JP2011222576A

JP2011222576A - プリント基板

Info

Publication number: JP2011222576A
Application number: JP2010086797A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Itokawa; 利裕糸川; Hiroyuki Motoki; 浩之本木
Original assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Current assignee: Aica Kogyo Co Ltd
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】同軸コネクタ接続部を有するプリント基板であって、信号周波数４０ＧＨｚクラスの信号伝送において、伝送損失の小さい同軸コネクタ接続部を有するプリント基板を提供する。
【解決手段】同軸コネクタ接続部に、グランドパターンと接続され、かつ、ランドを有する端面スルーホールを設け、かつ、この端面スルーホールを信号線路に近接して位置させることにより、伝送損失が抑制されることを手段とする。
【選択図】図１

Description

この発明はプリント基板に関する。詳しくは、同軸コネクタ接続部を有するプリント基板に関し、さらに詳しくは、信号周波数４０ＧＨｚクラスの信号伝送において、伝送損失の小さい同軸コネクタ接続部を有するプリント基板に関する。

プリント基板に形成された信号線路の伝送特性の試験を行う場合、実際に使用するプリント基板を製作し、必要な信号線路の伝送特性を試験することが望ましい。しかし、プリント基板を製作する際の製作上のコストや手間を考慮し、伝送特性を試験すべき信号線路のみを形成した試験用のプリント基板（以下試験板という）を製作して、この試験板を用いて信号線路の試験を行うことがある。

前述の試験板の例を図１２から図１７に示す。図１２及び図１３は、それぞれ、試験板２００の上面図及び上層パターン図である。図１４及び図１５は、ぞれそれ、試験板２００の底面図及び下層パターン図である。図１６は図１２において一点破線で囲む領域Ｓの拡大図である。図１７は図１６において一点破線で囲む領域Ｔの拡大図である。

試験板２００は、絶縁基材としてガラスエポキシ基材（以下基材という）を用いた２層構造のプリント基板からなる。試験板２００は基材の上層側に信号線路２０１及びグランドガードパターン２０２が形成されている（図１３参照）。グランドガードパターン２０２は下層側のグランドパターン（後述）とスルーホール２０４及びスルーホール２０５により接続されている。なお、図面においてスルーホール２０５については、代表的な２カ所しか符号を記していないが、その他の小円の記載はすべてスルーホール２０５である。このグランドガードパターン２０２は、信号線路２０１に高周波信号を流す際の伝送安定を確保するために設けている。そして、信号線路２０１及びグランドガードパターン２０２のさらに上側に、一部を除いてソルダーレジスト２０６を全面に渡って被覆している（図１２参照）。このソルダーレジスト２０６が被覆されていない箇所が上層側の同軸コネクタ接続部となる。

また、試験板２００は、基材の下層側にベタ形状のグランドパターン２０３が形成されている（図１５参照）。そして、グランドパターン２０３は、前述の通り、基材の上層側に形成されているグランドガードパターン２０２と、スルーホール２０４及びスルーホール２０５により接続されている。さらに、グランドパターン２０３の上側を、一部を除いてソルダーレジスト２０７で全面に渡って被覆している。このソルダーレジスト２０７が被覆されていない箇所が下層側の同軸コネクタ接続部となる。なお、この試験板２００の寸法は、短手方向×長手方向＝２０ｍｍ×６５ｍｍ、基材の厚みは０．２２ｍｍ、信号線の幅は０．３９ｍｍである。
図１６は、図１３の領域Ｓの拡大図である。図１７は、図１６の領域Ｔの拡大図である。

この試験板２００は、信号線路２０１の伝送特性を試験するために製作したものである。実際の試験方法を以下に述べる。図１８は、ネットワークアナライザ２１０を用いて、試験板２００の信号線路２０１の伝送特性を試験している様子を示す模式図である。

図１８に示すように、試験板２００に横付け型の同軸コネクタ２０８を嵌合し、同軸ケーブル２０９を介して、ネットワークアナライザ２１０に接続する。そして、ネットワークアナライザ２１０により信号線路２０１のＳパラメータを測定することで、信号線路２０１の伝送特性を試験することができる。なお、図１８においては、試験板２００及び同軸コネクタ２０８の記載は、これらを上面から見た状態を示している。

ここで、同軸コネクタ２０８を例示すると、ＥｎｄＬａｕｎｃｈＣｏｎｎｅｃｔｏｒ１４９２−０３Ａ−５（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＭｉｃｒｏｗａｖｅ社製、商品名）を使用することができる。また、ネットワークアナライザ２１０を例示すると、Ａｇｉｌｅｎｔ８５１０Ｃ（アジレントテクノロジー社製、商品名）を使用することができる。

前述の試験を行う場合、信号線路２０１には、ネットワークアナライザ２１０からの試験用信号が正確に入力されることが必要である。この点に関し、同軸コネクタ２０８と試験板２００の接続部位の近辺において、信号電流に対してリターン電流の経路が長くなる場合、信号伝送損失が大きくなることが下記特許文献１において指摘されている。

特開２００９−０８９２０４７号公報

一方、光信号を電気信号に変換して種々の処理を行うという光−電気信号伝送に供されるプリント基板では、４０〜１００Ｇｂｐｓクラス、周波数換算でおおむね４０ＧＨｚクラスの信号伝送の保証が要求される。

ここで、前述の試験板２００の信号線路２０１に、信号周波数４０ＧＨｚクラスまでのＳパラメータを測定した。

図１９は、信号線路２０１のＳパラメータの測定結果を示すグラフである。Ｓ２１及びＳ１１は、それぞれ、信号線路２０１の透過特性及び反射特性を示すものである。図１９を参照すると、Ｓ２１では、信号周波数３０ＧＨｚ以上のところに凹みがみられる。すなわち、これは、信号線路２０１は、この周波数領域、すなわち、おおむね３０ＧＨｚ以上では透過特性が劣っており、この領域において伝送損失が生じうることを示している。

その理由の一つとして、試験板２００では、信号電流とリターン電流の経路長に差が生じており、その差に由来する共振が起き、伝送損失が生じたと推測される。図２０に、試験板２００におけるリターン電流の推測経路を表示した図を示す。図２０を参照すると、板端に達したリターン電流は、板端から近傍のスルーホール２０４に向かうので、この分、リターン電流の経路が長くなっている。

そこで、本願発明者らは、信号電流及びリターン電流の経路長の差が小さくなるコネクタ接続部位の形状を検討し、良好な結果を得ることができた。よって、本発明は、同軸コネクタ接続部を有するプリント基板であって、信号周波数４０ＧＨｚクラスの信号伝送において、伝送損失の小さい同軸コネクタ接続部を有するプリント基板を提供するものである。

上記課題を解決する手段は、プリント基板の同軸コネクタ接続部に、グランドパターンと接続され、かつ、ランドを有する端面スルーホールを設け、かつ、この端面スルーホールを信号線路に近接して位置させることとしたものである。

本発明では、グランドパターンを流れるリターン電流の経路が、これに接続された端面スルーホールを介して同軸コネクタのグランド部と直結される。これにより、リターン電流の経路が短くなるので、リターン電流の経路による信号伝送損失を抑制することができる。

プリント基板の上面図。プリント基板の上層パターン図。プリント基板の底面図。プリント基板の下層パターン図。図１の領域Ａの拡大図。図５の領域Ｂの拡大図。図２の領域Ｃの拡大図。図７の領域Ｄの拡大図。図５で示す箇所の斜視図。プリント基板の信号線路のＳパラメータの測定結果を示すグラフ。プリント基板のリターン電流の推測経路の表示図。試験板の上面図。試験板の上層パターン図。試験板の底面図。試験板の下層パターン図。図１３の領域Ｓの拡大図。図１６の領域Ｔの拡大図。試験板の信号線路の伝送特性を試験している様子を示す模式図。試験板の信号線路のＳパラメータの測定結果を示すグラフ。試験板におけるリターン電流の推測経路の表示図。

図１及び図２は、それぞれ、本発明になるプリント基板の上面図及び上層パターン図である。プリント基板は、絶縁基材としてガラスエポキシ基材（以下基材という）を用いた２層構造のプリント基板であって、プリント基板は、基材の上層側に信号線路及びグランドガードパターンが形成されている。グランドガードパターンは下層側のグランドパターンとスルーホール及びスルーホールにより接続されている。なお、図面においてスルーホールについては、代表的な２カ所しか符号を記していないが、その他の小円の記載はすべてスルーホールである。このグランドガードパターンは、信号線路に高周波信号を流す際の伝送安定を確保するために設けている。そして、信号線路及びグランドガードパターンのさらに上側に、一部を除いてソルダーレジストを全面に渡って被覆している。
そして、同軸コネクタ接続部に、グランドパターンと接続され、かつ、ランドを有する端面スルーホールが設けられ、かつ、上記端面スルーホールは信号線路に近接して位置する。

図１及び図３は、それぞれ、本発明になるプリント基板１０１の上面図及び底面図である。このプリント基板１０１は、銅パターンからなる同軸コネクタ接続部１０２を有し、さらに、最上層及び最下層がソルダーレジスト１０３で被覆されている。

図５は、図１において一点破線で囲む領域Ａを拡大した図である。これを参照すると、同軸コネクタ接続部１０２には、同軸コネクタを固定するためのスルーホール１０４が設けられている。

図６は、図５の領域Ｂを拡大した図である。これを参照すると、プリント基板１０１の板端にランド１０５を有する端面スルーホール１０６が設けられ、さらに、信号線路１０７が設けられている。

プリント基板１０１の構成について、さらに詳しく説明すると、図２は、プリント基板１０１のソルダーレジストを被覆していない状態を示す上面図である。また、図４は、プリント基板１０１のソルダーレジストを被覆していない状態を示す下面図である。

すなわち、これは、信号層のパターンを示すものである。信号層は、その中心に信号線路１０７が設けられているとともに、その両端には、グランドガードパターン１０８が設けられており、このグランドガードパターン１０８は、下層のグランドパターンとスルーホール１０４及びスルーホール１０９で接続されている。すなわち、このグランドガードパターン１０８は、接地電位を与えるものである。

このプリント基板１０１に対し、図１８に示すのと同じように信号線路の試験を行った。図１０は、プリント基板の信号線路のＳパラメータの測定結果を示すグラフである。これより、伝送損失が抑制されていることがわかる。

これについて以下の通り、考察する。図１１は、プリント基板のリターン電流の推測経路を表示した図である。プリント基板においては、リターン電流は、板端に達すると、すぐ近くにある端面スルーホールに達し、スルーホールを介して端面めっき部に到達し、ここからコネクタのグランド部に流れる。よって、プリント基板では、試験板に比べて、リターン電流の経路が短くなっている。ゆえに、本発明のプリント基板では、リターン電流の経路が長くなることによる影響は抑制される。実際、グラフを見れば、伝送への影響がない水準になっている。

１０１プリント基板
１０２同軸コネクタ接続部
１０３ソルダーレジスト
１０４スルーホール
１０５ランド
１０６端面スルーホール
１０７信号線路
１０８グランドガードパターン
１０９スルーホール
２００試験板
２０１信号線路
２０２グランドガードパターン
２０３グランドパターン
２０４スルーホール
２０５ランド
２０６ソルダーレジスト
２０７ソルダーレジスト
２０８同軸コネクタ
２０９同軸ケーブル
２１０ネットワークアナライザ

Claims

同軸コネクタ接続部に、グランドパターンと接続され、かつ、ランドを有する端面スルーホールが設けられ、かつ、上記端面スルーホールは信号線路に近接して位置することを特徴とするプリント基板。