JP2017537461A

JP2017537461A - 相互接続遷移装置

Info

Publication number: JP2017537461A
Application number: JP2017518881A
Authority: JP
Inventors: エス．アイソム，ロバート; カセモデル，ジャスティン; エム．エリオット，ジェームズ
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2017-12-14
Also published as: EP3205188A1; WO2016057105A1; US9468103B2; CA2960698A1; US20160105963A1; IL250986A0

Abstract

第1回路基板と第2回路基板とを接続するための遷移装置が提供される。遷移装置は、複数のエッジと、エッジ間に確定される長さとを有するビームと；ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；ビームのエッジに配置される接続部であり、ビーム回路を、第1回路基板及び第2回路基板のそれぞれの回路に、第1回路基板及び第2回路基板のそれぞれの内部の対向する表面において、接続するための接続部と；を含む。

Description

本発明は、相互接続に関し、より詳細には、相互接続遷移装置に関する。

遷移の設置において、第1部分はしばしば回路基板を含み、第2部分はしばしば別の回路基板を含む。第1部分及び第2部分は、一般に、互いから所定の距離に配置されており、こうして第1部分の基板と第2部分の基板との間に「垂直」の遷移体を設けることが頻繁に必要である。そのような垂直遷移体は、アセンブリ当たりの多数の遷移体の可能性を考慮すると、小型化された間隔及び低コストを提供するために、小さくなければならない。

現在、電子アセンブリのための垂直遷移体は一般的に、回路基板と対応する回路の残りの部分との間に配置される接続部及びブレット（bullets）とともに設計される。このことにより一般に、遷移体当たり少なくとも２つの接続部と１個のブレットが要求され、これらが典型的に、システムのコストのかなりの部分を占める。しかしながら、回路間隔が縮小しあるいは密度が増加するにつれて、接続部及びブレットの取付けが、その大きな物理的寸法のために、小型化を制限する傾向がある。

いくつかのケースでは、実際には、所与の設計で使用可能なスペースに２個の接続部と１個のブレットを取り付けることは不可能である。このような状況では、ポゴピン（pogo pins）、毛羽立ちボタン（fuzz buttons）、又は同軸給電構造を遷移体内に用いた、機械加工組立体が要求される。しかし、これらの構成要素は、製造コスト及び組立コストを増加させ、かつ自動組立が容易ではないため、より高価なシステムとなってしまう。

本発明の一実施形態に従って、第1回路基板と第2回路基板とを接続するための遷移装置が提供される。遷移装置は、複数のエッジと、エッジ間に確定される長さとを有するビームと；ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；ビームのエッジに配置される接続部であり、ビーム回路を、第1回路基板及び第2回路基板のそれぞれの回路に、第1回路基板及び第2回路基板のそれぞれの内部の対向する表面において、接続するための接続部と；を含む。

他の実施形態に従って、第1回路基板と第2回路基板とを接続するための遷移装置が提供される。遷移装置は、複数のエッジと、エッジ間に確定される長さとを有するビームであり、第１回路基板及び第２回路基板に対して横方向に配置されるビームと；ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；ビームのエッジに配置される接続部であり、ビーム回路の第1端部及び第2端部を第1回路基板及び第2回路基板のそれぞれの回路に接続するための接続部と；を含む。

さらに他の実施形態に従って、アンテナアレイが提供される。アンテナアレイは、放射素子のアレイと、第１表面とを含む第１回路基板と；給電電子回路と、第１表面に対面する第２表面とを有する第２回路基板と；遷移装置とを含む。遷移装置が、それぞれ複数のエッジと、該エッジ間に確定される長さとを有する複数のビームと；該ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；ビームのエッジに配置される接続部であり、ビーム回路を、第1表面において放射素子に接続し、第2表面において給電電子回路に接続する、接続部と；を含む。

本発明の技術を通じて、追加的な特徴及び利点が実現される。本発明の他の実施形態及び見地が本書面で詳細に説明され、これらは請求項に係る発明の一部を構成する。利点及び特徴を通じた本発明のより良い理解のために以下の説明及び図面を参照する。

本発明であるとみなされる主題が、明細書の末尾にある請求項において特定的に指示し、かつ明白に請求される。本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照した以下の明細書から明白である。
実施形態に従ったアンテナアレイの斜視図である。図１のアンテナアレイの一部の斜視図である。図２のアンテナアレイの一部のキャスタレーション（castellations）の拡大図である。図３のキャスタレーションの側面図である。図１のアンテナアレイの十文字形交差した複数のビームの斜視図である。変形実施形態に従ったアンテナアレイの一部の斜視図である。

後述するように、ハンダリフロー処理のために自動化された垂直遷移装置（a vertical transition apparatus）が設けられ、例示的な場合としてアンテナアレイの回路基板を接続するために配置することができる。垂直遷移装置は、上下縁の両方にハンダ付け可能なキャスタレーションを備えた多層プリント回路基板設計を使用し、フェース（face）及びアレイチャネルごとに複数の接続点をもたらす。これは、アンテナアレイ設計又は同様のデバイスの設計の低損失、低コスト実装を提供することができる。

図1〜図5を参照すると、様々な分野及び技術で使用するためのアンテナアレイ10が提供される。アンテナアレイ10は、第1回路基板20と第2回路基板30とを含む。第1回路基板20は、基板21と、内部表面又は第1表面22と、第1表面22に対向する第2表面23と、第2表面23上に配置され、アンテナアレイの外部に面する放射素子24とを含む。第2回路基板30は、基板31と、第1表面32と、内部表面又は第2表面33と、アンテナアレイ10の動作に関連するバラン（baluns）、マニホールド、回路構造体及び給電構造体（feed structures）などの複数のコンポーネント34（図3参照）とを含む。第2表面33は第1表面22に対して相補的であり、第2表面33は、第1表面22に対向し、第1表面22から距離をおいて配置されている。

アンテナ装置10はさらに、遷移装置（a transition apparatus）40を含む。遷移装置40は、第1回路基板20と第2回路基板30との間に配置された複数のビーム50（図5）を含む。各ビーム50は、上下のエッジ51，52（図5参照）及びエッジ51，52間に限定された長さ（又は高さ）53を有する。実施形態に従って、各ビーム50は細長くてもよく、エッジ51，52は、長さ53がビーム50の長手方向長さを表すように長手方向端部のエッジとして定義されてもよい。各ビーム50はさらに、第1回路基板20及び第2回路基板30のそれぞれとともにエッジ51，52において直角を形成するように配置しても良く、それによりビーム50の長さ53が第1回路基板20と第2回路基板30との間の距離を表す。

遷移装置40はさらに、ビーム50の長さ53に沿って延びるように配置された各ビーム50用のビーム回路60及び接続部70（図2~図4参照）を含む。各ビーム50について、接続部70はエッジ51，52に配置され、ビーム回路60を第1回路基板20の第1表面22の放射素子24に接続し、かつ、ビーム回路60を第2回路基板30の第2表面33における構成要素34（すなわち、給電電子回路）に接続する。

実施形態に従って、ビーム回路60は、1つ又は複数の信号コンポーネント61及び1つ又は複数の接地コンポーネント62を含んでも良い。このような信号及び接地コンポーネント61及び62は、対応するビーム50の長さ53の少なくとも一部に沿って、配置することができる。

より詳細には、第1回路基板20は、第1の表面22に放射素子24を含み、回路25も含む。回路25は、第1表面22で放射素子24から延び、基板21を通り、ある例では第2表面22に延びる。こうして、第1回路基板20の回路25は、第1表面22から第2表面23に及びその逆に基板21を貫通し、かつ第1表面22及び第2表面23に沿って延びる内部及び表面レベルのトレース250を含むことができる。同様に、第2回路基板30は、複数のコンポーネント34と回路35とを含む。回路35は、コンポーネント34から基板31を貫通して、第1表面32と第2表面33との間を延びる。こうして、第2回路基板30の回路35は、基板31を貫通し、第1表面32と第2表面33との間を延び及びそれらに沿って延びる内部及び表面レベルのトレース350を含むことができる。

このように構成された回路25及び35によって、接続部70は、第1回路基板20の第1表面22において又はその近傍に、及び第2回路基板30の第2表面33において又はその近傍に配置される。換言すれば、接続部70は、アンテナアレイ10の遷移装置40の内部対向表面に形成されている。

実施形態に従って、接続部70は、キャスタレーション80と、キャスタレーション80から内部回路トレース250/350まで延びるリフローハンダ90とを含むことができる。さらなる実施形態、特にビーム回路60が信号コンポーネント61及び接地コンポーネント62を含む実施形態において、キャスタレーション80はグループで提供されてもよい。そのようなグループは、例えば、信号キャスタレーション81と、信号キャスタレーション81の反対側に配置された接地キャスタレーション82（図4参照）とを含むことができる。この構成は図3に示す構成に対応し、信号キャスタレーション81が信号コンポーネント61に結合され、接地キャスタレーション82が接地コンポーネント62にそれぞれ結合されている。

キャスタレーション80はU字形の構成で提供されても良く、キャスタレーション80が、対応するビーム50のエッジ51，52の周りに巻き付く。信号コンポーネント61の場合、対応する信号キャスタレーション81は、第1脚部810、第2脚部811及び第3脚部812を含む。図3に示すように、第1脚部810は、ビーム50の外方表面に沿ってエッジ52に向かって長手方向に延び、深さ方向及び横方向の少なくとも一方又は両方方向においてテーパ付けられたテーパ部分を含むことができる。第2脚部811は、ビーム50の他の外方表面に沿ってエッジ52から離れて長手方向に延びる。第3脚部812は、エッジ52に沿って深さ方向に延び、よって第1脚部810及び第2脚部811を接続する。リフローされたハンダ90は、概ね、少なくとも第3脚部812に接続する。

同様に、接地コンポーネント62の場合、対応する接地キャスタレーション82の各々が、第1脚部820と、第2脚部821と、第3脚部822とを含む。図3に示すように、第1脚部820は、ビーム50の外方表面に沿ってエッジ52に向かって長手方向に延び、深さ方向及び横方向の少なくとも一方又は両方の方向においてテーパ付けられたテーパ部分を含むことができる。第2脚部821は、ビーム50の他方の外方表面に沿ってエッジ52から離れて長手方向に延びる。第3脚部822は、エッジ52に沿って深さ方向に延び、よって第1脚部820及び第2脚部821を接続する。リフローされたハンダ90は、概ね、少なくとも第3の脚部822に接続する。

さらに別の実施形態に従って、キャスタレーション80は、任意のタイプのキャスタレーション構成及び材料を含むことができる。例えば、少なくとも1つ又は複数のキャスタレーション80が、ホットエアーハンダレベリング（a hot air solder leveling （HASL））又は無電解ニッケル／浸漬金（electroless nickel/immersion gold （ENIG））のキャスタレーションとして提供されてもよい。

回路基板間の従来の遷移装置は約18GHz伝送を可能にするが、本明細書で記載した遷移装置40は、第1回路基板20と第2回路基板30との間で約30GHzまでの広帯域伝送を支持するように構成することができる。このような広帯域能力が可能になるのは、ビーム回路60内の信号及び接地コンポーネント61及び62を提供すること、及びキャスタレーション80の小さなフィーチャサイズの柔軟性（すなわち、約5ミルの分離を有する約10ミルのキャスタレーション及び/又は1平方インチあたり約195若しくはそれ以上のハンダ付けされた接続部の可能性）による。さらに、ビーム50は、第1回路基板20及び第2回路基板30の少なくとも一方又は両方にインピーダンス整合された材料で形成することができるが、ビーム50全体の形状は、異なる特定の用途に対して可変であってもよい。一例として、ビーム50は、Rogers 4350B又はFR4処理に適合する他の材料で形成することができる。

図2及び図5を参照すると、複数のビーム50は、十文字形の構造500で提供されてもよい。この十文字形の構造500は、任意の全体形状（例えば、正方形、長方形、六角形、八角形、円形など）を有して良いが、本実施形態では四角形/矩形の全体形状を有する十文字形構造500の図示の例に関して議論する。図5に示すように、複数のビーム50は、互いに平行であり第1方向に延びる第1ビーム群501と、互いに平行であって、第1方向を横切るあるいはそれに垂直な第2方向に延びる第2ビーム群502とを含む。こうして、ビーム501aは交差部503_aa~anでビーム502_a~nと交差し、ビーム501bは交差部503_ba~bnでビーム502a~nと交差し、以下同様である。

図2に示すように、第1ビーム群501及び第2ビーム群502の取付け又は嵌合（fitting）を促進するために、複数のビーム50は、各交差部503_aa~an，503_ba~bnなどにおいてノッチ510（図2）を含む。すなわち、交差部503_baにおいて、ビーム501bは、第2回路基板30から、第1回路基板20と第2回路基板30との間の中間の第1地点まで長手方向に延在して、ノッチされた部分504_bを画定する。ビーム502_aは、第1回路基板20から、第1回路基板20と第2回路基板30との間の中間の第２地点まで長手方向に延在して、ノッチされた部分504_bを画定する。第1地点及び第2地点は互いに離れていて、機械加工公差、非平面性その他のアセンブリ誤差を許容する。

一般に、一対の相補的なノッチされた部分504_a/bの総高さは、対応する位置における第1回路基板20と第2回路基板30との間の距離よりもわずかに短く、その不足分は、
第1地点20と第2地点との間の距離を画定する。様々な実施形態に従って、一対の相補的なノッチされた部分504_a/bは、同様の（しかし反対の）高さを有しても良い。対応する回路基板の局所部分が変形すると予想される場合においては、一方のノッチされた部分が他方よりも高くして、追加的な剛性をもたらしても良い。さらなる実施形態に従って、ノッチングの方向は、アンテナアレイ10全体にわたって一定でも良く、複数のビーム50のうちの所与の1つに沿っていても良い。変形的には、ノッチングの方向は、予め定義されたパターン又はランダム化されたパターンに従って交替的であったり千鳥的であっても良い。

組立プロセスの間、第1ビーム群501は、各個々のビーム50の信号キャスタレーション81及び接地キャスタレーション82と回路トレース250との間のリフローされたハンダ90の接続部70の手段を介して、第1回路基板20の回路25に個々的に、順次に、及び／又はひとまとめに接続することができる。同様に、第２ビーム群502は、各個々のビーム50の信号キャスタレーション81及び接地キャスタレーション82と回路トレース350との間のリフローされたハンダ90の接続部70の手段を介して、第２回路基板30の回路35に個々的に、順次に、及び／又はひとまとめに接続することができる。これらの動作が完了すると、第1回路基板20及び第2回路基板30は、それらのそれぞれのビーム群と共に、互いにインターフェースされる。引き続いて、第1ビーム群501は、各個々のビーム50の信号キャスタレーション81及び接地キャスタレーション82と回路トレース350との間のリフローされたハンダ90の接続部70の手段を介して、第２回路基板30の回路35に個々的に、順次に、及び／又はひとまとめに接続することができる。一方、第２ビーム群502は、各個々のビーム50の信号キャスタレーション81及び接地キャスタレーション82と回路トレース250との間のリフローされたハンダ90の接続部70の手段を介して、第１回路基板20の回路25に個々的に、順次に、及び／又はひとまとめに接続することができる。

変形的な組み立てプロセスに従えば、第1ビーム群501及び第2ビーム群502は、互いにインターフェースされ、外部支持構造（例えば、バイス（vices）、治具（jigs）など）によって所定位置に保持されることができる。引き続いて、第1ビーム群501は、各個々のビーム50の信号キャスタレーション81及び接地キャスタレーション82と回路トレース250，350との間のリフローされたハンダ90の接続部70の手段を介して、第1回路基板20及び第２回路基板30の回路25，35に個々的に、順次に、及び／又はひとまとめに接続することができる。同時に、第２ビーム群502は、各個々のビーム50の信号キャスタレーション81及び接地キャスタレーション82と回路トレース250，350との間のリフローされたハンダ90の接続部70の手段を介して、第1回路基板20及び第２回路基板30の回路25，35に個々的に、順次に、及び／又はひとまとめに接続することができる。

放射素子24のアレイは、八角形又は多角形の放射器240（図2参照）のアレイとして提供されても良く、ある場合には、複数のビーム群50の構成をとることができる。すなわち、複数のビーム群50が、上述した十文字形構造500を有する場合、放射素子24のアレイ又はほぼ八角形又は多角形状の放射体240のアレイは、同様にx字形状の配置を有する。しかしながら、図６を参照して理解されるように、放射素子24のアレイは、小型及び大型放射器250のアレイなどのような他の構成として設けられても良い。この場合又は他の場合では、複数のビーム群50は、約３の比較的に小さなグループにグループ分けすることができ、小グループ内のビーム50は、面対面フォーメイションとして接するよう位置される。こうして、対応するアンテナアレイ10において、複数のビーム50は、テーパ状の放射器250のアレイの共通の中心点に対応して配置された一連のパイロンの形態をとる。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのみであり、本発明を限定することは意図していない。本明細書で用いられているように、単数形「a」、「an」及び「the」（日本語の1つに対応）は、文脈上異なる意味が明示されている場合を除き、複数の形態をも含むことが意図されている。記述された特徴、整数、ステップ、動作、素子及び／又はコンポーネントの存在を特定するのに用いられる用語「含む」、「有する」及び「備える」は、1つ以上の特徴、整数、ステップ、動作、素子、コンポーネント及び／又はこれらのグループの存在を排除しない。

以下の特許請求の範囲内の機能手段構成要素又は機能工程構成要素に対応する構造、材料、作用及び均等物は、特定的に請求した他の請求項構成要素と連携して機能を実行するためのあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。例示的及び記述的目的のために本発明の説明をしてきたが、本発明は開示された形態で尽くされたりそれに限定されることは意図していない。本発明の範囲及び真意から逸脱せずに、多くの修正及び変形が当業者に明らかである。本発明の原理及び実際的な応用を最良に説明するために、かつ、期待される特定用途に適する様々な修正を伴う様々な実施形態に向けた本発明を当業者が理解可能となるようにするために、実施形態を選択し説明した。

本発明の好適な実施形態を説明してきたが、当業者が後続の特許請求の範囲内に収まる様々な改良及び増強を、現在及び将来において、なし得ることを理解されたい。特許請求の範囲は、ここで初めて開示した本発明の適正な保護を維持するように解釈すべきである。

Claims

第1回路基板と第2回路基板とを接続するための遷移装置であって：
複数のエッジと、該エッジ間に確定される長さとを有するビームと；
該ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；
前記ビームの前記エッジに配置される接続部であり、前記ビーム回路を、前記第1回路基板及び前記第2回路基板のそれぞれの回路に、前記第1回路基板及び前記第2回路基板のそれぞれの内部の対向する表面において、接続するための接続部と；
を含む遷移装置。
請求項１に記載された遷移装置であって、前記ビーム回路が、信号コンポーネント及び接地コンポーネントを含む、
遷移装置。
請求項１に記載された遷移装置であって、前記接続部が、キャスタレーションを含む、
遷移装置。
請求項３に記載された遷移装置であって、前記接続部がさらに、リフローされたハンダを含む、
遷移装置。
第1回路基板と第2回路基板とを接続するための遷移装置であって：
複数のエッジと、該エッジ間に確定される長さとを有するビームであり、前記第1回路基板及び前記第2回路基板に関して横方向に配置されているビームと；
該ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；
前記ビームの前記エッジに配置される接続部であり、当該接続部により前記ビーム回路の第1端部及び第２端部が前記第1回路基板及び前記第2回路基板のそれぞれの回路に接続可能である、接続部と；
を含む遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、前記第1回路基板と前記第2回路基板との間に約30GHzまでの広帯域伝送を支持する、遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、
前記ビーム回路の前記第１端部と前記第２端部との間の前記接続部、並びに前記第１回路基板及び前記第２回路基板の前記回路が、前記第１回路基板及び前記第２回路基板の内部の対向する表面にあるリフローされたハンダとして配置される、
遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、前記ビームが、前記第1回路基板及び前記第2回路基板のうち少なくとも１つにインピーダンス整合する材料を含む、
遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、前記ビーム回路が、前記ビームの前記長さの少なくとも一部に沿って隣接する信号コンポーネント及び接地コンポーネントを含む、
遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、前記接続部が、信号キャスタレーションと、該信号キャスタレーションに対向する側の接地キャスタレーションとを含むグループとして提供される、
遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、前記接続部が、Ｕ字形状であり、前記ビームの前記エッジの周りを囲む、
遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であって、前記接続部が、ホットエアーハンダレベリング（HASL）又は無電解ニッケル／浸漬金（ENIG）のキャスタレーションを含む、
遷移装置。
請求項５に記載された遷移装置であってさらに、
複数のエッジと、該エッジ間に確定される長さとを有する第２ビームであり、前記第1回路基板及び前記第2回路基板に関して横方向に配置されている第２ビームと；
該第２ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；
前記第２ビームの前記エッジに配置される接続部であり、当該接続部により前記ビーム回路の第1端部及び第２端部が前記第1回路基板及び前記第2回路基板のそれぞれの回路にそれぞれ接続可能である、接続部と；
を含む遷移装置。
請求項１３に記載された遷移装置であって、前記ビーム及び前記第２ビームがそれぞれのノッチにより交差形態に配置される、
遷移装置。
請求項１４に記載された遷移装置であって、前記ノッチが互いに距離をおいて配置される、
遷移装置。
請求項１３に記載された遷移装置であって、前記ビーム及び前記第２ビームが対面して配置される、
遷移装置。
放射素子のアレイと、第１表面とを含む第１回路基板と；
給電電子回路と、前記第１表面に対面する第２表面とを有する第２回路基板と；
遷移装置と、
を含むアンテナアレイであり、
前記遷移装置が、
複数のエッジと、該エッジ間に確定される長さとを有する複数のビームと；
該ビームの長さに沿って延びるビーム回路と；
前記ビームの前記エッジに配置される接続部であり、前記ビーム回路を、前記第1表面において前記放射素子に接続し、前記第2表面において前記給電電子回路に接続する、接続部と；
を含む、
アンテナアレイ。
請求項１７に記載されたアンテナアレイであって、
前記第１回路基板及び前記第２回路基板が内部回路トレースを含み、
前記接続部が、キャスタレーションと、該キャスタレーションから前記内部回路トレースへと延びるリフローされたハンダを含む、
アンテナアレイ。
請求項１７に記載されたアンテナアレイであって、
前記複数のビームが十文字形フォーメイションを有し、各ビームが交差部においてノッチされている、
アンテナアレイ。
請求項１７に記載されたアンテナアレイであって、
各前記ビームが、前記第１回路基板及び前記第２回路基板の各々に対して直角を形成する、
アンテナアレイ。