DE4119202A1 - Elektrische verbinderanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Verbinderanord­ nungen und bezieht sich auf elektrische Verbinder­ anordnungen mit dicht gepackten Kontaktelementen, die zum Hindurchführen von Impulsen mit kurzer Anstiegszeit ohne Übersprechen zwischen angrenzenden Konaktele­ menten tauglich sind.

Auf dem Markt existiert gegenwärtig eine große Familie elektrischer Verbinder, die ein dickes Kunststoff­ gehäuse und lange Kanäle oder Löcher aufweisen, in die entweder Stecker- oder Buchsen-Kontaktelemente einge­ setzt werden. Diese Verbinder werden typischerweise zum Befestigen und zum Verbinden von Tochter-Leiterplatten mit Mutter-Leiterplatten eingesetzt und repräsen­ tieren eine wesentliche Investition in einer Höhe von vielen Millionen Dollar an Werkzeugkosten für die Gehäuse, die Kontaktelemente und die Montageein­ richtungen. Im allgemeinen, für den Fall, daß die durch die Verbinderanordnung hindurchgeführten Signale Anstiegszeiten von zwei Nanosekunden oder mehr aufweisen, hat sich für diese Verbinderanordnungen herausgestellt, daß sie eine zufriedenstellende Arbeitsweise zulassen. Die Industrie bewegt sich jedoch auf wesentlich kürzere Anstiegszeiten zu und mit der Verkürzung der Anstiegszeiten läuft dies auf einen Anstieg des Übersprechens zwischen angrenzenden Kontaktelementen hinaus. In der Vergangenheit wurden signalführende Kontaktelemente zum Unterbinden eines solchen Übersprechens von zwischen vier bis acht an Masse gelegten Kontaktelementen umgeben, die als eine Abschirmung wirken. Ein Hauptproblem bei diesem Ansatz ist, daß bei einem Ansteigen der Komplexität der auf der Leiterplatte angebrachten Elektronik unzureichender Raum für die zusätzlichen an Masse gelegten Kontaktelemente besteht.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Verbinderanordnung verfügbar zu machen, die das Übersprechen zwischen signalführenden tragenden Kontaktelementen ohne den Gebrauch von an Masse gelegten abschirmenden Kontaktelementen unterbindet.

Ein Ansatz zur Lösung dieser Aufgabe ist in dem US-Patent 49 06 194 detailliert, worin eine Verbinder­ anordnung mit hochdichter Kontaktanordnung für einen Chipträger einen Träger für einen Chip mit integrierter Schaltung offenbart ist, der einen Stapel metallischer Platten mit Öffnungen enthält, die Kammern zum Halten der Kontaktelemente darin bilden. Dieser Plattenstapel bewirkt eine Masseab­ schirmung um jedes der Kontaktelemente herum, um Über­ sprechen zwischen ihnen zu verhindern. Um die Platten von den Kontaktelementen zu isolieren, sind die Platten mit einer isolierenden Schicht aus dielektri­ schem Material beschichtet. Dieses Verfahren des Konstruierens eines Verbindergehäuseblocks ist, obwohl für relativ dünne Verbinder des in dem zitierten Patent geoffenbarten Typs geeignet, wirtschaftlich unerschwinglich für größere Verbinder zwischen Leiterplatten, die häufig eine Dicke von mehr als einem halben Zoll (ca. 1,3 cm) aufweisen.

Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine größere Verbinderanordnung vorzu­ sehen, die Übersprech-Abschirmung ermöglicht und die soweit wie möglich die Weiterverwendung der Werkzeuge, Montageeinrichtungen usw. ermöglicht, die bereits für die gegenwärtige Verbinderanordnung zur Verfügung stehen, die sie ersetzt.

Die vorstehenden und zusätzlichen Aufgaben werden gemäß den Grundideen der Erfindung durch eine elektrische Verbinder­ anordnung mit einer Anzahl von Metall- Kontaktelementen, von denen jedes einen ersten Kontakt­ teil, einen zweiten Kontaktteil und einen Körper aufweist, mit einem Metall- Gehäuse oder einem metallisierten Kunststoff-Gehäuse, das eine Anzahl von Kanälen aufweist, von denen jeder eingerichtet ist, darin mindestens den Körper eines entsprechenden Kontakt­ elementes aus der Anzahl von Kontaktelementen zu enthalten, und mit einer von dem Gehäuse getrennten Einrichtung zum Isolieren jedes der Kontaktelemente von dem Metall-Gehäuse.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Isoliereinrichtung eine Beschichtung aus einem dielektrischen Material auf dem Körper jedes der Kontaktelemente.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Ausführungs­ form näher erläutert. In den Figuren zeigt

Fig. 1 eine angeschnittene perspektivische Ansicht des Gehäuses einer elektrischen Verbinder­ anordnung, auf welche die Grundideen dieser Erfindung angewendet werden können,

Fig. 2, 3, 4 und 5 je verschiedene Schritte bei der Bildung eines beispielsweisen Kontaktelementes zum Gebrauch mit dem in Fig. 6 dargestellten Gehäuse, und

Fig. 6 einen Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten Gehäuses, wobei darin eine Anzahl der in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Kontaktelemente eingesetzt ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform eines Verbinder-Gehäuseblocks des Typs, mit dem die vorliegende Erfindung befaßt ist, ist in Fig. 1 veranschaulicht. Wie darin gezeigt, weist der Verbinder-Gehäuseblock 10 eine Anzahl von sich durch den Block 10 erstreckenden und zu den Ober­ flächen 14, 16 hin öffnenden Kanälen oder Durchgängen 12 auf. Die Kanäle 12 befinden sich in einer Anordnung von Reihen und Spalten, wobei die Reihen von Kanälen 12 durch innere Längswände 18 und die Spalten von Kanälen 12 durch Querwände 20 getrennt sind. Die Kanäle 12 öffnen sich in Schlitze 22, die durch angren­ zende Querwände 20 und freie Enden 24 der Längs­ wände 18 bestimmt sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Verbinder- Gehäuseblock 10 entweder aus Metall geformt, z. B. durch einen Aluminium- oder Zink-Druckgußprozeß, oder der Gehäuseblock 10 wird alternativ aus Kunststoff geformt, der nachfolgend metallisiert wird. Der Gebrauch eines metallisierten Kunststoffgehäuses ist vorzu­ ziehen, falls die Werkzeuge für das Gehäuse schon vorhanden sind. Der metallische Verbinder- Gehäuseblock 10 sorgt dann aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften für eine Masse­ abschirmung um jedes der Kontaktelemente in einem Kanal 12, was eine hohe Packungsdichte von Kontaktelementen ohne gegenseitiges Übersprechen erlaubt.

Da jedoch die Kontaktelemente ihrerseits aus Metall hergestellt sind, muß eine Einrichtung zum Isolieren der Kontaktelemente von dem metallischen Ver­ binder-Gehäuseblock 10 vorgesehen werden. Es gibt ver­ schiedene Wege, jedes der Kontaktelemente mit einem isolierenden Dielektrikum zu umkleiden. Ein Weg besteht darin, die Innenwände der Kanäle 12 unmittel­ bar mit dem Dielektrikum auszukleiden. Dies wirft ein Problem auf, da alle verfügbaren Auskleidungsverfahren, wie etwa Eintauchen, elektrostatisches Aufstäuben und Schmelzen von Pulvern, Spritzlackieren oder elektrophoretisches Abscheiden nicht geeignet sind, eine gleichmäßige Dicke der Ablagerung des Dielektrikums an den Öffnungen und an den Mittelteilen der Kanäle 12 herzustellen. (Es ist jedoch festzuhalten, daß eine gleichmäßige Metall­ dicke durch einen stromlosen bzw. nicht-elektrischen Prozeß zur Herstellung eines metallisierten Kunst­ stoff-Gehäuses erhalten werden kann.) Ein zweiter Weg, eine Isolation vorzusehen, besteht darin, eine vor­ gefertigte dielektrische Hülse in jeden der Kanäle 12 einzusetzen, wobei die Kontaktelemente dann in die Hülse eingesetzt werden. Dies kann in denjenigen Fällen eine gangbare Lösung sein, bei denen ausreichend Raum zur Verfügung steht, um dies zu tun, da eine derartige Hülse von hinreichender mechanischer Stärke und entsprechendem Raumbedarf zu sein hätte, um dem Hantieren und dem Ein­ setzen in das Gehäuse standzuhalten.

Gemäß den Grundideen dieser Erfindung wird eine dritte Lösung vorgeschlagen. Diese erfinderische Lösung besteht darin, ein beste­ hendes Kontaktelement, wie es gegenwärtig in einem bestehenden Verbinder-Gehäuseblock verwendet wird, direkt mit einem dielektrischen Material zu beschichten. Die Teile des Kontaktelements, die die mechanische Funktion erfüllen, wie etwa ein Struktur­ element oder eine Feder, können auf allen Oberflächen beschichtet werden. Die Teile des Kontaktelementes, die elektrische Kontaktfunktionen erfüllen, müssen von allem dielektrischen Material frei bleiben.

Die Fig. 2 bis 5 veranschaulichen Schritte bei der Bildung eines Kontaktelements 26 zum Gebrauch mit dem Verbinder-Gehäuseblock 10 von Fig. 1, und Fig. 6 ver­ anschaulicht den Einbau des Kontaktelements 26 in die Kanäle 12 des Blocks 10. Jedes der Kontaktelemente 26 weist einen Steckerkontakt­ teil und einen Buchsenkontaktteil auf, aber die Grundideen dieser Erfindung können auf jeden anderen Kontaktelement-Typ wie etwa einen mit zwei Steck­ kontaktteilen oder einen mit zwei Buchsenkontakt­ teilen angewendet werden.

Typischerweise werden Kontaktelemente für elektrische Verbinderanordnungen durch Stanzen und Formen aus Vorräten an ebenen Blechbahnen gefertigt. Fig. 2 zeigt das Kontaktelement 6 nach dem Stanzen, jedoch vor dem Formen, während es noch an parallelen Träger­ streifen 28 hängt, wie es herkömmlicherweise üblich ist. Fig. 3 zeigt die Kontaktelemente 26 immer noch an den Trägerstreifen 28 hängend, jedoch nach dem Formen. Fig. 4 zeigt eine Endansicht bzw. Seitenansicht von Fig. 3. Fig. 5 zeigt das endgültige Kontaktelement 26 nach dem Entfernen von den Trägerstreifen 28 und nachdem es seine endgültige Form bei dem Einbau in den Block 10 angenommen hat.

Das beispielsweise Kontaktelement 26 besitzt einen Buchsenteil 30, einen Zwischenkörper 32 und einen Steckerteil 34. Der Buchsenteil 30 enthält vier federnde Schenkel 36, die zwischen sich einen einen Stift auf­ nehmenden (Hohl-)Raum 38 bilden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind die Kontaktelemente 26 mit unterschiedlichen Längen hinsichtlich des Steckerkontaktteils 34 gebildet, um an den Ort und die Länge der Kanäle 12 in dem Block 10 angepaßt zu sein. In jeder anderen Hinsicht ist jedes Kontaktelement 26 identisch mit einem anderen Kontakt­ element 26.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sollte das sich über eine ab dem Ende gerechnete Länge "A" erstreckende distale Ende des Steckerkontaktteiles 34 frei von der dielektrischen Beschichtung sein, wenn jedes der Kontaktelemente 26 mit einem isolierenden dielektrischen Material be­ schichtet wird, so daß es seine elektrische Kontakt­ funktion erfüllen kann. Dieses Ende des Kontaktelements 26 berührt nicht den Block 10. In ähnlicher Weise müssen die Teile der federnden Schenkel 36, die die Innenwände des einen Stift aufnehmenden Raumes 38 bilden, frei von der dielektrischen Beschichtung sein, so daß auch sie ihre elektrische Kontaktfunktion erfüllen können. Der Körper 32 des Kontaktelements 26, der Rest des Stecker­ kontaktteiles 34 und die außen liegenden Teile der federnden Schenkel sollten sämtlich die dielektrische Beschichtung aufweisen, da sie mit dem Metall des Blocks 10 in Berührung kommen können.

Das Aufbringen des dielektrischen Materials kann auf verschiedenen Wegen bewerkstelligt werden, z. B. durch Aufsprühen, Eintauchen, elektrostatische Pulverab­ lagerung und Schmelzen sowie durch elektrophoretische Abscheidung. Jeder dieser Prozesse erlaubt eine Auswahl von Materialien mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften. Beispielsweise erzeugt Aufsprühen einer Mischung aus Teflon mit einer kleinen Menge Polyimid eine Beschichtung mit sehr niedriger Dielektrizitäts­ konstante. Andererseits erzeugt elektrophoretische Abscheidung unter Benutzung eines Materials wie z.B. Aluminiumoxid oder Bariumtitanat eine Beschichtung mit sehr hoher Dielektrizitätskonstante. Die Wahl von zu benutzendem Material oder Prozeß kann mehr durch Erwägungen hinsichtlich der benötigten Impedanz bei einem vorgegebenen Satz verfügbarer Abmessungen bestimmt werden als durch irgendwelche anderen Erwä­ gungen. Andere Prozesse zum Beschichten des Kontakt­ elements 26 schließen (Kathoden-)Zerstäubung (sputtering) und Ionenstrahlauftrag ein, die nicht wirtschaftlich machbar sein könnten.

Da ein typisches bevorzugtes dielektrisches Material wie etwa Aluminiumoxid relativ hart ist, würde, wenn es auf die Kontaktelemente 26 aufgebracht wird, während sie in der in Fig. 2 gezeigten Form sind, das fortgesetzte Umformen der Kontaktelemente, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, zu dem Ergebnis führen, daß das dielektrische Material an den Knickpunkten bricht und nachfolgend von den Kontaktelementen 26 abbröckelt. Es wird daher bevorzugt, daß, wenn die Kontaktelemente in der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Form sind, sie durch den oberen Trägerstreifen 28 gehalten und in eine dielektrikumtragende Lösung zum Abscheiden eingetaucht werden, wie etwa bei einem elektrophore­ tischen Prozeß. Dieses Eintauchen sollte bis zu dem Punkt 42 (Fig. 2) erfolgen, so daß das distale Ende des Steckerkontaktteiles 34, das sich über die Distanz "A" vom äußersten Ende aus erstreckt, frei von der dielektrischen Beschichtung ist. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Entfernung "A" entlang des Stecker­ kontaktteils 34 von ausreichender Länge, so daß sie über den Biegepunkt des Teils 34 hinausführt, jedoch kurz vor der Stelle endet, an welcher das Kontaktelement 26 eine metallische Wand des Gehäuseblocks 10 berührt. Somit finden alle Biegevorgänge, die auftreten, nachdem die di­ elektrische Beschichtung aufgebracht ist, in einem Bereich statt, der frei von der dielektrischen Beschichtung ist, so daß keine Abbröckelung auf­ tritt. Da beabsichtigt ist, daß die dielektrische Beschichtung nicht die Teile der federnden Schenkel 36, die die Innenwände des einen Stift aufnehmenden Raumes 38 bilden, bedeckt, wird vor dem Eintauchen ein Kunststoffstift in den einen Stift aufnehmenden Raum 38 jedes Kontaktelementes 26 eingeführt. Da die dielek­ trische Beschichtung auf alle Bereiche des einen Stift aufnehmenden Raumes 38 aufgebracht werden wird, die nicht in körperlichem Kontakt mit dem Kunststoffstift stehen, wird es bevorzugt, daß der Kunststoff des Stiftes weich genug ist, so daß er sich geringfügig deformiert, um sich soweit wie möglich an die durch die federnden Schenkel 36 gebildeten Wände anzupassen.

Die vorstehend beschriebene Erfindung besitzt eine Anzahl von Vorteilen. So wird durch Herstellen des Verbinder-Gehäuseblocks aus Metall oder metalli­ siertem Kunststoff inhärent eine Abschirmung um jedes Kontaktelement herum vorgesehen, wodurch das Übersprechen zwischen Kontaktelementen unterbunden wird. Außerdem führt die Herstellung des Verbinder- Gehäuseblocks und der Kontaktelemente ohne Änderung ge­ genüber einer früheren Anordnung im Ergebnis zum Gebrauch derselben Werkzeuge und Montageeinrichtungen, wodurch unnötige zusätzliche Ausgaben vermieden werden. Ferner führt das Hinzufügen der Isolierung direkt auf die Kontaktelemente zu minimalen Zusatzkosten.

Demgemäß macht die vorliegende Erfindung eine verbesserte elektrische Verbinderanordnung mit dicht gepackten Kontaktelementen verfügbar, die in der Lage ist, Impulse mit kurzer Anstiegszeit ohne Übersprechen zwischen angrenzenden Kontaktelementen zu übertragen.

Claims (5)

1. Elektrische Verbinderanordnung, insbesondere Steckverbinderanordnung, mit einer Anzahl von metallischen Kontaktelementen (26), wobei jedes der Kontaktelemente (26) einen ersten Kontaktteil (30), einen zweiten Kontaktteil (34) und einen Körperbereich (32) aufweist, gekennzeichnet durch
ein metallisches Gehäuse (10) mit einer Anzahl von Kanälen (12), von denen jeder dazu ausgebildet ist, mindestens einen Körperbereich (32) eines einzelnen der Kontaktelemente (26) aufzunehmen, und
eine von dem metallischen Gehäuse (10) getrennte Ein­ richtung zum Isolieren jedes der Kontaktelemente (26) von dem metallischen Gehäuse (10).

2. Verbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Einrichtung eine Beschichtung aus dielektrischem Material auf dem Körperbereich (32) jedes der Kontaktelemente (26) umfaßt.

3. Verbinderanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Bariumtitanat ist.

4. Verbinderanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Aluminiumoxid ist.

5. Verbinderanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung Teflon mit Polyimid ist.