(57)【要約】【課題】半導体回路の外部インターフェースを高速動作させるには、電流を増やす、電圧を下げる、保護ダイオードを削除する等の手段があるが、それぞれ、発熱量が増える、ノイズに弱い、静電破壊が起こり易いなどの欠点を有する。【解決手段】基板実装時点で、半導体回路の電源端子１６及び信号端子１７を接地端子１５に接続しておくことにより、静電破壊が発生しない構造にする。【選択図】　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ少なくとも１個の接地端子と１個の信号端子を有する挿入部及び被挿入部と、前記信号端子が保護ダイオードを有していない半導体素子の信号端子に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合されていない状態においては少なくとも一方の前記接地端子と前記信号端子が電気的に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合された状態においては前記接地端子と前記信号端子が電気的に電気的に絶縁されていることを特徴とするコネクタ。
【請求項２】
それぞれ少なくとも１個の接地端子と１個の信号端子を有する挿入部及び被挿入部と、前記信号端子が保護ダイオードを有していない半導体素子の信号端子に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合されていない状態においては少なくとも一方の前記接地端子と前記信号端子が電気的に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合される際に、前記挿入部の前記接地端子が前記被挿入部の前記接地端子に電気的に接続され、次に前記挿入部もしくは前記被挿入部の前記信号端子と前記接地端子が電気的に絶縁されることを特徴とするコネクタ。
【請求項３】
それぞれ少なくとも１個の接地端子と１個の信号端子を有する挿入部及び被挿入部と、前記挿入部と前記被挿入部のうち少なくとも一方に前記接地端子と前記信号端子を電気的に絶縁するためのレバーを有し、前記信号端子が保護ダイオードを有していない半導体素子の信号端子に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合されていない状態においては少なくとも一方の前記接地端子と前記信号端子が電気的に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合された状態においては前記接地端子と前記信号端子が前記レバーを用いて電気的に電気的に絶縁されていることを特徴とするコネクタ。
【請求項４】
回路基板上に実装された半導体集積回路とコネクタとを備え、前記半導体集積回路の信号端子と接地端子が前記コネクタに電気的に接続されており、前記コネクタが他の基板上に実装された第２のコネクタに挿入される際に、前記信号端子と前記接地端子が電気的に絶縁されることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
回路基板上に実装された半導体集積回路とコネクタとを備え、前記半導体集積回路の信号端子と接地端子が前記コネクタに電気的に接続されており、コネクタが他の基板上に実装された第２のコネクタに挿入される際に、まず前記接地端子が前記第２のコネクタの接地端子に電気的に接続され、その後、前記信号端子と前記接地端子が電気的に絶縁されることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路の静電気に対する耐性を低下させることなく、高速・高周波信号を伝送することが可能なコネクタ及びそれを用いた回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路が使用する電気信号は、近年の電子機器の高速化・高機能化により高周波化する傾向にある。また、それらの機器の通信速度も高速化し、対応する機器の電気信号も高周波化する傾向にある。このため、半導体集積回路の内部信号は近年すさまじい勢いで高周波化されており、それに伴い、それらの半導体集積回路同士を接続するインターフェースも高速化されている。
【０００３】
しかしながら、これら半導体集積回路同士を接続するインターフェース部分は、相互接続するための端子が半導体集積回路外部に露出している必要がある。そのため、この端子からの静電気の進入に対し半導体集積回路を保護するために、これらの端子には半導体集積回路内部に保護ダイオードが内蔵されている。
【０００４】
一般に、半導体集積回路のスイッチング速度はこの半導体回路内部の半導体素子自身のスイッチング速度と保護ダイオード及び電流の関係で決定する。例えば、保護ダイオードの容量をＣ、電流をＩとすると、電圧の時間変化率（ｄＶ／ｄｔ）はＩ／Ｃで表される。これについて図１０に回路図を示す。
【０００５】
図１０において、半導体集積回路２２、保護ダイオード２３、半導体集積回路中のドライバ回路２４とし、それぞれ図示したように接続されている。前記半導体集積回路２２から出力される電圧Ｖｏｕｔは時間ｔの関数で表され、（数１）で表される。半導体のスイッチング速度は、（数１）により与えられる所望の電圧変化が現れる時間ｔと、半導体素子のスイッチング速度のどちらかの大きい方の大きさで制限される。近年の半導体集積回路の高速化により、半導体素子のスイッチング速度は向上しているため、ｄＶ／ｄｔによる制限が主流になっている。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
この制限を緩和するために、現在ではいくつかの手段がとられている。例えば、電圧の変化量を下げ、単位時間あたりの電圧変化量（ｄＶ／ｄｔ）が小さくても短時間でスイッチングが出来るようにする手法がそれである。しかしながら、この手段は電圧の変化量が小さいため、外部からのノイズに弱くなるという欠点があり、電圧の変化量を０．５Ｖ以下にするのは困難である。
【０００８】
また、保護ダイオードの容量Ｃを小さくし、ｄＶ／ｄｔ＝Ｉ／Ｃを大きくするという手法も考えられるが、この手法は半導体集積回路素子の静電気に対する耐性を下げることを意味し、半導体集積回路の取り扱いが困難になり、半導体集積回路もしくはそれを実装した回路基板に静電気が蓄積しないよう、導電性の袋で保護したり、作業者の体を接地したり、作業台や作業服、作業場の床を導電性の材質で構成したりする必要があり、一般の作業場や一般の消費者が作業をする場合には適用できない。
【０００９】
このため、保護ダイオードの容量は２ｐＦ程度以下にすることは出来なかった。さらに、電流Ｉを増加し、ｄＶ／ｄｔ＝Ｉ／Ｃを大きくするという手段も考えられる。しかしながら、この手段をとる場合、電流値が大きくなり消費電力が上昇することにつながり、発熱や、電池の保持時間の短時間化、電流が大きいことによるＥＭＣの悪化などの問題が発生する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、これらの手段は、対ノイズ性の悪化や、発熱、電池の保持時間の悪化、取り扱い性の悪化などの諸問題を引き起こす。これより、５００ＭＨｚ以上の速度を扱う非常に高速な機器は一部の場合を除いて、特殊な用途にしか使用できず、例えば一般消費者が抜き差しするような部分や、発熱量が非常に大きくかつ多数個存在する場合などには使用できなかった。
【００１１】
本発明は、このような半導体集積回路の上記課題を解決するものであり、安価で高速回路に適した半導体集積回路を搭載した回路基板、および、回路基板上のコネクタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第一の本発明は、それぞれ少なくとも１個の接地端子と１個の信号端子を有する挿入部及び被挿入部と、前記信号端子が保護ダイオードを有していない半導体素子の信号端子に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合されていない状態においては少なくとも一方の前記接地端子と前記信号端子が電気的に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合された状態においては前記接地端子と前記信号端子が電気的に電気的に絶縁されていることを特徴とするコネクタである。
【００１３】
第二の本発明は、それぞれ少なくとも１個の接地端子と１個の信号端子を有する挿入部及び被挿入部と、前記信号端子が保護ダイオードを有していない半導体素子の信号端子に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合されていない状態においては少なくとも一方の前記接地端子と前記信号端子が電気的に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合される際に、前記挿入部の前記接地端子が前記被挿入部の前記接地端子に電気的に接続され、次に前記挿入部もしくは前記被挿入部の前記信号端子と前記接地端子が電気的に絶縁されることを特徴とするコネクタである。
【００１４】
第三の本発明は、それぞれ少なくとも１個の接地端子と１個の信号端子を有する挿入部及び被挿入部と、前記挿入部と前記被挿入部のうち少なくとも一方に前記接地端子と前記信号端子を電気的に絶縁するためのレバーを有し、前記信号端子が保護ダイオードを有していない半導体素子の信号端子に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合されていない状態においては少なくとも一方の前記接地端子と前記信号端子が電気的に接続されており、前記挿入部と前記被挿入部が結合された状態においては前記接地端子と前記信号端子が前記レバーを用いて電気的に電気的に絶縁されていることを特徴とするコネクタである。
【００１５】
第四の本発明は、回路基板上に実装された半導体集積回路とコネクタとを備え、前記半導体集積回路の信号端子と接地端子が前記コネクタに電気的に接続されており、前記コネクタが他の基板上に実装された第２のコネクタに挿入される際に、前記信号端子と前記接地端子が電気的に絶縁されることを特徴とする回路基板である。
【００１６】
第五の本発明は、回路基板上に実装された半導体集積回路とコネクタとを備え、前記半導体集積回路の信号端子と接地端子が前記コネクタに電気的に接続されており、コネクタが他の基板上に実装された第２のコネクタに挿入される際に、まず前記接地端子が前記第２のコネクタの接地端子に電気的に接続され、その後、前記信号端子と前記接地端子が電気的に絶縁されることを特徴とする回路基板である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるコネクタ未挿入状態を示す図である。本実施の形態では、コネクタ挿入部１、コネクタ被挿入部２、前記挿入部１の突出部３、挿入部１の信号端子４、挿入部１の接地端子５、被挿入部２の信号端子６と被挿入部２の接地端子７とを備える。図１に示すように、未挿入状態においては前記被挿入部２の前記信号端子６と前記接地端子７は電気的に接続されている。
【００１９】
このコネクタ挿入部１及び、コネクタ被挿入部２は、ポリエチレン等の樹脂で形成されている。しかしながら、これらの材質は樹脂に限らず、金属やガラスエポキシなどの複合材料で形成されていても本願発明の効果は得られる。
【００２０】
次に図２に本発明の実施の形態１によるコネクタの挿入状態を示す。この際、図１における前記突出部３が前記被挿入部２に挿入されることにより、物理的に前記接地端子７と前記信号端子６の電気的接続を遮断する。そして、信号端子及び接地端子同士がそれぞれ電気的に接続される。この際の回路図を図３に示す。
【００２１】
図３において、図１と同じ部分は同じ符号を用いており、半導体集積回路８、被挿入部２の信号端子６と被挿入部２の接地端子７との接続部分９とを備える。未挿入時は図３に示すように前記信号端子６と前記接地端子７の間が電気的に接続されており、静電気による電圧Ｖが信号端子と接地端子の間にかかることがない。しかし、前記接続部分９が電気的に切断されることにより、前記半導体素子８の動作が可能になる。この際、電気的に分断することはコネクタの抜挿と連動しており、コネクタを挿すと同時に回路動作が可能である。
【００２２】
このような構成を取ることにより、静電気により発生する電圧が、信号端子−接地端子間に加わることがなく、前記半導体素子８の信号端子における保護ダイオードが不要になり、前記信号端子６の高速動作が可能になる。また、保護ダイオードがなくとも、導電性の袋で保護したり、作業者の体を接地したり、作業台や作業服、作業場の床を導電性の材質で構成したりする必要がなく、一般の消費者が作業することが可能になり、また、回路基板の設置場所も選ばない。
【００２３】
実際に、長さ３ｃｍでコネクタを作成し、１０ＧＨｚで作動するＬＳＩを接続して、帯電防止服等の静電気防止措置をとっていない作業者がコネクタの抜挿を実施してみたところ、このＬＳＩには保護ダイオードがないにもかかわらず、静電破壊が発生することはなかった。
【００２４】
また、本実施の形態においては、図１，図２のような形状を取ったが、電気的な接続が等価であれば本実施の形態に限られることなく同様の効果があることは言うまでもない。さらに、本実施の形態においては、信号端子、接地端子共に一対であるが、一対でなく多数の対であっても、また、１対１ではなく１対ｎ個であっても同様の効果があることは言うまでもない。
【００２５】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２によるコネクタ未挿入状態を示す図である。図４において、図１と同じ部分については同じ符号を用いる。本実施の形態においては、被挿入部２の前記接地端子７に設けられた前衛部１０をさらに有している。図４において示すように、未挿入状態においては前記被挿入部２の前記信号端子６と前記接地端子７は電気的に接続されており、前記前衛部１０は被挿入部２の信号端子６とは電気的に接続されている。
【００２６】
次に図５に本発明の実施の形態２におけるコネクタの挿入途中の状態を示す。挿入途中の状態において、前記接地端子５、７は前記前衛部１０を通じて電気的に接続されている。また、この時、前記被挿入部２の前記信号端子６と前記接地端子７は電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、図６に本発明の実施の形態１によるコネクタの挿入状態を示す。この際、図６における前記突出部３が前記被挿入部２に挿入されることにより、物理的に前記信号端子６と前記接地端子７の電気的接続を遮断する。
【００２８】
未挿入時は図４に示すように前記信号端子６と前記接地端子７の間が電気的に接続されており、静電気による電圧Ｖが信号端子と接地端子の間にかかることがない。しかし、前記接続部分９が電気的に切断されることにより、前記半導体素子８の動作が可能にある。この時前記接続部分９が電気的に切断された後に、前記信号端子４が前記信号端子６に接続されると、前記接地端子５と前記接地端子７の電位が等電位化される前に接続されることになり、前記信号端子４と前記接地端子５の間の電位より大きい電位が前記信号端子６と前記接地端子７の間に加わることになる可能性があり、この場合は、前記信号端子６と前記接地端子７に接続されている半導体素子に過大な電圧が加わることになり、条件によっては静電破壊を起こす可能性がある。
【００２９】
しかしながら、本発明の実施の形態を取ることにより、図５に示したように前記接地端子５，７の電位が等しくなった後に、図６に示したように前記信号端子６と前記接地端子７が電気的に切り離されるため、静電破壊が発生することをより確実に防ぐことが可能となる。
【００３０】
このような構成を取ることにより、静電気により発生する電圧が、信号端子−接地端子間に加わることがなく、前記半導体素子８の信号端子における保護ダイオードが不要になり、前記信号端子６の高速動作が可能になる。また、保護ダイオードがなくとも、導電性の袋で保護したり、作業者の体を接地したり、作業台や作業服、作業場の床を導電性の材質で構成したりする必要がなく、一般の消費者が作業することが可能になり、また、回路基板の設置場所も選ばない。
【００３１】
実際に、長さ３ｃｍでコネクタを作成し、１０ＧＨｚで作動するＬＳＩを接続して、帯電防止服等の静電気防止措置をとっていない作業者がコネクタの抜挿を実施してみたところ、このＬＳＩには保護ダイオードがないにもかかわらず、静電破壊が発生することはなかった。
【００３２】
また、本実施の形態においては、図４〜図６のような形状を取ったが、電気的な接続が等価であれば本実施の形態に限られることなく同様の効果があることは明らかである。さらに、本実施の形態においては、信号端子、接地端子共に一対であるが、一対でなく多数の対であっても、また、１対１ではなく１対ｎ個であっても同様の効果があることは明らかである。
【００３３】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３によるコネクタ未挿入状態を示す図である。図７において、図１と同じ部分は同じ符号を用いる。本実施の形態においては、挿入部１の信号端子４と接地端子５、および被挿入部２の信号端子６と接地端子７はそれぞれ同軸構造をなしており、高周波信号の伝達に適した形状となっている。
【００３４】
図７に示すように、未挿入状態においては前記被挿入部２の前記信号端子６と前記接地端子７は電気的に接続されている。
【００３５】
次に図８に本発明の実施の形態１によるコネクタの挿入状態を示す。この際、図８における前記突出部３が前記被挿入部２に挿入されることにより、物理的に前記接地端子７と前記信号端子６の電気的接続を遮断する。
【００３６】
この際、電気的に分断はコネクタの抜挿と連動しており、コネクタを挿すと同時に回路動作が可能である。このような構成を取ることにより、静電気により発生する電圧が、信号端子−接地端子間に加わることがなく、図３に示したように半導体素子８の信号端子における保護ダイオードが不要になり、前記信号端子６の高速動作が可能になる。また、保護ダイオードがなくとも、導電性の袋で保護したり、作業者の体を接地したり、作業台や作業服、作業場の床を導電性の材質で構成したりする必要がなく、一般の消費者が作業することが可能になり、また、回路基板の設置場所も選ばない。さらに、信号伝送路が同軸構造をなしていることにより、高周波信号伝達に向いた構造となっている。
【００３７】
実際に、長さ３ｃｍでコネクタを作成し、１０ＧＨｚで作動するＬＳＩを接続して、帯電防止服等の静電気防止措置をとっていない作業者がコネクタの抜挿を実施してみたところ、このＬＳＩには保護ダイオードがないにもかかわらず、静電破壊が発生することはなかった。また、１０ＧＨｚでデジタル信号伝送を行ったところ、伝送品質に何ら問題がないことが確認された。
【００３８】
また、本実施の形態においては、図７，図８のような形状を取ったが、電気的な接続が等価であれば本実施の形態によらず同様の効果があることは明らかであり、同軸構造のほかに導波管構造、マイクロストリップライン構造、ストリップライン構造、コプレーナライン構造などでも、同様の効果が得られることは明らかである。さらに、本実施の形態においては、信号端子、接地端子共に一対であるが、一対でなく多数の対であっても、また、１対１ではなく１対ｎ個であっても同様の効果があることは明らかである。
【００３９】
（実施の形態４）
図９に本発明の実施の形態４によるコネクタを示す。図９において、挿入側基板１１上にコネクタ１３を有しており、被挿入側基板１２上にコネクタ１４を備えている。挿入側基板１１上にはさらに接地端子１５、電源端子１６、信号端子１７を有しており、接地端子１５、電源端子１６、信号端子１７を電気的に接続するための導電性構造物１８を備えている。
【００４０】
導電性構造物１８は前記接地端子１５、電源端子１６、信号端子１７と接触させること、および被接触させることが可能な構造となっており、前記導電性構造物１８を押し上げるためのレバー１９が備えられている。レバー１９により導電性構造物１８を押し上げることが可能であり、それにより導電性構造物１８を接地端子１５、電源端子１６、信号端子１７から切り離して被接触とさせることが可能となる。
【００４１】
また、前記挿入側基板１１上には、半導体素子２１が実装されており、この半導体素子２１は電源端子１６と信号端子１７と電気的に接続されている。
【００４２】
また、被挿入基板１２上には、前記レバーを動作させるために突起物２０と、前記電源端子１６及び信号端子１７にそれぞれ対応した電源端子及び信号端子を備えている。未挿入状態においては前記挿入側基板１１の前記接地端子１５、電源端子１６、信号端子１７は前記導電性構造物１７により電気的に接続されている。
【００４３】
次に、前記挿入側基板１１を前記被挿入側基板１２に挿入すると、まず前記挿入側基板１１上の前記接地端子１５が前記被挿入側基板１２と電気的に接続される。この時点で、前記挿入側基板１１の接地電位は前記被挿入側基板１２と同電位になる。しかしこの時、前記電源端子１６及び前記信号端子１７は、前記接地端子１５に電気的に接続されているため、前記半導体素子２１に静電気による過剰な電圧が加わることはない。
【００４４】
次に、前記挿入側基板１１を前記被挿入側基板１２に深く挿入するにつれ、前記突起物２０が前記レバー１９を動かし、前記導電性構造物１８が動くことになる。これにより、前記電源端子１６及び前記信号端子１７が前記接地端子１５と電気的に絶縁される。
【００４５】
さらに前記挿入側基板１１を前記被挿入側基板１２に深く挿入すると、前記電源端子１６及び前記信号端子１７がそれぞれ前記被挿入側基板１２のそれぞれ対応する電源端子及び信号端子に電気的に接続される。このような構成を取ることにより、静電気により発生する過剰な電圧が、半導体素子端子間に加わることがなく、前記半導体素子２１の各端子における保護ダイオードが不要になり、前記信号端子１６の高速動作が可能になる。また、保護ダイオードがなくとも、導電性の袋で保護したり、作業者の体を接地したり、作業台や作業服、作業場の床を導電性の材質で構成したりする必要がなく、一般の消費者が作業することが可能になり、また、回路基板の設置場所も選ばない。さらに、信号伝送路が同軸構造をなしていることにより、高周波信号伝達に向いた構造となっている。
【００４６】
実際に、幅２０ｃｍでコネクタを作成し、１０ＧＨｚで作動するＬＳＩを１０個接続して、帯電防止服等の静電気防止措置をとっていない作業者がコネクタの抜挿を実施してみたところ、このＬＳＩには保護ダイオードがないにもかかわらず、静電破壊が発生することはなかった。また、１０ＧＨｚでデジタル信号伝送を行ったところ、伝送品質に何ら問題がないことが確認された。
【００４７】
また、本実施の形態においては、図９のような形状を取ったが、電気的な接続が等価であれば本実施の形態によらず同様の効果があることは明らかであり、さらに高周波に適した構成にするために、同軸構造や導波管構造、マイクロストリップライン構造、ストリップライン構造、コプレーナライン構造などを用いても、同様の効果が得られることは明らかである。さらに、本実施の形態においては、信号端子、接地端子共に一対であるが、一対でなく多数の対であっても、また、１対１ではなく１対ｎ個であっても同様の効果があることは明らかである。
【００４８】
また、本実施の形態においては、挿入基板１１側に半導体素子２１が実装された例を示したが、被挿入基板１２側に半導体素子が実装されていても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上の実施の形態から明らかなように本発明は、静電破壊に対する耐性が強く、半導体素子の保護ダイオードがなくとも取り扱いが安易で高速動作が可能であるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による未接続状態を示す図
【図２】本発明の実施の形態１による接続状態を示す図
【図３】本発明の実施の形態１による電気回路を示す図
【図４】本発明の実施の形態２による未接続状態を示す図
【図５】本発明の実施の形態２による接続途中の状態を示す図
【図６】本発明の実施の形態２による接続状態を示す図
【図７】本発明の実施の形態３による未接続状態を示す図
【図８】本発明の実施の形態３による接続状態を示す図
【図９】本発明の実施の形態４による回路基板を示す図
【図１０】従来の構造を示す図
【符号の説明】
１　コネクタ挿入部
２　コネクタ被挿入部
３　突出部
４　コネクタ挿入部１の信号端子
５　コネクタ挿入部１の接地端子
６　コネクタ被挿入部２の信号端子
７　コネクタ被挿入部２の接地端子
８　半導体素子
９　電気的接続部
１０　前衛部
１１　挿入側基板
１２　被挿入側基板
１３　挿入側基板１１上のコネクタ
１４　被挿入側基板１２上のコネクタ
１５　挿入側基板１１上の接地端子
１６　挿入側基板１１上の電源端子
１７　挿入側基板１１上の信号端子
１８　導電性構造物
１９　レバー
２０　突起物
２１　半導体素子
２２　半導体回路
２３　保護ダイオード
２４　ドライバ回路
【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】
2004031000.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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