JP7005116B2

JP7005116B2 - 回路モジュールと回路モジュールの製造方法

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Publication number: JP7005116B2
Application number: JP2019082138A
Authority: JP
Inventors: 瑞木白井; 敏晴清水; 宏樹近藤
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: DE102020203697A1; US20200343678A1; JP2020181648A; US10910783B2

Description

本発明は、回路モジュールと回路モジュールの製造方法に関する。

従来、同軸ケーブルと回路基板を接続する技術として、例えば、特許文献１では、高周波ケーブル２０とＰＷＢ３０の配線３２の接続に、アダプタ１０を用いることで、インピーダンス整合を維持することが開示されている。

また、特許文献２では、同軸ケーブルＣｂとプリント基板９ｑの接続に、同軸コネクタ１０を用いることインピーダンスを整合しやすいことが開示されている。

特開２００９－２１８０８５号公報特開２０１８－６３８９４号公報

しかしながら、上記特許文献１、特許文献２に記載された接続の技術の場合は、アダプタ１０または同軸コネクタ１０を用いてインピーダンスの不整合を抑制しているが、インピーダンスの不整合を抑制するために、アダプタ１０または同軸コネクタ１０などの部品が必要であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インピーダンスの不整合を抑制するための部品を用いることがなく、インピーダンスの不整合を抑制することができる、回路モジュールと回路モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る回路モジュールは、回路基板の回路体に、同軸ケーブルの内部導体をハンダで接続する、回路モジュールであって、前記回路基板は、誘電体と、前記誘電体の表面上に形成された回路体と、前記誘電体の裏面上に形成されたグランド体と、を備え、前記同軸ケーブルは、内部導体と、前記内部導体を囲うように設けられた絶縁体と、前記絶縁体を囲うように設けられた外部導体と、前記外部導体を囲うように設けられたシースと、を備え、前記内部導体は、前記回路体に接続する接続部と、前記シースの内部にある非露出部と、を有し、前記接続部の厚みは、前記非露出部の厚みの３５％以下で、且つ、前記接続部の断面積と前記非露出部の断面積が同一であり、前記外部導体は、前記グランド体とハンダで接続することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る回路モジュールの製造方法は、回路基板の回路体に、同軸ケーブルの内部導体をハンダで接続する、回路モジュールの製造方法であって、前記回路基板は、誘電体と、前記誘電体の表面上に形成された回路体と、前記誘電体の裏面上に形成されたグランド体と、を備え、前記同軸ケーブルは、内部導体と、前記内部導体を囲うように設けられた絶縁体と、前記絶縁体を囲うように設けられた外部導体と、前記外部導体を囲うように設けられたシースと、を備え、前記内部導体は、前記回路体に接続する接続部と、前記シースの内部にある非露出部と、を有し、前記同軸ケーブルの前記絶縁体、前記外部導体およびシースを取り除いて前記接続部を露出させる露出工程と、前記接続部の厚みが、前記非露出部の厚みの３５％以下で、且つ、前記接続部の断面積と前記非露出部の断面積とが同一となるように圧縮する圧縮工程と、前記接続部を、前記回路体にハンダで接続する接続工程と、を含み、前記接続工程は、前記外部導体を、前記グランド体にハンダで接続する工程を含むことを特徴とする。

本発明に係る回路モジュールと回路モジュールの製造方法は、同軸ケーブルと回路基板とを直接接続してもインピーダンスの不整合を抑制できるという効果を奏する。

図１－１は、同軸ケーブルの内部導体と回路基板の回路体を接続した回路モジュールを示す模式図である。図１－２は、図１－１におけるＡ－Ａ線断面図である。図１－３は、図１－１におけるＢ－Ｂ線断面図である。図２は、回路モジュールの製造方法の概略を示すフローチャート図である。図３は、同軸ケーブルの内部導体をプレス加工したことを示す断面図である。図４は、同軸ケーブルの内部導体の厚みの変化を示す断面図である。図５は、回路モジュールのインピーダンス測定結果を示す図である。図６は、回路モジュールの周波数および減衰量の測定結果を示す図である。

以下に、本発明に係る回路モジュールと回路モジュールの製造方法の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

図１－１は、同軸ケーブル２００の内部導体１と回路基板３００の回路体２０を接続した回路モジュール１００を示す模式図である。図１－２は、図１－１におけるＡ－Ａ線断面図である。また、図１－３は、図１－１におけるＢ－Ｂ線断面図である。本実施形態に係る回路モジュール１００は、アンテナ５０にて受信した電波信号を伝送する同軸ケーブル２００と、車載機器に内蔵された回路基板３００を有している。アンテナ５０にて受信した電波信号を同軸ケーブル２００にて伝送して車載機器の回路基板３００に送信する構成となっている。本実施形態では、同軸ケーブル２００の端末付近が段剥ぎされ、外部導体３、内部導体１が同軸ケーブル２００の外部に露出されており、露出する内部導体１が回路基板３００の回路体２０にハンダにより電気的に接続し、露出する外部導体３が回路基板３００のグランド体２２にハンダ３０により電気的に接続される。なお、段剥ぎする方法としては、例えば、レーザ照射や切削加工などによる切断及びストリップを含む段剥き加工を順次実施することによって行われる。

同軸ケーブル２００の内部導体１と回路基板３００の回路体２０をハンダ３０で電気的に接続する方法としては、例えば、同軸ケーブル２００の内部導体１を、回路基板３００の誘電体２１表面上に形成された回路体２０に配置後、ハンダ付けすることによって行われる。

同軸ケーブル２００の外部導体３と回路基板３００のグランド体２２をハンダ３０で電気的に接続する方法としては、例えば、同軸ケーブル２００の外部導体３である編組を撚り合わせて１本の線とした後に、誘電体２１の裏面に形成されたグランド体２２に配置後、ハンダ付けすることによって行われる。

同軸ケーブル２００は、図１－２に示すように、内部導体１と、内部導体１の外周を覆う絶縁体２と、絶縁体２の外周を覆う外部導体３と、外部導体３の外周を覆うシース４と、を備える。同軸ケーブル２００は、中心から径方向外側に向かって、内部導体１、絶縁体２、外部導体３、シース４の順で形成されている。本実施形態における同軸ケーブル２００は、インピーダンスを５０Ωとしている。

内部導体１は、電力、信号などを伝達するものであり、本実施形態では、素線径０．１８±０．００８ｍｍの金属素線を７本撚り合わせた撚線によって構成されている。金属素線の材質としては、軟銅を用いている。なお、例えば、錫メッキ軟銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いても良い。また、内部導体１は、シース４の内部にある部分を非露出部６として有する。内部導体１のうち、非露出部６の断面は、円形状に形成されている。

内部導体１は、回路基板３００の回路体２０に接続するための接続部５を有している。接続部５は、同軸ケーブル２００の外部に露出されており、図１－３に示すように、断面が平角形状に形成されている。接続部５は、図３に示すように、厚みｈ１が非露出部６の厚みｈ２の３５％以下に形成されている。また、接続部５は断面積が内部導体１のうち、シース４の内部にある部分、すなわち非露出部６の断面積と同一に形成されている。接続部の厚みｈ１は、圧縮し過ぎると接続部５に負荷がかかった時の接続部５の強度低下が懸念されるため、非露出部６の厚みｈ２の３０％～３５％にするとより好ましい。本実施形態における接続部５は、厚みｈ１がｈ２の２５％である。

絶縁体２は、内部導体１の外周面に配置され、内部導体１の外周面から径方向外側に積層されている。絶縁体２は、同軸ケーブル２００のインピーダンスを５０Ωとするために、架橋ポリエチレンとし、厚みを０．５５５ｍｍとしている。なお、絶縁体２は、熱可塑性エラストマーなどのゴム状弾性体などの合成樹脂や、ポリエチレン樹脂などの合成樹脂などを発泡させた発泡絶縁体、ゴム状弾性体を用いても良い。

外部導体３は、絶縁体２の外周面に配置され、絶縁体２の外周面から径方向外側に積層されている。外部導体３は、素線径０．１０ｍｍの金属素線を編組状に編んだ編組で構成されている。なお、例えば、金属箔や編組と金属箔の両方を用いても良い。金属素線の材質としては、錫メッキ軟銅を用いている。なお、例えば、軟銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いても良い。外部導体３は、編組を撚り合わせて１本の線としたものを、回路基板３００のグランド体２２にハンダ３０で、電気的に接続している。編組を撚り合わせて１本の線としたものを、回路基板３００のグランド体２２にハンダ３０で、電気的に接続したことで、端子等の部材を用いずに、アース接続を行うことができる。

シース４は、外部導体３の外周面に配置され、外部導体３の外周面から径方向外側に積層されている。シース４は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を用い、厚みが０．４５５ｍｍとしている。なお、ＰＥ、ＰＰなどを用いても良い。

アンテナ５０は、外部から電波を受信するものである。アンテナ５０は、アンプやフィルター等の複数の電子部品を備えている。アンテナ５０は、同軸ケーブル２００により回路基板３００と電気的に接続されている。

回路基板３００は、アンテナ５０から受信した信号をカーナビゲーション等に表示をするための処理回路である。回路基板３００は、誘電体２１を挟んで回路体２０が形成されている。

回路基板３００は、所定厚（７５０μｍ）の誘電体２１（例えばＰＥＴフィルム）と、誘電体２１の表面上に形成された回路体２０と、回路体２０の両側に、図示しないグランド体と、誘電体２１の裏面上に形成されたグランド体２２とから構成されている。なお、回路体２０、グランド体２２は、その厚みが１８μｍ程度となっている。

次に、回路モジュール１００の製造方法について説明する。図２は、回路モジュールの製造方法の概略を示すフローチャート図である。回路モジュール１００の製造方法は、図２に示すように、露出工程（ステップ１）と、圧縮工程（ステップ２）と、接続工程（ステップ３）により、回路モジュールが製造される。

露出工程（ステップ１）では、同軸ケーブル２００の端末付近において、例えば同軸ケーブルストリッパーを用いて、絶縁体２、外部導体３、シース４を取り除いき、回路基板３００の回路体２０に接続するための内部導体１を外部に露出させる。

圧縮工程（ステップ２）では、接続部５の厚みｈ１を、非露出部６の厚みｈ２の３５％以下で、且つ、接続部５の断面積と非露出部５の断面積とが同一となるように圧縮する。

ここで、圧縮行程（ステップ２）、すなわち同軸ケーブル２００の内部導体１を圧縮する方法について説明する。図３は、同軸ケーブルの内部導体をプレス加工したことを示す断面図である。ここで、図３において、（１）は金型に荷重を掛ける前の状態図、（２）は金型に荷重を掛けたときの状態図、（３）は金型に荷重を掛けた後の状態図である。

まず、内部導体１のうち、外部に露出する部分を、対となった金型４０の間に配置する（同図の（１））。次に、金型４０を互いに近づく方向に移動させ、内部導体１のうち、外部に露出する部分に対して、荷重を加えることで、内部導体１のうち、外部に露出する部分を圧縮加工する（同図の（２））。内部導体１のうち、外部に露出する部分は、圧縮加工することで、回路基板３００の回路体２０に接続するための接続部５として成形される（同図の（３））。ここで、接続部５は、金型４０により圧縮加工されるため、非露出部６の幅ｗ１よりも幅ｗ２が広く、非露出部６の断面積と断面積が同一となる。

接続工程（ステップ３）では、図２に示すように、接続部５を、回路基板３００の回路体２０に対向して配置した後、ハンダ３０で接続する。また、外部導体３である編組を撚り合わせて１本の線とした後に、１本の線となった外部導体３の端末をグランド体２２に対向して配置した後、ハンダ３０で接続する。これにより、回路モジュール１００が製造される。

次に、本実施形態における回路モジュール１００のインピーダンス整合について説明する。図４は、同軸ケーブルの内部導体の厚みの変化を示す断面図である。図４は、金型４０の荷重を０Ｎ、３００Ｎ、１０００Ｎとしたときの、接続部５の厚みと接続部５の圧縮率を示すものである。接続部５は、金型４０の荷重を掛けていない０Ｎの場合における厚みｈ１が０．６ｍｍで、金型４０の荷重を３００Ｎとした場合における厚みｈ１が０．３ｍｍで金型４０の荷重を１０００Ｎとした場合における厚みｈ１は０．１５ｍｍとなっている。

ここで、非露出部６は、金型４０の荷重を掛けていない０Ｎの場合における接触部５、すなわち内部導体１のうち、外部に露出する部分と同じ厚みとなっている。従って、接続部５は、金型４０の荷重を３００Ｎとした場合における圧縮率が５０％となり、厚みｈ１が非露出部６の厚みｈ２の５０％となる。また、接続部５は、金型４０の荷重を１０００Ｎとした場合における圧縮率が７５％となり、厚みｈ１がシ非露出部６の厚みｈ２の２５％となる。

接続部５は、同図に示すように、厚みｈ１が０．６ｍｍおよび厚みｈ１が０．３ｍｍの場合、内部導体１を構成する複数の素線１１のうち一部が回路体２０に対して点接触の状態となる。一方、接続部５は、厚みｈ１が０．１５ｍｍの場合、内部導体１を構成する複数の素線１１が変形し、接触部５の素線１１全体が回路体２０に対して面接触の状態となる。つまり、接続部５が回路体２０に対して点接触から面接触になることで、接続部５の回路体２０に対しする接触面積が増加する。接触面積が増加することで、接続部５と回路体２０との間の抵抗が下がる。

図５は、回路モジュールのインピーダンス測定結果を示す図である。図５は、図４における各厚みｈ１（各圧縮率）の接触部５を有する内部導体１を用いた回路モジュール１００に対してインピーダンス測定した結果である。具体的には、N5222B PNAマイクロ波ネットワーク・アナライザ（10M～26.5GHz）のポート１とポート２に、測定用同軸ケーブル（型番；N4419AK20）及びSMA 形（Sub Miniature Type A）に準拠して作られたコネクタを介して同軸ケーブル２００の内部導体１と回路基板３００の回路体２０を接続した回路モジュール１００を接続し、RiseTimeを60psとし、インピーダンスをTDR機能でT11または、T22で測定した。結果として、接続部５の圧縮率０％（厚みｈ１が０．６ｍｍ）では５９Ω、接続部５の圧縮率５０％（厚みｈ１が０．３ｍｍ）では５７Ω、接続部５の圧縮率７５％（厚みｈ１が０．１５ｍｍ）では５３Ωとなっている。その結果から、圧縮率を高くすることにより、インピーダンスの上昇が抑制されている。ここで、回路体２０に接続された同軸ケーブル２００の接続部５のインピーダンスの上昇を基準のインピーダンス（例えば、５０Ω）の±５％以内に抑えるためには、図５の結果から、接続部５の圧縮率を、６５％以上とする必要がある。なお、圧縮し過ぎると接続部に荷重が掛かったときの強度低下が懸念されるため、好ましくは、接続部５の圧縮率は６５％～７５％が最適である。接続部５の圧縮率を６５％以上にしたときの接続部５の厚みｈ１は、非露出部６の厚みｈ２の３５％以下となる。また、接続部５の圧縮率を７５％にしたときの接続部５の厚みｈ１は、非露出部６の厚みｈ２の２５％となる。

図６は、回路モジュールの周波数および減衰量の測定結果を示す図である。図６は、同軸ケーブル２００の内部導体１と回路基板３００の回路体２０が接続された回路モジュール１００の周波数―減衰量を測定した結果である。具体的には、N5222B PNAマイクロ波ネットワーク・アナライザ（10M～26.5GHz）のポート１とポート２に、測定用同軸ケーブル（型番；N4419AK20）及びSMA 形（Sub Miniature Type A）に準拠して作られたコネクタを介して同軸ケーブル２００の内部導体１と回路基板３００の回路体２０を接続した回路モジュール１００を接続し、S21または、S12を測定した。同軸ケーブル２００の接続部５が圧縮率０％である比較例と、同軸ケーブル２００の接続部５が圧縮率７５％に圧縮した実施例では、比較例に比べ、実施例の方が、減衰量が小さくなっているため、特性が向上している。以上の測定結果から、接続部５の圧縮率が６５％～７５％（接続部５の厚みｈ１を非露出部６の厚みｈ２の３５％～２５％）の同軸ケーブル２００の内部導体１と回路基板３００の回路体２０を直接接続してもインピーダンスの不整合を抑制できる効果が示されている。

以上のように、本実施形態における回路モジュール１００および回路モジュール１００の製造方法では、接続部５の厚みは、非露出部６の厚みの３５％以下で、且つ、接続部５の断面積と非露出部６の断面積が同一であることにより、インピーダンスの不整合を抑制するための部品を用いることがなく、インピーダンスの不整合を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、内部導体１に、素線１１を７本撚り合わせた撚線を用いたが、単線を用いても良い。

１内部導体
２絶縁体
３外部導体
４シース
５接続部
６非露出部
ｈ１接続部５の厚み
ｗ１接続部５の幅
ｈ２非露出部６の厚み
ｗ２非露出部６の幅
１１素線
２０回路体
２１誘電体
２２グランド体
３０ハンダ
４０金型
５０アンテナ
１００回路モジュール
２００同軸ケーブル
３００回路基板

Claims

回路基板の回路体に、同軸ケーブルの内部導体をハンダで接続する、回路モジュールであって、
前記回路基板は、
誘電体と、
前記誘電体の表面上に形成された回路体と、
前記誘電体の裏面上に形成されたグランド体と、
を備え、
前記同軸ケーブルは、
内部導体と、
前記内部導体を囲うように設けられた絶縁体と、
前記絶縁体を囲うように設けられた外部導体と、
前記外部導体を囲うように設けられたシースと、
を備え、
前記内部導体は、前記回路体に接続する接続部と、前記シースの内部にある非露出部と、を有し、
前記接続部の厚みは、前記非露出部の厚みの３５％以下で、且つ、前記接続部の断面積と前記非露出部の断面積が同一であり、
前記外部導体は、前記グランド体とハンダで接続することを特徴とする回路モジュール。
前記接続部の厚みは、前記非露出部の厚みの２５％～３５％であることを特徴とする請求項１に記載の回路モジュール。
前記接続部の幅が、前記非露出部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路モジュール。
前記内部導体は、複数の素線で形成されており、
前記接続部の厚みは、複数の前記素線が変形することで、前記非露出部の厚みの３５％以下で、且つ、前記接続部の断面積と前記非露出部の断面積が同一となることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の回路モジュール。
回路基板の回路体に、同軸ケーブルの内部導体をハンダで接続する、回路モジュールの製造方法であって、
前記回路基板は、
誘電体と、
前記誘電体の表面上に形成された回路体と、
前記誘電体の裏面上に形成されたグランド体と、を備え、
前記同軸ケーブルは、
内部導体と、
前記内部導体を囲うように設けられた絶縁体と、
前記絶縁体を囲うように設けられた外部導体と、
前記外部導体を囲うように設けられたシースと、
を備え、
前記内部導体は、前記回路体に接続する接続部と、前記シースの内部にある非露出部と、を有し、
前記同軸ケーブルの前記絶縁体、前記外部導体及び前記シースを取り除いて前記接続部を外部に露出させる露出工程と、
前記接続部の厚みが、前記非露出部の厚みの３５％以下で、且つ、前記接続部の断面積と前記非露出部の断面積とが同一となるように圧縮する圧縮工程と、
前記接続部を、前記回路体にハンダで接続する接続工程と、
を含み、
前記接続工程は、前記外部導体を、前記グランド体にハンダで接続する工程を含むことを特徴とする回路モジュールの製造方法。
前記内部導体は、複数の素線で形成されており、
前記圧縮工程は、前記接続部の厚みが、前記非露出部の厚みの３５％以下で、且つ、前記接続部の断面積と前記非露出部の断面積が同一となるように、複数の前記素線を変形させることを特徴とする請求項５に記載の回路モジュールの製造方法。