部導体３０２のみを接続した場合は３５ＧＨｚ付近で−３ｄＢより損失が増加し、高周波特性は著しく劣化した。

［同軸コネクタ搭載回路基板の製造方法］
以下に、同軸コネクタを搭載する回路基板を備えた同軸コネクタ搭載回路基板の製造方法の説明を行う。図６は接続導体パターン２１０を切り欠く前の多層配線基板１００を示す。図６で図１と同一番号は同一部材を示し、その説明は省略する。

初期の多層配線基板２００は表面に信号線２０２と表面アースパターン２０３とを備え、内部に内部アースパターン２０５と裏面に裏面アースパターン２０４を備えている。

次に、多層配線基板２００は内部アースパターンと表面アースパターン間を電気的に接続するビアが設けられる。この状態が図６の状態である。

次に、多層配線基板２００はビアの内部が多層配線基板２００の側面で露出するように切り欠かれる。図１の場合は点線Ｘのように多層配線基板２００を矩形型に切り欠く。また、図２の場合は一点鎖線Ｙのように多層配線基板２００を切断する。

次に同軸コネクタ３００の内部導体３０１は半田で信号線２０２と電気的且つ物理的に接続される。

同軸コネクタ３００の外部導体３０２は接続導体パターン２１０と半田を介して接続される。

上記の実施形態は例示であり、本発明は上記の実施形態の構成に限定されない。

実施形態の多層配線基板の構成を示している。 実施形態の多層配線基板の構成を示している。 実施形態の表面実装可能な同軸コネクタの構成を示している。 同軸コネクタ搭載回路基板を示している 図４の構成の特性を説明するための図 実施例の多層配線基板の製造方法を説明するための図

符号の説明

１００ 同軸コネクタ搭載回路基板
２００ 多層配線基板
２０１ 基材
２０２ 信号線
２０３ 表面アースパターン
２０４ 裏面アースパターン
２０５ 内部アースパターン
２０６ 信号線の端部
２０７ 内部アースパターンの端部
２０８ 同軸コネクタ配置スペース
２１０ 接続導体パターン
２１２ 半田
２１３ 半田
３００ 同軸コネクタ３００
３０１ 内部導体
３０２ 外部動体

Claims (4)

1. 表面に信号線と表面アースパターンとを備え、内部に内部アースパターンを備えた多層配線基板と、
   該多層配線基板の側面で該内部アースパターンの端部に備えられ、該内部アースパターンと該表面アースパターン間を電気的に接続する接続導体パターンと、
   内部導体と外部導体を備え、該内部導体は該信号線と電気的に接続され、該外部導体は該接続導体パターンと電気的に接続される同軸コネクタと
   を有する同軸コネクタ搭載回路基板。
2. 請求項１記載の同軸コネクタ搭載回路基板において、該接続導体パターンは該多層配線基板内を貫通して設けられたビアホールを切り欠いて構成することを特徴する同軸コネクタ搭載回路基板。
3. 請求項１記載の同軸コネクタ搭載回路基板において、該多層配線基板は同軸コネクタを搭載するための切欠き部を有することを特徴とする同軸コネクタ搭載回路基板。
4. 同軸コネクタを搭載する回路基板を備えた同軸コネクタ搭載回路基板の製造方法において、
   表面に信号線と表面アースパターンとを備え、内部に内部アースパターンを備えた多層配線基板に該内部アースパターンと該表面アースパターン間を電気的に接続するビアを設け、
   該ビアの内部が該多層配線基板の側面で露出するように該多層配線基板を切り欠き、接続導体パターンを構成し、
   該同軸コネクタの該内部導体を該信号線と電気的に接続し、
   該同軸コネクタの該外部導体を該内部アースパターンに接続された該接続導体パターンと半田を介して接続する
   ことを特徴とする同軸コネクタ搭載回路基板の製造方法。