コネクタ、光伝送装置およびコネクタ接続方法
【課題】コネクタ接続時の伝送品質の向上を図る。
【解決手段】コネクタは、電極が設けられたシートと、シートの背面に位置するカバーとを備える。電極は、第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、第1の伝送路を第2の基板に接続し、第2の伝送路を第2の基板に接続する。また、第1の基板と第2の基板との接続時に、第1の伝送路と第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に電極が配置される。
【解決手段】コネクタは、電極が設けられたシートと、シートの背面に位置するカバーとを備える。電極は、第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、第1の伝送路を第2の基板に接続し、第2の伝送路を第2の基板に接続する。また、第1の基板と第2の基板との接続時に、第1の伝送路と第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に電極が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コネクタ、光伝送装置およびコネクタ接続方法に関し、電気的接続を行うコネクタ、光伝送を行う光伝送装置およびコネクタにより電気的接続を行うコネクタ接続方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトロニクス機器の実装設計において、プリント基板とデバイス間を、コネクタを介してフレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits)により信号接続することが広く行われている。
【0003】
フレキシブル基板は、柔軟性を持ったプリント基板であり、プリント基板の折り曲げが可能なことから、実装スペースの限られる携帯電話やデジタルカメラなどの小型製品に多用されている。
【0004】
一方、近年のエレクトロニクス機器では、小型軽量化、デバイスの薄型化が急速に進められ、半導体部品や受動部品などの微細化が進んでおり、高密度な実装が要求されている。
【0005】
このような状況の中で、プリント基板とフレキシブル基板との配線を接続するコネクタも多ピン化しており、コネクタ部の狭ピッチ化および広帯域化の要求が増加している。
従来技術として、伝導ノイズの抑制を図った配線回路基板が提案されている(特許文献1)。また、広帯域のフラットケーブル結合器が提案されている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009−38250号公報
【特許文献2】特開2005−044769号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、従来の狭ピッチ化されたコネクタを用いて、高速信号(例えば、25Gb/s以上)を伝送しようとすると、隣接チャネル間で漏話が生じ、伝送品質が劣化してしまうといった問題があった。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、漏話を抑制して伝送品質の向上を図ったコネクタを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、漏話を抑制して伝送品質の向上を図った光伝送装置を提供することである。
【0009】
さらに、本発明の他の目的は、漏話を抑制して伝送品質の向上を図ったコネクタ接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、コネクタが提供される。コネクタは、第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を第2の基板に接続する電極を備え、前記第2の基板への接続時、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に前記電極が配置される。
【発明の効果】
【0011】
コネクタ接続時の伝送品質の向上を図る。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】コネクタの構成例を示す図である。
【図2】コネクタの構成例を示す図である。
【図3】一般的なフレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。
【図4】高密度フレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。
【図5】図4をB方向から見た図である。
【図6】バンプの配置構成の一例を示す図である。
【図7】伝送路の接続状態を示す図である。
【図8】伝送路のモデル図である。
【図9】伝送路のモデル図である。
【図10】漏話が生じるときのバンプ配置を示す図である。
【図11】漏話が抑制される状態を説明するための図である。
【図12】漏話特性を示す図である。
【図13】漏話特性を示す図である。
【図14】光伝送装置の構成例を示す図である。
【図15】図14のC1−C2断面図である。
【図16】バンプ接続部分を示す図である。
【図17】バンプ接続部分を示す図である。
【図18】バンプ接続部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1、図2はコネクタの構成例を示す図である。図2は図1をA方向から見た図である。コネクタ1は、電極11が設けられたシート10と、シート10の背面に位置するカバー20とを備え、例えば、高周波信号の電気的接続を行う高周波コネクタである。
【0014】
電極11は、基板3(第1の基板)上で対となる、伝送路L1p(第1の伝送路)および伝送路L1n(第2の伝送路)に対し、伝送路L1pを基板4(第2の基板)に接続し、伝送路L1nを基板4に接続する。
【0015】
ここで、基板3から基板4への接続時に、伝送路L1pと伝送路L1nとのカップリング状態が保持される位置に電極11が配置される(詳細については図6以降で後述する)。
【0016】
次にコネクタ1を説明する前に、一般的なフレキシブル基板用コネクタと、狭ピッチ化された高密度フレキシブル基板用コネクタとにおける、それぞれのコネクタ接続について、図2〜図5を用いて説明する。
【0017】
図3は一般的なフレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。フレキシブル基板用コネクタ7を用いて、電子部品が搭載されるフレキシブル基板50をプリント基板60上に接続している状態を示している。
【0018】
フレキシブル基板50には、光素子52、電子部品(以下、IC(Integrated Circuit))53が実装されている。光素子52には、フレキシブル基板50に積層可能なシート状の光導波路(ポリマー導波路)6が接続される。また、フレキシブル基板50には、電極部であるパッド(PAD)51が縦1列に設けられており、IC53の端子と接続する。
【0019】
フレキシブル基板用コネクタ7もPAD51と同じ位置に電極が設けられており、フレキシブル基板用コネクタ7によって、フレキシブル基板50とプリント基板60との互いの配線が接続する。
【0020】
すなわち、フレキシブル基板50のPAD51と、プリント基板60の伝送ライン61とが接続される(なお、図では、フレキシブル基板用コネクタ7を透視化して、フレキシブル基板50のPAD51と、プリント基板60の伝送ライン61との接続状態を見えるように図示している)。
【0021】
信号の流れとして、例えば、光素子52を受光素子とした場合について説明する。ポリマー導波路6を通じて外部から伝送された光信号は、光素子52で受光されて光電流信号に変換される。IC53は、光電流信号を電気の電圧信号に変換して出力する。IC53から出力された電圧信号は、フレキシブル基板50上のPAD51を介して、プリント基板60上の伝送ライン61に接続される。
【0022】
なお、光信号を受信して高速伝送を行うために、IC53では差動伝送が行われる。すなわち、IC53は、1チャネルの信号に対して、1対の信号線を使って互いに逆位相となるP(positive)チャネルとN(negative)チャネルとの信号を用いた伝送を行う。
【0023】
ここで、ポリマー導波路6の光導波路のピッチが、0.25mmであるとする。一方、フレキシブル基板50のPAD51は縦1列に並べられ、またIC53では差動伝送が行われるために、IC53の端子とPAD51とを接続する場合は、図3に示すように、IC53の端子とPAD51とは、テーパ状に広がった配線接続となる。このため、PAD51のピッチ(プリント基板60の伝送ライン61のピッチと等しい)は0.5mmと広がる。
【0024】
例えば、4チャネル単位での信号伝送が行われるとすると、ポリマー導波路6の4チャネルに必要なピッチは1mm(=0.25mm×4)である。これに対し、フレキシブル基板50のPAD51に必要なピッチは、1チャネルにP、Nの2ピッチ用いるので、4mm(=0.5×2×4)となる。したがって、ピッチが4倍に広がることになり、フレキシブル基板用コネクタ7のコネクタ接続部分の実装面積が増加してしまうことになる。
【0025】
図4は高密度フレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。図5は図4をB方向から見た図である。高密度フレキシブル基板用コネクタ7aを用いて、電子部品が搭載されるフレキシブル基板50aをプリント基板60a上に接続している状態を示している(なお、図3ではフレキシブル基板上の搭載部品などを示したが、図4ではコネクタ接続部分のみを示している)。
【0026】
高密度フレキシブル基板用コネクタ7aは、バンプシート71と、カバー72を有している。バンプシート71は、フレキシブル基板50aのPAD51aとプリント基板60aのPAD61aとの接続を行うために、突起電極部(バンプ)71aが形成されている。また、バンプシート71上にカバー72が設けられる。
【0027】
フレキシブル基板50aには、基板両面にPAD51aが設けられ、基板両面のPAD51aは、スルーホールを通じて接続し、PAD51aには伝送ライン51a−1が接続する。
【0028】
プリント基板60aは、多層構造のサブストレートであり、基板片面に設けられたPAD61aは、スルーホールを通じて、基板表面および内挿されている所定の伝送ライン61a−1に接続する。
【0029】
高密度フレキシブル基板用コネクタ7aのバンプ71aは、図4に示すように、縦1列の配置形状ではなく、2次元に広がった(平面状に広がった)配置形状を有している。図4の例では、8行3列のバンプ71aの配置構成としている。
【0030】
フレキシブル基板50aとプリント基板60aとを接続する際には、まず、プリント基板60a上の複数のPAD61a上に、フレキシブル基板50aの複数のPAD51aが重ねられる。さらに、フレキシブル基板50aのPAD51a上に、バンプシート71のバンプ71aが重ねられる。
【0031】
そして、カバー72を上方から押し付けることで、高密度フレキシブル基板用コネクタ7aのバンプ71aと、フレキシブル基板50aのPAD51aと、プリント基板60aのPAD61aとが圧着する。
【0032】
これにより、フレキシブル基板50aのPAD51aと、プリント基板60aのPAD61aとが接続して、フレキシブル基板50aとプリント基板60aとのそれぞれの配線が接続する(なお、図4では、高密度フレキシブル基板用コネクタ7aを透視化して、フレキシブル基板50aのPAD51aと、プリント基板60aの伝送ライン61a−1との接続状態を見えるように図示している)。
【0033】
このような高密度フレキシブル基板用コネクタ7aを用いることにより、例えば、IC53の各端子を、高密度フレキシブル基板用コネクタ7aのバンプ71a(フレキシブル基板50aのPAD51a)に接続する際には、テーパ状に広がる形状とはならない。
【0034】
このため、IC53の端子とバンプ71a(PAD51a)間との配線接続に要する面積を狭めることができ、コネクタ接続部分の実装面積の増加を抑制して、縮小化することが可能になる。
【0035】
上記のようにバンプ71aを2次元に配置して狭ピッチ化すると、実装密度を向上させることができる。しかし、バンプ71aを単純に2次元に配置した場合では、高速信号(例えば、25Gb/s以上)を伝送しようとすると、隣接チャネル間で漏話が生じ、伝送品質が劣化してしまい、高速伝送を実現できなかった。
【0036】
コネクタ1は、このような点に鑑みてなされたものであり、狭ピッチ化の状態を維持したまま、漏話を抑制して伝送品質の向上を図るものである。
次にコネクタ1の電極11の配置構成について説明する。なお、以降では、電極11をバンプ11と呼ぶ。また、基板3は、例えば、フレキシブル基板に該当するので、フレキシブル基板3と呼ぶ。また、基板4は、例えば、プリント基板に該当するので、プリント基板4と呼ぶ。
【0037】
バンプ11は、図1で上述したように、フレキシブル基板3上で対となる、伝送路L1pおよび伝送路L1nに対し、伝送路L1pをプリント基板4に接続し、伝送路L1nをプリント基板4に接続する。この場合、フレキシブル基板3からプリント基板4への接続時に、伝送路L1pと伝送路L1nとのカップリング状態が保持される位置にバンプ11が配置される。
【0038】
図6はバンプ11の配置構成の一例を示す図である。バンプ11の2次元の配置面10aを格子状に区分した際、バンプ11を配置する配置箇所p1と、バンプ11を配置しない非配置箇所p2とを交互に並べて、配置箇所p1にバンプ11を配置するようにする。
【0039】
図7は伝送路の接続状態を示す図である。図6のように配置されたバンプ11を有するコネクタ1を介して、フレキシブル基板3上の伝送路は、プリント基板4上の伝送路と接続する。
【0040】
伝送路の接続状態について説明する。フレキシブル基板3上に、1対の伝送路L1p、L1nと、1対の伝送路L2p、L2nと、1対の伝送路L3p、L3nとが配線されている。
【0041】
伝送路L1pは、バンプ11−1aと接続し、伝送路L1nは、バンプ11−1bと接続する。伝送路L2pは、バンプ11−2aと接続し、伝送路L2nは、バンプ11−2bと接続する。伝送路L3pは、バンプ11−3aと接続し、伝送路L3nは、バンプ11−3bと接続する。
【0042】
また、プリント基板4には、1対の伝送路L1p−1、L1n−1と、1対の伝送路L2p−1、L2n−1と、1対の伝送路L3p−1、L3n−1とが配線されている。
このようなフレキシブル基板3とプリント基板4とが、コネクタ1の複数のバンプ11を通じて、互いの伝送路が配線接続する。すなわち、伝送路L1pは、バンプ11−1aを通じて、伝送路L1p−1と接続し、伝送路L1nは、バンプ11−1bを通じて、伝送路L1n−1と接続する。
【0043】
伝送路L2pは、バンプ11−2aを通じて、伝送路L2p−1と接続し、伝送路L2nは、バンプ11−2bを通じて、伝送路L2n−1と接続する。伝送路L3pは、バンプ11−3aを通じて、伝送路L3p−1と接続し、伝送路L3nは、バンプ11−3bを通じて、伝送路L3n−1と接続する。
【0044】
伝送路L1pと伝送路L1nを含むチャネルch1と、伝送路L2pと伝送路L2nを含むチャネルch2と、伝送路L3pと伝送路L3nを含むチャネルch3とでそれぞれ差動伝送が行われるとする。
【0045】
この場合、上記のようにフレキシブル基板3とプリント基板4とが、コネクタ1のバンプ11を通じて互いの伝送路が配線接続した場合、互いのチャネルch1〜ch3の間で、クロストークによる電磁界の漏れ込みが抑制された状態で、フレキシブル基板3とプリント基板4とが接続できる。すなわち、チャネル間の漏話発生を低減して接続することが可能になる(漏話が抑制される理由については図11で後述する)。
【0046】
次に漏話の発生現象について説明する。図8は伝送路のモデル図である。単一の伝送路8は、等価的には図に示すような、インダク(L)とキャパシタ(C)とを含む線路と見なされる。
【0047】
伝送路8は、電流が流れると磁界を生じ、磁界による電圧が生じるため、線路はインダクタンス(インダクタL1、L2、L3、・・・)を含む。GNDと線路の間にはキャパシタンス(キャパシタC1、C2、・・・)が存在する。(伝送路8は理想導体を示しており、実際には有限の抵抗を含む。)以降、無限長に渡って同様な接続構成が続く。
【0048】
一方、伝送路8は固有のインピーダンスを持ち、そのインピーダンスは特性インピーダンスと呼ばれる。伝送路8の単位長さ当たりの特性インピーダンスZは、Z=(L/C)1/2で表される。
【0049】
図9は伝送路のモデル図である。平行対の差動伝送路80のモデルを示している。単一の伝送路81は、等価的には図に示すような、インダク(L)とキャパシタ(C)とを含む線路と見なされる。伝送路81は、電流が流れると磁界を生じ、磁界による電圧が生じるため、線路はインダクタンス(インダクタL11、L12、L13、L14、・・・)を含む。GNDと線路の間にはキャパシタンス(キャパシタC11、C12、C13、・・・)が存在する。(伝送路81は理想導体を示しており、実際には有限の抵抗を含む。)以降、無限長に渡って同様な接続構成が続く。
【0050】
同様に、単一の伝送路82は、等価的には図に示すような、インダク(L)とキャパシタ(C)とを含む線路と見なされる。伝送路82は、電流が流れると磁界を生じ、磁界による電圧が生じるため、線路はインダクタンス(インダクタL21、L22、L23、L24、・・・)を含む。GNDと線路の間にはキャパシタンス(キャパシタC21、C22、C23、・・・)が存在する。(伝送路82は理想導体を示しており、実際には有限の抵抗を含む。)以降、無限長に渡って同様な接続構成が続く。
【0051】
そして、差動伝送路80は、単一の伝送路81と、単一の伝送路82との平行2線が、キャパシタC−1、C−2、C−3、・・・で等価的に結合(カップリング)された線路と見なせる。
【0052】
ここで、図8で示した伝送路8を2つ近接位置に並べて、互いに逆位相の信号を伝送させて差動伝送路を形成すると、図9に示した差動伝送路80のようなモデル構成となる。
伝送路81と伝送路82とで差動伝送を行うと、伝送路81に含まれていたキャパシタC11、C12、C13の容量が減少し、かつ伝送路82に含まれていたキャパシタC21、C22、C23の容量が減少する。
【0053】
そして、伝送路81と伝送路82との間に、あらたな容量成分としてキャパシタC−1、C−2、C−3が発生し、伝送路81と伝送路82とが、等価的にキャパシタC−1、C−2、C−3で結合した構成となる。このように、差動伝送路80では、一方の伝送路81と他方の伝送路82とがキャパシタC−1、C−2、C−3、・・・で結合した状態(カップリング状態)を形成する。
【0054】
無限に伸びる平行2線の任意の2点間の電圧を、その点における伝送中の電流で割った比率が特性インピーダンスである。したがって、このようなカップリング結合した状態で反射がないときは、任意の差動伝送路80の位置で、電圧と電流との比率が一定の実数となり、両伝送路間で特性インピーダンスが一定に保持され、正常な差動伝送が行われる。
【0055】
次に漏話が生じるときのバンプ配置について説明する。図10は漏話が生じるときのバンプ配置を示す図である。図4で上述したような、m行n列全体に渡ってバンプを2次元に配置した場合であって、図10では2次元配置の中の1つの列だけを図示している。
【0056】
フレキシブル基板50a上に、1対の伝送路L11p、L11nと、1対の伝送路L22p、L22nとが配線されている。伝送路L11p、L11nでチャネルch1aを形成し、伝送路L22p、L22nでチャネルch1bを形成する。
【0057】
また、伝送路L11pは、バンプ71a−1と接続し、伝送路L11nは、バンプ71a−2と接続する。伝送路L22pは、バンプ71a−3と接続し、伝送路L22nは、バンプ71a−4と接続する。さらに、プリント基板60aには、1対の伝送路L11p−1、L11n−1と、1対の伝送路L22p−1、L22n−1とが配線されている。
【0058】
このようなフレキシブル基板50aとプリント基板60aとが、バンプを通じて互いの伝送路の配線が接続する。すなわち、伝送路L11pは、バンプ71a−1を通じて、伝送路L11p−1と接続し、伝送路L11nは、バンプ71a−2を通じて、伝送路L11n−1と接続する。伝送路L22pは、バンプ71a−3を通じて、伝送路L22p−1と接続し、伝送路L22nは、バンプ71a−4を通じて、伝送路L22n−1と接続する。
【0059】
ここで、伝送路L11p、L11nを含むチャネルch1aのカップリング状態を見ていく。なお、領域r11は、フレキシブル基板50a上の伝送路L11p、L11nの配線箇所を示している。
【0060】
領域r12は、バンプ71a−1を通じての、フレキシブル基板50a上の伝送路L11pおよびプリント基板60a上の伝送路L11p−1の接続箇所と、バンプ71a−2を通じての、フレキシブル基板50a上の伝送路L11nおよびプリント基板60a上の伝送路L11n−1の接続箇所とを示している。
【0061】
領域r11では、伝送路L11pと伝送路L11nとのカップリング状態は保持される。しかし、領域r12では、バンプ71a−1とバンプ71a−2との間の距離が、領域r11における伝送路L11pと伝送路L11nとの線路間の距離よりも増加している。
【0062】
このため、このバンプ接続部分において、伝送路L11pと伝送路L11nとのカップリング結合が切れてしまい、領域r11のカップリング状態が保持できなくなる。
すなわち、領域r11では、伝送路L11p、L11nでは、カップリング状態を保ちながら差動伝送されてくるが、領域r12のバンプ71a−1、41a−2の接続部分において、伝送路L11pと伝送路L11n間の距離と、バンプ71a−1とバンプ71a−2間の距離とに差が生じている。
【0063】
バンプ71a−1の中心位置とバンプ71a−2の中心位置との間の距離は、狭ピッチ化した場合でも0.5mm以上である。このため、伝送路L11p、L11n間でカップリング状態を保持する一定の距離間を保ちながら信号が伝送されていても、バンプ接続部分において、伝送路L11p、L11n間の距離が0.5mm以上離れてしまうことによって、カップリング結合が切れやすくなり、カップリング状態が保持できなくなる。
【0064】
カップリング結合が切れると、差動伝送路を形成する2本の伝送路の相互の容量の不平衡が生じ、一方のチャネルの信号が、他方のチャネルの信号に漏れ込みやすくなり、チャネル間で遠端漏話が生じやすくなる。
【0065】
次にコネクタ1を用いた配線接続を行うことで漏話を抑制できる理由について説明する。図11は漏話が抑制される状態を説明するための図である。コネクタ1のバンプ配置構成を示しており、図7の配置構成と同じである。
【0066】
チャネルch1の領域r1〜r5におけるカップリング状態を見ていく。なお、領域r1は、フレキシブル基板3上の伝送路L1p、L1nの配線箇所を示している。
領域r2は、フレキシブル基板3上の伝送路L1pの配線箇所と、バンプ11−1bを通じての、フレキシブル基板3上の伝送路L1nおよびプリント基板4上の伝送路L1n−1の接続箇所とを示している。
【0067】
領域r3は、フレキシブル基板3上の伝送路L1pの配線箇所と、プリント基板4上の伝送路L1n−1の配線箇所とを示している。領域r4は、バンプ11−1aを通じての、フレキシブル基板3上の伝送路L1pおよびプリント基板4上の伝送路L1p−1の接続箇所と、プリント基板4上の伝送路L1n−1の配線箇所とを示している。領域r5は、プリント基板4上の伝送路L1p−1、L1n−1の配線箇所を示している。
【0068】
まず、領域r1では、伝送路L1pと伝送路L1nとのカップリング状態は保持される。領域r2では、伝送路L1pとバンプ11−1bの中心位置との間の距離は、領域r1における伝送路L1pと伝送路L1nとの線路間の距離にほぼ等しい。このため、領域r2のバンプ接続部分においても、前段の領域r1におけるカップリング状態を保持している。
【0069】
領域r3では、伝送路L1pと伝送路L1n−1との線路間の距離は、領域r2における伝送路L1pとバンプ11−1bの中心位置との間の距離にほぼ等しい。このため、領域r3においても、前段の領域r2におけるカップリング状態を保持している。
【0070】
領域r4では、バンプ11−1aの中心位置と伝送路L1n−1との間の距離は、領域r3における伝送路L1pと伝送路L1n−1との線路間の距離にほぼ等しい。このため、領域r4のバンプ接続部分においても、前段の領域r3におけるカップリング状態を保持している。
【0071】
領域r5では、伝送路L1p−1と伝送路L1n−1との線路間の距離は、領域r4におけるバンプ11−1aの中心位置と伝送路L1n−1との間の距離にほぼ等しい。このため、領域r5においても、前段の領域r4におけるカップリング状態を保持している。
【0072】
このように、コネクタ1のバンプ配置構成では、フレキシブル基板3とプリント基板4との接続時においても、差動伝送路の対となる伝送路のカップリング状態が一定に保持されることになる。
【0073】
図12、図13は漏話特性を示す図である。縦軸は漏話信号レベル(dB)、横軸は周波数(GHz)である。図12は図10で上述したバンプ配置(従来の2次元配置)で配線接続したときに測定した漏話特性である。図13は図11で上述したバンプ配置(本技術の2次元配置)で配線接続したときに測定した漏話特性である。
【0074】
差動伝送路に40GHzの高速信号を伝送させたとき、図12の漏話信号レベルは−12dB程度であり、図13の漏話信号レベルは−28dBとなっており、漏話信号の減衰量が増加している(漏れ込み量が少ない)。すなわち、図11で上述したバンプ配置で配線接続したとき、漏話特性の改善が図られていることがわかる。
【0075】
以上説明したように、コネクタ1では、フレキシブル基板3とプリント基板4との接続時に、差動伝送路の対となる一方の伝送路と他方の伝送路とのカップリング状態が保持される位置にバンプを配置する構成とした。
【0076】
これにより、フレキシブル基板3とプリント基板4とを接続するときのバンプ接続部分においても、差動伝送路の線路間の距離が一定に保たれるので、カップリング状態を保持したまま、配線接続することができる。このため、漏話の発生を抑制することができるので、コネクタ接続時の伝送品質の向上を図り、高品質な高速信号伝送を行うことが可能になる。
【0077】
次にコネクタ1の装置適用例として、光インターコネクトで用いられる光伝送装置について説明する。光インターコネクトとは、半導体チップ内部の回路間やコンピュータ内部の部品間、コンピュータ間等で、短い距離のデータ伝送を光によって行う通信の総称である。光インターコネクトは、従来の銅配線等による電気通信に対して、より広帯域・低消費電力を実現できる。
【0078】
図14は光伝送装置の構成例を示す図である。図15は図14のC1−C2断面図である。光伝送装置1aは、フレキシブル基板3とコネクタ1とを含み、光伝送処理として、例えば、光送受信と、O/EまたはE/O変換とを行う装置である。図では、フレキシブル基板3が、コネクタ1によってプリント基板4に接続されている状態を示している。
【0079】
フレキシブル基板3には、光伝送処理部として、例えば、発光素子31(例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser))、受光素子32(例えば、PD(Photodiode))、V/I変換機能を有するドライバであるIC33およびI/V変換機能有して、トランスインピーダンス増幅を行うIC34が実装されている。また、発光素子31および受光素子32には、フレキシブル基板3に積層可能なシート状の光導波路であるポリマー導波路3aが接続される。
【0080】
なお、IC33、34とプリント基板4との間の伝送では、差動伝送が行われる。したがって、IC33、34では、1チャネルの信号に対して、1対の信号線を使って互いに逆位相となるP(positive)チャネルとN(negative)チャネルとの信号を用いた伝送を行う。
【0081】
一方、コネクタ1は、シート10とカバー20とを備える。シート10には、図6、図7で上述したような、2次元配置でバンプ11が形成されており、フレキシブル基板3の位置合わせを正確に行うと同時に、相手接続側のプリント基板4または電子部品との間で確実な接続を行う。なお、シート10自体は、絶縁材質で作られており、シート10の片面側に金属性のバンプ11が装着される。
【0082】
また、バンプ11が装着されていないシート10の背面側に、均一に圧力を加える薄い板状のカバー20が位置し、カバー20には着脱可能なフック21−1、21−2の機構が設けられている。コネクタ接続時には、フック21−1、21−2によって、プリント基板4に設けられたガイド穴g1、g2と機械的にロックする。
【0083】
フレキシブル基板3とプリント基板4とが接続する場合、まず、プリント基板4上の複数のPAD上に、フレキシブル基板3の複数のPADが重ねられる。さらに、フレキシブル基板3のPAD上に、シート10上に形成しているバンプ11が重ねられる。
【0084】
そして、カバー20を上方から押し付けることで、コネクタ1のバンプ11と、フレキシブル基板3のPADと、プリント基板4のPADとが圧着する。これにより、フレキシブル基板3のPADと、プリント基板4のPADとが接続して、フレキシブル基板3とプリント基板4とのそれぞれの配線が接続する(なお、図14では、コネクタ1を透視化して、バンプ11を通じて、フレキシブル基板3上の伝送ラインと、プリント基板4上の伝送ラインとの接続状態を見えるように図示している)。
【0085】
信号の流れとして、プリント基板4から伝送された電気信号は、コネクタ1のバンプ11を介してフレキシブル基板3上のIC33で受信される。IC33は、V/I変換を行って、電圧信号を電流信号に変換する。発光素子31は、E/O変換を行って、IC33から出力された電流信号を光信号に変換する。光信号はポリマー導波路3aを通じて外部へ出力される。
【0086】
一方、ポリマー導波路3aを通じて伝送された光信号は、受光素子32で受光されて光電流信号に変換される。IC34は、光電流信号を電圧信号に変換して出力する。IC34から出力された電圧信号は、コネクタ1のバンプ11を介して、プリント基板4上の伝送ラインに接続される。
【0087】
次にバンプ接続部分のバリエーションについて説明する。図16〜図18はバンプ接続部分を示す図である。図16は、フレキシブル基板3およびプリント基板4にスルーホールを設けた場合である。図17は、フレキシブル基板3にスルーホールを設け、プリント基板4には、スルーホールの金属箔メッキのない切り穴を設けた場合である。図18は、フレキシブル基板3にスルーホールを設け、プリント基板4にはスルーホールも切り穴も設けていない場合である。
【0088】
図16〜図18におけるバンプ接続では、いずれの場合も、プリント基板4のPADにフレキシブル基板3のPADが重なり、フレキシブル基板3のPAD上にバンプ11が重ねられて、カバー20の上方から押圧される。これにより、フレキシブル基板3上の伝送ラインと、プリント基板4上の伝送ラインが導通する。
【0089】
ここで、図16に示すように、フレキシブル基板3にスルーホールを設け、プリント基板4にスルーホールを設けてバンプ接続することにより、フレキシブル基板3とプリント基板4とのコンタクト性は向上する。
【0090】
一方、図17のように、プリント基板4の接続箇所を切り穴にした場合や、図18のようにフレキシブル基板3のみにスルーホールを設けた場合では、信号線ランド径を小さくすることができるので、高周波特性を向上させることができる。また、オープンスタブ(主伝送路から枝分かれして、先端がオープンなマイクロストリップライン)の形成を抑制することができるので、スタブによる特性劣化も低減することが可能になる。
【0091】
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
【符号の説明】
【0092】
1 コネクタ
3、4 基板
10 シート
11 電極
20 カバー
L1p、L1n 伝送路
【技術分野】
【0001】
本発明は、コネクタ、光伝送装置およびコネクタ接続方法に関し、電気的接続を行うコネクタ、光伝送を行う光伝送装置およびコネクタにより電気的接続を行うコネクタ接続方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトロニクス機器の実装設計において、プリント基板とデバイス間を、コネクタを介してフレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits)により信号接続することが広く行われている。
【0003】
フレキシブル基板は、柔軟性を持ったプリント基板であり、プリント基板の折り曲げが可能なことから、実装スペースの限られる携帯電話やデジタルカメラなどの小型製品に多用されている。
【0004】
一方、近年のエレクトロニクス機器では、小型軽量化、デバイスの薄型化が急速に進められ、半導体部品や受動部品などの微細化が進んでおり、高密度な実装が要求されている。
【0005】
このような状況の中で、プリント基板とフレキシブル基板との配線を接続するコネクタも多ピン化しており、コネクタ部の狭ピッチ化および広帯域化の要求が増加している。
従来技術として、伝導ノイズの抑制を図った配線回路基板が提案されている(特許文献1)。また、広帯域のフラットケーブル結合器が提案されている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009−38250号公報
【特許文献2】特開2005−044769号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、従来の狭ピッチ化されたコネクタを用いて、高速信号(例えば、25Gb/s以上)を伝送しようとすると、隣接チャネル間で漏話が生じ、伝送品質が劣化してしまうといった問題があった。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、漏話を抑制して伝送品質の向上を図ったコネクタを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、漏話を抑制して伝送品質の向上を図った光伝送装置を提供することである。
【0009】
さらに、本発明の他の目的は、漏話を抑制して伝送品質の向上を図ったコネクタ接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、コネクタが提供される。コネクタは、第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を第2の基板に接続する電極を備え、前記第2の基板への接続時、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に前記電極が配置される。
【発明の効果】
【0011】
コネクタ接続時の伝送品質の向上を図る。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】コネクタの構成例を示す図である。
【図2】コネクタの構成例を示す図である。
【図3】一般的なフレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。
【図4】高密度フレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。
【図5】図4をB方向から見た図である。
【図6】バンプの配置構成の一例を示す図である。
【図7】伝送路の接続状態を示す図である。
【図8】伝送路のモデル図である。
【図9】伝送路のモデル図である。
【図10】漏話が生じるときのバンプ配置を示す図である。
【図11】漏話が抑制される状態を説明するための図である。
【図12】漏話特性を示す図である。
【図13】漏話特性を示す図である。
【図14】光伝送装置の構成例を示す図である。
【図15】図14のC1−C2断面図である。
【図16】バンプ接続部分を示す図である。
【図17】バンプ接続部分を示す図である。
【図18】バンプ接続部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1、図2はコネクタの構成例を示す図である。図2は図1をA方向から見た図である。コネクタ1は、電極11が設けられたシート10と、シート10の背面に位置するカバー20とを備え、例えば、高周波信号の電気的接続を行う高周波コネクタである。
【0014】
電極11は、基板3(第1の基板)上で対となる、伝送路L1p(第1の伝送路)および伝送路L1n(第2の伝送路)に対し、伝送路L1pを基板4(第2の基板)に接続し、伝送路L1nを基板4に接続する。
【0015】
ここで、基板3から基板4への接続時に、伝送路L1pと伝送路L1nとのカップリング状態が保持される位置に電極11が配置される(詳細については図6以降で後述する)。
【0016】
次にコネクタ1を説明する前に、一般的なフレキシブル基板用コネクタと、狭ピッチ化された高密度フレキシブル基板用コネクタとにおける、それぞれのコネクタ接続について、図2〜図5を用いて説明する。
【0017】
図3は一般的なフレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。フレキシブル基板用コネクタ7を用いて、電子部品が搭載されるフレキシブル基板50をプリント基板60上に接続している状態を示している。
【0018】
フレキシブル基板50には、光素子52、電子部品(以下、IC(Integrated Circuit))53が実装されている。光素子52には、フレキシブル基板50に積層可能なシート状の光導波路(ポリマー導波路)6が接続される。また、フレキシブル基板50には、電極部であるパッド(PAD)51が縦1列に設けられており、IC53の端子と接続する。
【0019】
フレキシブル基板用コネクタ7もPAD51と同じ位置に電極が設けられており、フレキシブル基板用コネクタ7によって、フレキシブル基板50とプリント基板60との互いの配線が接続する。
【0020】
すなわち、フレキシブル基板50のPAD51と、プリント基板60の伝送ライン61とが接続される(なお、図では、フレキシブル基板用コネクタ7を透視化して、フレキシブル基板50のPAD51と、プリント基板60の伝送ライン61との接続状態を見えるように図示している)。
【0021】
信号の流れとして、例えば、光素子52を受光素子とした場合について説明する。ポリマー導波路6を通じて外部から伝送された光信号は、光素子52で受光されて光電流信号に変換される。IC53は、光電流信号を電気の電圧信号に変換して出力する。IC53から出力された電圧信号は、フレキシブル基板50上のPAD51を介して、プリント基板60上の伝送ライン61に接続される。
【0022】
なお、光信号を受信して高速伝送を行うために、IC53では差動伝送が行われる。すなわち、IC53は、1チャネルの信号に対して、1対の信号線を使って互いに逆位相となるP(positive)チャネルとN(negative)チャネルとの信号を用いた伝送を行う。
【0023】
ここで、ポリマー導波路6の光導波路のピッチが、0.25mmであるとする。一方、フレキシブル基板50のPAD51は縦1列に並べられ、またIC53では差動伝送が行われるために、IC53の端子とPAD51とを接続する場合は、図3に示すように、IC53の端子とPAD51とは、テーパ状に広がった配線接続となる。このため、PAD51のピッチ(プリント基板60の伝送ライン61のピッチと等しい)は0.5mmと広がる。
【0024】
例えば、4チャネル単位での信号伝送が行われるとすると、ポリマー導波路6の4チャネルに必要なピッチは1mm(=0.25mm×4)である。これに対し、フレキシブル基板50のPAD51に必要なピッチは、1チャネルにP、Nの2ピッチ用いるので、4mm(=0.5×2×4)となる。したがって、ピッチが4倍に広がることになり、フレキシブル基板用コネクタ7のコネクタ接続部分の実装面積が増加してしまうことになる。
【0025】
図4は高密度フレキシブル基板用コネクタの接続の一例を示す図である。図5は図4をB方向から見た図である。高密度フレキシブル基板用コネクタ7aを用いて、電子部品が搭載されるフレキシブル基板50aをプリント基板60a上に接続している状態を示している(なお、図3ではフレキシブル基板上の搭載部品などを示したが、図4ではコネクタ接続部分のみを示している)。
【0026】
高密度フレキシブル基板用コネクタ7aは、バンプシート71と、カバー72を有している。バンプシート71は、フレキシブル基板50aのPAD51aとプリント基板60aのPAD61aとの接続を行うために、突起電極部(バンプ)71aが形成されている。また、バンプシート71上にカバー72が設けられる。
【0027】
フレキシブル基板50aには、基板両面にPAD51aが設けられ、基板両面のPAD51aは、スルーホールを通じて接続し、PAD51aには伝送ライン51a−1が接続する。
【0028】
プリント基板60aは、多層構造のサブストレートであり、基板片面に設けられたPAD61aは、スルーホールを通じて、基板表面および内挿されている所定の伝送ライン61a−1に接続する。
【0029】
高密度フレキシブル基板用コネクタ7aのバンプ71aは、図4に示すように、縦1列の配置形状ではなく、2次元に広がった(平面状に広がった)配置形状を有している。図4の例では、8行3列のバンプ71aの配置構成としている。
【0030】
フレキシブル基板50aとプリント基板60aとを接続する際には、まず、プリント基板60a上の複数のPAD61a上に、フレキシブル基板50aの複数のPAD51aが重ねられる。さらに、フレキシブル基板50aのPAD51a上に、バンプシート71のバンプ71aが重ねられる。
【0031】
そして、カバー72を上方から押し付けることで、高密度フレキシブル基板用コネクタ7aのバンプ71aと、フレキシブル基板50aのPAD51aと、プリント基板60aのPAD61aとが圧着する。
【0032】
これにより、フレキシブル基板50aのPAD51aと、プリント基板60aのPAD61aとが接続して、フレキシブル基板50aとプリント基板60aとのそれぞれの配線が接続する(なお、図4では、高密度フレキシブル基板用コネクタ7aを透視化して、フレキシブル基板50aのPAD51aと、プリント基板60aの伝送ライン61a−1との接続状態を見えるように図示している)。
【0033】
このような高密度フレキシブル基板用コネクタ7aを用いることにより、例えば、IC53の各端子を、高密度フレキシブル基板用コネクタ7aのバンプ71a(フレキシブル基板50aのPAD51a)に接続する際には、テーパ状に広がる形状とはならない。
【0034】
このため、IC53の端子とバンプ71a(PAD51a)間との配線接続に要する面積を狭めることができ、コネクタ接続部分の実装面積の増加を抑制して、縮小化することが可能になる。
【0035】
上記のようにバンプ71aを2次元に配置して狭ピッチ化すると、実装密度を向上させることができる。しかし、バンプ71aを単純に2次元に配置した場合では、高速信号(例えば、25Gb/s以上)を伝送しようとすると、隣接チャネル間で漏話が生じ、伝送品質が劣化してしまい、高速伝送を実現できなかった。
【0036】
コネクタ1は、このような点に鑑みてなされたものであり、狭ピッチ化の状態を維持したまま、漏話を抑制して伝送品質の向上を図るものである。
次にコネクタ1の電極11の配置構成について説明する。なお、以降では、電極11をバンプ11と呼ぶ。また、基板3は、例えば、フレキシブル基板に該当するので、フレキシブル基板3と呼ぶ。また、基板4は、例えば、プリント基板に該当するので、プリント基板4と呼ぶ。
【0037】
バンプ11は、図1で上述したように、フレキシブル基板3上で対となる、伝送路L1pおよび伝送路L1nに対し、伝送路L1pをプリント基板4に接続し、伝送路L1nをプリント基板4に接続する。この場合、フレキシブル基板3からプリント基板4への接続時に、伝送路L1pと伝送路L1nとのカップリング状態が保持される位置にバンプ11が配置される。
【0038】
図6はバンプ11の配置構成の一例を示す図である。バンプ11の2次元の配置面10aを格子状に区分した際、バンプ11を配置する配置箇所p1と、バンプ11を配置しない非配置箇所p2とを交互に並べて、配置箇所p1にバンプ11を配置するようにする。
【0039】
図7は伝送路の接続状態を示す図である。図6のように配置されたバンプ11を有するコネクタ1を介して、フレキシブル基板3上の伝送路は、プリント基板4上の伝送路と接続する。
【0040】
伝送路の接続状態について説明する。フレキシブル基板3上に、1対の伝送路L1p、L1nと、1対の伝送路L2p、L2nと、1対の伝送路L3p、L3nとが配線されている。
【0041】
伝送路L1pは、バンプ11−1aと接続し、伝送路L1nは、バンプ11−1bと接続する。伝送路L2pは、バンプ11−2aと接続し、伝送路L2nは、バンプ11−2bと接続する。伝送路L3pは、バンプ11−3aと接続し、伝送路L3nは、バンプ11−3bと接続する。
【0042】
また、プリント基板4には、1対の伝送路L1p−1、L1n−1と、1対の伝送路L2p−1、L2n−1と、1対の伝送路L3p−1、L3n−1とが配線されている。
このようなフレキシブル基板3とプリント基板4とが、コネクタ1の複数のバンプ11を通じて、互いの伝送路が配線接続する。すなわち、伝送路L1pは、バンプ11−1aを通じて、伝送路L1p−1と接続し、伝送路L1nは、バンプ11−1bを通じて、伝送路L1n−1と接続する。
【0043】
伝送路L2pは、バンプ11−2aを通じて、伝送路L2p−1と接続し、伝送路L2nは、バンプ11−2bを通じて、伝送路L2n−1と接続する。伝送路L3pは、バンプ11−3aを通じて、伝送路L3p−1と接続し、伝送路L3nは、バンプ11−3bを通じて、伝送路L3n−1と接続する。
【0044】
伝送路L1pと伝送路L1nを含むチャネルch1と、伝送路L2pと伝送路L2nを含むチャネルch2と、伝送路L3pと伝送路L3nを含むチャネルch3とでそれぞれ差動伝送が行われるとする。
【0045】
この場合、上記のようにフレキシブル基板3とプリント基板4とが、コネクタ1のバンプ11を通じて互いの伝送路が配線接続した場合、互いのチャネルch1〜ch3の間で、クロストークによる電磁界の漏れ込みが抑制された状態で、フレキシブル基板3とプリント基板4とが接続できる。すなわち、チャネル間の漏話発生を低減して接続することが可能になる(漏話が抑制される理由については図11で後述する)。
【0046】
次に漏話の発生現象について説明する。図8は伝送路のモデル図である。単一の伝送路8は、等価的には図に示すような、インダク(L)とキャパシタ(C)とを含む線路と見なされる。
【0047】
伝送路8は、電流が流れると磁界を生じ、磁界による電圧が生じるため、線路はインダクタンス(インダクタL1、L2、L3、・・・)を含む。GNDと線路の間にはキャパシタンス(キャパシタC1、C2、・・・)が存在する。(伝送路8は理想導体を示しており、実際には有限の抵抗を含む。)以降、無限長に渡って同様な接続構成が続く。
【0048】
一方、伝送路8は固有のインピーダンスを持ち、そのインピーダンスは特性インピーダンスと呼ばれる。伝送路8の単位長さ当たりの特性インピーダンスZは、Z=(L/C)1/2で表される。
【0049】
図9は伝送路のモデル図である。平行対の差動伝送路80のモデルを示している。単一の伝送路81は、等価的には図に示すような、インダク(L)とキャパシタ(C)とを含む線路と見なされる。伝送路81は、電流が流れると磁界を生じ、磁界による電圧が生じるため、線路はインダクタンス(インダクタL11、L12、L13、L14、・・・)を含む。GNDと線路の間にはキャパシタンス(キャパシタC11、C12、C13、・・・)が存在する。(伝送路81は理想導体を示しており、実際には有限の抵抗を含む。)以降、無限長に渡って同様な接続構成が続く。
【0050】
同様に、単一の伝送路82は、等価的には図に示すような、インダク(L)とキャパシタ(C)とを含む線路と見なされる。伝送路82は、電流が流れると磁界を生じ、磁界による電圧が生じるため、線路はインダクタンス(インダクタL21、L22、L23、L24、・・・)を含む。GNDと線路の間にはキャパシタンス(キャパシタC21、C22、C23、・・・)が存在する。(伝送路82は理想導体を示しており、実際には有限の抵抗を含む。)以降、無限長に渡って同様な接続構成が続く。
【0051】
そして、差動伝送路80は、単一の伝送路81と、単一の伝送路82との平行2線が、キャパシタC−1、C−2、C−3、・・・で等価的に結合(カップリング)された線路と見なせる。
【0052】
ここで、図8で示した伝送路8を2つ近接位置に並べて、互いに逆位相の信号を伝送させて差動伝送路を形成すると、図9に示した差動伝送路80のようなモデル構成となる。
伝送路81と伝送路82とで差動伝送を行うと、伝送路81に含まれていたキャパシタC11、C12、C13の容量が減少し、かつ伝送路82に含まれていたキャパシタC21、C22、C23の容量が減少する。
【0053】
そして、伝送路81と伝送路82との間に、あらたな容量成分としてキャパシタC−1、C−2、C−3が発生し、伝送路81と伝送路82とが、等価的にキャパシタC−1、C−2、C−3で結合した構成となる。このように、差動伝送路80では、一方の伝送路81と他方の伝送路82とがキャパシタC−1、C−2、C−3、・・・で結合した状態(カップリング状態)を形成する。
【0054】
無限に伸びる平行2線の任意の2点間の電圧を、その点における伝送中の電流で割った比率が特性インピーダンスである。したがって、このようなカップリング結合した状態で反射がないときは、任意の差動伝送路80の位置で、電圧と電流との比率が一定の実数となり、両伝送路間で特性インピーダンスが一定に保持され、正常な差動伝送が行われる。
【0055】
次に漏話が生じるときのバンプ配置について説明する。図10は漏話が生じるときのバンプ配置を示す図である。図4で上述したような、m行n列全体に渡ってバンプを2次元に配置した場合であって、図10では2次元配置の中の1つの列だけを図示している。
【0056】
フレキシブル基板50a上に、1対の伝送路L11p、L11nと、1対の伝送路L22p、L22nとが配線されている。伝送路L11p、L11nでチャネルch1aを形成し、伝送路L22p、L22nでチャネルch1bを形成する。
【0057】
また、伝送路L11pは、バンプ71a−1と接続し、伝送路L11nは、バンプ71a−2と接続する。伝送路L22pは、バンプ71a−3と接続し、伝送路L22nは、バンプ71a−4と接続する。さらに、プリント基板60aには、1対の伝送路L11p−1、L11n−1と、1対の伝送路L22p−1、L22n−1とが配線されている。
【0058】
このようなフレキシブル基板50aとプリント基板60aとが、バンプを通じて互いの伝送路の配線が接続する。すなわち、伝送路L11pは、バンプ71a−1を通じて、伝送路L11p−1と接続し、伝送路L11nは、バンプ71a−2を通じて、伝送路L11n−1と接続する。伝送路L22pは、バンプ71a−3を通じて、伝送路L22p−1と接続し、伝送路L22nは、バンプ71a−4を通じて、伝送路L22n−1と接続する。
【0059】
ここで、伝送路L11p、L11nを含むチャネルch1aのカップリング状態を見ていく。なお、領域r11は、フレキシブル基板50a上の伝送路L11p、L11nの配線箇所を示している。
【0060】
領域r12は、バンプ71a−1を通じての、フレキシブル基板50a上の伝送路L11pおよびプリント基板60a上の伝送路L11p−1の接続箇所と、バンプ71a−2を通じての、フレキシブル基板50a上の伝送路L11nおよびプリント基板60a上の伝送路L11n−1の接続箇所とを示している。
【0061】
領域r11では、伝送路L11pと伝送路L11nとのカップリング状態は保持される。しかし、領域r12では、バンプ71a−1とバンプ71a−2との間の距離が、領域r11における伝送路L11pと伝送路L11nとの線路間の距離よりも増加している。
【0062】
このため、このバンプ接続部分において、伝送路L11pと伝送路L11nとのカップリング結合が切れてしまい、領域r11のカップリング状態が保持できなくなる。
すなわち、領域r11では、伝送路L11p、L11nでは、カップリング状態を保ちながら差動伝送されてくるが、領域r12のバンプ71a−1、41a−2の接続部分において、伝送路L11pと伝送路L11n間の距離と、バンプ71a−1とバンプ71a−2間の距離とに差が生じている。
【0063】
バンプ71a−1の中心位置とバンプ71a−2の中心位置との間の距離は、狭ピッチ化した場合でも0.5mm以上である。このため、伝送路L11p、L11n間でカップリング状態を保持する一定の距離間を保ちながら信号が伝送されていても、バンプ接続部分において、伝送路L11p、L11n間の距離が0.5mm以上離れてしまうことによって、カップリング結合が切れやすくなり、カップリング状態が保持できなくなる。
【0064】
カップリング結合が切れると、差動伝送路を形成する2本の伝送路の相互の容量の不平衡が生じ、一方のチャネルの信号が、他方のチャネルの信号に漏れ込みやすくなり、チャネル間で遠端漏話が生じやすくなる。
【0065】
次にコネクタ1を用いた配線接続を行うことで漏話を抑制できる理由について説明する。図11は漏話が抑制される状態を説明するための図である。コネクタ1のバンプ配置構成を示しており、図7の配置構成と同じである。
【0066】
チャネルch1の領域r1〜r5におけるカップリング状態を見ていく。なお、領域r1は、フレキシブル基板3上の伝送路L1p、L1nの配線箇所を示している。
領域r2は、フレキシブル基板3上の伝送路L1pの配線箇所と、バンプ11−1bを通じての、フレキシブル基板3上の伝送路L1nおよびプリント基板4上の伝送路L1n−1の接続箇所とを示している。
【0067】
領域r3は、フレキシブル基板3上の伝送路L1pの配線箇所と、プリント基板4上の伝送路L1n−1の配線箇所とを示している。領域r4は、バンプ11−1aを通じての、フレキシブル基板3上の伝送路L1pおよびプリント基板4上の伝送路L1p−1の接続箇所と、プリント基板4上の伝送路L1n−1の配線箇所とを示している。領域r5は、プリント基板4上の伝送路L1p−1、L1n−1の配線箇所を示している。
【0068】
まず、領域r1では、伝送路L1pと伝送路L1nとのカップリング状態は保持される。領域r2では、伝送路L1pとバンプ11−1bの中心位置との間の距離は、領域r1における伝送路L1pと伝送路L1nとの線路間の距離にほぼ等しい。このため、領域r2のバンプ接続部分においても、前段の領域r1におけるカップリング状態を保持している。
【0069】
領域r3では、伝送路L1pと伝送路L1n−1との線路間の距離は、領域r2における伝送路L1pとバンプ11−1bの中心位置との間の距離にほぼ等しい。このため、領域r3においても、前段の領域r2におけるカップリング状態を保持している。
【0070】
領域r4では、バンプ11−1aの中心位置と伝送路L1n−1との間の距離は、領域r3における伝送路L1pと伝送路L1n−1との線路間の距離にほぼ等しい。このため、領域r4のバンプ接続部分においても、前段の領域r3におけるカップリング状態を保持している。
【0071】
領域r5では、伝送路L1p−1と伝送路L1n−1との線路間の距離は、領域r4におけるバンプ11−1aの中心位置と伝送路L1n−1との間の距離にほぼ等しい。このため、領域r5においても、前段の領域r4におけるカップリング状態を保持している。
【0072】
このように、コネクタ1のバンプ配置構成では、フレキシブル基板3とプリント基板4との接続時においても、差動伝送路の対となる伝送路のカップリング状態が一定に保持されることになる。
【0073】
図12、図13は漏話特性を示す図である。縦軸は漏話信号レベル(dB)、横軸は周波数(GHz)である。図12は図10で上述したバンプ配置(従来の2次元配置)で配線接続したときに測定した漏話特性である。図13は図11で上述したバンプ配置(本技術の2次元配置)で配線接続したときに測定した漏話特性である。
【0074】
差動伝送路に40GHzの高速信号を伝送させたとき、図12の漏話信号レベルは−12dB程度であり、図13の漏話信号レベルは−28dBとなっており、漏話信号の減衰量が増加している(漏れ込み量が少ない)。すなわち、図11で上述したバンプ配置で配線接続したとき、漏話特性の改善が図られていることがわかる。
【0075】
以上説明したように、コネクタ1では、フレキシブル基板3とプリント基板4との接続時に、差動伝送路の対となる一方の伝送路と他方の伝送路とのカップリング状態が保持される位置にバンプを配置する構成とした。
【0076】
これにより、フレキシブル基板3とプリント基板4とを接続するときのバンプ接続部分においても、差動伝送路の線路間の距離が一定に保たれるので、カップリング状態を保持したまま、配線接続することができる。このため、漏話の発生を抑制することができるので、コネクタ接続時の伝送品質の向上を図り、高品質な高速信号伝送を行うことが可能になる。
【0077】
次にコネクタ1の装置適用例として、光インターコネクトで用いられる光伝送装置について説明する。光インターコネクトとは、半導体チップ内部の回路間やコンピュータ内部の部品間、コンピュータ間等で、短い距離のデータ伝送を光によって行う通信の総称である。光インターコネクトは、従来の銅配線等による電気通信に対して、より広帯域・低消費電力を実現できる。
【0078】
図14は光伝送装置の構成例を示す図である。図15は図14のC1−C2断面図である。光伝送装置1aは、フレキシブル基板3とコネクタ1とを含み、光伝送処理として、例えば、光送受信と、O/EまたはE/O変換とを行う装置である。図では、フレキシブル基板3が、コネクタ1によってプリント基板4に接続されている状態を示している。
【0079】
フレキシブル基板3には、光伝送処理部として、例えば、発光素子31(例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser))、受光素子32(例えば、PD(Photodiode))、V/I変換機能を有するドライバであるIC33およびI/V変換機能有して、トランスインピーダンス増幅を行うIC34が実装されている。また、発光素子31および受光素子32には、フレキシブル基板3に積層可能なシート状の光導波路であるポリマー導波路3aが接続される。
【0080】
なお、IC33、34とプリント基板4との間の伝送では、差動伝送が行われる。したがって、IC33、34では、1チャネルの信号に対して、1対の信号線を使って互いに逆位相となるP(positive)チャネルとN(negative)チャネルとの信号を用いた伝送を行う。
【0081】
一方、コネクタ1は、シート10とカバー20とを備える。シート10には、図6、図7で上述したような、2次元配置でバンプ11が形成されており、フレキシブル基板3の位置合わせを正確に行うと同時に、相手接続側のプリント基板4または電子部品との間で確実な接続を行う。なお、シート10自体は、絶縁材質で作られており、シート10の片面側に金属性のバンプ11が装着される。
【0082】
また、バンプ11が装着されていないシート10の背面側に、均一に圧力を加える薄い板状のカバー20が位置し、カバー20には着脱可能なフック21−1、21−2の機構が設けられている。コネクタ接続時には、フック21−1、21−2によって、プリント基板4に設けられたガイド穴g1、g2と機械的にロックする。
【0083】
フレキシブル基板3とプリント基板4とが接続する場合、まず、プリント基板4上の複数のPAD上に、フレキシブル基板3の複数のPADが重ねられる。さらに、フレキシブル基板3のPAD上に、シート10上に形成しているバンプ11が重ねられる。
【0084】
そして、カバー20を上方から押し付けることで、コネクタ1のバンプ11と、フレキシブル基板3のPADと、プリント基板4のPADとが圧着する。これにより、フレキシブル基板3のPADと、プリント基板4のPADとが接続して、フレキシブル基板3とプリント基板4とのそれぞれの配線が接続する(なお、図14では、コネクタ1を透視化して、バンプ11を通じて、フレキシブル基板3上の伝送ラインと、プリント基板4上の伝送ラインとの接続状態を見えるように図示している)。
【0085】
信号の流れとして、プリント基板4から伝送された電気信号は、コネクタ1のバンプ11を介してフレキシブル基板3上のIC33で受信される。IC33は、V/I変換を行って、電圧信号を電流信号に変換する。発光素子31は、E/O変換を行って、IC33から出力された電流信号を光信号に変換する。光信号はポリマー導波路3aを通じて外部へ出力される。
【0086】
一方、ポリマー導波路3aを通じて伝送された光信号は、受光素子32で受光されて光電流信号に変換される。IC34は、光電流信号を電圧信号に変換して出力する。IC34から出力された電圧信号は、コネクタ1のバンプ11を介して、プリント基板4上の伝送ラインに接続される。
【0087】
次にバンプ接続部分のバリエーションについて説明する。図16〜図18はバンプ接続部分を示す図である。図16は、フレキシブル基板3およびプリント基板4にスルーホールを設けた場合である。図17は、フレキシブル基板3にスルーホールを設け、プリント基板4には、スルーホールの金属箔メッキのない切り穴を設けた場合である。図18は、フレキシブル基板3にスルーホールを設け、プリント基板4にはスルーホールも切り穴も設けていない場合である。
【0088】
図16〜図18におけるバンプ接続では、いずれの場合も、プリント基板4のPADにフレキシブル基板3のPADが重なり、フレキシブル基板3のPAD上にバンプ11が重ねられて、カバー20の上方から押圧される。これにより、フレキシブル基板3上の伝送ラインと、プリント基板4上の伝送ラインが導通する。
【0089】
ここで、図16に示すように、フレキシブル基板3にスルーホールを設け、プリント基板4にスルーホールを設けてバンプ接続することにより、フレキシブル基板3とプリント基板4とのコンタクト性は向上する。
【0090】
一方、図17のように、プリント基板4の接続箇所を切り穴にした場合や、図18のようにフレキシブル基板3のみにスルーホールを設けた場合では、信号線ランド径を小さくすることができるので、高周波特性を向上させることができる。また、オープンスタブ(主伝送路から枝分かれして、先端がオープンなマイクロストリップライン)の形成を抑制することができるので、スタブによる特性劣化も低減することが可能になる。
【0091】
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
【符号の説明】
【0092】
1 コネクタ
3、4 基板
10 シート
11 電極
20 カバー
L1p、L1n 伝送路
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を第2の基板に接続する電極を備え、
前記第2の基板への接続時、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に前記電極が配置されることを特徴とするコネクタ。
【請求項2】
前記電極を配置する配置箇所と、前記電極を配置しない非配置箇所とが交互に並んだ格子状の電極配置とすることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
【請求項3】
複数の前記電極が装着されたシートと、接続相手側の前記第2の基板にフックして、前記シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるカバーと、を備えることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
【請求項4】
光伝送装置において、
光信号の伝送処理を行う光伝送処理部が実装された基板と、
前記基板上で対となり、前記光伝送処理部と接続する第1の伝送路および第2の伝送路に対し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を相手側基板に接続する電極を備え、前記相手側基板への接続時、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に前記電極が配置されるコネクタと、
を有することを特徴とする光伝送装置。
【請求項5】
前記コネクタは、前記電極を配置する配置箇所と、前記電極を配置しない非配置箇所とが交互に並んだ格子状の電極配置を有することを特徴とする請求項4記載の光伝送装置。
【請求項6】
前記コネクタは、複数の前記電極が装着されたシートと、前記相手側基板にフックして、前記シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるカバーと、を備えることを特徴とする請求項4記載の光伝送装置。
【請求項7】
コネクタ接続方法において、
第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、
前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を第2の基板に接続するための電極を、前記第2の基板への接続時に、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に配置し、
前記電極を備えたコネクタによって接続を行う、
ことを特徴とするコネクタ接続方法。
【請求項8】
前記電極を配置する配置箇所と、前記電極を配置しない非配置箇所とが交互に並んだ格子状の電極配置とすることを特徴とする請求項7記載のコネクタ接続方法。
【請求項1】
第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を第2の基板に接続する電極を備え、
前記第2の基板への接続時、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に前記電極が配置されることを特徴とするコネクタ。
【請求項2】
前記電極を配置する配置箇所と、前記電極を配置しない非配置箇所とが交互に並んだ格子状の電極配置とすることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
【請求項3】
複数の前記電極が装着されたシートと、接続相手側の前記第2の基板にフックして、前記シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるカバーと、を備えることを特徴とする請求項1記載のコネクタ。
【請求項4】
光伝送装置において、
光信号の伝送処理を行う光伝送処理部が実装された基板と、
前記基板上で対となり、前記光伝送処理部と接続する第1の伝送路および第2の伝送路に対し、前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を相手側基板に接続する電極を備え、前記相手側基板への接続時、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に前記電極が配置されるコネクタと、
を有することを特徴とする光伝送装置。
【請求項5】
前記コネクタは、前記電極を配置する配置箇所と、前記電極を配置しない非配置箇所とが交互に並んだ格子状の電極配置を有することを特徴とする請求項4記載の光伝送装置。
【請求項6】
前記コネクタは、複数の前記電極が装着されたシートと、前記相手側基板にフックして、前記シートの背面から前記電極に均一に圧力を加えるカバーと、を備えることを特徴とする請求項4記載の光伝送装置。
【請求項7】
コネクタ接続方法において、
第1の基板上で対となる、第1の伝送路および第2の伝送路に対し、
前記第1の伝送路および前記第2の伝送路を第2の基板に接続するための電極を、前記第2の基板への接続時に、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路とのカップリング状態が保持される位置に配置し、
前記電極を備えたコネクタによって接続を行う、
ことを特徴とするコネクタ接続方法。
【請求項8】
前記電極を配置する配置箇所と、前記電極を配置しない非配置箇所とが交互に並んだ格子状の電極配置とすることを特徴とする請求項7記載のコネクタ接続方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公開番号】特開2012−59537(P2012−59537A)
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−201531(P2010−201531)
【出願日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【出願人】(000005223)富士通株式会社 (25,993)
【Fターム(参考)】
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