JP4201782B2 - 基板実装型電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、基板に取り付けられる基板実装型電気コネクタに関し、特に、例えば、デジタル放送を受信するテレビ等のデジタル家電等に用いられる基板実装型電気コネクタに関するものである。

従来のこの種の基板実装型電気コネクタとしては、複数対の差動伝送信号コンタクトおよびこれらの差動伝送信号コンタクトの各対に隣接して接地コンタクトが嵌合部側で２列に配置され、基板に実装される側のコンタクトの脚部が３列に配置された基板実装型電気コネクタが知られている（特許文献１)。

また、他の従来技術として、基板に取り付けられる擬似同軸型構造のコネクタが知られている（特許文献２）。このコネクタのコンタクトは、複数の信号用コンタクトと、この信号用コンタクトを囲むように配置された複数のグランド用コンタクトからなる。また、コネクタの絶縁ハウジングから基板に至るコンタクトの金属部分は、斜めに配置された方向変換部となっている。この方向変換部には絶縁材が配置されて、特性インピーダンスを調整するようになっている。
特開２００２−３３４７４８号公報（図４） 特開平８−１３８７９９号公報（図１、図２）

特許文献１に記載された基板実装型電気コネクタの脚部は、第２列に接地コンタクトが配置され、嵌合面に最も近い第１列および、嵌合面から最も遠い第３列に信号コンタクトが各々配置されているので、電気コネクタが実装される基板上で、第１列から延びる信号パターン即ち導電トレースは、第２列の接地パターン間および第３列の信号パターン間を通過するように配置する必要がある。脚部が高密度の場合、事実上これらの信号パターンを基板の同一層に形成することは不可能である。基板を多層基板として、接地パターンを多層基板の内層に形成すれば信号パターンの形成は可能であるが、多層基板は高コストとなり、最終製品製造メーカーにその負担を強いることになる。また、多層基板を使用する場合、信号パターンの形成に２層必要なので、基板設計の自由度が低下してしまう。

また、特許文献２に記載された従来技術の場合は、基板上のコンタクトの配置は、各信号用コンタクトの周りにグランド用コンタクトが配置されて１組となったコンタクトの組が、二次元的に複数配置されている。従って、基板上に形成された信号用の導電トレースは周囲の接地パターン間および信号パターン間を通過させることが必要になり、基板の同一層に形成することが困難である。また、特性インピーダンスを調整するために、コンタクトの方向変換部に絶縁体をインサートモールドにより一体的に形成するか、あるいは各コンタクトの組の信号用コンタクトに絶縁体が個別に装着される。インサートモールドの場合は、追加の工程が必要であり、絶縁体を個別に装着する場合は、部品点数が増加し、組立ての工数も増加する。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、電気コネクタが実装される基板上の信号パターンを同一層に容易に形成することが出来る基板実装型電気コネクタを提供することを目的とするものである。

また、本発明の他の目的は、伝送特性に優れた基板実装型電気コネクタを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、電気コネクタ内の伝送信号の特性インピーダンスを簡単な構成で容易に整合させることが出来る基板実装型電気コネクタを提供することにある。

本発明の基板実装型電気コネクタは、信号コンタクトと、接地コンタクトと、信号コンタクトおよび接地コンタクトを保持する絶縁ハウジングとを備え、絶縁ハウジングの嵌合部において少なくとも１対の信号コンタクトおよび１対の信号コンタクトに対応する接地コンタクトが２列に配置されるとともに、基板に実装される信号コンタクトおよび接地コンタクトの脚部が絶縁ハウジングの嵌合面に最も近い位置から最も遠い位置まで３列に配置された基板実装型電気コネクタにおいて、接地コンタクトの脚部は、嵌合面に最も近い第１列に配置されてなることを特徴とするものである。

ここで、列とは、コンタクトが複数の場合の他、１つのみの場合も含むものとする。

また、３列の脚部のうち、対となる信号コンタクトの一方の脚部が第２列に、他方の脚部が第３列に互いに近接させて配置されていることが好ましい。

また、各脚部を収容する絶縁性の脚部整列ブロックをさらに備え、脚部整列ブロックは、各脚部を受容する収容部に前記脚部の長手方向に沿った壁面を有するこが好ましい。

また、信号コンタクトは、差動伝送信号コンタクトとすることができる。

請求項１に係る本発明によれば、絶縁ハウジングの嵌合部において少なくとも１対の信号コンタクトおよび１対の信号コンタクトに対応する接地コンタクトが２列に配置されるとともに、基板に実装される信号コンタクトおよび接地コンタクトの脚部が絶縁ハウジングの嵌合面に最も近い位置から最も遠い位置まで３列に配置された基板実装型電気コネクタにおいて、接地コンタクトの脚部は、嵌合面に最も近い第１列に配置されているので、次の効果を奏する。

即ち、第２列の信号コンタクトの導電トレース（信号パターン）を、接地コンタクトのランド間を通過させずに、第３列の信号コンタクトのランド間のみ通過させればよいので、信号パターンを基板の片面に容易に形成することができるとともに、コネクタが実装される基板を高価な多層基板にすることなく安価なものとすることが出来る。多層基板を使用する場合は、信号パターンを同一層に形成することができるので、基板設計の自由度を向上させることができる。その結果、信号パターンが必要とする占有面積を減少させて他の電気部品を基板上に載置することが可能になり、或いは基板を小型化してコストを低減することが可能になる。

また、請求項２に係る本発明によれば、３列の脚部のうち、対となる信号コンタクトの一方の脚部が第２列に、他方の脚部が第３列に互いに近接させて配置されている場合は、対となった信号パターンを近接配置することが出来るので伝送特性に優れた基板実装型電気コネクタとすることができる。

また、請求項３に係る本発明によれば、各脚部を収容する絶縁性の脚部整列ブロックをさらに備え、脚部整列ブロックは、各脚部を受容する収容部に脚部の長手方向に沿った壁面を有する場合は、脚部の周囲を誘電体である脚部整列ブロックで囲むことにより、差動伝送信号間の特性インピーダンスを簡単な構成で容易に整合させることが出来る。

また、信号コンタクトが、差動伝送信号コンタクトである場合は、良好な信号伝送特性を得ることができる。

以下、本発明による基板実装型電気コネクタの実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態の基板実装型電気コネクタ（以下、単にコネクタという）の正面図を示し、図２は、図１のコネクタの平面図、図３は底面図、図４は右側面図、図５は背面図、図６は、図１の６−６線に沿う縦断面図を夫々示す。

以下、図１〜図６を参照して、コネクタ１について説明する。このコネクタ１は、図示しない相手方のコネクタと接続される嵌合部２の形状がＨＤＭＩ（High Definition Multimedia Interface）規格によって決められている。コネクタ１は、複数のコンタクト４（差動伝送信号コンタクト（信号コンタクト）４ａ、接地コンタクト４ｂ）と、これらのコンタクト４を保持する絶縁ハウジング（以下、単にハウジングという）６と、ハウジング６を覆う金属製のシェル８とを有する。

ハウジング６は、ブロック状の本体１０と、この本体１０から嵌合部２の嵌合凹部２ａ（図６）の略中央に突出する平板部１２を有する。平板部１２の上面１２ａおよび下面１２ｂには、所定の間隔で複数のコンタクト収容溝１４がコネクタ同士の挿抜方向１６（図４）に沿って形成されている。これらのコンタクト収容溝１４にはコンタクト４が配置される。このコンタクト４の配置の状態については後述する。図３に示すように、ハウジング６の底壁１８には、同じ突出量の突出部１８ａ、１８ｂが形成されている。突出部１８ａは、嵌合部２近傍のコネクタ１の中心軸線２０上にＴ字状に形成され、突出部１８ｂは、ハウジング６の後端左右に互いに離隔して矩形状に形成されている。これらの突出部１８ａ、１８ｂは、コネクタ１が基板２２に載置されたとき基板２２に当接する。即ち、スタンドオフとなる。突出部１８ａには、周囲にリブ１９ａを有する円筒形のボス１９が下向きに一体に形成されている。このボス１９は、コネクタ１を基板２２に配置するときに基板２２の位置決め孔７６に挿入されて、コネクタ１の位置決めがなされる（図９）。

シェル８は、１枚の金属板から打ち抜き、折り曲げにより形成されたものであり、矩形平板状の上壁２４と、この上壁２４の両側から下方に折り曲げられた側壁２６と、側壁２６からさらに内方に折り曲げられた底壁２８と、上壁２４の後部で下方に折り曲げられた後壁３４を有する。図６に示すように、シェル８の内側に前述のハウジング６が収容される。シェル８の上壁２４には、相手方のコネクタと接地接続される１対の接地舌片２４ａが形成されている。また、上壁２４には、嵌合部２側から上方に直角に延出するブラケット３０が一体に形成されている。このブラケット３０には、例えば図示しない筐体にねじ止めするための取付孔３２が形成されている。

シェル８の各側壁２６には、接地舌片２４ａと同様な接地舌片２６ａが形成されている。側壁２６の嵌合部２側には、下方に垂下して、基板２２の対応する取付孔７４(図９)に挿入されて固定される取付脚３６が形成されている。また、側壁２６の後部には矩形の係合口２７が形成されている。両側から延出する底壁２８は、その前部かつハウジング６の底壁１８の内側で互いに突き合わされて、ありとあり溝の関係に互いに係止されている。また、図６に示すように、シェル８の底壁２８の前部には、嵌合した相手方のコネクタと相互に係合してロックする片持ち梁状のロック片３８が形成されている。

このようにして形成されたコネクタ１を後部下方から見た斜視図を図７に示す。なお、図７では、コンタクト４の脚部５を明瞭に示すため、後壁３４の一部が除去されている。図１および図７を参照して、コンタクト４の配置について詳細に説明する。図１に示すコンタクト４には、便宜上１から１９まで連続番号を付してある。位置１、３、４、６、７、９、１０、１２は、差動伝送信号コンタクト４ａを示し、位置２、５、８、１１は接地コンタクト４ｂを示す。位置１と３に配置された１対の差動伝送信号コンタクト４ａと、これに対応して位置２に配置された接地コンタクト４ｂで１組のコンタクト群が形成される。本発明のコネクタ１では、嵌合部２を前方から見て、位置１から１２までにこれらのコンタクト群が互い違いに４つ形成されている。これらが差動伝送信号用のコンタクトとなる。また、位置１３、１５、１６、１８に配置された信号コンタクト４ａは低速コンタクトであり、位置１４のコンタクトは、どこへも接続されず独立している。位置１７に配置されているのは接地コンタクト４ｂである。また、位置１９には電源用コンタクトが配置されている。

図７に示すように、ハウジング６には、前述の信号コンタクト４ａおよび接地コンタクト４ｂが挿通されるコンタクトキャビティ４０が上下２段に形成されている。そして、これらのコンタクトキャビティ４０からコンタクト４の脚部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）が延出して基板２２側に直角に折り曲げられている。この状態は、図３、図７に明瞭に示されている。即ち脚部５は、嵌合部２に最も近い第１列と、最も遠い第３列と、その中間の第２列の３列に配置されている。この位置の変換は、ハウジング６から後方に突出する脚部５の水平部７の長さを変えることによってなされる。

すなわち、図７において、位置１に位置する最も左側の信号コンタクト４ａの脚部５ａは、中間の長さの水平部７を有して２列目に位置し、脚部５ａに隣接する接地コンタクト４ｂの脚部５ｂは、水平部７が最も短く、１列目に位置する。そしてこの脚部５ｂに隣接する脚部５ｃは、水平部７が最も長く３列目に位置する。

この配置の状態を図９に示す、図９は、コンタクト４の脚部５が接続される基板２２上のランド４４、４６のレイアウトを示す平面図である。基板２２上に配置されるコネクタ１の外形を仮想線で示す。基板２２にはコンタクト４の脚部５が挿入される貫通孔４２が３列に配置されている。即ち、コネクタ１の嵌合部２の嵌合面２ｂに最も近い側に配置される第１列目、この第１列目から遠ざかるように第２列目、第３列目が配置されている。各貫通孔４２には、図１中に示した位置の番号に対応する番号が示されている。

図９から判るように接地コンタクト４ｂの脚部５ｂは、第１列目に配置され、信号コンタクト４ａの脚部５ａ、５ｃは、第２列目および第３列目にそれぞれ配置されている。接地コンタクト４ｂに接続されるランド４４は、基板２２の裏面即ち図９において紙面と直交する方向の向こう側に形成されており、裏面の全面に形成された接地領域４５に連続している。そして、２列目および３列目の信号コンタクト４ａ用のランド４６は、基板２２の表面即ち紙面の手前の面に形成されている。これらのランド４６からは導電トレース４８がコネクタ１の後方に延出している。２列目の位置１、４、７、１０のランド４６から延びる導電トレース４８は、３列目の位置３、６、９、１２のランド４６の間を通って３列目の導電トレース４８にそれぞれ近接して延出している。これによって、差動伝送信号の伝送特性を良好なものにしている。

脚部５は、このように３列に配置されるように構成されているが、これらの脚部５は、脚部整列ブロック（以下、単に整列ブロックという）５０によって互いの位置関係が保持されている。次に、この整列ブロック５０について説明する。図８は、コネクタ１に使用される整列ブロック５０を前方から見た斜視図を示す。整列ブロック５０は、ハウジング６の後部に配置されるものであり、全体が略直方体である。図８の整列ブロック５０は、手前がハウジング６側に位置し、反対側がコネクタ１の後端に位置する。整列ブロック５０の長手方向両端部には上下方向に延びる溝５２が形成されており、これらの溝５２内には片持ち梁状のラッチアーム５４が上方に延びるように形成されている。ラッチアーム５４の先端には上向きのテーパ５６ａを有する突起５６が形成されている。この突起５６は、シェル８の係合口２７に係合してコネクタ１に取り付けられる。

整列ブロック５０には、整列ブロック５０の前面５８に、第１列目の脚部５ｂを受容する整列溝（収容部）６０が脚部５ｂに対応させて上下方向に形成されている。整列溝６０の内部形状は、脚部５ｂの外形形状と略相補的形状になっている。そして整列溝６０の左右に隣接して、２列目および３列目の脚部５ａ、５ｃ用の整列溝６２、６４が、夫々整列ブロック５０の上面７０および前面５８から切り欠かれて形成されている。これらの整列溝６２、６４は、脚部５の水平部７の部分が配置される底部６２ａ、６４ａを夫々有する。そして底部６２ａ、６４ａに連続して整列ブロック５０の後面７２近傍に下方に貫通する整列孔６２ｂ、６４ｂが形成されている。これらの整列孔６２ｂ、６４ｂには、脚部５の垂直部分が挿入される。これらの整列溝６２，６４は下段に配置された信号コンタクト４ａ用のものであり、上段に配置された信号コンタクト４ａ用には上段に対応した高さに、２列目用および３列目用として、整列溝６６、６８が形成されている。これらの整列溝６６、６８にも同様に底部６６ａ、６８ａおよび整列孔６６ｂ、６８ｂが形成されている。なお、図８には、図１および図９の位置番号１から１９に対応させて、便宜上番号を付してある。

コンタクト４の脚部５が、このように整列溝６０、６２、６４、６６、６８に配置されることにより、脚部５の長手方向に沿って整列ブロック５０の壁面即ち、整列溝６０の内面、底部６２ａ、６４ａ、６６ａ、６８ａおよび整列孔６２ｂ、６４ｂ、６６ｂ、６８ｂの内面が位置することになる。従って、脚部５の周囲が整列ブロック５０の誘電体によってある程度、囲まれることになるため、ハウジング６に保持されたコンタクト４の部分と特性インピーダンスが整合される。換言すると、ハウジング６から突出した高密度で配置された細い脚部５の部分でインピーダンスが上昇する。この上昇するインピーダンスは、脚部５の周囲を誘電体である脚部整列ブロック５０の壁面で囲むことにより、低下させて差動伝送信号の特性インピーダンスを整合させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態のコネクタ１００について、図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、コネクタ１００の正面図、図１１は、図１０における１１−１１線に沿うコネクタ１００の縦断面図、図１２は図１０のコネクタ１００の底面図である。図１０〜図１２に示すように、コネクタ１００は、絶縁性のハウジング１０６、このハウジング１０６の外側に配置されたシールド用のシェル１０８、ハウジング１０６内に保持されたコンタクト１０４（１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ）（図１１）および誘電体の整列ブロック２００を有する。ハウジング１０６は、図１０の正面図に示すように、各々がガイド穴１０６ａを有する延長壁１０６ｂ（図１１）を左右に有する。ガイド穴１０６ａは、コネクタ同士の嵌合時に図示しない相手方のコネクタの一部が挿入されて、互いに案内されつつ円滑に嵌合するためのものである。シェル１０８は、ハウジング１０６の外周に沿ってハウジング１０６を覆うように形成されている。

ハウジング１０６の正面の中央部分には、上下に平行に離隔した２枚の平板部１１２が嵌合部１０２に向けて突設されている。各平板部１１２の両面すなわち上面１１２ａおよび下面１１２ｂ（図１０）には、所定の間隔で平板部１１２の長手方向に沿って配列されたコンタクト収容溝１１４が形成されている。各コンタクト収容溝１１４には、コンタクト１０４の接触部１４０が係止されている（図１１）。コンタクト１０４は、接触部１４０から後方に、基板２２２と略平行に延出する水平部１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ）と、水平部１０７から略直角に基板２２２に折り曲げられた略垂直な脚部１０５（１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ）とをさらに有する（図１１）。平板部１１２の上下は、コネクタ１００の正面から見て横長の空間１４２ａ、１４２ｂ（図１１）となっている。嵌合部１０２には、この空間１４２ａ、１４２ｂを覆うように絶縁性の面板１４４が配置されている。この面板１４４には、平板部１１２に対応する逃げのための開口１４４ａ（図１１）が形成されている。さらに、空間１４２ａの上下に位置する空間１４２ｂには、面板１４４を弾性的に支持するコイルばね１４６が配置されている。面板１４４は、コネクタ同士の嵌合時に相手方コネクタに押圧されて、コネクタ１００の内部に移動するようになっている。

前述の整列ブロック２００は、コンタクト１０４の各脚部１０５の長さに対応して複数の高さを有するように階段状に整列部２０１（２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ）が、一体に形成されている。例えば、図１１において高さの低い（長さの短い）脚部１０５ａに対しては、高さの低い整列部２０１ａが形成されている。脚部１０５の高さが高くなるにつれて、対応して高さの高い整列部２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄが順次位置する。各整列部２０１ａ〜２００ｄは、図１１において紙面と直交する方向に延びる上面２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄをそれぞれ有する。なお、これらの上面２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを総括して上面２０２という。上面２０２には、脚部１０５を挿通する貫通孔２０４（２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ）が、隣接する高さの高い整列部２０１（例えば貫通孔２０４ａに対しては、整列部２０１ｂ）に近接して形成されている。貫通孔２０４の上端は円錐形に形成されており、コンタクト１０４の脚部１０５を円滑に挿入することができる。なお、整列ブロック２００はＬＣＰ(Liquid Crystal polymer、液晶ポリマー)から成形され、１ＭＨｚにおける比誘電率は約３．８である。

貫通孔２０４と、その中に配置されるコンタクト１０４の脚部１０５との間隙は、例えば、約０．２ｍｍの狭さに設定されている。このように脚部１０５の周囲は、空気ではなく誘電体により密接状態に囲まれているので、脚部１０５の静電容量が増大し、特性インピーダンスを低減することができる。従って、接触部１４０と基板２２２の間の空間内に、コンタクト１０４の水平部１０７と脚部１０５が位置することによる、特性インピーダンスの不整合をこの整列ブロック２００を配置することにより調整することができる。従って、特性インピーダンスの不整合による伝送信号の反射や、信号波形の乱れを改善することができ、良好な高速伝送特性が得られる。なお、図１０〜図１２に示すコネクタ１００の構成における特性インピーダンスは、目標を１００Ωとした場合に、空気のみの場合は２５２Ωであるが、整列ブロック２００を用いると１２２Ωに低減することができる。この１２２Ωという値は、目標の１００Ωに対し許容できるものである。

整列ブロック２００は、図１２から判るように両側に矩形の凹み２０６を有する。他方ハウジング１０６は、この凹み２０６と組み合う、凹み２０６と相補的な形状の凸部１０６ｃを有する。なお、図１２では、ハウジング１０６の凸部１０６ｃは、凸部１０６ｃと相補的な形状のシェル１０８の折曲部１０８ａで覆われている。シェル１０８は、図１１に示すように、基板２２２に接地接続される接地脚１０９（１０９ａ、１０９ｂ）を有する。また、コンタクト１０４の脚部１０５の配置は、信号用をＳとし、グランド用をＧとすると、図１２に示す如く、差動伝送を行うように配置される。全部のコンタクト１０４が、このように差動伝送を行うように配置されなくともよいが、このような配置を基本パターンとする。換言すると、コネクタ１００は、コンタクト１０４がこの差動伝送を行うパターンに従って配置される領域を有する。

本発明の第１の実施形態に係わる基板実装型電気コネクタの正面図 図１の基板実装型電気コネクタの平面図 図１の基板実装型電気コネクタの底面図 図１の基板実装型電気コネクタの右側面図 図１の基板実装型電気コネクタの背面図 図１の６−６線に沿う基板実装型電気コネクタの縦断面図 脚部整列ブロックを外した状態の、図１の基板実装型電気コネクタを後部下方から見た斜視図 図１の基板実装型電気コネクタに使用される脚部整列ブロックの前方から見た斜視図 コンタクトの脚部が接続される基板上のランドのレイアウトを示す平面図 本発明の第２の実施形態に係わる基板実装型電気コネクタの正面図 図１０における１１−１１線に沿う基板実装型電気コネクタの縦断面図 図１０の基板実装型コネクタの底面図

符号の説明

１、１００ 基板実装型電気コネクタ
２、１０２ 嵌合部
２ｂ 嵌合面
４ａ 差動伝送信号コンタクト
４ｂ 接地コンタクト
５、１０５ 脚部
６、１０６ 絶縁ハウジング
２２、２２２ 基板
５０、２００ 脚部整列ブロック
６０、６２、６４、６６、６８ 収容部（整列溝）
１０４ コンタクト
２０４ 貫通孔

Claims (3)

1. 信号コンタクトと、接地コンタクトと、前記信号コンタクトおよび前記接地コンタクトを保持する絶縁ハウジングとを備え、前記絶縁ハウジングの嵌合部において前記少なくとも１対の前記信号コンタクトおよび該１対の信号コンタクトに対応する前記接地コンタクトが２列に配置されるとともに、基板に実装される前記信号コンタクトおよび接地コンタクトの脚部が前記絶縁ハウジングの嵌合面に最も近い位置から最も遠い位置まで３列に配置された基板実装型電気コネクタにおいて、
   前記接地コンタクトの脚部は、前記嵌合面に最も近い第１列に配置され、
   前記３列の脚部のうち、対となる前記信号コンタクトの一方の脚部が第２列に、他方の脚部が第３列に互いに近接させて配置されてなることを特徴とする基板実装型電気コネクタ。
2. 前記各脚部を収容する絶縁性の脚部整列ブロックをさらに備え、該脚部整列ブロックは、前記各脚部を受容する収容部に前記脚部の長手方向に沿った壁面を有することを特徴とする請求項１記載の基板実装型電気コネクタ。
3. 前記信号コンタクトは、差動伝送信号コンタクトであることを特徴とする請求項１または２記載の基板実装型電気コネクタ。

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