JP4907046B2 - 同軸コネクタ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、電気コネクタに関し、より具体的には、多層印刷回路板と高速同軸ケーブルの間に作成された相互接続に関する。
【０００２】
集積回路と他の回路板、ケーブル、または他の電子装置とを相互接続することは、当技術分野では周知である。電子装置の速度が増大したので、伝送信号の保全性に対して申し分のない制御を達成するために、厳密に制御された電気特性を有する印刷回路板とそれに付随する相互接続を設計および製作する必要性が高まっている。電気特性（インピーダンスなど）を制御しなければならない程度は、主に、回路の帯域幅に依存する。すなわち、信号の立上がり時間が速くなると、相互接続内において精確に制御されたインピーダンスを提供する重要性が増大する。
【０００３】
有利な電子特性のために、同軸ケーブルと同軸コネクタは、高性能システムでは一般的になった。当技術分野で周知であるように、同軸コネクタは、外部導体の内部に同軸に配置された内部導体または信号導体を提供し、誘電体材料がその間に配置されている。同軸コネクタを印刷回路板の上に取り付け、信号導体を印刷回路板の信号回路に電気的に接続し、外部導体を印刷回路板の接地回路に電気的に接続することは周知である。同軸コネクタと印刷回路板の間の電気接続は、通常、はんだ付けによって実施される。そのようなコネクタの例は、たとえば、米国特許第４，６５０，２７１号と第５，４９５，２６７号に見ることができる。
【０００４】
しかし、同軸ケーブル・コネクタは、他のピン・タイプおよびソケット・タイプのコネクタと比較して相対的に大きい。現在利用可能な同軸コネクタのサイズでは、不可能ではないにしても、多数のコネクタを通常の印刷回路板の制限された空間の上に取り付けることは、極度に困難である。したがって、求められる同軸ケーブルの性能を維持しながら、従来の同軸ケーブル・コネクタより限られた空間を使用して、多数の同軸ケーブルを印刷回路板に接続することを可能にする同軸ケーブル・コネクタが必要である。さらに、そのようなコネクタは、ピック・アンド・プレース機器など、電流アセンブリ技術と共に使用することができることが望ましい。
【０００５】
発明の概要
本明細書において記述する発明は、コネクタ・アセンブリであり、印刷回路板に取り付けることが可能であり、かつ現在利用可能な同軸コネクタよりコンパクトで、組立てが簡単なパッケージにおいて、複数の同軸コネクタを提供する。コネクタ・アセンブリは、互いに一体的に形成された複数の誘電性絶縁体を使用する。個々の絶縁体は、ウエブ部材によって互いに間隔をおいて配置される。信号ピンまたは信号導体が、各絶縁体の内部に同軸に配置され、接地管または遮蔽管が、信号ピンと遮蔽管の周囲に同心状に配置される。複数の絶縁体が所定の間隔で配置されるので、信号ピンと遮蔽管は、絶縁体の上に集団積載することが可能である。外部ハウジング部材を複数の絶縁体に提供することが可能である。そのような外部ハウジングは、複数の絶縁体と一体的に形成されることが好ましい。
【０００６】
発明の詳細な説明
まず、図１Ａと図１Ｂを参照すると、同軸コネクタ・アセンブリ１０が示されており、これは、同軸コネクタ構成要素を含んでいる空洞１４を含むハウジング１２を有する。同軸コネクタ構成要素には、複数の細長い信号接触子１６と、複数の導電性遮蔽管１８が含まれる。空洞１４の内部では、信号接触子１６の各１つは、遮蔽管１８の対応する１つの内部において、同軸に位置合わせされる。同軸に位置合わせされた信号接触子１６と遮蔽管１８は、その間に配置された誘電性絶縁体２０によって、互いに分離される。絶縁体２０の誘電体材料は、特性の中でも、他のインピーダンス制御要素の幾何学的配置と関連して、所望の特性インピーダンスを提供する誘電率について選択される。絶縁体２０の誘電率は、パルスの広がりを防止するために、印刷回路板６０の誘電率とほぼ整合することが望ましい。図１Ａは、４つの同軸コネクタを有する同軸コネクタ・アセンブリ１０を示すが、コネクタ・アセンブリは、任意の所望の間隔で配置された任意の所望の数の同軸コネクタを含むことができることが本発明の意図であり、当業者なら理解するであろう。
【０００７】
図２Ａ〜２Ｃにおいて明らかなように、誘電性絶縁体２０は、信号接触子１６と遮蔽管１８を、それぞれ絶縁体２０内とその周囲に挿入することが可能であるように、環状の形状を有する。絶縁体２０は、成型などによって、互いに一体的に形成され、ウエブ２２によって互いに接続される。所望であれば、図３Ａおよび３Ｂに示したように、複数の絶縁体２０も、ハウジング１２と一体的に形成することが可能であり、その場合、ハウジング１２は、ウエブ２２から周囲の絶縁体２０まで延びる。
【０００８】
絶縁体２０を互いに、および所望であればハウジング１２と一体的に形成することによって、コネクタ・アセンブリ１０の組立てが非常に簡単になる。具体的には、絶縁体２０は、所望のピッチですでに適切に配置され、それにより、手作業で、または自動機器を使用して、信号接触子１６と遮蔽管１８を絶縁体２０内に集団積載することが可能になる。コネクタ・アセンブリ１０の設計は、信号接触子１６のそれぞれを絶縁体２０内に別々に組み立てて、絶縁体を遮蔽管１８にステーク、クリンプ、またはロックし、そのアセンブリをハウジング１２内に配置する必要性を排除する。
【０００９】
コネクタ・アセンブリ１０の設計により、印刷回路板の上に多数の同軸コネクタを互いに近接して配置することも可能になる。図２Ｂおよび２Ｃに示したように、ハウジングは必要でない場合、複数の絶縁体２０は、遮蔽管１８によって印刷回路板に固定される。すなわち、コネクタ・アセンブリ１０が、印刷回路板にはんだ付けされたとき、ウエブ２２が、遮蔽管１８と印刷回路板の縁との間にトラップされ、それにより、絶縁体２０が外れるのを防止する。ハウジングが、コネクタ・アセンブリ１０に必要な場合、（たとえば図１、２、３Ａ、および３Ｂに示したように）１つのハウジング１２のみが、すべての同軸コネクタに対して必要であり、それにより、印刷回路板上の乏しい空間の使用量が低減される。１つのハウジングのみを使用するとき、各同軸コネクタについて取付け手段を分離する必要はない。むしろ、取付け手段は、すべての包含されている同軸コネクタを印刷回路板に固定するために、単一ハウジング１２に含めることが可能である。この設計により、複数の同軸コネクタを同時に配置して、印刷回路板に接続し、それにより、組立てのステップと時間を低減することも可能になる。
【００１０】
ウエブ２２の厚さは、コネクタ・アセンブリ１０を設計した対象である最高周波数信号の波長の１／４未満であることが好ましい。この方式では、信号接触子１６の非遮蔽部分２４は、波長の１／４未満であり、これにより、コネクタの非遮蔽部分を避け、かつ他の付近の電気信号と干渉している電磁放射が低減される。
【００１１】
図４Ａ〜４Ｃに示したように、ウエブ２２は、絶縁体２０の上に遮蔽管１８を配置する際に、分離するように設計することが可能である。この構成は、コネクタにとって、より高度のＥＭＩ遮蔽が望ましい場合、または必要な場合に好ましい可能性がある。図４Ａ〜４Ｃに示したコネクタにより、接地管１８の全周囲を印刷回路板の縁まで延長し、さらに、信号接触子１６の非遮蔽部分を低減または排除することが可能になる。
【００１２】
個々の要素をより詳細に記述すると、図５Ａと５Ｂから、信号接触子１６は、嵌合端部２６と終端部２８を含むことがわかる。嵌合端部２６は、断面が円形であることが好ましく、一方終端部２８は、印刷回路板６０に接続するための少なくとも１つの平坦面３０を含むことが好ましい。追加の平坦面を終端部２８に追加して、信号接触子１６を正確に保持および配向させるアセンブリ・ツーリングの能力を向上させることができる。
【００１３】
平坦面３０は、「圧印加工」プロセスまたはプレッシング・プロセスにおいて終端部２８を変形させることによって創出されることが好ましい。この方式では、信号接触子１６の材料は、終端部２８の平坦部分が、信号接触子１６の嵌合端部２６の直径より広くなるように、変位する。これにより、いくつかの利点がコネクタに付与される。平坦面３０は、印刷回路板に取り付けたとき、はんだメニスカスのサイズの変動を低減する。これにより、はんだ付けコネクタの特性インピーダンス許容差が改善される。さらに、平坦面３０は、はんだフィレット領域を増大し、これにより、はんだ接合強度が増大される。嵌合端部２６と終端部２８の断面は、同じ縦軸を共有することが好ましい。
【００１４】
信号接触子１６は、絶縁体２０のそれぞれの内部ボア３２内に圧入される。終端部２８の上の平坦面３０の寸法が広くなっているので、信号接触子１６を、図１Ａの矢印Ａの方向に、絶縁体２０の背面から絶縁体内に装填する必要がある。信号接触子１６を絶縁体２０の内部に保持するために、保持フィーチャ３１を創出することが好ましい。絶縁体２０の間隔と配向が既知なので、同軸コネクタ・アセンブリ１０全体用のすべての信号接触子１６を、単一作業で同時に圧入することが可能である。信号接触子１６を絶縁体２０に装備したとき、平坦面３０が、ハウジング１２の広い取付け表面と共平面であり、かつ平坦面３０が、互いに共平面であることが好ましい。
【００１５】
図１Ａからわかるように、遮蔽管１８は、信号接触子１６の周囲に同心状に配置され、嵌合セクション３４と終端セクション３６を含む。遮蔽管は、薄板金から形成されることが好ましい。嵌合セクション３４は、当技術分野では周知のタイプであり、前方端部４０を含み、この前方端部は、相補同軸コネクタ（図示せず）と滑らかに嵌合するように、外向きにフレア付きであることが好ましい。嵌合セクション３４の前方端部４０は、接地接触が、信号接触子の電気接続の前に実施されるように、信号接触子１６の端を超えて延びることが好ましい。嵌合セクション３４には、終端セクション３６に向かって軸方向に延びるスロット４２が含まれる。スロット４２は、内部において相補同軸コネクタを受けるとき、嵌合セクション３４の径方向の柔軟性を増大する。相補コネクタとの接触を確実にするように、スロット４２の間のスプリング・フィンガ部分４３にさらに張力をかけることが可能である。終端セクション３６には、印刷回路板上の終端部２８の長さにわたって延びるフード部分４８が含まれる。
【００１６】
遮蔽管１８の終端セクション３６には、絶縁体２０の外面４６の周囲にはめ込まれるようにサイズ決めされたバレル部分４４も含まれる。図２Ｂおよび２Ｃから明瞭にわかるように、バレル部分４４には、閉鎖ロッキング・シーム４５が含まれ、これにより、バレル部分４４が、絶縁体２０の上に装備した際に、またはコネクタ・システムの嵌合中に加えられた力に反応して、開くことが防止される。閉鎖ロッキング・シーム４５は、遮蔽管１８の周囲に電流を均等に分散するように、オーム接点を提供することが好ましい。
【００１７】
遮蔽管１８は、図１の矢印Ｂの方向に、スライド式に絶縁体２０の上に取り付けられる。従来の同軸コネクタの構造とは異なり、遮蔽管１８と絶縁体２０の間には、固定取付け具（プレス、クリンプ、ステート、ロール成形、またはスナップばめなど）は存在しない。むしろ、遮蔽管１８は、遮蔽管１８が、絶縁体２０の上に完全に挿入された後、ロッキング要素５０によって、絶縁体２０またはハウジング１２の上にロックされる。この取付け方法により、遮蔽管１８のバレル部分にフープ応力を加える必要性が排除され、これにより、遮蔽管１８のその部分のシームを強制的に開くことができる。追加の利点は、遮蔽管１８を絶縁体２０に固定するために、追加の組立て作業が必要でないことである。本明細書で記述したすべりばめアセンブリに必要な遮蔽管１８と絶縁体２０の間のクリアランスは、遮蔽管１８と絶縁体２０の間の円周方向ギャップとなることに留意されたい。このエア・ギャップは、コネクタ・アセンブリのインピーダンス制御手段の１つである。
【００１８】
図２Ｃに示したように、ロッキング要素５０は、絶縁体２０の背面と係合するスプリング・バイアスされたタブまたはバーブとすることが可能である。または図３Ａおよび３Ｂに示したように、ロッキング要素５０は、ハウジング１２と係合して、遮蔽管１８が絶縁体２０から外れることを防止することが可能である。図３Ａに示したようなコネクタでは、ロッキング要素５０は、また、遮蔽管１８を内部ボア３２に対して偏向させ、それによりコネクタのインピーダンスに影響を与えるあらゆるエア・ギャップを排除または低減するように機能する。図３Ｂに示したようなコネクタでは（絶縁体延長部３２がない）、ロッキング要素５０は、また、はんだフィート５２を印刷回路板に対して変更させるように機能する。
【００１９】
遮蔽管１８のフード部分４８は、同軸コネクタ・アセンブリ１０が固定された印刷回路板６０の平面より上の信号接触子１６の全長にわたって延びる。必要ではないが、フード部分４８は、はんだ付けまたは当技術分野で既知の他の手段などによって、印刷回路板６０に接続するための接触フィート５２を含むことが好ましい。接触フィート５２は、フード部分４８の内部周囲５４が、終端部のインピーダンス制御幾何学的形状の最も内側の部分であるように、フード部分４８から外向きに延びることが可能であり（図６Ａ参照）、または、代替として、接触フィート５２の内部縦縁５６が、終端部のインピーダンス制御幾何学的形状の最も内側であるように、フード部分４８から内向きに延びることが可能である（図６Ｂ参照）。
【００２０】
図２Ｂおよび２Ｃからわかるように、遮蔽管１８は、ウエブ２２と共動して、フード部分４８と接触フィート５２の適切な位置合わせと配向を保証する。具体的には、フード部分４８は、ウエブ２２と接して位置するので、遮蔽管１８は、回転が防止され、それにより、接触フィート５２が、印刷回路板６０の表面と平行に位置合わせされることを保証する。さらに、遮蔽管１８は、印刷回路板６０の上に過剰に延びることが防止される。
【００２１】
上記で留意したように、遮蔽管１８は、薄板金から形成されることが好ましい。これにより、機械加工、成型、押出し成形、または鋳造の製造方法と比較したコストの削減；ロッキング要素５０の形成の容易さ；事前にめっきしたストックを使用して、さらにコストを下げ、かつより優れためっき一様性を提供する能力；および表面の仕上がりの粗さの低減、を含めて、いくつかの利点がコネクタ・アセンブリに付与される。この最後の利点により、嵌合表面上でのめっきの磨耗が低減され、挿入力と取出し力が低減され、コネクタの高周波数性能が改良される。
【００２２】
コネクタ・アセンブリ１０が固定された印刷回路板６０には、信号接触子１６の終端部２８のはんだ取付け用のはんだパッド６２、６４と、遮蔽管１８同軸コネクタの接触フィート５２とが含まれる。図７Ｂからわかるように、接地回路はんだパッド６２は、コネクタの制御インピーダンス領域におけるはんだメニスカス６６の形成を最小限に抑えるために、遮蔽管フード部分４８の最内部分の外部であることが好ましい。さらに、信号接触子はんだパッド６４の幅のサイズは、はんだメニスカス６８の形成を最小限に抑えるために、信号接触子平坦面３０の幅に近いことが好ましい。この方式では、コネクタの特性インピーダンスは、はんだ付けの作業によって、最小限にしか影響を受けない。
【００２３】
信号接触子１６を部分的に囲む遮蔽管１８のフード部分４８は、コネクタに所望の特性インピーダンスを提供するような方式で、信号接触子１６から間隔をおいて配置される。この間隔は、信号接触子１６と遮蔽管１８のフード部分４８との間の誘電体に依存する。誘電体は、空気（図８参照）または空気以外の材料（図９参照）とすることが可能であり、具体的には、ハウジング１２および絶縁体２０を形成する材料と同じ材料とすることが可能である。
【００２４】
コネクタ・アセンブリが、印刷回路板に取り付けられたとき、同軸コネクタと印刷回路板の組み合わせた導電性要素と誘電体要素とが、横電磁モード（ＴＥＭ）信号伝播の同軸幾何学的形状を近似するように、コネクタ・アセンブリを構成することが可能である。そのような構成の例を図１０に見ることが可能である。そのような構成では、絶縁体２０の誘電率は、印刷回路板の基板材料の誘電率とほぼ同じであることが好ましい。
【００２５】
本明細書に記述した同軸コネクタ・アセンブリを設計および構築する際に、多くのファクタが、コネクタの特性インピーダンスに影響を与える。コネクタ終端部の長さの特性インピーダンスは、望ましい「対象」インピーダンスよりわずかに高くなるように設計されることが好ましい。この方式では、はんだパッドの寸法および間隔、接地面領域、誘電体の厚さ、および基板の誘電率など、あらゆるまたはいくつかの回路板インピーダンス制御要素を調節することによって、所望のインピーダンスへの最終「トリミング」を実施することができる。
【００２６】
本明細書に記述した本発明のコネクタの他の可能な変形形態は、当業者なら理解するであろう。たとえば、いくつかの事例では、他のコネクタとの嵌合中に遮蔽管をスタブすることが、関心事である可能性がある。この場合、図１０からわかるように、抗スタビング自立型障壁７０を、同軸コネクタの間に提供することが可能である。障壁７０は、絶縁体２０およびハウジング１２と一体的に形成され、絶縁体２０の間のウエブ２２から延びる。障壁７０により、嵌合コネクタ・シュラウド（図示せず）が、遮蔽管１８を損傷することが防止され、さらに、スプリング・フィンガ部分４３に過剰応力ストップが提供される。
【００２７】
追加の例として、ハウジング１２は、示したもの以外の様々な形状と構成のいずれかを取ることが可能である。たとえば、図１１は、ハウジング１２が、遮蔽管１８のフード部分４８にわたって完全に延びる必要がないことを示し、したがって、はんだ接合を視覚的に検査することが可能である。やはり図１１に示したように、遮蔽管１８が、意図せずに変位しないことを保証するために、ロッキング要素５０を受けるポケット７２が、ハウジング１５に提供される。
【００２８】
以上のように、例示的な実施形態を示し、記述してきたが、以上の開示では、広範な修正、変更、および代用が企図され、いくつかの事例では、実施形態のいくつかの特徴を、他の特徴を対応して使用せずに、使用することが可能である。したがって、添付の請求項は、広範に、かつ本明細書で開示した実施形態の範囲と一貫した方式で解釈されることが適切である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 いくつかの要素を分解した、本発明のコネクタ・アセンブリの斜視図である。
【図１Ｂ】 図１の線１Ｂ−１Ｂに沿って取った、本発明のコネクタ・アセンブリの斜視セクション図である。
【図２Ａ】 複数の一体的に成型された絶縁体の斜視図である。
【図２Ｂ】 信号接触子と遮蔽管を有する複数の一体的に成型された絶縁体の前面斜視図である。
【図２Ｃ】 図２Ｂのコネクタ・アセンブリの後部斜視図である。
【図３Ａ】 図１の線３−３に沿って取った、本発明のコネクタ・アセンブリの断面図である。
【図３Ｂ】 図３Ａと同様の斜視図に沿って取った、本発明のコネクタ・アセンブリの他の実施形態の断面図である。
【図４Ａ】 コネクタを組立て中の、ハウジングからの絶縁体の分離を示す、本発明のコネクタ・アセンブリの他の実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】 コネクタを組立て中の、ハウジングからの絶縁体の分離を示す、本発明のコネクタ・アセンブリの他の実施形態の断面図である。
【図４Ｃ】 コネクタを組立て中の、ハウジングからの絶縁体の分離を示す、本発明のコネクタ・アセンブリの他の実施形態の断面図である。
【図５Ａ】 コネクタ・アセンブリの信号接触子の拡大斜視図である。
【図５Ｂ】 コネクタ・アセンブリの信号接触子の拡大斜視図である。
【図６Ａ】 遮蔽管の終端部の好ましい実施形態の断面図である。
【図６Ｂ】 遮蔽管の終端部の他の実施形態の断面図である。
【図７Ａ】 信号接触子と遮蔽管を印刷回路板に接続することを示す斜視図である。
【図７Ｂ】 図７Ａの線７Ｂ−７Ｂの方向において取った、印刷回路板に信号接触子と遮蔽管を接続することを示す端面図である。
【図８】 印刷回路板に信号接触子と遮蔽管を接続することを示す断面図であり、接地面は不連続で、信号接触子と遮蔽管フード部分の間の誘電体は、空気である。
【図９】 印刷回路板に信号接触子と遮蔽管を接続することを示す断面図であり、接地面は連続で、信号接触子とシールド間フード部分の間の誘電体は、空気ではない。印刷回路板への接続は、同軸の幾何学的配置を近似する。
【図１０】 コネクタ・アセンブリの他の実施形態である。
【図１１】 コネクタ・アセンブリの他の他の実施形態である。

Claims (5)

1. 印刷回路板に取り付ける同軸コネクタ・アセンブリであって、
   外部ハウジングと、
   それぞれの複数の絶縁体が、前記外部ハウジングと一体的に形成された、前記外部ハウジング内に配置された複数の絶縁体と、
   複数の信号接触子の１つが、複数の絶縁体の対応する１つの内部に同軸に配置され、信号接触子のそれぞれが、相互コネクタに接続するための嵌合端部と印刷回路板に接続するための終端部とを含む、複数の信号接触子と、
   複数の遮蔽管の１つが、複数の絶縁体の対応する１つを取り囲み、かつ内部の信号接触子のそれぞれの周囲に同心状に配置された複数の遮蔽管とを備え、
   前記遮蔽管が、対応する絶縁体にスライド式に取り付けられていることを特徴とする同軸コネクタ・アセンブリ。
2. 前記遮蔽管が前記信号接触子の全長にわたって延在することを特徴とする、請求項１に記載の同軸コネクタ・アセンブリ。
3. 印刷回路板に取り付ける同軸コネクタ・アセンブリであって、
   それぞれの複数の絶縁体が、一体的に形成されたウエブによって、少なくとも１つの隣接する絶縁体から間隔をおいて配置される複数の一体的に形成された絶縁体と、
   複数の信号接触子の１つが、複数の絶縁体の対応する１つの内部に同軸に配置され、信号接触子のそれぞれが、相互コネクタに接続するための嵌合端部と印刷回路板に接続するための終端部とを含む、複数の信号接触子と、
   複数の遮蔽管の１つが、複数の絶縁体の対応する１つを取り囲み、かつ内部の信号接触子の周囲に同心状に配置された複数の遮蔽管とを備え、
   前記遮蔽管が、対応する絶縁体にスライド式に取り付けられていることを特徴とする同軸コネクタ・アセンブリ。
4. 前記複数の絶縁体を取り囲む外部ハウジングをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の同軸コネクタ・アセンブリ。
5. 前記外部ハウジングが前記複数の絶縁体と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の同軸コネクタ・アセンブリ。

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