CN1316682C - 晶片化电源连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于印刷电路板的一种互连系统。该互连系统包括在印刷电路板之间传送高速信号的信号晶片。该互连系统还包括由晶片组装的电源模块。该电源模块比较紧凑，易于生产，并且易于与信号接点晶片集成来提供单一的连接器。

Description

晶片化电源连接器
技术领域
本发明总的来说涉及电互连系统，更特别涉及电源连接器(powerconnector)。
背景技术
现代电子系统通常被制造在多个印刷电路板上。对于诸如路由器这样的计算机化产品，传统的配置是具有一个作为底板使用的印刷电路板。被称作子卡的若干其它印刷电路板连接在底板上。子卡包含有系统的电子电路。底板包含有发送信号和给电源子卡供电的迹线或平面(plane)。电连接器附加于印刷电路板，并且通过这些连接器建立电连接。
通常将不同类型的连接器用于信号和电源连接。信号连接器可以在很小的区域内传送很多的信号。但是，由于信号经常处于高频，因此存在串扰的风险。因此，信号连接器通常具有特殊的屏蔽外壳。
电源连接器需要比信号连接器传送更高的电流。此外，由于电子系统中的电源可能具有危险的电压，因此底板电源连接器通常需要具有保护部件以防止人意外地接触到电源连接器。因此，对于信号和电源连接器的许多要求都是不同的。
不能与信号连接器共存的电源连接器的一个要求是需要有不同的配对级别。配对级别对于一种叫做“热交换”(hot swap)的功能尤其有用。通过热交换，当系统电源打开时，连接器被完成或者被去除。例如，当电源打开时，子卡可能被插入到底板中。为了确保在子卡上对电路进行适当的操作，或者避免对子卡电路造成损害，通常希望以特殊的顺序给各种元件供电。多重配对级别将用于提供这项功能。
首先接收电源的电路是连接在最长的电源接点上的。这些接点首先进行配对，并因此首先提供电源给选择的电路。随着电子系统变得更加复杂，需要的配对级别的数量也在增加。
随着系统变得更加复杂，电路也需要更多的电压级别来正确地操作。
希望有一种电源连接器，能灵活控制许多电压级别和配对级别。
我们进一步地认识到，对于高速互连，希望具有较低的电感功率电源/回环(inductance power power/return loop)。
发明内容
通过对前述背景的回顾，本发明的目的是提供了一种改进的电源连接器。
前述以及其它目的是在晶片化电源连接器中获得的。该连接器由两种不同类型的晶片和绝缘帽组装而成。该连接器与具有封闭接点的底板电源模块紧密配对。
附图说明
通过参考下列更详细的说明以及附图，将更好地理解本发明，其中
图1在分解图中示出了用于本发明的信号连接器；
图2示出了根据本发明的优选实施例的电源连接器的分解图；
图3是用于制造图2中连接器的晶片的接点毛坯(contact blank)的略图；
图4是图2中所示的第一晶片的略图；
图5是图2中所示的第二晶片的略图；
图6是根据本发明的子卡电源连接器的略图。
优选实施例说明
图1示出了一个高速互连系统的信号连接器部件。示出了底板104的部件，和连接到其上的底板连接器110。同时示出了子卡102的部件，在分解图中示出了子卡连接器120。子卡连接器是由多个组件136组装而成的。组件136连接到刚性部件142，该刚性部件142具有附加的部件，例如孔162a和162b和槽162c，这些孔和槽决定了组件的位置并保护它们。
图2示出了根据本发明的电源连接器200的一个优选实施例。电源连接器200是用来联合信号连接器而操作的，例如图1中所示，并在2000年2月3日提交的美国临时专利申请60/179,722，题为“Connector with Egg Crate Shielding(具有装蛋箱保护的连接器)”中有更全面地说明，在此通过引用将其结合进来。特别地，电源连接器200的子卡部件将沿信号连接器连接到刚性部件142，电源连接器200的底板部件将沿底板连接器110连接到底板104。
图2在分解图中示出了连接器200。底板连接器包括一个外壳210和若干电源接点212。外壳210最好由绝缘材料制造。在优选实施例中，外壳210通过模铸形成，最好通过喷射模塑法形成。
电源接点212是由导电材料制造的。对于电源接点，经常使用铜合金，但是也可使用其它具有合适硬度的高导电性金属。每个电源接点212具有一个刀片(blade)214和多个接点尾线216。在示出的实施例中，示出了两个压配对接点尾线。在使用中，压配对接点尾线通过底板上的孔被压进镀板中从而与底板中的电源板接触。
在图2的实施例中，外壳210中具有8个电源接点212。通过外壳210底盘中的开口(未示出)压入电源接点212。每个刀片214增加(run up)一个凹槽218，该凹槽218形成在外壳210的壁中。在示出的实施例中，刀片214在外壳210的相对壁上排列，在它们之间具有一个空腔。底板连接器中的刀片的具体数量对于本发明并不重要。但是，底板外壳210最好具有相同的宽度或者比信号连接器外壳110更小，以使得信号连接器和电源连接器都能排成一列。
外壳210也是由凹槽222组成的。在对子卡和底板连接器进行配对时，凹槽222从子卡连接器容纳突起(projections)252。凹槽222是确保电源接点适当地对齐定位的部件。
子卡连接器是由三个元件进行组装的，即帽或者定位导轨250，晶片260和晶片270。晶片260和270包含电源接点。晶片260和270的每个通常都是相似的。但是，电源接点的配对部件262和272向相反的方向弯曲以提供外向的配对表面。
晶片260和270的每个都是通过在接点毛坯(例如接点毛坯300(图3))周围的外壳263和273模铸而形成。外壳最好由例如塑料的绝缘材料组成。外壳包括附属部件，诸如将晶片连接到刚性部件142的突起264，265和266。附属部件可以是诸如滑入凹槽的接头或者从孔进行按压的插孔。
外壳263和273也包含定位部件以对齐外壳。在图2中，突起278从晶片270的内表面伸出。突起278适合晶片260的内表面(未示出)上的孔以对齐晶片。突起278还创建了一个静配合(interference fit)来固定晶片260和270在一起，这将使得在生产过程中对部件的控制更加容易。也有可能使用其它类型对齐和附属部件，诸如创建搭扣配合(snap fit)的接头或者插销。
接点尾线312A和312B分别从晶片260和270的底边缘伸出。这些接点尾线将电源连接器连接到子板上。在示出的实施例中，接点尾线312A和312B象接点尾线146在子卡信号连接器120中一样，以相同间隔沿着连接器的列进行对齐。使用相同的间隔可以带来允许统一的穿越印刷电路板的孔样式的优点，这个优点有时候可以简化生产，尤其是PCB设计的布线阶段。
接点部件262和272从每个晶片的前边缘伸出。在示出的实施例中，每个接点具有双电子束，向刀片214提供接点的两个点。如所示，每个电子束具有一个弯曲部件和一个在此形成的凹坑291。在凹坑291的帮助下，可接触到底板连接器中的刀片214。
将接点部件插入定位导轨250中。定位导轨是由绝缘材料组成的，以防止接点在一起短路。它最好是由塑料塑造的。定位导轨250包括多个在此形成的通道254。每个通道254容纳接点262，272中的一个。定位导轨250具有壁256和258，将接点相互隔开并形成通道254。
通道254中的每个都具有一个凸缘250，该凸缘形成于定位导轨250的配对边缘附近。组装时，接点262和272位于凸缘259之下。最好从子卡连接器的中心向外预压(pre-stress)接点262和272。凸缘250将保持接点的主边缘在子卡连接器的轮廓之内。以使他们能够不留残余地插入到空腔220之中。但是，要预加载接点来向外压，接点将增加凹坑压向刀片214的压力，从而改善接点的完整性。
为保护晶片260和270的定位导轨250，每个信号接点都包括有倒钩269。当把定位导轨250按压到晶片上时，倒钩269将啮合壁258上的部件，从而保护晶片的定位导轨。也可使用附加装置的其它方法。例如，部件可以被模铸成定位导轨250以及外壳263和273，以创建一个静配合或者搭扣配合。
图3示出了在生产早期阶段的晶片270。电源接点毛坯300也被示出。这个毛坯是由用于制造电源接点的材料印制和组成的。在优选实施例中，使用了铜合金。众多这种毛坯最好由单独的金属大型薄板印制，这种金属薄板是可以被卷起来从而易于处理的。毛坯300以要求数量的电源接点被印制，这里的电源接点是电源接点301，302，303和304。每个接点都具有配对部件272和接点尾线312。在示出的实施例中，接点301...304的每个都具有一个带有两个压配对接点的接点尾线312。当保持子卡上的孔空腔时，使用多重接点将增加电源传输容量，其中子卡以与相信号接点孔相匹配的间距来容纳尾线。
电源接点301...304的每个都具有连接尾线312到接点272上的一个中间部件。
各个的接点被尖轨连接杆350固定在一起。尖轨连接杆被切断以创建电分离接点。优选地，尖轨连接杆在外壳273被模铸之后分离。接点毛坯300也固定在负载条板352上。不再需要这些负载条板时，它们将也在模铸之后被切断。在一个优选实施例中，负载条板包括用于对接点定位的孔，即使不再需要，它们也不会被切断。
图3示出了接点301...304具有在这里形成的凹凸面(jog)314。凹凸面314把接点尾线312从子卡连接器的中心分开。凹凸面314增加了晶片260和270中接点尾线312之间的间隔。这样，如果忽略凹凸面314，接点尾线将进入到更进一步分离的印刷电路板的孔中。希望能够在传送相关高电压的印刷电路板的孔之间提供更大的分离程度。
此外，凹凸面312使接点尾线312与孔排成直线，孔之间的间隔具有与沿用于安放信号连接器的列的孔相同的间距。在示例的实施例中，电源连接器与需要用来容纳之列信号触点的晶片相同的宽度。这样，凹凸面314使得在晶片260和270中的尾线312之间的间隔与两块信号晶片136之间的间隔相等。
现在看图4，示出了生产的稍后阶段的电源接点毛坯。外壳273在电源接点毛坯300上进行模铸。图4示出了负载条板352和尖轨连接杆350被切断之前的晶片270。
晶片260是通过相似的处理形成的。需要使用补充的电源接点毛坯。特别地，配对部件272具有反向的弯曲，凹凸面314处于相反的方向上。虽然在两个晶片上，这些部件都弯曲远离子卡连接器的中心。图5示出了外壳263在电源接点毛坯上被模铸之后的晶片260。
图6示出了组装过程中的子卡连接器。附上了晶片260和270。定位导轨250也被插入并保护晶片。负载条板352的部件仍保持以易于处理，也可以在生产的后续步骤中被去除。
图6示出了凸缘259下的接点的配对部件262。为了组装子卡连接器，配对部件262和272被压向定位导轨的壁256，这样它们将在凸缘259之下滑动。
图6还说明了接点尾线之间的间隔以促进底板组件中电源连接器的使用，其中所述的底板组件包括图1中所示的信号晶片。如图6所示，每个电源接点都具有两个接点尾线，例如312(1)和312(2)。这些接点尾线具有与图1的信号连接器的信号接点尾线相同的间距。接点尾线312(1)和312(2)的中心之间的距离表示了沿接点列的间隔。
在为控制差分信号优化的信号连接器中，信号连接器被成对地放置。而且，一个对中的尾线与相邻对中的最接近的尾线之间的间隔要大于同一对中接点尾线之间的间隔。在优选实施例中，本发明的电源连接器具有这个相同间隔。尾线312(2)与312(5)的中心之间的距离与图1所示的信号接点尾线对之间的距离相匹配。
对于所有电源接点尾线，一列中的信号接点的间距是相同的。在图6中，此间隔是由尾线312(3)和312(4)的中心线之间的距离给定的。虽然包括晶片260和270的电源连接器组件可以比如图1中所示的两个信号晶片更宽，但是电源连接器组件的宽度最好是信号接点晶片的宽度的整数倍。这个宽度允许信号和电源接点更易于被固定到一个支持组件上，诸如已经对用于晶片的附加部件进行了预加工(preformed)的金属刚性部件。这个宽度也允许在用于连接连接器的印刷电路板上的孔能以相同间距的模式进行钻孔，虽然在使用电源连接器的地方，孔列可能不被使用或者不被钻孔。或者，用于电源连接器附加部件的孔很可能具有更大的直径以传送更多的电流。在示出的实施例中，一排中的尾线之间的间隔如尾线312(3)和312(4)之间的距离所示，这个距离是信号接点尾线的相邻列之间的间隔距离的两倍。
在使用中，电源连接器可被用于传送数量达到8个之多的单独电源信号。可替换地，某些电源接点也可以电连接在一起。
如上所述的电源连接器具有若干优点。首先，易于生产。其次，与信号连接系统兼容。可以适合与信号连接器相同的刚性部件。更进一步地，只占用了很小的空间。在示出的实施例中，只占用了比三列信号接点还少的空间。能够在这样小的空间内安装8个独立分离的电源接点也是非常有利的。
另一个优点是根据本设计的电源连接器可以灵活地实现更高容量的利用。这样的一个连接器比现有技术的电源连接器具有更多的电源接点，尽管在优选实施例中每个都具有更低的额定电流。例如，现有技术的电源连接器具有四个大的电源接点，每个都定额为10安培，最大总共有40安培。在一个实施例中，本发明的电源连接器使用了12密耳(千分之一英寸)厚的坯料来制造电源接点毛坯300。每个这样的节点传送5安培，但是最大总共也是40安培。虽然每个电源连接器都具有相同的最大电源传输容量，但是本发明的连接器能够更加有效，特别是在一个系统中需要许多电压级的时候。
例如，考虑这样一个系统，其中需要四个电压级：1伏特和2安培，0伏特和5安培，2.5伏特和2安培，以及5伏特和15安培。在现有技术的电源连接器中，10安培的节点可以传送的电压是1伏特，0伏特和2.5伏特，这是因为他们中的每一个都具有比10安培更低电流。但是，需要两个接点才能在5伏特传送全部的15安培。因此，需要总共5个接点。因为每个连接器具有4个接点因此需要两个电源连接器。在这两个电源连接器中总共80安培的电流传送容量中，只有24安培在本例中被传送。换句话说，只实现了30％的电源容量利用。
通过如优选实施例中的连接器，一个接点可以传送1伏特，0伏特和2.5伏特信号中的每一个。需要三个接点来在15安培传送5伏特的信号。但是，因为在一个连接器中有8个接点，所以可以在一个电源连接器中传送所有的信号。结果是有60％的电源容量使用，并且对于电源连接器只需要小得多的区域，因为只需要一个而不是两个电源连接器。
而且，在优选实施例中，公开的电源连接器比现有技术的具有4个大刀片的连接器更窄。
进一步地，应该注意到电源接点的中间部件301...304通常在一个平面中，而且这个平面将平行于信号接点的平面。因此，电源导线通常位于信号接点的旁边并平行于信号接点。这种配置将使导电性环路中的电感最小化，该电感是由电流断断续续地流动于子卡中造成的，在高速互连系统中非常期望有这样的配置。
除了已述的一个实施例，也可以做出众多的其它实施例或者变种。例如，连接器被记述为一个直角底板连接器。连接器也可以在夹层或者母板应用中或者在电缆配置中或者以其它的方式使用(诸如中平面(midplane))。这些其它的实施例可以通过改变特殊衬底的连接器附加部件的方法来创建。同样地，在示出的用于印刷电路板附加部件的实施例中，示出了压配合接点。甚至对于在底板配置中使用的连接器，通过改变接点尾线可以改变具体的附加部件机械装置。可以使用焊接尾线或者其他的附加部件机械装置。
有时候还希望电源连接器具有预先定义的配对顺序。刀片214可以被做成不同的长度，这样当子卡和底板连接器被压在一起时，某些电源接点将首先配对。
还应该注意到，优选实施例是一个宽度为三个信号晶片的电源连接器。但是，也可以使用更厚的坯料来制作电源接点并实现更高的电流容量。例如，25密耳的坯料可用于提供每个电流容量都为10安培的接点。以这样的配置，电源连接器可以更宽，例如4个信号晶片的宽度。因为如果电源连接器制作成信号晶片的整数倍，可以很容易地安装在相同的刚性部件上，所以可以使用更大的电源连接器来替代或者补充较小的电源连接器。
同时也应该认识到，图3中示出的电源接点的形状是例证说明性的。希望使得中间部件301...304尽可能的宽，以减少它们的阻抗。同时也希望使得电源接点尽可能的短，以减小电感。因此，中间部件可能制造成没有锐角转角的，如中间部件301...303中所示，并且可能以更多光滑弯曲的直角而弯曲，如中间部件304中所示。
作为另一个变种，上面指示的尖轨连接杆350是在使用电源连接器之前被切断的。但是，当需要大电流传送容量时，电源接点通常将被一起公用。公用电源接点的地方，可能会希望留下尖轨连接杆350连接电源接点，因为这样将更好地平衡电源流动。如另一个实施例，底板连接器的刀片也可以在连接器中进行电连接。例如，可以做成一个U型结构来替代两个刀片。
进一步地，介绍了印刷电路板中的孔，该孔的间距与用于使连接处于信号接点之上的孔的间距相同。电源连接器的孔放置可以遵从任意的方式。
作为进一步的变种，有可能改变接点的形状。例如，优选实施例示出了具有配对接点部件262和272的子卡连接器，其中的配对接点部件是电子束，在底板连接器中对配对接点提供弹力。配对接点只是一个平叶片。有可能在包括产生弹力的电子束的连接器的底板部件中提供有刀片的子卡接点和配对接点。
因此，本发明应该仅仅由所附权利要求的精神和范围所限制。

Claims (13)

1.一种具有可互相配对的第一连接器部分和第二连接器部分的电源连接器(200)，所述第一连接器部分包括：
a)具有中央空腔(220)的绝缘外壳(210)，其中所述绝缘外壳(210)包括在所述绝缘外壳的壁上交替形成的第一凹槽(218)和第二凹槽(222)，其中第二凹槽(222)容纳当所述第一和所述第二连接器部分配对时从第二连接器部分中伸出的突起；
b)所述中央空腔(220)外围的多个刀片(214)；和
所述第二连接器部分包括：
a)具有从第一晶片(260)的一侧向第一晶片(260)的另一侧延伸的电源接点(301-304)的第一晶片(260)，且所述第一晶片(260)具有前边缘，所述电源接点具有从所述第一晶片的所述前边缘延伸出来的配对部件(262)；
b)连接到所述第一晶片(260)的第二晶片(270)，具有从第二晶片(270)的一侧向第二晶片(270)的另一侧延伸的电源接点(301-304)，所述第二晶片(270)具有前边缘，所述电源接点具有从所述第二晶片的所述前边缘延伸出来的配对部件(272)；
c)连接到所述第一晶片(260)和第二晶片(270)的帽(250)，其具有放置于所述第一晶片和第二晶片的所述电源接点的所述配对部件(262，272)之间的绝缘壁(256)；
其中，第一和第二晶片(260，270)被插入到所述帽(250)的两壁中，所述配对部件(262，272)向相反方向弯曲从而提供直接配对表面，当所述第一和第二连接器部分配对时，在所述第二连接器部分中的第一晶片和第二晶片的所述电源接点与在所述第一连接器部分中的所述刀片对齐。
2.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述第一连接器部分的外壳(210)具有相对的侧壁，该壁具有形成于其中的第一凹槽(218)，所述的刀片分布于所述侧壁的第一凹槽中。
3.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述第二连接器部分的电源接点包括双电子束接点(262，272)。
4.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述第一晶片(260)和第二晶片(270)在其上具有附加部件(278)，从而把所述第一晶片连接到所述第二晶片。
5.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述第二连接器部分的电源接点具有形成在其上的部件(269)，所述部件啮合所述帽(250)，因此将所述帽连接到所述第一和第二晶片。
6.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述第二连接器部分的电源接点(301-304)为直角形状。
7.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述的帽(250)又在所述第一和第二晶片的每个上面的相邻电源接点之间具有多个绝缘壁(258)。
8.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述的帽(250)具有前边缘，沿所述前边缘带有多个凸缘(259)，并且所述电源接点的配对部件(262，272)的尖端位于所述凸缘的各自尖端之下。
9.根据权利要求8的电源连接器(200)，其中所述第一连接器部分的外壳(210)具有相对的侧壁，该侧壁具有在这里形成的第一凹槽(218)，所述的刀片置于所述侧壁的第一凹槽中。
10.根据权利要求9的电源连接器(200)，其中所述第二连接器部分的电源接点具有在其上形成的部件(269)，所述部件啮合所述帽(250)，因此将所述帽连接到所述第一和第二晶片。
11.根据权利要求1的电源连接器(200)，其中所述第二连接器部分进一步包括多个信号晶片(136)。
12.根据权利要求11的电源连接器(200)，其中所述的第二连接器部分进一步包括具有以预设间距间隔的晶片的附加点(162a-c)的一个支持组件(142)，所述信号晶片和所述第一和第二晶片都连接到所述附加点。
13.根据权利要求11的电源连接器(200)，其中所述信号晶片(136)包括差分信号晶片，该差分信号晶片每个都具有多对的接点尾线(146)，其中所述接点尾线之间的间隔是第一距离，不同对中的接点之间的间隔是第二、更长的距离，其中所述第一和第二晶片包括与所述差分信号晶片的接点尾线(146)对齐的多个接点尾线(312A，312B)。
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