JP4777984B2 - フレキシブルプリント回路板を備えた通信コネクタ - Google Patents

Description

本出願は２００４年７月１３日に出願された米国特許仮出願第６０／５８７，４１６号および２００４年１２月１７日に出願された米国特許仮出願第６０／６３７，０２４号の利益を主張する。これらの出願の全体を参照によって本明細書に援用する。

本発明は一般に電気コネクタに関し、より詳細には、フレキシブルプリント回路板を有するモジュラー通信ジャックに関する。

通信産業では、データ伝送速度が着実に増加するにつれて、ジャックおよび／またはプラグ内部で近接して配置された並行な導体間の容量結合および誘導結合によって生じるクロストークが大きな問題となってきている。次第に厳しくなる基準を満たすように、クロストーク性能を改善したモジュラーコネクタが設計されている。これらの改善されたコネクタの多くは、参照によって全体を援用するが、米国特許第５，９９７，３５８号に開示されている概念を含む。特に最近のコネクタでは、障害となる近端クロストーク（ＮＥＸＴ）を除去するように所定値のクロストーク補償を導入している。補償領域とプラグ／ジャックインターフェースとの間の距離に起因する伝播遅延による位相シフトを解決するために、２つ以上の補償段が使用される。その結果、障害となるクロストークの大きさおよび位相は補償によって相殺され、全体的に見ると、同じ大きさの反対位相となる。

最近の伝送速度は５００ＭＨｚを超えるものを含み、‘３５８号特許に開示された技術の能力を超えている。したがって、補償技術の改善が必要とされている。

図１および２は、本発明の実施形態によるフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）１０２を含む通信ジャック１００の分解斜視図である。ジャック１００は、主ハウジング１０６および下側前方スレッド１０４、および８極プラグインターフェースコンタクト１１２を支持するように配置された上側前方スレッド１０８を含む。ＦＰＣ１０２は、プラグインターフェースコンタクト１１２がプラグのコンタクト（図示せず）と接触する場所の付近でプラグインターフェースコンタクト１１２に取り付けられる。ＦＰＣ１０２は、（好ましくはフレキシブルな）導体１１０によってＰＣＢ（プリント回路板）１１４に取り付けられる。ＦＰＣ１０２、導体１１０、およびＰＣＢ１１４はすべて、ＦＰＣのＰＣＢ１１４部分がＦＰＣ１０２の剛性延長部である、ＦＰＣ１０２の一部とすることができる。図示するように、８極ＩＤＣ（圧接コンタクト）１１６は、ＰＣＢ１１４のスルーホールを通して後方からＰＣＢ１１４に係合する。ＩＤＣ１１６用の通路を有する後方ハウジング１１８およびワイヤキャップ１２０は、撚り対線通信ケーブルまたはパンチダウンブロックとのインターフェースを形成するように働く。

本明細書に記載されたこの実施形態および他の実施形態では、ＦＰＣ１０２は各側面が導電層で覆われた基板であり、またはそれを含む。望まない導電材料は、製造時に各側面からエッチング除去される。ＦＰＣ１０２の両側面上のそれぞれの導体間の位置合わせのばらつきによる結合変化の変動を減少させるように、ＦＰＣ１０２の両側面上のそれぞれのパターン間で最小限の位置合わせ許容差が維持される。さらに、開示された設計ではトレース幅の許容差による結合の変動も最小限に抑えられる。近端クロストーク（ＮＥＸＴ）補償領域の長さはＮＥＸＴクロストーク領域の長さとほぼ同等であるので、個々のＦＰＣ１０２に合わせられる傾向のあるＦＰＣ１０２のトレース幅の変動によって、ＮＥＸＴ補償領域とＮＥＸＴクロストーク領域の容量結合はほぼ同じ大きさだけ変化する。これにより、トレース幅の変動による補償の変動は最小限に抑えられる。

図３Ａ〜３Ｄは、図１および２の通信ジャック１００の内側部分を含むアセンブリ３００の斜視図である。このアセンブリは下側前方スレッド１０４、上側前方スレッド１０８、プラグインターフェースコンタクト１１２、ＦＰＣ１０２、導体１１０、ＰＣＢ１１４、およびＩＤＣ１１６を含む。一実施形態では、ＦＰＣ１０２はジャック１００内へと後方へ延びており、一体型に形成された垂直向きのＦＰＣ１００の剛性延長部分を含み、そこを通してＩＤＣ１１６がＦＰＣ１０２と接触する。剛性延長部は支持および取付機構として働き、それ自体には電気部品は含まない。ただし代替実施形態では、剛性延長部の一部を遠隔容量補償に使用することができ、このことは本発明の範囲内に含まれるものとする。同様に、剛性補償ＰＣＢは、剛性補償ＰＣＢと剛性延長部の間にＦＰＣ１０２をはさむように働くことができる。図３では、剛性延長部はＰＣＢ１１４の一部として示されている。

ジャック１００および図１〜３Ｄのジャック部品は４対通信ケーブルで終端するタイプのものであるが、この概念は、ジャック１００の後方ハウジング１１８、ワイヤキャップ１２０、および場合によってはＩＤＣ１１６に適切な修正が行われたパンチダウンバージョンにもあてはまる。

図４は図１〜３Ｄのプラグインターフェースコンタクト１１２から取り外されたＦＰＣ１０２を示す、アセンブリ３００の分解図である。ＦＰＣ１０２の一部分は一般に下側前方スレッド１０４に配設され、ＦＰＣ１０２の反対側部分はＦＰＣ１０２の剛性延長部に据えられている。剛性延長部は、８つのＩＤＣ１１６がＦＰＣ１０２と機械的および電気的に接続できるように、８つのスルーホール（例えば、スルーホール４０２）を含む。

図５は通信ジャック１００の側面断面図であり、図６はプラグインターフェースコンタクト１１２とＦＰＣ１０２の間のインターフェースがわずかに異なる、通信ジャック１００の側面断面図である。図示された２つの異なるコンタクト／ＦＰＣインターフェース４０２ａおよび４０２ｂは両方とも、プラグインターフェースコンタクト１１２に電気的および機械的に取り付けられたＦＰＣ１０２を有する。インターフェース４０２ａは後方アタッチメントを使用し、インターフェース４０２ｂは前方アタッチメントを使用する。図５および６に示す設計の利点は、プラグインターフェースコンタクト１１２が短く、コンタクト／ＦＰＣインターフェースはプラグインターフェースコンタクト１１２がプラグコンタクト（図示せず）と面する場所に近接して配置されるので、プラグインターフェースコンタクト１１２には信号電流が実質的に流れないことである。これによりクロストークおよび他のノイズとなる可能性のある原因が除去される。ＦＰＣ１０２が可撓性であることによって、プラグが取り付けられると正確に一体となって動かない、すべてのプラグインターフェースコンタクト１１２を、これに接続することができる。

図７Ａ〜７Ｅは、通信ジャック１００のＰＣＢのリード３、４、５および６のためのＦＰＣ１０２の設計を示す。実線はＦＰＣ基板の上面に配置されたトレースを示し、点線はＦＰＣ基板の下側の配置を示す。クロストークおよび他のノイズを受けやすいことからリード３、４、５および６のみが示されており、したがって補償は一般にこれらのリードを最適化することを目標とする。

図７Ａ〜７Ｅの上面図では、ＦＰＣ１０２はフラットな（湾曲していない）構造である。ただし、図１〜６に示すジャックでは、ＦＰＣはコンタクトからスレッドの水平位置へ垂直に下方へ、次いで剛性延長部および／またはＰＣＢ１１４に沿って垂直に上方へと、湾曲して示されている。図１０〜１４Ｃは、ＦＰＣ１０２がスレッドから垂直ではなく水平に後方へ延び、垂直に配置されたＩＤＣ１１６が水平に配設されたＦＰＣ１０２と電気的に接続する、代替実施形態を示す。

図７Ｆ〜７Ｋは、図７Ａに示すＦＰＣ１０２のそれぞれの位置でリード３、４、５および６の断面図を示す。これらの図はそれぞれ、対応する断面図を断面線に沿って見た、図７Ａに示された設計の一部分の立面図を含む。ＦＰＣ１０２の基板自体はこれらの図には示されていないが、トレース断面間の垂直変位によって、トレースがＦＰＣ１０２基板のどちら側に配置されているかを示している。

図７Ａ〜７Ｋに示された構造および仕様は好ましい実施形態を対象としているが、他の多くの設計を本発明の範囲内とすることが可能であり、かつそのようにするものとする。クロストークおよび他の影響を補償するために設計の変更を行うことができる。同様に、４対を超える、または４対未満の通信ケーブル用に設計されたジャックは明らかに構造および許容差が異なるが、本明細書で開示された設計の概念が同様に適用される。

図８Ａ〜８Ｉは、通信ジャックのＰＣＢのリード１〜８のためのＦＰＣ１０２の設計を示す。この設計のＦＰＣは、図７Ａのものと同様の設置面積を有し、トレース構成の一部も同様である（例えば、領域Ｆ参照）。ただし、図８Ａ〜８Ｉの設計はわずかに異なる結合および補償方法を使用している。図７Ａ〜７Ｋおよび図８Ａ〜８Ｉに示された設計は、ＦＰＣ１０２の長さ全体の大部分にわたる、少なくともいくつかの補償結合を有するＦＰＣ１０２を使用していることに留意されたい。図の領域Ａ〜Ｅは図１〜５のＦＰＣ１０２および導体１１０に対応し、領域Ｆは本実施形態では実際はＦＰＣ１０２の剛性延長部であるＰＣＢ１１４に対応する。

図９Ａ〜９Ｃは、通信ジャック１００のリード１〜８のためのＦＰＣ１０２の代替設計を示し、ＦＰＣは補償領域（図９Ｂの領域Ｂ）の容量結合９００を組み込んでいる。この設計は、周波数が増加すると容量結合を効果的に減少させる誘導結合を使用する、２００４年４月６日に出願された米国特許仮出願第６０／５５９，８４６号の優先権を主張する米国特許出願第１１／０９９，１１０号の教示を使用する。この出願を、参照によってその全体を援用する。さらに、２００５年２月２０日に出願された米国特許出願第１１／０５５，３４４号および２００５年３月１１日に出願された米国特許出願第１１／０７８，８１６号を、参照によってその全体を援用する。

図９Ｂはリード３、４、５および６のためのＦＰＣの容量結合部分を示す。図９Ｃは、図示を簡単にするために基板を除去した容量プレートを示す、この部分の上側斜視図である。一般に、補償領域の分布容量結合は、追加された遠隔容量結合の大きさだけ低周波数で減少する。

上述したように、ジャック１００に取り付けられたＦＰＣ１０２は垂直または水平に配置することができる。図１〜９Ｃでは、垂直な配置が説明されている。図１０〜１４Ｃでは水平配置で設計されたＦＰＣを組み込んだ実施形態が説明されている。

図１０は水平配置されたＦＰＣ１００２を有する通信ジャック１０００の後方分解斜視図である。この設計は、ＦＰＣ１００２を、前方ハウジング１００６および後方ハウジング１０２０に面する中間ＩＤＣキャリア１０１８から下方向に突き出た８極ＩＤＣ１０１６を受けるように、水平配置に置くように構成されたスレッド機構１００４を含む。図１１は、組み立てられた形態にある図１０の通信ジャック１０００の側面断面図である。

図１２および１３は、図１０の通信ジャック１０００内部に含まれる、プラグインターフェースコンタクト１０１２、ＦＰＣ１００２、ＦＰＣの剛性支持体１０１４、ＩＤＣキャリア１０１８およびＩＤＣ１０１６を示す、部分分解斜視図である。

図１４Ａは、図１０の通信ジャック１０００のリード１〜８のためのＦＰＣ１００２の設計を示す。図１４Ｂおよび１４Ｃは、ＦＰＣ１００２の様々な位置でリード１〜８の断面図を示す。

本明細書に説明された実施形態では、ＦＰＣ１０２、１００２はプラグ／ジャックインターフェースのすぐ下で各プラグインターフェースコンタクトの底面に機械的および電気的に接続される。ＦＰＣ１０２、１００２の他端は各プラグインターフェースコンタクトをＩＤＣに電気的に接続し、規格プラグのクロストーク結合を補償する。プラグインターフェースコンタクト同士の間のプラスチックガイドは最小限とし、プラグインターフェースコンタクト間の誘電および容量結合を最小限に抑える。

図７Ａ、８Ａおよび１４Ａでは、領域Ａ〜Ｆが示されている。これらの領域は一般に次のように作用する。領域Ａはプラグインターフェースコンタクトとの接続からＮＥＸＴ（近端クロストーク）補償領域への移行領域であり、領域ＢはＮＥＸＴ補償領域であり、領域ＣはＮＥＸＴ補償領域からＮＥＸＴクロストーク領域への移行領域であり、領域Ｄはプラグインターフェースコンタクトを補償する補償領域であり、領域ＥはＮＥＸＴクロストーク領域であり、領域ＦはＮＥＸＴクロストーク領域をＩＤＣのソケットに接続する中立領域である。

領域Ｃの設計目的は誘導および容量結合ならびに回路パスの長さを領域Ａと同じにすることである。ＮＥＸＴクロストーク領域の全クロストーク結合の大きさは規格プラグのものとほぼ等しい。ＮＥＸＴ補償領域の補償結合全体の大きさは、規格プラグのクロストーク結合の２倍と領域Ａの結合全体の２倍したものを合わせたものよりわずかに小さい。

リード３、４、５および６のみを含む、図７Ａに示す好ましい実施形態では、領域Ｄ以外のすべての領域は分布結合を有しており、遠隔結合はない。リード３、４、５および６のためのＦＰＣ設計は、ＦＰＣ１０２の各側面上の導体間の位置合わせのばらつきによる結合変化の変動を減少させ、トレース幅のばらつきによる結合を減少させる。領域Ｄは遠隔容量結合をもたらし、プラグ／ジャックインターフェース付近で接続される。規格プラグの結合の有効中心とＮＥＸＴ補償領域の中心との間の位相角の変化は、ＮＥＸＴクロストーク領域の中心とＮＥＸＴ補償領域の中心との間の位相角の変化とほぼ等しい。したがって、ジャックと規格プラグの結合はＮＥＸＴ補償領域の中心に対して対称となる。その結果、順ＮＥＸＴは逆ＮＥＸＴと等しくなる。

ＮＥＸＴ補償領域は、ＦＰＣの短絡パスによってプラグ／ジャックインターフェースに接続されているので、それらの間の位相角の変化は、補償対周波数の変化と同様に最小限に抑えられる。

ＮＥＸＴ補償領域の誘導結合全体は、ジャックと規格プラグの回路パスのバランスの誘導結合全体にほぼ等しい。これによりＦＥＸＴが非常に低くなる。
ＦＰＣ１０２、１００２が可撓性であることによって、プラグが取り付けられると正確に一体となって動かない、すべてのプラグインターフェースコンタクトを接続することが可能である。また、様々な向きのＩＤＣまたはＰＣＢへの接続も容易にする。ＰＣＢに比べて比較的薄いＦＰＣ１０２、１００２の誘電層によって、ＮＥＸＴ補償領域を比較的短くしやすい。本明細書で様々な図に示すように、ＦＰＣ１０２、１００２はプラグインターフェースコンタクトに取り付けるための複数のフィンガを含むことができる。

ＮＥＸＴ補償領域の長さは、ＮＥＸＴクロストーク領域の長さとほぼ等しい。その結果、個々のＦＰＣ１０２、１００２に合わせられる傾向のあるＦＰＣトレース幅のばらつきによって、ＮＥＸＴ補償領域とＮＥＸＴクロストーク領域の容量結合がほぼ同じ大きさだけ変化する。これにより、トレース幅の変動による補償の変動が最小限に抑えられる。

本明細書で説明された実施形態の対１、２および７、８のための回路パスは、他の対での補償をどのように達成できるかを示している。他の対の組合せに要求された補償は、規格プラグ内でのこれらの対の向きにより、一般に、対３，６および４、５よりもはるかに簡単に達成される。

図１５Ａ〜１５Ｇは、通信ジャック１５００の前方アセンブリのためのフレキシブルＰＣＢの代替実施形態を示す。通信ジャック１５００のハウジング１５０２内に、上側前方スレッド１５１０、下側前方スレッド１５１２、プラグインターフェースコンタクト１５０４、ＦＰＣ１５０８、ステーキングポスト１５１４、および前方スレッドマンドレル１５０６を含む、前方スレッドアセンブリが配設されている。

ＦＰＣ１５０８は、上側前方スレッド１５１０の下側でコーム型スロット内に配置される（図１５Ｅおよび１５Ｆ参照）。ＦＰＣ１５０８は、定位置に保持されている間、複数のステーキングポスト１５１４に取り付けられる。プラグインターフェースコンタクト１５０４は、ＦＰＣ１５０８とともに、上側前方スレッド１５１０の前方スレッドマンドレル１５０６の周りに置かれ、固定され、湾曲する。プラグインターフェースコンタクト１５０４の断面を変えずにＦＰＣ１５０８を使用できるように、前方スレッドマンドレル１５０６の直径は、従来の通信ジャック設計のものより小さくなっている。

従来の通信ジャック設計の上側前方スレッドとは異なり、コームの上半分が上側前方スレッドから取り除かれ、代わりにハウジング１５０２に配置されている（図１５Ｂ参照）。ハウジング１５０２は、ＦＰＣ１５０８の上を摺動し、ＦＰＣ１５０８をコンタクトの背面から離すように動くフィンガを有する（図１５Ａ参照）。ＦＰＣ１５０８をプラグインターフェースコンタクト１５０４から離すことは、ＦＰＣ１５０８とプラグインターフェースコンタクト１５０４の間のクロストークを防ぐ助けとなる。

ＦＰＣ１５０８はプラグインターフェースコンタクト１５０４に直接取り付けられているので、クロストーク補償回路構成（ＦＰＣ１５０８上にある）はプラグ／ジャックインターフェースに最も近い場所に設けられる。その結果、性能が大幅に改善し、いくつかの実施形態では１０ギガビット／秒以上の伝送速度が達成される。

通信ジャックの前方分解斜視図である。 通信ジャックの後方分解斜視図である。 図３Ａは図１および２の通信ジャックの内側部分を構成するアセンブリの様々な斜視図である。 図３Ｂは図１および２の通信ジャックの内側部分を構成するアセンブリの様々な斜視図である。 図３Ｃは図１および２の通信ジャックの内側部分を構成するアセンブリの様々な斜視図である。 図３Ｄは図１および２の通信ジャックの内側部分を構成するアセンブリの様々な斜視図である。 図１の通信ジャックの内側部分を構成するアセンブリの斜視図である。 図１の通信ジャックの側面断面図である。 図１の通信ジャックの実施形態の側面断面図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード３、４、５および６のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード３のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード４のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード５のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード６のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 図７Ａに示すフレキシブルプリント回路のそれぞれの位置でのリード３、４、５および６の詳細および断面図である。 図７Ａに示すフレキシブルプリント回路のそれぞれの位置でのリード３、４、５および６の詳細および断面図である。 図７Ａに示すフレキシブルプリント回路のそれぞれの位置でのリード３、４、５および６の詳細および断面図である。 図７Ａに示すフレキシブルプリント回路のそれぞれの位置でのリード３、４、５および６の詳細および断面図である。 図７Ａに示すフレキシブルプリント回路のそれぞれの位置でのリード３、４、５および６の詳細および断面図である。 図７Ａに示すフレキシブルプリント回路のそれぞれの位置でのリード３、４、５および６の詳細および断面図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード１〜８のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード１のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード２のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード３のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード４のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード５のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード６のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード７のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード８のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード１〜８のためのフレキシブルプリント回路の代替設計を示す図である。 通信ジャックのプリント回路板のリード３、４、５および６のためのフレキシブルプリント回路の容量結合部分の設計を示す図である。 図９Ａおよび９Ｂのフレキシブルプリント回路のトレース３、４、５および６のための設計の一部分の上側斜視図である。 代替的な通信ジャックの後方分解斜視図である。 図１０の通信ジャックの側面断面図である。 図１０の通信ジャックの内側部分の斜視図である。 図１０の通信ジャックの内側部分の斜視図である。 図１０の通信ジャックのプリント回路板のリード１〜８のためのフレキシブルプリント回路の設計を示す図である。 図１４Ａのフレキシブルプリント回路の様々な位置のリード１〜８の断面図である。 図１４Ａのフレキシブルプリント回路の様々な位置のリード１〜８の断面図である。 通信ジャックの一部分の斜視図である。 通信ジャックのハウジングの一部分の斜視図である。 通信ジャックの側面断面図である。 前方スレッドアセンブリの斜視図である。 下側から見た、前方スレッドアセンブリの分解斜視図である。 下側から見た、上側前方スレッドおよびアセンブリ中に見られるフレキシブルプリント回路板の斜視図である。 上側から見た、上側前方スレッドおよびアセンブリの後段階に見られるフレキシブルプリント回路板の斜視図である。

Claims (10)

1. 通信コネクタを形成するように通信プラグを受けるための通信ジャックであって、
   プラグ／ジャックインターフェースでプラグと電気的に接触するための複数のプラグインターフェースコンタクトと、
   通信ケーブルと電気的に接触するための複数の圧接コンタクトと、
   第１の端部で前記複数のプラグインターフェースコンタクトと、かつ第２の端部で前記複数の圧接コンタクトと電気的および機械的に接続され、それにより前記プラグと前記通信ケーブルを電気的に接続するフレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ）とを含む、通信ジャック。
2. 前記ＦＰＣが前記プラグ／ジャックインターフェースで前記複数のプラグインターフェースコンタクトに接続される、請求項１に記載の通信ジャック。
3. 前記ＦＰＣは、フィンガを備え、前記ＦＰＣは、前記フィンガにより前記複数のプラグインターフェースコンタクトに接続され、これにより、前記プラグが前記ジャックに取り付けられたとき個々のプラグインターフェースコンタクトが押し下げられて前記ＦＰＣを湾曲させるようになっている、請求項１に記載の通信ジャック。
4. 前記ＦＰＣは、一部がスレッドによって、一部がＰＣＢによって支持される、請求項１に記載の通信ジャック。
5. 前記ＦＰＣが、前記複数の圧接コンタクトを受けるためのスルーホールを有する剛性延長部を含む、請求項１に記載の通信ジャック。
6. 前記ＦＰＣが、前記ジャック内への前記プラグの水平挿入部に対して垂直に向けられる、請求項５に記載の通信ジャック。
7. 前記圧接コンタクトが、前記ジャック内への前記プラグの水平挿入方向に対して水平に向けられる、請求項６に記載の通信ジャック。
8. 前記ＦＰＣが、前記ジャック内への前記プラグの水平挿入部に対して水平に向けられる、請求項５に記載の通信ジャック。
9. 前記圧接コンタクトが、前記ジャック内への前記プラグの水平挿入部に対して垂直に向けられる、請求項８に記載の通信ジャック。
10. 前記ＦＰＣが、２つの面を有する基板を含み、各面に導電層が積層される、請求項１に記載の通信ジャック。

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