JP2019106675A - コネクタおよびコネクタ−基板接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の伝送特性の劣化を抑えつつ、実装性に優れたコネクタ−基板接続構造を提供する。【解決手段】コネクタ（１０）の第２導体（１１）の、多層基板（２０）の端部と対向する対向面（１１ａ）に、導体材料（３２、３４、３６）を収容する構造（３１、３３、３５）を設ける。【選択図】 図１Ｄ

Description

本発明は、多層基板と接続される同軸構造を有するコネクタ、およびコネクタと多層基板との接続構造に関し、特に高周波伝送線路、例えば、同軸線路と平面伝送線路とを接続するためのコネクタおよびコネクタ−基板接続構造に関する。

従来より、マイクロ波やミリ波等の高周波信号を伝送するための高周波伝送線路として、マイクロストリップ線路が知られている。マイクロストリップ線路は、誘電体基板と、この誘電体基板の一の面に形成された信号線路と、誘電体基板の他の面に形成され線路に対する接地導体として作用する導体層とを備えている。このうちＲＦ信号を通す信号線路は、平面構造を有する多層基板の表層に形成される一方、ＲＦ信号に対する接地導体は、誘電体基板の下層に形成される。実際には、高周波モジュール及びパッケージなどが多層基板のみで構成されることはなく、その信号入出力部にはコネクタなどの構造が必要となる。

そのようなコネクタとして、基板端部に搭載するエッジマウント型のコネクタがある。エッジマウント型のコネクタでは、基板に形成された伝送線路に同軸線路を接続するに当たって、信号線路との接続に加え、接地導体間の接続が重要となる。接地導体間の接続が不十分であると、信号に対するリタン電流が大きく迂回、もしくは断絶されることになり、周波数特性にディップを生じるなどの特性劣化の要因となる。

コネクタなどの同軸構造体と多層基板との接続部における良好な周波数特性を確保することを目的とした従来の技術として、例えば、特許文献１には、エッジマウント型のコネクタ（以下、単に「コネクタ」という。）と多層基板に形成された線路との間の接続構造が開示されている。

図５Ａ乃至図６Ｂに、特許文献１に開示された従来の接続構造の概要を示す。
まず、図５Ａおよび図５Ｂに示す従来の接続構造において、コネクタ１０は、接地導体として作用する外部導体１１と、このコネクタ接地導体１１に形成された貫通孔に挿通されてＲＦ信号を通す線状の中心導体１３と、貫通孔内において中心導体１３とコネクタ接地導体１１とを電気的に絶縁して同軸構造を形成する誘電体１２とを備えている。以下、コネクタの同軸線路を構成する「外部導体」および「中心導体」をそれぞれ「コネクタ接地導体」および「コネクタ信号線路」という。

一方、多層基板２０’は、誘電体基板２２の上面に形成された線状の導体箔からなり、ＲＦ信号を通す基板信号線路２１と、誘電体基板２２の下面に形成されて基板信号線路２１に対する接地導体として作用する導体層２３とを備え、さらには基板接地導体２３の下に交互に積層された誘電体層２４’、２６’および配線層２５’、２７’を備えている。誘電体基板２２と信号線路２１と導体層２３とは、マイクロストリップ線路を構成している。以下、多層基板のマイクロストリップ線路を構成する「信号線路」および「導体層」をそれぞれ「基板信号線路」および「基板接地導体」という。

この従来の接続構造においては、図５Ｂに示すように、多層基板２０’の基板接地導体２３の下側に位置する誘電体層２４’、２６’および配線層２５’、２７’のコネクタ１０側の一部を取り除き、コネクタ接地導体１１と基板接地導体２３とに、半田や銀ペースト、導電性接着剤などの導体材料５１を直接塗布することによってコネクタ接地導体１１と基板接地導体２３とを接続している。

また、図６Ａおよび図６Ｂに示す他の従来の接続構造は、多層基板２０’の誘電体層２４’、２６’および配線層２５’、２７’の一部を取り除くとともに、コネクタ１０”のコネクタ接地導体１１”の一部を多層基板２０’方向に延し、接触突起１１”ａを設け、コネクタ信号線路１３と接触突起１１”ａとの間に、基板接地導体２３を露出させた多層基板２０’を挿入する構造を採用している。

特許第０６００２０８３号公報

しかしながら、上述した従来のコネクタと多層基板との接続構造では、以下に示す問題があることが発明者らによって明らかとされた。すなわち、従来のコネクタと多層基板との接続構造では、コネクタ接地導体１１と、基板接地導体２３との電気的接続をとるために基板接地導体２３より下層を一部取り除いた構造を前提とするため、いずれの場合も、多層基板のコネクタ接続部周辺部分を薄層化しなければならない。一方、多層基板では、特に高周波域で特性インピーダンスを５０Ωに保つために、信号線路を形成する表層導体と下層接地導体間を数１００μｍ程度と非常に薄くする必要がある。この場合、コネクタと基板との間で必要とされる接続強度が取れず、コネクタ−基板間の剥離や基板の損傷が生じる恐れがある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、信号の伝送特性の劣化を抑えつつ、実装性に優れたコネクタ−基板接続構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るコネクタは、誘電体基板（２２）と、この誘電体基板の一の面に形成された線状の導体からなる信号線路（２１）と、前記誘電体基板の他の面に形成され前記信号線路に対する接地導体として作用する導体層（２３）とを備えたマイクロストリップ線路を含む多層基板（２０）と接続されるコネクタ（１０）であって、一端部が前記信号線路と電気的に接続される線状の第１導体（１３）と、前記多層基板の端部と対向する対向面（１１ａ）に開口して前記第１導体が挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔に挿通された前記第１導体に対して接地導体として作用する第２導体（１１）と、前記貫通孔内において前記第１導体と前記第２導体とを電気的に絶縁して、前記第１導体と前記第２導体とを同軸構造とする誘電体（１２）とを備え、前記第２導体（１１）は、前記対向面（１１ａ）に設けられ、この第２導体と前記多層基板の前記導体層（２３）とを電気的に接続する導体材料（３２、３４、３６）を収容する構造（３１、３３、３５）を有することを特徴とする。

本発明に係るコネクタにおいて、前記構造は、例えば、前記第２導体の前記対向面に、前記第１導体の軸線方向から見て前記第１導体を中心に同心円状に形成された溝（３１）とすることができる。

また、前記構造は、前記第２導体の前記対向面に、前記第１導体の軸線方向から見て「コ」の字型に形成された溝（３３）であってもよい。

本発明に係るコネクタにおいては、さらに、筒状の第３導体（４１）を備え、前記第１導体（４３）と、前記誘電体（４２）と、前記第３導体（４１）とは、前記第１導体が前記第３導体を挿通し、前記誘電体が前記第１導体と前記第３導体とを電気的に絶縁して、同軸構造体（４０）を形成し、前記同軸構造体（４０）は、前記第２導体（１１’）の前記貫通孔（１１ｂ）に嵌入されて、前記第２導体と前記第３導体とが電気的に接続され、前記第３導体の前記多層基板側の一端面（４１ａ）は、前記貫通孔（１１ｂ）内において前記第２導体の前記対向面（１１ａ）より前記多層基板から離れる方向に後退し、前記構造は、前記第２導体と前記誘電体と前記第３導体とから形成されて前記多層基板に向かって解放された溝（３５）としてもよい。

また、本発明に係るコネクタ−基板接続構造は、誘電体基板と、この誘電体基板の一の面に形成された線状の導体からなる信号線路と、前記誘電体基板の他の面に形成され前記信号線路に対する接地導体として作用する導体層（２３）とを備えたマイクロストリップ線路を含む多層基板（２０）にコネクタを接続する構造であって、前記コネクタは、上述したコネクタ（１０、１０’）のいずれかひとつであり、前記コネクタの前記第２導体（１１、３１）は、前記構造（３１、３３、３５）に収容された導体材料によって前記多層基板の前記導体層（２３）と電気的に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、コネクタ接地導体となる第２導体に、導体材料を流入する構造が設けられているので、多層基板を薄層化することなく、基板側接地導体となる導体層と第２導体とを接続することができる。したがって、多層基板の一部を取り除いた構造を前提とせずに、信号の伝送特性の劣化を抑えつつ、実装性に優れたコネクタ−基板接続構造を提供することができる。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造を説明する正面図である。 図１Ｂは、第１の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造を説明する側面図である。 図１Ｃは、第１の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造を説明する平面図である。 図１Ｄは、図１Ａおよび図１Ｃに示すａ−ａ’における断面図である。 図２は、コネクタと多層基板との接続構造のモデルを解析した結果を示す図である。 図３Ａは、本発明の第２の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造を説明する正面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示すｂ−ｂ’における断面図である。 図４Ａは、本発明の第３の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造を説明する正面図である。 図４Ｂは、第３の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造を説明する側面図である。 図４Ｃは、第３の実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造に用いられるビーズの構成を説明する図である。 図４Ｄは、図４Ａおよび図４Ｃに示すｃ−ｃ’における断面図である。 図５Ａは、従来のコネクタと多層基板との接続構造を説明する正面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すｄ−ｄ’における断面図である。 図６Ａは、従来のコネクタと多層基板との接続構造を説明する正面図である。 図６Ｂは、図５Ｂに示すｅ−ｅ’における断面図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、上述したコネクタおよび多層基板の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図１Ａ乃至図１Ｄに、本発明の実施の形態に係るコネクタ１０と多層基板２０との接続構造を示す。なお、コネクタ１０は、図面に示すように、同軸線路の接地導体となるコネクタ接地導体１１と、コネクタ接地導体１１の貫通孔に挿通されて線状の導体からなり、同軸線路の中心導体となってＲＦ信号を通すコネクタ信号線路１３と、コネクタ接地導体１１の貫通孔内においてコネクタ接地導体１１とコネクタ信号線路１３とを電気的に絶縁して、コネクタ接地導体１１とコネクタ信号線路１３とを同軸構造とする誘電体１２とを備えている。なお、コネクタ１０は、多層基板２０と接続される側とは反対側の端部には、他の回路と接続するための同軸その他の接続構造が形成されるが、その詳細な説明は省略し、図１Ａ乃至１Ｄにおいても図示を省略する。

コネクタ接地導体１１は、黄銅やコバール、ベリリウム銅等の導体材料から形成され、コネクタ信号線路１３は、りん青銅やベリリウム銅等の導体材料から形成されている。また、その表面に金メッキまたは錫メッキを施してもよい。誘電体１２としては、ガラスやテフロン（登録商標）等の樹脂を用いることができる。

一方、多層基板２０は、誘電体基板２２の上面に形成された線状の導体箔からなる、ＲＦ信号を通す基板信号線路２１と、誘電体基板２２の下面に形成された導体層であって、基板信号線路２１に対する接地導体として作用する基板接地導体２３と、基板接地導体２３の下に交互に積層された誘電体層２４、２６、および配線層２５、２７とを備えている。配線層２５、２７は、多層基板２０上に実装される素子（図示せず。）を制御するための制御信号配線が形成された層である。
基板信号線路２１を構成する導体箔には、例えば、金を用いることができる。また、基板接地導体２３を構成する導体としては、例えば、金や銅を用いることができる。
誘電体基板２２としては、例えば、ガラス繊維等の補強基材を有する樹脂フィルムを用いることができ、誘電体層２４、２６としては、補強基材を有しない高分子エポキシ樹脂や熱可塑性のポリイミド接着フィルム等の樹脂フィルムを用いることができる。

本実施の形態において、コネクタ接地導体１１の、コネクタ信号線路１３を挿通する貫通孔が開口し、かつ多層基板２０の端部と対向する面１１ａには、溝３１が形成されている。この溝３１は、図１Ａに示すように、溝３１の縁がコネクタ信号線路１３の軸線方向から見てコネクタ信号線路１３を中心として同心円状となるように形成されている。この同心円の径は、多層基板２０の基板信号線路２１、誘電体基板２２および基板接地導体２３の厚みとコネクタ信号線路１３の径を考慮して決められる。

具体的には、コネクタ信号線路１３の軸線方向から見たときに、溝３１の内外の縁が描く同心円の大きさは、コネクタ１０を多層基板２０に実装したときに、溝３１が多層基板２０の基板接地導体２３と重なることが望ましい。すなわち、図１Ａに示すように、コネクタ信号線路１３の中心から溝３１の外側の縁まで距離は、コネクタ信号線路１３の半径と、基板信号線路２１、誘電体基板２２、基板接地導体２３それぞれの厚さの合計と同じかそれ以上とすることが望ましい。

また、コネクタ信号線路１３の中心から溝３１の内側の縁まで距離は、コネクタ信号線路１３の半径と、基板信号線路２１および誘電体基板２２それぞれの厚さの合計と同じかそれ以下とすることが望ましい。加えて、溝３１の内側の縁は、コネクタ信号線路１３の軸線方向から見たときに、基板信号線路２１よりも外側に位置することが望ましい。

溝３１は、図１Ｄに示すように、Ｕ溝でもよいが、Ｖ溝でも丸型構造でもよい。このような溝３１は、コネクタ１０の製造過程でコネクタ接地導体１１を加工することで形成される。

このようなコネクタ１０を多層基板２０に実装するときには、コネクタ信号線路１３と基板信号線路２１とが互いに接する状態で、溝３１に導体材料を流し込むことで、コネクタ接地導体１１と基板接地導体２３とが互いに電気的に接続される。このとき、導体材料としては、導電性接着剤や半田を用いることができる。特に半田は、金属材料に対して濡れ性を有するため、微細な溝にも流れ込みやすく、導体材料として適切である。
なお、溝３１に導体材料３２を流し込むには、例えば、ディスペンサ等を用いて溝３１に導体材料を供給すればよい。

図２に、コネクタと多層基板との接続構造を電磁界解析ツールによりモデル化し、周波数に対する伝送特性を解析した結果を示す。図２において、従来の接続構造は、実線で示すように、１００ＧＨｚ付近で伝送特性の落ち込みが見られるのに対し、本実施の形態に係る接続構造を適用した場合は、破線で表されるように、伝送特性に改善が見られる。

本実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造によれば、コネクタ接地導体１１に、導体材料３２が流入する構造を設けることによって、基板を薄層化することなく、基板接地導体２３とコネクタ接地導体１１とを接続することができる。したがって、信号の伝送特性の劣化を抑えつつ、実装性に優れたコネクタ−基板接続構造を提供することができる。

なお、本実施の形態において、溝３１は、コネクタ信号線路１３の軸線方向から見て円形に形成されるものとして説明したが、その形状は円形に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形の閉図形であってもよいことはいうまでもない。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
上述した第１の実施の形態においては、コネクタ接地導体１１に正面から見て円形の溝３１を形成したのに対し、第２の実施の形態においては、図３Ａに示すように、コネクタ接地導体１１の多層基板２０の端面と対向する面１１ａに略「コ」字形状の溝３３が形成されている。

より具体的には、コネクタ接地導体１１の多層基板２０との対向面１１ａに形成された溝３３は、多層基板２０に実装したときに基板接地導体２３の端面と対向する領域に形成された直線上の溝と、この直線上の溝の両端から連続して多層基板２０よりも高い位置まで延びる２つの溝とから形成される。
コネクタ１０を多層基板２０に実装する際には、溝３３が多層基板２０よりも高い位置まで延びているので、容易に導体材料３４が流入できる構造となっている。

本実施の形態に係るコネクタと多層基板との接続構造によれば、溝３３の直線上の溝が基板接地導体に沿って配置されるので、溝３３に流入した導体材料が基板接地導体２３の端面に沿って一様に接するので、コネクタ接地導体１１と基板接地導体２３とのより強固な接続を実現することができる。

［第３の実施の形態］
次に本発明の第３の実施の形態について図４Ａ乃至図４Ｄを参照して説明する。
第３の実施の形態において、コネクタ１０’は、コネクタ接地導体１１’と、このコネクタ接地導体１１’に形成された貫通孔１１ｂに嵌入されたビーズ４０とから形成される。ここでビーズ４０は、ビーズ信号線導体４３と、このビーズ信号線導体４３の周囲を覆い、気密性等を担保するためのガラスやテフロン（登録商標）などの誘電体４２と、さらにその誘電体の外周部にビーズ信号線導体４３の接地導体として働くビーズ接地導体４１とからなる同軸構造体である。貫通孔１１ｂにビーズ４０を嵌入した状態では、ビーズ接地導体４１はコネクタ接地導体１１’と電気的にも接続され、ビーズ信号線導体４３はコネクタ信号線路１３となる。

図４Ｃに示すように、ビーズ接地導体４１は、その内側の筒状の誘電体１２よりも短く形成されている。したがって、ビーズ４０をコネクタ接地導体１１’の貫通孔１１ｂに嵌入し、誘電体１２の端面がコネクタ接地導体１１’の多層基板２０との対向面１１’ａとほぼ同じレベルとしたときには、ビーズ接地導体４１の端面４１ａは貫通孔１１ｂ内に後退して、誘電体１２とコネクタ接地導体１１’との間に正面から見て円形の溝３５が形成される。
このとき、貫通孔１１ｂの半径を、コネクタ１０’を多層基板２０に実装した状態で、ビーズ信号線導体４３を中心として多層基板２０の誘電体基板２２の下面までの距離と同じか、それより大きくすることが望ましい。

このように、ビーズ１１ｃをコネクタ接地導体１１’の貫通孔１１ｂに嵌入してコネクタ１０’を製造する過程において、溝３５を容易に形成することができる。このコネクタ１０’を多層基板２０の端部に搭載し、溝３５に流し込まれた導体材料３６によって、コネクタ接地導体１１’と基板接地導体２３との電気的接続をより確実にとることができる。

本発明は、多層基板を含む高周波回路技術に利用することができる。

１０…コネクタ、１１、１１’…コネクタ接地導体、１１ｂ…貫通孔、１２…誘電体、１３…コネクタ信号線路、２０…多層基板、２１…基板信号線路、２２…誘電体基板、３１、３３、３５…溝、３２、３４、３６…導体材料、４０…ビーズ。

Claims (5)

1. 誘電体基板と、この誘電体基板の一の面に形成された線状の導体からなる信号線路と、前記誘電体基板の他の面に形成され前記信号線路に対する接地導体として作用する導体層とを備えたマイクロストリップ線路を含む多層基板と接続されるコネクタであって、
   一端部が前記信号線路と電気的に接続される線状の第１導体と、
   前記多層基板の端部と対向する対向面に開口して前記第１導体が挿通される貫通孔を有し、前記貫通孔に挿通された前記第１導体に対して接地導体として作用する第２導体と、
   前記貫通孔内において前記第１導体と前記第２導体とを電気的に絶縁して、前記第１導体と前記第２導体とを同軸構造とする誘電体とを備え、
   前記第２導体は、
   前記対向面に設けられ、この第２導体と前記多層基板の前記導体層とを電気的に接続する導体材料を収容する構造を有する
   ことを特徴とするコネクタ。
2. 請求項１に記載されたコネクタにおいて、
   前記構造は、
   前記第２導体の前記対向面に、前記第１導体の軸線方向から見て前記第１導体を中心に同心円状に形成された溝である
   ことを特徴とするコネクタ。
3. 請求項１に記載されたコネクタにおいて、
   前記構造は、
   前記外部導体の前記対向面に、前記第１導体の軸線方向から見て「コ」の字型に形成された溝である
   ことを特徴とするコネクタ。
4. 請求項１に記載されたコネクタにおいて、さらに、
   筒状の第３導体を備え、
   前記第１導体と、前記誘電体と、前記第３導体とは、
   前記第１導体が前記第３導体を挿通し、前記誘電体が前記第１導体と前記第３導体とを電気的に絶縁して、同軸構造体を形成し、
   前記同軸構造体は、前記第２導体の前記貫通孔に嵌入されて、前記第２導体と前記第３導体とが電気的に接続され、
   前記第３導体の前記多層基板側の一端面は、前記貫通孔内において前記第２導体の前記対向面より前記多層基板から離れる方向に後退し、
   前記構造は、前記第２導体と前記誘電体と前記第３導体とから形成されて前記多層基板に向かって解放された溝である
   ことを特徴とするコネクタ。
5. 誘電体基板と、この誘電体基板の一の面に形成された線状の導体からなる信号線路と、前記誘電体基板の他の面に形成され前記信号線路に対する接地導体として作用する導体層とを備えたマイクロストリップ線路を含む多層基板にコネクタを接続するコネクタ−基板接続構造であって、
   前記コネクタは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載されたコネクタであり、
   前記コネクタの前記第２導体は、前記構造に収容された導体材料によって前記多層基板の前記導体層と電気的に接続される
   ことを特徴とするコネクタ−基板接続構造。

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