DE4313771C2 - Steckverbinder für Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Zweiteilige, bekannte Steckverbinder nach dem Stift/Federprinzip bestehen aus einem sogenannten festen Steckverbinder und einem freien Steckverbinder. Die Zuordnung von Stift- oder Federleiste ist beliebig. Bei Leiterplatten-Steckverbindern hat der feste Steckverbinder meist einen geraden Anschluß und der freie Steckverbinder einen gewinkelten Anschluß. Bei Kabelsteckern sind die Anschlüsse den Erfordernissen des Kabels angepaßt.

Die Arbeitsfrequenzen der Elektronik sind heute so hoch, daß die elektrischen Eigenschaften der bisher üblichen Steckverbinder zunehmend zum Engpaß werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bestimmte Steckverbinder als elektrisch­ mechanische Schnittstellen zwischen elektronischen Baugruppen und Bussystemen auch erheblichen mechanischen Anforderungen gerecht werden sollen.

Dazu ist aus der US-PS 5 197 893 ein Steckverbinder für Leiterplatten bekannt, dessen Signalkontakte durch ein mehrteiliges Abschirmsystem abgeschirmt sind. Dabei umgeben zylindrische Hülsen aus elektrisch leitendem Werkstoff jeden Signalkontakt und diese Hülsen sind über Kontaktfedern mit elektrisch leitenden Abschirmplatten sowie Erdkontakten verbunden.

Zur einwandfreien Abschirmung ist bei diesem Steckverbinder jeder Signalkontakt mit vier einander gegenüberliegenden Abschirmelementen umgeben, die in voneinander getrennten Schlitzen angeordnet sind. Dieses Abschirmsystem ist somit teuer in der Herstellung und bedingt einen hohen Platzbedarf, der bei Leiterplatten bekanntlich einen wichtigen Kostenfaktor darstellt.

Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, einen Steckverbinder der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Kontakte bei wirtschaftlicher Herstellung vollständig gegeneinander kapazitiv und induktiv entkoppelt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.

Dabei werden längs und quer zwischen den Kontaktkammern im Kunststoffkörper des Steckverbinders schmale Schlitze geschaffen, in die gut leitende Schirmelemente eingelegt werden. Diese Schirmelemente sind so ausgeführt, daß sie im Endzustand leitend miteinander verbunden sind und so um jeden Kontakt in axialer Richtung einen geschlossenen Käfig bilden. Durch diesen Käfig ergibt sich für jeden Einzelkontakt des Steckverbinders eine koaxiale Anordnung, die in gewissen Grenzen für jeden Wellenwiderstand optimierbar ist.

Wenn der Wellenwiderstand der koaxialen Anordnung des Potentialkäfigs im Durchgang durch Stift- und Federleiste besonders genau gefordert ist, ist es bei der Stiftleiste möglich, den Abstand der Schirmelemente von den Stiftkontakten so anzupassen, daß das geforderte Größenverhältnis von Innenleiter zu Außenleiter eingehalten wird. Bei einer Stiftleiste mit einem Kontaktraster von 2,5 mm könnte z. B. ein Wellenwiderstand von 50 Ω dadurch realisiert werden, daß zwischen den Stiftkontakten zwei Schirmelemente im richtigen Abstand zu den Stiftkontakten gesetzt werden.

Durch die Möglichkeit der freien Materialwahl der Schirmelemente können zusätzliche Effekte realisiert werden. Bei Verwendung ferromagnetischer Materialien sind beispielsweise auch die Einflüsse magnetischer Felder reduzierbar und gewisse Filtereffekte möglich.

Darüber hinaus haben elektronische Baugruppen mit empfindlichen Schaltkreisen häufig Probleme mit elektrostatischen Entladungen durch hohe Berührungsspannungen. Besonders im nicht eingebauten Zustand kann es auch gefährlich sein, wenn die Entladung über ein Schirmelement erfolgt. Es ist deshalb von Vorteil, wenn Schirmelemente berührungsgeschützt isoliert sind.

Der vollständig in den Kunststoffkörper eingebettete Potentialkäfig am freien Steckverbinder erfüllt die Anforderung, daß er bei nicht gesteckten Steckverbindern rundum berührungsgeschützt ist. Elektrostatische Entladungen können so auch nicht über die Schirmung in die Baugruppe eingeleitet werden.

Die Anschlußbeinchen der freien Steckverbinder für Leiterplatten sind meist um 90° gegenüber der Steckrichtung abgewinkelt. Für diese abgewinkelten Anschlußbeinchen ist es besonders schwierig, einen in Achsrichtung rundum geschlossenen Potentialkäfig zu realisieren. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Winkelstück aus Kunststoff vorgeschlagen, das als Biegewerkzeug dient und das die Schirmelemente und die Anschlußbeinchen der Kontakte in der gewünschten Weise führt und hält. Dadurch ist es zusätzlich möglich, einen Steckverbinder in Einpreßtechnik mit einem einfachen, auf dem Kunststoffkörper aufliegenden Werkzeug mit einer Leiterplatte zu verbinden. Dies gilt auch, wenn eine Schirmung nicht notwendig ist und die Schirmelemente weggelassen werden. Für die praktische Ausführung dieses Winkelstücks sind mehrere Varianten, z. B. Abbiegungen um einmal 90° oder zweimal 45° möglich. In Längs- und/oder Querrichtung des Steckverbinders sichern an sich bekannte Rastelemente zwischen dem Kunststoffkörper und dem Winkelstück die exakte Stellung der Anschlußbeinchen.

Der Potentialkäfig kann auf verschiedene Weisen mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden werden.

Die vorgeschlagenen Lösungen haben den besonderen Vorteil, daß sie bei bestehenden und bereits genormten Bauformen angewandt werden können, ohne daß die Austauschbarkeit gefährdet ist. Eine wirtschaftliche Herstellung mit üblichen Fertigungseinrichtungen ist dabei möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 Querschnitt durch eine perspektivisch dargestellte Federleiste;

Fig. 2 Querschnitt durch ein 2. Ausführungsbeispiel einer Federleiste;

Fig. 3 Querschnitt durch ein 3. Beispiel einer Federleiste;

Fig. 4 Querschnitt durch eine Stiftleiste.

Fig. 1 zeigt eine perspektivisch dargestellte Federleiste 1 mit einem einstückigen Kunststoffkörper 2. Im Schnitt werden die isoliert in die Kontaktkammern 3 eingelegten Federkontakte 4 sichtbar. Der Aufbruch zeigt sehr schmale Schlitze 5, die längs und quer im Kunststoffkörper 2 zwischen den Federkontakten 4 und um diese herum angeordnet sind. In diese Schlitze 5 sind längs und quer Schirmelemente 6 eingefügt, die sich leitend berühren und so für alle Federkontakte 4 einen einheitlichen Potentialkäfig 7 bilden.

Bei Nachrüstung von geschirmten Steckverbindern besteht oftmals nicht die Möglichkeit, zusätzlich Anschlüsse für die Schirmung unterzubringen. Für diesen Fall können bei der Herstellung des Steckverbinders oder nachträglich über die Kontaktzungen 8 einzelne Federkontakte 4 mit dem Potentialkäfig 7 leitend verbunden werden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine vorteilhafte Ausführung einer auf eine Leiterplatte 9 montierte Federleiste 10 mit einem Winkelstück 11. Das Winkelstück 11 besteht aus drei keilförmigen Segmenten 12, 13, 14. Dadurch ist eine vorteilhafte Abwinkelung der Anschlußbeinchen 15 der Federkontakte 16 um zweimal 45° möglich. Die Abbiegung der Anschlußbeinchen um zweimal 45° verkürzt den Längenunterschied zwischen der inneren und der äußeren Kontaktreihe und ist für die Hochfrequenzleitung günstiger als eine 90°-Biegung. Die Segmente 12, 13, 14 haben wie der Kunststoffkörper 17 schmale Schlitze 18, in die wiederum in gleicher Weise Schirmelemente 19 eingelegt und leitend untereinander verbunden sind. Die Schirmung der Federkontakte 16 ist so lückenlos von der Einstecköffnung 20 bis zur Leiterplatte 9 geführt.

Die Segmente 12, 13, 14 des Winkelstücks 11 sind untereinander und mit dem Kunststoffkörper 17 durch Verzahnungen und/oder durch nicht dargestellte Rastelemente fixiert. Dadurch kann die Lagetoleranz der Anschlüsse 21 nach dem Biegen eingehalten werden. Der Anschluß 22 verbindet den Potentialkäfig 23 mit der Leiterplatte 9. Da alle Anschlußbeinchen 15 fest im Winkelstück 11 fixiert sind, ist es möglich, die Anschlüsse 21, 22 der Federleiste 10 über den Kunststoffkörper 17 und das Winkelstück 11 in die Leiterplatte 9 einzupressen.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführung einer auf eine Leiterplatte 24 montierte Federleiste 25 mit einem Winkelstück 26. Das Winkelstück 26 setzt sich aus in Längsrichtung orientierten Segmenten 27, 28, 29 zusammen, die jeweils eine Kontaktreihe aufnehmen. Die Segmente 27, 28, 29 wurden über die noch geraden Anschlußbeinchen 30 und die Schirmelemente 31 geschoben und dann gebogen und mit dem Kunststoffkörper 32 in bekannter Weise verrastet.

Weiter ist eine vorteilhafte Ausführung eines flächigen Anschlußbereiches 33 von Schirmelement 31′ dargestellt. Diese Ausführung benötigt keine zusätzlichen Bohrungen in der Leiterplatte 24 für den Schirmanschluß und nützt einen toten Platz auf der Leiterplatte. Durch viele Kontaktpunkte 34 und eine leicht federnde Gestaltung kontaktiert der Anschlußbereich 33 eine entsprechende Leiterbahn 35 auf der Leiterplatte 24 sicher und dauerhaft auf der ganzen Länge des Steckverbinders. Dies ist für eine wirksame Schirmung hochfrequenter Signale besonders vorteilhaft.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine geschirmte Stiftleiste 36. In den Kunststoffkörper 37 sind die Schirmelemente 38 in die Schlitze 39 eingesetzt. An beiden Längsseiten der Stiftleiste 36 sind Metallplatten 40 fest eingespritzt, die mit den querlaufenden Schirmelementen 38 leitend verbunden sind. Die Metallplatten 40 bewirken zusätzlich zur Schirmung eine gewollte mechanische Versteifung der Stiftleiste 36. Besonders die modernen, sehr hochpoligen und langen Steckverbinder haben so hohe Steckkräfte, daß die Steckverbinder ohne zusätzliche Versteifungen diese Kräfte nicht aufnehmen können. Die Metallplatten 40 sind mit Anschlüssen 41 versehen, die den Anschlüssen 45 der Stiftkontakte 44 entsprechen, um einerseits das Schirmpotential in optimalem Abstand auf die Leiterplatte 42 zu führen und andererseits auch eine Versteifung der Leiterplatte 42 zu bewirken.

Durch die Kontaktzungen 43 kann das Schirmpotential alternativ auch über einzelne Stiftkontakte 44 auf die Leiterplatte 42 geführt werden.

Die Schirmelemente (6, 19, 31, 31′, 38) sind vorteilhaft in handelsüblichen Wandstärken von 0,05 bis 0,25 mm ausgeführt. Dadurch ist eine einfache Herstellung durch Stanzen und Formen möglich. Umformungen, z. B. zur Anpassung an runde Kontaktkammern oder geeignete Ausformungen der Anschlußbereiche, sowie Wellungen und Faltungen sind mit üblichen Methoden und Einrichtungen leicht herstellbar.

Selbstverständlich kann die vorgeschlagene Schirmung auch nur in Teilbereichen eines Steckverbinders realisiert werden, wenn die technischen Anforderungen dies zulassen. Dadurch können die Kosten so gering wie möglich gehalten werden.

Claims (11)

1. Steckverbinder für Leiterplatten und Geräteschnittstellen mit einem Kunststoffkörper, der in Kontaktkammern eingelegte Kontakte sowie diese umgebende, in Schlitzen angeordnete Schirmelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kunststoffkörper (2, 17, 32, 37) gifterartige Schlitze (5, 18, 39) längs und quer durchgehend zwischen den Kontaktkammern (3) erstrecken, in die elektrisch leitfähige und untereinander leitend verbundene Schirmelemente (6,19, 31, 38) eingelegt sind.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelemente (6, 19, 31, 38) mit Anschlüssen (22) versehen sind, die den Anschlüssen (21) der Kontakte (16, 44) entsprechen.

3. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelemente (6, 38) Kontaktzungen (8, 43) aufweisen, die mit Federkontakten (4) bzw. Stiftkontakten (44) leitend verbunden sind.

4. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkelstück (11, 26) aus Kunststoff die Anschlußbeinchen (15, 30) aufnimmt und zusammen mit diesen um 90° abgewinkelt ist.

5. Steckverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelstück (11, 26) um zweimal 45° abgewinkelt ist.

6. Steckverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelstück (11) aus mindestens zwei keilförmigen Segmenten (12, 13, 14) besteht, in denen sich schmale Schlitze (18) mit eingelegten Schirmelementen (19) befinden, die untereinander leitend verbunden sind.

7. Steckverbinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelstück (26) aus mehreren Segmenten (27, 28, 29) besteht, die jeweils die Anschlußbeinchen (30) einer Kontaktreihe und die Schirmelemente (31) aufnehmen.

8. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelstück (11, 26) durch an sich bekannte Rastelemente mit dem Kunststoffkörper (17, 32) lagerichtig verbunden ist.

9. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirmelement (31′) einen Anschlußbereich (33) aufweist, der auf einer Leiterbahn (35) der Leiterplatte (24) aufliegt und mit ihr leitend verbunden ist.

10. Steckverbinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußbereich (33) mit mehreren Kontaktpunkten (34) und/oder federnd ausgebildet ist.

11. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiftleiste (36) an den Längsseiten am Kunststoffkörper (37) angeordnete Metallplatten (40) aufweist, die mit den Schirmelementen (38) leitend verbunden sind.