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JP2006032270A - 電気コネクタ - Google Patents

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JP2006032270A JP2004213024A JP2004213024A JP2006032270A JP 2006032270 A JP2006032270 A JP 2006032270A JP 2004213024 A JP2004213024 A JP 2004213024A JP 2004213024 A JP2004213024 A JP 2004213024A JP 2006032270 A JP2006032270 A JP 2006032270A
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insulating layer
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Shin Kataoka
慎 片岡
Hitoshi Hotta
均 堀田
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

【課題】 線間のクロストークの低減と内蔵される基板に形成されるパターンのインピーダンス整合の実現を容易に図ることのできる基板内蔵型の電気コネクタを提供する。
【解決手段】 一対の信号伝送用コアと中央部にドレイン線を有する複数本のケーブルの端末を、内蔵される基板に接続して構成される電気コネクタにおいて、上記基板を、複数枚の積層した絶縁層基板11、12、16で形成し、その表裏面の絶縁層基板11、12に上記ケーブルの信号伝送用コアを半田付けする半田ランド11s、12sと信号線11p、12nを形成し、中間の絶縁層基板16に半田ランド11s、12sに位置してインピーダンスの整合のための孔14h、15hを形成した電気コネクタである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、隣線とのクロストークを低減させインピーダンス整合を容易にすることで、ケーブルとコネクタの接続作業時間の短縮と信頼性の向上を図ることのできる電気コネクタに関するものである。
従来の方式による基板内蔵型コネクタの構造を図5、6に示す。
図示したように、基板内蔵型コネクタにTwinax多対ケーブルが接続されている。
基板内蔵型コネクタは、図示しないハウジング内に一対の信号伝送用コア(ケーブルコア)65に設けられた差動信号線である+信号線66及び−信号線67と電気的に接続するための差動信号線(+信号)68p、差動信号線(−信号)68nの配線を有する基板61を内蔵している。
この基板61の一端には、ケーブルを接続するための半田ランド61sを設け、基板61の中間絶縁層基板に基板アース69を設けてある。
各々の一対のケーブルコア65は、隣接する他の一対のケーブルコア65と、シールド62により電磁的に遮蔽されており、一対のケーブルコア65に沿って設けられたドレイン線64はアース面63に接続され、アース面63は基板アース69に接続されている。
Twinax多対ケーブルは、図7に示すように線状の導体71の外周に絶縁体72を被覆して一対のケーブルコア65を形成し、この一対のケーブルコア65にドレイン線64を沿わせて、これらケーブルコア65及びドレイン線64をシールド62により覆って、このシールド62で覆われた一対のケーブルコア65を平行に並べて整線する。
このようにして形成されたTwinax多対ケーブルは、基板61の表裏面に設けた半田ランド61sの部分に信号線導体71(すなわち、+信号線66及び−信号線67)をそれぞれ半田付けすることにより、基板内蔵型コネクタとTwinax多対ケーブルとは電気的に接続される。
このような基板内蔵型コネクタに用いられる基板の構造を図8、9に示す。
図8に示す基板は、プリプレグなどで形成され表面(図中上面)に差動信号線(+信号)68p及び半田ランド61sが設けられた表面絶縁層基板101と、プリプレグなどで形成され裏面(図中下面)に差動信号線(−信号)68n及び半田ランド61sが設けられた裏面絶縁層基板102と、両面に中間GND層を形成するGND面103gが設けられ表面絶縁層基板101及び裏面絶縁層基板102に挟まれて配置される中間絶縁層基板103とから構成される。
また、図9に示す基板は、図8の基板とは異なり中間絶縁層基板103の代わりに設けられた中間絶縁層基板104の両面にはGND面が設けられておらず、そのため電気的には差動信号線(+信号)68p、差動信号線(−信号)68nの差動バランスによって生じる仮想GND面104iが中間絶縁層基板104の中程にある構造となっている。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開2003−258510号公報 特開2003−257558号公報 特開平10−144369号公報
しかしながら、従来の基板内蔵型コネクタには、以下のような問題がある。
Twinaxケーブルを整線して基板内蔵型コネクタに内蔵される基板61に半田接続する場合、半田付けするための半田ランド61s部分は密集配線となり、半田ランド61s部分の特性インピーダンスが低下し、インピーダンス不整合の発生により、各ケーブルコア65間でのクロストークも増大する傾向にある。
また、一般的には基板61に設けられた差動信号線(+信号)68p及び差動信号線(−信号)68nの線幅を狭くすることにより特性インピーダンスを大きくすることができるが、半田ランド61s部分の線幅はTwinax多対ケーブルの導体71の径よりも広くする必要があるため、インピーダンスの低下を招きこの半田ランド61sの細幅化に対する対策が困難な場合が多い。
また、基板61の差動信号線(+信号)68p及び差動信号線(−信号)68nと基板61に設けたGND面103g(または、仮想GND面104i)との距離を大きく取ることによって特性インピーダンスを増加させることも可能である。しかし、差動信号線(+信号)68p及び差動信号線(−信号)68nとGND面103g(または、仮想GND面104i)との距離を大きくしてインピーダンス整合を実現しようとした場合、基板内蔵型コネクタのコネクタ厚が増加する。
また、表面絶縁層基板101と裏面絶縁層基板102とに表裏対称に差動信号線(+信号)68p及び差動信号線(−信号)68nをパターニングしている場合には、基板61が厚くなると差動による電磁界の打ち消し効果が小さくなり、電磁気の漏れによるクロストークの発生量が増加してしまう。
そこで、本発明の目的は、線間のクロストークの低減と内蔵される基板に形成されるパターンのインピーダンス整合の実現を容易に図ることのできる基板内蔵型の電気コネクタを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第1の発明は、一対の信号伝送用コアと中央部にドレイン線を有する複数本のケーブルの端末を、内蔵される基板に接続して構成される電気コネクタにおいて、上記基板を、複数枚の積層した絶縁層基板で形成し、その表裏面の絶縁層基板に上記ケーブルの信号伝送用コアを半田付けする半田ランドと信号線を形成し、中間の絶縁層基板に上記半田ランドに位置してインピーダンスの整合のための孔を形成した電気コネクタである。
第2の発明は、上記中間の絶縁層基板は、3枚の絶縁薄層基板で形成され、中間の絶縁薄層基板を挟み、中間の絶縁薄層基板側に接して上下の絶縁薄層基板にグランド面が形成され、かつ上記表裏面に形成される上記半田ランドに位置して上下の上記絶縁薄層基板に上記孔が形成されるものである。
第3の発明は、上記孔は、上記半田ランド或いは上記信号線に沿って長円状に形成されるものである。
本発明によれば、線間のクロストークの低減と内蔵される基板に形成されるパターンのインピーダンス整合の実現を容易に図ることのできる基板内蔵型の電気コネクタを得られる。
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
本実施の形態の電気コネクタは、一対の信号伝送用コアとその一対の信号伝送用コアの中央部にドレイン線とを有するケーブルを複数本並べて形成されるTwinax多対ケーブルを接続するための高速信号伝送用のコネクタであり、基板の構造が以下に説明するように形成されている他は、図5、6で説明した基板内蔵型コネクタと同様の構造及び接続状態である。
図1は、本発明の第1の実施の形態を示す電気コネクタに内蔵された基板の構造図である。
図1に示す基板は、複数枚の積層した絶縁層基板からなり、これらの絶縁層基板は、プリプレグなどで形成され表面(図中上面)に信号線11p及び半田ランド11sが設けられた表面絶縁層基板11と、プリプレグなどで形成され表面(図中下面)に信号線12n及び半田ランド12sが設けられた裏面絶縁層基板12と、第1の絶縁薄層基板(中間の絶縁薄層基板)13、第2の絶縁薄層基板14、第3の絶縁薄層基板15の3枚の絶縁薄層基板からなり表面絶縁層基板11及び裏面絶縁層基板12に挟まれて形成される中間の絶縁層基板(以下、中間絶縁層基板という)16とから構成される。
表面絶縁層基板11と裏面絶縁層基板12は、互いに基板の表面と、この表面と対向する裏面となる層であり、ガラスエポキシなどの熱硬化性樹脂を材料に用いて炭素繊維などに含浸させたプリプレグなどにより、一定の厚さの板状に形成する。
表面絶縁層基板11の表面(図中では、上面に当たる)には、銅などの導電性材料を用いて、差動信号を通すための信号線(以下、差動信号線(+信号)という)11pを或る一定の幅をもったマイクロストリップ線路若しくはコプレーナ線路などにより形成する。また更に表面絶縁層基板11の表面に、Twinax多対ケーブルの信号伝送用コアを半田付けするための半田ランド11sを銅などの導電性材料を用いて形成する。この半田ランド11sは、差動信号線(+信号)11pと同様の材料で差動信号線(+信号)11pよりも幅広く設けられ、半田ランド11sと差動信号線(+信号)11pとが一体に形成されるとよい。
裏面絶縁層基板12の裏面(図中では、下面に当たる)には、銅などの導電性材料を用いて、差動信号を通すための信号線(以下、差動信号線(−信号)という)12nを或る一定の幅をもったマイクロストリップ線路若しくはコプレーナ線路などにより形成する。また更に裏面絶縁層基板12の裏面に、Twinax多対ケーブルの信号伝送用コアを半田付けするための半田ランド12sを銅などの導電性材料を用いて形成する。この半田ランド12sは、差動信号線(−信号)12nと同様の材料で差動信号線(−信号)12nよりも幅広く設けられ、半田ランド12sと差動信号線(−信号)12nとが一体に形成されるとよい。
望ましくは、表面絶縁層基板11と裏面絶縁層基板12とは、互いに同じ厚さで中間絶縁層基板16を挟んで互いに表裏対称に形成するとよく、差動信号線(+信号)11p、差動信号線(−信号)12nは、中間絶縁層基板16を挟んで表面絶縁層基板11と裏面絶縁層基板12とで互いに表裏対称に設けるとよく、半田ランド11s、11nは中間絶縁層基板16を挟んで表面絶縁層基板11と裏面絶縁層基板12とで互いに表裏対称に設けるとよい。
中間絶縁層基板16は、図中上から第2の絶縁薄層基板14、中間に第1の絶縁薄層基板13、下に第3の絶縁薄層基板15の順に上下に配置される。
この中間絶縁層基板16は、表面絶縁層基板11及び裏面絶縁層基板12と同様の材料で形成し、第2の絶縁薄層基板14の表面(図中上面)は表面絶縁層基板11の裏面(図中下面、すなわち差動信号線(+信号)11pの設けられていない方の面)に接し、第3の絶縁薄層基板15の裏面(図中下面)は裏面絶縁層基板12の表面(図中上面、すなわち差動信号線(−信号)12nの設けられていない方の面)に接している。
第2の絶縁薄層基板14には、半田ランド11sの直下に位置するようにドリル等によって複数のインピーダンス整合のための孔14hが第2の絶縁薄層基板14の表裏面を貫通して複数設けられ、孔14hは半田ランド11sの長手方向に沿って平行に並んでいる。
第2の絶縁薄層基板14の裏面(図中下面、すなわち第1の絶縁薄層基板13の上面側に臨んでおり、積層された状態で第1の絶縁薄層基板13の上面に接する)には、銅などの導電性材料を用いて中間GND層であるグランド面14gを形成している。
第3の絶縁薄層基板15には、半田ランド12sの直上に位置するようにドリル等によって複数のインピーダンス整合のための孔15hが第3の絶縁薄層基板15の表裏面を貫通して複数設けられ、孔15hは半田ランド12sの長手方向に沿って平行に並んでいる。
第3の絶縁薄層基板15の表面(図中上面、すなわち第1の絶縁薄層基板13の下面側に臨んでおり、積層された状態で第1の絶縁薄層基板13の下面に接する)には、銅などの導電性材料を用いて中間GND層であるグランド面15gを形成している。
望ましくは、第2の絶縁薄層基板14及び第3の絶縁薄層基板15は、互いに同じ厚さで第1の絶縁薄層基板13を挟んで互いに表裏対称に形成するとよく、孔14h、15hは、中間絶縁層基板16を挟んで互いに表裏対称に形成するとよい。
このように形成した表面絶縁層基板11、第2の絶縁薄層基板14、第1の絶縁薄層基板13、第3の絶縁薄層基板15、裏面絶縁層基板12は、図示したように図中矢印で示す方向に上下から重ね合わせられて積層されることで、電気コネクタに内蔵される基板となる。
このようにして形成された基板による効果について説明する。
基板は、半田ランド11sの直下に孔14hを設けたことで、孔14hの部分の誘電率が孔14hを開ける前に比べて低くなり、半田ランド11sとグランド面14gとの間の容量成分が減少する。この容量成分の減少により半田ランド11sの幅が広いにも関わらず、半田ランド11sの特性インピーダンスの低下を抑制している。
同様に、基板は半田ランド12sの直上に孔15hを設けたことで、孔15hの部分の誘電率が孔15hを開ける前に比べて低くなり、半田ランド12sとグランド面15gとの間の容量成分が減少し、この容量成分の減少により半田ランド12sの幅が広いにも関わらず、半田ランド12sの特性インピーダンスの低下を抑制している。
この結果従来の基板に比して半田ランド11s、12sの有する特性インピーダンスが高くなっている。
このため、従来基板(図8、図9参照)では、半田ランド61sのインピーダンスが差動信号線(+信号)68p、差動信号線(−信号)68nのインピーダンスに比べて低く、半田ランド61sと差動信号線(+信号)68p、差動信号線(−信号)68nとのインピーダンス整合がとれなかったのに対して、第1の実施の形態の基板では、半田ランド11s、12sのインピーダンスが高くなったことで、半田ランド11sと差動信号線(+信号)11pとの特性インピーダンスが互いに整合し、半田ランド12sと差動信号線(−信号)12nとの特性インピーダンスが互いに整合するようになっている。これは、従来差動信号線(+信号)68pと半田ランド61sとのインピーダンス不整合、差動信号線(−信号)68nと半田ランド61sとのインピーダンス不整合を解消しており、従来問題であったクロストークを低減する効果がある。
また基板は、半田ランド11sの直下に孔14hを設け、半田ランド12sの直上に孔15hを設けたことで、半田ランド11s、12sの幅が広いにも関わらず、半田ランド11s、12sの特性インピーダンスの低下を抑制しており、結果従来の基板に比して半田ランド11s、12sの特性インピーダンスが高くなっており、このため半田ランド11s、12sと接続されるTwinax多対ケーブルの信号線とが互いに整合し易くなっている。
次に、本発明の第2の実施の形態である電気コネクタの基板について説明する。
図2は、本発明の第2の実施の形態を示す電気コネクタに内蔵された基板の構造図である。
図2に示す基板は、プリプレグなどで形成され表面(図中上面)に差動信号線(+信号)11p及び半田ランド11sが設けられた表面絶縁層基板11と、プリプレグなどで形成され表面(図中下面)に差動信号線(−信号)12n及び半田ランド12sが設けられた裏面絶縁層基板12と、ドリルなどで孔23hを設け表面絶縁層基板11及び裏面絶縁層基板12に挟まれて形成される中間の絶縁層基板(以下、中間絶縁層基板という)23とから構成される。
この基板が、既に説明した第1の実施の形態と異なる点は、3層からなる中間絶縁層基板16の代わりに1層の中間絶縁層基板23が形成されており、また中間絶縁層基板23には中間GND層に当たるグランド面14g、15gは設けられていない。
中間絶縁層基板23には、半田ランド11sの直下にドリル等によって複数の孔23hを中間絶縁層基板23の表裏面を貫通して複数設け、孔23hは半田ランド11sの長手方向に沿って平行に並んでいる。
このように形成した表面絶縁層基板11、中間絶縁層基板23、裏面絶縁層基板12は、この順に並べられ、図中矢印で示す方向に上下から重ね合わせられて積層されることで、電気コネクタに内蔵される基板となる。
この基板は、中間絶縁層基板23にはグランド面は設けられていないが、電気的には差動信号線(+信号)11p、差動信号線(−信号)12nの差動バランスによって生じる仮想GND面23iが中間絶縁層基板23の中程にある構造となっている。
このようにして形成された基板は、半田ランド11s、12sに挟まれて孔23hを複数設けたことで、孔23hの部分の誘電率が孔23hを開ける前に比べて低くなり、半田ランド11sと仮想GND面23iとの間の容量成分が減少し、半田ランド12sと仮想GND面23iとの間の容量成分が減少する。この孔23hによる誘電率の低下により半田ランド11s、12sの幅が広いにも関わらず、従来の基板に比して半田ランド11s、12sの有する特性インピーダンスが高くなっている。
このため、第1の実施の形態の基板と同様、半田ランド11s、12sのインピーダンスが高くなったことで、半田ランド11sと差動信号線(+信号)11pとの特性インピーダンスが互いに整合し、半田ランド12sと差動信号線(−信号)12nとの特性インピーダンスが互いに整合するようになっている。
また、従来の基板に比して半田ランド11s、12sの特性インピーダンスが高くなっており、このため半田ランド11s、12sと接続されるTwinax多対ケーブルの信号線とが互いに整合し易くなっている。
次に、本発明の第3の実施の形態である電気コネクタの基板について説明する。
図3は、本発明の第3の実施の形態を示す電気コネクタに内蔵された基板の構造図である。
図示した基板は、プリプレグなどで形成され表面(図中上面)に差動信号線(+信号)11p及び半田ランド11sが設けられた表面絶縁層基板11と、プリプレグなどで形成され表面(図中下面)に差動信号線(−信号)12n及び半田ランド12sが設けられた裏面絶縁層基板12と、ドリルなどで孔33hを設け表面絶縁層基板11及び裏面絶縁層基板12に挟まれて形成される中間の絶縁層基板(以下、中間絶縁層基板という)33とから構成される。
この基板は、従来の基板に比べて基板厚を薄く形成できることが特徴である。この基板厚が薄いことと、基板の表裏対称に差動信号線(+信号)11p、差動信号線(−信号)12nをパターニングしていることにより、差動信号線(+信号)11pと差動信号線(−信号)12nとの差動による電磁界の打ち消し効果が充分に得られ、電磁気の漏れによるクロストークの発生を抑えることができる。
次に、本発明の第4の実施の形態である電気コネクタの基板について説明する。
図4は、本発明の第4の実施の形態を示す電気コネクタに内蔵された基板の構造図である。
図示した基板は、プリプレグなどで形成され表面(図中上面)に差動信号線(+信号)11p及び半田ランド11sが設けられた表面絶縁層基板11と、プリプレグなどで形成され表面(図中下面)に差動信号線(−信号)12n及び半田ランド12sが設けられた裏面絶縁層基板12と、ドリルなどで孔43hを設け表面絶縁層基板11及び裏面絶縁層基板12に挟まれて形成される中間の絶縁層基板(以下、中間絶縁層基板という)43とから構成される。
この基板が、既に説明した第2の実施の形態と異なる点は、図示したように中間絶縁層基板43に設けられる複数の孔43hが、半田ランド11s、12の長手方向に沿って連続して設けられていることである。
この孔43hは、半田ランド11s、12s、差動信号線(+信号)11p、差動信号線(−信号)12nの長手方向に順次孔(図1、2参照)を開ける代わりに、半田ランド11s、12s、差動信号線(+信号)11p、差動信号線(−信号)12nの長手方向に沿ってドリルを移動させ、半田ランド11s、12s或いは差動信号線(+信号)11p、差動信号線(−信号)12nに沿って伸びた長円状に開口した空隙を形成している。
このように、孔43hを連続して形成することで、基板製造上の工程を短縮することができる。また、このように形成された基板は、図1〜3で説明した基板と同様の効果を得られる。
以上説明したように、Twinax多対ケーブル用の電気コネクタに内蔵される基板接続部(半田ランド)のインピーダンス低下対策として、基板として複数の絶縁体層を有するものを用い、差動信号線がパターニングされていない中間絶縁層基板の特に基板の半田ランドの直下(若しくは、半田ランドの直上)の部分にドリル等で孔開けして空隙を設ける構造とした。
このことにより、差動信号線とグランド面又は仮想GND面との容量成分を減少させ、半田ランド部分のインピーダンスが低下することを抑制し、半田ランド部分と差動信号線とのインピーダンス整合が実現できる。
また図3で述べた実施の形態と同様に、信号線直下(若しくは、信号線直上)にも延長して孔を設けることにより、容量成分を減少させ基板厚を薄くできる。更に差動信号線を基板の表裏対称にパターニングすることで、磁界の洩れが少なくなり、クロストークを低減することができる。
本発明による電気コネクタは、特にTwinaxを採用したコネクタ付きケーブルで、高速伝送が要求されるものに対して適用すると非常に有効である。
本発明の第1の実施の形態である電気コネクタの内蔵される基板の層構成を示す構造図である。 本発明の第2の実施の形態である電気コネクタの内蔵される基板の層構成を示す構造図である。 本発明の第3の実施の形態である電気コネクタの内蔵される基板の層構成を示す構造図である。 本発明の第4の実施の形態である電気コネクタの内蔵される基板の層構成を示す構造図である。 従来の基板内蔵型コネクタの方向の断面を示す断面図である。 従来の基板内蔵型コネクタの内蔵される基板を上面から見た概観図である。 従来の多対Twinaxケーブルの端末整線を示す断面図である。 従来の基板内蔵型コネクタに内蔵される基板の中間GND層を含む層構成を示す構造図である。 従来の基板内蔵型コネクタに内蔵される基板の中間GND層を含まない層構成を示す構造図である。
符号の説明
11 表面絶縁層基板(絶縁層基板)
11p 信号線(差動信号線(+信号))
11s 半田ランド
12 裏面絶縁層基板(絶縁層基板)
12n 信号線(差動信号線(−信号))
12s 半田ランド
13 第1の絶縁薄層基板(中間の絶縁薄層基板)
14 第2の絶縁薄層基板
14g グランド面
14h 孔(空隙)
15 第3の絶縁薄層基板
15g グランド面
15h 孔(空隙)
16 中間絶縁層基板(中間の絶縁層基板)
23 中間絶縁層基板(中間の絶縁層基板)
23h 孔(空隙)
23i 仮想GND面
33 中間絶縁層基板(中間の絶縁層基板)
33h 孔(空隙)
43 中間絶縁層基板(中間の絶縁層基板)
43h 孔(空隙)
61 基板
61s 半田ランド
62 シールド
63 アース面
64 ドレイン線
65 信号伝送用コア(ケーブルコア)
66 +信号線
67 −信号線
68p 差動信号線(+信号)
68n 差動信号線(−信号)
69 基板アース
71 導体
72 絶縁体
101 表面絶縁層基板
102 表面絶縁層基板
103 中間絶縁層基板
103g GND面
104 中間絶縁層基板
104i 仮想GND面

Claims (3)

  1. 一対の信号伝送用コアと中央部にドレイン線を有する複数本のケーブルの端末を、内蔵される基板に接続して構成される電気コネクタにおいて、上記基板を、複数枚の積層した絶縁層基板で形成し、その表裏面の絶縁層基板に上記ケーブルの信号伝送用コアを半田付けする半田ランドと信号線を形成し、中間の絶縁層基板に上記半田ランドに位置してインピーダンスの整合のための孔を形成したことを特徴とする電気コネクタ。
  2. 上記中間の絶縁層基板は、3枚の絶縁薄層基板で形成され、中間の絶縁薄層基板を挟み、中間の絶縁薄層基板側に接して上下の絶縁薄層基板にグランド面が形成され、かつ上記表裏面に形成される上記半田ランドに位置して上下の上記絶縁薄層基板に上記孔が形成される請求項1記載の電気コネクタ。
  3. 上記孔は、上記半田ランド或いは上記信号線に沿って長円状に形成される請求項1または2記載の電気コネクタ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013522848A (ja) * 2010-03-19 2013-06-13 モレックス インコーポレイテド 向上した構造を有するプラグコネクタ

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