JP4860990B2

JP4860990B2 - 回路接続構造およびプリント回路板

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Publication number: JP4860990B2
Application number: JP2005343050A
Authority: JP
Inventors: 晋一西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP2007149999A; US7666001B2; US20070123074A1

Description

本発明は、フレキシブル配線材をプリント回路板に接続する回路接続構造およびプリント回路板に関するものである。

昨今の電子機器には、機器の小型化薄型化のために端子間隔が０．５ｍｍ以下になるような挟ピッチのフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）や、フレキシブル配線板（ＦＰＣ）などのフレキシブル配線材でプリント回路板同士を接続する構成が数多く存在する。フレキシブル配線材とプリント回路板の接続に関しては、通常、専用のコネクタをプリント回路板上に実装し、フレキシブル配線材を専用のコネクタに押し込み挿入する形で行うのが広く一般的である。

フレキシブル配線材については、図７に示すように、部品交換などを行う作業者が誤って、電源配線１１１、グラウンド配線１１３等を有するプリント回路板１０１上のコネクタ１０３に斜めに挿入してしまうケースがある。斜め挿入がなされると、フレキシブル配線材１０２の隣接する配線１２１、１２２がコネクタ１０３の接点１３１を通じて誤接触してしまい、電子機器破損の恐れがあった。そのため、電子機器破損を防止する手段が必要になる。

そこで、例えば、特許文献１に開示されたように、両端の端子長が短い特殊な端子構造を有するフレキシブル配線材を用いる方法などが挙げられるが、一般に入手可能な単純な端子構造のフレキシブル配線材に対して形状追加工が必要になる。加えて、斜め挿入検出回路を設ける必要があるため、コスト高になってしまう。

また、図８に示すように、より簡便かつ安価な手法として、フレキシブル配線材２０２における電源配線２２１と隣接する配線２２２の間隔を通常の２倍以上広く設け、配線同士の誤接触を防ぐ手段がとられることがある。この方法によれば、安価に機器破損を防ぐことが可能である。
特開平９−２８９０６４号公報原著ClaytonR.Paul「ＥＭＣ概論」（第初版）平成８年２月２９日発行ミマツデータシステム P.437

しかし、電源配線に隣接するグラウンド配線との距離が広がってしまうと、放射ノイズ値が高くなるという欠点があった。これを以下に説明する。

デジタル回路で発生する高周波ノイズ電流がフレキシブル配線材に流れることによって、フレキシブル配線材が意図しないアンテナとして働き、放射ノイズを発生することは良く知られている。また、放射ノイズは、高周波ノイズ電流とその帰還経路のループ面積の大きさに比例する（非特許文献１参照）。電源配線に流れる高周波ノイズ電流は、隣接するインピーダンスの低いグラウンド配線をその帰還経路とする。電源配線と帰還経路が近ければ近いほど、高周波ノイズ電流のループ面積が小さくなるため、放射ノイズ値は小さくなる。逆に、電源配線と帰還経路の距離が広がってしまうと、高周波ノイズ電流のループ面積は大きくなり、従って放射ノイズ値も高くなってしまう。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、フレキシブル配線材がコネクタに斜め挿入された際の電子機器破損を効果的に回避できる回路接続構造およびプリント回路板を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の回路接続構造は、プリント回路板に設けられた並列配置された複数の接点を有するコネクタに、並列配置された複数の配線を有するフレキシブル配線材を挿入し、前記複数の接点に前記複数の配線の各端子を電気接続した回路接続構造において、前記フレキシブル配線材には、電源配線、複数のグラウンド配線、信号配線が設けられており、前記電源配線とグラウンド配線の少なくとも１つは隣接して配置されており、前記プリント回路板には、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた電源配線と接続する電源配線、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられたグラウンド配線と接続する複数のグラウンド配線、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた信号配線と接続する信号配線が設けられており、前記プリント回路板に設けられた前記電源配線と、グラウンド配線の少なくとも１つは隣接して配置されており、前記フレキシブル配線材に設けられた前記電源配線に隣接するグラウンド配線が、前記プリント回路板に配置された容量性回路素子を介して、前記プリント回路板に設けられたグラウンド配線に接続されていることを特徴とする。

上記の構成において、フレキシブル配線材が斜め挿入された場合には、電源配線と誤接触するキャパシタ接続配線の容量性回路素子は直流では高インピーダンスとして働くため、直流電流は流れない。その結果、電子機器の破損を防止することができる。また、フレキシブル配線材において電源配線に隣接する配線は、電源配線を伝搬するノイズ成分電流に対して近接した帰還経路として働き、フレキシブル配線材からの放射ノイズを効果的に抑制するように作用する。

図１に示すように、プリント回路板１は、その接続部に電源配線１１、信号配線１２およびグラウンド配線１３等を有する。電源配線１１の両側には、容量性回路素子１４ａを有するキャパシタ接続配線１４が配設され、ビアを介してプリント回路板１内のグラウンド配線またはグラウンド層に接続されている。フレキシブル配線材２がコネクタ３に挿入されると、フレキシブル配線材２の各配線２１、２２がコネクタ３の接点３１を介してプリント回路板１の各配線１１〜１４に接続される。このとき、フレキシブル配線材２の電源配線２１に隣接する配線２２は、プリント回路板１のキャパシタ接続配線１４に接続される。

図２に示すように、フレキシブル配線材２が斜め挿入された場合には、プリント回路板１の電源配線１１に対応する電源配線２１と誤接触するキャパシタ接続配線１４の容量性回路素子１４ａは直流では高インピーダンスとして働くため、直流電流は流れない。その結果、電子機器の破損を防止できる。

フレキシブル配線材２の電源配線２１に隣接する配線２２は、電源配線２１を伝搬するノイズ成分電流に対して近接した帰還経路として働く。従って、フレキシブル配線材２からの放射ノイズを抑制することができる。

容量性回路素子１４ａは０．１μＦ以上１０００μＦ以下のチップセラミックキャパシタであるとよい。放射ノイズ測定帯域である３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおいて、フレキシブル配線材２の電源配線２１に隣接する配線２２は、プリント回路板１のグラウンドに低インピーダンスで接続されるために、電源配線２１を伝搬するノイズ成分電流に対して帰還経路として働く。その結果、フレキシブル配線材２からの放射ノイズを効果的に抑制できる。

また、プリント回路板のキャパシタ接続配線がプリント回路板のグラウンドに接続されたことに加えて、キャパシタ接続配線に隣接する配線がグラウンド配線であってもよい。

この構成では、放射ノイズ測定帯域である３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚにおいて、フレキシブル配線材の電源配線に隣接する配線は、電源配線を伝搬するノイズ成分電流に対して帰還経路として働くうえに、さらに隣接するグラウンド配線も同様に帰還経路として働く。その結果、電源配線はより安定な帰還経路を有するため、フレキシブル配線材からの放射ノイズをより一層効果的に抑制することができる。

図１ないし図４は実施例１を説明するものである。図１は、プリント回路板１とフレキシブル配線材２とがコネクタ３で接続された状態を示す。フレキシブル配線材２の電源配線２１の両側に隣接する配線２２は、コネクタ３の接点３１を介して、プリント回路板１の電源配線１１に隣接するキャパシタ接続配線１４上の容量性回路素子１４ａに接続されている。また、容量性回路素子１４ａの反対側の端子はビア１４ｂを介してプリント回路板１内のグラウンド配線またはグラウンド層（図示せず）に接続されている。

図１において、フレキシブル配線材２の電源配線２１を流れる高周波ノイズ電流成分に対して、容量性回路素子１４ａに接続される配線２２はノイズ電流の帰還経路として作用する。従って、電源配線２１と帰還経路の位置関係は、図８の従来例と比べて近接しているため、放射ノイズを抑制することができる。

図２は、フレキシブル配線材２が誤って斜め挿入された状態を示したものである。この場合、電源配線２１はコネクタ３の接点３１を介して配線２２と誤接触してしまうが、配線２２の接続されたプリント回路板１に配置されたキャパシタ接続配線１４は容量性回路素子１４ａを有するために、直流電流に対しては高インピーダンスとして作用する。そのため、電源配線２１からプリント回路板１のグラウンドに直流電流が流れるのを防止でき、機器破損を回避できる。

図３は、前述の放射ノイズ抑制効果を電磁界シミュレーションによって求めた結果であり、同図の横軸に周波数１０〜１０００ＭＨｚをとり、縦軸に３ｍ遠方での電界強度（放射ノイズ値）をとったものである。図３に破線で示す曲線ａは、図８の従来例として、長さ１００ｍｍ、４本の配線（２本の電源配線、１本の信号配線、１本のグラウンド配線）を有するフレキシブル配線材の計算結果である。なお、配線幅は全て０.３ｍｍである。配線間隔については、２本の電源配線の間隔は０.２ｍｍで、一方の電源配線とそれに隣接する信号配線の間隔は０.９ｍｍとし、該信号配線とそれに隣接するグラウンド配線の間隔は０.２ｍｍとした。２本の電源配線の片端にノイズ源を設定し、もう一方の端部に抵抗性負荷を設定した。信号配線については、両端を高抵抗(１×１０^-6Ω)とした。

図３に実線で示す曲線ｂは、図１の装置において、長さ１００ｍｍ、６本の配線（２本の電源配線、１本の信号配線、３本のグラウンド配線）を有するフレキシブル配線材の計算結果である。なお、配線幅は全て０．３ｍｍで、配線間隔は全て０．２ｍｍである。図１の左端から順に第１のキャパシタ接続配線、第１の電源配線、第２の電源配線、第２のキャパシタ接続配線、信号配線、グラウンド配線とした。各配線の端部にはノイズ源等の素子を設定した。キャパシタ接続配線については、キャパシタンスを設定している。

図３の曲線ａ、ｂを比較すると、ｂの方が、遠方電界強度（放射ノイズ値）が１０ｄＢμＶ／ｍ以上低いことが分かる。このように、実施例１による構成が、従来例に比較して、放射ノイズ抑制効果を有することが確認できた。

さらに、容量性回路素子が０.１μＦ以上１０００μＦ以下のチップセラミックコンデンサであれば、放射ノイズ測定帯域である３０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚにおいて、図４に示すようにインピーダンスが約５Ω以下と低くなる。これは、１００ｐＦのコンデンサの約５５Ωという値に比べた場合である。この帯域においてはグラウンド配線と同等の帰還経路として働くため、さらに放射ノイズ抑制の効果が得られる。

図５および図６は実施例２を説明するものである。プリント回路板４とフレキシブル配線材２とがコネクタ３で接続された構成において、フレキシブル配線材２の電源配線２１の両側に隣接する配線２２は、コネクタ３の接点３１を介して、プリント回路板４上のキャパシタ接続配線４４に接続されている。実施例１と同様に、容量性回路素子４４ａの反対側の端子はビアを介してプリント回路板４内のグラウンド配線またはグラウンド層（図示せず）に接続されている。フレキシブル配線材２の電源配線２１に隣接する配線２２にさらに隣接する配線２３は、ビアを介してプリント回路板４内のグラウンド層（図示せず）に接続されたグラウンド配線４３に接続される。フレキシブル配線材２およびコネクタ３については実施例１と同様であるから同一符合で表わし、説明は省略する。また、フレキシブル配線材２が誤って斜め挿入された場合についての効果も、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

本実施例において、フレキシブル配線材２の電源配線２１上を流れる高周波ノイズ電流成分に対して、容量性回路素子４４ａを介した配線２２はノイズ電流の帰還経路として作用する。さらに、配線２２に隣接する配線２３についても、低インピーダンスのグラウンド配線であるために、帰還経路として作用する。その結果、電源配線はより安定な帰還経路を有するため、フレキシブル配線材からの放射ノイズをさらに効果的に抑制できる。

図６は、放射ノイズ抑制効果を電磁界シミュレーションによって求めた結果を示すもので、同図の横軸に周波数３００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚをとり、縦軸に３ｍ遠方での電界強度（放射ノイズ値）をとったものである。図５の装置において、長さ１００ｍｍ、６本の配線（２本の電源配線、１本の信号配線、３本のグラウンド配線）を有するフレキシブル配線材の放射ノイズを計算した結果である。なお、配線幅は全て０.３ｍｍで、配線間隔は全て０.２ｍｍである。図５の左端から順に第１のキャパシタ接続配線、第１の電源配線、第２の電源配線、第２のキャパシタ接続配線、第１のグラウンド配線、第２のグラウンド配線とした。各配線の端部にはノイズ源等の素子を設定した。図６の実線で示す曲線ｂは図３の曲線ｂと同じデータであるため、計算内容については前記説明のとおりである。また、図６の破線で示す曲線ｃとの計算内容の異なる点は、実施例１の信号配線ではグラウンド配線とした点である。

図６の曲線ｂ、ｃを比較すると、曲線ｃの方が、遠方電界強度（放射ノイズ値）が約１ｄＢμＶ／ｍ低いことが分かる。このように、本実施例においてはさらにより一層放射ノイズを抑制する効果を有することが確認できる。

実施例１を説明する図である。図１の装置においてフレキシブル配線材を斜めに挿入した状態を示す図である。実施例１の効果をシミュレーション計算した結果を示すグラフである。チップコンデンサのインピーダンス特性を示したグラフである。実施例２を説明する図である。実施例２の効果をシミュレーション計算した結果を示すグラフである。従来例を説明する図である。別の従来例を説明する図である。

符号の説明

１、４プリント回路板
２フレキシブル配線材
３コネクタ
１１、２１、４１電源配線
１２、４２信号配線
１３、４３グラウンド配線
１４、４４キャパシタ接続配線
１４ａ、４４ａ容量性回路素子

Claims

プリント回路板に設けられた並列配置された複数の接点を有するコネクタに、並列配置された複数の配線を有するフレキシブル配線材を挿入し、前記複数の接点に前記複数の配線の各端子を電気接続した回路接続構造において、
前記フレキシブル配線材には、電源配線、複数のグラウンド配線、信号配線が設けられており、前記電源配線とグラウンド配線の少なくとも１つは隣接して配置されており、
前記プリント回路板には、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた電源配線と接続する電源配線、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられたグラウンド配線と接続する複数のグラウンド配線、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた信号配線と接続する信号配線が設けられており、前記プリント回路板に設けられた前記電源配線と、グラウンド配線の少なくとも１つは隣接して配置されており、
前記フレキシブル配線材に設けられた前記電源配線に隣接するグラウンド配線が、前記プリント回路板に配置された容量性回路素子を介して、前記プリント回路板に設けられたグラウンド配線に接続されていることを特徴とする回路接続構造。
前記容量性回路素子は０．１μＦ以上１０００μＦ以下のチップセラミックキャパシタを有することを特徴とする請求項１記載の回路接続構造。
フレキシブル配線材をコネクタに挿入する際に、フレキシブル配線材に形成された並列配置された複数の配線の各端子と電気的に接続される、並列配置された複数の接点を有するコネクタが実装されたプリント回路板において、
前記プリント回路板には、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた電源配線と接続するための電源配線、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた複数のグラウンド配線と接続するための複数のグラウンド配線、前記コネクタを介して前記フレキシブル配線材に設けられた信号配線と接続するための信号配線が設けられており、前記電源配線と、前記グラウンド配線の少なくとも１つは隣接して配置されており、
前記電源配線に隣接するグラウンド配線には、容量性回路素子が接続されていることを特徴とするプリント回路板。