JP4980201B2 - 基板間コネクタ - Google Patents

Description

この発明は複数のプリント回路基板を互いに接続する基板間コネクタに関するものである。

従来、プリント回路基板において電磁ノイズが所定の信号に及ぼす悪影響を低減するために、グランド層にスリットを設けることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、電磁ノイズが所定の信号に及ぼす悪影響を低減するために、所定の信号をガードするグランドパターンを設けることが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平６−８５４０８（２頁右段５０行〜３頁左段４行、図１） 特開２００４−３０３８１２（４頁４０行〜４３行、図１）

しかしながら、プリント回路基板のグランド層にスリットを設けると、グランド層のインピーダンスが増大し、リターン電流経路の確保が困難になる。また、スリットを横切る信号は、スリット部でインピーダンスのミスマッチにより、反射を起こし、信号波形品質が低下するという問題点もあった。さらに、プリント回路基板内部の信号から別の信号へのクロストークを低減することはできるが、プリント回路基板への静電気ノイズなどの外来電磁ノイズに対しては必ずしも効果がない。

また、信号をガードするグランドパターンを設けたプリント回路基板にあっては、グランドパターンにより配線領域が減少してしまうという不都合があった。さらに、電磁ノイズの影響を受け易い基板間コネクタ部に対しては対策が無い。

従ってこの発明の目的は、プリント回路基板へ外来電磁ノイズが進入しても、信号伝送品質を維持できる基板間コネクタを得ることである。

この発明によれば、信号ピン、電源ピンおよびグランドピンを含むピンアレイを持ち、複数のプリント回路基板間を接続する平型の基板間コネクタにおいて、上記グランドピンおよび上記電源ピンが、上記ピンアレイの長さ方向のいずれか一端部に、全ての上記信号ピンより上記ピンアレイの長さ方向の外側に位置するように配置されていることを特徴とする基板間コネクタが得られる。

この発明の基板間コネクタの構成によれば、グランドピンおよび電源ピンが、ピンアレイの端部に配置されているので、高周波成分（数ｋＨｚ以上）を含んだ外来電磁ノイズがプリント回路基板に進入しても、信号配線に誘起する電磁ノイズを最小限にでき、外来電磁ノイズに対して信号品質を保つことができる。

また、この発明の基板間コネクタの構成によれば、ヘッダコネクタのピンアレイを囲むハウジングの少なくともいずれか一端部に取付られ、第１のプリント回路基板のグランド層あるいは電源層に接続された導電性のヘッダ接触片と、レセプタコネクタのピンアレイを囲むハウジングの少なくともいずれか一端部に取付られ、第２のプリント回路基板のグランド層あるいは電源層に接続され、ヘッダコネクタが連結されたときにヘッダ接触片に接触して電気的に接続される導電性のレセプタ接触片とを備えているので、グランドピンあるいは電源ピンをピンアレイの端部に配置する必要がなくなるため、コネクタピンの配置の自由度が増大するとともに、グランドピンおよび電源ピンの数を少なくできる。

実施の形態１．
図１は、第１のプリント回路基板（ドータカード）１と第２のプリント回路基板（マザーボード）２とを、本発明の実施の形態１による平型の基板間コネクタ３によって互いに接続した電気回路システムを概略斜視図で示してある。図２はこの発明の基板間コネクタ３のヘッダコネクタ４とそのピンアレイを示す概略図であり、図３はこの発明の基板間コネクタ３のレセプタコネクタ６とそのピンアレイを示す概略図である。

第１のプリント回路基板１は、プリント配線による電子回路９と、電子回路９に搭載された半導体装置１０とを備えている。第１のプリント回路基板１にはまた、プリント回路基板１の一つの角部（縁部）に取り付けられて電子回路９に接続された外部インターフェイス用のコネクタ１１が設けられており、プリント回路基板１の一つの辺の縁部には、上述の基板間コネクタ３のヘッダコネクタ４が取り付けられていて、電子回路９に接続されている。コネクタ１１の位置は図示の例に限定されない。

ヘッダコネクタ４は、図２に示すように、電子回路９に接続されて第１のプリント回路基板１の縁部に沿って配列された信号ピン１２、電源ピン１３およびグランドピン１４を含むピンアレイ１５と、第１のプリント回路基板１の縁部に沿って固着されて、ピンアレイ１５を囲んで支持するヘッダハウジング１６とを備えている。

同様に、第２のプリント回路基板２は、プリント配線による電子回路１９と、電子回路１９に搭載された半導体装置２０とを備えている。第２のプリント回路基板２にはまた、絶縁基板１８の一主面に取り付けられて電子回路１９に接続された基板間コネクタ３のレセプタコネクタ６が取り付けられている。

レセプタコネクタ６は、図３に示すように、電子回路１９に接続されて第２のプリント回路基板２の一辺に平行に配列された信号ピン２２、電源ピン２３およびグランドピン２４を含むピンアレイ２５と、第２のプリント回路基板２に固着されて、ピンアレイ２５を囲んで支持するレセプタハウジング２６とを備えている。

このように構成された基板間コネクタ３は、第１のプリント回路基板１と第２のプリント回路基板２とを互いに接続しており、それぞれの回路基板の半導体装置１０、２０を持つ電子回路９、１９の信号線同士、グランド層同士および電源層同士をそれぞれ信号ピン１２、２２、グランドピン１４、２４および電源ピン１３、２３によって接続している。一般的にプリント回路基板のグランド層および電源層は、プリント回路基板にほぼ全面に亘って設けてあり、インピーダンスを小さくしてある。

図２および３に良く示されているように、この発明の基板間コネクタ３においては、電源ピン１３、２３およびグランドピン１４、２４が、ピンアレイ１５、２５の端部Ｅに配置されている。すなわち、ピンアレイ１５、２５のピンは、信号ピン１２、２２、電源ピン１３、２３およびグランドピン１４、２４を含んでいて、プリント回路基板１、２の縁部に沿って長く２列に配列されているが、この長いピンアレイ１５、２５の長さ方向の外側の、図で右側の領域を第１端部Ｅ１と定義し、図で左側の領域を第２端部Ｅ２と定義し、第１端部Ｅ１と第２端部Ｅ２との間の中間の領域を中央部Ｃと定義する。図示の例においては、第１端部Ｅ１に２本のグランドピン１４、２４および２本の電源ピン１３、２３が配置されていて、第２端部Ｅ２に２本のグランドピン１４、２４および２本の電源ピン１３、２３が配置されていて、中央部Ｃに２０本の信号ピン１２、２２が配置されている。

信号ピン１２、２２の位置のうち、ノイズの影響が充分に小さくなる位置（図示の例では中央部あるいは電源ピン１３、２３あるいはグランドピン１４、２４から最も遠い位置には、信号ピン１２、２２のうちで最もノイズの影響を受けやすい高速信号、例えば数Ｍｂｐｓ以上の高速信号用の信号ピン２７が配置されている。この構成により、ノイズの影響を受けやすい信号ピンおよび信号を電磁ノイズからより確実に保護することができる。

図２および３に示す例ではピン総数は４８で２４本ピンからなる列が二列になって配置されていて、中央部Ｃには信号ピン１２、２２が２０本配置され、第１および第２の端部Ｅ１およびＥ２の内側には電源ピン１３、２３が２本ずつ配置され、第１および第２の端部Ｅ１およびＥ２の外側にはグランドピン１４、２４が２本ずつ配置されている。しかしながら、第１および第２端部Ｅ１、Ｅ２および中央部Ｃの範囲の大きさおよびそれぞれの範囲内に配置されるピンの列および数はこの基板間コネクタを用いる対象の電子回路に応じて任意に選択することができる。

このように図１〜４に示す例では、グランドピン１４、２４および電源ピン１３、２３が、複数のピンからなるピンアレイ１５、２５の両端部Ｅ１、Ｅ２に対称に振り分け配置されている。

このように、この発明によれば、信号ピン１２、２２、電源ピン１３、２３およびグランドピン１４、２４を含み、プリント回路基板１、２の縁部に沿って配列されたピンアレイ１５、２５を持ち、第１のプリント回路基板１と第２のプリント回路基板２との間を接続する平型の基板間コネクタにおいて、電源ピン１３、２３およびグランドピン１４、２４が、それぞれのピンアレイ１５、２５の端部Ｅ１、Ｅ２に配置されている。

このような構成によれば、高周波成分（数ｋＨｚ以上）を含んだ外来電磁ノイズ（例えば、静電気ノイズ）がプリント回路基板１あるいは２に進入した場合、例えば、第１のプリント回路基板１の外部インターフェイス用のコネクタ１１から電磁ノイズが入ってきた場合、そのノイズ電流は、インピーダンスが低いグランド層および電源層へ結合し、エッジ特異性により第１のプリント回路基板１のグランド層および電源層の端を伝搬して、基板間コネクタ３に伝えられる。このとき基板間コネクタ３の電源ピン１３、２３およびグランドピン１４、２４は、コネクタ端であるピンアレイ１５、２５の端部Ｅ１、Ｅ２に配置されているため、グランドピン１４、２４および電源ピン１３、２３より内側へ伝搬するノイズ電流を低減することができ、外来電磁ノイズに対して信号品質を保つことができる。

実施の形態２．
図４には基板間コネクタ３のヘッダコネクタ４の各種のピンの配置を変更したピンアレイ２８を示してある。レセプタコネクタのピンアレイも、図２と図３の関係と同様に、ピンアレイ２８に対応して同様の配置にされているのでここには図示しない。

このピンアレイ２８の例では、中央部Ｃには信号ピン１２が２０本配置され、第１および第２の端部Ｅ１およびＥ２の内側にはグランドピン１４、２４が２本ずつ配置され、第１および第２の端部Ｅ１およびＥ２の外側には電源ピン１３、２３が２本ずつ配置されている。またノイズの影響を受けやすい信号線用の信号ピン２７が最も影響を受けにくい例えば中央に近い位置に配置されている。このピンアレイ２８においても、グランドピン１４および電源ピン１３が、複数のピンからなるピンアレイ２８の両端部Ｅ１、Ｅ２に対称に振り分け配置されている。

実施の形態３．
図５に示すように、例えば外部インターフェイス用のコネクタ２９が第１のプリント回路基板１の１辺の縁部の基板間コネクタ３に近い位置に設けられていて、高周波成分（数ｋＨｚ以上）を含んだ外来電磁ノイズ（例えば、静電気ノイズ）が基板間コネクタ３の近くの外部インターフェイス用のコネクタ２９から入ってくることがある。このような場合には、図６に示すように、ヘッダコネクタ４における基板間コネクタ３の電源ピン１３およびグランドピン１４を外部インターフェイス用コネクタ２９に近い側の端部だけに配置したピンアレイ３０にすればよい。このピンアレイ３０においては、信号ピン１２が配置された中央部Ｃの外側の外部インターフェイス用のコネクタ２９に近い側の端部Ｅ２内に電源ピン１３が配置され、そのさらに外側の端部Ｅ１内にグランドピン１４が配置されている。図７は図６に示すヘッダコネクタ４に対応したピンアレイ３１を持つレセプタコネクタ６を示す図である。

このような、グランドピン１４および電源ピン１３が、複数のピンで構成されたピンアレイ１５、２５の外部インターフェイス用のコネクタ２９に近い側のいずれか一端部Ｅ１、Ｅ２に配置されている構成によれば、基板間コネクタ３の電源ピン１３およびグランドピン１４を片側のみに配置すればよいため、基板間コネクタピンの電源ピン１３およびグランドピン１４の数を少なくでき、基板間コネクタピン配置の自由度が増大する。

このような構成においては、高周波成分（数ｋＨｚ以上）を含んだ外来電磁ノイズ（例えば、静電気ノイズ）が基板間コネクタ３の近くから第１のプリント回路基板（ドータカード）１へ入ってきた場合、そのノイズ電流は、インピーダンスが低いグランド層および電源層へ結合し、エッジ特異性により第１のプリント回路基板１のグランド層および電源層の端を伝搬する。このとき外来ノイズの進入位置から遠い側の基板間コネクタ３へ伝搬するノイズ電流は、伝送損失により十分小さくなり、外来ノイズの進入位置から近い側の基板間コネクタ３へ伝搬するノイズ電流が信号品質に与える影響が支配的になる。このときグランドピン１４および電源ピン１３は、電磁ノイズが入ってくる側のコネクタ端に配置されているため、グランドピン１４および電源ピン１３よりも内側に伝搬するノイズ電流を低減することができ、グランドピン１４および電源ピン１３よりも内側にある信号ピン１２、２２などのコネクタピンに誘起されるノイズ電流を低減でき、外来電磁ノイズに対して信号品質を保つことができる。

なおこの例においても、基板間コネクタ３の配列は２列としたが、ピンの列数や一列内のピンの数はこれに限るものではない。また、グランドピン１４および電源ピン１３のピン数を増やすことにより、よりグランドピン１４および電源ピン１３より内側にあるコネクタピンに誘起されるノイズ電流を低減でき、外来電磁ノイズに対して信号品質をより向上することができる。

実施の形態４．
また、図８に示すピンアレイ３２においては、ヘッダコネクタ４における基板間コネクタ３の電源ピン１３およびグランドピン１４を外部インターフェイス用コネクタ２９に近い側の端部だけに配置する場合、信号ピン１２が配置された中央部Ｃの外側の外部インターフェイス用のコネクタ２９に近い側の端部Ｅ２内にグランドピン１４を配置し、そのさらに外側の端部Ｅ１内に電源ピン１３が配置されている。

実施の形態５．
図９に示す基板間コネクタ３３においては、第１のプリント回路基板１に取り付けられるヘッダコネクタ３４と第２のプリント回路基板２に取り付けられたレセプタコネクタ３６とを備えている。ヘッダコネクタ３４はヘッダハウジング３５と、ヘッダハウジング３５によって支持された各種コネクタピン３７と、ヘッダハウジング３５の両端部に設けられ、第１のプリント回路基板１のグランド層あるいは電源層に接続された導電材であるヘッダ接触片３８とを備えている。レセプタコネクタ３６は、レセプタハウジング３９と、レセプタハウジング３９によって支持された各種コネクタピン（図示してない）と、レセプタハウジング３９の両端部に設けられ、第２のプリント回路基板２のグランド層あるいは電源層に接続された導電材であるレセプタ接触片４０とを備えている。

このような基板間コネクタ３３のヘッダコネクタ３４とレセプタコネクタ３６とが結合されたときには、それぞれのコネクタピン３７が接続されるのは勿論、ヘッダハウジング３５上に設けた導電材のヘッダ接触片３８がレセプタハウジング３９上に設けた導電材であるレセプタ接触片４０に接触して互いに電気的に接続される。

これら接触片３８、４０も、図５に示すような、例えば外部インターフェイス用コネクタ２９がプリント回路基板１の一側縁にだけ設けられているような電子回路システムに用いる場合には、外来電磁ノイズの進入する側の端部にだけ設けることができる。

このような接触片３８、４０を用いた構成によれば、ノイズ電流は導電性の接触片３８、４０を流れ、コネクタピン３７に誘起されるノイズ電流を低減でき、信号品質を保つことができるとともに、先に説明した実施の形態におけるようにグランドピン１４および電源ピン１３をピンアレイの端部Ｅ１あるいはＥ２に配置する必要なくなるため、信号ピン１２、電源ピン１３、グランドピン１４のピン配置の自由度が増大するとともに、グランドピン１４および電源ピン１３の数を少なくすることができる。

また、図９に示す接触片３８、４０と図２〜８に示す様々なピンアレイとを組合せて用いることにより、ノイズ電流の低減および信号品質の維持という点でさらなる効果が得られる。

以上に説明した実施の形態においては、２枚の基板が垂直に配置されているため、基板間コネクタが基板の縁部に設けられているが、例えば２枚の基板を平行に配置して互いに接続する場合には、基板間コネクタは基板の中央部分などの縁部ではない部分に配置されることもある。本発明はこのような場合にも適用できて、先に説明したのと同様の効果が得られる。なお、この明細書において発明を実施するための最良の形態として説明した実施の形態は、この発明を実施する場合の具体例を示すものであって、発明を限定するものではない。また様々な実施の形態の特徴を適宜組み合わせて実施することもできる。

本発明の実施の形態１による基板間コネクタを用いた電気回路システムを示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による基板間コネクタのヘッダコネクタのピンアレイを示す概略図である。 本発明の実施の形態１による基板間コネクタのレセプタコネクタのピンアレイを示す概略図である。 本発明の実施の形態２による基板間コネクタのヘッダコネクタのピンアレイを示す概略図である。 本発明の実施の形態３による基板間コネクタを用いた電気回路システムを示す斜視図である。 本発明の実施の形態３による基板間コネクタのヘッダコネクタのピンアレイを示す概略図である。 本発明の実施の形態３による基板間コネクタのレセプタコネクタのピンアレイを示す概略図である。 本発明の実施の形態４による基板間コネクタのヘッダコネクタのピンアレイを示す概略図である。 本発明の実施の形態５による基板間コネクタを示す概略斜視図である。

符号の説明

１ 第１のプリント回路基板、２ 第２のプリント回路基板、３ 基板間コネクタ、４ ヘッダコネクタ、６ レセプタコネクタ、１２ 信号ピン、１３ 電源ピン、１４ グランドピン、１５、２５、２８、３０、３１、３２ ピンアレイ、１６、２６、３５、３９ ハウジング、３８、４０ ヘッダ接触片。

Claims (2)

1. 信号ピン、電源ピンおよびグランドピンを含むピンアレイを持ち、複数のプリント回路基板間を接続する平型の基板間コネクタにおいて、
   上記グランドピンおよび上記電源ピンが、上記ピンアレイの長さ方向のいずれか一端部に、上記ピンアレイの長さ方向について、全ての上記信号ピンより外側に位置するように配置されていることを特徴とする基板間コネクタ。
2. 上記グランドピンおよび上記電源ピンが配置された上記ピンアレイの長さ方向の一端部とは別の一端部にも、上記グランドピンおよび上記電源ピンが、上記ピンアレイの長さ方向について、全ての上記信号ピンより外側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板間コネクタ。

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