JP4381701B2

JP4381701B2 - 同軸コネクタと多層基板との接続構造

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Publication number: JP4381701B2
Application number: JP2003068205A
Authority: JP
Inventors: 晴彦稗田; 英喜浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: US20060049491A1; EP1603201A1; US7471174B2; WO2004082080A1; EP1603201A4; JP2004281120A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば通信装置の高周波回路等に用いる同軸コネクタと多層基板との接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の同軸コネクタと多層基板との接続構造においては、導電性の筐体内に実装された高周波多層基板（以下、多層基板という）の伝送線路信号線パターン（以下、導電性パターンという）と同軸コネクタの芯線とを適当な蝋材によって直接電気的に接続している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７７３１１公報
【０００４】
次に動作について説明する。
同軸コネクタから入力された高周波信号は、同軸コネクタと多層基板との接合部を通過し、多層基板上に形成された伝送線路上を伝播して行き、その逆方向の伝播路においても、前記伝送線路上を伝播してきた高周波信号は、同軸コネクタと多層基板との接合部を通過して同軸コネクタへと伝播して行く。
【０００５】
以上において、同軸コネクタと多層基板との接合部では、多層基板の厚みによって、筐体上の接地面と同軸コネクタの芯線との間隔が広がり、この領域においては、伝送線路としてのインピーダンスが大幅に乱れ、誘電性を引き起こす結果となる。ここで、多層基板の肉厚が厚くなるほど前記誘電性の度合いが大きくなる傾向にある。さらに、多層基板では、該基板最上層の伝送線路パターンとその直下層の接地パターンを基板端面まで形成することが難しいため、その基板端面と前記接地パターンの端部との間には大きなパターンマージンが生じる。そのため、多層基板の端面近傍では、伝送線路を構成する接地パターンを形成することができず、従って、その領域においても、伝送線路のインピーダンスが大幅に乱れ、誘電性を引き起こすという問題がある。
【０００６】
そこで、上記従来の同軸コネクタと多層基板との接続構造では、同軸コネクタに容量性の同軸線路を設けることによって、上述のような伝送線路の誘電性を打ち消す構成とし、これにより、インピーダンス整合を図り、その特性を確保するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同軸コネクタと多層基板との接続構造は以上のように構成されているので、インピーダンス整合が成されるように設計された周波数近傍では、同軸コネクタに設けられた容量性の同軸線路と同軸コネクタと多層基板間の接合部分による誘電性の伝送線路が互いに容量性、誘電性を打ち消してマッチングが取られることにより、インピーダンスの乱れが少なく、ある程度のリターンロス特性を得ることができる。しかしながら、設計周波数から離れた周波数では、マッチングが取れなくなり、同軸コネクタと多層基板との間の接合部分によるインピーダンスの乱れが増大し、高周波回路に不可欠な低リターンロス特性を得ることが難しく、これらの要因から上記従来の同軸コネクタと多層基板との接続構造では、広帯域に良好なリターンロス特性を得ることが非常に困難となり、近年に見られる通信装置の広帯域化に対応することができないという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、同軸コネクタと基板との電気的接合部分によるインピーダンスの乱れを大幅に軽減することができて優れたリターンロス特性を広帯域で確保することができる同軸コネクタと多層基板との接続構造を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る同軸コネクタと多層基板との接続構造は、上段部及び下段部と側壁とを有する筺体（１）と、この筺体の側壁に設けられ、芯線を有する同軸コネクタ（１０）と、前記筺体の下段部に設けられ、その表面に第１の信号線パターン（２１、２５）を、その内部に内層パターンを有する多層基板（２０）と、この多層基板と前記同軸コネクタとの間における前記筺体の上段部に設けられ、前記同軸コネクタの芯線と電気的に接続された第２の信号線パターン（３１、３５）を表面に有するマイクロストリップライン型伝送線路である仲介用基板（３０）と、前記第２の信号線パターンと前記第１の信号線パターンとを電気的に接続した主線路（４０）、及び前記多層基板と前記仲介用基板とに跨るように前記主線路の両側に配置された平面状の側路（４０ａ）、前記多層基板の裏面及び前記仲介用基板の裏面にそれぞれ設けられた接地パターン（２３、３２）、及び前記多層基板及び前記仲介用基板にそれぞれビアホール（２４、３３）を設け、前記多層基板のビアホール（２４）を介して前記多層基板の接地パターン（２３）と前記側路とを電気的に接続し、かつ、前記仲介用基板のビアホール（３３）を介して前記仲介用基板の接地パターン（３２）と前記側路とを電気的に接続し、前記側路を通して前記多層基板の接地パターン及び前記仲介用基板の接地パターンを接地して構成したコプレーナ型伝送線路とを備えたものである。
【００１０】
この発明の請求項２に係る同軸コネクタと多層基板との接続構造は、上段部及び下段部並びにその上段部に隣接した側壁を有する導電性の筺体（１）と、この筺体の側壁に設けられ、芯線を有する同軸コネクタ（１０）と、前記筺体の下段部に設けられ、その表面に第１の信号線パターン（２１、２５）を、その内部に内層パターンを有する多層基板（２０）と、前記上段部に設けられ、前記同軸コネクタの芯線と電気的に接続された第２の信号線パターン（３１、３５）を表面に有するマイクロストリップライン型伝送線路である仲介用基板（３０）と、前記第２の信号線パターンと前記第１の信号線パターンとを電気的に接続した主線路（４０）、及び前記多層基板と前記仲介用基板とに跨るように前記主線路の両側に配置された平面状の側路（４０ａ）、前記多層基板の裏面及び前記仲介用基板の裏面にそれぞれ設けられた接地パターン（２３、３２）、及び前記多層基板にビアホール（２４）を設け、かつ、前記仲介用基板の前記多層基板側にビアホール（３３）を設け、前記多層基板のビアホール（２４）を介して前記多層基板の接地パターン（２３）と前記側路とを電気的に接続し、前記仲介用基板のビアホール（３３）を介して前記仲介用基板の接地パターン（３２）と前記側路とを電気的に接続し、前記側路を通して前記多層基板の接地パターン及び前記仲介用基板の接地パターンを接地して構成するとともに、前記芯線の両側に前記筐体に接続した平面状の接続用線路（４１）を配置し、前記仲介用基板の前記側壁側にビアホール（３４）を設け、このビアホール（３４）介して前記接続用線路を前記仲介用基板の接地パターンに電気的に接続して構成したコプレーナ型伝送線路とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による同軸コネクタと多層基板との接続構造を示す縦断側面図、図２は図１の一部切欠平面図である。
図１および図２に示すように、導電性の筐体１には同軸コネクタ１０と多層基板（高周波基板）２０とが実装され、その同軸コネクタ１０と多層基板２０との間には両者を電気的に接続する仲介用基板３０が配置されている。
【００１２】
さらに詳述すると、前記筐体１の側壁にはコネクタ取付孔２が設けられ、このコネクタ取付孔２に同軸コネクタ１０の芯線１１が絶縁体１２を介して挿入されている。また、前記筐体１の内壁に仲介用基板３０が実装されている。その仲介用基板３０は、表面にマイクロストリップライン型伝送線路を構成する信号線パターン３１が形成され、かつ裏面にマイクロストリップライン型伝送線路接地パターン（以下、接地パターンという）３２が形成された両面基板からなって、その一端側近傍（コネクタ取付孔２と反対側端部近傍）には、基板表層と前記接地パターン３２とを電気的に接続するビアホール３３が設けられている。ここで、上述のようにコネクタ取付孔２に挿入された同軸コネクタ１０の芯線１１は、前記筐体１の内壁に実装された仲介用基板３０の信号線パターン３１上に延びて当該信号線パターン３１に半田等の蝋材で電気的に接続されている。
【００１３】
また、前記筐体１の内壁には、そのコネクタ取付孔２との反対側に前記仲介基板３０と隣り合うように多層基板２０が実装されている。その多層基板２０は、表面のマイクロストリップライン型伝送線路を構成する信号線パターン２１と、基板内層のマイクロストリップライン伝送線路接地パターン（以下、基板内層接地パターンという）２２と、基板裏面接地パターン２３とを有すると共に、それらのパターン２２，２３と基板表層の相互を前記仲介用基板３０寄りで電気的に接続するビアホール２４を有している。
【００１４】
そして、前記多層基板２０と仲介用基板３０との隣接側表面において、その両者の信号線パターン２１，３１の相互がリボンボンディング等で電気的に接続されている（主線路４０）。同様にして、前記ビアホール２４，３３の相互がリボンボンディング等によって電気的に接続されている（側路４０ａ）。このようにして、仲介用基板３０の信号線パターン３１と多層基板２０の表面の信号線パターン２１、そして各接地パターン２２，２３，３２とがコプレーナ型伝送線路４０，４０ａで電気的に接続された伝送線路が形成される。すなわち、その伝送線路は、仲介用基板３０と多層基板２０とに跨って連続した高周波伝送線路を構成しているものである。
【００１５】
次に動作について説明する。
同軸コネクタ１０から入力された高周波信号は、同軸コネクタ１０の芯線１１と仲介用基板３０の信号線パターン３１との接合部分を通過して前記信号線パターンによって構成されるマイクロストリップライン型伝送線路３１を伝播した後、コプレーナ型伝送線路４０を通過し、次いで多層基板２０上の信号線パターンによって構成されるマイクロストリップライン型伝送線路２１を伝播して行く。その逆方向の伝播路の場合にあっても、多層基板２０表面の信号線パターン２１によって構成されるマイクロストリップライン型伝送線路を伝播してきた高周波信号は、コプレーナ型伝送線路４０を通過した後、仲介用基板３０上の信号線パターン３１によって構成されるマイクロストリップライン型伝送線路を伝播し、同軸コネクタ１０の芯線１１と仲介用基板３０上の信号線パターン３１との接合部分を通過し、同軸コネクタ１０へと伝播して行く。
【００１６】
以上説明した実施の形態１によれば、導電性の筐体１に実装された多層基板２０と同軸コネクタ１０との間に仲介用基板３０を配置し、当該仲介用基板３０上の信号線パターン３１と前記同軸コネクタ１０の芯線１１とを電気的に接続すると共に、前記仲介用基板３０上の信号線パターン３１と多層基板２０の表面信号線パターン２１とをコプレーナ型伝送線路４０で電気的に接続するように構成したので、インピーダンスの乱れが大幅に軽減できて優れたリターンロス特性を広帯域に確保することができるという効果がある。
【００１７】
すなわち、上記実施の形態１によれば、同軸コネクタ１０と仲介用基板３０との電気的接合部分ではインピーダンスの乱れが生じるが、多層基板２０の回路とは異なり、仲介用基板３０上には制御系回路を搭載する必要がなく、このため、前記仲介用基板３０を最適な基板形状および設計とすることができる。そのため、仲介用基板３０においては、その厚みを極力薄くすることができ、これにより、多層基板２０を同軸コネクタ１０に対して電気的に直接接続する構造に比べて、仲介用基板３０の表面の信号線パターン３１と裏面の接地パターン３２および筐体上の接地面と同軸コネクタの芯線１１とを大幅に近づけることができ、この領域においては、伝送線路としてのインピーダンスの乱れを大きく改善できるという効果がある。
【００１８】
さらに、前記多層基板２０では、最上層の信号線パターン２１とその直下の内層接地パターン２２とによって形成されているマイクロストリップライン型伝送線路の前記内層接地パターン２２を基板端面まで形成することが難しいために、その内層接地パターン２２の端面と基板端面との間にはパターンマージンＭ１（図１および図２参照）が生じるが、前記仲介用基板３０は多層基板ではなく単層の両面基板からなっているので、前記仲介用基板３０として例えばアルミナ基板を用いることにより、その基板裏面の接地パターン３２の端面と基板端面との間のパターンマージンＭ２を大幅に狭めることができる。すなわち、前記仲介用基板３０にあっては、その裏面の接地パターン３２を基板端面近くまで形成することができ、このため、多層基板２０で生じていた基板端面付近での伝送線路のインピーダンスの乱れを大幅に軽減することが可能になるという効果がある。その結果、上述のような同軸コネクタ１０と仲介用基板３０との接合によって、広帯域に優れたリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００１９】
ここで、多層基板２０と仲介用基板３０の表面に共通のマイクロストリップライン型伝送線路を形成する信号線パターン２１，３１同士を接続し、その両基板２０，３０間を接続するような構造にすると、多層基板２０の内層パターンマージンＭ１や多層基板２０の厚みおよび基板ギャップ壁の厚みが大きいため、両基板２０，３０間の接合部分で大幅にインピーダンスが乱れ、良好なリターンロス特性を得ることができない。
【００２０】
しかし、上記実施の形態１では、仲介用基板３０上の信号線パターン３１と多層基板２０上の信号線パターン２１とをリボンボンディング等によるコプレーナ型伝送線路４０で接合したことにより、その接合部分での電磁界は、コプレーナ型伝送線路４０のみに集中して伝播し、基板内部への電磁界分布は激減するため、前記多層基板２０の内層接地パターン２２の有無による当該基板端面近くの伝送線路や基板ギャップ壁および多層基板２０の厚みによるインピーダンスの乱れの影響を殆ど受けなくなる。そのため、上述のような仲介用基板３０と多層基板２０との電気的接合においても、広帯域に良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。その結果、同軸コネクタ１０から仲介用基板３０および多層基板２０に至る伝送線路全体においても広帯域に良好なリターンロス特性を得ることができるという効果がある。
【００２１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による同軸コネクタと多層基板との接続構造を一部切欠して示す平面図であり、図１および図２と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２では、上記実施の形態１による同軸コネクタと多層基板との接続構造において、仲介用基板３０の同軸コネクタ１０側の端部付近にも２つの同軸コネクタ−仲介用基板間ビアホール３４を設け、当該ビアホール３４と導電性筐体１とをリボンボンディング等による２本の仲介用基板接続線路４１で電気的に接続する構成としたものである。
【００２２】
このような構成の実施の形態２によれば、２つの同軸コネクタ−仲介用基板間ビアホール３４から導電性筐体１に対し電気的に接続されている２本の同軸コネクタ−仲介用基板接続線路４１と同軸コネクタ１０の芯線１１とによって、コプレーナ型伝送線路が形成されるので、同軸コネクタ１０の芯線１１のみで同軸コネクタ１０と仲介用基板３０とを電気的に接続した場合よりもインピーダンスの乱れをいっそう効果的に抑止することができ、従って、上記実施の形態１の場合よりも、さらにリターンロスを改善することができるという効果がある。
【００２５】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による同軸コネクタと多層基板との接続構造を一部切欠して示す平面図であり、図３との同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態３では、上記実施の形態２における多層基板２０上のマイクロストリップライン型伝送線路２１をコプレーナ型伝送線路２５に代えたものである。
【００２６】
この実施の形態３によれば、多層基板２０の表面に上記実施の形態２のマイクロストリップライン型伝送線路２１に代わるコプレーナ型伝送線路２５を形成するように構成したので、多層基板２０からコプレーナ型伝送線路２５に電磁波が伝播する場合、または、その逆方向に電磁波が伝播する場合のいずれにおいても、常にコプレーナ型の電磁波伝送モードを保ったまま伝播することができ、そのため、マイクロストリップライン型とコプレーナ型の電磁界伝送モード変換の必要がある、多層基板２０の表面にマイクロストリップライン型伝送線路を形成した場合よりもリターンロスの劣化を抑止できるという効果がある。従って、この実施の形態３では上記実施の形態２よりも、さらにリターンロスを改善できるという効果がある。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、筐体内に実装した高周波基板と同軸コネクタとの間に、その両者を電気的に接続する仲介用基板を配置するように構成したので、前記仲介用基板上には制御系回路を搭載する必要がなく、このため、その仲介用基板として両面基板を適用することが可能となって当該仲介用基板の厚みを極力薄くすることができ、多層基板と同軸コネクタとを電気的に直接接続した従来の接合構造に比べて、前記仲介用基板の信号線パターンと同軸コネクタの芯線を接地面に対し大幅に接近させることができ、伝送線路としてのインピーダンスの乱れを大きく改善できて広帯域に優れたリターンロス特性を確保できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による同軸コネクタと多層基板との接続構造を示す縦断側面図である。
【図２】図１の一部切欠平面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による同軸コネクタと多層基板との接続構造を一部切欠して示す平面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による同軸コネクタと多層基板との接続構造を一部切欠して示す平面図である。
【符号の説明】
１筐体、２コネクタ取付孔、１０同軸コネクタ、１１芯線、１２絶縁体、２０多層基板（高周波基板）、２１信号線パターン（マイクロストリップライン型伝送線路）、２２，２３接地パターン（マイクロストリップライン型伝送線路）、２４ビアホール、２５コプレーナ型伝送線路、３０仲介用基板、３１信号線パターン（マイクロストリップライン型伝送線路）、３２接地パターン（マイクロストリップライン型伝送線路）、３３ビアホール、３４同軸コネクタ−仲介用基板間ビアホール、４０、４０ａコプレーナ型伝送線路、４１導電性筐体−仲介用基板接続線路、Ｍ１，Ｍ２パターンマージン。

Claims

上段部及び下段部と側壁とを有する筺体（１）と、この筺体の側壁に設けられ、芯線を有する同軸コネクタ（１０）と、前記筺体の下段部に設けられ、その表面に第１の信号線パターン（２１、２５）を、その内部に内層パターンを有する多層基板（２０）と、この多層基板と前記同軸コネクタとの間における前記筺体の上段部に設けられ、前記同軸コネクタの芯線と電気的に接続された第２の信号線パターン（３１、３５）を表面に有するマイクロストリップライン型伝送線路である仲介用基板（３０）と、前記第２の信号線パターンと前記第１の信号線パターンとを電気的に接続した主線路（４０）、及び前記多層基板と前記仲介用基板とに跨るように前記主線路の両側に配置された平面状の側路（４０ａ）、前記多層基板の裏面及び前記仲介用基板の裏面にそれぞれ設けられた接地パターン（２３、３２）、及び前記多層基板及び前記仲介用基板にそれぞれビアホール（２４、３３）を設け、前記多層基板のビアホール（２４）を介して前記多層基板の接地パターン（２３）と前記側路とを電気的に接続し、かつ、前記仲介用基板のビアホール（３３）を介して前記仲介用基板の接地パターン（３２）と前記側路とを電気的に接続し、前記側路を通して前記多層基板の接地パターン及び前記仲介用基板の接地パターンを接地して構成したコプレーナ型伝送線路とを備えた同軸コネクタと多層基板との接続構造。
上段部及び下段部並びにその上段部に隣接した側壁を有する導電性の筺体（１）と、この筺体の側壁に設けられ、芯線を有する同軸コネクタ（１０）と、前記筺体の下段部に設けられ、その表面に第１の信号線パターン（２１、２５）を、その内部に内層パターンを有する多層基板（２０）と、前記上段部に設けられ、前記同軸コネクタの芯線と電気的に接続された第２の信号線パターン（３１、３５）を表面に有するマイクロストリップライン型伝送線路である仲介用基板（３０）と、前記第２の信号線パターンと前記第１の信号線パターンとを電気的に接続した主線路（４０）、及び前記多層基板と前記仲介用基板とに跨るように前記主線路の両側に配置された平面状の側路（４０ａ）、前記多層基板の裏面及び前記仲介用基板の裏面にそれぞれ設けられた接地パターン（２３、３２）、及び前記多層基板にビアホール（２４）を設け、かつ、前記仲介用基板の前記多層基板側にビアホール（３３）を設け、前記多層基板のビアホール（２４）を介して前記多層基板の接地パターン（２３）と前記側路とを電気的に接続し、前記仲介用基板のビアホール（３３）を介して前記仲介用基板の接地パターン（３２）と前記側路とを電気的に接続し、前記側路を通して前記多層基板の接地パターン及び前記仲介用基板の接地パターンを接地して構成するとともに、前記芯線の両側に前記筐体に接続した平面状の接続用線路（４１）を配置し、前記仲介用基板の前記側壁側にビアホール（３４）を設け、このビアホール（３４）介して前記接続用線路を前記仲介用基板の接地パターンに電気的に接続して構成したコプレーナ型伝送線路とを備えた同軸コネクタと多層基板との接続構造。