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JP2017199726A - ケーブル接続基板 - Google Patents

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泰志 増田
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Abstract

【課題】ケーブルの基板への接合部におけるインピーダンスの不整合を解消することを課題とする。【解決手段】ケーブル接続基板は、基板内に配置されている信号層と、前記基板内に前記信号層を挟む状態で配置されている第１層及び第２層と、前記基板に接続され、前記基板の第１面側に延びるケーブルと、前記ケーブルが備える外部導体と前記第１層とを接合する第１半田接合部と、前記基板内において、前記ケーブルが備える内部導体の先端部と前記信号層とを接合する第２半田接合部と、を、備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブル接続基板に関する。
従来、信号配線が実装された基板にケーブルを接続する場合があり、基板にケーブルを接続する構造が種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平６−２１６１３号公報 特開２０１２−２４８６５３号公報
ところで、昨今、電気伝送を用い、例えば、２５Ｇｂｐｓ以上の高速伝送を実現するための研究開発が進められている。基板にケーブルを接続する場合、半田接合が行われるケーブルとコネクタコンタクトとの端末処理部や、コネクタ同士の嵌合部においてインピーダンスの不整合が発生することがある。例えば、基板内にスタブが形成されていたり、スルーホールが形成されていたりするとインピーダンスの不整合が生じやすい。インピーダンスの不整合は、電気伝送における高速伝送の妨げになると考えられる。特許文献１や特許文献２は、いずれも、高速伝送を想定しておらず、高速伝送を実現する基板として採用しようとすると、改善の余地を有していた。
１つの側面では、本明細書開示のケーブル接続基板は、ケーブルの基板への接合部におけるインピーダンスの不整合を解消することを課題とする。
本明細書開示のケーブル接続基板は、基板内に配置されている信号層と、前記基板内に前記信号層を挟む状態で配置されている第１層及び第２層と、前記基板に接続され、前記基板の第１面側に延びるケーブルと、前記ケーブルが備える外部導体と前記第１層とを接合する第１半田接合部と、前記基板内において、前記ケーブルが備える内部導体の先端部と前記信号層とを接合する第２半田接合部と、を、備える。
本明細書開示のケーブル接合基板によれば、ケーブルの基板への接合部におけるインピーダンスの不整合を解消することを課題とする。
図１は第１実施形態のケーブル接続基板の概略構成を模式的に示す説明図である。 図２は第１実施形態の基板の概略構成を模式的に示す説明図である。 図３（Ａ）は第１層の主要部を示す説明図であり、図３（Ｂ）は信号層の主要部を示す説明図であり、図３（Ｃ）は第２層の主要部を示す説明図である。 図４（Ａ）は基板の第１面側に設けられた第１開口部の周囲を示す説明図であり、図４（Ｂ）は基板の第２面側に設けられた第２開口部の周囲を示す説明図である。 図５はケーブルの先端部を示す説明図である。 図６は第２実施形態のケーブル接続基板の概略構成を模式的に示す説明図である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。
（第１実施形態）
図１乃至図５を参照しつつ、第１実施形態のケーブル接続基板について説明する。図１は第１実施形態のケーブル接続基板の概略構成を模式的に示す説明図である。図２は第１実施形態の基板の概略構成を模式的に示す説明図である。図３（Ａ）は第１層の主要部を示す説明図であり、図３（Ｂ）は信号層の主要部を示す説明図であり、図３（Ｃ）は第２層の主要部を示す説明図である。図４（Ａ）は基板の第１面側に設けられた第１開口部の周囲を示す説明図であり、図４（Ｂ）は基板の第２面側に設けられた第２開口部の周囲を示す説明図である。図５はケーブルの先端部を示す説明図である。なお、図１や図２は、断面図であり、各部材にハッチンが施されている。一方、図３（Ａ）〜図４（Ｂ）は断面図ではないが、説明を分かり易くするために、図３（Ａ）〜図４（Ｂ）に表わされた各部材には、部材毎に図１や図２に表わされている部材と共通のハッチングが施されている。
図１を参照すると、ケーブル接続基板１は、基板１０と、この基板１０に接続されているケーブル２０を備える。本実施形態のケーブル接続基板１は、基板１０にケーブル２０がコネクタレスで接続されている。図２を参照すると、基板１０は、第１面１０ａと、この第１面１０ａの裏面側となる第２面１０ｂを備えている。また、基板１０には、その内部に少なくとも信号層１３と、この信号層１３を挟む状態で第１層１１及び第２層１２とが配置されている。第１層１１は、基板１０において、信号層１３と第１面１０ａとの間に配置されている。第２層１２は、基板１０において、信号層１３と第２面１０ｂとの間に配置されている。
図３（Ａ）を参照すると、第１層１１は、開口部１１ａを備えている。図３（Ｂ）を参照すると、信号層１３は、帯状部分の端部に円形状部を備え、さらに、その円形状部の中心部分に接続孔１３ａを備えている。接続孔１３ａの周囲は、後に詳述するようにランド１３ｂとなる。図３（Ｃ）を参照すると、第２層１２は、開口部１２ａを備えている。
本実施形態における第１層１１は、基板グランド層であり、第２層１２は、基板電源層となっている。ただし、これらの層は、これらの機能に限定されるものではなく、他の機能を有する層であってもよい。例えば、第１層１１と第２層１２の双方が、基板グランド層であってもよい。
図２を参照すると、基板１０の第１面１０ａには、第１開口部１０ａ１が設けられている。このように、最表面層のレジスト開口を行うことで、ランド１１ｂが露出した状態となっている。ランド１１ｂは、開口部１１ａの周囲に形成されている。基板１０には、第１開口部１０ａ１の中心部に挿通孔１０ｃが設けられている。図４（Ａ）を参照すると、第１開口部１０ａ１の内側にランド１１ｂが露出しており、ランド１１ｂの内側に挿通孔１０ｃが設けられた状態となっている。挿通孔の内周壁面は、信号層１３が有する接続孔１３ａの内周壁面と面一となっている。このような挿通孔１０ｃには、後に詳説するように、ケーブル２０の内部導体２１が挿入される。これにより、内部導体２１が信号層１３まで到達できる。
図２を参照すると、基板１０の第２面１０ｂには、第２開口部１０ｄが設けられている。第２開口部１０ｄは、第２面１０ｂ側から信号層１３に到達している空間を形成している。第２開口部１０ｄの直径は、第１開口部１０ａ１よりも小さい。第２開口部１０ｄは、第２面１０ｂ側からルータ加工を施すことによって穿設されている。図４（Ｂ）を参照すると、第２開口部１０ｄは、信号層１３まで到達することで、ケーブル２０が接続されていない状態の基板１０において、ランド１３ｂを第２開口部１０ｄ内に露出させている。
図５を参照すると、ケーブル２０は、同軸ケーブルである。ケーブル２０は、中心部に内部導体２１を備え、その周囲に絶縁体２２を備える。そして、絶縁体２２の周囲に外部導体２３を備える。このようなケーブル２０は、基板１０の第１面１０ａ側から基板１０の内部に向かって挿し込まれる。そして、外部導体２３と第１層１１とを接合する第１半田接合部３１と、基板１０内において、内部導体２１の先端部と信号層１３とを接合する第２半田接合部３２とによって、ケーブル２０が基板１０に接合される。これにより、ケーブル２０は、コネクタレスで基板１０に接続され、基板１０の第１面１０ａ側に延びた状態となる。
ここで、第１半田接合部３１について、説明する。第１半田接合部３１は、ランド１１ｂにおいて、第１層１１と外部導体２３とを半田により接合する。図５を参照すると、外部導体２３は、外周壁面２３ａと先端面２３ｂとを有する。そして、図１を参照すると、外部導体２３の先端面２３ｂがランド１１ｂに密着させられている。外部導体２３の先端面２３ｂが密着させられているランド１１ｂには、半田が盛られ、第１半田接合部３１が形成されている。第１半田接合部３１は、ランド１１ｂと外部導体２３の外周壁面２３ａとに密着している。このように外部導体２３を第１層１１に直接接合することで、外部導体２３と第１層１１との接合箇所におけるインピーダンスの不整合を解消することができる。また、第１半田接合部３１は、ケーブル２０の周囲を固定することになるので、ケーブル２０の実装強度を向上させることができる。
つぎに、第２半田接合部３２について、説明する。第２半田接合部３２は、基板１０内において、内部導体２１の先端部と信号層１３とを接合する。図５を参照すると、内部導体２１は、外周壁面２１ａと先端面２１ｂとを有する。ここで、図１を参照すると、内部導体２１の絶縁体２２から露出した部分の長さは、内部導体２１を接続孔１３ａに挿し込んだ状態において、先端面２１ｂが信号層１３空間側の面を形成するランド１３ｂ（信号層１３の空間内に位置する面）と面一となるように調整されている。これは、スタブが形成されないようにするための配慮である。第２半田接合部３２は、ランド１３ｂと先端面２１ｂを覆うように設けられている。内部導体２１は、その外周壁面２１ａが接続孔１３ａの内周面と接触すること、及び、第２半田接合部３２を介することで、信号層１３との導通している。このように内部導体２１を信号層１３に直接接合することで、内部導体２１と信号層１３との接合箇所におけるインピーダンスの不整合を解消することができる。
このように、本実施形態のケーブル接続基板１によれば、ケーブル２０を直接第１層１１及び信号層１３に接合しているため、ケーブル側と基板側の特性インピーダンスを一致させることが可能となる。すなわち、一般的なコネクタを用いたケーブルと基板との接続と比較して、インピーダンス不整合の一因となるコネクタ接点とケーブルとの接点を排除することができる。また、コネクタを装備する場合、基板の裏面側に、コンタクト半田付け部が形成される。このように基板の表面から突出して形成されるコンタクト半田付け部もインピーダンス不整合の一因となるが、本実施形態では、このようなコンタクト半田付け部も排除することができる。この際、ケーブル２０の内部導体２１、外部導体２３、第１層１１及び信号層１３の材質を適宜選択することで、より効果的にインピーダンスの不整合を解消することができる。このように、ケーブル２０の基板１０への接続部におけるインピーダンスの不整合が解消されると、高速伝送に有利となる。
さらに、本実施形態のケーブル接続基板１によれば、コネクタを用いない構造であり、コネクタ実装領域が不要となるため、高密度実装に対応しやすくなる。また、本実施形態のケーブル接続基板１は、ケーブル２０を直接基板１０に接続しているため、隣接信号系統との漏話（クロストーク）が抑制される。また、本実施形態のケーブル接続基板１によれば、内部導体２１が基板１０内で信号層１３と接合しているので、外来ノイズに対する遮蔽性が高く、放射ノイズ（ＥＭＩ：Electro-Magnetic Interference）による電磁妨害の抑制ともなる。
（第２実施形態）
つぎに、図６を参照しつつ、第２実施形態について説明する。第２実施形態のケーブル接続基板５０が第１実施形態のケーブル接続基板１と異なる点は、ケーブル接続基板５０が誘電体３５を備えている点である。第２実施形態の他の構成は、第１実施形態と異なるところがないので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
誘電体３５は、基板１０の第２面１０ｂ側に第２開口部１０ｄとして形成された空間内に配置されている第２半田接合部３２を封止している。このように、誘電体３５によって第２半田接合部３２を封止することで、第２半田接合部３２、ひいては、信号層１３と内部導体２１との接合部と大気との接触を回避することができる。この結果、ノイズの低減を図ることができる。
なお、本実施形態の誘電体３５は、第２面１０ｂと面一となるように第２開口部１０ｄを埋めているが、誘電体３５により第２半田接合部３２を封止できていれば、必ずしも、第２面１０ｂと面一になっていなくてもよい。
第２実施形態のケーブル接続基板５０によれば、第１実施形態のケーブル接続基板１と同様の効果を発揮することができると共に、第２半田接合部３２が封止されたことによるノイズの低減を図ることができる。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
１、５０ ケーブル接続基板
１０ 基板
１０ａ 第１面
１０ａ１ 第１開口部
１０ｂ 第２面
１０ｃ 挿通孔
１０ｄ 第２開口部
１１ 第１層
１１ｂ ランド
１２ 第２層
１３ 信号層
１３ａ 接続孔
２０ ケーブル
２１ 内部導体
２２ 絶縁体
２３ 外部導体
３１ 第１半田接合部
３２ 第２半田接合部
３５ 誘電体

Claims (4)

  1. 基板内に配置されている信号層と、前記基板内に前記信号層を挟む状態で配置されている第１層及び第２層と、
    前記基板に接続され、前記基板の第１面側に延びるケーブルと、
    前記ケーブルが備える外部導体と前記第１層とを接合する第１半田接合部と、
    前記基板内において、前記ケーブルが備える内部導体の先端部と前記信号層とを接合する第２半田接合部と、
    を、備えるケーブル接続基板。
  2. 前記基板は、前記第１面の裏面側となる第２面側から前記信号層に到達している空間を備え、
    前記第２半田接合部は、前記空間内に配置されており、
    前記空間内に配置され、前記第２半田接合部を封止する誘電体を備える請求項１に記載のケーブル接続基板。
  3. 前記基板は、前記第１面の裏面側となる第２面側から前記信号層に到達している空間を備え、
    前記内部導体の先端面は、前記信号層の前記空間側の面と面一とされている請求項１または２に記載のケーブル接続基板。
  4. 前記第１層は、前記基板の前記第１面側に形成された開口部内に露出したランドを備え、前記第１半田接合部は、前記ランドにおいて前記外部導体と前記第１層とを接合している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のケーブル接続基板。
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