(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の導体部材であって筒状の内部に同軸ケーブルの芯線が配置された第１のグランド導体部、および前記第１のグランド導体部から軸方向に延び出した半筒状の導体部材であって前記芯線の端部を覆う第２のグランド導体部を有した同軸コネクタと、
信号パッド、前記信号パッドに電気的に接続された信号配線、および前記同軸コネクタを取り付ける側のエッジ全体に亘って導体が除かれた導体抜き領域を有したプリント基板とを備え、
前記同軸コネクタは、前記導体抜き領域に取り付けられ、
前記芯線の端部は、前記導体抜き領域に取り付けられた前記同軸コネクタの前記第２のグランド導体部に覆われた状態で前記信号パッドに接触すること
を特徴とする基板モジュール。
【請求項２】
前記プリント基板に設けられ、前記第２のグランド導体部が接合されるグランドパッドを備え、
前記グランドパッドは、前記第２のグランド導体部の接合面以下の面積を有すること
を特徴とする請求項１記載の基板モジュール。
【請求項３】
前記第２のグランド導体部の内部に互いに異なる比誘電率の複数の誘電体が積層され、最下層において互いに異なる比誘電率の複数の誘電体が軸方向にそれぞれ配置されて構成された第１の誘電部を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の基板モジュール。
【請求項４】
前記第１のグランド導体部の内部に互いに異なる比誘電率の複数の誘電体が積層され、最上層において互いに異なる比誘電率の複数の誘電体が軸方向にそれぞれ配置されて構成された第２の誘電部を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の基板モジュール。
【請求項５】
前記複数の誘電体は、前記最下層において前記芯線の端部の先端側に向けて比誘電率が徐々に高くなるように配置されていること
を特徴とする請求項３記載の基板モジュール。
【請求項６】
前記複数の誘電体は、前記最上層において前記芯線の端部の先端側に向けて比誘電率が徐々に高くなるように配置されていること
を特徴とする請求項４記載の基板モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同軸コネクタを実装したプリント基板を備えた基板モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、周波数がＧＨｚを超える高周波信号の伝送において伝送特性を高く保つために同軸コネクタが多用されている。
同軸コネクタの利用形態として、プリント基板のエッジ部に同軸コネクタを取り付けた基板モジュールがある。この基板モジュールでは、同軸コネクタとプリント基板との間で電極構造が異なる場合、高周波領域での不整合反射によって伝送特性が劣化する。【０００３】
例えば、特許文献１に記載されるアタッチメントは、同軸コネクタを導電性のカバーで覆い、同軸コネクタが実装される基板の表層上に準同軸伝送線を設けた基板モジュールである。準同軸伝送線は、中心導体を誘電体層で覆った伝送線であり、この誘電体層の厚さは、準同軸伝送線の中心導体の位置と同軸コネクタの中心導体の位置とが整合するように変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０８９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される基板モジュールでは、同軸コネクタから基板の伝送線への伝送における特性インピーダンスを整合させるために、準同軸伝送線の誘電体層の厚さを適切に設計する必要がある。このようなプリント基板の配線層の設計には、一般的に、３次元電磁界解析を用いた詳細な検討が必要であり、高い伝送特性の基板モジュールが得られるか否かは、設計者の技術力に委ねられていた。例えば、従来の基板モジュールでプリント基板を変更する場合、伝送特性を高く保つためには、プリント基板の配線層を再設計する必要があり、設計者の違いによる伝送特性の差異が発生する可能性が高い。【０００６】
この発明は上記課題を解決するもので、プリント基板の詳細な設計を省略し、かつ伝送特性を高く保つことができる基板モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る基板モジュールは、同軸コネクタおよびプリント基板を備える。
同軸コネクタは、筒状の導体部材であって筒状の内部に同軸ケーブルの芯線が配置された第１のグランド導体部、および第１のグランド導体部から軸方向に延び出した半筒状の導体部材であって芯線の端部を覆う第２のグランド導体部を有する。プリント基板は、信号パッド、信号パッドに電気的に接続された信号配線、および同軸コネクタを取り付ける側のエッジ全体に亘って導体が除かれた導体抜き領域を有する。
この構成において、同軸コネクタは、導体抜き領域に取り付けられ、芯線の端部は、導体抜き領域に取り付けられた同軸コネクタの第２のグランド導体部に覆われた状態で信号パッドに接触する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、プリント基板のエッジ全体に亘って導体が除かれた領域に同軸コネクタが取り付けられるので、エッジの導体が信号配線の特性に与える影響を考慮したプリント基板の詳細な設計を省略できる。さらに、同軸コネクタの設計のみで、同軸ケーブル、同軸コネクタ、およびプリント基板における特性インピーダンスが整合された信号伝送が可能となるので、伝送特性を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る基板モジュールを示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る基板モジュールを示す分解斜視図である。
【図３】図２の矢印Ａ方向から見たプリント基板を示す平面図である。
【図４】図２の矢印Ｂ方向から見たプリント基板を示す平面図である。
【図５】図２の矢印Ａ方向から見た別の態様のプリント基板を示す平面図である。
【図６】反射特性と周波数との関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態２に係る基板モジュールを示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る基板モジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る基板モジュール１を示す斜視図である。また、図２は、基板モジュール１を示す分解斜視図であり、プリント基板３から同軸コネクタ２を取り外した状態を示している。基板モジュール１は、図１に示すように、同軸コネクタ２およびプリント基板３を備える。同軸コネクタ２は、第１のグランド導体部２０、第２のグランド導体部２１および芯線２２を備える。プリント基板３は、導体抜き領域３０、配線領域３１、信号配線３２、基板グランド３３、グランドパッド３４および信号パッド３５を備える。
【００１１】
同軸コネクタ２において、第１のグランド導体部２０は、芯線２２が内部に配置された筒状の導体部材であり、同軸ケーブルのシールド部材（不図示）に電気的に接続されて、グランド電位になっている。同軸ケーブルのシールド部材は、中心導体である芯線２２の周りに設けられた外部導体である。第２のグランド導体部２１は、第１のグランド導体部２０から軸方向に延び出して芯線２２を覆う半筒状の導体部材であり、グランド電位になっている。芯線２２の端部は、第１のグランド導体部２０から突出して、第２のグランド導体部２１に覆われている。
【００１２】
プリント基板３において、導体抜き領域３０は、図２に示すように、同軸コネクタ２を取り付ける側のエッジ全体に亘って第１層（表層）の導体が除かれた領域である。配線領域３１は、プリント基板３の第１層に設けられ、信号配線３２を含む配線パターンが形成された領域である。信号配線３２は、信号伝送用の配線であり、信号パッド３５に電気的に接続される。基板グランド３３は、プリント基板３の第２層（裏層）に設けられたグランド電位のベタパターンである。
【００１３】
グランドパッド３４は、プリント基板３の第１層に設けられ、第２のグランド導体部２１が接合される。信号パッド３５は、プリント基板３の第１層に設けられ、信号配線３２の一方の端部に電気的に接続される。
図３は、図２の矢印Ａ方向から見たプリント基板３を示す平面図である。図４は、図２の矢印Ｂ方向から見たプリント基板３を示す平面図である。図３に示すように、グランドパッド３４および信号パッド３５は、導体抜き領域３０と配線領域３１との境界上に配置されている。
【００１４】
さらに、グランドパッド３４には、図３および図４に示すように、グランドビア３６が設けられており、グランドビア３６を通して第２層の基板グランド３３と導通している。
図３および図４では、２つのグランドパッド３４のそれぞれに３つのグランドビア３６を配置して、プリント基板３に６つのグランドビア３６を設けた場合を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、基板グランド３３とグランドパッド３４とを電気的に接続することができればよく、グランドビア３６の数は、６つ以上であっても６つ未満であってもよい。
【００１５】
図２の破線の矢印で示すように、同軸コネクタ２は、第２のグランド導体部２１の下面がグランドパッド３４に対向するように配置される。このとき、芯線２２は、第２のグランド導体部２１に覆われた状態で信号パッド３５に接触する。
第２のグランド導体部２１の下面は、グランドパッド３４に接合される接合面であり、例えば、はんだ付けによってグランドパッド３４に接合される。また、芯線２２も、はんだ付けによって信号パッド３５に接合される。
【００１６】
図５は、プリント基板３とは別の態様のプリント基板３Ａを図２の矢印Ａ方向から見た様子を示す平面図である。同軸コネクタ２とプリント基板３Ａとの接合を強化するため、図５に示すように、第２のグランド導体部２１の下面との接合面積を大きくしたグランドパッド３４Ａを採用してもよい。
【００１７】
グランドパッド３４およびグランドパッド３４Ａのそれぞれは、第２のグランド導体部２１の接合面（下面）以下の面積を有する。このように構成することで、第２のグランド導体部２１と芯線２２との実質的な距離が変化しないため、基板モジュール１の伝送特性を変化させずに、同軸コネクタ２をプリント基板３に取り付けることができる。
【００１８】
ここで、同軸ケーブルを同軸コネクタ２に接続して、基板モジュール１を高周波信号の通信に使用する場合を説明する。同軸ケーブルの特性インピーダンスと、プリント基板３の信号配線３２の特性インピーダンスとは一致しているものとする。
同軸ケーブルを伝送された高周波信号の反射が基板モジュール１で増大しないように、まず、第１のグランド導体部２０の内部に配置された芯線２２の特性インピーダンスは、同軸ケーブルの特性インピーダンスと一致するように設計される。
【００１９】
第１のグランド導体部２０の内部に配置された芯線２２の特性インピーダンスは、芯線２２の直径、および第１のグランド導体部２０と芯線２２との距離によって定まる。
同軸ケーブルの特性インピーダンスも同様に、同軸ケーブルの芯線の直径および芯線とこの芯線の周りに設けられた外部導体との距離によって定まる。
第１のグランド導体部２０と芯線２２との間に誘電体を埋め込む場合には、この誘電体の比誘電率も特性インピーダンスに影響を与えるので、これを考慮した設計を行う必要がある。
【００２０】
第２のグランド導体部２１に覆われた部分における芯線２２の特性インピーダンスは、同軸ケーブルの特性インピーダンスに一致するように設計される。
ただし、第２のグランド導体部２１の内部に誘電体を埋め込まれている場合、誘電体の比誘電率も、同軸コネクタ２の設計におけるパラメータの１つとなる。
【００２１】
第２のグランド導体部２１に覆われた芯線２２の特性インピーダンスは、例えば、２次元電磁界解析ツールを用いて、第２のグランド導体部２１および芯線２２の断面構造を電磁界解析することで求められる。
このようにして、同軸コネクタ２の特性インピーダンスを、同軸ケーブルの特性インピーダンスと、プリント基板３の信号配線３２における特性インピーダンスとに一致するように設計しておく。これにより、基板モジュール１を使用した通信で、信号のＲＦ特性を劣化させることなく信号伝送を行うことが可能となる。
【００２２】
図６は、基板モジュールを高周波信号の通信に使用した場合における信号の反射特性（ｓ１１）と周波数との関係を示すグラフである。図６において、符号ａを付したデータは、２次元電磁界解析ツールを用いて、基板モジュール１における反射特性と周波数との関係を電磁界解析した結果である。符号ｂを付したデータは、２次元電磁界解析ツールを用いて、従来の基板モジュールにおける反射特性と周波数との関係を電磁界解析した結果である。なお、従来の基板モジュールとは、プリント基板に汎用のＳＭＡ同軸コネクタを実装したものである。図６に示すように、基板モジュール１では、従来の基板モジュールよりも最大で１０ｄＢ特性が向上している。
【００２３】
以上のように、実施の形態１に係る基板モジュール１において、プリント基板３が、同軸コネクタ２を取り付ける側のエッジ全体に亘って導体が除かれた導体抜き領域３０を有する。芯線２２の端部は、導体抜き領域３０に取り付けられた同軸コネクタ２の第２のグランド導体部２１に覆われた状態で信号パッド３５に接触する。
このように構成することで、プリント基板３のエッジの導体が信号配線３２の特性に与える影響を考慮したプリント基板３の詳細な設計を省略できる。例えば、特許文献１に記載された準同軸伝送線の誘電体層のように、エッジ領域の導体から信号配線を絶縁させる構造を、プリント基板３に設計する必要がない。
さらに、同軸コネクタ２の設計のみで、同軸ケーブル、同軸コネクタ２およびプリント基板３における特性インピーダンスが整合された信号伝送が可能となるので、伝送特性を高く保つことができる。
【００２４】
実施の形態１に係る基板モジュール１は、プリント基板３の第１層に設けられ、第２のグランド導体部２１が接合されるグランドパッド３４，３４Ａを備える。グランドパッド３４，３４Ａは、第２のグランド導体部２１の接合面以下の面積を有する。
このように構成することで、第２のグランド導体部２１と芯線２２との実質的な距離が変化しないため、基板モジュール１の伝送特性を変化させずに、同軸コネクタ２をプリント基板３に取り付けることができる。
【００２５】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る基板モジュール１Ａを示す断面図であり、基板モジュール１Ａを軸方向に切った断面を示している。基板モジュール１Ａは、図７に示すように、同軸コネクタ２Ａおよびプリント基板３を備える。
同軸コネクタ２Ａは、実施の形態１と同様に、第１のグランド導体部２０と第２のグランド導体部２１とからなる導体部材が芯線２２を囲んだ構造を有しているが、第２のグランド導体部２１の内部には第１の誘電部２３が設けられている。
【００２６】
第１の誘電部２３は、図７に示すように、互いに異なる比誘電率を有した誘電体２３０〜２３２から構成されている。誘電体２３０は最も小さい比誘電率を有しており、誘電体２３１は最も大きい比誘電率を有している。また、誘電体２３２は、誘電体２３０と誘電体２３１との中間の比誘電率を有する。
【００２７】
誘電体２３０〜２３２は、第２のグランド導体部２１の内部において、プリント基板３に直交する矢印Ｃ方向に積層（２層）されている。
さらに、最下層であるプリント基板３に面した層において、誘電体２３０〜２３２が、軸方向にそれぞれ配置される。誘電体２３０〜２３２は、矢印Ｄで示す芯線２２の端部の先端側に向けて比誘電率が徐々に高くなるように配置される。
すなわち、最下層において、誘電体２３０、誘電体２３２、誘電体２３１が、この順で矢印Ｄ方向に配置されている。
【００２８】
第２のグランド導体部２１の内部に第１の誘電部２３を設けた構造を採用することで、同軸コネクタ２Ａからプリント基板３へ伝送された信号の電磁界分布が矢印Ｄ方向を進むにつれて個々の誘電体の最下層へ集中するようになる。これにより、第２のグランド導体部２１からプリント基板３への急激な電磁界分布の変化が緩和され、実施の形態１の構成よりも安定したコネクタのＲＦ特性を確保することが可能となる。
【００２９】
なお、図７では、比誘電率が互いに異なる３種類の誘電体から第１の誘電部２３を構成した場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体の種類は、２種類以上であればよく、積層方向（矢印Ｃ方向）および芯線２２の方向（矢印Ｄ方向）のそれぞれに配置される誘電体は２種類以上であればよい。
また、誘電体２３０〜２３２がプリント基板３に直交する矢印Ｃ方向に積層された構造を示したが、誘電体２３０〜２３２が芯線２２を中心とした径方向に積層された構造であってもよい。
【００３０】
以上のように、実施の形態２に係る基板モジュール１Ａは第１の誘電部２３を備える。
第１の誘電部２３は、第２のグランド導体部２１の内部に互いに異なる比誘電率の誘電体２３０〜２３２が積層され、最下層において誘電体２３０〜２３２が軸方向にそれぞれ配置されて構成されている。特に、誘電体２３０〜２３２は、最下層において芯線２２の端部の先端側に向けて比誘電率が徐々に高くなるように配置されている。
このように構成することで、第２のグランド導体部２１からプリント基板３への急激な電磁界分布の変化が緩和され、実施の形態１の構成よりも安定したコネクタのＲＦ特性を確保することが可能となる。
【００３１】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る基板モジュール１Ｂを示す断面図であり、基板モジュール１Ｂを軸方向に切った断面を示している。基板モジュール１Ｂは、図８に示すように、同軸コネクタ２Ｂおよびプリント基板３を備える。
同軸コネクタ２Ｂは、実施の形態１と同様に、第１のグランド導体部２０と第２のグランド導体部２１とからなる導体部材が芯線２２を囲んだ構造を有しているが、第１のグランド導体部２０の内部には第２の誘電部２４が設けられている。
【００３２】
第２の誘電部２４は、図８に示すように、互いに異なる比誘電率を有した誘電体２４０〜２４２から構成されている。誘電体２４０は最も小さい比誘電率を有しており、誘電体２４１は最も大きい比誘電率を有している。また、誘電体２４２は、誘電体２４０と誘電体２４１との中間の比誘電率を有する。
【００３３】
誘電体２４０〜２４２は、プリント基板３に直交する矢印Ｃ方向に積層（２層）されている。さらに、最上層において、誘電体２４０〜２４２が軸方向にそれぞれ配置される。
誘電体２４０〜２４２は、矢印Ｄで示す芯線２２の端部の先端側に向けて比誘電率が徐々に高くなるように配置される。すなわち、最上層において、誘電体２４０、誘電体２４２、誘電体２４１が、この順で矢印Ｄ方向に配置されている。
【００３４】
第１のグランド導体部２０の内部に第２の誘電部２４を設けた構造を採用することで、同軸ケーブルから同軸コネクタ２Ｂへ伝送された信号の電磁界分布が、矢印Ｄ方向を進むにつれて個々の誘電体の最上層へ集中するようになる。
これにより、第１のグランド導体部２０から第２のグランド導体部２１への急激な電磁界分布の変化が緩和され、実施の形態１の構成よりも安定したコネクタのＲＦ特性を確保することが可能となる。
【００３５】
なお、図８では、比誘電率が互いに異なる３種類の誘電体から第２の誘電部２４を構成した場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、誘電体の種類は、２種類以上であればよく、積層方向（矢印Ｃ方向）および芯線２２の方向（矢印Ｄ方向）のそれぞれに配置される誘電体は２種類以上であればよい。
また、誘電体２４０〜２４２がプリント基板３に直交する矢印Ｃ方向に積層された構造を示したが、誘電体２４０〜２４２が芯線２２を中心とした径方向に積層された構造であってもよい。
【００３６】
以上のように、実施の形態３に係る基板モジュール１Ｂは第２の誘電部２４を備える。
第２の誘電部２４は、第１のグランド導体部２０の内部に互いに異なる比誘電率の誘電体２４０〜２４２が積層され、最上層において誘電体２４０〜２４２が軸方向にそれぞれ配置されて構成されている。特に、誘電体２４０〜２４２は、最上層において芯線２２の端部の先端側に向けて比誘電率が徐々に高くなるように配置されている。
このように構成することで、第１のグランド導体部２０から第２のグランド導体部２１への急激な電磁界分布の変化が緩和され、実施の形態１の構成よりも安定したコネクタのＲＦ特性を確保することが可能となる。
【００３７】
なお、これまで第１の誘電部２３と第２の誘電部２４を別々に設けた構成を示したが、第１の誘電部２３と第２の誘電部２４とを組み合わせた構成であってもよい。
このように構成することで、実施の形態２および実施の形態３でそれぞれ示した効果を得ることができる。
【００３８】
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明に係る基板モジュールは、プリント基板の構造を簡素化しかつ伝送特性を高く保つことができるので、例えば、高周波信号の伝送に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ，１Ｂ  基板モジュール、２，２Ａ，２Ｂ  同軸コネクタ、３，３Ａ  プリント基板、２０  第１のグランド導体部、２１  第２のグランド導体部、２２  芯線、２３  第１の誘電部、２４  第２の誘電部、３０  導体抜き領域、３１  配線領域、３２  信号配線、３３  基板グランド、３４，３４Ａ  グランドパッド、３５  信号パッド、３６  グランドビア、２３０〜２３２，２４０〜２４２  誘電体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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