DE3737819C2 - Elektrisches Verbindersystem hoher Dichte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Verbindersystem hoher Dichte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der eine Verbinder ist ein Stiftverbinder zur Montage auf einer gedruckten Schaltungseinrichtung, wie z. B. einer rückwärtigen Schaltungsebene einer Leiterplatte, der zweite Verbinder ist ein Aufnahmeverbinder, der mit dem Stiftverbinder verbindbar ist und ein Paar Leiterplatten trägt, zwischen denen ein Kühlkörper sandwichartig angeordnet ist.

Zweiteilige, miteinander verbindbare oder zusammensteckbare Verbindersysteme sind allgemein bekannt, wie z. B. das Eurocard-System belegt, das einen auf einer Leiterplatte montierten Stiftverbinder sowie einen auf einer zweiten Leiterplatte montierten Aufnahmeverbinder aufweist, der mit der Stift­ anordnung verbindbar ist, um die beiden Schaltungseinrichtungen der Leiterplatten elektrisch miteinander zu verbinden. Die Kontaktelemente in dem Stift- und in dem Aufnahmeverbinder sind in Reihen mit einer gegenseitigen Mittenlinien­ beabstandung von 0,100 Zoll (2,54 mm) positioniert; z. B. würde ein System mit 96 Kontaktelementen in Gehäusen mit einer Länge von 3,74 Zoll (95 mm) drei Reihen mit jeweils 32 Kontaktelementen aufweisen. Zur Erhöhung der Dichte der Ein-/Ausgaben werden zusätzliche Reihen von Kontaktelementen hinzugefügt und/oder die Reihen werden länger gemacht. Dies erfordert natürlich mehr Raum auf den Leiterplatten, was in manchen Situationen abzulehnen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Verbindersystem hoher Dichte zur Erzielung einer höheren Dichte der Ein-/Ausgaben zu schaffen, ohne daß dafür Platz auf den Schaltungseinrichtungen bzw. Leiter­ platten geopfert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein derartiges Verbindersystem hoher Dichte umfaßt einen Stiftverbinder, der zur Montage auf einer gedruckten Schaltungseinrichtung ausgelegt ist und mit einem Aufnahmeverbinder verbindbar ist, an dem ein plattenförmiger Kühlkörper montierbar ist, an dessen einer Oberfläche oder an dessen beiden einander abgewandten Oberflächen eine bzw. zwei gedruckte Schaltungseinrichtungen angebracht sind. Stiftelemente, die in einen Grundkörper aus dielektrischem Material eingegossen sind, beinhalten ein Ende zum elektrischen Angreifen an auf der einen gedruckten Schaltungseinrichtung befindlichen Schaltungen sowie ein weiteres Ende zur elektrischen Verbindung mit Buchsen an Kontaktelementen, die sich in Kanälen in einem aus dielektrischem Material gebildeten Grundkörper des Aufnahme­ verbinders befinden. Freitragende Arme, die sich von ihrer Anbringungsstelle an den Buchsen der Kontaktelemente nach außen erstrecken, greifen an Schaltungen elektrisch an, die sich auf an dem Kühlkörper angebrachten, weiteren gedruckten Schaltungseinrichtungen befinden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Perspektivansicht des Stift- und des Aufnahme­ verbinders des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindersystems hoher Dichte;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Lochmuster in einer gedruckten Schaltungseinrichtung, auf der der Stiftverbinder zu montieren ist;
Fig. 3a und 3b Draufsichten auf die beiden Kontaktstift­ elemente des Stiftverbinders;

Fig. 4a, 4b und 4c Draufsichten auf den Stiftverbinder von oben, von der Seite und von unten;

Fig. 5a und 5b Querschnittsansichten des Stiftverbinders entlang der Linien 5a-5a und 5b-5b der Fig. 4a und 4c;

Fig. 6 eine Ansicht eines Kontaktelements des Aufnahmeverbinders;

Fig. 7a und 7b Querschnittsansichten des Aufnahmeverbinders entlang der Linien 7a-7a und 7b-7b in Fig. 8;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die Abdeckung des Aufnahmeverbinders;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht der Anordnung zum Montieren von zwei gedruckten Schaltungseinrichtungen mit einem dazwischen angeordneten Kühlkörper an dem Aufnahmeverbinder; und

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des Stift- und des Aufnahme­ verbinders im miteinander verbundenen Zustand.

Das erfindungsgemäße elektrische Verbindersystem 10 hoher Dichte umfaßt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, einen Stifte aufweisenden Verbinder 12, der im folgenden als Stift­ verbinder bezeichnet wird, sowie einen Aufnahmeverbinder 14.

Der Stiftverbinder 12 beinhaltet Grundkörper 16 aus Kontakt­ stiftelementen 16, die in einem mantelartigen Metallgehäuse 20 untergebracht und mittels Spiralspannstiften 21 darin fest­ gehalten sind. Der Stiftverbinder 12 ist auf einer gedruckten Schaltungseinrichtung 22 montierbar, wie sie z. B. durch das in Fig. 2 gezeigte Segment veranschaulicht ist. Die Stiftelemente 18, die im folgenden noch ausführlicher beschrieben werden, beinhalten Stifte 24, die in Löcher 26 in der Schaltungseinrichtung 22 einzusetzen sind, sowie Verbindungs- bzw. Steckenden 28, die in dem Aufnahmeverbinder 14 aufnehmbar sind. Ein zum geraden Ausrichten der Stifte dienender Streifen 30, der ein mit dem bei der Schaltungseinrichtung 22 gezeigten Lochmuster identisches Lochmuster aufweist, kann auf den Stiften 24 positioniert werden, um jegliche nicht gerade angeordnete Stifte in Ausrichtung zu bringen und die Stifte zur Erleichterung ihres Einführens in die Löcher 26 in der dem Lochmuster entsprechenden Anordnung zu halten. Die Verbindungsenden 28 befinden sich innerhalb einer Ausnehmung 32 in dem Gehäuse 20. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, besitzt der Umriß der Ausnehmung 32 zwei abgerundete sowie zwei abgeschrägte Ecken. Bei der Schaltungseinrichtung 22 kann es sich um eine rückwärtige Schaltungsebene, um eine Mutterplatte oder um eine ähnliche derartige Einrichtung handeln.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 20 aus Aluminium hergestellt und zur Schaffung von Stabilität sowie zur Hochfrequenzabschirmung eloxiert.

Der Aufnahmeverbinder 14 beinhaltet Grundkörper 34 aus Aufnahme- bzw. Buchsenkontaktelementen 36, die in einem mantelartigen Metallgehäuse 38 untergebracht und mittels Spiralspannstiften 39 darin festgehalten sind. Ein an der einen Seite des Aufnahmeverbinders 14 ausgebildeter vorsprungartiger Fortsatz 40 ist in der Ausnehmung 32 in dem Stiftverbinder 12 aufnehmbar und besitzt abgerundete sowie abgeschrägte Ecken, wodurch er sich in eindeutiger Weise in die Ausnehmung 32 einführen läßt. Paare voneinander beabstandeter Befestigungsansätze 42, die von der dem Fortsatz 40 entgegengesetzten Seite des Aufnahmeverbinders 14 nach außen abstehen, nehmen einen Kühlkörper 44 auf und tragen diesen. Auf den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kühlkörpers 44 sind zwei gedruckte Schaltungseinrichtungen 46 montiert. Bei den Schaltungs­ einrichtungen 46 kann es sich um Schaltungskarten (Leiter­ platten) oder dergleichen handeln.

Herkömmliche Codierungen 48 an beiden Verbindern 12, 14 schaffen eine Einrichtung zur Sicherstellung, daß vorbestimmte Verbinder 12, 14 zusammengesteckt werden.

Die Löcher 26 in der Schaltungseinrichtung 22 sind in einem dichten Muster angeordnet, wobei die zwischen ihnen vorhandenen Abstände in Fig. 2 gezeigt sind. Das Muster sieht in je vier von insgesamt acht Reihen insgesamt 76 Löcher 26 über eine Länge von 1,900 Zoll (48,26 mm) und eine Breite von 0,460 Zoll (11,68 mm) vor (19 Spalten). Es sind beidseits der Mittellinie je vier Reihen von Löchern 26 vorgesehen, wobei einander benachbarte Löcher jeder Reihe eine Mittenbeabstandung von 0,100 Zoll (2,54 mm) aufweisen. Die einzelnen Reihen sind in einer gegenseitigen Mittenbeabstandung von 0,060 Zoll (1,52 mm) angeordnet und relativ zueinander um 0,025 Zoll (0,635 mm) versetzt bzw. verschoben, um dadurch eine insgesamt v-winkelförmige bzw. pfeilspitzenförmige Konfiguration der Lochanordnung zu schaffen.

Die Kontaktstiftelemente 18 beinhalten Elemente 18a, die in Fig. 3a gezeigt sind, sowie Elemente 18b, die in Fig. 3b gezeigt sind. Beide Elemente 18a, 18b weisen die vorstehend erwähnten Stifte 24 und Verbindungsenden 28 auf. Sie unterscheiden sich lediglich in den mittleren Abschnitten 50a und 50b, wobei ersterer zu dem Element 18a und letzterer zu dem Element 18b gehört. Der Abschnitt 50a beinhaltet einen Festhaltebereich 52, der eine größere Querschnittsfläche als der Stift 24 und das Verbindungsende 28 aufweist, zwischen denen der Abschnitt 50a angeordnet ist. Wie aus den Fig. 3a und 3b zu sehen ist, ist der Bereich 52 zylindrisch ausgebildet.

Der Abschnitt 50b beinhaltet einen Festhaltebereich 52 sowie einen Stegbereich 54, der senkrecht zur Achse des Kontakts 18b verläuft und den Stift 24 relativ zu dem Verbindungsende 28 versetzt.

Die Kontaktstiftelemente 18 sind vorzugsweise durch Stanzen und Formen gebildet, wobei Phosphorbronze ein geeignetes Material ist.

Die Grundkörper 16 sind durch Einspritz-Gießen der Stiftelemente 18a, 18b in ein dielektrisches Material, wie z. B. Poly­ phenylensulfid, gebildet. Wie in der Draufsicht auf den Stiftverbinder 12 von oben gemäß Fig. 4a und in der Draufsicht auf diesen von unten gemäß Fig. 4c zu sehen ist, erstrecken sich die Kontaktstiftelemente 18 in verschiedenen Anordnungsmustern nach außen. Das in der oberen Oberfläche 56 des Stiftverbinders 12 vorhandene Muster besteht aus jeweils zwei Reihen beidseits von der Längs­ mittenlinie des Stiftverbinders 12. Jede Reihe ist in bezug auf die benachbarte Reihe um eine Hälfte des Abstands zwischen benachbarten Verbindungsenden 28 deren Mittenbeabstandung 0,050 Zoll (1,27 mm) beträgt, versetzt angeordnet. Die beiden unmittelbar seitlich neben der Mittenlinie befindlichen Reihen besitzen eine Mitten­ beabstandung von 0,060 Zoll (1,52 mm), und der Abstand zwischen den Mitten der beiden äußersten Reihen beträgt 0,220 Zoll (5,59 mm). Das Muster in der Bodenfläche 58 ist mit dem in Fig. 2 gezeigten Muster der Löcher 26 in der Platte 22 in jeder Hinsicht identisch; d. h. es gibt vier Reihen auf jeder Seite der Längsmittenlinie des Stiftverbinders 12, wobei jede Reihe zur Bildung der vorstehend genannten Pfeilspitzen-Konfiguration versetzt angeordnet ist. Die Reihen besitzen eine gegenseitige Mittenbeabstandung von 0,060 Zoll (1,52 mm), und der Abstand zwischen den Mitten der äußersten Reihen beträgt 0,460 Zoll (11,68 mm).

In bezug auf die obere Oberfläche 56 des Stiftverbinders 12 sind die Kontaktstiftelemente 18 in den Grundkörpern 16 derart positioniert, daß die an den Elementen 18a befindlichen Verbindungsenden 28a eine sich über alle vier Reihen erstreckende Linie bilden, wie sie durch die Linie 5a-5a in Fig. 4a angedeutet ist, und die an den Elementen 18b befindlichen Verbindungsenden 28b eine der genannten Linie benachbarte Linie über alle vier Reihen bilden, wie sie durch die Linie 5b-5b angedeutet ist. In bezug auf die Bodenfläche 58 des Stiftverbinders 12 ist zu erwähnen, daß die an den Elementen 18a befindlichen Stifte 24a die beiden inneren Reihen auf jeder Seite der Längsmittenlinie des Stiftverbinders 12 bilden, und die an den Elementen 18b befindlichen Stifte 24b die beiden äußeren Reihen auf jeder Seite der Längsmittenlinie bilden. Die an den Elementen 18b vorgesehenen Stegbereiche 54, die in Fig. 4c im Umriß gezeigt sind, schaffen die nach innen gehende Verlagerung der Verbindungsenden 28b, um dadurch dem schmaleren Muster auf der oberen Oberfläche 56 Rechnung zu tragen. Die in den Fig. 5a und 5b gezeigten Querschnitts­ ansichten des Stiftverbinders 12 geben eine deutliche Erläuterung der Anordnung der Stiftelemente 18a, 18b in den Grundkörpern 16.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, beinhalten die Buchsenkontakt­ elemente 36 eine fassungsartige Buchse 60 sowie einen daran angebrachten freitragenden Arm 62, der in Fig. 6 in seinem ungeformten Zustand gezeigt ist. Die Buchse 60 beinhaltet einen Kanal 64, ein vorderes Ende 66 und eine Festhaltezunge 68. Eine vollständige Beschreibung der Buchse 60 ist in der US-PS 3 404 367 zu finden.

Wie in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist, sind die frei­ tragenden Arme 62 in eine bogenförmig gekrümmte Gestalt geformt, um eine konvexe Kontaktfläche 70 zu bilden, und außerdem sind die Arme in bezug auf ihre jeweilige Buchse 60 versetzt bzw. außer Fluchtung zu dieser angeordnet. Bei einigen Elementen, und zwar den Elementen mit dem Bezugszeichen 36a, sind die Arme 62 in bezug auf die jeweilige Buchse 30 in einem geringeren Ausmaß seitlich versetzt als bei anderen Elementen, die das Bezugszeichen 36b tragen, wobei der Grund hierfür im folgenden noch erläutert wird.

Die Buchsenkontaktelemente 36 sind durch Stanzen und Formen gebildet, wobei Berylliumkupfer ein geeignetes Material für diese ist.

Die Grundkörper 34 sind vorzugsweise durch Gießen bzw. Formen hergestellt, wobei Polyphenylensulfid ein geeignetes Material ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist jeder Grundkörper 34 derart geformt, daß er die Hälfte des Gehäusefortsatzes 40 einnimmt, und jeder Grundkörper 34 ist mit vier Reihen von Kanälen 72 versehen, die in einem Muster angeordnet sind, das mit dem Muster identisch ist, das vorstehend in bezug auf das durch die sich von dem Stiftverbinder 12 nach außen erstreckenden Verbindungsenden 28 definierte Muster erläutert und in Fig. 4a gezeigt ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7a und 7b ist zu erkennen, daß die Kanäle 72 ein Paar voneinander beabstandeter und nach innen weisender Schultern 74, 76 an einer zwischen den Öffnungen zu den Kanälen befindlichen Stelle aufweisen. Außerdem ist ein Bereich der Kante an der einen Öffnung, und zwar der rückwärtigen Öffnung, zu dem Kanal 72 gerundet ausgebildet, wie dies durch das Bezugszeichen 78 angedeutet ist.

Wie in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist, sind die Kontakt­ elemente 36a in den beiden äußersten Reihen von Kanälen 72 und die Kontaktelemente 36b in den beiden innersten Reihen von Kanälen 72 angeordnet, wobei sich die Arme 62 an den gerundeten Kantenbereichen 78 abstützen. Aufgrund der genannten unterschiedlichen seitlichen Versetzung der Arme 62 sind die Kontaktflächen 70 sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Ebene miteinander fluchtend ausgerichtet. Die Kontaktelemente 36 sind dadurch in den Kanälen 72 festgehalten, daß ihre vorderen Enden 66 an den Schultern 76 anliegen und die Zungen 68 an den Schultern 74 angreifen.

Wie in der Zeichnung zu sehen ist, besitzen die Grundkörper 34 eine separate Abdeckung 80. Die in Fig. 8 in einer Draufsicht dargestellte Abdeckung 80 ist mit vier Reihen von Öffnungen 82 versehen, die in demselben Muster wie die Kanäle 72 in den Grundkörpern 34 angeordnet sind. Wie in den Fig. 7a und 7b deutlicher zu sehen ist, beinhalten die in der Abdeckung 80 vorgesehenen Öffnungen 82 einen trichterartigen Bereich zum Führen der Verbindungsenden 28 in die fassungsartigen Buchsen 60 der Buchsenkontaktelemente 36 hinein. Spiralspannstifte 84 dienen zur Befestigung der Abdeckung 80 an dem Grundkörper 34.

Wie vorstehend erwähnt wurde, nehmen die Befestigungs­ ansätze 42 an dem Aufnahmeverbinder 14 einen Kühlkörper 44 auf und tragen diesen. Fig. 9 veranschaulicht Einzelheiten dieser Halterung. Lagerbüchsen 86 werden im Preßsitz in Öffnungen 88 in jedem Ansatz 42 eingepaßt und sodann zur Aufnahme eines bolzenartigen Stifts 90 aufgeweitet, der sich durch die beiden Ansätze 42 sowie durch den in dem Raum zwischen den beiden Ansätzen 42 positionierten Kühl­ körper 44 hindurcherstreckt. Die vorstehend erläuterte Haltereung gestattet ein Schwimmen des Kühlkörpers 44.

Fig. 10 zeigt eine Ansicht des Stiftverbinders 12 und des Aufnahmeverbinders 14 in ihrem miteinander verbundenen Zustand, wobei sich der an dem Gehäuse 38 des Aufnahme­ verbinders 14 befindliche Fortsatz 40 in der Ausnehmung 32 des Stiftverbinders 12 befindet und die Verbindungsenden 28 der in dem Stiftverbinder 12 befindlichen Kontaktstift­ elemente 18 in den Kanälen 64 der fassungsartigen Buchsen 60 der Buchsenkontaktelemente 36 aufgenommen sind.

Der aus einem dielektrischen Material geformte Stift­ ausrichtungsstreifen 30 ist in Fig. 10 wesentlich detaillierter als in Fig. 1 dargestellt. Eine Mehrzahl von Öffnungen 92 erstrecken sich durch den Streifen hindurch, und zwar in einer Anordnung, die mit dem Muster der sich aus dem Stiftverbinder 12 heraus erstreckenden Stifte 24 identisch ist. Außerdem besitzt der Streifen 30 Abstandsknöpfe 94 auf seiner einen Oberfläche, die an der Schaltungseinrichtung 22 zum Anliegen kommen, wenn der Stiftverbinder 12 auf dieser montiert wird. Wie auf dem einschlägigen Gebiet bekannt ist, hält der Streifen 30 die Stifte 24 in korrekter Ausrichtung zum Einführen derselben in die Löcher 26 in der Schaltungseinrichtung 22. Die Knöpfe bzw. knopfartigen Vorsprünge 94 halten den Stift­ verbinder 12 von der Schaltungseinrichtung beabstandet, um einen Lötvorgang unter Wiederverflüssigung von Lötmaterial sowie anschließend daran einen Spülvorgang ausführen zu können.

Fig. 10 zeigt außerdem den Kühlkörper 44, auf dessen beiden Flachseiten Schaltungseinrichtungen 46 angebracht sind und der an dem Buchsenverbinder 14 montiert ist, wobei die konvexen Kontaktflächen 70 der Kontaktelemente 36 an auf den Schaltungseinrichtungen 46 vorhandenen Leiterbahnen 96 an­ greifen.

Claims (5)

1. Elektrisches Verbindersystem hoher Dichte zum elektrischen Miteinanderverbinden von auf gedruckten Schaltungseinrichtungen (22, 46), z. B. Leiterplatten, befindlichen Schaltungen, mit einem ersten Verbinder (12), der dielektrische Grundkörper (16) mit darin positionierten leitfähigen Stiftelementen (18) sowie ein die Grundkörper (16) abdeckendes Metallgehäuse (20) aufweist, und mit einem mit dem ersten Verbinder (12) verbindbaren zweiten Verbinder (14), der dielektrische Grundkörper (34) mit darin enthaltenen Buchsenkontaktelementen (36) sowie ein die Grundkörper (34) abdeckendes Metallgehäuse (38) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (38) des zweiten Verbinders (14) Paare voneinander beabstandeter Ansätze (42) zum Aufnehmen eines plattenförmigen Kühlkörpers (44) für die gedruckten Schaltungseinrichtungen (22, 46) sowie in jedem Ansatz (42) der Ansatzpaare aufgenommene Stifte (90) aufweist, die sich durch den Kühlkörper (44) hindurcherstrecken und diesen tragen.

2. Verbindersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige Stiftelemente (18) des ersten Verbinders (12) eine derartige axiale Versetzung aufweisen, daß ihr erstes Ende (24b) und ihr zweites Ende (28b) nicht koaxial sind.

3. Verbindersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Enden (24) der Stiftelemente (18) in einem anderen Muster und in einer anderen Beabstandung als die zweiten Enden angeordnet sind.

4. Verbindersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von den ersten Enden (24) der Stiftelemente (18) definierte Muster V-winkelförmig ist (vgl. Fig. 2, 4c).

5. Verbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörpern (34) des zweiten Verbinders (14) Kanäle (72) vorhanden sind, die in Sätzen von je zwei Reihen auf jeder Seite der Längsmitte der Grundkörper (34) angeordnet sind, wobei die Reihen von Kanälen (72) jedes Satzes in Längsrichtung relativ zueinander versetzt angeordnet sind.