DE1765506C - Steckvorrichtung mit kurzen Signalweglangen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckvorrichtung für den Einsatz in elektronischen Systemen mit hoher Packungsdichte, insbesondere bei Impulsverarbeitung im Sub-Nanosekundenbereich.

Der ständig zunehmende Einsatz von schnellen integrierten Schaltkreisen in Form von Mikrobausteinen beim Aufbau von großen elektronischen Systemen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, hat nicht nur eine Verringerung des PIaU-bedarfs zur Folge, sondern ermöglicht vor allem wegen der geringeren erforderlichen Leitungslängen eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit. Eine weitere Verbesserung des Schaltverhaltens ergibt sich durch die Ausbildung der Signalleitung als Streifenleitungen mit definiertem Wellenwiderstand. Hierzu werden die Mikrobausteine vorwiegend auf einem plattenförmigen, mehrschichtigen Träger aus Isoliermaterial aufgebaut, wobei auf jeder Schicht geätzte Leiterbahnen angeordnet sind. Kürzeste Signallcitungen mit einem definierten und in Grenzen wählbaren Wellenwiderstand und somit höchste Schallgeschwindigkeit würde man erhalten, wenn man alle Mikrobausteine eines Systems in einer einzigen Großbaugruppe unterbringen würde. Dem widerspricht jedoch die Forderung, eine Anlage aus kleinen, leicht lösbaren Baugruppen aufzubauen, um eine rasche Wartung zu ermöglichen.

Es ist bekannt, jeweils eine Anzahl von Mikrobausteinen, die selbst aus mehreren Gatter- und/oder Kippschaltungen in integrierter Schaltkreistechnik bestehen, in steckbaren Flachbaugmppen zu vereinigen. Eine solche Baugruppe besteht aus einer mehrlagigen Leiterplatte, auf der die integrierten Bausteine eingelötet sind. Sie wird über Steckkontakte mit einer Verdrahtungsplatte verbunden, die vcr allem zur Herstellung definierter Wellenwiderstände der Signalleitungen, aber auch zur Erzielung einer

x5 hohen elTekii\en I.eiterdichte ebenfalls mehrlagig ausgeführt ist.

Das Schema einer gebräuchlichen Steckverbindung (Elektronik l%fi. Heft 10, S. 311 bis 315) zeigt die Fig. I. Die Flachbaugruppen werden direkt gesteckt.

Die für die Verbindung vorgesehenen Leiterbahnen sind in der Nähe einer Seitenkante der Leiterplatte 1 verbreitert und ealvanisch verstäikt. Am Punkt A haben sie Kontakt mit den Kontaktfedern 2 des Steckers 3. Die Kontaktfedern sind am Punkt B mit den Leiterbahnen der mehrlagigen Verdrahtungsplatte 4 verlotet.

Da die Kontaktfedern am Punkt A einen ausreichend hohen Kontaktdruck hervorrufen sollen, der sich auch bei häufigem Stecken nicht wesentlich verrirgert, muß ihre freie Länge genügend groß sein. Sie müssen außerdem in dem Iso'ierteil des Steckers fest gelagert sein, da die Verdrahtungsplatte 4 das durch die seitliche Auslenkung der Federn verursachte Drehmoment nicht aufrahmen kann. Damit ergibt sich aber zwischen den Punkten A und B eine Entfernung von etwa 15 bis 20 mm, die aus konstruktiven Gründen kaum unterschritten werden kann.

Die durch die Kontaktfedern gebildeten, relativ langen Leitungsabschnitte begünstigen nicht nur das Übersprechen zwischen benach bark n Leitungen, sondern sie besitzen auch einen wesentlich höheren Wellenwiderstand als die Streifenleitungen auf den mehrlagigen Aufbau- und Verdrahtungsplatten. Die Stoßstelkn verursachen eine Verformung der Impulse, die über diese Leitungsabschnitte laufen. Da l;is zur eigentlichen Auswertung bzw. Weiterverarbeitung der Impulse das Abklingen der Einschwingvorgänge erst abgewartet werden muß. entsteht daraus eine Verminderung der Schaltgeschwindigkeit. Zwar kann durch Anbringen von Erdungsplatten 3a (Fig. 1) an der Außenseite des Steckers das /.,C-Verhältnis des Leitungsabschnitts innerhalb des Steckers verringert und damit das Leitungsverhalten verbessert werden, doch gelingt die Anpassung an den verhältnismäßig niedrigen Wellenwiderstand der Streifenleitungen nicht. Wenngleich grundsätzlich auch die erforderlichen Maßnahmen für die Herstellung stoßfreier Steckverbindungen bekannt sind, so verbietet sich ihre Anwendung in den vorliegenden Fällen regelmäßig aus Gründen des Platzbedarfs und des Aufwands. Insbesondere beim Aufbau eines Systems mit integrierten Bausteinen muß praktisch jeder der zur Verfügung stehenden Rasterpunkto im Abstand von 2,54 mm mit einem Signalsteckkontakt bestückt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung zu schaffen, die auch für Schaltungs-

anordnungen, die mit Impulslängen im Sub-Nanosekunde· bereich arbeiten, noch brauchbar sind. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die Längen der über die Steckvorrichtung führenden Signalwege wesentlich verkürzt werden müssen, um so die Reflexion an den vorhandenen Stoßstellen auf ein nicht m<*hr störendes Maß zu verringern.

Gemäß der Erfindung gelingt dies mit einer Steckvorrichtung zur lösbaren elektrischen Verbindung von Leitungen einer einseitig Mikrobausteine tragenden, mehrlagigen Leiterplatte (Baugruppe) mit Leitungen einer mehrlagigen Verdrahtungsplatte an vorgegebenen Rasterpunkten; dadurch, daß senkrecht zur Ebene der Leiterplatte an der nicht mit Mikrobausteinen besetzten Seite Kontaktstifte mit einseitig keilförmig abgeschrägten Enden angesetzt sind, die jeweils in durchgehende Kontaktierungslöcher der Verdrahtungsplatten eintauchen und daß in die Kontaktierungslöcher von der Rückseite t'er Verdrahtungsplatte her Gegenfedern mit abgeschrägten En den eingeführt sind und eine senkrecht zur Ebene der Verdrahtungsplatte gerichtete Kraft ausüben, so daß ihre abgeschrägten Enden an den korrespondierend abgeschrägten Enden der Kontaktstifte entlanggleiten und sich zwischen diesen und den Innenwandtr tier Kontaktierungslöcher verkeilen.

Zur Erläuterung wird nachstehend ein Ausführungsbcispiel an Hand der F i g. 2 und 3 beschrieben.

Die F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Baugruppe mit dem Stiftteil der Steckvorrichtung in vereinfachter Darstellung. Eine mehrlagige Leiterplatte 5 mit Leitendgen für die Signalleitungen und Leiterlagen 'ür die Spannungsversorgung ist einseitig mit Mikrobausteinen 6 bestückt.

Beispielsweise sind die Bausteine 6 in zwölf Reihen zu je zwölf Stück angeordnet, mit Ausnahme der Schnittpunkte der sechsten und siebenten Reihe mit der sechsten und siebenten Spalte, die nicht besetzt sind. Zur mechanischen Verstärkung und zur Haltei ung der Kontaktstifte 7 ist auf der nicht mit Bausteinen 6 belegten Seite de. Leiterplatte 5 eine Stiftplatte 8 angebracht. An der allrcitig über der Leiterplaue 5 vorstel enden Stiftplatte 8 ist eine Schutzkappe 9 für die Baugruppe befestigt. Eine (unverlierbare) Schraube 10 im Zentrum der I.augruppe dient zur Befestigung der laugruppe.

D'c Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Baugruppe zusammen mit dem Gegenstück der Steckvoirichtung. Aus der Fig. 3 sind weitere Einzelheiten der Steckvorrichtung erkennbar.

Die Löcher tür die Aufnahme der Kontaktstifte 7 in der Stiftplatte 8 sind nach Art der Durchkontaktierungslöcher in mehrlagigen Leiterplatten hergestellt, d.h., die Innenwände der Löcher sind mit einer metallischen Leitschicht 8a ausgelegt, die sich in ringförmige Zonen auf den Außenflächen in der Umgebung der Löcher fortsetzt. An den solchen Durchkontaktierungslöchern der Stiftplatte 8 gegenüberliegenden Stellen weist auch die Leiterplatte 5 Metallisierungen 5a auf, die beispielsweise ebenfalls Durchkontakrierungslöchern zugeordnet sein können. Die Metallisierungen 5a und 8a werden durch ein Lot- oder Schweißverfahren elektrisch leitend Miteinander verbunden. Die im wesentlichen^zylindrischen Kontaktstifte 7 werden in die Kontaktierungslöcher der Stiftplatte 8 eingelötet. An ihrem freien, aus der Stiftplatte herausragenden Ende sind die Kontaktstifte einseitig keilförmig abgeschrägt Vorzugsweise ist die schräge Schnittflache leicht nach außen gewölbt. Die Schrägungen der Kontaktstifte sind so aieinandergerichtct, daß sich die Horizontalkräfte innerhalb der Baugruppe mindestens annähernd aufheben.

Die mehrlagige Verdrahtungsplatte 11, die zur Verbindung der Baugruppen und zur Zufuhrung der Versor-unesspannungen dien muß mindestens un allen den ~Kontaktstiften 7 dei Baugruppen gegenüberliegenden Stellen durchgehende Kontaktierungs löcher 11« aufweisen. Zur Herstellung des elektrischen Kontaktes werden die Baugruppen so auf ύκ Veidrahtungsplattc 11 aufgesetzt, daß ihre abge schrägten Kontaktstifte 7 in die Kontaktierungslöcher •lla der Verdrahtungsplatte 11 eindringen. Des weiteren werden von der Rückseite der Verdrahtungs platte her in die Kontaktierungslöcher Gegenfedern 12 mit abgeschrägten Enden eingeführt. Die Gegen federn 12 "sind am anderen Ende in eine Haltevor richtung 13 aus Isoliermaterial eingesetzt und leicht gebogen, so daß sie einem auf ihr freies Ende m Längsrichtung wirkenden Druck nachgeben können

Wird nun eine Baugruppe mit Hilfe der Befesti gunesschrauhe 10 (Fig. 2) durch die Verdrahtung plattell hindurch mit der Haltevorrichtung 13 verschraubt, so üben die Gegenfedern 12 primär eine Kraft auf die Kontaktstifte 7 in ihrer Längsrichtung aus Als Folge davon gleiten die Schrägflächen von Kontaktstiften und Gegenfedern aneinander entlang, so daß sich die Enden der Gegenfedern sowohl an die Kontaktstifte als auch an die Innenwände der Kontaktierungslöcher Ha der Verdrahtungsplatte Il andrücken und damit einen zuverlässigen elektrischen Kontakt herstellen.

Zwischen den einzelnen Gegenfedern 12 sind an der Haltevorrichtung 13 Wände hochgezogen, die einerseits als Anschlag beim Anschrauben der Baugruppe dienen und andererseits, Kur/schlüsre zwischen den Gegenfedern durch leitende Fremdkörper verhindern. Die Haltevorrichtung 13 kann so groß wie die Verdrahtungsplatte 11 sein, doch ist eine Aufteilung in mehrere Einheiten vorteilhaft, um die Einführung der Enden der Gegenfedern 22 in die Kontaktierungslöcher der Verdrahtungsplatte 11 beim Aufbau der Anordnung zu erleichtern.

Durch die erfindungsgemäße Steckvorrichtung wird eine Verkürzung der über sie führenden Signalwege auf eine Länge von 2 bis 3 mm erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steckvorrichtung zur lösbaren elektrischen Verbindung von Leitungen einer einseitig Mikrobausteine tragenden, mehrlagigen Leiterplatte (Baugruppe) mit Leitungen einer mehrlagigen Verdrahtungsplatte an vorgegebenen Rasterpunkten, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu^r Ebene der Leiterplatte (5) an der nicht mit Mikrobausteinen (6) besetzten Seite Kontaktstifte (7) mit einseitig keilförmig abgeschrägten Enden angesetzt sind, die jeweils in durchgehende Kontaktiemngslöcher (Ha) der Verdrahtungsplatte (11) eintauchen und daß in die Konhi-.iicrungslücher von der Rückseite der VcFdralitungsplatte her Gegenfedern (12) init abgeschrägten Enden eingeführt sind und eine senkrecht /ur Ebene der Verdrahtungsplatte ger-htete Kraft ausüben, so daß ihre abgeschrägten Enden an den korrespondierend abgeschrägten Enden der Kontakistifte (7', entlanggleiten und sich /wischen diesen und den Innenwänden der Konlaktierungslöcher (lic) verkeilen.

2. Steckvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Schnittllächeii an den freien E-nden der Kontaktstifte (7) oder der Gegenffdern (12', leicht nach außen gewölbt sind.

3. Steckvorrichtung nach .·' nspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (7) in einer an der Leiterplatte (5) anliegenden und deren Durchbiegung verhindernden Stiftplatte (8) befestigt sind.

4. Steckvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfedern (12) in ihrer Längsrichtung eine leichte Durchbiegung besitzen und einseitig in einer Haltevorrichtung (13) befestigt sind, die gegen die steckbaren Baugruppen verschraubt wird.