JP2011028903A - ケーブル付コネクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する信号からのクロストーク低減が可能となる安価なケーブル付コネクタとその製造方法を提供する。
【解決手段】隣接する信号パターン３の間に配線された第１グランドパターン９と、第１グランドパターン９に接続されると共に信号パターン３と離間して形成された第２グランドパターンとを有するプリント基板１に、複数のケーブルが電気的に接続されたケーブル付コネクタにおいて、第１グランドパターン９上に導電部材が設けられているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｇｂｐｓを超える高速信号の伝送に好適なケーブル付コネクタとその製造方法に関するものである。

電子機器間及び機器内を伝送する信号方式として、ノイズや伝送損失の影響を抑制する差動信号方式が用いられている。伝送媒体としては一般的に、プリント基板と複数の同軸ケーブルあるいは２心以上の多心ケーブルとが一体化した多心のケーブル付コネクタが利用されている。図７に示すケーブル付コネクタ３０は、プリント基板１に形成された信号パターン３に、ケーブル２の中心導体がはんだにより接続されたものである。２本の信号パターン３の両側には、グランドパターン９が形成されている。また、複数の差動信号を伝送するために、プリント基板１上に信号パターン３とグランドパターン９とが交互に配列されている構造（ＧＳＧ構造）が用いられる。

近年、Ｇｂｐｓを超えるディジタル信号を伝送するアプリケーションが増加しているが、クロストーク（信号間干渉）による信号品質の劣化が非常に大きな問題となっている。Ｇｂｐｓを超える信号速度においては、表皮効果により信号成分が大きく減衰するため、隣接する信号ペア（一対一組の信号パターン３）からのクロストークが信号の特性劣化に大きな影響を及ぼす。

従来は、コネクタ内部の信号パターン３同士の間隔を広げることにより対処してきたが、年々、部材コストの増大やコネクタ内部の高密度化が進んでいるため、改良策の検討が行われている。

特許文献１記載の「コネクタ」では、プリント基板上のグランドパターンと信号パターンが交互に配列されているＧＳＧ構造において、グランドパターンが信号パターンよりも厚くする配列について記載されている。

特開２００７−０８７８７７号公報

しかしながら、プリント基板のパターン自体に凹凸をもたせる場合、製造コストが大きくなるというデメリットがあった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、隣接する信号からのクロストーク低減が可能となる安価なケーブル付コネクタとその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、隣接する信号パターンの間に配線された第１グランドパターンと、前記第１グランドパターンに接続されると共に前記信号パターン３と離間して形成された第２グランドパターンとを有するプリント基板に、複数のケーブルが電気的に接続されたケーブル付コネクタにおいて、前記第１グランドパターン上に導電部材が設けられているものである。

前記導電部材が、はんだ、導電接着剤、及び金属部材の少なくとも１つからなるとよい。

前記導電部材が、前記第１グランドパターン上に起立して設けられ前記プリント基板上で並列に並ぶ前記ケーブルを隔離する複数の柵と、これら柵を連結すると共に前記ケーブルを前記プリント基板上に押し付けて固定する屋根部とを有するカバーからなるとよい。

前記プリント基板は、内層グランド層と、前記第２グランドパターンと前記内層グランド層を電気的に接続するスルーホールとを備え、前記カバーは、前記スルーホールに差し込まれる位置決めピンを備えるとよい。

また、ケーブル付コネクタの製造方法において、隣接する信号パターンの間に配線された第１グランドパターンと前記第１グランドパターンに接続されると共に前記信号パターンと離間して形成された第２グランドパターンとを有するプリント基板に、複数のケーブルを電気的に接続し、前記グランドパターン上に導電部材を設けるものである。

前記プリント基板上で並列に並ぶケーブルを隔離するための複数の柵と、これら柵を連結する屋根部とを有するカバーを形成し、前記プリント基板に前記ケーブルを電気的に接続するとき、前記第２グランドパターン上に段剥きされた前記ケーブルのケーブル外部導体が前記第２グランドパターン上に載るように前記ケーブルを並列に並べ、前記第２グランドパターンに前記ケーブルを押し付けるように前記プリント基板に前記カバーを取り付け、前記信号パターンと前記ケーブルのケーブル中心導体とをはんだにて接続し、前記プリント基板から前記カバーを取り外し、前記第２グランドパターンと前記ケーブル外部導体とをはんだにて接続するとよい。

本発明によれば、隣接する信号からのクロストークを安価に低減できる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るケーブル付コネクタの概略的分解図である。 図２は第１グランドパターン上にはんだを盛ったときのクロストークを電磁界シミュレーションにて解析した結果を示す図である。 図３は第２の実施の形態のケーブル付コネクタの側面説明図である。 図４は図３の平面説明図である。 図５はカバーの変形例を示す図であって、（ａ）は第１グランドパターンにクリップを実装したプリント基板とプリント基板に接続するフックを有するカバーの概略的分解図、（ｂ）は第２グランドパターンにクリップを実装したプリント基板とプリント基板に接続するフックを有するカバーの概略的分解図である。 図６はケーブル接続部分の一部を拡大した図であって、（ａ）はプリント基板に２心編組ケーブルを接続したときの平面図、（ｂ）はドレイン線を有する２心ケーブルを接続したときの平面図、（ｃ）は同軸ケーブルを接続したときの平面図である。 図７は従来のケーブル付コネクタを示す図である。

図１は第１の実施の形態に係るケーブル付コネクタの概略的分解図である。

図１に示すように、ケーブル付コネクタは、プリント基板１と、プリント基板１に電気的に接続されたケーブル２とで構成される。また、プリント基板１とケーブル２とを電気的に接続する際には、ケーブル２を固定する治具としてカバー１３が使用される。

ケーブル２は、２本のケーブル中心導体５と、これらケーブル中心導体５をそれぞれ被覆するケーブル絶縁体６と、これらケーブル絶縁体６を一括して覆う編組導体からなるケーブル外部導体７とから構成される（このような構成のケーブル２を２心編組ケーブルとする）。ケーブル２は、ケーブル１本で差動信号を伝送可能な構造となっている。プリント基板１にケーブル２を接続する際は、ケーブル中心導体５と、ケーブル絶縁体６と、ケーブル外部導体７とをそれぞれ段剥き状態にする。

プリント基板１は、ケーブル中心導体５とはんだにて接続される信号パターン３と、信号パターン３に間隔を隔てて隣接する第１グランドパターン９と、ケーブル外部導体７とはんだにて接続される第２グランドパターン（接続用グランドパターン）１０と、内層グランド層（内層ベタグランド）１２と、第２グランドパターン１０と内層グランド層１２とを電気的に接続するスルーホール１１とを備えている。プリント基板１を用いて差動信号を伝送させる場合、プリント基板１に２本の（１ペア分の）信号パターン３と第１グランドパターン９とが交互に、かつ、平行に延びて配線される。

第２グランドパターン１０は、第１グランドパターン９とケーブル２のケーブル外部導体７とを電気的に接続するためのものである。第２グランドパターン１０は、プリント基板１の縁部に、各第１グランドパターン９に接続すると共に各信号パターン３と離間するように形成される。また、各第１グランドパターン９上には、導電部材が設けられる。第１の実施の形態では、導電部材ははんだ８からなり、信号パターン３とケーブル中心導体５とを接続するために信号パターン３上に盛られるはんだ２３と同じ高さに形成される。また、はんだ８は、側方（第１グランドパターン９の幅方向）から視たときはんだ２３とケーブル外部導体７外のケーブル中心導体５とにラップするように形成される。なお、導電部材ははんだ８に限るものではなく、導電接着剤や金属部材であってもよい。

スルーホール１１は、第１グランドパターン９の延長線上の第２グランドパターン１０に形成されており、プリント基板１に接続される各ケーブル２から側方に離間されるようになっている。

カバー１３は、プリント基板１上で並列に並ぶケーブル２を隔離すべくケーブル２の長径分の間隔で配置される複数の柵１４と、柵１４に設けられスルーホール１１に差し込まれる位置決めピン１６と、複数の柵１４に柵１４同士を連結するように設けられケーブル２をプリント基板１上に押し付けて固定するための屋根部１７と、柵１４間の屋根部１７で覆われていない部分に形成されるスリット１５とを備えている。

次にケーブル付きコネクタの製造方法と作用について述べる。

ケーブル２を接続する順序としては、まず、プリント基板１の第２グランドパターン１０にはんだ８を塗布し、スルーホール１１間の第２グランドパターン１０上にケーブル外部導体７が載るように段剥きされたケーブル２を並列に並べる。この状態でカバー１３の位置決めピン１６をスルーホール１１に差し込み、ケーブル２にカバー１３を覆い被せる。これにより、ケーブル２のケーブル外部導体７が、第２グランドパターン１０と屋根部１７との間に挟まれて第２グランドパターン１０に押し付けられると共に、柵１４間に挟まれ、ケーブル位置が安定する。そして、ケーブル位置が安定した状態で、信号パターン３とケーブル中心導体５とをスリット１５の上からはんだ２３にて接続することが可能となる。これにより、ケーブル接続位置のずれによるインピーダンス不整合を抑制することができる。その後、カバー１３を取り外し、第２グランドパターン１０とケーブル外部導体７とをはんだ（図示せず）にて接続する。最後に、第１グランドパターン９にはんだ８を盛ることで、隣接する信号ペアからのクロストークを抑制することができる。

図１に示すプリント基板モデルにおいて、第１グランドパターン９上に導電部材としてはんだ８を盛ったときのクロストークを、電磁界シミュレーションにて解析した結果を図２に示す。シミュレーションソフトは、Ａｎｓｏｆｔ社製「ＨＦＳＳ」を用いた。信号パターン３の幅は０．３ｍｍ、第１グランドパターン９の幅は０．３ｍｍ、信号パターン３同士の間隙は０．４４ｍｍ、信号パターン３と第１グランドパターン９との間隙は０．４４ｍｍ、プリント基板１の絶縁層の誘電率は４．２、絶縁層の厚みは０．６ｍｍとした場合、はんだ８を盛ることにより、隣接する信号ペアからのクロストークが３ｄＢ改善した。

このように、ケーブル付コネクタの第１グランドパターン９上に導電部材を設けるため、隣接する信号パターン３からのクロストークを低コストで低減することが可能となる。

導電部材が、はんだ、導電接着剤、及び金属部材の少なくとも１つからなるため、第１グランドパターン９上に導電部材を容易に設けることができる。

また、ケーブル付コネクタを製造するとき、プリント基板１に、複数のケーブル２を電気的に接続し、第１グランドパターン９上に導電部材を設けるため、容易かつ安価にケーブル付コネクタを製造できる。

そして、プリント基板１にケーブル２を電気的に接続するとき、第２グランドパターン１０上に段剥きされたケーブル２のケーブル外部導体７が第２グランドパターン１０上に載るようにケーブル２を並列に並べ、第２グランドパターン１０にケーブル２を押し付けるようにプリント基板１にカバー１３を取り付け、信号パターン３とケーブル中心導体５とをはんだ２３にて接続し、プリント基板１からカバー１３を取り外し、第２グランドパターン１０とケーブル外部導体７とをはんだにて接続するため、ケーブル２の位置を安定させた状態で、信号パターン３とケーブル中心導体５とを接続でき、ケーブル接続位置のずれによるインピーダンス不整合を抑制することができる。

次に第２の実施の形態について述べる。

図３は第２実施の形態に係るケーブル付コネクタの側面説明図であり、図４は図３に示すケーブル付コネクタの平面説明図である。第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略し同符号を付す。

本実施の形態に係るケーブル付コネクタは、カバー１３に金属製の材料を使用することにより、隣接する信号からのクロストークを抑制する効果を持たせるという点において、第１の実施の形態と異なる。

図１に示すように、ケーブル付きコネクタはプリント基板１と、ケーブル２と、カバー１３とで構成される。図３及び図４に示すように、カバー１３は金属からなり、柵１４は第１及び第２グランドパターン９、１０上に設けられる。カバー１３は第１グランドパターン９と電気的に接続され導電部材として機能する。カバー１３の柵１４は、側方から視たときはんだ２３とケーブル外部導体７の一部とにラップするように形成される。

ケーブル２を接続する順序としては、まず、プリント基板１の第１及び第２グランドパターン９、１０と、カバー１３の屋根部１７とにはんだ（図示せず）を塗布する。続いて、段剥きされたケーブル２をスルーホール１１の間に並べる。この状態でカバー１３の位置決めピン１６をスルーホール１１に差し込み、ケーブル２にカバー１３を覆い被せる。そして、第１及び第２グランドパターン９、１０に熱を加える。これにより、ケーブル外部導体７と第１及び第２グランドパターン９、１０と、カバー１３とが電気的に接続される状態となる。その後、信号パターン３とケーブル中心導体５とをスリット１５の上からはんだ２３にて接続する。これにより、隣接する信号ペア間を柵１４で仕切ることができ、心線ペア間の電磁界広がりを抑制でき、隣接する信号ペアからのクロストークを抑制することができる。

このように、導電部材が、第１グランドパターン９上に起立して設けられプリント基板１上で並列に並ぶケーブル２を隔離する複数の柵１４と、これら柵１４を連結すると共にケーブル２をプリント基板１上に押し付けて固定する屋根部１７とを有するカバー１３からなるものとしても、隣接する信号パターン３からのクロストークを低コストで低減することが可能となる。

また、プリント基板１は、内層グランド層１２と、第２グランドパターン１０と内層グランド層１２を電気的に接続するスルーホール１１とを備え、カバー１３は、スルーホール１１に差し込まれる位置決めピン１６を備えるものとしたため、第１グランドパターン９上にカバー１３の柵１４を確実かつ容易に設けることができる。

なお、カバー１３は第１及び第２グランドパターン９、１０上にはんだ付けされるものとしたがこれに限るものではない。例えば図５（ａ）に示すように、カバー１３と第１及び第２グランドパターン９、１０を、互いに着脱自在なクリップ２０とフック２１を介して設けるものとしてもよい。この場合、第１グランドパターン９にクリップ２０を実装し、カバー１３にフック２１を設けるとよい。また、図５（ｂ）に示すように、第２グランドパターン１０にクリップ２０を実装し、カバー１３にフック２１を設けるものとしてもよい。フック２１とクリップ２０でカバー１３とプリント基板１を固定しているので、これらの構造により、カバー１３の着脱が可能となると同時に、隣接する信号パターン３からのクロストークを抑制できる。

また、図６（ａ）に示すように、プリント基板１に接続されるケーブル２が２心編組ケーブルからなる場合について説明したが、これに限るものではない。図６（ｂ）に示すように、プリント基板１に接続されるケーブルはドレイン線１９を有する２心ドレインケーブル２４であってもよい。この場合、ドレイン線１９ははんだ８にて第２グランドパターン１０に接続するとよい。また、図６（ｃ）に示すように、プリント基板１に接続されるケーブルは同軸ケーブル２５であってもよい。この場合、同軸ケーブル２５のケーブル中心導体５に接続される信号パターン３間のプリント基板２６に第１グランドパターン９を形成し、この第１グランドパターン９上にはんだ８を盛るとよい。

ケーブル構造が異なった場合においても、隣接する信号からのクロストークの抑制が可能である。

１ プリント基板
２ ケーブル
３ 信号パターン
５ ケーブル中心導体
７ ケーブル外部導体
９ 第１グランドパターン
１０ 第２グランドパターン
１１ スルーホール
１２ 内層グランド層
１３ カバー
１４ 柵
１６ 位置決めピン
１７ 屋根部

Claims (6)

1. 隣接する信号パターンの間に配線された第１グランドパターンと、前記第１グランドパターンに接続されると共に前記信号パターンと離間して形成された第２グランドパターンとを有するプリント基板に、複数のケーブルが電気的に接続されたケーブル付コネクタにおいて、前記第１グランドパターン上に導電部材が設けられていることを特徴とするケーブル付コネクタ。
2. 前記導電部材が、はんだ、導電接着剤、及び金属部材の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載のケーブル付コネクタ。
3. 前記導電部材が、前記第１グランドパターン上に起立して設けられ前記プリント基板上で並列に並ぶ前記ケーブルを隔離する複数の柵と、これら柵を連結すると共に前記ケーブルを前記プリント基板上に押し付けて固定する屋根部とを有するカバーからなることを特徴とする請求項１記載のケーブル付コネクタ。
4. 前記プリント基板は、内層グランド層と、前記第２グランドパターンと前記内層グランド層を電気的に接続するスルーホールとを備え、前記カバーは、前記スルーホールに差し込まれる位置決めピンを備えることを特徴とする請求項３記載のケーブル付コネクタ。
5. 隣接する信号パターンの間に配線された第１グランドパターンと前記第１グランドパターンに接続されると共に前記信号パターンと離間して形成された第２グランドパターンとを有するプリント基板に、複数のケーブルを電気的に接続し、前記グランドパターン上に導電部材を設けることを特徴とするケーブル付コネクタの製造方法。
6. 前記プリント基板上で並列に並ぶケーブルを隔離するための複数の柵と、これら柵を連結する屋根部とを有するカバーを形成し、前記プリント基板に前記ケーブルを電気的に接続するとき、前記第２グランドパターン上に段剥きされた前記ケーブルのケーブル外部導体が前記第２グランドパターン上に載るように前記ケーブルを並列に並べ、前記第２グランドパターンに前記ケーブルを押し付けるように前記プリント基板に前記カバーを取り付け、前記信号パターンと前記ケーブルのケーブル中心導体とをはんだにて接続し、前記プリント基板から前記カバーを取り外し、前記第２グランドパターンと前記ケーブル外部導体とをはんだにて接続することを特徴とする請求項５記載のケーブル付きコネクタの製造方法。

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