JP2002094205A - スルーホール構造および該スルーホール構造を含むプリント基板 - Google Patents
スルーホール構造および該スルーホール構造を含むプリント基板Info
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Abstract
接続するためのスルーホール構造および該スルーホール
構造を含むプリント基板を提供する。 【解決手段】 プリント基板1にコネクタを接続するた
めのスルーホール構造2は、信号を供給するための導通
処理された信号用スルーホール3と、電力を供給するた
めの導電処理された電力用スルーホール4と、信号用ス
ルーホール3と電力用スルーホール4の間に形成された
誘電率調節部5と、を含む。本発明はまた、上述のスル
ーホール構造2が形成されたプリント基板1を提供す
る。
Description
し、より詳細には、プリント基板に対して高周波用コネ
クタを接続するためのスルーホール構造および該スルー
ホール構造を含むプリント基板に関する。
入力、電力供給といった種々の目的のため、プリント基
板にコネクタを直接接続して用いる場合がある。このよ
うな場合、外部装置から入力される信号が高周波数にな
るほど、インピーダンスの不整合の問題が生じる。この
ようなインピーダンスの不整合は、信号の伝搬性を低下
させたり、信号の伝搬をある場合には不可能とさせてし
まうため、プリント基板と特に高周波用コネクタとの接
続部におけるインピーダンス不整合をできるだけ生じさ
せないようにする必要がある。
では、信号用スルーホールの周囲に信号用スルーホール
と平行に延びるスルーホール導体を設けることなどによ
り行われてきている。しかしながらこのような方法で
は、信号経路付近にスルーホール導体を配置するため
に、スルーホール導体の間の距離が小さくなり、この結
果信号経路の静電容量が増加してしまうという問題も生
じる。このような信号経路の静電容量の増加は、特に動
作周波数を高めより後続の動作を可能とするべく、高周
波用コネクタをプリント基板に接続して信号供給を行う
場合には、浮遊容量の増加にも直結するため、充分な対
応策とはいえない。
装の要求がますます高まって来ており、このため、高周
波信号が伝搬するスルーホール付近に電力供給ラインが
設けられる場合も多い。このような場合であっても容
易、かつ効果的に高周波用コネクタの接続部におけるイ
ンピーダンスを調節できるスルーホール構造およびプリ
ント基板が必要とされている。
鑑みてなされたものであり、本発明は、信号経路の静電
容量の増加による浮遊容量の増加といった弊害を生じさ
せず、かつ高周波信号が伝搬される高周波用コネクタの
接続部におけるインピーダンスを容易、かつ効果的に調
節することができるスルーホール構造およびプリント基
板を提供することを目的とする。
発明のスルーホール構造およびプリント配線板を提供す
ることにより達成される。
にコネクタを接続するためのスルーホール構造であっ
て、誘電体基板と、前記誘電体基板に形成され、信号を
供給するための導通処理された信号用スルーホールと、
前記誘電体基板に形成され、電力を供給するための導電
処理された電力用スルーホールと、前記信号用スルーホ
ールと前記電力用スルーホールの間に形成された誘電率
調節部と、を含むスルーホール構造が提供される。ま
た、前記誘電率調節部は、導通処理のなされていないス
ルーホールから構成することができる。前記電力用スル
ーホールは、前記信号用スルーホールの周囲に配置する
ことができる。前記誘電率調節部は、前記信号用スルー
ホールと前記電力用スルーホールの間において中心対称
または非対称に配置することができる。前記コネクタ
は、高周波用コネクタとすることができる。
されて形成されるプリント基板であって、前記誘電体基
板に形成され、信号を供給するための導通処理された信
号用スルーホールと、前記誘電体基板に形成され、電力
を供給するための導電処理された電力用スルーホール
と、前記信号用スルーホールと前記電力用スルーホール
との間に形成された誘電率調節部とを含む、コネクタを
接続するためのスルーホール構造を有するプリント基板
が提供される。前記誘電率調節部は、導通処理のなされ
ていないスルーホールから構成することができる。前記
電力用スルーホールは、前記信号用スルーホールの周囲
に配置することができる。前記誘電率調節部は、前記信
号用スルーホールと前記電力用スルーホールとの間にお
いて中心対称または非対称に配置することができる。前
記コネクタは、高周波用コネクタとすることができる。
の形態をもって説明するが、本発明は下記実施の形態に
限定されるものではない。
成されたスルーホール構造2を示した上面図である。本
発明のスルーホール構造2は、中心部に信号が伝搬され
る信号用の導通処理された信号用スルーホール3と、そ
の周囲を取囲むようにして形成された導通処理された電
力用スルーホール4と、信号用スルーホール3と、電力
用スルーホール4との間に形成された複数の誘電率調節
部5とから構成されている。信号用スルーホール3およ
び電力用スルーホール4の導通処理は、ともにスルーホ
ールの内面をメッキ処理することによりメッキスルーホ
ールとすることにより行われている。
構造は、信号用スルーホール3と、この信号用スルーホ
ール3を取囲むように形成された電力用スルーホール4
の間のプリント基板領域に、誘電率調節部5が複数形成
されていて、本発明のスルーホール構造2により構成さ
れる高周波用コネクタのインピーダンス特性を調節して
いる。本発明においては高周波とは、例えば、0.8G
Hz〜30GHz程度の周波数をいい、このような高周
波数用コネクタとしては例えば、具体的にはSMAコネ
クタを挙げることができる。
は、種々の方法により構成することができる。例えば、
図1に示した実施の形態においては、誘電率調節部5
は、内部にメッキを施さないスルーホールにより構成さ
れている。このように構成された誘電率調節部5は、内
部に空気(比誘電率=1)が充填され、通常エポキシ樹
脂といった誘電体で形成されるプリント基板の平均的な
比誘電率、約4よりも信号用スルーホール3と、電力用
スルーホール4の間の平均比誘電率を低下させている。
ンスは、誘電率調節部5としてスルーホールを用いる場
合には、スルーホールの径、数、スルーホール内に充填
されている誘電体の誘電率、およびスルーホール形成位
置により変化する。スルーホール径を大きくすればイン
ピーダンスを大きくすることができる。スルーホールの
数を多くすれば、同様にインピーダンスを大きくするこ
とができる。また、スルーホール内に充填する誘電体の
誘電率についていえば、誘電率が小さいほどインピーダ
ンスは高く、誘電率が大きいほど、インピーダンスは低
くなる。さらにスルーホール位置についていえば、信号
用スルーホール3と電力供給用するホールの中心を結ぶ
直線上に誘電率調節部5としてのスルーホールを設ける
ことがインピーダンスを大きく調整することができる。
また、誘電率調節部5として用いられるスルーホール
は、高周波数の信号の伝搬には均一な電磁界の形成が必
要とされるため、誘電率調節部5は、信号用スルーホー
ル3を中心として中心対称に配置することが望ましい。
調整のために形成したスルーホール5の内部に例えば、
チタン酸バリウム、PZT、ポリフッ化ビニリデン(P
VDF)といった無機または有機の強誘電体を充填する
ことができる。この場合には、本発明により、周囲のエ
ポキシ樹脂の比誘電率よりも、スルーホール構造2の領
域における平均比誘電率を増加させることにより、イン
ピーダンス整合を行うことも可能である。
別の実施の形態を示した図である。図2に示したスルー
ホール構造2の別の実施の形態では、上述した誘電率調
節部5が、信号用スルーホール3と、電力用スルーホー
ル4との間に中心対称ではなく、非対称に配置されてい
るのが示されている。本発明においては、上述した誘電
率調節部5は、スルーホール構造2の領域においてイン
ピーダンスの不整合を、特に高周波数において低下させ
ることができる限り、いかなる数および配置としても形
成することができる。
形成する場合には、スルーホールの径を、約300μm
とすることができる。このスルーホールの径についても
本発明においては適宜用いることができる。また、誘電
率調節部5は、スルーホールの径、配置、誘電率調節部
5の内部の誘電体の比誘電率、プリント基板1の構造・
材質にも依存するが、高周波用コネクタとして本発明の
スルーホール構造2を提供する場合には、インピーダン
スが35Ω〜70Ωの範囲となるように適宜設定するこ
とができる。
成された領域において、図1の矢線A−Aに沿って断面
とした本発明のプリント基板1の断面を示した図であ
る。本発明のスルーホール構造2は、エポキシ樹脂とい
った誘電体層6で形成された基板が積層されて、多層の
構成として形成されている。この誘電体層6の内部に
は、電力を供給するための電力用配線7および電気信号
を伝搬させるための信号配線8などが形成されている。
本発明のスルーホール構造2は、プリント基板1を通し
て上下に延ばされているのが示されている。
力用スルーホール4が、メッキスルーホールで形成され
ており、誘電率調節部5が、メッキされていないスルー
ホールで形成され、内部に空気が充填されている。さら
にスルーホール構造2の中心部には、高周波信号が伝搬
される信号用スルーホール3が形成されているのが示さ
れている。図3においては、信号用スルーホール3と、
電力用スルーホール4と、誘電率調節部5とが中心対称
に配置されているのが示されているが、上述したように
本発明においては、インピーダンス不整合を低減させる
ことができる限り、いかなる配置とすることもできる。
ピーダンス調整の大きさをシミュレーションした図であ
る。図4は、誘電率調節部5としてスルーホールを用
い、所定の径の誘電率調節用のスルーホールに対して、
誘電率調節用のスルーホール径を変化させた場合の相対
スルーホール径を横軸としている。また、図4では、縦
軸には誘電率調節用のスルーホールを形成しない従来の
スルーホール構成のインピーダンスおよびキャパシタン
スを100%としたときの本発明のスルーホール構成に
より得られるインピーダンスおよびキャパシタンスの変
化とされている。
のスルーホールを2つ配置したスルーホール構成および
誘電率調整用のスルーホールを4つ配置したスルーホー
ル構成の2種のスルーホール構成について行い、誘電率
調節用のスルーホール内には、空気を充満させたものと
して行った。図5には、シミュレーションに用いたスル
ーホール構成を、図5に示す。図5(a)が、2スルー
ホールを誘電率調節部5として配置した本発明のスルー
ホール構成であり、図5(b)が、4スルーホールを誘
電率調節部5として配置した本発明のスルーホール構成
を示した図である。
径を変化させることにより、インピーダンスおよびキャ
パシタンスを連続的に調節できることがわかる。したが
って、本発明によれば、インピーダンスまたはキャパシ
タンスの調節を、従来にまして容易かつ高精度に行うこ
とができることがわかる。
ル構造2を形成したプリント基板1へと高周波信号を入
力した際に生じる、反射の過渡的特性を示した図であ
る。図6においては、縦軸が電圧(mV:1Div=2
0mV)であり、横軸が時間(1Div=50ps)で
ある。誘電率調節部5として形成したスルーホールは、
図2に示す実施の形態においては非対称とされている
が、誘電率調節部5を、中心対称に配置しても同様の効
果を得ることができる。入力信号としては、入力電圧V
i=200mV、立上がり時間Tr=50psの信号を
用いた。図6に示されているように、本発明のスルーホ
ール構造2により構成された高周波コネクタにおける反
射は、約12mVのディップを形成している。さらに、
ディップが形成された後には、反射により生じる電圧変
動における振幅が低減されているのが示されている。
電率調整用のスルーホールを形成せずに、高周波用コネ
クタを構成し、同一の入力信号に対する過渡的特性につ
いて検討を加えた。図7においては、縦軸が電圧(m
V:1Div=10mV)であり、横軸が時間(1Di
v=50ps)である。図7に示されたスルーホール構
造には、誘電率調節部5が全く形成されていない。図8
に、図7に示したスルーホール構造を用いた場合につい
て得られた入力信号に対する過渡的反射特性を示す。
形成された誘電率調節部5を用いないスルーホール構造
を用いた高周波用コネクタでは、入力信号に対して約2
0mVのディップが形成されているのが示されている。
また、ディップが形成された後の電圧の振幅も図6に示
した本発明の実施の形態のスルーホール構造を用いた高
周波用コネクタに比して大きいことがわかる。したがっ
て、本発明のスルーホール構造および該スルーホール構
造を用いたプリント基板は、インピーダンス整合を可能
とし、この結果反射を低減させ、さらには反射後の電圧
変動を低減させることが可能となる。
に基づいて説明してきたが、本発明は、図面に示した実
施の形態に限定されるものではなく、誘電率調節部の形
状、配置、数、およびビルドアッププリント配線板、銅
張りプリント配線板といった、プリント基板の種類・材
料などについては、これまで知られたいかなる構成であ
っても、本発明の効果が得られる限り本発明が適用でき
る。
た図。
おけるプリント基板の断面図。
ルーホール径に対する変化をシミュレーションした図。
ル構成を示した図。
コネクタの反射過渡特性を示した図。
成した高周波用コネクタ部の上面図。
を示した図。
Claims (10)
- 【請求項1】 プリント基板にコネクタを接続するため
のスルーホール構造であって、 誘電体基板と、 前記誘電体基板に形成され、信号を供給するための導通
処理された信号用スルーホールと、 前記誘電体基板に形成され、電力を供給するための導電
処理された電力用スルーホールと、 前記信号用スルーホールと前記電力用スルーホールの間
に形成された誘電率調節部と、を含むスルーホール構
造。 - 【請求項2】 前記誘電率調節部は、導通処理のなされ
ていないスルーホールから構成される、請求項1に記載
のスルーホール構造。 - 【請求項3】 前記電力用スルーホールは、前記信号用
スルーホールの周囲に配置されている、請求項1または
2に記載のスルーホール構造。 - 【請求項4】 前記誘電率調節部は、前記信号用スルー
ホールと前記電力用スルーホールの間において中心対称
または非対称に配置される、請求項1〜3のいずれか1
項に記載のスルーホール構造。 - 【請求項5】 前記コネクタは、高周波用コネクタであ
る請求項1〜4のいずれか1項に記載のスルーホール構
造。 - 【請求項6】 誘電体基板が積層されて形成されるプリ
ント基板であって、前記誘電体基板に形成され、信号を
供給するための導通処理された信号用スルーホールと、
前記誘電体基板に形成され、電力を供給するための導電
処理された電力用スルーホールと、前記信号用スルーホ
ールと前記電力用スルーホールとの間に形成された誘電
率調節部とを含む、コネクタを接続するためのスルーホ
ール構造を有する、プリント基板。 - 【請求項7】 前記誘電率調節部は、導通処理のなされ
ていないスルーホールから構成される、請求項6に記載
のプリント基板。 - 【請求項8】 前記電力用スルーホールは、前記信号用
スルーホールの周囲に配置されている、請求項6または
7に記載のプリント基板。 - 【請求項9】 前記誘電率調節部は、前記信号用スルー
ホールと前記電力用スルーホールとの間において中心対
称または非対称に配置される、請求項6〜8のいずれか
1項に記載のプリント基板。 - 【請求項10】 前記コネクタは、高周波用コネクタで
ある、請求項6〜9のいずれか1項に記載のプリント基
板。
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