DE69814123T2

DE69814123T2 - Elektrischer verbinder hoher dichte und hoher geschwindigkeit

Info

Publication number: DE69814123T2
Application number: DE69814123T
Authority: DE
Inventors: S. Thomas COHEN; T. Philip STOKOE; J. Steven ALLEN
Original assignee: Teradyne Inc
Current assignee: Amphenol Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: US20020111068A1; CA2280173A1; US6554647B1; EP1021854B1; US6238245B1; WO1998035409A1; CA2280173C; US6607402B2; JP2001510627A; KR100517158B1; US5993259A; US6379188B1; DE69814123D1; EP1021854A1; KR20000070884A; IL131286A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Verbinder, die verwendet werden, um gedruckte Leiterplatten miteinander zu verbinden, und insbesondere solche Verbinder, die geeignet sind, viele Hochgeschwindigkeitssignale zu transportieren.
Elektrische Verbinder werden in vielen elektronischen Systemen verwendet. Es ist im allgemeinen leichter und kosteneffektiver, ein System auf mehreren gedruckten Leiterplatten herzustellen, die dann durch elektrische Verbinder miteinander verbunden werden. Eine herkömmliche Anordnung zum Verbinden mehrerer gedruckter Leiterplatten besteht darin, daß eine gedruckte Leiterplatte als Rückwandplatine dient. Andere gedruckte Leiterplatten, die als Tochterplatinen bezeichnet werden, sind über die Rückwandplatine miteinander verbunden.
Eine herkömmliche Rückwandplatine ist eine gedruckte Leiterplatte mit vielen Verbindern. Leiterbahnen auf den gedruckten Leiterplatten sind mit Signalkontaktstiften in den Verbindern verbunden, so daß Signale zwischen den Verbindern weitergeleitet werden können. Andere gedruckte Leiterplatten, die als "Tochterplatinen" bezeichnet werden, enthalten auch Verbinder, die in die Verbinder auf der Rückwandplatine eingesteckt werden. Auf diese Weise werden Signale zwischen den Tochterplatinen über die Rückwandplatine geleitet. Die Tochterkarten stecken häufig im rechten Winkel in der Rückwandplatine. Die Verbinder, die für diese Anwendungen verwendet werden, enthalten einen rechtwinkligen Knick und werden häufig als "Winkelverbinder" bezeichnet.
Verbinder werden auch in anderen Konfigurationen zum Verbinden von gedruckten Leiterplatten untereinander und auch zum Verbinden von Kabeln mit gedruckten Leiterplatten verwendet. Mitunter werden eine oder mehrere kleine gedruckte Leiterplatten mit einer anderen größeren gedruckten Leiterplatte verbunden. Die größere gedruckte Leiterplatte wird als "Hauptplatine" bezeichnet, und die gedruckten Leiterplatten, die auf diese aufgesteckt werden, werden als Tochterplatinen bezeichnet. Außerdem sind Platinen der gleichen Größe mitunter parallel ausgerichtet. Verbinder, die in diesen Anwendungen verwendet werden, werden mitunter als "Stapelsteckverbinder" oder "Mezzanin-Steckverbinder" bezeichnet.
Ungeachtet der genauen Anwendung, müssen die elektrischen Verbinderausführungen im allgemeinen die Entwicklungstrends in der Elektronikindustrie widerspiegeln. Elektronische Systeme sind im allgemeinen immer kleiner und schneller geworden. Sie verarbeiten auch viel mehr Daten als Systeme, die noch vor wenigen Jahren gebaut worden sind. Diese Trends bedeuten, daß elektrische Verbinder mehr und schnellere Datensignale in einem kleineren Raum transportieren müssen, ohne das Signal zu beeinträchtigen.
Man kann erreichen, daß Verbinder mehr Signale in einem kleineren Raum transportieren, indem die Signalkontakte im Verbinder näher aneinander angeordnet werden. Solche Verbinder werden als "Verbinder hoher Dichte" bezeichnet. Die Schwierigkeit beim engeren Anordnen der Signalkontakte besteht darin, daß eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Signalkontakten erfolgt. Wenn die Signalkontakte näher aneinander angeordnet sind, erhöht sich die elektromagnetische Kopplung. Die elektromagnetische Kopplung erhöht sich auch, wenn die Geschwindigkeit der Signale zunimmt.
In einem Leiter wird der Grad der elektromagnetischen Kopplung durch Messung des "Nebensprechens" des Verbinders angezeigt. Nebensprechen wird im allgemeinen dadurch gemessen, daß ein Signal an einen oder mehrere Signalkontakte angelegt und der Anteil des Signals, das in einen anderen Signalkontakt eingekoppelt wird, gemessen wird. Die Wahlmöglichkeit, welche Signalkontakte für die Nebensprechmessung und die Verbindungen mit anderen Signalkontakten verwendet werden, beeinflußt den numerischen Wert der Nebensprechmessung. Ein zuverlässiges Maß für das Nebensprechen sollte jedoch zeigen, daß das Nebensprechen zunimmt, wenn die Geschwindigkeit der Signale zunimmt und auch wenn die Signalkontakte näher aneinander angeordnet sind.
Ein herkömmliches Verfahren zur Verringerung des Nebensprechens besteht darin, die Signalkontaktstifte im Feld der Signalkontaktstifte zu erden. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß sie die effektive Signaldichte (der Dichte) des Verbinders verringert.
Um einen Verbinder hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte herzustellen, haben die Verbinderentwickler Schirmteile zwischen Signalkontakte eingefügt. Die Schirme verringern die elektromagnetische Kopplung zwischen Signalkontakten, was der Wirkung der Signale mit engerer Beabstandung und höherer Frequenz entgegenwirkt. Die Schirmung kann, wenn sie richtig konfiguriert ist, auch den Widerstand der durch den Verbinder verlaufenden Signalwege steuern, was ebenfalls die Integrität der Signale verbessert, die vom Verbinder transportiert werden.
Daß die Abschirmung bereits verwendet worden ist, ist in der japanischen Patentoffenbarung 49-6543 von Fujitsu, Ltd. vom 25. Februar 1974 gezeigt. Die US-Patente 4632476 und 4806107 – beide übertragen auf AT&T Bell Laboratories – zeigen Verbinderausführungen, bei denen Schirme zwischen den Kolonnen von Signalkontakten verwendet werden. Diese Patente beschrieben Verbinder, bei denen die Schirme parallel zu den Signalkontakten durch die Verbinder sowohl der Tochterplatine als auch der Rückwandplatine laufen. Freitragende Anschlußbrücken werden verwendet, um den elektrischen Kontakt zwischen dem Schirm und den Rückwandplatinenverbindern herzustellen. Die Patente 5433617; 5429521; 5429520 und 5433618 – alle übertragen auf Framatome Connectors International – zeigen eine ähnliche Anordnung. Die elektrische Verbindung zwischen der Rückwandplatine und dem Schirm wird jedoch mit einem Federkontakt hergestellt.
Andere Verbinder haben die Schirmplatte nur im Tochterkartenverbinder. Beispiele für solche Verbinderausführungen findet man in den Patenten 4846727; 4975084; 5496183; 5066236 und EP 0492944 – alle übertragen auf AMP, Inc. Einige dieser Verbinder, z. B. in 4975084 und EP 0492944 , verwenden stiftförmige Kontakte in einem Stück zum Transportieren von Signalen und geringfügig breitere Messerkontakte, um mit den Schirmplatten Kontakt herzustellen. Ein anderer Verbinder mit Schirmen nur im Tochterkartenverbinder ist im US-Patent 5484310 dargestellt, das auf Teradyne, Inc. übertragen ist.
Aus der Anzahl von Patenten, die Verbinder beschreiben, die eine Abschirmung verwenden, um das Nebensprechen zu verringern, wird man erkennen, daß die Anordnung und Verbindung der Schirme eine starke Wirkung auf das elektrische Verhalten des Verbinders haben können. Die spezifische Konfiguration der Abschirmung kann ebenfalls einen deutlichen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Verbinders haben. Beispielsweise kann die Art und Weise, wie die elektrische Verbindung mit dem Schirm hergestellt wird, Einfluß darauf haben, ob ein "Anstoßen" erfolgt, wenn die Verbinder in Eingriff treten. Anstoßen bedeutet, daß sich ein Kontakt an einem anderen Kontakt verfängt. Wenn ein Anstoßen erfolgt, wird normalerweise einer der Kontakte beschädigt, weshalb der Verbinder repariert oder ersetzt werden muß.
Es wäre sehr erwünscht, eine Schirmanordnung zu haben, die bei der Verringerung des Nebensprechens zwischen Signalkontakten sehr effektiv ist. Es wäre außerdem sehr erwünscht, wenn die Abschirmungsanordnung mechanisch robust wäre. Es wäre außerdem erwünscht, wenn dieser Verbinder leicht herzustellen wäre. Es wäre ferner sehr erwünscht, die Signalreflexionen dadurch zu steuern, daß die Geometrie der Schirme und Signalkontakte zwecks Widerstandsanpassung der Verbindung gesteuert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Hintergrunds ist es eine Aufgabe der Endung, einen Verbinder hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, einen Hochleistungsverbinder bereitzustellen, der es ermöglicht, daß alle seine Signalkontakte zum Transportieren von Signalen verwendet werden.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe, einen elektrischen Verbinder bereitzustellen, der mechanisch robust ist.
Es ist eine weitere Aufgabe, einen Verbinder bereitzustellen, der leicht herzustellen ist.
Die oben beschriebenen und weitere Aufgaben betreffen einen elektrischen Verbinder mit Schirmplatten zwischen Reihen von Signalkontakten sowohl in den Tochterkarten- als auch in den Rückwandplatinenverbindern.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 ausgeführt.
Die Schirmplatten des Rückwandplatinenverbinders haben Torsionskontakte. Die Torsionskontakte verringern die Möglichkeit des Anstoßens wesentlich. Sie ermöglichen außerdem ein sehr erwünschtes Muster des Stromflusses durch die Schirme, das deren Effektivität bei der Verringerung der induktiven Kopplung zwischen Signalkontakten und des daraus resultierenden Nebensprechens erhöht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird mit Bezug auf die nachstehende ausführlichere Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:
1 eine auseinandergezogene Ansicht eines Verbinders gemäß der Erfindung;
2 einen Schirmplattenrohling, der im Verbinder in 1 verwendet wird;
3 eine Ansicht des Schirmplattenrohlings in 2, nachdem er in ein Gehäuseelement eingespritzt worden ist;
4 einen Signalkontaktrohling, der in dem Verbinder in 1 verwendet wird.
5 eine Ansicht des Signalkontaktrohlings in 4, nachdem er in ein Gehäuseelement eingespritzt worden ist.
6 eine alternative Ausführungsform eines Signalkontaktrohlings in 4, der zur Verwendung bei der Herstellung eines Differenzsignalmoduls geeignet ist;
7A bis 7C Funktionsansichten eines bekannten Verbinders;
8A bis 8C ähnliche Funktionsansichten des Verbinders in 1;
9A und 9B Muster von Rückwandplatinenlöchern und Signalleiterbahnen für eine asymmetrische bzw. eine Differenzsignal-Ausführungsformen der Endung; und
10 eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Endung;
11A eine alternative Ausführungsform für die Platte 128 in 1;
11B eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie B-B in 11A;
12 eine isometrische Ansicht eines Verbinders gemäß der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht einer Rückwandplatinenanordnung 100. An der Rückwandplatine 110 ist ein Kontaktstiftsockel 114 befestigt. An einer Tochterkarte 112 ist ein Tochterkartenverbinder 116 befestigt. Der Tochterkartenverbinder 116 kann in den Kontaktstiftsockel 114 eingefügt werden, um einen Verbinder zu bilden. An der Rückwandplatinenanordnung sind ebenfalls viele andere Kontaktstiftsockel befestigt, so daß mehrere Tochterkarten mit ihr verbunden werden können. Außerdem könnten mehrere Kontaktstiftsockel mit ihren Enden so ausgerichtet sein, daß mehrere Kontaktstiftsockel verwendet werden, um mit einer Tochterkarte verbunden zu werden. Zur besseren Übersichtlichkeit ist jedoch nur ein Teil der Rückwandplatinenanordnung und eine einzige Tochterkarte 112 dargestellt.
Der Kontaktstiftsockel 114 besteht aus einer Fassung 120. Die Fassung 120 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, Polyester oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial spritzgegossen. Die Fassung 120 dient als Basis für den Kontaktstiftsockel 114.
Der Boden (ohne Bezugszeichen) der Fassung 120 enthält Kolonnen von Löchern 126. Die Kontaktstifte 122 werden in die Löcher 126 eingefügt, wobei sich deren Endstücke 124 durch die untere Fläche der Fassung 120 erstrecken. Die Endstücke 124 werden in Signallöcher 136 gedrückt. Die Löcher 136 sind durchkontaktierte Löcher in der Rückwandplatine 110 und dienen dazu, die Kontaktstifte 122 mit den Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf der Rückwandplatine 110 elektrisch zu verbinden. Zur deutlicheren Darstellung ist nur ein einziger Kontaktstift 122 dargestellt. Der Kontaktstiftsockel 114 enthält jedoch viele parallele Kolonnen von Kontaktstiften. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in jeder Kolonne acht Reihen von Kontaktstiften vorhanden.
Der Abstand zwischen jeder Kolonne von Kontaktstiften ist nicht kritisch. Es ist jedoch eine Aufgabe der Erfindung, daß die Kontaktstifte so nahe aneinander angeordnet werden können, daß ein Verbinder hoher Dichte hergestellt werden kann. Beispielsweise können die Kontaktstifte in jeder Kolonne 2,25 mm voneinander beabstandet sein, und die Kolonnen von Kontaktstiften können 2 mm voneinander beabstandet sein. Die Kontaktstifte 122 könnten aus 0,4 mm dicker Kupferlegierung gestanzt sein.
Die Fassung 120 enthält eine Nut 132, die in ihrem Boden ausgebildet ist und die parallel zu der Kolonne von Löchern 126 verläuft. Die Fassung 120 hat außerdem Nuten 134, die in ihren Seitenwänden ausgebildet sind. Eine Schirmplatte 128 fügt sich in die Nuten 132 und 134 ein. Die Endstücke 130 ragen durch Löcher (nicht sichtbar) im Boden der Nut 132. Die Endstücke 130 treten mit Masselöchern 138 in der Rückwandplatine 110 in Eingriff. Die Masselöcher 138 sind durchkontaktierte Löcher, die mit den Masseleiterbahnen auf der Rückwandplatine 110 verbunden sind.
In der dargestellten Ausführungsform hat die Platte 128 sieben Endstücke 130. Jedes Endstück 130 fügt sich zwischen zwei benachbarte Kontaktstifte 122 ein. Es wäre erwünscht, daß der Schirm 128 ein Endstück 130 so nahe wie möglich an jedem Kontaktstift 122 hat. Die Zentrierung der Endstücke 130 zwischen benachbarten Signalkontaktstiften 122 ermöglicht es jedoch, daß der Abstand zwischen dem Schirm 128 und der Kolonne von Signalkontaktstiften 122 reduziert werden kann.
In der Schirmplatte 128 sind mehrere Torsionsanschlußbrückenkontakte 142 ausgebildet. Jeder Kontakt 142 wird ausgebildet, indem Arme 144 und 146 in die Platte 128 gestanzt werden. Die Arme 144 und 146 werden dann von der ebenen Platte 128 weggebogen. Die Arme 144 und 146 sind lang genug, so daß sie sich biegen lassen, wenn sie in die Ebene der Platte 128 zurückgedrückt werden. Die Arme 144 und 148 sind ausreichend nachgiebig, um eine Federkraft zu bieten, wenn sie in die Ebene der Platte 128 zurückgedrückt werden. Die Federkraft, die von den Armen 144 und 146 erzeugt wird, erzeugt einen Kontaktpunkt zwischen jedem Arm 144 oder 146 und der Platte 150. Die erzeugte Federkraft muß so groß sein, daß dieser Kontakt sichergestellt auch dann wird, wenn der Tochterkartenverbinder 116 wiederholt eingesteckt und aus dem Kontaktstiftsockel 114 herausgezogen worden ist.
Während der Herstellung werden die Arme 144 und 146 geprägt. Durch Prägen wird die Dicke des Materials reduziert und die Nachgiebigkeit der Anschlußbrücken erhöht, ohne daß die Platte 128 geschwächt wird.
Um ein verbessertes elektrisches Verhalten zu erreichen, ist es erwünscht, daß die Arme 144 und 146 so kurz und gerade wie möglich sind. Deshalb werden sie nur so lang wie nötig ausgeführt, um die erforderliche Federkraft aufzubieten. Außerdem ist es für das elektrische Verhalten erwünscht, daß ein Arm 144 oder 146 so nah wie möglich an jedem Signalkontaktstift 122 ist. Ideal wäre für jeden Signalkontaktstift 122 ein Arm 144 oder 146. Bei der dargestellten Ausführungsform mit acht Signalkontaktstiften 122 pro Kolonne wären acht Arme 144 oder 146 ideal, was einer Summe von vier entlasteten Torsionsanschlußbrückenkontakten 142 entspricht. Es sind jedoch nur drei entlastete Torsionsanschlußbrückenkontakte 142 dargestellt. Diese Konfiguration stellt einen Kompromiß zwischen der erforderlichen Federkraft und den gewünschten elektrischen Eigenschaften dar.
Die Nuten 140 in der Fassung 120 dienen zur Ausrichtung des Tochterkartenverbinders 116 mit dem Kontaktstiftsockel 114. Führungsansätze 152 fügen sich in die Nuten 140 zwecks Ausrichtung und um eine seitliche Bewegung des Tochterkartenverbinders 116 relativ zum Kontaktstiftsockel 114 zu verhindern.
Der Tochterkartenverbinder 116 wird aus Scheiben 154 hergestellt. Nur eine Scheibe 154 ist der Einfachheit halber dargestellt, aber der Tochterkartenverbinder hat in einer bevorzugten Ausführungsform mehrere Scheiben, die seitlich aneinander gestapelt sind. Jede Scheibe 154 enthält eine Kolonne von Steckhülsen 158. Jede Steckhülse 158 tritt mit einem Kontaktstift 122 in Eingriff, wenn der Kontaktstiftsockel 114 und der Tochterkartenverbinder 116 zusammengesteckt werden. Der Tochterkartenverbinder 116 besteht also aus so vielen Scheiben, wie Kolonnen von Kontaktstiften im Kontaktstiftsockel 114 vorhanden sind.
Die Scheiben 154 sind in einem Versteifungselement 156 gelagert. Das Versteifungselement 156 ist vorzugsweise aus einem Metallstreifen gestanzt und ausgebildet. Es ist so gestanzt, daß eine Scheibe 154 in ohne Drehung einer erforderlichen Position gehalten wird, und es weist daher vorzugsweise drei Befestigungspunkte auf. Das Versteifungselement 156 hat einen Schlitz 160A, der entlang seinem vorderen Rand ausgebildet ist. Der Führungsansatz 160B paßt in den Schlitz 160A. Das Versteifungselement 156 weist außerdem Löcher 162A und 164A auf. Vorsprünge 162B und 164B passen in die Löcher 162A und 164A. Die Vorsprünge 162B und 164B sind so bemessen, daß ein Preßsitz in den Löchern 162A und 164A entsteht.
1 zeigt zur Vereinfachung der Darstellung nur einige wenige Schlitze 160A und Löcher 162A und 164A. Das Muster der Schlitze und Löcher wiederholt sich entlang der Länge des Versteifungselements 156 an jedem Punkt, wo eine Scheibe 156 zu befestigen ist.
In der dargestellten Ausführungsform besteht die Scheibe 154 aus zwei Stücken, einem Schirmstück 166 und einem Signalstück 168. Das Schirmstück 166 wird dadurch ausgebildet, daß das Gehäuse 170 um den vorderen Abschnitt des Schirms 150 herum umspritzt wird. Das Signalstück 168 wird dadurch hergestellt, daß das Gehäuse 172 um die Kontakte 410A ... 410H herum umspritzt wird (4).
Das Signalstück 168 und das Schirmstück 166 weisen Merkmale auf, die die beiden Stücke zusammen halten. Das Signalstück 168 hat Vorsprünge 512 (5), die auf einer Fläche ausgebildet sind. Die Vorsprünge richten sich nach Klemmvorrichtungen 174 aus, die in den Schirm 150 eingeschnitten sind, und werden in diese eingefügt. Die Klemmvorrichtungen 174 treten mit den Vorsprüngen 512 in Eingriff und halten die Platte 150 am Signalstück 168 fest.
Im Gehäuse 170 sind Hohlräume 176 ausgebildet. Jeder Hohlraum 176 ist so geformt, daß eine der Steckhülsen 158 aufgenommen wird. Jeder Hohlraum 176 hat an seinem Boden eine Abschrägung 178. In der Abschrägung 178 ist ein Loch 180 durchgehend ausgebildet. Das Loch 180 nimmt einen Kontaktstift 122 auf, wenn der Tochterkartenverbinder 116 mit dem Kontaktstiftsockel 114 in Eingriff tritt. Die Kontaktstifte 122 treten also mit den Steckhülsen 158 in Eingriff, wobei ein Signalweg durch den Verbinder hindurch hergestellt wird.
Die Steckhülsen 158 sind mit zwei Schenkeln 182 ausgebildet. Die Schenkel 182 fügen sich auf gegenüberliegenden Seiten der Abschrägung 178 ein, wenn die Steckhülsen 158 in die Hohlräume 176 eingefügt werden. Die Steckhülsen 158 sind so ausgebildet, daß der Abstand zwischen den Schenkeln 182 kleiner ist als die Breite der Abschrägung 178. Um die Steckhülsen 158 in den Hohlraum 176 einzufügen, ist es notwendig, ein Werkzeug zu verwenden, um die Schenkel 182 zu spreizen.
Die Steckhülsen bilden das, was als vorbelasteter Kontakt bezeichnet wird. Vorbelastete Kontakte werden herkömmlich dadurch ausgebildet worden, daß die Steckhülse gegen eine pyramidenförmige Abschrägung drückt. Die Spitze der Abschrägung spreizt die Schenkel, wenn die Steckhülse nach unten auf diese geschoben wird. Ein solcher Kontakt hat eine geringere Einsteckkraft und stößt mit geringerer Wahrscheinlichkeit am Kontaktstift an, wenn zwei Verbinder zusammengesteckt werden. Die Steckhülsen gemäß der Erfindung haben die gleichen Vorteile, werden jedoch dadurch erreicht, daß die Steckhülsen von der Seite eingefügt werden, und nicht dadurch, daß sie gegen eine Pyramide gedrückt werden.
Im Gehäuse 172 sind Nuten 184 ausgebildet. Wie oben beschrieben, ragen Vorsprünge 512 (5) durch die Platte 150. Wenn zwei Scheiben aneinander gestapelt sind, ragen die Vorsprünge 512 einer Scheibe 154 in die Nuten 184 einer benachbarten Scheibe. Die Vorsprünge 512 und die Nuten 184 tragen dazu bei, benachbarte Scheiben zusammenzuhalten und die Drehung einer Scheibe in bezug auf die nächste zu verhindern. Durch diese Merkmale in Verbindung mit dem Versteifungselement 156 ist es nicht mehr notwendig, daß ein getrennter Kasten oder ein getrenntes Gehäuse die Scheiben hält, so daß der Verbinder vereinfacht wird.
Die Gehäuse 170 und 172 sind mit zahlreichen Löchern (ohne Bezugszeichen) versehen dargestellt. Diese Löcher sind in bezug auf die Erfindung nicht kritisch. Es sind "Klemmlöcher", die verwendet werden, um die Platten 150 oder die Steckhülsenkontakte 410 während des Spritzgießens zu halten. Es ist erwünscht, diese Stücke während des Spritzgießens zu halten, um gleichmäßigen Abstand zwischen den Platten und den Steckhülsenkontakten im fertigen Erzeugnis zu halten.
2 zeigt den Rohling genauer, der verwendet wird, um die Platte 150 herzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Platten 150 von einer Metallrolle herunter gestanzt. Die Platten werden zwecks leichterer Handhabung auf einem Trägerstreifen 210 befestigt. Nachdem die Platte 150 zu einem Schirmstück 166 spritzgegossen worden ist, kann der Trägerstreifen abgetrennt werden.
Die Platten 150 weisen Löcher 212 auf. Die Löcher 212 werden mit Kunststoff vom Gehäuse 170 gefüllt, so daß die Platte 150 im Gehäuse 170 festgehalten wird.
Die Platten 150 weisen außerdem Schlitze 214 auf. Die Schlitze 214 sind so positioniert, daß sie zwischen die Steckhülsen 158 einfügen. Die Schlitze 214 dienen dazu, die Kapazität der Platte 150 zu steuern, die insgesamt den Widerstand des Verbinders erhöhen oder verringern kann. Sie kanalisieren außerdem den Stromfluß in der Platte in der Nähe der Steckhülsen 158, die die Signalwege darstellen. Ein höherer Rückstromfluß in der Nähe der Signalwege verringert das Nebensprechen.
Der Schlitz 216 gleicht den Schlitzen 214, ist jedoch größer, so daß ein Finger 316 (3) durch die Platte 150 paßt, wenn die Platte 150 in ein Gehäuse 170 eingespritzt wird. Der Finger 316 ist ein kleiner Finger aus Isoliermaterial, der dazu beitragen könnte, eine Platte 128 an der Platte 150 festzuhalten. Der Finger 316 ist wahlfrei und könnte weggelassen werden. Man beachte in 1, daß bei den mittleren beiden Hohlräumen 176 die Zwischenwand teilweise entfernt ist. Der Finger 316 einer benachbarten Scheibe 154 (nicht dargestellt) würde sich in diesen Raum einfügen, um die Wand zwischen den beiden mittleren Hohlräumen auszufüllen. Der Finger 316 würde sich über das Gehäuse 170 hinaus erstrecken und sich in einen Schlitz 184B einer benachbarten Scheibe (nicht dargestellt) einfügen.
Der Schlitz 218 ermöglicht es, daß ein Endstückbereich 222 bei Bedarf von der Ebene der Platte 150 weggebogen werden kann. 9A zeigt Leiterbahnen 910 und 912 auf einer gedruckten Leiterplatte, die zwischen den Löchern hindurchgeführt werden, die verwendet werden, um einen Verbinder gemäß der Endung zu montieren. 9A zeigt Abschnitte einer Kolonne von Signallöchern 186 und Abschnitte einer Kolonne von Massekontakten 188. Wenn der Verbinder verwendet wird, um asymmetrische Signale zu transportieren, ist es erwünscht, daß die Leiterbahnen 910 und 912 im größtmöglichen Maß von Masse getrennt sind. Es ist also erwünscht, daß die Masselöcher 188 zwischen den Kolonnen von Signallöchern 186 zentriert sind, so daß die Signalleiterbahnen 910 und 912 zwischen den Signallöchern 186 und den Masselöchern 188 hindurchgeführt werden können. Andererseits zeigt 9B die bevorzugte Führung für Differenzsignale. Bei Differenzsignalen ist es erwünscht, daß die Leiterbahnen so nahe wie möglich aneinandergeführt werden. Damit die Leiterbahnen 914 und 916 nahe beieinander liegen, sind die Masselöcher 188 nicht zwischen den Kolonnen der Signallöcher 186 zentriert. Viel mehr sind sie so versetzt, daß sie nahe an einer Reihe der Signalkontakte 186 liegen. Diese Anordnung ermöglicht es, daß beide Signalleiterbahnen 914 und 916 zwischen den Masselöchern 188 und einer Kolonne der Signallöcher 186 geführt werden. Bei der asymmetrischen Konfiguration wird der Endstückbereich 222 von der Ebene der Platte 150 weggebogen. Bei der Differenzsignalkonfiguration wird er nicht weggebogen.
Man beachte auch, daß die Platte 128 (1) bei Bedarf auf ähnliche Weise in ihrem Endstückbereich weggebogen werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Platte 128 für asymmetrische Signale jedoch nicht gebogen und für Differenzsignale gebogen.
Die Führungsansätze 220 werden von der Ebene der Platte 150 vor dem Spritzgießen des Gehäuses 170 weggebogen. Die Führungsansätze 220 enden zwischen den Löchern 180 (1). Die Führungsansätze 220 tragen dazu bei, sicherzustellen, daß die Platte 150 am Gehäuse 170 haftet. Sie verstärken außerdem das Gehäuse 170 über seine Fläche, d. h. über die Fläche, die dem Kontaktstiftsockel 114 zugewandt ist.
3 zeigt den Schirm 150, nachdem er in das Gehäuse 170 eingespritzt worden ist, um einen Masseabschnitt 166 zu bilden. 3 zeigt, daß das Gehäuse 170 pyramidenförmige Vorsprünge 310 auf der Fläche des Schirmstücks 166 aufweist. Passende Aussparungen (nicht dargestellt) sind im Boden des Kontaktstiftsockels 114 vorhanden. Die Vorsprünge 310 und die passenden Aussparungen dienen dazu, daß die Federkraft der Torsionsanschlußbrückenkontakte 142 benachbarte Scheiben 154 spreizt, wenn ein Tochterkartenverbinder 116 in einen Kontaktstiftsockel 114 eingefügt wird.
4 zeigt einen Steckhülsenkontaktrohling 400. Der Steckhülsenkontaktrohling wird vorzugsweise aus einer Metallbahn gestanzt. Zahlreiche solche Rohlinge werden in einer Rolle gestanzt. In der bevorzugten Ausführungsform sind acht Steckhülsenkontakte 410A ... 410H vorhanden. Die Steckhülsenkontakte 410 werden auf Trägerstreifen 412, 414, 416, 418 und 422 zusammengehalten. Diese Trägerstreifen werden in getrennte Kontakte 410A ... 410H getrennt, nachdem das Gehäuse 172 um die Kontakte herum geformt worden ist. Die Trägerstreifen können zwecks leichterer Handhabung der Steckhülsenabschnitte 168 während des größten Teils des Herstellungsvorgangs festgehalten werden.
Jeder der Steckhülsenkontakte 410A ... 410H weist zwei Schenkel 182 auf. Die Schenkel 182 sind so gefaltet und gebogen, daß sie die Steckhülse 158 bilden.
Jeder Steckhülsenkontakt 410A ... 410H weist außerdem einen Durchgangsbereich 424 und einen Endstückbereich 426 auf. 4 zeigt, daß die Durchgangsbereiche 424 gleichmäßig beabstandet sind. Diese Anordnung wird bei asymmetrischen Signalen bevorzugt, da sie zu einem maximalen Abstand zwischen den Kontakten führt.
4 zeigt, daß die Endstückbereiche für einen Preßsitz in den durchkontaktierten Löchern geeignet sind. Andere Arten von Endstückbereichen könnten verwendet werden. Beispielsweise könnten statt dessen auch Lötendstücke verwendet werden.
5 zeigt einen Steckhülsenkontaktrohling 400, nachdem das Gehäuse 172 um ihn herum geformt worden ist.
6 zeigt einen Steckhülsenkontaktrohling 600, der zur Verwendung in einer alternativen Ausführungsform der Endung geeignet ist. Die Steckhülsenkontakte 610A ... 610H sind paarweise gruppiert: (610A und 610B), (610C und 610D), (610E und 610F) und (610G und 610H). Die Durchgangsbereiche 624 jedes Paares sind so nahe wie möglich beieinander, wobei der Differenzwiderstand beibehalten wird. Dadurch wird der Abstand zwischen benachbarten Paaren größer. Diese Konfiguration verbessert die Signalintegrität für Differenzsignale.
Der Endstückbereich 626 und die Steckhülsen des Steckhülsenkontaktrohlings 400 und 600 sind identisch. Es sind lediglich Abschnitte von Steckhülsenkontakten 410 und 610, die sich aus dem Gehäuse 172 erstrecken. Außen ist der Signalabschnitt 168 also bei asymmetrischen wie bei Differenzsignalen der gleiche. Dies ermöglicht es, daß asymmetrische und Differenzsignalscheiben in einem einzelnen Tochterkartenverbinder gemischt sein können.
7A stellt einen bekannten Verbinder als Hilfsmittel zur Erläuterung des verbesserten Verhaltens gemäß der Erfindung dar. 7A zeigt eine Schirmplatte 710, in der eine freitragender Anschlußbrücke 712 ausgebildet ist. Die freitragende Anschlußbrücke 712 tritt mit einem Messerkontakt 714 des Kontaktstiftsockels in Eingriff. Der Kontaktpunkt ist mit X bezeichnet. Der Messerkontakt 714 ist mit einer Rückwandplatine (nicht dargestellt) am Punkt 722 verbunden.
Signale werden über Signalkontaktstifte 716 und 718 übertagen und laufen neben der Schirmplatte. Die Platte 710 und der Messerkontakt 714 wirken als Signalrücklauf. Der Signalweg 720 durch diese Elemente ist als Schleife dargestellt. Man beachte, daß der Signalweg 720 den Kontaktstift 718 schneidet. Wie bekannt, wird ein Signal, das in einer Schleife läuft, die an einem Leiter vorbeiführt, induktiv in den Leiter eingekoppelt. Die Anordnung in 7A hat also eine relativ hohe Kopplung oder ein relativ hohes Nebensprechen vom Kontaktstift 716 zu 718.
7B zeigt eine Seitenansicht der Anordnung in 7A. Da sich die freitragende Anschlußbrücke 712 über dem Messerkontakt 714 befindet, ist ihre Entfernung vom Kontaktstift 716 gleich d₁ Dagegen hat der Messerkontakt 714 einen Abstand von d₂, der größer ist. Beim Durchgang von Hochfrequenzsignalen bestimmt der Abstand zwischen dem Signalweg und der Masse den Widerstand des Signalwegs. Änderungen des Abstands bedeuten Änderungen des Widerstands. Änderungen des Widerstands bewirken Signalreflexionen, die unerwünscht sind.
7C zeigt die gleiche Anordnung nach dem Zusammenstecken. Der Messerkontakt 714 muß unter die freitragenden Anschlußbrücke 712 gleiten. Wenn er nicht richtig eingefügt wird, kann der Messerkontakt 714 an das Ende der freitragenden Anschlußbrücke 712 anstoßen. Dieses Phänomen wird als "Anstoßen" bezeichnet. Es ist höchst unerwünscht in einem Verbinder, da es den Verbinder zerstören kann.
Dagegen zeigt 8 schematisch die Komponenten eines Verbinders, der gemäß der Erfindung hergestellt ist. Die Schirmplatten 128 und 150 überlappen einander. Es erfolgt ein Kontakt an dem Punkt, der an der Torsionsanschlußbrücke 146 mit X bezeichnet ist. Es wird gezeigt, daß der Signalweg 820 über einen Signalkontaktstift 122 führt, über die Platte 150 bis zum Kontaktpunkt X zurückführt, über einen Arm 146, eine Platte 128 und ein Endstück 130 führt. Der Signalweg 820 wird dann über die Rückwandplatine führend (in 8 nicht dargestellt) abgeschlossen. Der Signalweg 820 schneidet keinen benachbarten Signalkontaktstift 122, was von Bedeutung ist. Auf diese Weise wird das Nebensprechen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert.
8B stellt die Platten 128 und 150 vor dem Einstecken des Tochterkartenverbinders 116 in den Stiftkontaktsockel 114 schematisch dar. In der Perspektive in 8B ist der Arm 146 von der Ebene der Platte 128 weggebogen dargestellt. Während die Platten 150 und 128 während des Einsteckens aneinander entlang gleiten, wird der Arm 146 in die Ebene der Platte 128 zurückgedrückt.
8C zeigt die Platten 128 und 150 in der zusammengesteckten Konfiguration. Es wird gezeigt, daß ein Höcker 810, der in den Arm 146 gedrückt wird, die Platte 150 berührt. Die Torsionsfederkraft, die dadurch erzeugt wird, daß der Arm 146 in die Ebene der Platte 128 zurückgedrückt wird, stellt einen guten elektrischen Kontakt sicher. Man beachte, daß der Abstand zwischen den Platten 128 oder 150 und einem benachbarten Signalkontakt keine so große Diskontinuität hat, wie in 7B gezeigt. Diese Verbesserung müßte das elektrische Verhalten des Verbinders verbessern.
Man beachte, daß beim Übergang von der Konfiguration in 8B zu 8C keine abrupte Oberfläche vorhanden ist, die zu einem Anstoßen führen könnte. Somit müßte mit den Torsionskontakten die mechanische Robustheit des Verbinders im Vergleich zum Stand der Technik besser sein.
10 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Scheibe 154 (1). In der Ausführungsform in 10 ist ein Schirmrohling auf einem Trägerstreifen 1010 in einem Isoliergehäuse 1070 durch Spritzgießen gekapselt. Schirmendstücke 1030 erstrecken sich, wie dargestellt, aus dem Gehäuse 1070. Das Gehäuse 1070 weist Hohlräume 1016, 1017, 1018 und 1019 auf. Der Schirmrohling wird geschnitten und gebogen, um Kontakte 1020 in den Hohlräumen 1016, 1017, 1018 und 1019 herzustellen.
Die Hohlräume 1016, 1017, 1018 und 1019 haben Löcher 1022, die in ihren Böden ausgebildet sind. Die Kontaktstifte des Kontaktstiftsockels werden während des Zusammensteckens durch die Löcher geführt und treten in Eingriff und stellen durch die Federwirkung des Kontaktstifts sowie der Kontakte 1020 die elektrische Verbindung mit dem Schirm sicher.
In der Ausführungsform in 10 sind die Signalkontakte getrennt gestanzt. Der Übertragungsleitungsteil der Kontakte liegt in den Hohlräumen 1026. Die Steckhülsenabschnitte der Signalkontakte werden in die Hohlräume 1024 eingefügt.
Eine Scheibe wie in 10 zeigt, daß jede Anzahl von Signalkontakten pro Kolonne verwendet werden könnte. In 10 sind vier Signalkontakte pro Kolonne dargestellt. Diese Figur stellt auch dar, daß Stifte anstelle einer Platte 128 verwendet könnten. Es könnten jedoch Unterschiede im elektrischen Verhalten auftreten. Eine Platte könnte in Verbindung mit der Konfiguration in 10 verwendet werden. In diesem Fall wäre anstelle einer Serie von getrennten Löchern 1022 in den Hohlräumen 1016, 1017, 1018 und 1019 ein Schlitz durch die Hohlräume geschnitten.
11A zeigt eine alternative Ausführungsform für die Kontakte 142 auf der Platte 128. Die Platte 1128 weist eine Serie von Torsionskontakten 142 auf. Jeder Kontakt wird hergestellt, indem ein Arm 1146 aus der Platte 1128 ausgestanzt wird. Hierbei haben die Arme eine im allgemeinen schlangenartige Form. Wie oben beschrieben, ist es erwünscht, daß die Arme 146 lang genug sind, um eine gute Flexibilität zu ermöglichen. Es ist jedoch auch erwünscht, daß der Strom über die Kontakte 1142 in einem Bereich fließt, der in der Richtung senkrecht zum Stromfluß durch die Signalstifte 122 möglichst schmal ist. Um diese beiden Ziele zu erreichen, werden die Arme 1146 in einer schlangenartigen Form gestanzt.
11B zeigt die Platte 1128 im Querschnitt entlang der Linie, die als B-B in 1A dargestellt ist. Wie gezeigt, sind die Arme 1146 von der Ebene der Platte 1128 nach außen weggebogen. Während des Einsteckens der Verbinderhälfte werden sie in die Ebene der Platte 1128 zurückgedrückt, so daß eine Torsionskraft entsteht.
12 zeigt eine zusätzliche Ansicht des Verbinders 100. 12 zeigt die Vorderfläche 1210 des Tochterkartenverbinders 116. Die untere Fläche des Kontaktstiftsockels 114 ist auch sichtbar. In dieser Ansicht kann man erkennen, daß die durch Preßsitz befestigten Endstücke 124 der Platte 128 eine Ausrichtung haben, die in rechten Winkeln zur Ausrichtung der durch Preßsitz befestigten Endstücke 130 der Signalkontaktstifte 122 ist.
BEISPIEL
Ein Verbinder, der gemäß der Endung hergestellt ist, wurde hergestellt und geprüft. Die Prüfung wurde mit der asymmetrischen Konfiguration durchgeführt, und Messungen wurden an einer Signalleitung durchgeführt, wobei die zehn engsten Leitungen angesteuert worden sind. Bei Signalanstiegszeiten von 500 ps betrug das Rückwärtsnebensprechen 4,9%. Das Vorwärtsnebensprechen betrug 3,2%. Die Reflexion war zu klein, um gemessen zu werden. Der Verbinder stellte eine echte Signaldichte von annähernd 4 pro linearen Millimeter (101 pro linearen Zoll) bereit.
Anhand der Beschreibung dieser einen Ausführungsform könnten zahlreiche alternative Ausführungsformen oder Variationen hergestellt werden. Beispielsweise könnte die Größe des Verbinders gegenüber dem dargestellten vergrößert oder verringert werden. Außerdem ist es möglich, daß andere Materialien als die ausdrücklich erwähnten verwendet werden könnten, um den Verbinder herzustellen.
Verschiedene Änderungen könnten an den spezifischen Strukturen erfolgen. Beispielsweise sind Klemmvorrichtungen 174 im allgemeinen radial-symmetrisch dargestellt. Es könnte die Effektivität der Schirmplatte 150 verbessern, wenn sich die Klemmvorrichtungen 174 so erstrecken würden, daß eine Hauptachse parallel mit den Signalkontakten in den Signalstücken 168 und senkrecht zu einer Nebenachse verläuft, die möglichst kurz ist.
Außerdem könnten die Herstellungstechniken verändert werden. Beispielsweise wird beschrieben, daß ein Tochterkartenverbinder 116 ausgebildet wird, indem eine Vielzahl von Scheiben an einem Versteifungselement organisiert ist. Es könnte möglich sein, daß eine äquivalente Struktur dadurch ausgebildet werden könnte, daß eine Vielzahl von Schirmstücken und Signalsteckhülsen in ein geformtes Gehäuse eingefügt werden.
Deshalb sollte die Erfindung nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkt sein.

Claims

Elektrischer Verbinder mit einem ersten Verbinderstück (114) mit einer Vielzahl von Kolonnen von ersten Signalkontakten (122) und einem zweiten Verbinderstück (116) mit Kolonnen von zweiten Signalkontakten (158), die geeignet sind, mit den ersten Signalkontakten in Eingriff zu treten, wenn das erste Verbinderstück und das zweite Verbinderstück in Eingriff gebracht werden, wobei der Verbinder ferner umfaßt: a) eine erste Vielzahl von Schirmplatten (128), die jeweils zwischen nebeneinander liegenden Reihen der ersten Signalkontakte im ersten Verbinderstück angeordnet sind; b) eine zweite Vielzahl von Schirmplatten (150), die jeweils zwischen nebeneinander liegenden Reihen der zweiten Signalkontakte im zweiten Verbinderstück angeordnet sind; und dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder ferner umfaßt: c) eine Vielzahl von Torsionskontakten (142) an der ersten Vielzahl oder an der zweiten Vielzahl von Schirmplatten, wobei jeder Torsionskontakt einen Arm (144 oder 146) mit zwei Enden umfaßt, die an einer der Schirmplatten befestigt sind, wobei der Torsionskontakt, wenn er nicht in Eingriff ist, aus der Ebene der Platte herausgebogen ist, und wenn das erste Verbinderstück und das zweite Verbinderstück in Eingriff sind, jede aus der ersten Vielzahl von Platten mit einer aus der zweiten Vielzahl von Platten an einer Vielzahl von Punkten in Kontakt tritt.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei das erste Verbinderstück einen Kontaktstiftsockel (114) mit einer Vielzahl von Reihen von Signalkontaktstiften (122) umfaßt, die in einer Fassung (120) mit zwei Seitenwänden mit darin ausgebildeten Schlitzen (134) angeordnet sind, und die erste Vielzahl von Schirmplatten mit den Schlitzen an den Seitenwänden in Eingriff steht.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei der Arm eine Dicke hat, die kleiner ist als die Dicke der Schirmplatte, an der er befestigt ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei der Arm eine Schlangenform hat.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei jede aus der zweiten Vielzahl von Schirmplatten Schlitze (214) aufweist, die so positioniert sind, daß sie zwischen den Signalkontakten (158) liegen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei eine Schirmplatte (150) aus der zweiten Vielzahl von Schirmplatten ein Gehäuse (170) hat, wobei das Gehäuse (170) und die Schirmplatte (150) ein Schirmstück (166) umfassen, wobei das Gehäuse (170) pyramidenförmige Vorsprünge (310) auf der Vorderseite des Schirmstücks aufweist; und wobei das erste Verbinderstück (114) passende Vertiefungen in einem Bodenabschnitt des Stücks aufweist.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Signalkontakte ein Endstück (124; 426) hat und jede der Schirmplatten eine Vielzahl von Endstücken (130; 1030) hat, die zwischen benachbarten Signalkontaktendstücken angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Verbinderstück (116) eine Vielzahl von Scheiben (154) umfaßt, die parallel mit jedem aus der zweiten Vielzahl von Schirmen (150) ausgerichtet sind und die von einer Seite von einer der Scheiben zugriffsfähig sind, wobei die Scheiben so positioniert sind, daß, wenn das erste Verbinderstück und das zweite Verbinderstück in Eingriff treten, die erste Vielzahl von Schirmen (128) sich zwischen benachbarte Scheiben einfügt, um mit einem aus der zweiten Vielzahl von Schirmen in Kontakt zu treten.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich mit: a) einem Versteifungselement (156); b) einer Vielzahl von Scheiben (154), wobei jede der Scheiben eine vordere Fläche (1210), die dem ersten Verbinderstück zugewandt ist, und einen hinteren Abschnitt aufweist, der an der Versteifungseinrichtung befestigt ist, so daß zwischen den vorderen Flächen benachbarter Scheiben Schlitze verbleiben, wobei die erste Vielzahl von Schirmplatten in die Schlitze eingefügt wird.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei jede der Scheiben eine Kolonne von Signalkontakten aufweist, die in einem Gehäuse (172) fest angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalkontakte in dem zweiten Verbinderstück Steckbuchsenkontakte umfassen.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Verbinderstück an einer Rückwandplatine (110) befestigt ist und das zweite Verbinderstück an einer Tochterplatine (112) befestigt ist.