DE4433522A1

DE4433522A1 - Steckverbindungsstück für Hochgeschwindigkeitsübertragungsleitung

Info

Publication number: DE4433522A1
Application number: DE4433522A
Authority: DE
Inventors: Haruo Sakurai
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2014-09-21
Also published as: JPH07122335A; GB2283620B; US5660551A; DE4433522B4; HK1004074A1; GB9420061D0; GB2283620A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbinder, insbesondere ein Steckverbindungsstück für eine Hochge schwindigkeitsübertragung, und insbesondere ein Steckverbin dungsstück mit einem geringen Übersprechrauschen und einer geringen Ungleichmäßigkeit der Übertragungsverzögerung.

Bei herkömmlichen elektronischen Geräten, wie bei spielsweise einem Computer, wurde ein DIN-Steckverbindungs stück (z. B. DIN-Norm 41 612) zum Verbinden von Substraten verwendet. Sowohl der Erdungskontakt als auch der Signalkon takt des DIN-Steckverbindungsstücks weist eine rechteckige Querschnittform und zwischen den Verbindungsabschnitten blanke oder freiliegende rechtwinklige Abschnitte auf.

Bei einer normalen Signalübertragung ergeben sich durch das herkömmliche DIN-Steckverbindungsstück keine Nachteile, wenn das DIN-Steckverbindungsstück jedoch für eine Hoch geschwindigkeitsübertragung verwendet wird, kann nicht nur ein Übersprechen, sondern auch eine wesentliche Ungleichmä ßigkeit der Übertragungsverzögerung auftreten oder können sich andere nachteilige Effekte ergeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu beseitigen und einen Verbin der, insbesondere ein Steckverbindungsstück für eine Hochge schwindigkeitsübertragung bereitzustellen, bei dem ein Über sprechen eingeschränkt und die Ungleichmäßigkeit der Über tragungsverzögerung minimiert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Steckkontaktmodul mit einem Erdungskontakt und einem Signalkontakt bereitgestellt, die jeweils nacheinander einen Außenverbindungsabschnitt, einen Zwischenverbindungsabschnitt und einen an einem Substrat zu befestigenden Befestigungsabschnitt aufweisen, wobei der Zwischenverbindungsabschnitt des Erdungskontakts einen allgemein L-förmigen Querschnitt besitzt und der Erdungskon takt und der Signalkontakt derart zusammenwirkend angeordnet sind, daß der Zwischenverbindungsabschnitt des Signalkon takts im wesentlichen von der allgemein L-förmigen Anordnung des Zwischenverbindungsabschnitts des Erdungskontakts umge ben ist.

Das erfindungsgemäße Steckverbindungsstück für eine Hochgeschwindigkeitsübertragung weist mehrere regelmäßig angeordnete Steckkontaktmodule auf, wobei der Zwischen verbindungsabschnitt jedes der Signalkontakte von den Zwischenverbindungsabschnitten der Erdungskontakte umgeben und dadurch elektromagnetisch abgeschirmt ist.

Vorzugsweise sind die Außenverbindungsabschnitte der Erdungskontakte flach, kommen die flachen Außenverbindungs abschnitte der Erdungskontakte mit dem flachen Verbindungsabschnitt eines zugeordneten Steckers in Kontakt und in Eingriff, so daß sich eine im wesentlichen L-förmige Verbindungsstelle ergibt, wenn das Verbindungsstück mit dem zugeordneten Stecker verbunden wird, und ist der Außen verbindungsabschnitt jedes Signalkontakts von den flachen Außenverbindungsabschnitten der Erdungskontakte und von ei nem flachen Verbindungsabschnitt des zugeordneten Steckers umgeben und wird durch diese elektromagnetisch abgeschirmt.

Vorzugsweise bilden die Zwischenverbindungsabschnitte einen in mehr als ein Harz eingebetteten rechtwinkligen Ab schnitt, wobei die Dielektrizitätskonstante des äußeren Harzes, das eine größere Kontaktlänge aufnimmt, kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante des angrenzenden inneren Harzes, das eine kürzere Kontaktlänge aufnimmt, wobei der Unterschied der Dielektrizitätskonstanten vorzugsweise nicht kleiner als 0.5 ist.

Weil die Signalleitung von der Erdungsleitung umgeben ist, ist die Signalleitung elektromagnetisch abgeschirmt, so daß ein Übersprechen vermindert wird.

Durch das Einbetten des rechtwinkligen Abschnitts in das Harz kann das Abschirmungsvermögen verbessert werden. Wenn die Dielektrizitätskonstante des äußeren Harzes mit der größeren Kontaktlänge kleiner ist als diejenige des inneren Harzes mit der kürzeren Kontaktlänge, kann die Ungleichmä ßigkeit der Übertragungsverzögerung des Signals verringert werden.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung unter Bezug auf die Abbildungen be schrieben; es zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckverbindungsstücks für eine Hoch geschwindigkeitsübertragung im Querschnitt, wobei die Teile getrennt sind;

Fig. 1B eine Querschnittansicht des Steckverbindungs stücks von Fig. 1A, wobei die Teile zusammengefügt sind;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines freitragen den Kontakts eines Steckbuchsen- oder Sockelverbindungs stücks;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines stimmgabel förmigen Kontakts eines Sockelverbindungsstücks;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Verbindung eines freitragenden Kontakts eines stimmgabelför migen Kontakts mit einem die Verbindungsabschnitte des Si gnalkontakts umgebenden Flachstift;

Fig. 5 eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 1B;

Fig. 6 eine Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 1B;

Fig. 7a, 7b und 7c schematische Darstellungen ver schiedener Beispiele des rechtwinkligen Abschnitts eines Sockelverbindungsstücks; und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs gemäßen geraden stimmgabelförmigen Erdungskontakts.

In Fig. 1 weist ein gerader Sammelleitungs- oder Kopf stecker 11 auf einer Mutter-Leiterplattenseite ein Kopf- bzw. Sockelgehäuse 13 und Schräg- bzw. Winkelstifte (Einsteckkontakte) 15 für eine Signalübertragungsleitung so wie Flachstifte (Einsteckkontakte) 17 für eine Erdungs leitung auf. Diese Stifte 15 und 17 sind in mehreren Reihen auf dem Kopfgehäuse 13 des zugeordneten Steckers 11 abwech selnd angeordnet.

Ein rechtwinkliges Sockelverbindungsstück 21 auf einer Tochter-Leiterplattenseite weist ein Aufnahmegehäuse 23 und freitragende Kontakte 25 für eine Signalübertragungsleitung sowie stimmgabelartig beabstandete Kontakte 27 für eine Erdungsleitung auf. Mehrere Reihen der Kontakte 25 und 27 sind regelmäßig angeordnet, so daß sie denjenigen des Kopf steckers 11 entsprechen.

Gemäß Fig. 2 weist jeder der freitragenden Kontakte 25 des Sockelverbindungsstücks 21 an seinem vorderen Ende einen gabelförmigen Abschnitt 32, in den die zugeordneten Schrägstifte 15 des Kopfsteckers 11 eingepaßt werden können, im Mittelabschnitt einen rechtwinkligen Abschnitt 34 mit ei nem quadratischen Querschnitt bzw. an seinem Befestigungsab schnitt bzw. hinteren Endabschnitt einen Anschluß 36 auf.

Gemäß Fig. 3 weist jeder der stimmgabelförmigen Kon takte 27 des Sockelverbindungsstücks 21 an seinem vorderen Ende einen Gabelabschnitt 42, in den der zugeordnete Flach stift 17 des Kopfsteckers 11 eingepaßt werden kann, im Mittelabschnitt einen L-förmigen rechtwinkligen Abschnitt 44 bzw. an seinem hinteren Ende einen Anschluß 46 auf.

Gemäß Fig. 5, die eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 1B darstellt, um das Ineinandergreifen des Kopfsteckers 11 in das Sockelverbindungsstück 21 darzu stellen, werden die Schrägstifte 15 zwischen den Gabelab schnitten 32 der entsprechenden freitragenden Kontakte 25 und durch diese gehalten, um eine rechteckige Quer schnittform zu erhalten. Die Flachstifte 17 werden durch die Gabelabschnitte 42 des zugeordneten stimmgabelförmigen Kon takts 27 und zwischen diesen gehalten, um eine L-förmige Querschnittform zu erhalten.

Gemäß Fig. 5 bilden die Schrägstifte 15 und der Gabel abschnitt 32 der freitragenden Kontakte 25 die Si gnalübertragungsleitungen, wobei die freitragenden Kontakte, außer diejenigen an der am weitesten links angeordneten Seite und an der Unterseite, im wesentlichen von unterbro chenen rechteckigen Rahmen (Gittern) umgeben sind, die aus zwei voneinander beabstandeten parallelen Flachstiften 17 und zwei voneinander beabstandeten parallelen Gabelab schnitten 42 der stimmgabelförmigen Kontakte 27 gebildet werden, um die Erdungsleitung zu bilden. D.h. es wird eine Koaxialstruktur erhalten, bei der die Signalübertragungslei tung von der Erdungsleitung umgeben ist.

Fig. 6, eine Querschnittansicht entlang der Linie VI- VI in Fig. 1B, zeigt den rechtwinkligen Abschnitt 24 des Sockelverbindungsstücks 21 und die rechtwinkligen Abschnitte 34 mit quadratischem Querschnitt der freitragenden Kontakte 25, die die Signalübertragungsleitung bilden, wobei die freitragenden Kontakte, außer diejenigen an der am weitesten links angeordneten Seite und an der Unterseite, im wesent lichen von unterbrochenen rechteckigen Rahmen (Gittern) um geben sind, die aus den L-förmigen rechtwinkligen Abschnit ten 44 der stimmgabelförmigen Kontakte 27 gebildet werden, die die Erdungsleitung bilden. D.h., es wird eine Koaxial struktur erhalten, bei der die Signalübertragungsleitung 34 von der Erdungsleitung umgeben ist.

Gemäß dem vorstehend Erwähnten wird, weil eine (pseudo-) koaxiale Struktur gebildet wird, bei der die Si gnalübertragungsleitung von der Erdungsleitung umgeben ist, nicht nur das elektromagnetische Abschirmvermögen verbes sert, sondern tritt außerdem kein oder ein nur geringes Übersprechen auf.

Obwohl das Sockelverbindungsstück 21 der dargestellten Ausführungsform den rechtwinkligen Abschnitt 24 aufweist, ist die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiels weise kann die vorliegende Erfindung auf ein Sockelverbindungsstück (nicht dargestellt) mit einem in Fig. 8 dargestellten geraden Erdungskontakt 57 ohne rechteckigen Abschnitt angewendet werden.

Alternativ kann der rechtwinklige Abschnitt 24 des Sockelverbindungsstücks 21 so gebildet werden, daß die stimmgabelförmigen Kontakte 27 für die Erdungsleitung und die freitragenden Kontakte 25 für die Signal übertragungsleitung in mehr als eine Harzschicht eingebettet werden. D.h. der rechtwinklige Abschnitt wird vorzugsweise in das Harz eingebettet. Dies ist vorteilhaft, weil, wenn der rechtwinklige Abschnitt der Atmosphäre ausgesetzt ist oder blank liegt, bei einer Hochgeschwindigkeitsübertragung mit großer Wahrscheinlichkeit ein Übersprechen auftritt, wo durch die Funktion der Vorrichtung verschlechtert wird. Au ßerdem können beim Steckverbindungsstück für eine Hoch geschwindigkeitsübertragung, bei dem der Abstand zwischen den Anschlüssen und die Dicke der Anschlüsse gering sind, keine ausreichende mechanische Festigkeit und keine Feuch tigkeits- und Korrosionsbeständigkeitsqualitäten erwartet werden. Durch das Vorhandensein der Harzbeschichtung werden diese Probleme gelöst.

Die Übertragungszeit (ns) und die Übertragungsge schwindigkeit (mm/ns) werden folgendermaßen dargestellt:

t = L/v

v = 300/,

wobei L die Kontaktlänge (mm), v die Übertragungsgeschwin digkeit (mm/ns) und ε die Dielektrizitätskonstante (-) des Harzes, in das die Anschlüsse eingebettet sind, innerhalb eines Frequenzbandes von 10-100 MHz bezeichnen.

Daher kann die Übertragungszeit gemäß der Kontaktlänge und der Dielektrizitätskonstanten des Harzes bestimmt wer den. D.h., um die Differenz in der Übertragungszeit bei ei nem Verbindungsstück für Hochgeschwindigkeitsübertragung auf beispielsweise weniger als 100 ps zu verringern, muß die Di elektrizitätskonstante der Harzschicht gemäß der Kontakt länge des Anschlusses verändert werden, so daß die Dielek trizitätskonstante der äußeren Harzschicht mit der längeren Kontaktlänge kleiner ist als diejenige der daran angrenzen den inneren Harzschicht mit einer kurzen Kontaktlänge, um dadurch die Abweichung der Übertragungszeit zu korrigieren.

Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Differenz der Di elektrizitätskonstanten der Harzschichten größer ist als 0.5, ein Steckverbindungsstück für eine Hochgeschwindig keitsübertragung erhalten werden kann, bei dem entsprechend einer normalen Kontaktlänge (z. B. 5-30 mm) die Differenz der Übertragungszeiten zwischen den Anschlüssen verringert ist. Bei der vorliegenden Erfindung werden mindestens zwei Harzschichten mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten verwendet. Wenn die Differenz der Übertragungszeiten kleiner als 100 ps ist, können mehr als zwei Harzschichten verwendet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung gilt keine Einschränkung der zu verwendenden Harze. Beispielsweise können die folgen den Harze vorteilhaft verwendet werden.

PET (Polybutylenterephthalat) 3.7
PPS (Polyphenylensulfid) 4.6
PCT (Polycyclohexandimethylterephthalat) 2.8
PTFE (Polytetrafluorethylen) 2.2
Als Referenzwert: Die Dielektrizitätskonstante von Luft beträgt 1.0.

Außerdem kann die Dielektrizitätskonstante des Harzes durch Zugeben eines oder mehrerer Zusatzstoffe gesteuert werden. Insbesondere wird durch die Zugabe eines Zusatzstof fes zum Verändern der Dielektrizitätskonstante eine hohe Kontaktfestigkeit der Grenzfläche zwischen zwei benachbarten Harzschichten gewährleistet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Kombination der beiden aneinander angrenzenden Harzschichten werden PPS und PCT als ein Harz mit einer hohen Dielektrizitätskonstan te bzw. ein Harz mit einer niedrigeren Dielektrizitätskon stante verwendet. PPS weist eine relativ hohe Dielektrizi tätskonstante, eine hohe Wärmebeständigkeit, eine gute Form barkeit und eine hohe mechanische Festigkeit auf, ist dar über hinaus kostengünstig und kann daher vorteilhaft als ein Einbettungsharz des Steckverbindungsstücks verwendet werden. Das PCT weist eine relativ niedrige Dielektrizitätskonstante auf und wird aus einem Flüssigkristallharz mit Kri stallinität, einer guten Wärmebeständigkeit und einer hohen mechanischen Festigkeit hergestellt und kann daher vorteil haft als ein Einbettungsharz für das Steckverbindungsstück verwendet werden.

Die nachstehende Tabelle 1 zeigt experimentelle Ergeb nisse, in denen vier Arten von Steckverbindungsstücken ver wendet wurden: (a) ein Steckverbindungsstück, bei dem die Innenseite (I) des rechtwinkligen Abschnitts 24 aus PPC (Fortron, kommerziell erhältlich von Polyplastics Inc.) mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und die Außenseite (II) davon aus PPS-Harz mit einer niedrigen Dielektrizitätskon stante, d. h. einer besseren dielektrischen Eigenschaft her gestellt wurde (Fig. 7(a)); (b) ein Steckverbindungsstück, bei dem der gesamte rechtwinklige Abschnitt aus normaler weise bei einem herkömmlichen Steckverbindungsstück verwen detem PBT-Harz hergestellt wurde (Fig. 7(b)); (c) ein Steckverbindungsstück, bei dem der rechtwinklige Abschnitt 24 nicht aus einem Harz hergestellt, d. h. harzfrei ist (Fig. 7 (c)); und (d) ein herkömmliches DIN-Steckverbin dungsstück (in Fig. 7 nicht dargestellt).

Tabelle 1

Wie aus der vorstehenden Tabelle 1 ersichtlich, wird beim in Fig. 7 durch (a) bezeichneten Steckverbindungsstück, bei dem der rechtwinklige Abschnitt aus zwei Harz schichten hergestellt ist, das Übersprechen und die Un gleichmäßigkeit der Übertragungsverzögerung im Vergleich zum herkömmlichen DIN-Steckverbindungsstück wesentlich redu ziert. Die in Fig. 7 durch (b) und (c) bezeichneten Steck verbindungsstücke mit einer Koaxialstruktur zeigen im Ver gleich zum herkömmlichen DIN-Steckverbindungsstück ebenfalls verbesserte Eigenschaften bezüglich des Übersprechens und der Ungleichmäßigkeit der Übertragungsverzögerung.

Das in Fig. 7(b) dargestellte, aus einem einzelnen Harz hergestellte Steckverbindungsstück, zeigt dagegen eher eine verschlechterte Ungleichmäßigkeit der Übertragungs verzögerung als das herkömmliche DIN-Steckverbindungsstück.

Durch die vorstehende Beschreibung wird verdeutlicht, daß erfindungsgemäß ein Steckverbindungsstück für eine Hochgeschwindigkeitsübertragung hergestellt werden kann, bei dem kein oder ein nur geringes Übersprechen auftritt und die Ungleichmäßigkeit der Übertragungsverzögerung eingeschränkt werden kann.

Claims

1. Steckverbindungsmodul mit einem Erdungskontakt und ei nem Signalkontakt, wobei jeder Kontakt einen Außenverbindungsabschnitt, einen Zwischenabschnitt und einen an einem Substrat zu befestigenden Befestigungs abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (44) des Erdungskontakts (27) einen allgemein L-förmigen Querschnitt aufweist, und daß der Erdungskontakt (27) und der Signalkontakt (25) derart angeordnet sind, daß der Zwischenabschnitt (34) des Si gnalkontakts (25) im wesentlichen von der allgemeinen L-Form des Zwischenabschnitts (44) des Erdungskontakts (27) umgeben ist.

2. Steckverbindungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (34, 44) je des Kontakts bezüglich des Außenverbindungsabschnitts (32, 42) und des Befestigungsabschnitts (36, 46) einen Winkel bildet, um ein winkliges Steckverbindungsstück (21) zu bilden.

3. Steckverbindungsstück für eine Hochgeschwindigkeits übertragung mit einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steckverbindungsmodule gemäß Anspruch 1 oder 2 durch ein Gehäuse (23) gehalten werden und der Zwischenabschnitt (34) jedes Signalkontakts (25) von den Zwischenabschnitten (44) der Erdungskontakte (27) umgeben und dadurch elektromagnetisch abgeschirmt ist.

4. Steckverbindungsstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenabschnitte (34, 44) mit den Außenverbindungsabschnitten (32, 42) und den Befestigungsabschnitten (36, 46) in einer Winkelbezie hung stehen, um ein rechtwinkliges Steckverbindungs stück zu bilden.

5. Steckverbindungsstück nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverbindungsabschnitte (42) der Erdungskontakte (27) flach sind, wobei die flachen Außenverbindungsabschnitte (42) der Erdungskontakte mit einem flachen Verbindungsabschnitt (17) eines zugeord neten Steckers (11) in Kontakt und in Eingriff kommen, um einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt zu bil den, wenn das Steckverbindungsstück (21) mit dem zugeordneten Stecker (11) verbunden wird; und der Au ßenverbindungsabschnitt (32) jedes Signalkontakts (25) von den flachen Außenverbindungsabschnitten (42) der Erdungskontakte (27) und dem flachen Verbindungsab schnitt (17) des zugeordneten Steckers (11) umgeben und dadurch elektromagnetisch abgeschirmt ist.

6. Steckverbindungsstück nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenabschnitte (34, 44) der Kontakte einen rechtwinkligen Abschnitt (24) bilden und die Zwischenabschnitte (34, 44) in ein Harz eingebettet sind.

7. Steckverbindungsstück nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenabschnitte (34, 44) der Kontakte (25, 27) in mehr als ein Harz einge bettet sind, wobei die Dielektrizitätskonstante des äu ßeren Harzes (II), das mit einer größeren Zwischenabschnittlänge der Kontakte in Kontakt steht, geringer ist als die Dielektrizitätskonstante des daran angrenzenden inneren Harzes (I), das mit einer kürzeren Zwischenabschnittlänge der Kontakte in Kontakt steht.

8. Steckverbindungsstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Dielektrizitäts konstanten nicht kleiner als 0.5 ist.