JP4998741B2 - アダプタ構造，高周波ケーブル体および配線板接続体 - Google Patents

Description

本発明は、高周波ケーブルを各種配線板に接続するためのアダプタ構造，これを付設した高周波ケーブル体および配線板接続体に関する。

近年、液晶テレビやプラズマディスプレイ，Blu-rayHddレコーダー，サーバ，複写機，プリンタ，イメージスキャナ機能を有する複合機など、各種電子機器における基板，配線板間の信号の送受信は、データ量の増大につれて、高速伝送性が要求されている。このような高速伝送の要求に応えるものとして、丸型の中心導体の周囲に誘電体層を挟んで外側導体を設けた高周波ケーブル、たとえば同軸ケーブルがある。

上記同軸ケーブルを基板などに接続するためのコネクタ構造として、たとえば、特許文献１に開示されるように、互いに挿抜自在なプラグとリセプタクルを用いたものがある。すなわち、リセプタクルを基板等に半田等で接続し、プラグに電線を半田等で接続することにより、同軸ケーブルを基板等に電気的に接続したり、取り外すことが自在となる。

特開平７−７３９３２号公報

しかしながら、上記構造の場合、プラグ，リセプタクル共に部品点数が多くなり、非常に高価につくという不具合がある。

本発明の目的は、高周波ケーブルの接続部に補助的に用いることで、インピーダンス整合を維持しうる低コストのアダプタ構造，これを付設した高周波ケーブル体および配線板接続体を提供することにある。

本発明のアダプタ構造は、平板状誘電体層の第１面に高周波ケーブルの中心導体に接続される第１線路導体を、第２面に被接続配線板の配線に接続される第２線路導体を設ける一方、第２面上で平板状誘電体層を挟んで第１線路導体に対向する第１グランドプレーンを設けたものである。
高周波ケーブルとしては、各種フラットケーブル，多心同軸ケーブルなどがある。

これにより、アダプタ構造における第１線路導体と第１グランドプレーンとによって、マイクロストリップ線路が構成される。したがって、高周波ケーブルの中心導体から送られる高周波信号を、インピーダンス整合を維持しつつ、第２線路導体まで伝送することができる。

また、被接続配線（母基板）において、高周波用配線板には，一般的に設けられている母基板のグランドプレーンを利用すれば、第２線路導体と母基板のグランドプレーンとによっても、マイクロストリップ線路を構成することが可能である。したがって、アダプタ構造と、アダプタ構造−母基板間で設けられた２つのマイクロストリップ線路において、第１，第２線路導体および平板状誘電体層，母基板の誘電体層の材質，厚みを適宜設計することにより、高周波ケーブルのインピーダンスと、アダプタ構造のインピーダンスと、母基板のインピーダンスとの整合を維持し、ノイズの小さい信号伝達を行うことができる。しかも、アダプタ構造は、きわめて簡素な構造であるので、コストの削減を図ることができる。

そして、高周波ケーブルが、断面が丸型の中心導体を用いたフラットケーブルや、多心同軸ケーブルであっても、導体の断面がフラットなフレキシブルプリント配線板と同様に、簡単に、中心導体を配線板の配線に接続することができ、伝送特性が優れた安価な伝送路を構成することができる。

また、このようなアダプタ構造の第２線路導体は、ＡＣＦ，ＡＣＰ，ＮＣＦ，ＮＣＰ等によって、母基板の配線に容易に接続できるので、フレキシブルプリント配線板や、リジッドプリント配線板などと、高周波ケーブルとを接続するためのアダプタとして、安価で利用性の高いものとなる。

平板状誘電体層の第１面上で第２線路導体に対向する第２グランドプレーンをさらに備えることにより、アダプタ構造内だけで、第１線路導体−第１グランドプレーン間と、第２線路導体−第２グランドプレーン間とに、マイクロストリップ線路を構成することができ、母基板にグランドプレーンが設けられているか否かに拘わらず、インピーダンス整合を維持することができる。

高周波ケーブルに上記アダプタ構造を付設してなる高周波ケーブル体は、各種配線板への接続が容易な高周波ケーブルであり、高周波ケーブルのアダプタ構造中の第２線路導体を、多種の接続部材，たとえば、上述のＡＣＦ，ＡＣＰ，ＮＣＦ，ＮＣＰを介して、母基板の配線に接続することで、配線板接続体が構成される。

本発明のアダプタ構造，高周波ケーブル体または配線板接続体によると、インピーダンス整合が容易で、低コストのアダプタ構造，高周波ケーブル体及び接続構造体を提供することができる。

（実施の形態）
−アダプタの構造−
図１（ａ），（ｂ）は、順に、本発明の実施の形態１に係るアダプタＡの上面図、及び下面図である。図２は、図１（ａ）に示すII-II線におけるアダプタＡの断面図である。
図１及び図２に示すように、アダプタ１０は、平板状誘電体層１１と、平板状誘電体層１１の第１面である上面上に形成された第１線路導体１２と、平板状誘電体層１１の第２面である下面上に形成された第２線路導体１４と、誘電体層１１を貫通して第１線路導体１２と第２線路導体１４とを電気的に接続する信号用スルーホール導体１３と、平板状誘電体層１１の下面上に形成された第１グランドプレーン１８と、平板状誘電体層１１の上面に形成された第２グランドプレーン１５と、平板状誘電体層１１を貫通して、第１グランドプレーン１８と第２グランドプレーン１５とを電気的に接続する接地用スルーホール導体１６とを備えている。

図１（ａ）に示すように、第２グランドプレーン１５は、後述する高周波ケーブルが接続される基端部１５ａと、第１線路導体１２が形成された領域の両側に位置する側部１５ｂとを有している。
一方、図１（ｂ）に示すように、第１グランドプレーン１８は、第１グランドプレーン１５の基端部１５ａおよび第１線路導体１２に対向するように形成された主部１８ａと、第２線路導体１４の両側に形成された側部１８ｂとを有している。

そして、第１グランドプレーン１５の基端部１５ａと第２グランドプレーン１８の主部１８ａとの間、および、第１グランドプレーン１５の側部１５ｂと第２グランドプレーン１８の側部１８ｂとの間には、各々複数の接地用スルーホール導体１６が形成されている。このように、広い領域で多数のスルーホール導体１６によって、上下のグランドプレーン間を接続することにより、比較的大量の高周波電流を低抵抗で流すことができる。

特に、第１グランドプレーン１８の主部１８ａが、平板状誘電体層１１を挟んで、第１線路導体１２に対向していることにより、この主部１８ａと第１線路導体１２とによって、
マイクロストリップ線路が構成されている。
一方、平板状誘電体層１１の上面において、第２線路導体１４に対向する領域には、第２グランドプレーン１５は、存在していない。

本実施の形態のアダプタ１０の各部材は、以下の材料および寸法を有しているが、これは一例であって、本発明のアダプタＡは、以下の材料に限定されるものではない。
平板状誘電体層１１は、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）等の樹脂からなり、厚みが２５μｍ〜３００μｍ程度である。第１線路導体１２及び第２線路導体１４は、幅が０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍで、厚さが１０μｍ〜３０μｍ程度の銅箔等の金属箔を用いて形成されている。第１，第２グランドプレーン１８，１５は、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度の銅箔等の金属箔を用いて形成されている。アダプタ１０全体の厚みは０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍ程度で、幅は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度、長さは３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

図３は、高周波ケーブル２０、アダプタ１０、および母基板であるＰＷＢ（リジッドプリント配線板）を接続してなる実施の形態１に係る配線板接続体Ｂの縦断面図である。図３は、図１に示すII-II線相当の断面における構造を示し、図３の上方には、II-II線に直交する方向における高周波ケーブル２０の断面構造が示されている。

図３に示す構造において、高周波ケーブル（本実施の形態では、多心極細同軸線）２０は、複数本のケーブル線（極細同軸線）２１を並列に連結させたものである。各ケーブル線２１は、撚線からなる中心導体２２と、中間絶縁体（誘電体層）２３を挟んで中心導体２２の周囲に形成され、接地となる外側導体２４と、これらの部材全体を被覆する外皮２６とによって構成されている（図３の上部拡大断面図参照）。中心導体２２の先端部は露出されている。また、中間絶縁体および外側導体２４も、順次段状に露出されている。
極細同軸線からなるケーブル線２１も、中間絶縁体２３を挟んで中心導体２２の周囲に外側導体２４が設けられていることで、マイクロストリップ線路が構成されており、中心導体２２の材質及び径と、中間絶縁体（誘電体層）２３の材質及び厚みを適宜設計することにより、減衰率が極小となるようにインピーダンスを調整することができる。

さらに、外側導体２４の各露出部分を共通に接続する接地部材２５（グランドバー）が設けられている。接地部材２５は、半田付けによって各外側導体２４に接合された上側接地部材２５ａと下側接地部材２５ｂとを有している。

ケーブル線（極細同軸線）２１としては、たとえば極細径（ＡＷＧ（American Wire Gauge）４０−４６）のものが用いられる。したがって、ケーブル線２１の中心に配置される中心導体２２は、図示しないが、６本の銅線を撚り合わせた撚線である。

上記高周波ケーブル１０の中心導体２１は、上記アダプタ１０の第１線路導体１２に半田等によって接合され、高周波ケーブル１０の下側接地部材２５ｂは、第２グランドプレーン１５の基端部１５ａに、半田等によって接合されている。そして、高周波ケーブル２０とアダプタ１０とにより、高周波ケーブル体Ａが構成されている。また、高周波ケーブル体Ａと、ＰＷＢ３０とによって配線板接続体Ｂが構成されている。

母基板であるＰＷＢ３０は、誘電体基板であるリジッド基板３１と、リジッド基板３１の主面（上面）上に形成された配線３２と、リジッド基板３１の裏面上に形成された主グランドプレーン３８とを備えている。そして、ＰＷＢ３０の配線３２と、アダプタ１０の第２線路導体１４とは、ＡＣＦ３４（異方導電性接着剤）によって、電気的に接続されている。
なお、ＡＣＦ３４に代えて、ＡＣＰ，ＮＣＦ，ＮＣＰ等の接続部材を用いてもよい。
また、母基板としては、ＰＷＢに限られるものではなく、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）など、他の配線板を用いることもできる。

本実施の形態のアダプタ１０によると、第１グランドプレーン１８の上方に、平板状誘電体層１１を挟んで第１線路導体１２を配置したマイクロストリップ線路を構成している。
マイクロストリップ線路は、第１線路導体１２の幅及び厚み，平板状誘電体層１１の厚みおよび比誘電率などに応じた、所定のインピーダンス特性を有している。すなわち、上記要素を適宜設計することにより、所望のインピーダンス特性を得ることができる。これにより、接続される高周波ケーブル２０とのインピーダンス整合を図り、高周波ケーブル２０から第２線路導体１４に、高周波信号を高効率で、つまり、低ノイズ（低減衰率）で伝達する構成となっている。

一方、アダプタ１０の平板状誘電体層１１の上面上には、第２線路導体１４に対向するグランドプレーンが設けられていない。
しかし、配線板接続体Ｂにおいて、ＰＷＢ３０の主グランドプレーン３８は、誘電体層であるリジッド基板３１を挟んでアダプタ１０の第２線路導体１４に対向している。すなわち、第２線路導体１４，リジッド基板３１及び主グランドプレーン３８によっても、マイクロストリップ線路が構成されている。
なお、ＰＷＢ３０全体において、配線３２，リジッド基板３１およびグランドプレーン３８によって、マイクロストリップ線路が構成されている。

したがって、高周波ケーブル２０の中心導体２２から、アダプタ１０の第１線路導体１２および第２線路導体１４を経て、母基板であるＰＷＢ３０の配線３２、ひいては、配線に接続される各種電子部品に、高周波信号を高効率で、つまり、低ノイズ（低損失）で伝達する構成となっている。
一般に、高周波用のＰＷＢには、主グランドプレーンが設けられているので、本実施の形態に係る両面回路型のアダプタ１０により、ＡＣＦ３４による第２線路導体１４−配線３２間の直接の電気的接続を図りつつ、高周波信号を低ノイズで母基板に伝送することができる。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の配線板接続体Ｂと他の配線板接続体とのノイズ特性をシミュレーションして示す図である。

図１０（ａ）に示すシミュレーション１は、図７に示すように、ＰＷＢ３１の配線３２に、高周波ケーブルの中心導体２２を直接半田付けにより接合した配線板接続体を用いて計算している。この配線板接続体の構造では、ＰＷＢの主グランドプレーン３８と、リジッド基板３１と、配線３２及び中心導体２２とにより、マイクロストリップ線路が構成されているので、高周波信号のインピーダンス整合が維持され、ノイズは極めて小さく抑制されている。ただし、この構造では、ＰＷＢ上に、中心導体２２と配線３２とを半田付けするためのスペースを確保する必要があるので、ＰＷＢの設計上の制約が厳しく、高周波ケーブル体の実用的な価値は低い。

図１０（ｂ）に示すシミュレーション２は、図８に示すように、平板状誘電体層１１の上面及び下面にそれぞれ第１，第２線路導体１２，１４が形成されているが、グランドプレーンが形成されていないアダプタを用い、リジッド基板３１の裏面に主グランドプレーンのないＰＷＢを配置した配線板接続体を用いて計算している。この配線板接続体の構造では、第１，第２線路導体１２，１４のいずれにおいても、グランドプレーンが存在せず、マイクロストリップ線路が構成されていないので、高周波信号のインピーダンス整合が維持されず、大幅にノイズが発生している。

図１０（ｃ）に示すシミュレーション３は、実施の形態１に係る配線板接続体Ｂを用いて計算している。本実施の形態の配線板接続体Ｂでは、上述のように、第１，第２線路導体１２，１４のいずれについても、マイクロストリップ線路が構成されているので、シミュレーション１にほぼ匹敵する低ノイズ特性が実現されている。
すなわち、実施の形態１に係る配線板接続体Ｂによると、高周波ケーブル２０にアダプタ１０を接続することで、ＡＣＦや、ＡＣＰ，ＮＣＦ，ＮＣＰなどの接続部材を用いることができ、狭い作業スペースで母基板とのコネクタレス接続に接続することができる。そして、コネクタを用いる必要がないことで、低背化も実現する。

このように、実施の形態１に係る高周波ケーブル体Ａは、主グランドプレーンが設けられた汎用の高周波用母基板を併用することにより、狭い作業スペースで、母基板とのコネクタレス接続を行うことができるので、実用的な価値が高い。

（実施の形態２）
図４（ａ），（ｂ）は、順に、本発明の実施の形態２に係るアダプタＡの上面図、及び下面図である。図５は、図４（ａ）に示すV-V線におけるアダプタＡの断面図である。図６は、高周波ケーブル２０，アダプタ１０，および母基板であるＰＷＢ（リジッドプリント配線板）を接続してなる実施の形態２に係る配線板接続体Ｂの縦断面図である。

本実施の形態においては、実施の形態１と同じ部材については，同じ符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる部材についてのみ説明する。
図４（ａ）及び図５に示すように、本実施の形態においては、平板状誘電体層１１の上面上で、第２線路導体１４に対向する領域にも、第２グランドプレーン１５の主部１５ｄが形成されている。つまり、第２線路導体１４，平板状誘電体層１１および第２グランドプレーン１５の主部１５ａにより、マイクロストリップ線路が構成されている。

また、図６に示すように、本実施の形態における配線板接続体ＢのＰＷＢ３０には、主グランドプレーンが設けられていない。ただし、実施の形態１と同様に、リジッド基板３１の裏面上に、主グランドプレーンが設けられていてもよい。

本実施の形態によると、アダプタ１０の第１，第２線路導体１２，１４のいずれに対しても、マイクロストリップ線路が構成されているので、母基板に主グランドプレーンが設けられているか否かに拘わらず、高周波ケーブル体Ａ内で、高周波信号のインピーダンス整合を図ることができる。

ただし、アダプタ１０に第２グランドプレーン１５の主部１５ｄが存在することにより、高周波ケーブル体ＡをＰＷＢ３０等の母基板の配線３２に接続する際に、一般に目視で行われる第２線路導体１４と配線３２との位置合わせが難しくなる。その点では、実施の形態１のアダプタ１０，高周波ケーブル体Ａ及び配線板接続体Ｂの構造が好ましい。

（その他の実施の形態）
上記実施の形態１，２においては、高周波ケーブル２０として、多心極細同軸線２０を用いたが、本発明の高周波ケーブル２０は、多心極細同軸線２０に限定されるものではなく、他の多心同軸ケーブル、フラットケーブル，フレキシブルフラットケーブルなど、高周波信号を伝送するもの一般を採用することができる。

図９は、本発明の高周波ケーブルとして用いることが可能なフラットケーブルの例を示す縦断面図である。
図９に示すように、フラットケーブルは、誘電体層４１を挟んで複数の中心導体４２の周囲を覆うシールド２７と、シールド４７に接触しながら延びるドレイン線４５と、シールド４７およびドレイン線４５を被覆する外装膜４６とを備えている。

中心導体４２は、図中左方から順に、ピッチ０．４ｍｍ〜０．６ｍｍ程度で配置された、グランド線４２ｇと、各々差動信号が伝送される第１信号線４２ｐ及び第２信号線４２ｎとを含んでいる。そして、グランド線４２ｇ，第１信号線４２ｐ及び第２信号線４２ｎの３本の中心導体が１つの群として、交互に繰り返し、最終端部にはグランド線４２ｇが配置されている。つまり、第１信号線４２ｐと第２信号線４２ｎとを両側のグランド線４２ｇによって挟むことにより、第１信号線４２ｐと第２信号線４２ｎとのクロストークを逃す構成となっている。
なお、中心導体４２の断面形状は、必ずしも丸型である必要はなく、平型であってもよい。

このようなフラットケーブルも、誘電体層４１を挟んで中心導体４２（線路）とシールド２７が対向している構造であり、マイクロストリップ線路を構成している。そして、中心導体４２の材質及び径と、誘電体層２０の材質及び厚みを適宜設計することにより、減衰率が極小となるようにインピーダンスを調整することができる。

なお、図示しないが、このようなフラットケーブルを用いた場合には、第１線路導体１２及び第２線路導体１４は、フラットケーブルのドレイン線に接続されるドレイン配線と、混信防止用のグランド配線と、各々差動信号が伝送される第１信号配線及び第２信号配線とを含んでいる。ドレイン配線は、第１またはグ第２ランドプレーン１８，１５に電気的に接続されている。そして、グランド配線，第１信号配線及び第２信号配線の３本の配線が１つの群として、交互に繰り返して配置されている。

このようなフラットケーブルを高周波ケーブルとして用いた場合にも、上記実施の形態１または２と同じ効果を得ることができる。

なお、上記各実施の形態において、平板状誘電体層１１は、上記実施の形態におけるＰＩ樹脂に限定されるものではない。絶縁体は誘電体でもあるので、他の樹脂、無機絶縁材料など各種絶縁材料を用いることができる。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明は、携帯電話機の他、デジタルカメラ，ビデオカメラ等のカメラ、ポータブルオーディオプレーヤ、ポータブルＤＶＤプレーヤ、ポータブルノートパソコンなどの電子機器内の信号伝達に利用することができる。

（ａ），（ｂ）は、順に、本発明の実施の形態１に係るアダプタの上面図、及び下面図である。 図１（ａ）に示すII-II線におけるアダプタの断面図である。 高周波ケーブル、アダプタ、およびＰＷＢを接続してなる実施の形態１に係る配線板接続体の縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、順に、本発明の実施の形態２に係るアダプタの上面図、及び下面図である。 図４（ａ）に示すII-II線におけるアダプタの断面図である。 高周波ケーブル、アダプタ、およびＰＷＢを接続してなる実施の形態２に係る配線板接続体の縦断面図である。 図１０（ａ）のシミュレーション１に用いた配線板接続体の構造を示す縦断面図である。 図１０（ｂ）のシミュレーション２に用いた配線板接続体の構造を示す縦断面図である。 本発明の高周波ケーブルとして用いることが可能なフラットケーブルの例を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の配線板接続体と他の配線板接続体とのノイズ特性をシミュレーションして示す図である。

符号の説明

Ａ 高周波ケーブル体
Ｂ 配線板接続体
１０ アダプタ
１１ 平板状誘電体層
１２ 第１線路導体
１３ 信号用スルーホール導体
１４ 第２線路導体
１５ 第２グランドプレーン
１５ａ 基端部
１５ｂ 側部
１５ｄ 主部
１６ 接地用スルーホール導体
１８ 第１グランドプレーン
１８ａ 主部
１８ｂ 側部
２０ 高周波ケーブル
２１ ケーブル線
２２ 中心導体
２３ 中間絶縁体
２４ 外側絶縁体
２５ 接地部材
２５ａ 上側接地部材
２５ｂ 下側接地部材
２６ 外皮
３０ ＰＷＢ
３１ リジッド基板
３２ 配線
３８ 主グランドプレーン

Claims (6)

1. 中心導体と、該各中心導体に誘電体層を挟んで設けられた外側導体とを有する高周波ケーブルの端部に接続されるアダプタ構造であって、
   第１面及び該第１面に対向する第２面を有する平板状誘電体層と、
   前記平板状誘電体層の前記第１面上に形成され、前記中心導体に接続される第１線路導体と、
   前記平板状誘電体層の前記第２面上に形成され、被接続配線板上の配線に接続される第２線路導体と、
   前記平板状誘電体層を貫通して前記第１線路導体−第２線路導体間を接続する信号用スルーホール導体と、
   前記平板状誘電体層の第２面上で前記第１線路導体に対向するように形成され、前記外側導体に接続される第１グランドプレーンと、
   を備えているアダプタ構造。
2. 請求項１記載のアダプタ構造において、
   前記平板状誘電体層の第１面上で前記第２線路導体に対向するように形成され、前記外側導体に接続される第２グランドプレーンをさらに備えているアダプタ構造。
3. 請求項１または２記載のアダプタ構造において、
   前記高周波ケーブルは、断面が丸型の導体を用いたフラットケーブルまたは多心同軸ケーブルである、アダプタ構造。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のアダプタ構造と、
   上記アダプタ構造の第１線路導体に接続される中心導体，および、該各中心導体に誘電体層を挟んで設けられた外側導体を有する高周波ケーブルと、
   を備えている高周波ケーブル体。
5. 請求項４記載の高周波ケーブル体と、
   誘電体基板、該誘電体基板の主面上に形成され、前記高周波ケーブル体の第２線路導体に接続される配線、および、前記誘電体基板の裏面上に形成された主グランドプレーンを有する母基板と、
   を備えている配線板接続体。
6. 請求項５記載の配線板接続体において、
   前記第２線路導体と前記配線との接続部には、ＡＣＦ，ＡＣＰ，ＮＣＦおよびＮＣＰから選ばれる１つの接続部材が設けられている、配線板接続体。

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