JP5609451B2 - コネクタ、光伝送装置およびコネクタ接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、コネクタ、光伝送装置およびコネクタ接続方法に関し、電気的接続を行うコネクタ、光伝送を行う光伝送装置およびコネクタにより電気的接続を行うコネクタ接続方法に関する。

エレクトロニクス機器の実装設計において、プリント基板とデバイス間を、コネクタを介してフレキシブル基板（FPC：Flexible Printed Circuits）により信号接続することが広く行われている。

フレキシブル基板は、柔軟性を持ったプリント基板であり、プリント基板の折り曲げが可能なことから、実装スペースの限られる携帯電話やデジタルカメラなどの小型製品に多用されている。

一方、近年のエレクトロニクス機器では、小型軽量化、デバイスの薄型化が急速に進められ、半導体部品や受動部品などの微細化が進んでおり、高密度な実装が要求されている。

このような状況の中で、プリント基板とフレキシブル基板との配線を接続するコネクタも多ピン化しており、コネクタ部の狭ピッチ化および広帯域化の要求が増加している。
従来技術として、伝導ノイズの抑制を図った配線回路基板が提案されている（特許文献１）。また、広帯域のフラットケーブル結合器が提案されている（特許文献２）。さらに、フレキシブル基板向けの高屈曲なカバーレイフィルムが提案されている（特許文献３）。さらにまた、導体層が高速信号線路と抵抗体層との間に配置されたプリント配線板が提案されている（特許文献４）。

特開２００９−３８２５０号公報 特開２００５−０４４７６９号公報 特開２００９−２８３９０１号公報 特開２０１０−７３７８６号公報

しかし、従来のコネクタでは、信号線間を通るＧＮＤに接続するコネクタの電極箇所などで、ノイズが発生して高周波特性が劣化するおそれがあり、高速信号（例えば、２５Ｇｂ／ｓ以上）の伝送を高品質に行うことができないといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高周波特性の劣化を抑制して伝送品質の向上を図ったコネクタを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、高周波特性の劣化を抑制して伝送品質の向上を図った光伝送装置を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、高周波特性の劣化を抑制して伝送品質の向上を図ったコネクタ接続方法を提供することである。

上記課題を解決するために、コネクタが提供される。コネクタは、複数の電極が装着された電極シートと、前記電極シートを覆うカバーと、前記カバーと前記電極シートとの間に設けられた、電気抵抗性を有する抵抗体シートとを備え、前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートが設けられ、個々の前記抵抗体シートは互いに非接触である。

コネクタ接続時の伝送品質の向上を図る。

コネクタの構成例を示す図である。 光伝送装置の構成例を示す図である。 図２のＡ１−Ａ２断面図である。 バンプ接続部分を示す図である。 損失特性を示す図である。 バンプ接続部分を示す図である。 抵抗体シートの配置位置を説明するための図である。 損失特性を示す図である。 抵抗体シートの実装パターンの一例を示す図である。 抵抗体シートの実装パターンの一例を示す図である。 抵抗体シートの実装パターンの一例を示す図である。 バンプ接続部分を示す図である。 バンプ接続部分を示す図である。 バンプ接続部分を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はコネクタの構成例を示す図である。コネクタ１は、電極シート１０、カバー２０および抵抗体シート３０を備え、例えば、高周波信号の電気的接続を行う高周波コネクタである。

電極シート１０には、電極１１が装着されている。カバー２０は、電極シート１０を覆う。抵抗体シート３０は、電気抵抗性を有するシートであって、カバー２０と電極シート１０との間に設けられる。

コネクタ１による基板への接続では、電極（以下、バンプと呼ぶ）１１は、例えば、フレキシブル基板４上で対となる一方の伝送路および他方の伝送路に対し、一方の伝送路をプリント基板５に接続し、他方の伝送路をプリント基板５に接続する。

次にコネクタ１の配線接続の一例として、光インターコネクトで用いられる光伝送装置にコネクタ１を適用した場合について説明する。光インターコネクトとは、半導体チップ内部の回路間やコンピュータ内部の部品間、コンピュータ間等で、短い距離のデータ伝送を光によって行う通信の総称である。光インターコネクトは、従来の銅配線等による電気通信に対して、より広帯域・低消費電力を実現できる。

図２は光伝送装置の構成例を示す図である。図３は図２のＡ１−Ａ２断面図である。光伝送装置１ａは、フレキシブル基板４とコネクタ１とを含み、光伝送処理として、例えば、光送受信と、Ｏ／ＥまたはＥ／Ｏ変換とを行う装置である。図では、フレキシブル基板４が、コネクタ１によってプリント基板５に接続されている状態を示している。

フレキシブル基板４には、光伝送処理部として、例えば、発光素子４１（例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser））、受光素子４２（例えば、ＰＤ（Photodiode））、Ｖ／Ｉ変換機能を有するドライバであるＩＣ４３およびＩ／Ｖ変換機能を有して、トランスインピーダンス増幅を行うＩＣ４４が実装されている。また、発光素子４１および受光素子４２には、フレキシブル基板４に積層可能なシート状の光導波路であるポリマー導波路４ａが接続される。

なお、ＩＣ４３、４４とプリント基板５との間の伝送では、差動伝送が行われる。したがって、ＩＣ４３、４４では、１チャネルの信号に対して、１対の信号線を使って互いに逆位相となるＰ（positive）チャネルとＮ（negative）チャネルとの信号を用いた伝送を行う。

一方、コネクタ１は、バンプシート１０、カバー２０および抵抗体シート３０を備える。バンプシート１０には、突起状電極のバンプ１１が２次元配置で形成されており、フレキシブル基板４の位置合わせを正確に行うと同時に、相手接続側のプリント基板５または電子部品との間で確実な接続を行う。なお、バンプシート１０自体は、絶縁材質で作られており、バンプシート１０の片面側に金属性のバンプ１１が装着される。

また、バンプ１１が装着されていないバンプシート１０の背面側に、抵抗体シート３０を挟んで、カバー２０が位置する。カバー２０は、薄い板状を有しており、両端に着脱可能なフック部２１−１、２１−２の機構が設けられている。

コネクタ接続時には、フック部２１−１、２１−２によって、プリント基板５に設けられたガイド穴ｇ１、ｇ２と機械的にロックして、複数のバンプ１１に対して均一に圧力を加えてプリント基板５と接続する。

フレキシブル基板４とプリント基板５とが接続する場合、まず、プリント基板５上の複数のＰＡＤ上に、フレキシブル基板４の複数のＰＡＤが重ねられる。さらに、フレキシブル基板４のＰＡＤ上に、バンプシート１０上に形成されているバンプ１１が重ねられる。

そして、カバー２０を上方から押し付けることで、コネクタ１のバンプ１１と、フレキシブル基板４のＰＡＤと、プリント基板５のＰＡＤとが圧着する。これにより、フレキシブル基板４のＰＡＤと、プリント基板５のＰＡＤとが接続して、フレキシブル基板４とプリント基板５とのそれぞれの配線が接続する（なお、図２では、コネクタ１を透視化して、バンプ１１を通じて、フレキシブル基板４上の伝送ラインと、プリント基板５上の伝送ラインとの接続状態を見えるように図示している）。

信号の流れとして、プリント基板５から伝送された電気信号は、コネクタ１のバンプ１１を介してフレキシブル基板４上のＩＣ４３で受信される。ＩＣ４３は、Ｖ／Ｉ変換を行って、電圧信号を電流信号に変換する。発光素子４１は、Ｅ／Ｏ変換を行って、ＩＣ４３から出力された電流信号を光信号に変換する。光信号はポリマー導波路４ａを通じて外部へ出力される。

一方、ポリマー導波路４ａを通じて伝送された光信号は、受光素子４２で受光されて光電流信号に変換される。ＩＣ４４は、光電流信号を電圧信号に変換して出力する。ＩＣ４４から出力された電圧信号は、コネクタ１のバンプ１１を介して、プリント基板５上の伝送ラインに接続される。

次に抵抗体シート３０について説明する。コネクタ１の基本的な接続動作は、バンプ１１を介し、２枚の基板として例えば、フレキシブル基板４とプリント基板５のそれぞれのＰＡＤを電気的に接続し、バンプ１１が配列されたバンプシート１０をカバー２０で押圧して固定するものである。

この場合、金属性のカバー２０で押圧すると、伝送ラインと接続する金属性のバンプ１１の上部にカバー２０の金属部分が近接することになるので、この金属部分とバンプ１１との間でノイズが生じてしまう。すると、高周波特性が劣化してしまい、高速信号の伝送が実現できなくなる。

このため、本技術では上述したように、バンプシート１０とカバー２０との間に、厚さ数ミクロンの抵抗体シート３０を挿入する。特に、抵抗体シート３０は、基板に接続するバンプ１１を通じて発生するノイズを抑制する位置に設ける。これにより、ノイズの発生を低減し、高周波特性の劣化を抑制して伝送信号の広帯域化を図るものである。

次に抵抗体シート３０を備えていないコネクタおよび抵抗体シート３０を備えたコネクタ１それぞれの伝送特性のシミュレーション結果について説明する。最初に抵抗体シート３０を備えていないコネクタ（コネクタ１００と呼ぶ）について説明する。

コネクタ１００で配線接続をしてシミュレーションをした結果、ノイズ発生箇所は、ＧＮＤ線に接続するバンプとカバーとの近接部において、最も高レベルなノイズ成分を検出した。

図４はバンプ接続部分を示す図である。なお、図４では、コネクタ１００を透視化して、バンプ１１−１〜１１−４を通じて、フレキシブル基板４上の伝送ラインと、プリント基板５上の伝送ラインとの接続状態を見えるように図示している。

バンプ接続部分として、フレキシブル基板４上の差動伝送路Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎの信号線をＧＮＤ線Ｌｇ１、Ｌｇ２で挟み、このようなＧＳＳＧの高速信号線配置を、バンプ１１−１〜１１−４を介して、プリント基板５に接続するものとする。

接続関係を記すと、コネクタ１００のバンプ１１−１〜１１−４において、バンプ１１−１を通じて、フレキシブル基板４上のＧＮＤ線Ｌｇ１と、プリント基板５上のＧＮＤ線Ｌｇ１−１とが接続する。

バンプ１１−２を通じて、フレキシブル基板４上の信号線Ｌ１ｐと、プリント基板５上の信号線Ｌ１ｐ−１とが接続する。バンプ１１−３を通じて、フレキシブル基板４上の信号線Ｌ１ｎと、プリント基板５上の信号線Ｌ１ｎ−１とが接続する。バンプ１１−４を通じて、フレキシブル基板４上のＧＮＤ線Ｌｇ２と、プリント基板５上のＧＮＤ線Ｌｇ２−１とが接続する。

図５は損失特性を示す図である。コネクタ１００で配線接続したときのＳ１１パラメータ（反射損失特性）とＳ２１パラメータ（挿入損失特性）を示している。横軸は周波数（ＧＨｚ）、左側縦軸は反射損失レベル（ｄＢ）、右側縦軸は挿入損失レベル（ｄＢ）である。

抵抗体シート３０を有していないコネクタ１００を用いて、図４のようなバンプ接続を行って、信号線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎに信号を伝送する。すると、ＧＮＤ線Ｌｇ１、Ｌｇ１−１に接続するバンプ１１−１とカバー２０との近接部分およびＧＮＤ線Ｌｇ２、Ｌｇ２−１に接続するバンプ１１−４とカバー２０との近接部分において、高いレベルのノイズが発生する。

すなわち、バンプ１１−１とカバー２０との近接部分およびバンプ１１−４とカバー２０との近接部分において、不要な自己共振周波数による渦電流とみなせるノイズが高いレベルで発生する。

この場合、図５のシミュレーション結果に示されるように、伝送信号の周波数が２５ＧＨｚ付近でカットオフが生じることが検出され、２５ＧＨｚ以上の広帯域化伝送が妨げられることがわかる。

次に抵抗体シート３０を備えているコネクタ１について説明する。コネクタ１では、バンプシート１０とカバー２０との間に抵抗体シート３０を配置する。ただし、バンプシート１０の全面に抵抗体シート３０を配置すると、信号線と接続するバンプに対しても、抵抗体シート３０が近接することになり、高速伝送に悪影響を与えることになる。

したがって、抵抗体シート３０は、基板に接続する電極を通じて発生するノイズを抑制する位置に設けることにする。具体的には、上述したように、ＧＮＤ線に接続するバンプとカバーとの近接部において、高レベルなノイズ成分が生じるため、信号線に接続するバンプを除いた、ＧＮＤ線に接続するバンプとカバーとの近接部において、抵抗体シート３０を配置するようにする。

図６はバンプ接続部分を示す図である。なお、図６では、コネクタ１を透視化して、バンプ１１−１〜１１−４を通じて、フレキシブル基板４上の伝送ラインと、プリント基板５上の伝送ラインとの接続状態を見えるように図示している。

バンプ接続部分として、フレキシブル基板４上の差動伝送路Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎの信号線をＧＮＤ線Ｌｇ１、Ｌｇ２で挟み、このようなＧＳＳＧの高速信号線配置を、バンプ１１−１〜１１−４を介して、プリント基板５に接続するものとする。配線の仕方は図４と同じである。

また、ＧＮＤ線Ｌｇ１、Ｌｇ１−１と接続するバンプ１１−１の上方のバンプシート１０の部分に抵抗体シート３１を設ける。さらに、ＧＮＤ線Ｌｇ２、Ｌｇ２−１と接続するバンプ１１−４の上方のバンプシート１０の部分に抵抗体シート３２を設ける。

図７は抵抗体シートの配置位置を説明するための図である。図中のＧは、ＧＮＤ線に接続するバンプを示し、Ｓは信号線に接続するバンプを示す。
ＧＮＤ線と接続するバンプ１１−１の上方のバンプシート１０の部分に抵抗体シート３１を設け、ＧＮＤ線と接続するバンプ１１−４の上方のバンプシート１０の部分に抵抗体シート３２を設ける。このとき、抵抗体シート３１、３２は、信号線と接続しているバンプ１１−２、１１−３の上方のバンプシート１０の部分に接しないように配置する。

図８は損失特性を示す図である。コネクタ１で配線接続したときのＳ１１パラメータ（反射損失特性）とＳ２１パラメータ（挿入損失特性）を示している。横軸は周波数（ＧＨｚ）、左側縦軸は反射損失レベル（ｄＢ）、右側縦軸は挿入損失レベル（ｄＢ）である。

抵抗体シート３０を図６、図７で示したように配置したコネクタ１を用いてバンプ接続を行って、信号線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎに信号を伝送する。すると、ＧＮＤ線Ｌｇ１、Ｌｇ１−１に接続するバンプ１１−１とカバー２０との近接部分に生じるノイズが抵抗体シート３１によって低減される。同様に、ＧＮＤ線Ｌｇ２、Ｌｇ２−１に接続するバンプ１１−４とカバー２０との近接部分に生じるノイズが抵抗体シート３２によって低減される。

この場合、図８のシミュレーション結果に示されるように、伝送信号の周波数が２５ＧＨｚ付近においてもカットオフが生じることがなく、２５ＧＨｚ以上の広帯域化伝送が可能になっていることがわかる。

以上説明したように、コネクタ１では、バンプシート１０とカバー２０との間に、電気抵抗性を有する抵抗体シート３０を設けた構成とした。これにより、ノイズを効果的に低減して、伝送信号を広帯域化することができ、高速信号の伝送品質の向上を図ることが可能になる。

次に抵抗体シート３０の実装パターンについて説明する。抵抗体シート３０は、信号線に接続するバンプの上方を除いて、ＧＮＤ線に接続するバンプの上方のバンプシート１０上に配置する。したがって、実装形状としては複数のパターンが考えられる。

図９〜図１１は抵抗体シートの実装パターンの一例を示す図である。図中のＧは、ＧＮＤ線に接続するバンプを示し、Ｓは信号線に接続するバンプを示す。
図９の抵抗体シート３０−１の場合は、図６、図７で示した形状パターンと同じである。ＧＮＤ線に接続するバンプ１１−１、１１−４、１１−７の上方のバンプシート１０の位置に、四辺形の形状をした抵抗体シート３０ａ−１、３０ｂ−１、３０ｃ−１を配置する。

図１０の抵抗体シート３０−２の場合は、信号線に接続するバンプ１１−２、１１−３、１１−５、１１−６の上方位置の抵抗体シート部分をくり抜いた形状である。図１１の抵抗体シート３０−３は、信号線に接続するバンプ１１−２、１１−３、１１−５、１１−６の上方を除き、ＧＮＤ線に接続するバンプ１１−１、１１−４、１１−７の上方に抵抗体シートが配置するような櫛形にした実装パターンである。

なお、図９〜図１１は実装パターンの一例であって、上記以外の形状であってもよい。一方、上記の説明では、バンプシート１０とカバー２０との間の所定位置に抵抗体シート３０を挟んで実装する構成としたが、抵抗体シート３０をバンプシート１０に段差なく装着させてもよい。

例えば、図９の場合では、３枚の抵抗体シートが配置されるバンプシート１０の所定位置に、抵抗体シート３０ａ−１、３０ｂ−１、３０ｃ−１を段差なく装着させて、抵抗体シート３０−１とバンプシート１０とを一体化させる。

ここで、抵抗体シート３０を、ＧＮＤ線に接続するバンプの上方のバンプシート１０のみに配置して、カバー２０の押圧によるコネクタ接続を行うと、抵抗体シートが配置されている箇所と配置されていない箇所とで圧力が不均一になるおそれがある。

したがって、ＧＮＤ線に接続するバンプ上部のバンプシート１０の所定位置に、抵抗体シート３０とバンプシート１０とを段差なく装着して、抵抗体シート３０とバンプシート１０とを一体化させる。このような構成にすることにより、コネクタ接続時のカバー２０による押圧力を均一化することができ、よりコンタクト性の向上を図ることが可能になる。

次にバンプの接続部分について説明する。図１２〜図１４はバンプ接続部分を示す図であり、バンプ接続部分のバリエーションを示している。
図１２は、フレキシブル基板４およびプリント基板５にスルーホールを設けた場合である。図１３は、フレキシブル基板４にスルーホールを設け、プリント基板５には、スルーホールの金属箔メッキのない切り穴を設けた場合である。図１４は、フレキシブル基板４にスルーホールを設け、プリント基板５にはスルーホールも切り穴も設けていない場合である。

図１２〜図１４におけるバンプ接続では、いずれの場合も、プリント基板５のＰＡＤにフレキシブル基板４のＰＡＤが重なり、フレキシブル基板４のＰＡＤ上にバンプ１１が重ねられて、抵抗体シート３０を介してカバー２０の上方から押圧される。これにより、フレキシブル基板４上の伝送ラインと、プリント基板５上の伝送ラインが導通する。

ここで、図１２に示すように、フレキシブル基板４にスルーホールを設け、プリント基板５にスルーホールを設けてバンプ接続することにより、フレキシブル基板４とプリント基板５とのコンタクト性は向上する。

一方、図１３のように、プリント基板５の接続箇所を切り穴にした場合や、図１４のようにフレキシブル基板４のみにスルーホールを設けた場合では、信号線ランド径を小さくすることができるので、高周波特性を向上させることができる。また、オープンスタブ（主伝送路から枝分かれして、先端がオープンなマイクロストリップライン）の形成を抑制することができるので、スタブによる特性劣化も低減することが可能になる。

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。

１ コネクタ
４ フレキシブル基板
５ プリント基板
１０ 電極シート
１１ 電極
２０ カバー
３０ 抵抗体シート

Claims (12)

1. 複数の電極が装着された電極シートと、
   前記電極シートを覆うカバーと、
   前記カバーと前記電極シートとの間に設けられた、電気抵抗性を有する抵抗体シートと、
   を備え、
   前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートが設けられ、個々の前記抵抗体シートは互いに非接触である、
   ことを特徴とするコネクタ。
2. 前記抵抗体シートは、基板に接続する前記電極を通じて発生するノイズを抑制する位置に設けられることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
3. 前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートが前記電極シートに段差なく装着して、前記抵抗体シートと前記電極シートとが一体化していることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
4. 前記カバーは、基板にフックして、前記電極シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるフック部を備えることを特徴とする請求項１記載のコネクタ。
5. 光伝送装置において、
   光信号の伝送処理を行う光伝送処理部が実装された基板と、
   前記基板上に配線された前記光伝送処理部の伝送路を、相手側基板に接続するための複数の電極が装着された電極シートと、前記電極シートを覆うカバーと、前記カバーと前記電極シートとの間に設けられた、電気抵抗性を有する抵抗体シートとを含むコネクタと、
   を備え、
   前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートが設けられ、個々の前記抵抗体シートは互いに非接触である、
   ことを特徴とする光伝送装置。
6. 前記抵抗体シートは、前記基板に接続する前記電極を通じて発生するノイズを抑制する位置に設けられることを特徴とする請求項５記載の光伝送装置。
7. 前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、前記基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートが前記電極シートに段差なく装着して、前記抵抗体シートと前記電極シートとが一体化していることを特徴とする請求項５記載の光伝送装置。
8. 前記コネクタは、前記相手側基板にフックして、前記電極シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるフック部を前記カバーに備えることを特徴とする請求項５記載の光伝送装置。
9. コネクタ接続方法において、
   複数の電極が装着された電極シートと、カバーとの間に、電気抵抗性を有する抵抗体シートを配置し、
   前記カバーを上方から押圧して、前記電極を備えたコネクタによって接続を行い、
   前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートを設けて、個々の前記抵抗体シートを互いに非接触にする、
   ことを特徴とするコネクタ接続方法。
10. 前記抵抗体シートは、基板に接続する前記電極を通じて発生するノイズを抑制する位置に設けられることを特徴とする請求項９記載のコネクタ接続方法。
11. 前記電極シートの前記電極が装着されていない側の面であって、基板上に配線されたＧＮＤ線に接続する前記電極の上部の位置に、前記抵抗体シートが前記電極シートに段差なく装着して、前記抵抗体シートと前記電極シートとが一体化していることを特徴とする請求項９記載のコネクタ接続方法。
12. 前記コネクタは、前記電極シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるフック部を備えて相手側基板にフックすることを特徴とする請求項９記載のコネクタ接続方法。
    

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