JP2017511576A - ケーブル終端システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】シールド内に位置付けられる第１および第２の絶縁導体を有するケーブルを含むケーブル終端部が開示され、ケーブルは、ドレイン線をさらに含む。本ケーブルは、第１および第２の導体にそれぞれはんだ付けされる第１のパッドおよび第２のパッドを含む回路基板上に搭載される。接地ビアは、第１および第２のパッドの前かつ間に位置付けられ、ドレイン線は、接地ビア内に挿入され、はんだ付けされる。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、２０１４年４月２日に出願された米国仮出願第６１／９７４，２５１号の優先権を主張する。

本開示は、コネクタの分野に関し、より具体的には、プラグコネクタにおいてケーブルを終端する方法に関する。

高性能コンピューティングソリューションにおいて、ケーブルコネクタはますます重要になってきている。データ速度が増加するにつれて、回路基板上のある場所の集積回路（ＩＣ）から別の場所に信号を伝達するために回路基板を使用する方法は、市販の回路基板材料を通した信号送信における固有の損失によって困難になっている。この損失は、回路基板の材料特性の結果であるため（したがって、顕著な改善を提供するために高価な材料を必要とするため）、以前は些細であると見なされていたシステムの他の損失を低減することがより重要となってきた。当然、損失を低減する方法を検討するときに見るべき１つの箇所は、あらゆる移行である。既知のように、領域間の移行は、インピーダンスの不連続をもたらす傾向があり、十分に高い信号周波数でのこれらの不連続は、挿入損失を増加させ、またクロストークの増加をもたらす傾向もあるエネルギー反射に繋がり得る。

ケーブルコネクタは、コネクタ部分において接触部およびケーブル部分において導体を有する端子を有するため、当然、移行がある。したがって、ケーブル自体は、低損失（メートル当たりおよそ５ｄＢ未満の損失）を提供し得るが、当業者であれば、ケーブルと接触部との改善された移行を提供し得るケーブルアセンブリのさらなる改善を理解するであろう。

ケーブルコネクタは、第１のトレースおよび第２のトレース、ならびに第１のトレースと第２のトレースとの間に、ただしオフセット様式で配置される接地ビアを有する、回路基板を含む。ケーブルは、回路基板に搭載される。ケーブルは、第１の導体および第２の導体に巻かれるシールドを含む。第１および第２の導体はそれぞれ、一対の絶縁導体を形成するために、導体の長さに沿って円柱状に延在する絶縁層で囲まれる。ドレイン線は、シールドのすぐ内側に位置付けられ、一対の絶縁導体に隣接する。第１の導体は、第１のトレースにはんだ付けされる。第２の導体は、第２のトレースにはんだ付けされる。ドレインケーブルは、接地ビアにはんだ付けされる。所望される場合、ドレイン線は、接地ビアへのはんだ接続の前に、第１の導体と第２の導体との間を通り得る。

本発明は、例として示されており、同様の参照番号が同様の要素を示す添付の図面において限定されない。

回路基板へのケーブル終端部の実施形態の斜視図である。 図１に示される実施形態の簡略化された斜視図である。 図２に示される実施形態の別の斜視図である。 図３に示される実施形態の部分分解斜視図である。 図４に示される実施形態の別の斜視図である。 回路基板の第１の側のケーブル終端部の別の実施形態の斜視図である。 図６に示される回路基板の第２の側のケーブル終端部の斜視図である。 図６に示される実施形態の簡略化された斜視図である。 図６に示される実施形態の別の斜視図である。 図９に示される実施形態の部分分解斜視図である。

以下の発明を実施するための形態は、例示的な実施形態を説明しており、明示的に開示された組み合わせに限定されるようには意図されない。したがって、別途示されない限り、本明細書に開示された特徴は、共に組み合わされて、簡潔さの目的のために別途示されなかったさらなる組み合わせを形成し得る。

既知のように、ケーブルアセンブリは、ケーブル、プラグコネクタ、およびケーブルとプラグコネクタとの間の接続部（例えば、ケーブル終端部）を含む。図１〜１０は、改良されたケーブル終端部を提供するために使用され得る特徴を例示する。図１〜１０は、様々な終端構成を例示し、支持する回路カード（またはそれに伴うコネクタ）の残りの設計について限定されるようには意図されないことに留意すべきである。したがって、回路基板という用語は、従来の回路基板ならびにトレースおよびビアを有する他の基板を含む。

１つ判明していることは、ケーブル終端部は、２．５ＧＨｚまたはさらには５ＧＨｚ等のより低い信号周波数で比較的重要でない一方で、１０ＧＨｚ以上等の高い信号周波数でより重要となることである。ケーブルと回路カード（パドルカード等）との間の従来の終端部は、（より高い周波数用途において一般的に使用されているような様々な信号構成を仮定すると）回路基板上に３つのパッドを含み、２つは信号用で、１つは接地用である。既存の設計では、接地、信号、信号配置または信号、接地、信号配置の２つの基本的な構成のうちのいずれかの構成にパッドが配置された。

既知の方法は両方とも、より高い周波数で問題となることが判明している。これらの問題の１つの理由は、２つの導体（一対の伝導性端子を形成し、差動対と称され得る）が、絶縁層によって離間され、２つの絶縁導体が、（スプリアス信号からのさらなる保護を提供するために）典型的にはシールドである外層の内側に並んで位置付けられることである。したがって、様々なモードで作用する導体間に存在する電磁場ならびに共通モードと見なされ得る導体とシールドとの間の場がある。ケーブルに沿って移動する間、これらの場の形状は、反射またはインピーダンスの不連続が最小限となるように、屈曲部の周りでも適度に良好に維持される。しかしながら、ケーブルが回路カードに終端されるとき、物理構成は維持されず、物理構成の急な変化は、場の形状を変化させ、ケーブルの種々の構成要素間でインピーダンスの変化を生じさせ、インピーダンスの不連続および著しい反射の可能性を生じさせる（これは、挿入損失を増加させる傾向がある）。

上記の課題は、通常の終端部において、シールドが途切れ、電圧基準面が、差動対の片側に位置付けられる信号ドレイン線によって続くという事実によってさらに悪化する。このようにして、３６０度に延在する導体とシールドとの間の連結が急に、単一の方向に沿って集中を受ける。この課題は、２つ導体間にあるがオフセットされていたドレイン線が、次いで、差動対の片側か、またはそれらの間に直接設置されるという事実によってさらに複雑にされる。したがって、回路基板のパッドの配向は、ケーブル終端部をさらに複雑にし、さらなる信号品質問題を生じさせる。

この課題に対処すると見なされている１つの方法は、差動対の反対側で２つのドレイン線を使用することである。そのような構成は、終端部においてより良好な対称性を提供するのに役立つが、一方で、２つのドレイン線を有することは、屈曲時に課題を引き起こすため、したがって、最小限のシステムレベルの利点しか提供し得ない。加えて、終端時、２つのドレイン線を固定する必要性は、さらなる空間が必要とされることを意味する。したがって、特定の用途では、２つのドレイン線の使用は望ましくない。

図１〜５から理解され得るように、上記の課題を解決するのに役立ち得るケーブル終端部２０の実施形態が示され、図は、ドレイン線５６が接地ビア３５内に終端される実施形態を示す。より具体的には、ケーブル５０は、第１の導体５４および第２の導体５５（合わせて伝導性対を形成する）を含み、各導体は、絶縁スリーブ５７内に位置付けられる。ドレイン線５６は、伝導性対の片側に沿って位置付けられ、ケーブルシールド５９は、ドレイン線５６ならびに第１および第２の導体５４、５５を巻く。終端部を制御し、配向するのに役立つために、ドレイン線５６を、接地ビア３５内に延在させることが好ましいが、電気的観点から、ドレイン線５６を、接地ビア３５内に延在させることなく、接地ビア３５にはんだ付けすることで十分であることに留意すべきである。

回路基板３０は、回路基板３０に沿って所定の距離を延在し得る差動伝送線を共に形成する、第１のトレース３１および第２のトレース３２を含む。第１および第２のトレース３１、３２のそれぞれは、それぞれの導体にはんだ付けされるように構成されるパッド３３を含む。はんだフィレット６０は、導体５４、５５をパッド３３に固定する。示されるように、第１のパッド３３ａは、中心線３４ａを含み、第２のパッド３３ｂは、中心線３４ｂを含む。中心線３４ａ、３４ｂは、互いに平行であり得、接地ビア３５は、中心線３４ａ、３４ｂの間に位置付けられる。実施形態において、接地ビア３５を越え、かつ中心線３４ａ、３４ｂに平行である中心線３５ａが、中心線３４ａ、３４ｂと等距離となる（例えば、中心線３４ａ、３４ｂのちょうど中間にある）ように、接地ビアは位置付けられ得る。理解され得るように、回路基板３０は、縁３０ａを有し、接地ビアは、縁３０ａから第１の距離に位置付けられる。トレースのそれぞれは、縁３０ａから第２の距離にある位置で開始し、第２の距離は、第１の距離より大きい。実施形態において、より望ましい電気性能を提供するために、第２の距離は、第１の距離より少なくとも０．５ｍｍ大きい。

図１〜５に示される終端部は、対称性の観点から多少問題であるように見えるが、やや驚くべきことに、そのような終端構成は、従来の３つのパッドの使用よりも優れていることが判明している。加えて、理解され得るように、２つの信号トレース間を延在する中心線上の接地ビアの位置は、より小型の終端配置を可能にする。そのような構造は、コネクタピッチが０．８ｍｍより小さくなる実施形態において特に有用である。示された構成は、例えば、０．５ｍｍピッチで接触システムを支持するように意図されるコネクタで良好に機能する。

個々の成形キャップ４０、４１が示されているが（１つが各終端対を被覆）、良好な張力緩和を提供し、かつ導体を回路基板にしっかりと取り付けるのに役立つために、実際は、一体型の成形キャップが使用され得る（例えば、単一の成形が、回路基板の片側または両側およびケーブルの一部を被覆し得る）ことが予想されることに留意すべきである。しかしながら、別途示されない限り、成形キャップの使用は任意であり、限定するようには意図されない。成形キャップが提供される場合、成形キャップ内の溝４２は、所望される場合、終端領域のインピーダンスを改善させるために、２つの導体間に設置され得る。

図６〜１０は、終端部１２０の実施形態を例示する。ケーブル１５０は、ケーブル５０と同様の様式で構築され得（第１および第２の導体１５４、１５５、ドレイン線１５６、およびシールド１５９を有する）、回路基板３０と実質的に同一の構造を有する回路基板１３０に終端され得る。したがって、接地ビア１３５とトレース１３１の端１３１ａとの間の距離１３８は、好ましくは、０．５ｍｍより大きくなり得る。終端部１２０における差は、ドレイン線１５６が、第１および第２の導体１５４、１５５の下ではなく上に延在するように、ケーブルの配向が１８０度回転することである。したがって、ドレイン線は、接地ビア１３５内に挿入される前に、導体１５４、１５５の間を横方向に延在する。これは、電磁場の問題を引き起こすことが予想されるが、やや驚くべきことに、ドレイン線１５６を、接地ビア１３５に電気的に接続する前に、導体１５４、１５５の間に延在させることは、導体とシールド間の連結を管理する際にさらなる改善を提供し、図１〜５に示される実施形態と比べてインピーダンスの不連続をさらに低減させることが判明している。

ケーブルは、示されるように、導体が、回路基板の両側で（トレースの残りと同一の寸法を有するか、または所望される場合、異なる寸法を有するように構成され得る）パッドにはんだ付けされるように、回路カードの両側に終端され得ることに留意すべきである。そのような構造は、必要とされないが、小型のコネクタを有することが望ましい用途での使用に適しているより小型の終端構成を提供するのに有利である。

本明細書に提供される開示は、特徴の好ましく、例示的な実施形態の観点から特徴を説明する。本開示を再検討することにより、当業者には、添付の特許請求の範囲および趣旨内の多くの他の実施形態、修正形態、および変形形態が想起されるであろう。

Claims (10)

1. 外部シールドと、絶縁被覆を有する第１の導体と、絶縁被覆を有する第２の導体と、前記外部シールドの内側に、かつ前記第１および第２の導体に沿って位置付けられるドレイン線とを有する、ケーブルと、
   第１の縁を有する回路基板であって、該回路基板は、第１のパッドを有する第１のトレースおよび第２のパッドを有する第２のトレースを有する第１の側を有し、前記第１および第２のパッドは離間され、該パッドのそれぞれは、前記縁に向かって延在する中心線を有する、回路基板と、を備え、該回路基板は、前記第１および第２のパッドの中心線の間に位置付けられる接地ビアをさらに含み、前記第１の導体は、前記第１のパッドにはんだ付けされ、前記第２の導体は、前記第２のパッドにはんだ付けされ、前記ドレイン線は、前記接地ビアにはんだ付けされる、ケーブル終端部。
2. 前記ドレイン線は、前記接地ビアにはんだ付けされる前に、前記第１および第２の導体の間に横方向に延在する、請求項１に記載のケーブル終端部。
3. 前記ドレイン線は、前記接地ビア内に延在する、請求項１又は２に記載のケーブル終端部。
4. 前記回路基板は、０．５ｍｍピッチで接触部を有するコネクタを支持するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のケーブル終端部。
5. 前記パッドは、前記縁から第１の距離に位置付けられ、前記接地ビアは、該接地ビアの中心が、前記縁から第２の距離にあり、前記第１の距離が、前記第２の距離より少なくとも０．５ｍｍ大きくなるように位置付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のケーブル終端部。
6. 前記回路基板上に提供される成形キャップをさらに備え、該成形キャップは、前記導体と前記回路基板との間の接続を保護し、維持するのに役立つように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のケーブル終端部。
7. 前記成形キャップは、前記第１および第２の導体のはんだ接続部間に溝を有する、請求項６に記載のケーブル終端部。
8. 前記回路基板は、第３のトレースおよび第４のトレースならびに別の接地ビアを有する第２の側を有し、前記第３のトレースは、第３のパッドを有し、前記第４のトレースは、第４のパッドを有し、前記終端部は、第３の導体、第４の導体、別のシールド、および別のドレイン線を有する第２のケーブルをさらに備え、前記第３の導体は、前記第３のパッドにはんだ付けされ、前記第４の導体は、前記第４のパッドに終端され、前記他のドレイン線は、第１のパッドを有する第１のトレースおよび第２のパッドを有する第２のトレースを有する前記回路基板の第２の側に終端される前記他の接地ビア内に位置付けられ、はんだ付けされる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のケーブル終端部。
9. 前記成形キャップは、前記回路基板の第１および第２の側を被覆し、前記回路基板の両側のはんだ接続部を保護するように構成される、請求項８に記載のケーブル終端部。
10. 前記第１および第２のパッドの中心線は、平行であり、該第１および第２のパッドの中心線から等距離にあり、かつ該第１および第２のパッドの中心線に平行である中心線は、前記接地ビアを越える、請求項１〜９のいずれか１項に記載のケーブル終端部。

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