JP4261440B2

JP4261440B2 - 伝送回路基板

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Publication number: JP4261440B2
Application number: JP2004249442A
Authority: JP
Inventors: 勉松尾
Original assignee: Hirose Electric Co Ltd
Current assignee: Hirose Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2006066753A; EP1631130A3; US7329818B2; EP1631130A2; US20060042828A1

Description

本発明は、伝送回路基板、特に高速伝送に好適な回路基板の構造、及びこの伝送回路基板に接続されたコネクタを有するコネクタ装置に関する。

ＩＴ製品の高機能化が進み、より大量のデータを短時間に処理するために、一度に送るデータのビットを増やす方向、動作クロック周波数を高速化で進化して、近年では、パラレル伝送から、シリアル伝送（１対１伝送）への変りつつある。

そこで、シリアル伝送においては、より高速化となり、Ｇｂｐｓ帯域となり、伝送方法も、従前のシングルエンドからディファレンシャル伝送へと、移行している。本発明は、そこで、ディファレンシャル伝送における最適な伝送回路基板の構造を提案するものである。

このような用途に好適な、回路基板面にランドとして形成された一群の端子部（通称、フットパターン）の形態が非特許文献１そして特許文献１に提案されている。

非特許文献１にあっては、添付図面の図８(Ａ）に見られるように、多層信号層を有する伝送回路基板において、或る一つの信号層で、２行９列の端子部を有し、行方向でのペア端子部５１で、それを一つめの行と次の行とで互い違いに配置することで、Ｐ／Ｎをなすペア端子部の配線部（パターン）５２の路長を等路長として引き出すことにより効果が得られると説明している。

特許文献１の原理構成は、添付図面の図８（Ｂ）に見られるように、７行９列の端子群を第１層から第３層までの三つの信号層に分けて形成している。この特許文献１の構成は、特にディファレンシャル伝送に限定されたものではないが、図８(Ｂ）のごとくディファレンシャル伝送用としたときには、互い違いにずらして配線部を引き出すことによって、多層基板において、信号層の数を低減させるための端子部と配線部の引き回しを可能としている。

又、上記非特許文献１と特許文献１の方式を組み合わせると、図９のごとく、例えば８行の端子部を行方向でディファレンシャルペアとし、列方向に配列部を設けたとき、信号層を４層とすることができる。
米国、ＡＬＴＥＲＡ社技術資料（２０００年７月）「ＢｏａｒｄＤｅｓｉｇｎＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒＬＶＤＳＳｙｓｔｅｍｓ」特開平１１−７４３９９

非特許文献１そして特許文献１の方式で伝送回路基板のパターンを構成するときには、ディファレンシャルペアに適用可能な多層の信号層を得られるが、信号層の数が多くなって、製造上コスト高、製品として基板が厚くなるという点で、さらに改善の余地がある。

本発明は、シングルエンドにもディファレンシャル対にも適用でき、信号層の数をさらに低減できる伝送回路基板を提供すること、さらには、この伝送回路基板にコネクタが接続されたコネクタ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る伝送回路基板は絶縁板中に設けられた複数の信号回路層と各信号回路層を覆うグランド層とを絶縁層を介して有し、板厚方向にこれらの層の少なくとも一層を貫通して延びる導電性の端子部が基板面で複数の行及び列をなす位置に設けられ、端子部は両端列に位置する一部の数の端子部がグランド用端子部として、そして他の端子部の少なくとも一部は信号用端子部としてそれぞれ形成され、信号回路層は、層同士間で重ならない行列位置で、信号用端子部の周面から延出せる信号用接続部と該信号用接続部から発して基板の端部へ列方向に延びて形成された配線部とを有し、グランド層は上記信号用端子部の外周面と間隔をもって基板面に平行な面状に形成されかつグランド端子部と導通している。

かかる伝送回路基板において、本発明では、グランド用端子部は両端列にて二行毎に設けられ、各信号回路層は、信号回路層同士で異なる列方向又は行方向で、隣接する少なくとも一対をなす信号用接続部が平行な一対の配線部と導通しており、各グランド層は両端列でそれぞれ少なくとも一つのグランド用端子部と導通していることを特徴としている。

このような構成の本発明によれば、一つの信号回路層に対し、一端列にグランド用端子部が設けられた二行の信号用端子部について、一つおきの列間に、該列間を形成する一つの行での一対の信号用端部からの配線部とその両側に他の行での一対の信号用端子からの配線部とを配することができる。また、他の一つおきの列間には、一列だけずれた、他端側にグランド用端子部が設けられた他の二行の信号用端子について、他の一つおきの列間に各行での対の信号用端子部からの配線部を同様に配することができる。

すなわち、一つの層で、一つおきの列間に二行の信号用端子部からの配線部を、そして他の一つおきの列間で他の二行の信号用端子部からの配線部を配せる。したがって、一つの層で合計、最大四行の信号用端子部からの配線部を引き出せることとなる。したがって、多くの信号用端子部について、少ない数の信号回路層で伝送回路基板を形成できる。しかも、両端列には、それぞれグランド用端子部が配されており、グランドの対処が各行について十分になされている。

本発明では、伝送回路基板の全領域で上記のごとく最大で四行の信号用端子部が一層に収めることができ、二行同士が隣接してこの四行を形成することも、あるいは上記四行が伝送回路基板の全領域に存在していることも、必ずしも要せず、部分的であってもよい。例えば、信号回路層は伝送基板の少なくとも一部の領域で四行毎に一層をなし、少なくとも該一層にて、一対をなす信号用接続部が列方向で隣接しているようにすることができる。この場合、行方向で隣接する信号用接続部の対は、そのための配線部の長さを等しくすれば、良好にディファレンシャル対をなす。

本発明において、一層内に存在する四行の信号用接続部は、例えば、第一行及び第二行で列位置が同一で、第三行及び第四行とで上記第一行及び第二行での列位置に対して一列ずれた位置にあり、各行で列方向に隣接して対をなす信号用接続部から発する一対の配線部が列方向に延びており、第一行と第二行の配線部と第三行と第四行の配線部とが異なる列間に配されているようにすることができる。

信号回路層は、設計上の要請によっては、一対をなす信号用接続部が列方向で隣接する該信号用接続部以外の信号用接続部は行方向で隣接するもの同士が対をなしているようにすることができる。この場合、列方向で隣接する信号端子部の対は、そのための配線部の長さが等しくなるように該配線部の出力端の位置を信号端子部間の距離だけずらせば、良好なディファレンシャル対が得られる。

又、本発明では、信号回路層は四行毎で二つの層の組を構成する層を有し、各組は一つおきの二つの行で第一層、他の一つおきの二つの行で第二層を形成しており、各行では対をなす信号用接続部同士が行方向で隣接しているようにすることもできる。

さらに、本発明では、信号回路層は、伝送基板の一部の領域で四行毎に一層をなし、少なくとも該一層にて、一対をなす信号用接続部が行方向で隣接しており、他の一部の領域で四行毎で一つの層の組を構成する層を有し、各組は一つおきの二つの行で第一層、他の一つおきの二つの行で第二層を形成しており、各行では対をなす信号用接続部同士が行方向で隣接しているようにすることも可能である。

さらに本発明では、上記のいずれかの伝送回路板にコネクタを接続してコネクタ装置を得る。その場合、伝送回路基板は、グランド用端子部が両端列にて二行毎に設けられ、各信号回路層は、信号回路層同士で異なる列方向又は行方向で、隣接する少なくとも一対をなす信号用接続部が平行な一対の配線部と導通しており、各グランド層は両端列でそれぞれ少なくとも一つのグランド用端子部と導通しており、コネクタのグランド端子と信号端子が上記伝送用回路基板のそれぞれ対応するグランド用端子部と信号用端子とに接続されている。

本発明は、以上のごとく、複数の信号回路層を有し、複数の行及び列をなす位置に端子部を設けた伝達回路基板において、両端列の端子部を二行毎にグランド端子用部として用い、他を信号用端子部とすることによって、各列間で最大四つの配線部を設けることができるので、一層に四行の信号端子部を収めることが可能となり、従来のものに比し、層数が減少し、コストの低減化を図れ、又、基板も薄く形成できるようになる。したがって、かかる伝送回路基板にコネクタを接続した場合、全体として小型化されたコネクタ装置を得る。

以下、添付図面の図１ないし図７にもとづき、本発明の実施形態を説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態の伝送回路基板における端子部の配列の様子を図１に示す。この配列は本発明の基本であり、以降の他の実施形態においても共通である。

この配列位置で、多層をなして信号回路層とグランド層とを有している伝送回路基板を貫通して上記端子部が設けられている。

図１において、横方向を行方向といい、縦方向を列方向ということとする。すなわち、この例では、端子部は８行９列をなして設けられている。勿論これよりも少ないあるいは多い行あるいは列を形成するように配列することも可能である。

図１では、白丸印を信号用端子部そして黒丸印をグランド用端子部として示しており、本発明において、グランド用端子部１０は、両端側、すなわち、第一列と第九列で二行毎交互に、すなわち、第一行と第二行では右端の第九列にそして第三行と第四行では左端の第一列に設けられている。このような第一ないし四行のパターンを４行毎に繰り返しており、第五ないし八行も第一ないし四行と同様に形成されている。グランド用端子は、両端側、すなわち第一列と第九列で必須であることが非特許文献１にも記載されている。

かかる図１のパターンにおいて、上記グランド用端子部１０以外は、すべて信号用端子部２０として使用できるようになっている。

図２には、本実施形態による各層の端子部の様子が示されている。図２では、図１での配列にもとづき、８行９列をなして端子部が設けられ、黒丸印で示されている、第一、二行の第九列、第三、四行第一列、第五、六行第九列そして第七、八行第一列の端子部がグランド用端子部１０をなし、それ以外はすべて信号用端子部２０をなしている。

回路基板は第一ないし四行を第一層、第五ないし八行を第二層として形成されている。

信号用端子部２０は、第一層では、第一行と第二行が、そして第三行と第四行が、第二層では、第五行と第六行が、そして第七行と第八行がそれぞれ対をなしており、各対の配線部２１，２２が対応信号用端子部２０に接続され列方向に延びている。この配線部２１，２２は伝送回路基板の端部近傍まで延び表層の出力部（図示せず）と接続されている。第二行の配線部２２は第一行の配線部２１よりも長く配線されている。この場合、一対をなす二つの配線部の出力部までの長さが若干異なってしまうが、この程度の違いは高周波でなければ特性に影響ない。高周波の場合は、出力部を上記違いの分だけずらすことで全長を等しくすることができる。

上記第一行と第二行では、グランド用端子部１０が右端の第九列に設けられていたが、第三行と第四行では左端の第一列にグランド用端子部１０が設けられている。したがって、第三行と第四行では、信号用端子部２０は第一行と第二行の信号用端部とは１列だけ行方向にずれたもの同士で対をなし、配線部も同様にずれて、第一行と第二行の信号用端子部２０のための配線部２１，２２が存在していない列間に位置している。

このようにして、第一層には４行９列の信号用端子部２０について配線部２１，２２が接続されている。

次に第二層は、上記第一層と全く同じ形態を繰り返している。

図３には、図２の基板の一部についての断面を示している。図３(Ａ）は図２における第一、二行について第七ないし九列の部分での第一層を横断面（基板面に平行な面での断面）で示し、図３（Ｂ）は縦断面（基板の厚み方向での断面）を示し、互いの断面位置関係をＡ−Ａ，Ｂ−Ｂで示している。

端子部、すなわち、グランド用端子部１０と信号用端子部２０は、図３（Ａ），（Ｂ）に見られるごとく、絶縁材からなる板状の基材３０を板厚方向に貫通して管状に形成されている。この貫通せる端子部は基板の上下面で管状の張出部１０Ｂ，２０Ｂをそれぞれ有し、ここで、対応コネクタの端子と、例えば、半田接続される。

信号用端子部２０には、各信号回路層で信号用接続部２０Ａが設けられている。この信号用接続部２０Ａは、管状の信号用端子部２０の周囲にフランジ状に設けられており、列方向で対をなす二つの信号用接続部２０Ａから、配線部２１，２２がそれぞれ延出している。図２では、フランジ状の上記信号用接続部の図示を省略して配線部が信号用端子部に直接接続されている形で描かれている。

図３（Ｂ）に見られるように、基板の上下の外面、上記第一層と第二層の信号回路層の間にグランド層１１，１２が設けられている。グランド層１１，１２は信号用端子部２０との間に若干の間隔を形成しつつほぼ全域にわたりひろがっていて、かつ上記グランド用端子部１０に導通している。

図３（Ａ）における左側の配線部（図３（Ｂ）の第一層の配線部）は、図２に示されている第一、二行第七、八列の信号用端子部２０から延びる配線部２１，２２であり、図３（Ａ）で右側の配線部は図２での第三、四行第八、九列の信号用端部（図３（Ａ）には図示されず）から延びてくる配線部２１，２２を示している。

このように、図２そして図３（Ａ），（Ｂ）に示される本実施形態の伝送用回路基板では、すべての信号用端子部について、列方向に隣接するもの同士を対として列方向に配線部を列間で引き出すことにより、４行毎に一層を形成し、図示の例では、８行の信号用端子部を僅か２層にまとめることができる。

＜第二実施形態＞
図４に示す第二実施形態では、伝送回路基板が８行の信号用端子部を２層に収めている点では、第一実施形態と同じであるが、第一層における信号用端子部が対をなしていない点で相違している。第二層については、第一実施形態と同じである。

図４において、第一層では、配線部２３，２４，２５，２６のそれぞれをシングルエンドとして使用することができる。

列方向で隣接した二つの信号用端子部が対をなしているとき、例えば、図４にて、第二層における列方向の対の配線部２５，２６はその長さが互いに等しくなるように出力部の位置をずらすことにより、ディファレンシャル伝送に対し良好に対応できる。

＜第三実施形態＞
図５に示した第三実施形態では、信号用端子部２０は隣接せる二つの奇数行、そして隣接せる二つの偶数行で、それぞれ信号回路層をなしている点に特徴がある。

例えば、図５では、第一、三行が第一層、第二、四行が第二層、第五、七行が第三層、そして第六，八行が第四層を形成している。各層では、数の少ない方の行では右端列に、そして数の多い方の行では左端列にグランド用端子部１０が設けられている。したがって各層では、二つの行の信号用端子部は、行方向で隣接する二つ信号用端子が対をなしているが、その際、この対は互いに一つの列だけずれており、各列間で対をなす配線部２１，２２のそれぞれが二つの行について交互に配置されている。

＜第四実施形態＞
図６に示される第四実施形態では、図２の第一実施形態のパターンと図５の第三実施形態のパターンとが組み合されている点に特徴がある。すなわち、図６では、信号回路層は第一ないし第三層から成っていて、第一層が図２の第一層や第二層と同じパターンであり、図６の第二層と第三層が図５における第一層と第二層と同じパターンとなっている。

＜第五実施形態＞
図７に示される第五実施形態は、第四実施形態よりもさらに複雑に各種パターンが組み合されている。図７では、信号回路層は、第一ないし第三層から成っている。第一層は左半分の第一列ないし第五列（ただし、第五列は第三、四行のみ）が図４の第二実施形態の第一層の第一列ないし第五列（ただし、第五列は第三、四行のみ）と同じ、そして右半分の第五列（第一、二行）ないし第九列が図２の第一実施形態の第一層の第五列（第一、二行）ないし第九列と同じパターンである。

次に、図７の第二層は右半分の第五列（第一、二行）ないし第九列が、上記図２の第一層の第五列（第五、六行）ないし第九列と同じで、この図７の第二層の残りの左半部と第三層とが相俟って第一ないし五列の範囲で図５の第三実施形態における第三層と第四層の第一ないし五列と同じになっている。

本発明では、各実施形態に示すように、回路の使用目的によって、種々のパターンを選択できる。その際、対をなす信号端子部はディファレンシャル伝送に好適なディファレンシャル対として説明したが、勿論、各端子部をシングルエンドとして使用することも可能である。

又、本発明では、各実施形態の伝送回路基板に、対応端子をもったコネクタを接続してコネクタ装置を構成できる。

本発明の伝送回路基板の端子部配列の基本パターンを示す図である。第一実施形態のパターンを示す図である。図２のパターンを有する伝送回路基板の一部を示す断面図で、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面であり、図中のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂは、（Ａ），（Ｂ）の互いの断面位置関係を示している。第二実施形態のパターンを示す図である。第三実施形態のパターンを示す図である。第四実施形態のパターンを示す図である。第五実施形態のパターンを示す図である。従来のパターンを示し、（Ａ）はその一例、（Ｂ）は他の例である。図８（Ａ），（Ｂ）の従来パターンの考え得る組み合わせパターンの図である。

符号の説明

１０グランド用端子部
２０信号用端子部
２０Ａ信号用接続部
２１，２２配線部

Claims

絶縁板中に設けられた複数の信号回路層と各信号回路層を覆うグランド層とを絶縁層を介して有し、板厚方向にこれらの層の少なくとも一層を貫通して延びる導電性の端子部が基板面で複数の行及び列をなす位置に設けられ、端子部は両端列に位置する一部の数の端子部がグランド用端子部として、そして他の端子部の少なくとも一部は信号用端子部としてそれぞれ形成され、信号回路層は、層同士間で重ならない行列位置で、信号用端子部の周面から延出せる信号用接続部と該信号用接続部から発して基板の端部へ列方向に延びて形成された配線部とを有し、グランド層は上記信号用端子部の外周面と間隔をもって基板面に平行な面状に形成されかつグランド端子部と導通している伝送回路基板において、グランド用端子部は両端列にて二行毎に設けられ、各信号回路層は、信号回路層同士で異なる列方向又は行方向で、隣接する少なくとも一対をなす信号用接続部が平行な一対の配線部と導通しており、各グランド層は両端列でそれぞれ少なくとも一つのグランド用端子部と導通していることを特徴とする伝送回路基板。
信号回路層は伝送基板の少なくとも一部の領域で四行毎に一層をなし、少なくとも該一層にて、一対をなす信号用接続部が列方向で隣接していることとする請求項１に記載の伝送回路基板。
一層内に存在する四行の信号用接続部は、第一行及び第二行で列位置が同一で、第三行及び第四行とで上記第一行及び第二行での列位置に対して一列ずれた位置にあり、各行で列方向に隣接して対をなす信号用接続部から発する一対の配線部が列方向に延びており、第一行と第二行の配線部と第三行と第四行の配線部とが異なる列間に配されていることとする請求項２に記載の伝送回路基板。
絶縁板中に設けられた複数の信号回路層と各信号回路層を覆うグランド層とを絶縁層を介して有し、板厚方向にこれらの層の少なくとも一層を貫通して延びる導電性の端子部が基板面で複数の行及び列をなす位置に設けられ、端子部は両端列に位置する一部の数の端子部がグランド用端子部として、そして他の端子部の少なくとも一部は信号用端子部としてそれぞれ形成され、信号回路層は、層同士間で重ならない行列位置で、信号用端子部の周面から延出せる信号用接続部と該信号用接続部から発して基板の端部へ列方向に延びて形成された配線部とを有し、グランド層は上記信号用端子部の外周面と間隔をもって基板面に平行な面状に形成されかつグランド端子部と導通している伝送回路基板と、該伝送回路基板に接続されたコネクタとを有するコネクタ装置において、伝送回路基板は、グランド用端子部が両端列にて二行毎に設けられ、各信号回路層は、信号回路層同士で異なる列方向又は行方向で、隣接する少なくとも一対をなす信号用接続部が平行な一対の配線部と導通しており、各グランド層は両端列でそれぞれ少なくとも一つのグランド用端子部と導通しており、コネクタのグランド端子と信号端子が上記伝送用回路基板のそれぞれ対応するグランド用端子部と信号用端子とに接続されていることを特徴とする伝送回路基板付コネクタ装置。