JP4839362B2 - 高周波回路モジュール - Google Patents

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Description

本発明は高周波特性に優れた高周波回路モジュールに関する。
高周波回路モジュールの一例として、ケーブルやコネクタを含めた信号伝送路の高周波特性を測定するのに使用される評価基板がある。評価基板にはケーブル接続用のコネクタ及び計測器接続用の同軸コネクタが搭載され、両コネクタ間を電気接続するための配線パターン等が形成されている（特許文献１等) 。
特開２００７−１６５９４５号公報
特に高速差動伝送(DisplayPort：デジタルインターフェイス規格の一つ）対応の評価基板においては、使用周波数が数ＧＨｚ以上であることから、インピーダンス整合、線間遅延（スキュー）の最少化及びクロストークの低減を十分に図ったケーブル接続用コネクタや配線パターンを使用することが要求されている。
しかしながら、ケーブル接続用コネクタ（多極コネクタ）の外面に配列された基板実装用端子のピッチ間隔が小さい場合、同端子に接続される配線パターン（トレース）の間隔が小さく、これに伴ってクロストークが発生するという問題が指摘されている。
もっとも、隣り合うトレースの引き出し方向を互いに逆にすると、同トレースのピッチ間隔が約２倍になるものの、引き出し方向を１８０度反転させたトレースが多極コネクタの下方を通ることから、多極コネクタ自体が持つ容量の影響を直接的に受ける。即ち、多極コネクタ自体が持つ容量の影響を受ける程度が大きいトレースと小さいトレースとが混在することになり、これに伴って、Ｓパラメータの高周波特性が劣化するという別の問題が招来する。
これは評価基板だけの特有の問題ではなく、回路部品が基板に実装された一般的な高周波回路モジュールに共通して言える事柄である。
本発明は上記した背景の下で創作されたものであり、その目的とするのは、クロストークを低減するとともに回路部品自体が持つ容量の影響も受け難い高周波回路モジュールを提供することにある。
本発明に係る高周波回路モジュールは、外側に複数の端子が配列された表面実装型の高周波回路部品と、前記高周波回路部品が搭載された多層基板又は単層基板であり且つ接地導体層を有した基板とを備え、前記基板は、同基板の部品搭載面に形成され且つ前記高周波回路部品の端子が各々接続される電極パッドと、同基板の部品搭載面とは異なる外面又は内側面に形成された導波路と、前記高周波回路部品の下方又はその近くに位置し且つ前記電極パッドと前記導波路との間を電気接続するためのスルーホール電極とを有し、隣り合う導波路の全部又は一部の引き出し方向が互いに逆になっている。
この発明による場合、隣り合う導波路の全部又は一部の引き出し方向が互いに逆になっていることから、導波路間のピッチ間隔が大きくなり、これに伴ってクロストークの低減を図ることができる。しかも基板に接地導体層が設けられ、高周波回路部品の下方を通る導波路と高周波回路部品の下方を通らない導波路との双方に接地導体層が同程度に近接していることから、高周波回路部品の下方を通る導波路に対する高周波回路部品自体が持つ容量の影響を殆ど無くすことができる。よって、回路全体の高周波特性が良好になる。また、電極パッドと導波路との間に位置するスルーホール電極により伝送経路が不連続構造となっているものの、スルーホール電極が一般的に電気特性が悪い高周波回路部品の近くに配置されていることから、この点でも回路全体の高周波特性が良好となる。
上記発明を構成する導波路の具体例については、導波路が接地導体層を対向電極としたマイクロストリップラインとすることが望ましい。
この下位概念の発明による場合、上記接地導体層が導波路であるマイクロストリップラインの対向電極を兼ねていることから、この点で構成の簡単化を図ることができる。
上記発明の適用上の具体例については、高周波回路部品としての多極コネクタを含めた伝送経路の高周波特性を測定するのに使用される高速差動伝送対応の評価基板がある。この場合、基板上には高周波コネクタが搭載され、多極コネクタと高周波コネクタとの間が導波路を通じて電気接続されている。
この下位概念の発明による場合、上記のとおりクロストークが低減され、評価基板の高周波特性が良好となる。
上記発明を構成する導波路の位置の具体例については、基板の部品搭載面の反対側を配 線面とすることが望ましい。
この下位概念の発明による場合、導波路等が基板の部品搭載面とは異なる面に配置されているため、導波路の特性を演算により差し引くための校正キットを１つで済ますことができる。しかも導波路等が形成された面を誤って手で触れることを未然に防止することができることから、校正作業の簡易化を図ることが可能になる。
上記発明の適用上の具体例については、基板の部品搭載面には、引き出し方向が同一である隣り合う導波路に係る電極パッドの各間に補助導体パターンが配設されており、補助導体パターンを接地導体層に電気接続すると良い。
以下、本発明の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。なお、同図中に示された部品等と特許請求の範囲に記載された本発明の構成要素との間でその対応関係が不明なものについては、下記の符号の説明の欄において併せて示すものとする。
ここに例として掲げる高周波回路モジュールは、高速差動伝送(DisplayPort)対応の評価基板１であり、図１に示すようにケーブル接続用コネクタとして多極コネクタ１０と、計測器接続用コネクタとしての合計１０個の同軸コネクタ２０と、両コネクタが搭載された基板３０とを備えている。
多極コネクタ１０については、基板実装タイプ、１０極及び角型のレセプタクルコネクタであって、図外のフラットケーブルの端部に取り付けられたプラグコネクタが接続可能になっている。多極コネクタ１０は、図外の接続端子等が圧入された樹脂製のケース１１（図４参照）と、ケース１１の上面、左右側面及び背面を覆う金属製のシールドケース１３（図１参照）とを有している。ケース１１の外側の下面には信号入出力用の合計１０個の端子１２（図４参照）が等ピッチ間隔で配列されている。
なお、図１、図２及び図４においては、多極コネクタ１０を基板３０の面上に取り付けるためのシールドケース１３の縁部に形成された取り付け片、基板３０の面上に形成された取り付け片挿入穴が図示省略されている。
同軸コネクタ２０については、基板実装タイプ及びレセプタクル型の同軸ケーブルであって、図外の同軸ケーブルの端部に取り付けられたプラグレセプタクル型の同軸コネクタが接続可能になっている。基板３０の面上には多極コネクタ１０の極数に対応して合計１０個の同軸コネクタ２０が設けられている。これらを同軸コネクタ２０ａ〜２０ｊとして表している。
基板３０については、本実施形態では、第１シート層３１、第２シート層３２、第３シート層３３が上から順に積層された３層基板を用いている。基板３０の表面上には、長辺の中央部に同辺に沿って多極コネクタ１０が実装され、多極コネクタ１０を中心とした半円状に並べて同軸コネクタ２０ａ〜２０ｊが実装されている。
本実施形態においては、基板３０の表面が部品実装面α１とされ、基板３０の裏面が配線面α２（図２参照）とされている。基板３０の内側に電源パターン３２２（図４参照）及びグランドパターン３３３（同図参照）等を有している。
なお、図４中３１１、３２１及び３３１はガラス、セラミック、樹脂等の誘電体層、３１２及び３３２はプリブレグ等の絶縁層である。
基板３０は、部品搭載面α１に形成され且つ多極コネクタ１０の端子１２が各々接続される電極パッド３１３（図３及び図４参照）と、配線面α２に形成され且つ電極パッド３１３に各々電気接続されたマイクロストリップライン３３４と、電極パッド３１３とマイクロストリップライン３３４との間を電気接続するためのスルーホール電極３４（図３参照）とを有している。
なお、回路全体の高周波特性を良好にするために、基板３０の部品搭載面α１には特定の電気パッド３１３の間に補助導体パターン３３５が形成され（図３参照）、マイクロストリップライン３３４の近くには接地導体ビアホール３５が形成されている（図２参照）。
電極パッド３１３については、図３に示すように多極コネクタ１０の端子１２の個数及びピッチ間隔に対応した合計１０個の長方形のランドである。これらを電極パッド３１３ａ〜３１３ｊとして表している。
スルーホール電極３４については、基板３０上の電極パッド３１３の端部の直近の外寄りの位置に形成されており、電極パッド３１３ａ〜３１３ｊに対応して合計１０個有している。これらをスルーホール電極３４ａ〜３４ｊとして表している。
なお、図３中γで示された一点破線は多極コネクタ１０の部品領域を示している。即ち、スルーホール電極３４及び電極パッド３１３等については多極コネクタ１０の下方に位置している。
マイクロストリップライン３３４については、図４に示すように電極パッド３１３の端部から同軸コネクタ２０にかけて配線された板状導体であり、電極パッド３１３ａ〜３１３ｊ及び同軸コネクタ２０ａ〜２０ｊに対応して合計１０本有している。これらマイクロストリップライン３３４ａ〜３３４ｊとして表している。マイクロストリップライン３３４の対向電極についてはグランドパターン３３３である。マイクロストリップライン３３４ａ〜３３４ｊの長さは同一にされている。
マイクロストリップライン３３４の引き出し方向β１については、図２及び図３に示すように全てが同一方向ではない。即ち、マイクロストリップライン３３４のうち隣り合うマイクロストリップライン３３４ｄと３３４ｅとの間は引き出し方向β１が互いに逆になっている。マイクロストリップライン３３４ｆ及び３３４ｇ、マイクロストリップライン３３４ｈ及び３３４ｉについても全く同様である。これは、隣り合うマイクロストリップライン３３４のピッチ間隔を大きくするためと、多極コネクタ１０等のパターンレイアウト設計上の理由に基づいている。
この結果、マイクロストリップライン３３４のうち隣り合うストリップライン３３４ａと３３４ｂとの間は、引き出し方向β１が互いに同一になっている。ストリップライン３３４ｂ及び３３４ｃ、ストリップライン３３４ｃ及び３３４ｄ、ストリップライン３３４ｅ及び３３４ｆ、ストリップライン３３４ｇ及び３３４ｈ、ストリップライン３３４ｉ及び３３４ｊについても全く同様である。
補助導体パターン３３５については、図３に示すように引き出し方向β１が同一である隣り合うマイクロストリップライン３３４の中間ラインβ２（図３中に示すのはマイクロストリップライン３３４ｅと３３４ｆの中間ライン）上に形成された板状導体である。補助導体パターン３３５は、当該マイクロストリップライン３３４に係る電極パッド３１３の各間に配置されており、図示されていないが、スルーホール電極を通じてグランドパターン３３３に電気接続されている。隣り合うマイクロストリップライン３３４のうち引き出し方向β１が同一であるものに対応して合計６個有している。これらを補助導体パターン３３５ａ〜３３５ｆとして表している。
接地導体ビアホール３５については、図２に示すように基板３０上のマイクロストリップライン３３４を基準としたその両側の位置に長さ方向に沿って所定間隔で複数形成されており、図示されていないが、グランドパターン３３３に電気接続されている。マイクロストリップライン３３４ａ〜３３４ｊに対応して接地導体ビアホール３５ａ〜３５ｊとして表している。
このように構成された評価基板１においては、使用周波数が数ＧＨｚ以上であっても、多極コネクタ１０から同軸コネクタ２０に至るまでの信号伝送路においてインピーダンス整合及びクロストークの低減を十分に図ることが可能であることから、高周波特性が格段に良好になる。
なお、本発明に係る高周波回路モジュールについては、HDMI(High-Definition Multimedia Interface:登録商標)、DisplayPort 等のTEXT FIXURE に利用可能であるのは勿論のことは、集積回路等が搭載された一般的な高周波回路基板にも同様に適用可能である。
特に基板については、単層基板、両面基板やフレキシブル基板にも同様に適用可能である。基板の表面又は裏面に接地導体層を形成しても良く、多層基板を用いた場合の基板の内側に導波路を設けてもかまわない。電極パッドについては、回路部品の端子が挿入されるスルーホールを形成しても良い。導波路については、ストリップラインやレッヘル線等の伝送線路を使用しても良く、隣り合う導波路の全ての引き出し方向を互いに逆にしてもかまわない。
本発明の実施形態を説明するための図であって、評価基板の分解斜視図である。 同評価基板の裏面を示す模式的斜視図である。 図２中に示したＡ部分の拡大図である。 図３中に示したＢ−Ｂの断面図である。
符号の説明
１ 評価基板（高周波回路モジュール）
１０ 多極コネクタ（回路部品）
１１ ケース
１２ 端子
２０ 同軸コネクタ（高周波コネクタ）
３０ 基板
３１ 第１シート層
３１１ 誘電体層
３１２ 絶縁層
３１３ 電極パッド
３２ 第２シート層
３２１ 誘電体層
３２２ 電源パターン
３３ 第３シート層（配線層）
３３１ 誘電体層
３３２ 絶縁層
３３３ グランドパターン（接地導体層）
３３４ マイクロストリップライン（導波路）
３４ スルーホール電極
α１ 部品搭載面
α２ 配線面
β１ 引き出し方向
β２ 中間ライン
γ 部品領域

Claims (5)

  1. 外側に複数の端子が配列された表面実装型の高周波回路部品と、前記高周波回路部品が搭載された多層基板又は単層基板であり且つ接地導体層を有した基板とを備え、前記基板は、同基板の部品搭載面に形成され且つ前記高周波回路部品の端子が各々接続される電極パッドと、同基板の部品搭載面とは異なる外面又は内側面に形成された導波路と、前記高周波回路部品の下方又はその近くに位置し且つ前記電極パッドと前記導波路との間を電気接続するためのスルーホール電極とを有し、隣り合う導波路の全部又は一部の引き出し方向が互いに逆になっていることを特徴とする高周波回路モジュール。
  2. 請求項１記載の高周波回路モジュールにおいて、前記導波路が前記接地導体層を対向電極としたマイクロストリップラインであることを特徴とする高周波回路モジュール。
  3. 前記高周波回路部品としての多極コネクタを含めた信号伝送路の高周波特性を測定するのに使用される高速差動伝送対応の評価基板である請求項１記載の高周波回路モジュールにおいて、前記基板上には高周波コネクタが搭載され、前記多極コネクタと前記高周波コネクタとの間が前記導波路を通じて電気接続されていることを特徴とする高周波回路モジュール。
  4. 請求項３記載の高周波回路モジュールにおいて、前記基板の部品搭載面の反対側が配線面となっていることを特徴とする高周波回路モジュール。
  5. 請求項４記載の高周波回路モジュールにおいて、前記基板の部品搭載面には、引き出し方向が同一である隣り合う導波路に係る電極パッドの各間に補助導体パターンが配設されており、当該補助導体パターンが前記接地導体層に電気接続されていることを特徴とする高周波回路モジュール。
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