JP5772710B2 - 接続構造、接続方法及び多芯差動信号伝送用ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、差動信号伝送用ケーブルと基板との接続構造、差動信号伝送用ケーブルと基板との接続方法、及び差動信号伝送用ケーブルに関する。

電子機器間をつなぐ高速伝送用ケーブルの多くは、差動信号を伝搬させている。このケーブルは、２芯の芯線（内部導体）及び絶縁体を長手方向に撚り合わせ、又は並行に配列し、絶縁体の外側には、外来ノイズの影響を抑えるためのシールド（外部導体）が巻かれている構造となっている。絶縁体は主に発泡ポリエチレン、シールドは金属箔テープでそれぞれ構成されている。

差動信号伝送用ケーブルと電子機器との間を導通させる際、電子機器内に配線されているコネクタやプリント基板の信号パッドに、芯線を半田付けすることにより、電気的に接続している。また、基板と接続するに際し、グランドを取るために、差動信号伝送用ケーブルの端部で露出させたシールドを基板上のグランド電極と接続させる必要がある。

シールドを基板上のグランド電極と接続させる方法として、ドレイン線を有しない場合、シールドを基板上のグランド電極に直接、半田によって接続させる方法がある。

また、ドレイン線を有する場合、このドレイン線を基板上のグランド電極に半田によって接続させる方法がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００２−２８９０４７号公報 特開２００３−２９７１５５号公報

しかしながら、ドレイン線を有しない場合、すなわち、シールドを基板上のグランド電極に直接、半田によって接続させる方法によれば、半田接続作業時の加熱や加圧により、ケーブル内の絶縁体（発泡ポリエチレン）が変形、或いは溶融するため、特性インピーダンスのバラツキ（変動）が発生し、スキュー特性が大きく劣化するので、伝送特性が悪くなるという問題がある。

また、ドレイン線を基板上のグランド電極に半田によって接続させる方法によっても、ドレイン線により絶縁体が変形させられることにより、伝送特性が悪くなるため、近年の更なる伝送特性の向上の要求に応えることが難しいという問題がある。例えば、特許文献１のように、絶縁体の右端或いは左端にドレイン線を有する場合、ジャケット（シース）被覆工程でドレイン線が一方の絶縁体を押しつぶしてしまうため、差動モードのバランスが崩れ、ＧＨｚ帯の高周波において電気特性が劣化する。

さらに、特許文献２のように、絶縁体の中央にドレイン線を有する場合、差動モードのバランスは右端或いは左端にドレイン線を有する場合よりも崩れにくいが、ケーブル端末をコネクタやプリント基板に接続する際、芯線とドレイン線の引き出し箇所の高さが異なるため、ドレイン線の引き出し長が右端或いは左端にドレイン線を有する場合よりも長くなる。これにより、電気特性が劣化し、ドレイン線の接続作業の難易度も高くなる。

そこで、本発明の目的は、シールドと基板との電気的な接続を容易化し、半田接続作業時の絶縁体の変形及び溶融を防ぎ、伝送特性の劣化を防止できる接続構造、接続方法及び差動信号伝送用ケーブルを提供することにある。なお、本発明において、基板との接続は、直接に接続する場合のほかコネクタ等を介して接続する場合（すなわち直接の接続先はコネクタ等の場合）も含む。

本発明は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［１２］の接続構造、接続方法及び差動信号伝送用ケーブルを提供する。

［１］複数の差動信号伝送用ケーブルを、前記ケーブルの端部で露出されたシールドに載せられる本体部及び前記本体部に突出形成された１本以上の突起部を備える接続部材を介して基板に接続させた接続構造であって、
前記差動信号伝送用ケーブルは、前記差動信号伝送用ケーブルの幅方向に並ぶ一対の芯線と、前記一対の芯線を被覆する絶縁体と、前記絶縁体を被覆する前記シールドとを備え、
前記本体部は、前記シールドの外周に沿って湾曲する板状の部材からなり、各差動信号伝送用ケーブルの幅方向の中央付近に設けられた複数の開口を備え、
前記接続部材は、前記複数の開口に供給される半田により前記本体部を介して前記シールドと接続され、かつ、前記突起部を介して前記基板と接続されていることを特徴とする接続構造。
［２］前記複数の差動信号伝送用ケーブルは、ドレイン線を有さないことを特徴とする前記［１］に記載の接続構造。
［３］前記複数の差動信号伝送用ケーブルは、前記シールドを被覆するジャケットを備えることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の接続構造。
［４］前記接続部材は、２本以上の前記突起部を備えることを特徴とする前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の接続構造。
［５］前記接続部材は、前記複数の差動信号伝送用ケーブルの本数＋１本の前記突起部を備えることを特徴とする前記［１］乃至［４］の何れか１つに記載の接続構造。
［６］前記絶縁体は、前記一対の芯線の並び方向に長い楕円形状を有することを特徴とする前記［１］乃至［５］の何れか１つに記載の接続構造。
［７］前記接続部材は、金属材料からなることを特徴とする前記［１］乃至［５］の何れか１つに記載の接続構造。
［８］前記突起部は、隣り合う突起部の間隔が、前記ケーブルの横幅と同等の間隔となるように前記本体部から突出されたものであることを特徴とする前記［１］乃至［７］の何れか１つに記載の接続構造。
［９］前記突起部は、前記差動信号伝送用ケーブルの端部で露出された芯線と略平行方向に向かって前記本体部に突出形成されたものであることを特徴とする前記［１］乃至［８］の何れか１つに記載の接続構造。
［１０］前記突起部は、前記差動信号伝送用ケーブルの端部で露出された芯線と同じ高さになるように前記本体部に突出形成されたものであることを特徴とする前記［１］乃至［９］の何れか１つに記載の接続構造。
［１１］前記［１］乃至［１０］の何れか１つに記載の接続構造に用いられる前記接続部材を介して前記複数の差動信号伝送用ケーブルを前記基板へ接続する接続方法であって、
前記接続部材の前記本体部を前記複数の差動信号伝送用ケーブルの前記シールドへ載せた後、前記本体部の所定箇所に供給される半田により前記本体部を前記シールドに一括して固定することを特徴とする接続方法。
［１２］幅方向に並ぶ一対の芯線と、前記一対の芯線を被覆する絶縁体と、前記絶縁体を被覆するシールドとを備えた複数の差動信号伝送用ケーブルと、
前記複数の差動信号伝送用ケーブルの一端又は両端で露出された前記シールドに載せられる本体部及び前記本体部に突出形成された１本以上の突起部を備える接続部材と、を有する多芯差動信号伝送用ケーブルであって、
前記本体部は、前記シールドの外周に沿って湾曲する板状の部材からなり、各差動信号伝送用ケーブルの幅方向の中央付近に設けられた複数の開口を備え、
前記接続部材は、前記複数の開口に供給される半田により前記本体部を介して前記シールドと接続され、かつ、前記突起部を介して前記基板と接続されていることを特徴とする多芯差動信号伝送用ケーブル。

本発明によれば、シールドと基板との電気的な接続を容易化し、半田接続作業時の絶縁体の変形及び溶融を防ぎ、伝送特性の劣化を防止できる接続構造、接続方法及び差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端を示す斜視図である。 図１の右図におけるII−II線断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端（接続前）を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る接続構造に用いる接続部材の概略図である。

〔本発明の第１の実施の形態〕
（接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端を示す斜視図である。また、図２は、図１の右図におけるII−II線断面図である。

第１の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルは、ケーブル１０と、ケーブル１０の両端で露出されたシールド１３に接続された接続部材２０とを備える。接続部材２０を接続するのは、ケーブル１０の一端のみであってもよい（後述する第２〜４の実施の形態においても同様）。

ケーブル１０は、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示されるような、平行に並べられた一対の芯線１１と、一対の芯線１１を一括して被覆する絶縁体１２と、絶縁体１２を被覆するシールド１３と、シールド１３を被覆するジャケット１４とからなる差動信号伝送用ケーブルを使用できる。ケーブル１０は、接続部材２０を介して基板（図示なし）に接続される。接続部材２０を介してグランドを取ることができるため、ドレイン線を不要とすることができる。

芯線１１は、例えば、銅等の電気良導体の単線、この電気導体にメッキ等を施した単線である。

絶縁体１２は、例えば、誘電率、誘電正接の小さい材料を用いて形成される。この材料は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、発泡ポリエチレンや発泡テフロン（テフロンは登録商標である）等の発泡絶縁樹脂である。

図１に示されるように、一対の芯線１１を一括して被覆する絶縁体１２を用いる場合、絶縁体１２の断面形状は、一対の芯線１１の並び方向に長い楕円形状とすることが好ましい。また、一対の芯線１１の並び方向に対して平行な平坦部を有する扁平楕円形状とすることも好ましい。

シールド１３は、例えば、金属箔テープを絶縁体１２の周囲に螺旋状に巻き付けることで形成することができる。金属箔テープは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のプラスチックテープと銅箔やアルミ箔等の金属箔とを貼り合わせて形成される。

ジャケット１４は、シースとも称され、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素樹脂を用いて形成される。

接続部材２０は、ケーブル１０の端部で露出されたシールド１３に載せられた本体部２１及び本体部２１に突出形成された２本の突起部２２を備える。

接続部材２０は、本体部２１を介してシールド１３と接続され、かつ、突起部２２を介して基板と接続される。

本体部２１は、曲板状、平板状、棒状、テープ状等の種々の形状を取り得るが、図１に示すように、シールド１３の外周に沿って湾曲する板状の部材からなることが好ましい。これにより、シールド１３との接触面積が大きくなり、安定した状態でシールド１３に載せることができるため、半田による固定作業がし易くなる。

本体部２１の大きさは、特に限定されるものではなく、ケーブルの太さ等に合わせて適宜、調整して形成することができる。

接続部材２０は、本体部２１の所定箇所において半田３０によりシールド１３に固定される。所定箇所は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、本体部２１に設けられた開口２１Ａである。開口２１Ａは、図１に示すように、基板が接続される側とは逆側（図１において上側）におけるケーブル幅方向の略中央付近に設けられることが好ましい。ここでは、開口２１Ａを１つだけ設けたが、２つ以上設けても良い。２つ以上設ける場合には、ケーブル長手方向の中心線に対してケーブル幅方向に左右対称の位置に設けることが好ましい。

突起部２２は、１本、或いは３本以上とすることもできるが、本体部２１が載せられる差動信号伝送用ケーブル１０の本数（本実施例では１本）＋１本＝２本とすることが好ましく、図１に示されるように、ケーブル１０の幅方向の左端と右端の横に１本ずつの計２本であることが好ましい。すなわち、突起部２２は、隣り合う２本の突起部の間隔が、ケーブル１０の横幅と同等の間隔となるように本体部２１に突出形成されたものであることが伝送特性のバランスが取れる点で好ましい。

突起部２２は、図１に示されるように、ケーブル１０の端部で露出された芯線１１と略平行方向に向かって本体部２１からそれぞれ１本ずつ突出形成されていることが好ましい。突起部２２の形状は特に限定されるものではなく、丸棒状、角棒状等の種々の形状を取り得るが、容易に折れない強度を持つ形状とすることが望ましい。突起部２２の長さも特に限定されるものではなく、適宜、調整して形成可能である。

突起部２２は、図１に示されるように、ケーブル１０の端部で露出された芯線１１と同じ高さになるように突出形成されることが好ましい。同じ高さとすることにより、芯線１１を下向きに折り曲げる必要が無く、真っすぐのまま基板に接続できる点で好ましい。

接続部材２０の材料としては、特に限定されるものではないが、電気伝導性がある材料であればよく、ＳＵＳ、銅、銀、スズ、アルミといった金属材料を用いることができる。本体部２１と突起部２２は、同じ材料からなることが好ましい。

（接続構造の接続手順）
本発明の第１の実施の形態に係る接続構造の接続手順としては、図１に示される接続部材２０の本体部２１をシールド１３へ載せた後（図１の左図）、本体部２１に設けた開口２１Ａに供給される半田３０により本体部２１をシールド１３に固定する（図１の右図及び図２）。供給される半田３０の量は、図２に示されるように、開口２１Ａから半田が本体部２１の表面に適量溢れる程度が好ましい。その後、接続部材２０を半田３０で固定して接続済みのケーブル１０を、突起部２２の先端部分を基板と平行にして、半田付け等により基板に接続する。

または、接続部材２０の本体部２１をシールド１３へ載せた後、突起部２２の先端部分を基板に接続してから、本体部２１に設けた開口２１Ａに供給される半田３０により本体部２１をシールド１３に固定してもよい。

（本発明の第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）シールドと基板との電気的な接続を容易化し、半田接続作業時の絶縁体の変形及び溶融を防ぎ、伝送特性の劣化を防止できる接続構造、接続方法及び差動信号伝送用ケーブルを提供することができる。
（２）ドレイン線を不要とすることができるため、ドレイン線の引き出しに伴う電気特性劣化（接続部における特性インピーダンスのばらつきやスキュー特性の劣化など）を防止することができる。
（３）本体部に設けた開口において、少量の半田を点付けするだけで本体部をシールドに接続できるため、半田接続作業時の絶縁体の変形及び溶融を防ぐ効果が高い。
（４）接続部材に突起部を設けているため、シールドと基板との接続容易性はドレイン線を有する場合と同等である。
（５）半田を点付けする所定箇所を任意に決めることができ、伝送特性劣化への影響が小さい箇所で半田付けできるため、伝送特性の劣化を防ぐ効果が高い。

〔本発明の第２の実施の形態〕
（接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの構成）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端を示す斜視図である。

本発明の第２の実施の形態に係る接続部材１２０は、ケーブル１０の端部で露出されたシールド１３に載せられた本体部１２１及び本体部１２１に突出形成された２本の突起部１２２を備え、半田３０によりシールド１３に固定される本体部１２１の所定箇所が、本体部１２１に設けられた切り欠き１２１Ａである点で、所定箇所が本体部２１に設けられた開口２１Ａである上記第１の実施の形態と相違する。

切り欠き１２１Ａは、図３に示すように、基板が接続される側とは逆側（図３において上側）における、ケーブル長手方向の中心線に対してケーブル幅方向に左右対称の位置に１つずつ、計２つ設けられることが好ましい。ここでは、切り欠き１２１Ａを２つ設けたが、１つ、又は３つ以上設けても良い。１つ設ける場合には、ケーブル幅方向の略中央付近の位置に設けることが好ましい。

切り欠き１２１Ａの幅や長さは特に限定されるものではなく、半田を切り欠き１２１Ａに充填して接続部材１２０をシールド１３に固定できる程度であればよい。

その他の点は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（本発明の第２の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。ただし、前述の（３）における「開口」は「切り欠き」に読み替える。

〔本発明の第３の実施の形態〕
（接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの構成）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端（接続前）を示す斜視図である。

第３の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルは、並列した４本のケーブル１０と、各ケーブル１０の両端又は一端で露出されたシールド１３に接続された接続部材２２０とを備える。

接続部材２２０は、４本のケーブル１０の端部で露出されたシールド１３に載せられた本体部２２１及び本体部２２１に突出形成された５本の突起部２２２を備える。

接続部材２２０は、本体部２２１を介してシールド１３と接続され、かつ、突起部２２２を介して基板と接続される。

突起部２２２は、１〜４本、或いは６本以上とすることもできるが、本体部２２１が載せられる差動信号伝送用ケーブル１０の本数（本実施例では４本）＋１本＝５本とすることが好ましく、図４に示されるように、ケーブル１０の幅方向の最左端と最右端の横に１本ずつ、及びケーブル１０の各間に１本ずつの計５本であることが好ましい。すなわち、突起部２２２は、隣り合う２本の突起部の間隔が、ケーブル１０の横幅と同等の間隔となるように本体部２２１に突出形成されたものであることが伝送特性のバランスが取れる点で好ましい。また、ケーブル１０の各間に１本ずつ設けることで信号干渉を防止できる。

（接続構造の接続手順）
本発明の第３の実施の形態に係る接続構造の接続手順としては、図４に示される接続部材２２０の本体部２２１を４本のケーブル１０のシールド１３へ載せた後、本体部２１に設けた開口２２１Ａに供給される半田３０（４つの開口２２１Ａに一括供給できる糸状（棒状）或いは板状の半田）により本体部２２１をシールド１３にヒータツール４０を用いて固定する。その後、接続部材２２０を半田３０で固定して接続済みの４本のケーブル１０を、突起部２２２の先端部分を基板と平行にして、半田付け等により基板に接続する。

その他の点は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

なお、本実施の形態においては、並列するケーブル１０を４本としたが、２〜３本、或いは５本以上とすることもできる。この場合、各ケーブル１０間に本体部２２１から突起部２２２を突出形成することが望ましい。すなわち、接続部材は、ケーブル１０の本数＋１本の突起部を備えることが好ましい。

（本発明の第３の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
（２）多数のケーブル１０を同時に接続することが可能であり、作業性を向上することができ、かつ整線と一括接続の両方が可能となる。

〔本発明の第４の実施の形態〕
（接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの構成）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る接続構造に用いる差動信号伝送用ケーブルの一端を示す斜視図である。

本発明の第４の実施の形態に係る接続部材３２０は、ケーブル１０の端部で露出されたシールド１３に載せられた本体部３２１及び本体部３２１に突出形成された２本の突起部３２２を備え、半田３０によりシールド１３に固定される本体部３２１の所定箇所が、開口２１Ａや切り欠き１２１Ａではない点で、上記第１〜３の実施の形態と相違する。

本発明の第４の実施の形態に係る本体部３２１は、図５に示すように、基板が接続される側とは逆側（図５において上側）におけるケーブル幅方向の略中央付近において半田３０により固定されることが好ましい。本体部３２１は、半田３０を直接に熱溶融してシールド１３に本体部３２１を固定できるように、ケーブル長手方向の長さがシールド１３の露出部のケーブル長手方向の長さよりも短く形成されている。半田付けは、図５に示すように、本体部３２１を跨いでケーブル長手方向の両側で行なわれることが好ましいが、片側だけでもよい。なお、本実施の形態では、ケーブル幅方向の１箇所だけを固定したが、２箇所以上を固定しても良い。２箇所以上固定する場合には、ケーブル長手方向の中心線に対してケーブル幅方向に左右対称の位置で固定することが好ましい。

その他の点は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

（本発明の第４の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果（前述の（３）を除く）を奏する。

〔本発明のその他の実施の形態〕
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

１０：ケーブル（差動信号伝送用ケーブル）
１１：芯線、１２：絶縁体、１３：シールド、１４：ジャケット
２０，１２０，２２０，３２０：接続部材
２１，１２１，２２１，３２１：本体部
２１Ａ，２２１Ａ：開口
１２１Ａ：切り欠き
２２，１２２，２２２，３２２：突起部
３０：半田、４０：ヒータツール

Claims (12)

1. 複数の差動信号伝送用ケーブルを、前記ケーブルの端部で露出されたシールドに載せられる本体部及び前記本体部に突出形成された１本以上の突起部を備える接続部材を介して基板に接続させた接続構造であって、
   前記差動信号伝送用ケーブルは、前記差動信号伝送用ケーブルの幅方向に並ぶ一対の芯線と、前記一対の芯線を被覆する絶縁体と、前記絶縁体を被覆する前記シールドとを備え、
   前記本体部は、前記シールドの外周に沿って湾曲する板状の部材からなり、各差動信号伝送用ケーブルの幅方向の中央付近に設けられた複数の開口を備え、
   前記接続部材は、前記複数の開口に供給される半田により前記本体部を介して前記シールドと接続され、かつ、前記突起部を介して前記基板と接続されていることを特徴とする接続構造。
2. 前記複数の差動信号伝送用ケーブルは、ドレイン線を有さないことを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
3. 前記複数の差動信号伝送用ケーブルは、前記シールドを被覆するジャケットを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接続構造。
4. 前記接続部材は、２本以上の前記突起部を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の接続構造。
5. 前記接続部材は、前記複数の差動信号伝送用ケーブルの本数＋１本の前記突起部を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の接続構造。
6. 前記絶縁体は、前記一対の芯線の並び方向に長い楕円形状を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の接続構造。
7. 前記接続部材は、金属材料からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の接続構造。
8. 前記突起部は、隣り合う突起部の間隔が、前記ケーブルの横幅と同等の間隔となるように前記本体部から突出されたものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の接続構造。
9. 前記突起部は、前記差動信号伝送用ケーブルの端部で露出された芯線と略平行方向に向かって前記本体部に突出形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の接続構造。
10. 前記突起部は、前記差動信号伝送用ケーブルの端部で露出された芯線と同じ高さになるように前記本体部に突出形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の接続構造。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の接続構造に用いられる前記接続部材を介して前記複数の差動信号伝送用ケーブルを前記基板へ接続する接続方法であって、
    前記接続部材の前記本体部を前記複数の差動信号伝送用ケーブルの前記シールドへ載せた後、前記本体部の所定箇所に供給される半田により前記本体部を前記シールドに一括して固定することを特徴とする接続方法。
12. 幅方向に並ぶ一対の芯線と、前記一対の芯線を被覆する絶縁体と、前記絶縁体を被覆するシールドとを備えた複数の差動信号伝送用ケーブルと、
    前記複数の差動信号伝送用ケーブルの一端又は両端で露出された前記シールドに載せられる本体部及び前記本体部に突出形成された１本以上の突起部を備える接続部材と、を有する多芯差動信号伝送用ケーブルであって、
    前記本体部は、前記シールドの外周に沿って湾曲する板状の部材からなり、各差動信号伝送用ケーブルの幅方向の中央付近に設けられた複数の開口を備え、
    前記接続部材は、前記複数の開口に供給される半田により前記本体部を介して前記シールドと接続され、かつ、前記突起部を介して前記基板と接続されていることを特徴とする多芯差動信号伝送用ケーブル。

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