CN102726125B - 插式连接器和多层电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于接触多层电路板(51)的多极插式连接器(90)、一种可装配多极插式连接器(90)的多层电路板以及一种由用于接触多层电路板(51)的多极插式连接器(90)和可装配该多极插式连接器(90)的多层电路板所构成的组合物，所述插式连接器具有多个接触元件(50a，50b-50′a，50′b)，所述多层电路板具有用于对所述多极插式连接器(90)的接触元件(50a，50b-50′a，50′b)的插针(53a，53b-53′a，53′b)进行接触的盲孔(60a，60b-60′a，60′b)。本发明插式连接器(90)的特征在于，所述插针(53a，53b-53′a，53′b)长度不等，以便所述插针(53a，53b-53′a，53′b)能与所述多层电路板(51)分布在不同印制导线平面(71-71′)中的印制导线(52a，52b；72a，72b-72′a，72′b)实现接触。本发明多层电路板(51)的特征在于，所述盲孔(60a，60b-60′a，60′b)终止于所述多层电路板(51)的不同印制导线平面(71-71′)，以便所述插针(53a，53b-53′a，53′b)能明确接触到所述多层电路板(51)分布在不同印制导线平面(71-71′)中的印制导线(52a，52b；72a，72b-72′a，72′b)。

Description

插式连接器和多层电路板
技术领域
本发明涉及一种用于接触多层电路板的多极插式连接器、一种可装配多极插式连接器的多层电路板以及一种由多极插式连接器和可装配该插式连接器的多层电路板所构成的组合物。
背景技术
专利申请公开案DE10040303A1描述一种以明确的深钻技术在多层电路板中开盲孔的方法。这种方法利用测试孔，以钻尖一到达印制导线层即检测到电流流动的方式测定各印制导线层的确切深度。通过逐层减小所用钻头的钻孔直径，不但能可靠检测沿钻孔方向依次分布的印制导线层，还能避免各印制导线层之间发生短路。
专利申请公开案DE19902950A1描述一种两面均可装配插式连接器的印制电路板的制造方法。这种印制电路板由两块粘接在一起的多层印制电路板构成。这两块印制电路板包含多个通过多层电路板中的印制导线彼此相连的镀通孔。这些镀通孔用于容置插式连接器的插针。将插针压入孔中，以此建立插针与孔之间的电性连接和机械连接。
实用新型DE29601655U1中所描述的印制电路板同样可以双面接触插式连接器，且同样由两块粘接在一起的多层印制电路板构成。用于容置插式连接器的插针的孔可实施为盲孔。
专利申请公开案DE4002025A1中述及的多层电路板的层间连接件实施为具有连续导电涂层的孔壁，这些孔壁具有与多层电路板中的选定印制导线层接触的接触点。这些层间连接件在其顶端具有截面增大的区域。这个增大截面形成在至少一个单独的层合盖板中。截面增大区域用于容置插式连接器的插针。部分孔也可以实施为盲孔，以免位于这部分孔下方的印制导线层发生短路。
专利说明书DE69915882T2描述一种用于高频数据传输的插式连接器。每个信号导引接触元件各对应一个屏蔽接触元件或者说地电位导引接触元件。这些接触元件采用能够进行阻抗匹配的定向。
专利说明书US6976886B2描述一种插式连接器，通过对该插式连接器中的信号导引接触元件和屏蔽接触元件或者说地电位导引接触元件进行特殊的相对布置和相对定向，可以在信号导引线之间取得很好的屏蔽效果，从而使该插式连接器整体具有很好的屏蔽效能。这种已知插式连接器专用于高频信号，信号导引接触元件和地电位导引接触元件也是采用特定的布置方式以便获得特定的特性阻抗。
专利申请公开案DE19807713A1描述一种包含大量接触元件的插式连接器。这种已知的插式连接器用于在背板和插入卡之间建立插式连接，具体是在所谓的CompactPCI系统的背板和插入卡之间建立插式连接。
如电容、电感、特性阻抗等电气工程领域的基本概念请参阅Meinke与Gundlach所著的“TaschenbuchfürHochfrequenztechnik(高频技术手册)”(Springer出版社1956年出版)一书。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于接触多层电路板的多极插式连接器、一种可装配多极插式连接器的多层电路板以及一种由多极插式连接器和可装配该多极插式连接器的多
层电路板所构成的组合物，借此实现对极高频信号(尤其是数字信号)的导引。
各项独立权利要求所述的特征为本发明用以达成上述目的的解决方案。
所述用于接触多层电路板的多极插式连接器以多个接触元件为基础。本发明插式连接器的特征在于，所述接触元件的插针长度不等，以便所述插针能与所述多层电路板分布在不同印制导线平面中的印制导线实现接触。
所述可装配多极插式连接器的多层电路板中设有用于与所述多极插式连接器的接触元件的插针进行接触的盲孔。本发明多层电路板的特征在于，所述盲孔终止于所述多层电路板的不同印制导线平面，以便所述接触元件的插针能明确接触到所述多层电路板分布在不同印制导线平面中的印制导线。
在本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物中，所述多极插式连接器具有多个接触元件，以便实现对所述多层电路板的接触，所述多层电路板具有用于与所述多极插式连接器的接触元件的插针进行接触的盲孔，以便能装配所述多极插式连接器。本发明由多极插式连接器和可装配该多极插式连接器的多层电路板所构成的组合物的特征在于，所述插式连接器的接触元件的插针长度不等，以便所述插针能与所述多层电路板分布在不同印制导线平面中的印制导线实现接触，所述盲孔终止于所述多层电路板的不同印制导线平面，以便所述接触元件在长度上相匹配的插针能实现明确接触。
本发明的多极插式连接器、本发明的多层电路板以及本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物实现了接触元件在插式连接器中的高密度分布。这一点相应是通过用于与插式连接器的接触元件的插针进行接触的印制导线在多层电路板中的高密度分布而实现的。
由此而获得的一大优点是，多层电路板分布在不同印制导线平面中的印制导线的几何结构得到了简化。特定而言，所有印制导线均可以插式连接器的接触元件的插针为起点呈直线延伸，即印制导线上不必设弯曲部。如此一来，本发明的多极插式连接器、本发明的多层电路板以及本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物就可用来传输频率很高的信号，如果是数字信号，则这样的频率最高可达40GBit/s，而衰减不会过大，或者说数字信号的眼图不会合拢。
本发明的多极插式连接器、本发明的多层电路板以及本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物特别适用于将多层电路板用作背板或者用多层电路板来接触背板的应用领域。借助这项技术而实现的通信工程设备能够为因特网的信号传输处理高频数字信号。
本发明的多极插式连接器、本发明的多层电路板以及本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物的有利改进方案和设计方案请参阅从属权利要求。
根据本发明多极插式连接器的一种设计方案，与所述多层电路板完成组装后，所述插式连接器位于所述多层电路板边缘的插针长度最大，后面的插针长度逐级缩短。根据本发明多层电路板与之相应的设计方案，位于所述多层电路板边缘的盲孔深度最大，后面的盲孔深度逐级变小。如果涉及的是多极直角连接器，通过上述措施就可以使得布置在插式连接器下端的接触元件的插针长度大于上方接触元件的插针长度，从而使得堆叠布置在插式连接器中的接触元件排的线路总长大体得到均衡。
一种特别有利的措施是，在所述多极插式连接器的接触元件排中并排布置的信号导引接触元件对的插针均为同等长度。一种与之对应的有利措施是，所述多层电路板中用于与并排布置在所述插式连接器的接触元件排中的接触元件对的插针进行接触的盲孔在所述多层电路板中均为同等深度。通过这些措施可以在用于与插式连接器的插针进行接触的印制导线区域内，明确地按照信号导引接触元件对所导引的信号对所述多极插式连接器和所述多层电路板的电特性进行相应调整。当相应的接触元件对所导引的是不会出现信号传播时间差的差分信号时，上述措施能产生非常有益的影响。
上述措施优选适用于所述插式连接器位于接触元件排内的所有接触元件。相应地，与之对应的措施优选适用于所述多层电路板中用于与所述插式连接器位于接触元件排内的接触元件的插针进行接触的盲孔。这样就能为优选导引差分信号的多个接触元件对提供相同的电特性。
根据本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物的一种有利改进方案，所述插针至少几乎将对应于所述插针的盲孔的深度完全填满。采取这一措施后，与多层电路板接触的插式连接器将获得较高的机械稳定性，从而能提供较大的拔出力。
根据另一有利改进方案，所述插式连接器的接触元件对和/或所述多层电路板对应于所述接触元件对的印制导线均至少近似地具有规定的特性阻抗。特性阻抗Zw的计算公式是Zw＝单位长度电感的根除以单位长度电容(假设线路无损耗)，据此，通过相关电导体之间的几何关系(主要是间距和导体形状)以及相关导电结构之间的电介质(即插式连接器的材料和多层电路板的材料)就能针对性地为特性阻抗确定规定值。测定单位长度电容、单位长度电感和特性阻抗的方法详见前文提及的Meinke和Gundlach所著一书的第14、18和165页。
附图说明
图1为现有技术中与多层电路板接触的多极插式连接器的接触元件的等轴测视图；
图2为图1所示多层电路板的顶层印制导线平面中的印制导线的俯视图；
图3为图1所示插式连接器的等轴测剖面图；
图4为图3所示多层电路板的剖面图；
图5为与本发明多层电路板接触的本发明多极插式连接器的接触元件的等轴测视图；
图6为本发明如图5所示的多层电路板的顶层印制导线平面中的印制导线的俯视图；
图7为本发明如图5所示的多层电路板的等轴测剖面图；
图8为本发明如图7所示的多层电路板的剖面图；
图9为与本发明多层电路板接触的本发明完整插式连接器的等轴测视图；
图10为本发明如图9所示的插式连接器的一个区段的等轴测视图；
图11为图7所示多层电路板放大后的等轴测剖面图；以及
图12为本发明采用替代设计方案的多层电路板的等轴测剖面图。
具体实施方式
针对本发明所提供的用于接触多层电路板的多极插式连接器、可装配多极插式连接器的多层电路板以及由多极插式连接器和可装配该多极插式连接器的多层电路板所构成的组合物，下文将借助附图所示的实施例对这些标的的其他有利改进方案及设计方案进行说明。
图1为现有技术中与多层电路板11接触的多极插式连接器的接触元件10a、10b的等轴测视图。接触元件10a、10b成对组合。沿触点间隙方向12设有四个接触元件对，其中，沿触点排方向13设有十个间隙。接触元件10a、10b的插针14a、14b锚定在多层电路板11的孔15a、15b中。多层电路板11的顶层印制导线平面16与多层电路板11的表面重合，附图在该印制导线平面上标示出两条与接触元件10a、10b的插针14a、14b接触的印制导线17a、17b。印制导线17a、17b通向有可能布置在多层电路板11上的其他组件(图中未绘示)。
图2为图1所示多层电路板11的顶层印制导线平面16的俯视图，这个印制导线平面相当于多层电路板11的表面。从图中可以清楚看到通向孔15a、15b的印制导线17a、17b的弯曲部20a、20b。弯曲部20a、20b的作用是防止印制导线17a、17b交叉。
图3为现有技术中的插式连接器30的等轴测剖面图，该插式连接器具有如图1所示的接触元件10a、10b。如图3所示，接触元件10a、10b的插针14a、14b锚定在多层电路板11的孔15a、15b中。因此，孔15a、15b系贯穿多层电路板11。这一事实情况在图4中再次得到了图示，图4为多层电路板11中的孔15a、15b的剖面图。
根据现有技术，多层电路板11可以具有分布在不同印制导线平面中的印制导线(图中未绘示)。由于孔15a、15b贯穿多层电路板11，视情况有可能分布在不同印制导线平面中的印制导线上有必要设置多个弯曲部，相关示例见图2中印制导线17a、17b的弯曲部20a、20b。
图5为与多层电路板51接触的本发明多极插式连接器的多个接触元件50a、50b-50′a、50′b的等轴测视图，图中示范性示出了接触元件50a、50b的印制导线52a、52b，这些印制导线在多层电路板51的顶层印制导线平面54内以接触元件50a、50b的插针53a、53b(在图5中看不到)为起点呈直线延伸，即印制导线上未设弯曲部，其中，顶层印制导线平面54示范性地同时构成本发明多层电路板51的表面。
接触元件50a、50b-50′a、50′b沿触点排方向13成对布置，在图示实施例中，沿触点排方向13设有六个接触元件对，沿触点间隙方向12设有八个接触元件对。图5中与前几图所示部件相同的部件均沿用同样的参考符号。以下各图亦是如此。
图6为本发明多层电路板51的顶层印制导线平面54的俯视图，如图所示，印制导线52a、52b呈直线通向孔60a、60b，接触元件50a、50b的插针53a、53b分别锚定在这些孔中。
图7为本发明多层电路板51的等轴测剖面图，从中可以看到印制导线52a、52b是如何实现直线延伸的。图5和图6中所示的印制导线52a、52b位于多层电路板51的表面，这里涉及的则是在多层电路板51内部位于不同印制导线平面71-71′中的印制导线72a、72b-72′a、72′b(另见图12)。多层电路板51中的孔60a-60a′实施为盲孔，其中，分布在不同印制导线平面71-71′中的印制导线72a、72b-72′a、72′b通向各盲孔60a、60b-60′a、60′b。图7是剖面图，因而从中只能看到印制导线72a-72b和盲孔60a-60′a。接触元件50a、50b-50′a、50′b的插针53a、53b-53′a、53′b的长度应当与盲孔60a、60b-60′a、60′b相匹配，亦即，插针53a、53b-53′a、53′b顶多与相应的盲孔60a、60b-60′a、60′b同等长度。
图8为图7所示多层电路板51的剖面图，在这个剖面图中只能看到盲孔60a-60′a，这部分盲孔终止于不同的印制导线平面71-71′，而这些印制导线平面内分别设有印制导线72a、72b-72′a、72′b，附图示出了其中的印制导线72a-72′a。印制导线72a、72b-72′a、72′b分别为接触元件50a、50b-50′a、50′b位于盲孔60a、60b-60′a、60′b中的插针53a、53b-53′a、53′b(图8中未绘示)建立连接，其中，盲孔60a、60b-60′a、60′b中例如设有能与待焊接或者优选待压接插针53a、53b-53′a、53′b实现电接触的金属化层。
图7和图8示意的是成对布置的接触元件50a、50b-50′a、50′b的有利设计方案，其中，接触元件对50a、50b-50′a、50′b优选用于导引差分信号。通过将构成接触元件对的两个接触元件50a、50b-50′a、50′b沿触点排方向13并排布置，可以确保：对于由同一个接触元件对50a、50b-50′a、50′b导引的差分信号而言，接触元件50a、50b-50′a、50′b上直至盲孔60a、60b-60′a、60′b中的插针53a、53b-53′a、53′b处的可用长度都是一样的。借此实现接触元件对50a、50b-50′a、50′b的全对称结构，这样的结构允许对本发明插式连接器的接触元件对50a、50b-50′a、50′b和/或本发明的多层电路板和/或本发明由多极插式连接器和多层电路板所构成的组合物施加差分信号之间仅允许出现极小信号传播时间差的极高信号频率。无错传输数字信号的频率可以达到40GBit/s。
规定一个特定的特性阻抗(例如50欧姆)对于接触元件对50a、50b-50′a、50′b而言同样比较重要，特性阻抗的定义请参阅前文提及的Meincke和Gundlach所著一书，特性阻抗在此主要受接触元件50a、50b-50′a、50′b的几何结构(即接触元件的形状和间距)以及存在于接触元件对50a、50b-50′a、50′b之间的电介质影响。但是在多层电路板51内部，也可以通过为印制导线72a、72b-72′a、72′b设定相应尺寸以及通过规定上述特性参数来调节特性阻抗。各印制导线52a、52b；72a、72b-72′a、72′b按本发明设计呈直线延伸后，在印制导线52a、52b；72a、72b-72′a、72′b区域内也能实现信号传播时间差的最小化，在此对传播时间最小化起决定性作用的因素主要是通向接触元件对50a、50b-50′a、50′b的印制导线52a、52b；72a、72b-72′a、72′b直线延伸且平行分布。
图9为与本发明多层电路板51接触的本发明插式连接器90的完整视图。根据图示实施例，图中所示出的接触元件对50a、50b可以被用于导引相应插式连接器的插式连接器导引件91至少部分包围。为了说明本发明插式连接器90的结构，图10以等轴测视图的形式示出图9所示插式连接器90的一个区段，从中还能看到与压入盲孔60-60′的插针53a-53′a接触的接触区以及通向盲孔60a-60′a的印制导线72a-72′a。
在图11所示的设计方案中，盲孔60a-60′a仅被接触元件50a-50′a的插针53a-53′a部分填满。盲孔60a-60′a在深度方面采用分级结构，最大深度位于多层电路板51的边缘，本实施例中的插针53a几乎将与之对应的盲孔60a全部填满，接触元件50′a的插针53′a则仅部分填满与之对应的盲孔60′a。这种设计方案的优点是，接触元件50a、50b-50′a、50′b的插针53a、53b-53′a、53′b可以采用相同的实现方案。
图12所示为上述设计方案的替代方案，其中，插针53a、53b-53′a、53′b的长度使得这些插针至少基本上将图12中未绘示的盲孔60a、60b-60′a、60′b完全填满。这种设计方案的优点是，插针几乎将盲孔60a、60b-60′a、60′b完全填满后，与本发明多层电路板51接触的本发明插式连接器90的机械强度得到了改善，这样整个系统就能提供较大的拔出力。图12对接触元件对分布在不同印制导线平面中的印制导线进行了图示，其中，示范性地为接触元件对50a、50b位于顶层印制导线平面中的印制导线72a、72b以及接触元件对50′a、50′b位于底层印制导线平面中的印制导线72′a、72′b标示了参考符号。

Claims (9)

1.一种用于接触多层电路板(51)的多极插式连接器，具有多个布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)，其中，位于同一个接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)同等长度，其特征在于，
所述接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)的长度从接触元件排(13)到接触元件排(13)逐级缩短，以便能接触到所述多层电路板(51)分布在不同印制导线平面(71–71')中的印制导线(52a，52b；72a，72b–72'a，72'b)，
布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)合并成接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)，所述接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)导引差分信号。
2.根据权利要求1所述的用于接触多层电路板(51)的多极插式连接器，其特征在于，
所述接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)具有规定的特性阻抗。
3.一种可装配多极插式连接器(90)的多层电路板，具有成排布置的用于与所述多极插式连接器(90)布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)进行接触的盲孔(60a，60b–60'a，60'b)以及分布在不同印制导线平面(71–71')中的印制导线(52a，52b；72a，72b–72'a，72'b)，其特征在于，
所述盲孔(60a，60b–60'a，60'b)的深度逐排缩短且终止于所述多层电路板(51)的不同印制导线平面(71–71')，以便能明确接触到布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)，
布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)合并成接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)，所述接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)导引差分信号。
4.根据权利要求3所述的可装配多极插式连接器(90)的多层电路板，其特征在于，
位于所述多层电路板(51)边缘的盲孔(60a，60b–60'a，60'b)深度最大，后面的盲孔深度逐级变小。
5.根据权利要求3或4所述的可装配多极插式连接器(90)的多层电路板，其特征在于，
布置在同一排中的盲孔(60a，60b–60'a，60'b)合并成并排布置的盲孔对(60a，60b–60'a，60'b)，所述盲孔对用于与所述插式连接器(90)中并排布置在同一个接触元件排(13)中的接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)进行接触。
6.根据权利要求5所述的可装配多极插式连接器(90)的多层电路板，其特征在于，
对应于所述盲孔对(60a，60b–60'a，60'b)的印制导线(52a，52b；72a，72b–72'a，72'b)具有规定的特性阻抗。
7.一种由多极插式连接器(90)和多层电路板(51)所构成的组合物，其中，所述插式连接器(90)具有多个布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)，位于同一个接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)同等长度，所述多层电路板(51)具有成排布置的用于与所述多极插式连接器(90)布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)进行接触的盲孔(60a，60b–60'a，60'b)以及分布在不同印制导线平面(71–71')中的印制导线(52a，52b；72a，72b–72'a，72'b)，其特征在于，
所述接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)的长度从接触元件排(13)到接触元件排(13)逐级缩短，以便能接触到所述多层电路板(51)分布在不同印制导线平面(71–71')中的印制导线(52a，52b；72a，72b–72'a，72'b)，所述盲孔(60a，60b–60'a，60'b)的深度逐排缩短且终止于所述多层电路板(51)的不同印制导线平面(71–71')，以便能明确接触到布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)的插针(53a，53b–53'a，53'b)，
布置在接触元件排(13)中的接触元件(50a，50b–50'a，50'b)合并成接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)，所述接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)导引差分信号。
8.根据权利要求7所述的由多极插式连接器(90)和多层电路板(51)所构成的组合物，其特征在于，
所述插针(53a，53b–53'a，53'b)至少几乎将与之对应的盲孔(60a，60b–60'a，60'b)完全填满。
9.根据权利要求7所述的由多极插式连接器(90)和多层电路板(51)所构成的组合物，其特征在于，
所述接触元件对(50a，50b–50'a，50'b)具有规定的特性阻抗。
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