JP5709763B2 - 電気的相互接続及び複数のデバイスを電気的に結合させる方法 - Google Patents

電気的相互接続及び複数のデバイスを電気的に結合させる方法 Download PDF

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Description

本発明の分野は概して、電子部品に関し、さらに具体的には複数のデバイスを電気的に結合させるのに使用する同軸相互接続に関するものである。
高周波(RF)コンポーネント及び他の電気部品のサイズを縮小し続けるには、電気的及び機械的要件の両方を満たすコンパクトなRF接続が必要となる。ある周知の用途では、隣接したコンポーネント間、さらに具体的には2つのプリント基板間のRF相互接続が必要である。隣接したコンポーネントは、積み重ねられた状態の層を含む基板又はプリント基板であってよい。RF接続に好適なこのような周知のコネクタは、デジタル及び他の低周波信号にもまた好適であり得る。
RF相互接続を利用して、あるコンポーネントの嵌合部分を対応する別のコンポーネントの嵌合部分に接続することができる。対応する嵌合部分は、一方の又は両方のコンポーネントのグリッドパターンの要素を含むことができる。ある周知の相互接続は、DCの内部ピンと低周波信号とともに利用可能である圧縮ワイヤバンドル相互接続構造を使用することができる。しかしながら、ピンを受ける従来技術においては、ピン自体の直径がワイヤバンドルコンタクトの直径よりも大きいものでなくてはならない。また、エポキシ樹脂を使用して、ピンと相互接続構造の誘電体要素を結びつけることもできる。これらの工程段階を全て組み合わせることにより、超高周波における制御及び均一のインピーダンスを維持することが不可能とは言わないまでも難しくなる。さらに、幾つかの他の周知の同軸コネクタは通常、ピン上に機械加工された羽枝を用いて誘電体内部の適所に固定される。しかしながら、良好なインピーダンス制御を維持するために、複雑な機械加工をおこなって外部コンダクタを修正しなくてはならない。
ある態様では、電気的相互接続システムが提供されている。このシステムは、少なくとも1つのバイア、及びそれ自体を通して電流を伝送するコンダクタを含む第1プリント基板を含む。コンダクタは、コンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクト、及びそれ自体を通してコンダクタを受ける誘電体円筒を含む。誘電体円筒は、第1シグナルコンタクトに隣接して位置する誘電体円筒の第1端部から延びる第1ベローズ型要素を含む。第1ベローズ型要素及び誘電体円筒は、実質的に連続的な外部コンダクタを形成し、コンダクタ及び第1ベローズ型要素はバイアと電気的に接触し、バイアス力を利用してバイアへの接続を維持する。
さらに別の態様では、電気的相互接続デバイスが提供されている。電気的相互接続デバイスは、それ自体を通して電流を伝送するコンダクタを含み、コンダクタは、コンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含む。電気的相互接続デバイスは、それ自体を通してコンダクタを受ける誘電体円筒を含み、誘電体円筒は、前記誘電体円筒の第1端部から延びる第1ベローズ型要素を含み、前記第1シグナルコンタクトに隣接して位置づけされている。第1ベローズ型要素と誘電体円筒は、実質的に連続的な外部コンダクタを形成し、バイアと電気的に接触し、バイアス力を利用してバイアへの接続を維持する。
さらに別の態様では、2つの回路を結合させる方法が提供されている。本方法は、それ自体を通して電流を伝送する電気コンダクタを提供し、コンダクタはコンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含むステップと、誘電体コンダクタが電気コンダクタを実質的に囲むように、誘電体円筒内部で電気コンダクタを延在させるステップを含む。本方法は、実質的に連続的な外部コンダクタが第1ベローズ型要素と誘電体円筒の間に形成されるように、また第1ベローズ型要素が第1シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第1シグナルコンタクトとの間で圧縮可能な接合点を形成するように、誘電体円筒の第1端部から第1ベローズ型要素を延在させることを含む。本方法は、第1及び第2回路間に電気コンダクタを位置づけすることを含み、コンダクタ及び第1ベローズ型要素はプリント基板のバイアと電気的に接触する。
非限定的な及び非包括的な実施形態を下記の図面を参照して説明する。同じ参照番号は、他に規定のない限り多様な図面全体を通して同じ部分を指すものである。
図1は実例となるビークルのシステムブロック図である。 図2は複数の実例となる回路を電気的に結合させるのに使用される例示のRF相互接続の斜視図である。 図3は図2に示す領域3の前部立面図である。 図4は図2に示す例示のRF相互接続の前部の部分立面図である。 図5は図2に示す例示のRF相互接続を使用した複数の回路を結合させる方法のフロー図である。 図6はRF相互接続の代替実施形態の前部立面図である。
図面をさらに具体的に見てみると、本発明の実施形態は図1に示すビークル100において説明することができる。例示の実施形態では、本明細書にさらに詳しく説明するようにビークル100は衛星である。あるいは、ビークル100は、本明細書に説明されているものと同様の電気的構成を有するいかなるビークルであってもよい。図1に示すように、衛星100は複数のシステム104と内装106を有するフレーム102を含むことができる。高レベルシステム104の実施例は、一又は複数の推進システム108、電気システム110、油圧システム112、及び環境システム114を含む。任意の数の他のシステムを含むことができる。航空宇宙での実施例を示したが、本発明の原理は自動車産業等の他の業界に応用することもできる。
図2は、複数の実例となる回路210を電気的に結合させるのに使用する例示のRF相互接続200の斜視図である。図3は図2に示す領域3の前部立面図であり、図4は、図2に示す例示のRF相互接続200の前部の部分立面図である。例示の実施形態では、RF相互接続200は第1プリント基板214及び第2プリント基板216の間の長さLだけ延びる同軸ケーブル212を含み、第1プリント基板214を第2プリント基板216に電気的に結合させる。さらに具体的には、例示の実施形態では、同軸ケーブル212は同軸ケーブル212の第1端部220に結合した第1シグナルコンタクト218と、同軸ケーブル212の第2端部224に結合した第2シグナルコンタクト222を含む。第1シグナルコンタクト218及び第2シグナルコンタクト222は、本明細書にさらに詳しく説明するように、それぞれのプリント基板214及び216の中で、一又は複数の平坦なコンタクトパッド又はバイア244と接触するような大きさ及び向きに調節される。
図3及び4に示すように、例示の実施形態では、第1シグナルコンタクト218は、本明細書でたびたびバネ付勢プラグと呼ばれるシグナルコンタクトプラグ226にバイアス力を加える内蔵バネ225を含む。図3及び4に示すシグナルコンタクトプラグ226の実施形態は、平坦なコンタクトパッドをプリント基板に係合させる一種のプラグである。あるいは、同軸ケーブル212は、RF相互接続が本明細書に説明する機能を発揮することを可能にする全ての種類の接続要素を含むことができる。代替実施形態では、同軸ケーブル212は、RFモジュールをプリント基板と接続させる、又は2つのRFモジュールを接続させる等、単一のプリント基板を他の任意の電気部品と電気的に結合させるように構成することができる。
例示の実施形態では、RF相互接続200は同軸ケーブル212の周囲外側に位置づけされ、同軸ケーブル212を少なくとも部分的に囲むシールド230を含む。シールド230は、同軸ケーブルの長さLの上を長さLだけ延び、例示の実施形態ではLはLより短い。第1ベローズ型要素232は、シールド230の第1端部234と結合し、シールド230から外方向に延びており、第1シグナルコンタクト218を実質的に囲むように位置づけされている。第2ベローズ型要素236は、シールド230の第2端部238と結合し、シールド230から外方向に延びており、第2シグナルコンタクト222を実質的に囲むように位置づけされている。例示の実施形態では、第1ベローズ型要素232及び第2ベローズ型要素236は例えばアルミニウム、金、銀又は銅、又はRF相互接続200が本明細書に説明したように機能することを可能にする任意の導電性金属等の導電性金属から製作される。ベローズ型要素232及び236は、シールド230の第1端部234及び第2端部238のそれぞれ上に位置づけされており、図2に示す実質的に連続的な誘電体円筒240は、第1プリント基板214及び第2プリント基板216の間に延び、これによりベローズ型要素232と236、及びシールド230がコンタクト218及び222から分離される。
図4を参照すると、例示の実施形態では、第1シグナルコンタクト218と第1ベローズ型要素232の組み合わせにより、内蔵バネ225及び第1ベローズ型要素232によって印加されるバイアス力を介して、それぞれのプリント基板214との接触を維持する圧縮可能な同軸コネクタ242が形成される。動作中は、RF相互接続200が第1プリント基板214及び第2プリント基板216の間に位置づけされ、第1プリント基板214及び第2プリント基板216を相互に電気的に結合させる。さらに具体的には、第1シグナルコンタクト218と第1ベローズ型要素232の組み合わせは、バイア244に近接するコンタクトパッドにおいてプリント基板214と係合し、プリント基板間の圧縮可能な同軸電気接続を提供し、プリント基板間の間隔は動作中において変化し得る。本明細書に使用される「バイア」は2つ以上の基板(層)間の伝導路を指す。
RF相互接続200の長さは、圧縮範囲においてRFの動作を維持している間変化し得る。例示の実施形態では、Lは約0.8インチの間隙を示し、RF相互接続は、内方向に約0.050インチの全体圧縮、又は同軸ケーブルの長さLから約6.25%の圧縮範囲を可能にする。あるいは、RF相互接続により、プリント基板214及び216が本明細書に説明したように機能できる、いかなる圧縮範囲も可能となり得る。
図5は、図2に示す例示のRF相互接続200を使用して複数の回路を結合させる方法300のフロー図である。例示の実施形態では、方法300は、それ自体を通して電流を伝送する電気コンダクタを提供310し、誘電体円筒が電気コンダクタを実質的に囲むように誘電体円筒内部で電気コンダクタを延在320させるステップを含む。第1シグナルコンタクトはコンダクタの第1端部から延在330し、第2シグナルコンタクトはコンダクタの第2端部から延在340する。さらに、シグナルコンタクトプラグ226がプリント基板コンタクトと係合する電気コンダクタ内部に位置づけされる。
例示の実施形態では、第1ベローズ型要素は、実質的に連続的な外部コンダクタが第1ベローズ型要素とシールドによって形成されるように、また第1ベローズ型要素が第1シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第1シグナルコンタクトとの間で圧縮可能な接合点を形成するように、シールドの第1端部から延在350させる。さらに、例示の実施形態において、方法300は、実質的に連続的な外部コンダクタが第2ベローズ型要素と誘電体円筒の間に形成されるように、また第2ベローズ型要素が第2シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第2シグナルコンタクトとの間で圧縮可能な接合点を形成するように、第2ベローズ型要素をシールドの第2端部から延在360させることを含む。さらに具体的には、第1ベローズ型要素を延在350させ、第2ベローズ型要素を延在360させるステップはさらに、内向きの荷重下で圧縮され、第1及び第2コンダクタそれぞれをプリント基板上のそれぞれのコンタクトとの接触を維持するバイアス力を提供する材料から第1及び第2ベローズ型要素を製作することを含む。
方法300は、第1及び第2回路間に電気コンダクタを位置づけ370するステップを含み、コンダクタと第1ベローズ型要素はプリント基板のバイアに電気的に接触する。電気コンダクタを第1及び第2回路間に位置づけ370するステップはさらに、第1及び第2プリント基板間の実質的に一定の電流の流れを維持することを含む。
図6に示すように、代替実施形態では、第1シグナルコンタクト400は、プラグ404をプリント基板上の平坦なコンタクトパッドと係合するように動作させることもできるが、プラグ404がプリント基板内部のバイアと係合できるように、第1シグナルコンタクト400の他の部分に対して軸方向に移動するシグナルコンタクトプラグ404にバイアス力を加える内蔵バネ402を含む。図6に示す他のコンポーネントも同じような形で機能し、図3及び4に示すコンポーネントと同等のものであり、同じ参照番号で示されている。
同軸RF相互接続の例示の実施形態を上に詳しく説明した。上述した電気的相互接続により、バネベローズを利用して複数の回路を相互に電気的に結合させることが容易になり、圧縮範囲全体の良好な電気接続を維持するために、圧縮可能な、したがってその長さの変化を受容できる同軸伝送線周囲の、連続的な外部コンダクタ又はシールドを形成する。バネ荷重コンタクトと組み合わせて使用するときに、この組み合わせにより、コンタクトバイアス力を使用した電気接続を維持する圧縮可能な同軸コネクタを形成することが容易になる。
さらに、本明細書に説明したRF相互接続により、平坦なコンタクトパッド又は回路バイアの接合点が提供されるため、プリント基板又はRFモジュール上に嵌合ソケット又はピンは不要である。このような実施形態は費用が安く、良好なRF動作を提供することができ、より広い圧縮範囲において機能する一方で、取付け時に技術的なミスの影響を受けにくい。本明細書に説明したRF相互接続は、優れた動作、低費用、相互間の間隔が変化する2つの回路要素間の圧縮可能及び繰り返し可能なブラインド嵌合同軸RF相互接続を提供することができる。上記アセンブリは、圧縮可能なブラインド嵌合RF相互接続が望ましい全ての用途に使用可能である。これには、説明のために、衛星のアレイ接続等の様々な航空宇宙用途を含むことができる。
前述の説明には多くの詳細項目が含まれているが、これらは本発明の範囲を限定するものでなく、幾つかの現下において好ましい実施形態の単なる例示であると解釈すべきである。同様に、本発明の他の実施形態は、本発明の精神又は範囲から逸脱するものではないと考えることができる。異なる実施形態の特徴を組み合わせて用いることができる。本発明の範囲はしたがって、前述の説明よりもむしろ、添付の請求項及び法律上請求項に準ずるものによってのみ指示され限定されるものである。本明細書に開示された本発明への追加、削除、及び修正はすべて意図されるところであり、請求項の範囲はそれによって包含される。
本明細書に説明された装置及び方法は、2つの電気部品を電気的に結合させるのに使用する圧縮可能なブラインド嵌合RF相互接続に関して説明しているが、本装置と本方法は上記用途に限定されず、市販のRFエレクトロニクス用途とともに、RFコンポーネント及びサブアセンブリを供給する全ての応用例によって応用することができることを理解すべきである。同様に、図示したシステムのコンポーネントは本明細書に説明した特定の実施形態に限定されることなく、むしろシステムコンポーネントは独立して、本明細書に説明した他のコンポーネントとは別々に用いることが可能である。
本明細書に使用されるように、単数形で記述され、前に「a」又は「an」が付く要素又はステップは、特に除外することが明確に記載されていない限り、複数の要素又はステップを除外するものではないと理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」を参照することは、記載された特徴も組み入れる追加の実施形態の存在を除くものと解釈されるべきではない。
この書面による説明においては最適な状態を含む本発明を開示するために、また当業者が全てのデバイス又はシステムを製作し使用する、また全ての組み入れられた方法を行うことも含む本発明の実行を可能にするために、実施例を使用する。本発明の特許性のある範囲は請求項によって定義され、当業者が発想する他の実施例を含むことができる。このようなその他の実施例は、構造的要素が請求項の文語的な言葉と変わらない場合、又は、請求項の文語的な言葉とほとんど変わらない同等の構造的要素を含む場合は、請求項の範囲にあるものとされる。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
電気的相互接続システムであって:
それ自体を通して電流を伝送するコンダクタであって、コンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含むコンダクタ;
それ自体を通して前記コンダクタを受ける誘電体円筒;及び
外部シールドの第1端部から延びる第1ベローズ型要素を含み、前記第1シグナルコンタクトと隣接して位置づけされる外部シールドであって、前記第1ベローズ型要素とともに実質的に連続的な外部コンダクタを形成する外部シールド
を含み、
前記コンダクタ及び前記第1ベローズ型要素はプリント基板に電気的に接触し、バイアス力を利用してプリント基板との接続を維持する
電気的相互接続システム。
(態様2)
前記コンダクタの第2端部から延びる第2シグナルコンタクト;及び
前記外部シールドの第2端部から延びており、前記第2シグナルコンタクトに隣接して位置づけされる第2ベローズ型要素
をさらに含む、態様1に記載の電気的相互接続システム。
(態様3)
第1プリント基板及び第2プリント基板の間の電流の流れを実質的に一定に保つ、態様2に記載の電気的相互接続システム。
(態様4)
前記第1シグナルコンタクトが、プリント基板のバイアと係合するバネ付勢プラグを含む、態様1に記載の電気的相互接続システム。
(態様5)
前記第1ベローズ型要素及び前記第2ベローズ型要素が、内向きの荷重下で圧縮され、前記第1及び第2コンダクタそれぞれのプリント基板のバイアとの接触を維持するバイアス力を提供する材料を含む、態様2に記載の電気的相互接続システム。
(態様6)
前記コンダクタがさらに、それ自体を通して超高周波信号を伝送する、態様2に記載の電気的相互接続システム。
(態様7)
前記外部シールドが第1軸長から第2軸長まで圧縮可能である、態様2に記載の電気的相互接続システム。
(態様8)
電気的相互接続デバイスであって、
それ自体を通して電流を伝送するコンダクタであって、コンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含み、前記第1シグナルコンタクトがバネ付勢プラグを含むコンダクタ;及び
それ自体を通して前記コンダクタを受ける誘電体円筒;及び
外部シールドの第1端部から延びる第1ベローズ型要素を含む外部シールドであって、前記第1ベローズ型要素とともに実質的に連続的な外部コンダクタを形成する外部シールド
を含み、
前記コンダクタ及び前記第1ベローズ型要素がプリント基板のバイアと電気的に接触し、バイアス力を利用してバイアとの接続を維持する、
電気的相互接続デバイス。
(態様9)
前記バネ付勢プラグはプリント基板のバイアと係合する、態様8に記載の電気的相互接続デバイス。
(態様10)
複数の回路を結合する方法であって、前記方法は:
それ自体を通して電流を伝送する電気コンダクタを提供し、コンダクタはコンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含み;
誘電体コンダクタが電気コンダクタを実質的に囲むように、誘電体円筒内部に電気コンダクタを延在させ;
第1ベローズ型要素が第1シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第1シグナルコンタクトとの間で圧縮可能な接合点を形成するように、誘電体を囲む外部コンダクタから第1ベローズ型要素を延在させることによって、実質的に連続的な外部コンダクタを形成し;
第1及び第2回路の間で電気コンダクタを位置づけし、コンダクタ及び第1ベローズ型要素がプリント基板のバイアと電気的に接触するように構成される
ステップを含む方法。
(態様11)
実質的に連続的な外部コンダクタが第2ベローズ型要素と第1ベローズ型要素の間に形成され、また第2ベローズ型要素が第2シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第2シグナルコンタクトと圧縮可能な接合点を形成するように、外部コンダクタの第2端部から第2ベローズ型要素を延在させることをさらに含む、態様10に記載の方法。
(態様12)
第1及び第2回路の間に電気コンダクタを位置づけするステップがさらに、第1及び第2プリント基板の間の電流の流れを実質的に一定に保つことを含む、態様11に記載の方法。
(態様13)
第1及び第2ベローズ型要素を延在させるステップがさらに、内向きの荷重下で圧縮され、第1及び第2コンダクタそれぞれのプリント基板のバイアとの接触を維持するバイアス力を提供する誘電体材料から第1及び第2ベローズ型要素を製作することを含む、態様11に記載の方法。
(態様14)
第2シグナルコンタクトをコンダクタの第2端部から延在させることをさらに含む、態様10に記載の方法。
(態様15)
電気コンダクタを提供するステップがさらに、プリント基板のバイアと係合する電気コンダクタの内部にバネ付勢プラグを位置づけすることを含む、態様10に記載の方法。

Claims (11)

  1. 電気的相互接続システムであって:
    それ自体を通して電流を伝送するコンダクタであって、コンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含むコンダクタ;
    前記コンダクタを受ける誘電体円筒;及び
    外部シールドの第1端部から延びる第1ベローズ型要素を含み、前記第1シグナルコンタクトと隣接して位置づけされる外部シールドであって、前記第1ベローズ型要素とともに実質的に連続的な外部コンダクタを形成する外部シールド
    を含み、
    前記コンダクタ及び前記第1ベローズ型要素はプリント基板に電気的に接触し、バイアス力を利用してプリント基板との接続を維持するように構成され、
    第1シグナルコンタクト(218)が、該プリント基板のバイアと係合するように構成されたバネ付勢プラグ(226)及び該バネ付勢プラグ(226)に該バイアス力を加える内蔵バネ(225)を有し、
    第1ベローズ型要素(232)は、第1シグナルコンタクト(218)を実質的に囲む、
    電気的相互接続システム。
  2. 前記コンダクタの第2端部から延びる第2シグナルコンタクト;及び
    前記外部シールドの第2端部から延びており、前記第2シグナルコンタクトに隣接して位置づけされる第2ベローズ型要素をさらに含む、請求項1に記載の電気的相互接続システム。
  3. 第1プリント基板及び第2プリント基板の間の電流の流れを実質的に一定に保つ、請求項2に記載の電気的相互接続システム。
  4. 前記第1ベローズ型要素及び前記第2ベローズ型要素が、内向きの荷重下で圧縮され、第1及び第2シグナルコンタクトそれぞれのプリント基板のバイアとの接触を維持するバイアス力を提供する材料を含む、請求項2に記載の電気的相互接続システム。
  5. 前記コンダクタがさらに、超高周波信号を伝送する、請求項2に記載の電気的相互接続システム。
  6. 前記外部シールドが第1軸長から第2軸長まで圧縮可能である、請求項2に記載の電気的相互接続システム。
  7. 複数の回路を結合する方法であって、前記方法は:
    電流を伝送する電気コンダクタを提供するステップであって、コンダクタはコンダクタの第1端部から延びる第1シグナルコンタクトを含む、ステップと;
    誘電体コンダクタが電気コンダクタを実質的に囲むように、誘電体円筒内部に電気コンダクタを延在させるステップと;
    第1ベローズ型要素が第1シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第1シグナルコンタクトとの間で圧縮可能な接合点を形成するように、誘電体を囲む外部コンダクタから第1ベローズ型要素を延在させることによって、実質的に連続的な外部コンダクタを形成するステップと;
    第1及び第2回路の間で電気コンダクタを位置づけするステップであって、コンダクタ及び第1ベローズ型要素がプリント基板のバイアと電気的に接触するように構成される、ステップと、
    を含む方法であって、
    電気コンダクタを提供するステップがさらに、電気コンダクタの内部に該プリント基板のバイアと係合するように構成されたバネ付勢プラグ(226)及び該バネ付勢プラグ(226)にバイアス力を加える内蔵バネ(225)を位置づけすることをさらに含み、第1ベローズ型要素(232)が、第1シグナルコンタクト(218)を実質的に囲む、方法
  8. 実質的に連続的な外部コンダクタが第2ベローズ型要素と第1ベローズ型要素の間に形成され、また第2ベローズ型要素が第2シグナルコンタクトに隣接して位置づけされ、第2シグナルコンタクトと圧縮可能な接合点を形成するように、外部コンダクタの第2端部から第2ベローズ型要素を延在させるステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
  9. 第1及び第2回路の間に電気コンダクタを位置づけするステップがさらに、第1及び第2プリント基板の間の電流の流れを実質的に一定に保つことを含む、請求項8に記載の方法。
  10. 第1及び第2ベローズ型要素を延在させるステップがさらに、内向きの荷重下で圧縮され、第1及び第2シグナルコンタクトそれぞれのプリント基板のバイアとの接触を維持するバイアス力を提供する誘電体材料から第1及び第2ベローズ型要素を製作することを含む、請求項8に記載の方法。
  11. 第2シグナルコンタクトをコンダクタの第2端部から延在させるステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
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