DE60312048T2

DE60312048T2 - Verbindungseinrichtung mit verbesserten hoch-frequenz eigenschaften

Info

Publication number: DE60312048T2
Application number: DE60312048T
Authority: DE
Inventors: W. Mark W. Somerville GAILUS
Original assignee: Amphenol Corp
Current assignee: Amphenol Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2023-12-21
Also published as: AU2003301134A1; EP1788666A3; EP2306598A1; EP1788666B1; US6786771B2; WO2004059801A1; EP1606859A1; DE60312048D1; US20040121652A1; EP1788666A2; EP2306598B1; EP1606859B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Zwischenverbindungssysteme bzw. Verbindungssysteme (interconnection systems) und insbesondere auf mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Verbindungssysteme.
Beschreibung von verwandter Technik
Verbindungssysteme bzw. Zwischenverbindungssysteme werden in modernen elektronischen Systemen dazu verwendet, Signale von einer elektronischen Komponente zu einer weiteren zu leiten. Die meisten modernen elektronischen Systeme werden aus vielen integrierten Schaltungs-Chips aufgebaut. Die Chips sind auf gedruckten Schaltungsplatten angebracht, welche die elektrischen Signale zwischen den integrierten Schaltungs-Chips oder zwischen den integrierten Schaltungs-Chips und anderen Teilen des Systems leiten.
Viele elektronische Systeme, wie beispielsweise Computer-Server oder Telefonschalter, werden aufgebaut unter Verwendung von gedruckten Schaltungsplatten, die als eine "Rückebene" (backplane) und Mehrfach-"Tochter"-karten konfiguriert sind. In einer derartigen Konfiguration wird die aktive Schaltung des elektronischen Systems auf den Tochter-Karten aufgebaut. Beispielsweise kann ein Prozessor auf einer Tochter-Karte aufgebaut sein. Eine Speicherbank könnte auf einer unterschiedlichen Tochter-Karte aufgebaut sein. Die Rückebene sieht Signalpfade oder Signalwege vor, welche die elektrischen Signale zwischen den Tochter-Karten leiten.
Im Allgemeinen sind elektrische Verbinder sowohl auf der Rückebene und auf der Tochter-Karte angebracht. Diese Verbinder passen zusammen und gestatten, dass elektrische Signale zwischen der Tochter-Karte und der Rückebene laufen.
Da die elektronischen Systeme, welche eine Rückebene-Tochter-Karten-Konfiguration verwenden, normalerweise viele Daten verarbeiten, besteht für die elektrischen Verbinder die Notwendigkeit, viele Daten zu führen. Weiterhin werden diese Daten im Allgemeinen mit einer hohen Datenrate übertragen. Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit, die Systeme so klein wie möglich auszubilden. Infolgedessen ergibt sich die Notwendigkeit, elektrische Verbinder vorzusehen, die viele Hochgeschwindigkeitssignale in einem relativ kleinen Raum führen können. Es ist also notwendig, hochgeschwindigkeits-hochdichte Verbinder vorzusehen.
Es sind im Handel mehrere mit hoher Geschwindigkeit arbeitende hochdichte elektrische Verbinder bekannt. Beispielsweise sei auf das US-Patent 6 299 483 hingewiesen, welches an Cohen et al ausgegebenen ist und den Titel "High Speed High Density Electrical Connector" trägt. Teradyne, Inc., der Inhaber dieses Patents, verkauft ein Handelsprodukt mit der Bezeichnung VHDM^®. Ein weiteres Beispiel findet sich im US-Patent 6 409 543 , ausgegeben an Astbury et al,. mit dem Titel "Connector Molding Method and Shielded Waferized Connector Made Therefrom". Teradyne, Inc., der Inhaber dieses Patents, verkauft ein kommerzielles Produkt mit der Bezeichnung GbX^TM
Eine der Schwierigkeiten, die sich dann ergeben, wenn ein hochdichter Hochgeschwindigkeits-Verbinder auf diese Art und Weise hergestellt wird, besteht darin, dass die elektrischen Leiter sehr dicht angeordnet sein können, so dass eine elektrische Interferenz zwischen benachbarten oder nahe gelegenen Signalleitern auftritt. Um die Interferenz zu reduzieren und um ansonsten erwünschte elektrische Eigenschaften vorzusehen, werden oftmals Metallglieder zwischen Signalleitern oder aber um diese herum angeordnet. Das Metall bewirkt eine Abschirmung und verhindert, dass Signale, die von einem Leiter geführt werden, ein "Übersprechen" (cross talk) auf einen anderen Leiter hervorrufen. Das Metall wirkt auch auf die Impedanz jedes Leiters ein, was ferner dazu beitragen kann, erwünschte elektrische Eigenschaften zu erhalten.
Die Abschirmung in einem Verbindungs- oder Zwischenverbindungssystem kann niemals perfekt sein. Oftmals ist die Konstruktion der Zwischenverbindungssysteme ein Kompromiss zwischen dem Abschirmniveau, das erreicht werden kann, und anderen Systemerfordernissen. Beispielsweise ist es oftmals erforderlich, dass das Zwischenverbindungssystem eine begrenzte Größe besitzt oder dass es aus gesonderten Teilen hergestellt wird, die voneinander getrennt werden können oder die unterhalb bestimmter Kosten hergestellt werden müssen.
Mit dem Anstieg der Signalfrequenzen steigt das Risiko des Übersprechens oder anderer unerwünschter elektrischer Eigenschaften in einem Zwischenverbindungssystem an. Es wäre daher erwünscht, ein verbessertes Zwischenverbindungssystem für Hochfrequenzsignale vorzusehen.
Wie unten beschrieben wird, wurde ein System erfunden, das Strahlung absorbierende Materialien verwendet. Die Verwendung von Absorptionsmaterial ist in Hochfrequenzsystemen bekannt, wie beispielsweise bei Packungen, die Mikrowellenkomponenten enthalten. Der Stand der Technik hat jedoch offenbar nicht die Vorteile oder die Anwendung von Absorptionsmaterial in Zwischenverbindungen, wie unten beschrieben, erkannt.
US-A 5 346 410 und US-A 4 519 665 offenbaren Verbinder mit Absorptionsmaterial oder absorbierende Glieder mit Drähten auf einer Seite und Anschlüssen zur Verbindung mit zusammenpassenden Verbindern auf der anderen Seite.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Zwischenverbindungssystem für Hochfrequenzsignale vorzusehen.
Um das genannte Ziel und auch andere Ziele und Vorteile zu erreichen, wird ein Zwischenverbindungssystem vorgesehen, und zwar mit elektromagnetischen absorbierenden Gliedern, die zur bevorzugten Absorption unerwünschter Strahlung positioniert sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die elektromagnetischen absorbierenden Glieder ferromagnetische Materialien.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Zwischenverbindungssystem ein Hochgeschwindigkeits-, hochdichter elektrischer Verbinder. In anderen Ausführungsbeispielen ist das Zwischenverbindungssystem eine gedruckte Schaltungsplatte.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird Material mit einem hohen magnetischen oder elektrischen Dielektrizitätsverlust bzw. Verlusttangente in eine mehrfach geerdete Zwischenverbindungsstruktur eingebaut, um unerwünschte Betriebsarten (modes) der elektromagnetischen Energie zu reduzieren. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Mehrfach-Erdungs-Zwischenverbindungsstruktur sind ein elektrischer Verbinder, eine Schaltungsplatte und ein Kabel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der folgenden Beschreibung sowie der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:
1 einen Verbinder des Standes der Technik;
2 einen Wafer, verwendet bei der Konstruktion des Verbin ders gemäß 1;
3A einen Querschnitt des Verbinders der 1;
3B eine Skizze, welche das elektromagnetische Feldmuster für einen Verbinder der 3A veranschaulicht;
3C einen Querschnitt des Verbinders der 3A modifiziert für Hochfrequenzbetrieb;
4A eine Skizze, welche das elektromagnetische Feldmuster für einen Verbinder zeigt, der unterschiedliche Signale bzw. Differenzsignale bzw. symmetrische Signale führt bzw. leitet;
4B einen Querschnitt des Verbinders der 4A modifiziert für Hochfrequenzbetrieb;
5A und 5B Querschnittsansichten alternativer Ausführungsbeispiele des Verbinders der 1 modifiziert für Hochfrequenzbetrieb;
6 einen Querschnitt einer gedruckten Schaltungsplatte modifiziert für Hochfrequenzbetrieb;
7 einen Querschnitt eines elektrischen Verbinders gemäß der Erfindung; und
8 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines elektrischen Verbinders gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
In der folgenden Beschreibung wird ein Zwischenverbindungs- oder Interkonnektions-System zunächst veranschaulicht unter Verwendung eines elektrischen Verbinders als ein Beispiel. Elektrische Verbinder sind oftmals Teile des Zwischenverbindungssystems, die den größten Vorteil aus Verbesserungen, die sich auf die Hochfrequenzperformance beziehen, erlangen. Oftmals ist die Konstruktion eines Verbinders durch den in einem elektronischen System verfügbaren Raum eingeschränkt. Eine weitere Einschränkung der Konstruktion ergibt sich dadurch, dass die Teile des Verbinders mechanische Eigenschaften besitzen müssen, die es gestatten, dass die Verbinder zusammengesteckt und auch wieder auseinander gezogen werden. Die Folge davon ist, dass die Abschirmung und die Größe sowie die Form und die Anordnung der Leiter in einem Verbinder oftmals signifikant davon abweichen, was ideal für eine Hochfrequenzperformance oder Leistungsfähigkeit sein würde. Andere Teile des Zwischenverbindungssystems können jedoch Vorteile aus diesen Konstruktionstechniken ziehen, die für elektrische Verbinder am meisten brauchbar sind.
1 zeigt einen zweiteiligen elektrischen Verbinder 100, der einen Rückebenen-Verbinder 105 und einen Tochter-Karten-Verbinder 110 aufweist. Diese Verbinder sind konfiguriert zur Verbindung mit einer Rückebene und einer als Tochter-Karte ausgebildeten gedruckten Schaltungsplatte. Die gedruckten Schaltungsplatten sind nicht gezeigt. Es sei bemerkt, dass diese Verbinder nicht einzig zur Zwischenverbindung mit gedruckten Schaltungsplatten verwendet werden können. Oftmals sind Verbinder an Kabeln angebracht und die Kabel sind mit gedruckten Schaltungsplatten verbunden, und zwar durch Verbinden oder Einfügen der Kabelverbinder mit an den gedruckten Schaltungsplatten angebrachten Verbindern.
Der Rückebenen-Verbinder 105 weist eine Rückebenenabdeckung 102 und eine Vielzahl von Signalkontakten 112 auf, und zwar angeordnet in einer Anordnung von unterschiedlichen Signalpaaren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Signalkontakte in Paaren gruppiert derart, wie dies geeignet sein kann zur Herstellung eines elektrischen Differenz- bzw. Differentialsignal bzw. Symmetriesignal-Verbinders. Eine einzel-endige bzw. unsymmetrische bzw. einpolig geerdete Konfiguration der Signalkontakte 112 wird ebenfalls ins Auge gefasst, wobei die Signalleiter gleichmäßig beabstandet sind. In dem veranschaulichten Beispiel des Standes der Technik ist die Rückebenen-Abdeckung 102 aus einem dielektrischen Material geformt, wie beispielsweise einem Flüssigkristallpolymer (LCP = liquid crystal polymer), einen Polyphenylinsulfid (PPS) oder aus einem Hochtemperatur-Nylon. Alle diese Materialien sind zur Verwendung als Bindematerialien bei der Herstellung von Verbindern gemäß der Erfindung verwendbar.
Die Signalkontakte 112 erstrecken sich durch einen Boden 104 der Rückebenen-Abdeckung 102 und sehen eine Kontaktfläche vor, und zwar sowohl oberhalb als auch unterhalb des Bodens 104 der Abdeckung 102. Hierbei gilt folgendes: Die Kontaktfläche der Signalkontakte 112 oberhalb des Abdeckungsbodens 104 sind geeignet, mit den Signalkontakten in dem Tochter-Karten-Verbinder 110 zusammenzupassen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Passkontaktfläche in der Form eines Klingenkontakts ausgebildet.
Ein Schwanz- oder Endteil des Signalkontakts 112 erstreckt sich unterhalb des Abdeckungsbodens 104 und ist geeignet zur Zusammenpassung mit einer gedruckten Schaltungsplatte. Hierbei ist der Endteil in der Form eines nachgiebigen Presspassungskontaktes ausgebildet, und zwar insbesondere von der "Nadelöhrform" (eye of the needle). Es sind jedoch auch andere Konfigurationen geeignet, wie beispielsweise auf der Oberfläche zu befestigende Elemente, Federkontakte, lötbare Stifte, lötbare Leiter usw. In einer typischen Konfiguration kommt der Rückebenen-Verbinder 105 mit dem Tochter-Karten-Verbinder 110 in Eingriff, und zwar an den Messer- bzw. Klingenkontakten 106, und die Verbindung wird hergestellt mit Signalbahnen in einer (nicht gezeigten) Rückebene durch die Endteile, die in plattierte hindurchgehende Löcher in der Rückebene eingepresst werden.
Die Rückebenen-Abdeckung 102 weist ferner Seitenwände 108 auf, die sich entlang der Länge von entgegengesetzt liegenden Seiten der Rückebenen-Abdeckung 102 erstrecken. Die Seitenwände 108 weisen Nuten 118 auf, die vertikal längs einer Innenoberfläche der Seitenwände 108 verlaufen. Die Nuten 118 dienen zur Führung des Tochter-Karten-Verbinders 110 in die geeignete Position in der Abdeckung 102. Parallel zu den Seitenwänden 108 verlaufend ist eine Vielzahl von Abschirmplatten 116 vorgesehen, und zwar angeordnet zwischen Reihen von Paaren von Signalkontakten 112. In einer derzeit bevorzugten unsymmetrischen Konfiguration würde die Vielzahl von Abschirmplatten 116 zwischen Reihen von Signalkontakten 112 angeordnet sein. Es könnten jedoch auch andere Abschirmkonfigurationen gebildet werden, und zwar einschließlich solcher, bei denen die Abschirmplatten 116 zwischen den Wänden der Abdeckungen verlaufen, und zwar quer zu der veranschaulichten Richtung. Gemäß dem Stand der Technik werden die Abschirmplatten aus Metallblech gestanzt.
Jede Abschirmplatte 116 weist einen oder mehrere End- oder Schwanzteile auf, die sich durch die Abdeckungsbasis 104 erstrecken. Wie bei den Schwänzen oder Enden der Signalkontakte besitzt das dargestellte Ausführungsbeispiel End- oder Schwanzteile, die als ein nachgiebiger Nadelöhr-Kontakt ausgebildet sind, die durch Presspassung in der Rückebene angeordnet sind. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen geeignet, wie beispielsweise auf der Oberfläche zu befestigende Elemente, Federkontakte, lötbare Stifte, lötbare Leiter usw.
Der gezeigte Tochter-Karten-Verbinder 110 weist eine Vielzahl von Modulen oder Wafern 120 auf, die durch Versteifungsmittel 130 getragen sind. Jeder Wafer 120 weist Teile auf, die in (nicht nummerierte) Öffnungen in dem Versteifungselement eingesetzt sind, um jeden Wafer 120 bezüglich einem weiteren anzuordnen und um weiterhin die Drehung des Wafers 120 zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf 2 sei bemerkt, dass ein einziger Wafer dargestellt ist, um ein Beispiel dafür zu geben, wie der Verbinder der 1 hergestellt werden könnte. Der Wafer 120 ist mit dielektrischen Gehäusen 132, 134 gezeigt, die um sowohl eine Tochter-Karte-Abschirmplatte (10, 3) als auch einen Signalleiterrahmen geformt sind. Wie in dem oben erwähnten US-Patent 6 409 543 beschrieben, wird der Wafer 120 vorzugsweise dadurch gebildet, dass man als erstes das dielektrische Gehäuse 132 um die Abschirmplatte formt, und zwar unter Zurücklassung eines Hohlraums. Der Signalleiterrahmen wird sodann in den Hohlraum eingesetzt und das dielektrische Gehäuse 134 ist dann zur Füllung des Hohlraums auf der Anordnung überformt.
Wie im Folgenden beschrieben, könnte das absorbierende Material in den Verbinder eingebaut sein. Eine Möglichkeit zur Inkorporierung des absorbierenden Materials in den Verbinder könnte darin bestehen, dass man das Absorptionsmaterial oder das absorbierende Material in dem Hohlraum anordnet und sodann an Ort und Stelle mit dem dielektrischen Gehäuse 134 befestigt.
Von einer ersten Kante des Wafers 120 aus erstreckt sich eine Vielzahl von Signalkontakt-Enden 128, die sich vom Signalleiterrahmen erstrecken, und ferner eine Vielzahl von Abschirm-Kontaktenden 122, die sich von einer ersten Kante der Abschirmplatte erstrecken. In dem Beispiel eines Platte-zu-Platte-Verbinders verbinden diese Kontaktenden die Signalleiter und die Abschirmplatte mit einer gedruckten Schaltungsplatte. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Vielzahl der Signalkontaktenden 122, 128 auf jedem Wafer 120 in einer einzigen Ebene angeordnet.
Hierbei sind sowohl die Signalkontaktenden 128 als auch die Abschirmkontaktenden 122 in der Form von nachgiebigen Presspassungsnadelöhren ausgebildet, die in plattierte hindurchgehende Löcher, angeordnet in einer gedruckten Schaltungsplatte (nicht gezeigt), eingepresst sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Signalkontaktenden 128 die Verbindung mit Signalbahnen auf der gedruckten Schaltungsplatte herstellen und die Abschirmkontakt-Enden verbinden mit einer Erdungsebene in der gedruckten Schaltungsplatte. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Signalkontaktenden 128 konfiguriert zum Vorsehen eines Differenzsignals und sind, zu diesem Zweck, in Paaren angeordnet.
Nahe einer zweiten Kante jedes Wafers 120 sind Pass- oder Zusammenpasskontaktzonen 124 der Signalkontakte vorgesehen, die mit den Signalkontakten 112 des Rückebenen-Verbinders 105 zusammenpassen. Hier sind die Passkontaktzonen 124 in der Form von Dualarmelementen vorgesehen, um mit dem Klingen-Kontaktende der Rückebenen-Signalkontakte 112 zu sammenzupassen. Die zusammenpassenden Kontaktzonen sind innerhalb von Öffnungen im dielektrischen Gehäuse 132 positioniert, um die Kontakte zu schützen. Öffnungen in der Passstirnfläche des Wafers gestatten, dass die Signalkontakte 112 auch in diese Öffnungen eintreten, um zu gestatten, dass die Tochter-Karten- und Rückebenen-Signalkontakte zusammenpassen.
Vorgesehen zwischen den Paaren von Dualarmelementkontakten 124 und auch nahe der zweiten Kante des Wafers sind Abschirm-Beam- bzw. Abschirmarm-Kontakte 126 vorgesehen. Die Abschirm-Beam-Kontakte sind mit der Tochter-Karten-Abschirmplatte 10 (3A) verbunden und vorzugsweise aus dem gleichen Metallblech geformt wie dies zur Bildung der Abschirmplatte verwendet wurde. Die Abschirm-Beam-Kontakte 126 kommen mit einer oberen Kante der Rückebenen-Abschirmplatte 116 in Eingriff, wenn der Tochter-Karten-Verbinder 110 und der Rückebenen-Verbinder 105 zusammengesteckt oder zusammengepasst sind. In einem (nicht gezeigten) alternativen Ausführungssbeispiel ist der Beam-Kontakt auf der Rückebenen-Abschirmplatte 116 vorgesehen und eine Klinge ist auf der Tochter-Karten-Abschirmplatte vorgesehen, und zwar zwischen den Paaren von Dual-Beam-Kontakten 124. Auf diese Weise ist die spezielle Form des Abschirmkontaktes nicht für die Erfindung kritisch.
3A zeigt einen Teil des Tochter-Karten-Verbinders 110 im Querschnitt. Aus Gründen der Einfachheit ist nur ein Teil von zwei Wafern 120 gezeigt. Auch sind die isolierenden Gehäuse als ein einziges Element 334 dargestellt. In diesem Querschnitt sind die Zwischenteile 350 der Signalleiter als im Gehäuse 334 eingebettet dargestellt. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Reihenfolge der Herstellungsschritte nicht wichtig. Beispielsweise könnte das Isoliergehäuse um die Signalleiter herum geformt werden und sodann könnte ein Abschirmglied an dem Gehäuse angebracht werden.
Man erkennt, dass die Signalleiter lang gestreckte Elemente sind, die benötigt werden, um Signale von einem Punkt zu einem anderen zu führen. Sie sind in einer Richtung senkrecht zur in 3A gezeigten Ebene lang gestreckt. In gleicher Weise ist die Abschirmung 10 verlängert und verläuft parallel zu der Längsrichtung der Signalkontakte. Vorzugsweise verläuft die Abschirmung 10 parallel zu den Signalleitern über im Wesentlichen deren gesamter Länge.
3B veranschaulicht die Art und Weise, in der die Signalleiter beim Leiten elektronischer Signale effektiv sind. In der dargestellten Konfiguration führt der Leiter unsymmetrische Signale (single ended signals), d.h. Signale, bei denen ein Signal durch das elektrische Potential zwischen dem Signalleiter und irgendeinem Referenzpotential oder Erde repräsentiert wird. Hier wirkt die Abschirmung 10 als Erde.
Für Hochfrequenzsignale läuft sehr wenig der Energie des Signals innerhalb des Leiters. Es ist vielmehr das Ergebnis der elektromagnetischen Strahlung, die geleitet wird durch die Signalleiter, oder die Signalleiter und zugehörige Erdleiter.
3B veranschaulicht elektrische Feldlinien 360E und die magnetischen Feldlinien 360H, die mit den Signalen auf den Signalleitern 350 assoziiert sind. Wie dies in der Technik konventionell ist, zeigt ein dichterer Abstand zwischen den Feldlinien 360 eine erhöhte elektrische Feldstärke an.
In 3B erkennt man folgendes: Die Signalleiter 350 und die Abschirmplatte 10 assoziiert mit dem Wafer 120, der die Signalleiter trägt, bilden eine Struktur, die einer "Mikrostreifenübertragungsleitung" (microstrip transmission line) ähneln. Insbesondere gilt folgendes: Die Signalleiter 350 im Wafer 120 sind näher an der Abschirmplatte 10 des Wafers 120 als sie zu irgendeinem der benachbarten Signalleiter oder der Abschirmplatte 10' eines benachbarten Wafers 120' angeordnet sind. Diese Positionierung der leitenden Glieder ergibt ein stärkeres Feld in der Zone zwischen jedem Leiter 350 und seinem dominierenden Erdleiter. Man kann jedoch sehen, dass andere elektrische und magnetische Felder durch ein Signal hervorgerufen werden, welches auf einem der Leiter 350 sich fortpflanzt.
Auch gibt es viele schwächere elektrische und magnetische Felder, die nicht speziell in 3B dargestellt sind. Es gibt ferner einige Felder zwischen benachbarten Leitern, die Nebensprechen (cross talk) verursachen. In einem geringeren Ausmaß wird ein Signal auf irgendeinem der Leiter 350 auch Felder erzeugen, die in andere Teile des Verbinders strahlen. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Signal auf einem Leiter 350 auf einem Wafer 120 Signale aussendet, die in einen weiteren Wafer, wie beispielsweise dem benachbarten Wafer 120', reichen oder gelangen.
Im Allgemeinen ist es annehmbar, dass die Strahlung von einem Wafer zu einem anderen relativ klein ist im Vergleich mit der Strahlung von einem Leiter zu einem anderen innerhalb des gleichen Wafers. Es wurde angenommen, dass Abschirmungen 10, 10', 10'', usw. adäquat sind, um die Strahlung zwischen Spalten von Signalleitern zurückzuhalten derart, dass jedwede Strahlung, die über die Abschirmung hinaus gelangen würde, einen insignifikanten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit nehmen würde. Es wurde jedoch (durch die Erfinder) entdeckt, dass die Annahmen nicht stets gültig sind insbesondere dann, wenn die Signale Frequenzen besitzen, die über 1 GHz hinausgehen und insbesondere dann, wenn die Frequenzen 3 GHz übersteigen.
Es wird theoretisiert, dass die Zonen zwischen den Abschirmungen, wie beispielsweise das Volumen zwischen den Abschirmungen 10' und 10'' eine oder mehrere spezielle Resonanzfrequenzen damit assoziiert aufweisen. Wenn eine Struktur auf ihrer Resonanzfrequenz erregt wird, so kann selbst ein kleiner Stimulus ein relativ großes Signal erzeugen. Auf diese Weise kann mehr Nebensprechen (cross talk) zwischen einem Wafer und einem anderen realisiert werden, da die Abschirmung "Hohlräume" erzeugt, die durch relative kleine Signale angeregt werden können. Das Problem ist jedoch nicht auf die Erregung oder Anregung von einem Wafer zu einem anderen begrenzt. Ein Signalleiter könnte einen "Hohlraum" anregen, der durch die zugehörige Abschirmung gebildet ist, wodurch größeres Nebensprechen mit anderen Signalleitern im gleichen Wafer hervorgerufen wird.
Ein weiterer unerwünschter Effekt des Anregens eines "Hohlraums" mit seiner Resonanzfrequenz ist derjenige, dass ein wahrscheinlicher Anstieg der elektromagnetischen Strahlung zur Außenseite des elektronischen Systems hin auftritt.
Wir theoretisieren auch, dass die umgekehrte Situation mit der Leistungsfähigkeit von Zwischenverbindungssystemen mit sehr hoher Frequenz auch störend einwirken kann. Streustrahlung von außerhalb des Systems könnte den Hohlraum erregen. Die Resonanz könnte dann Rauschen innerhalb des Verbinders erzeugen.
Wir nehmen an, dass die Leistungsfähigkeit oder Performance moderner Zwischenverbindungssysteme in einem viel größeren Umfange, als dies bisher realisiert wurde, beeinflusst wird, da die Abschirmung, die Betriebsfrequenz und die Abmessungen der Stromzwischenverbindungssysteme derart sind, dass die Abschirmung Hohlräume bildet, die durch Signalfrequenzen oberhalb 1 GHz und insbesondere oberhalb 3 GHz angeregt werden. Nachdem dieses Problem erkannt und die Ursache verstanden wurde, wurde eine Lösung entwickelt.
Durch die selektive Verwendung von elektromagnetisch absorbierendem Material in dem Zwischenverbindungssystem können wir das Nebensprechen (cross talk) stark reduzieren und die Gesamtleistungsfähigkeit des Zwischenverbindungssystems verbessern. Traditionell würde man die Verwendung von Absorptionsmaterial in einem Zwischenverbindungssystem vermeiden, da es im Allgemeinen gegensätzlich ist zu dem gewünschten Ziel der Übertragung von soviel Signal als möglich. Die vorliegende Erfindung jedoch umfasst die Platzierung von Absorptionsmaterial an Stellen, wo der Einfluss auf die nicht beabsichtigten oder Streuelektromagnetfelder größer ist als auf die elektromagnetischen Felder, die zum Fortpflanzen der ge wünschten Signale erforderlich sind. Allgemein ausgedrückt sieht unsere Erfindung das Platzieren oder Anordnen von Absorptionsmaterial vor, um bevorzugt unerwünschte Betriebsarten oder Modi innerhalb des Verbinders zu absorbieren.
Wir theoretisieren, dass das Absorptionsmaterial drei Funktionen besitzt, von denen alle oder einige erreicht werden können abhängig von der Anordnung des Absorptionsmaterials. Als erstes absorbiert das Absorptionsmaterial mit der Streustrahlung assoziierte Energie. Somit ist weniger Streustrahlung verfügbar, um unerwünschte Erregungen zu realisieren oder in anderer Weise Rauschen im System zu schaffen. Zweitens reduziert es den "Q"-Wert der Resonanzstrukturen. Der "Q"-Wert bzw. die Güte einer Struktur wird gelegentlich als Qualitätsfaktor bezeichnet und ist das Verhältnis zwischen der gespeicherten Energiemenge zur verteilten Energiemenge, und zwar in einem Zyklus. Drittens ändert es die Resonanzfrequenz der Hohlräume derart, dass sie nicht erregt werden bei Frequenzen der erwünschten Signale, die durch das Zwischenverbindungssystem geleitet werden.
In 3C ist ein Beispiel des Anordnens des Absorptionsmaterials oder des absorbierenden Materials gezeigt. Eine Schicht aus Absorptionsmaterial 300 ist auf jedem Wafer gezeigt. Es sei bemerkt, dass 3B zeigt, dass die Signalleiter in jedem Wafer in erster Linie mit einem der Abschirmglieder gekoppelt sind. Das Verlustmaterial 300 ist derart positioniert, dass es nicht die primäre Kopplung der gewünschten Signale stört oder mit diesen in Interferenz gerät.
Es gibt viele geeignete Materialien zur Bildung der Absorptionsmaterialien. Drei Klassen von Materialien, die verwendet werden können, sind die folgenden: Magnetverlustmaterialien, dielektrische Verlustmaterialien und leitende Verlustmaterialien. Ferrite sind übliche magnetische Verlustmaterialien. Ein Beispiel eines geeigneten Ferritmaterials, das kommerziell gekauft werden kann, ist das Material, welches von der Firma Emerson & Cuming unter dem Warenzeichen Eccosorb^® verkauft wird. Materialien, wie beispielsweise Magnesiumferrit, Nickelferrit, Lithiumferrit, Yttriumgranat und Aluminiumgranat könnten auch verwendet werden.
Der "magnetische Verlustfaktor" bzw. die „magnetische Verlusttangente" (magnetic loss tangent) ist das Verhältnis des Imaginärteils zum Realteil der komplexen magnetischen Permeabilität des Materials. Materialien mit höherer Verlusttangente könnten auch verwendet werden. Ferrite haben im Allgemeinen eine Verlusttangente von oberhalb 0,1 in dem interessierenden Frequenzbereich. Derzeit bevorzugte Ferritmaterialien besitzen eine Verlusttangente zwischen etwa 0,1 und 1,0 über dem Frequenzbereich von 1 GHz bis 3 GHz und noch bevorzugter eine magnetische Verlusttangente von oberhalb 0,5.
Verlustbehaftete dielektrische Materialien (lossy dielectric materials) sind jedwede Materialien, die im Allgemeinen nicht als Leiter angesehen werden, die eine elektrische Verlusttangente größer als annähernd 0,01 im interessierenden Frequenzbereich besitzen. Die "electric loss tangent" ist das Verhältnis des Imaginärteils zum Realteil der komplexen elektrischen Permittivität bzw. Dielektrizitätskonstante des Materials. Materialien, die derzeit bevorzugt werden, besitzen eine elektrische Verlusttangente, der zwischen annähernd 0,04 bis 0,2 über einen Frequenzbereich von 1 GHz bis 3 GHz liegt. Es ist möglich, dass ein Material gleichzeitig ein verlustbehaftetes dielektrisches ist und ein verlustbehaftetes magnetisches Material ist.
Verlustbehaftete leitende Materialien sind Materialien, die leiten, aber relativ schlechte Leiter. Die vorzugsweise verwendeten Materialien besitzen einen Oberflächenwiderstandswert zwischen 1 Ohm/Quadrat und 10⁶ Ohm/Quadrat. Vorzugsweise haben diese Materialien einen Oberflächenwiderstandswert zwischen 10 Ohm/Quadrat und 10⁴ Ohm/Quadrat.
Beispiele von verlustbehafteten Materialien sind mit Kohlenstoff imprägnierte Materialien. Beispielsweise könnte ein Kohlenstofffasern enthaltendes Material verwendet werden. Oder aber auch Materialien, die mit feinem Metallpul ver oder leitenden Metallfasern imprägniert sind, könnten verwendet werden. Diese Füllmaterialien empfangen die Strahlung, aber verteilen sie ohne sie zu reflektieren. Wenn Metallpulver oder Faser zur Imprägnierung irgendeines Bindemittels verwendet wird, so ist es bevorzugt, dass die Dichte des Metalls in dem Bindemittel niedrig genug liegt, so dass Metallteilchen keine großen leitenden Strukturen durch Berührung bilden. In dieser Konfiguration empfangen die Metallteilchen die Strahlung, die infolge des "skin" bzw. Hauteffekts in den Teilchen oder der Faser verteilt wird. Wenn Metallfaser verwendet wird, so ist die Faser vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 3% bis 7 Volumenprozent vorhanden.
Absorptionsmaterial 300 wird eine Dicke besitzen, die von vielen Faktoren abhängt und wird mit Wahrscheinlichkeit einen Kompromiss von vielen Faktoren bilden, und zwar gemäß einem speziellen Anwendungsfall, wobei einige der Faktoren mit dem gewünschten Absorptionspegel nicht in Beziehung stehen können. Jedoch ist eine typische Dicke für das Material 300 0,01 Zoll (0,25 mm) bis 0,08 Zoll (2 mm).
Es gibt viele Wege, auf denen das Absorptionsmaterial in das Zwischenverbindungssystem eingeführt werden kann. Eine Möglichkeit besteht darin, das Material mit einem Bindemittel zu mischen, wie beispielsweise mit einem Epoxyharz. Das Material könnte am Platz ausgebreitet werden und sodann könnte das Bindemittel gehärtet werden. Alternativ kann das Material mit einem Lösungsmittel gelöscht werden, welches sodann verdampft wird, was einen Überzug aus dem Absorptionsmaterial zurücklässt.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, das Absorptionsmaterial mit einem thermoplastischen Bindemittel zu mischen, und zwar mit einem thermoplastischen Bindemittel des Typs, wie es zum Formen üblicher Verbinder verwendet wird. Der Gehäuseteil des Verbinders könnte in zwei Schritten geformt werden, wobei ein Formschritt das Bindemittel, das mit Absorptionsmaterial gefüllt ist, verwendet. Ein Formprozess für die Herstellung von Verbindern mit metallgefüllten Teilen ist in einer Patentanmeldung beschrieben, und zwar trägt diese den Titel "Electrical Connector with Conductive Plastic Features" und ist auf den Namen von Cohen et al eingereicht und besitzt das gleiche Datum wie die vorliegende Anmeldung.
3C zeigt, dass das Absorptionsmaterial benachbart zu einem Abschirmglied 10 angeordnet wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Absorptionsmaterial benachbart zu und vorzugsweise angrenzend an ein Abschirmglied angeordnet. Noch bevorzugter wird das Abschirmmaterial auf der Seite einer Abschirmung entgegengesetzt zum Signal-Verbinder gekoppelt mit der Abschirmung angeordnet.
3C zeigt eine Seitenansicht einer Schicht aus Absorptionsmaterial. Es ist nicht notwendig, dass sich das Absorptionsmaterial in der gleichen Weise mit der Abschirmung erstreckt. Das Absorptionsmaterial könnte in Zonen von unterschiedlicher Länge und Breite aufgeteilt sein, um die relative Absorption der gewünschten Strahlung zur unerwünschten Strahlung zu erreichen.
4 zeigt eine alternative Verbinder-Konfiguration, die Absorptionsmaterial verwendet, um die Hochfrequenzleistungsfähigkeit zu verbessern. Der Verbinder gemäß 4A repräsentiert einen symmetrischen bzw. Differential-Verbinder. Wie in 4A gezeigt, sind die Signalleiter 450 in Paaren organisiert, wobei die Leiter in den Paaren dichter zusammen angeordnet sind als der Abstand zwischen den Leitern in benachbarten Paaren. Diese Positionierung ergibt eine bevorzugte Kopplung der elektrischen Felder zwischen den Signalleitern innerhalb eines Paares. Es gibt jedoch eine gewisse Kopplung zwischen den Signalleitern und den benachbarten Erdebenen gebildet durch die Abschirmglieder 10, 10', usw.
In dieser Konfiguration ist das Absorptionsmaterial 400 zwischen Paaren von symmetrischen bzw. Differenzsignalleitern platziert. Absorptionsmaterial, platziert zwischen den Paaren, reduziert unerwünschte Signale in einem viel größerem Ausmaß als es die Signale reduziert, die durch das Differentialpaar bzw. das symmetrische Paar übertragen werden.
In gleicher Weise ist Absorptionsmaterial 402 angeordnet, um bevorzugt unerwünschte Signale zu absorbieren. In einem perfekt ausgeglichenen Differenz- oder Symmetriesignal mit einer ungeradzahligen (bzw. unausgeglichen) Betriebsart bzw. Mode (odd mode) und nicht geradzahliger Mode (no even mode) würde die erwünschte oder Soll-Feldstärke in den Zonen, besetzt durch den Absorber 402, nahe Null sein, da gleiche und entgegengesetzte Felder von jedem Leiter sich in diesen Bereichen im wesentlichen auslöschen würden. In einem praktischen System jedoch gibt es niemals eine perfekte Auslöschung und es gibt daher einige unerwünschte elektrotmagnetische Felder in diesem Bereich assoziiert mit der unerwünschten "even mode" (ausgeglichen bzw. geradzahlige Mode)-Fortpflanzung. Absorptionsmaterial 402 wird angeordnet, um primär unerwünschte Komponenten der geradzahligen Mode des Fortpflanzungssignals zu absorbieren.
4B zeigt Absorptionsmaterial auf nur einer Seite des Wafers 120. Man erkennt, dass dann, wenn die Wafer im allgemeinen symmetrisch sind, die elektrischen Felder auf jeder Seite des Wafers im allgemeinen die gleichen sind und Absorptionsmaterial könnte auf beiden Seiten des Wafers in einer Spiegelbild-Konfiguration angeordnet sein. Es ist auch nicht notwendig, dass das Absorptionsmaterial entlang der gesamten Länge der Signalleiter angeordnet wird. Die Länge und Breite der Streifen aus Absorptionsmaterial kann verändert werden, um die relative Absorption von gewünschten zu unerwünschten Modes oder Betriebsarten zuzuschneiden.
Eine Möglichkeit zur Erreichung von bevorzugter Absorption von nicht erwünschten Signalen besteht darin, ein verlustbehaftetes Magnetmaterial, wie beispielsweise ein Ferrit, in einem Bereich anzuordnen, wo eine besonders unerwünschte Betriebsart oder Mode eine magnetische Antinode bzw. Gegenknoten oder Bauch ist, oder ein Bereich örtlichen maximalen Stroms oder magnetischer Feldintensität. Wo ein verlustbehaftetes dielektrisches Material verwendet wird, könnte das Material nahe einer elektrischen Antinode angeordnet werden oder in einem Bereich von örtlich maximaler Ladung oder e lektrischer Feldintensität. Wenn ein verlustbehaftetes leitendes Material verwendet wird, so könnte es auch nahe der elektrischen Antinode bzw. Gegenknoten oder Bauch angeordnet werden.
Die 5A und 5B zeigen alternative Anordnungen von Absorptionsmaterial. 5A repräsentiert eine Seitenansicht eines Tochter-Karten-Verbinders wie beispielsweise Verbinder 110 (1). Die Seite eines Wafers 120 ist in dieser Ansicht sichtbar. Hier ist die Seite des Wafers, die durch Abschirmglied 10 abgedeckt ist, sichtbar. Die Versteifung 130 ist im Querschnitt sichtbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Versteifungsvorrichtung 130 aus Metall veranschaulicht. Die Konstruktion des Versteifers 130 ist jedoch nicht für die Erfindung wichtig und es könnten leitende oder nicht leitende Materialien verwendet werden.
Hier ist eine Schicht aus Absorptionsmaterial 510 zwischen der Versteifung 130 und jedem der Abschirmungen 10 positioniert. Es wird angenommen, dass das Absorptionsmaterial 510 die Strahlung stark reduziert, die sich zwischen den Signalleitern eines Wafers und dem Hohlraum fortpflanzt, geschaffen durch die Abschirmplatten eines benachbarten Wafers. Das Absorptionsmaterial 510 besitzt auch einen Dämpfungseffekt auf die Hohlräume gebildet durch die Abschirmplatten angrenzend an jeden der Wafers, wodurch der Einfluss der Resonanz in den Hohlräumen reduziert wird. Absorptionsmaterial in dieser Konfiguration reduziert auch unerwünschte Strahlung vom Verbinder.
Absorptionsmaterial 510 könnte durch einen Überzug auf dem Versteifungselement 130 vorgesehen werden. Alternativ könnte das Absorptionsmaterial als ein separates Materialflächenelement oder als ein Materialblatt vorgesehen werden, welches einfach zwischen die Versteifungsvorrichtung und die Wafer eingesetzt wird. Vorzugsweise ist das Absorptionsmaterial 510 ein ferroelektrisches Material. Es soll jedoch klar sein, dass eine Absorptionsschicht auf dem Versteifer 130 in gleicher Weise dadurch gebildet werden könnte, dass man den gesamten oder einen Teil des Körpers des Versteifers 130 aus einem Absorptionsmaterial herstellt.
5B zeigt eine alternative Anordnung des Absorptionsmaterials. Das Absorptionsmaterial 512 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Teil des Gehäuses des Wafers 120 vorgesehen. Wie man am besten in 2 erkennt, gibt es eine Region 512R auf jedem Wafer 120. Diese Region oder Zone könnte aus einem Absorptionsmaterial gebildet sein. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Absorptionsmaterial 512 daher unter der Abschirmung 10 (teilweise in 5B weggeschnitten) auf dem Wafer 120 positioniert. Wenn Wafer Seite an Seite gestapelt sind, um einen Verbinder zu bilden, so ist dann das Absorptionsmaterial 512 zwischen den Abschirmungen benachbarter Wafer positioniert.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. 6 zeigt einen Querschnitt einer gedruckten Schaltungsplatte 610. Erdungsebenen, wie beispielsweise Erdungsebenen 612, 614 und 616, wirken in ähnlicher Weise zu den Abschirmungen wie dies in den Verbindern beschrieben wurde. Sie sehen Abschirmung vor zwischen Bahnen in unterschiedlichen Schichten der gedruckten Schaltungsplatte und bilden auch eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung mit den Bahnen einer speziellen Schicht. Sie können auch einen "Hohlraum" bilden, der in Resonanz geraten könnte, wenn eine Erregung durch Signale einer speziellen Frequenz erfolgt.
Wie bei den oben beschriebenen Verbindern wird das Absorptionsmaterial 600 vorzugsweise dort positioniert, wo dessen Absorption einen größeren Einfluss auf nicht erwünschte elektromagnetische Energie besitzt als auf elektromagnetische Energie benötigt zur Fortpflanzung der gewünschten Signal-Modes oder Betriebsarten. In 6 ist die elektromagnetische Energie assoziiert mit jeder Signalbahn zwischen der Signalbahn und den nächsten Erdungsebenen für unsymmetrische Signale konzentriert. Für symmetrische bzw. Differentialsignale, geführt oder geleitet auf benachbarten Paaren von Bahnen, ist die elektromagnetische Energie zwischen den Bahnen in einem ähnlichen Muster zur 4A konzentriert. Beispielsweise ist die Strahlung um Bahn 620 herum zwischen der Bahn und den Erdungsebenen 612 und 614 konzentriert. In gleicher Weise ist die Strahlung um Bahn 622 zwischen der Bahn und den Erdungsebenen 614 und 616 konzentriert. Somit ist das Absorptionsmaterial 600 nicht in diesem Gebiet oder dieser Fläche positioniert. Das Absorptionsmaterial 600 ist ansonsten über den Erdungsebenen positioniert, um unerwünschte Strahlung zu absorbieren und Resonanz zu dämpfen.
Man erkennt, dass das Absorptionsmaterial die Erdungsebenen in einer gedruckten Schaltungsplatte nicht vollständig abdecken muss. Es könnte in Streifen abgeschieden sein, die parallel zu den Signalpfaden verlaufen, wie dies in 4B gezeigt ist. Oder aber das Absorptionsmaterial könnte in Zonen weg von den Signalleitern positioniert sein, wo es unerwünschte Strahlungs-Modes oder Änderungen des Q-Wert der Resonanzhohlräume absorbiert. Es könnte um den Umfang (peripher) einer gedruckten Schaltungsplatte positioniert sein, und zwar in einer Konfiguration analog zu dem, was in den 5A und 5B gezeigt ist.
Irgendein zweckmäßiges Verfahren zum Aufbau einer Absorptionsschicht in einer Platte könnte verwendet werden. Absorptionsmaterial könnte mit einem Epoxy-Bindemittel, kompatibel mit dem verwendeten Material, gemischt werden, um die Matrix der gedruckten Schaltungsplatte zu bilden. Es könnte in Flächenelemente geformt sein, teilweise ausgehärtet Rein wie ein Vorgänger (prepreg) einer gedruckten Schaltungsplatte. Es könnte sodann gemustert sein, und zwar unter Verwendung von Photoresistmaterialien und photolithografischen Verfahren. Alternativ könnte es als ein Überzug auf konventionellen Prepreg-Materialien verwendet werden.
7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel. 7 repräsentiert einen Querschnitt eines Zwischenverbindungssystems, wie beispielsweise den Passteil eines Verbinders, wie beispielsweise eines Tochter-Karten-Verbinders 110. Das Zwischenverbindungssystem der 7 besitzt eine Anordnung von Signalleitern 720. Es ist hier eine zweidimensionale Anordnung gezeigt, obwohl die Prinzipien auch bei einer eindimensionalen Anordnung verwendet werden könnten.
Es gibt zahlreiche Erdungsleiter 730 in der Anordnung. 7 ist ein Beispiel dafür, was wir als eine "Mehrfacherdungs-Zwischenverbindungsstruktur" bezeichnen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgeben die Erdungsleiter die Signalleiter auf einer Vielzahl von Seiten. Hier gilt folgendes: Die Erdungsleiter sind L-förmig und umgeben die Signalleiter auf zwei Seiten. Die U-förmigen Erdungen können verwendet werden und umgeben die Signalleiter auf drei Seiten. Alternativ gilt folgendes: Kastenförmige oder kreisförmige Erdungsleiter könnten verwendet werden, um jeden Signalleiter vollständig zu umgeben oder jedes Paar von leitenden Gliedern, die ein Differenz- oder Differentialpaar bilden. In dem Ausführungsbeispiel, wo kreisförmige Erdungen verwendet werden, könnte die Zwischenverbindungsstruktur einem Signalkabelbündel ähneln, aufgebaut aus Koaxialkabeln. Obwohl die Erfindung bezüglich eines Verbinders veranschaulicht wurde, was die zweckmäßigste Form ist, könnte sie jedoch auch bei anderen Strukturen eingesetzt werden.
In einem Mehrfach-Erdungssystem wurde beobachtet, dass es eine Hochleistungsdichte von unerwünschten Modes zwischen den Erdungen gibt. An diesen Stellen gibt es auch eine niedrige Leistungsdichte für die erwünschten Modes. Demgemäß repräsentieren die Stellen in der Multi-Erdungsstruktur, wo die Erdungen benachbart zueinander liegen, eine gewünschte Stelle für die Anordnung von Absorptionsmaterial 740.
Das Absorptionsmaterial könnte mit einer der Erdungsstrukturen verbunden sein oder könnte einfach innerhalb des Isolationsgehäuses 710 angeordnet sein, und zwar die Anordnung aus Leitern und Erdungen enthaltend. In einem elektrischen Verbinder könnte das Absorptionsmaterial innerhalb des Verbindergehäuses angeordnet sein. In einem Kabel könnte das Absorptionsmaterial als Teil der Kabelabschirmung angeordnet sein.
8 ist ein Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels eines elektrischen Verbinders gemäß der Erfindung. 8 veranschaulicht einen Verbinder, wie er bekannt ist, und zwar mit einem Gehäuse hergestellt aus einer Vielzahl von Teilen, die verbunden sind, um eine Vielzahl von Signalleitern zu umgeben. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung ist das Verbindergehäuse als aus zwei Teilen bestehend dargestellt, und zwar dem Gehäuseteil 810 und dem Gehäuseteil 812.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die hier gezeigten Gehäuseteile aus Metall sein, wie beispielsweise Gussmetall. Es können jedoch andere geeignete Materialien verwendet werden, und zwar einschließlich von Plastikstoffen oder anderen dielektrischen Materialien gefüllt mit leitenden Teilchen oder Fasern oder beschichtet mit leitenden Schichten. Auf diese Weise kann das Gehäuse sowohl als ein Gehäuse als auch als Abschirmglied wirken.
Die Gehäuseteile besitzen Kanäle, wie beispielsweise 870A, 870B und 872, und zwar ausgebildet darinnen. Signalleiter, wie beispielsweise 850 und 860, sind in diesen Kanälen positioniert. Bei Verbindern des Standes der Technik dieser Art sind die Signalleiter vom Gehäuse isoliert, und zwar durch (nicht gezeigte) isolierende Abstandselemente an verschiedenen Punkten entlang ihrer Längen. Isolationsbeschichtungen oder andere Strukturen könnten jedoch verwendet werden, um den direkten elektrischen Kontakt zwischen den Signalleitern und den leitenden Teilen des Gehäuses zu vermeiden.
Wenn der Verbinder wie in 8 gezeigt zusammengebaut ist, so ist es erwünscht, dass die leitenden Teile aneinander stoßen, um so zu vermeiden, dass ein Raum zwischen den Gehäuseteilen verbleibt, die als Resonanzhohlräume wirken könnten oder gestatten würden, dass Strahlung sich von einem Satz von Signalleitern zu einem anderen fortpflanzt.
Gemäß der Erfindung ist eine Schicht aus verlustbehafteten Material 814 zwischen den Gehäuseteilen 810 und 812 entlang deren Zwischenfläche angeordnet. Verlustbehaftetes Material 814 vermeidet die unerwünschten Effekte von Beabstandungen zwischen den Gehäuseteilen. Verlustbehaftetes Material könnte als ein Überzug an dem einen oder beiden Teilen aufgebracht sein oder aber in irgendwelchen anderen zweckmäßigen Weisen durch Einsetzen oder Einfügen des verlustbehafteten Materials an der Zwischenfläche.
8 zeigt Signalleiter 850 positioniert als ein Paar von leitenden Gliedern. Der Signalleiter 860 ist ein einzelnes leitendes Glied. Verbinder könnten entweder differenzielle bzw. symmetrische oder Differential-Signale oder unsymmetrische Signale führen. Wenn die Differentialsignale oder symmetrischen Signale geleitet werden, so sind die Signalleiter mit Wahrscheinlichkeit als Paare angeordnet, wie dies durch die Signalleiter 850 veranschaulicht ist. Wo unsymmetrische Signale verwendet werden, werden die Signalleiter mit großer Wahrscheinlichkeit die Form von Leitern 860 besitzen. Sowohl unsymmetrische Signale als auch symmetrische Signale sind in 8 gezeigt. Man erkennt, dass die meisten Verbinder viele Signalleiter des einen oder anderen Typs besitzen, aber nicht notwendigerweise beide Typen von Signalen aufweisen.
Es sind auch zwei Formen von Kanälen in 8 gezeigt. Die Kanäle 870A lind 870B sind derart konstruiert, um einen größeren Kanal auszurichten und zu bilden, durch den Signalleiter geführt oder geroutet werden. Im Gegensatz dazu ist der Kanal 860 groß genug, um einen Signalleiter zu enthalten, und er passt daher gegen eine flache Oberfläche. Es sei bemerkt, dass der eine oder beide dieser Typen von Kanälen in einem Verbinder verwendet könnten. Darüber hinaus könnten Kanäle von irgendeiner zweckmäßigen Gestalt verwendet werden.
Alternativen
Nachdem ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, können zahlreiche alternative Ausführungsbeispiele oder Variationen vorgenommen werden.
Beispielsweise zeigt 4B Absorptionsmaterial, welches teilweise den Raum zwischen benachbarten Paaren von Leitern anfüllt, die ein symmetrisches bzw. differentielles Paar bilden. Größere Flächen von Absorptionsmaterial könnten vorgesehen sein und zwar den Raum vollständig einnehmend, der zwischen den Abschirmplatten gebildet ist. Oder, wenn die Abschirmplatten nicht vorgesehen sind, könnte das Absorptionsmaterial jedes Differenzpaar vollständig umgeben.
Ferner zeigen viele Ausführungsbeispiele das Absorptionsmaterial parallel zu langgestreckten Signalleitern verlaufend. Eine solche Konfiguration ist nicht erforderlich. Das Absorptionsmaterial könnte in irgendeinem Gebiet oder irgendeiner Fläche positioniert sein, wo die Leistungsdichten der nicht beabsichtigten Moden der elektrischen Strahlung die Leistungsdichten der elektromagnetischen Strahlung übersteigen, welche die gewünschten Signale repräsentieren. Selbst wenn das Absorptionsmaterial parallel zu den Signalleitern verläuft, ist es nicht notwendig, dass das Absorptionsmaterial parallel zu den Signalleitern über deren gesamte Länge verläuft.
Als ein weiteres Beispiel sei folgendes erwähnt: Es ist bekannt, Verbindergehäuse aus leitendem Metall zu gießen und sodann die Signalleiter vom Gehäuse zu isolieren, und zwar durch Grommets bzw. Isolierscheiben, Stopfen oder dergleichen. Ein Formgussgehäuse könnte hergestellt werden mit einem Ferrit, wodurch das erwünschte verlustbehaftete Material vorgesehen wird.
Es ist klar, dass die Ausführungsbeispiele der unsymmetrischen Signale leicht umgewandelt werden könnten, um symmetrische Signale bzw. Differenzsignale zu führen. Dies gilt auch umgekehrt.
Oben wurde auch beschrieben, dass die Absorptionsmaterialien angeordnet werden, um vorzugsweise Strahlung zu absorbieren, die mit unerwünschten Modes in dem Zwischenverbindungssystem assoziiert sind. In vielen Ausführungsbeispielen wird das Absorptionsmaterial weg von denjenigen Zonen platziert, in denen die Strahlung mit der gewünschten Signalfortpflanzung assoziiert ist. Aber nicht alle Gebiete bevorzugter Absorption können so charakterisiert werden. Beispielsweise bei einigen Strukturen gibt es gewisse Zonen oder Bereiche, in denen die Strahlung mit den gewünschten Signal-Modes assoziiert ist, und zwar zusätzlich zu Strahlung assoziiert mit unerwünschten Modes. Wenn die mit den unerwünschten Modes assoziierte Strahlung hinreichend groß ist, so kann die Anordnung von Absorptionsmaterial in diesen Zonen oder Regionen einen größeren Effekt relativ zu den unerwünschten Modes besitzen, wodurch eine bevorzugte Absorption vorgesehen wird. Beispielsweise ist es wahrscheinlich, dass die unerwünschte Strahlung größer nahe den Ende der Signalleiter ist. Das Anordnen einer Zone oder eine Region von Absorptionsmaterial über den Enden der Signalleiter könnte daher in bevorzugter Weise die unerwünschten Modes absorbieren.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit einer Schaltungsplattenanordnung veranschaulich, die als ein Zwischenverbindungssystem dient. Die Schaltungsplattenanordnung weist gedruckte Schaltungsplatten oder Karten auf, die durch elektrische Verbinder verbunden sind. Die Kabel-Verbinder können in Verbinder eingesetzt werden, die auf einer Platte angeordnet sind und könnten auch als ein Teil einer Schaltungsplattenanordnung dienen. Eine Schaltungsplattenanordnung repräsentiert das derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es können jedoch auch andere Ausführungsbeispiele konstruiert werden.
Fernerhin sind die Abschirmplatten in vielen Ausführungsbeispielen als flach dargestellt. Um eine verbesserte Abschirmung zu erlangen oder aber für Verbesserungen der Performance könnten auch nicht flache Abschirmungen eingesetzt werden. Beispielsweise können die Platten derart geformt sein, dass Kanäle geschaffen werden oder andere Strukturen, die Signalleiter umgeben.
Obwohl die Erfindung speziell gezeigt und beschrieben wurde im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsbeispiele, so erkennt der Fachmann, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können ohne den Rahmen der Ansprüche zu verlassen.

Claims

Eine Leiterplattenanordnung mit einem Zwischenverbindungssystem, wobei das Zwischenverbindungssystem einen elektrischen Verbinder umfasst, der Folgendes aufweist: a) eine Vielzahl von Reihen von leitenden Signalgliedern; b) eine Erdungs- bzw. Grundplatte, entsprechend jeder der Vielzahl von Reihen von leitenden Signalgliedern; und c) absorbierendes Material (510) entsprechend zu und vorgesehen für jede der Vielzahl von Reihen von leitenden Signalgliedern, wobei das absorbierende Material ungewünschte Modi von elektromagnetischer Energie in Beziehung zu den Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungsmodi erwünschter Signale durch das Zwischenverbindungssystem absorbiert.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei das absorbierende Material ein verlustreiches Material ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 2, wobei das verlustreiche Material ein Ferrit aufweist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 2, wobei das verlustreiche Material einen Dielektrizitätsverlust bzw. eine Verlusttangente zwischen 0,1 und 1 in dem Frequenzbereich von 1 GHz bis 3 GHz besitzt.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 2, wobei der elektrische Verbinder ein isolierendes Gehäuse besitzt, das die leitenden Signalglieder hält und wobei das verlustreiche Material integral mit dem isolierenden Gehäuse ausgebildet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei das absorbierende Material ein verlustreiches magnetisches Material aufweist, das in einem magnetischen Gegenknoten bzw. Bauch der unerwünschten Modi angeordnet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei das absorbierende Material ein verlustreiches, dielektrisches Material aufweist, das in einem elektrischen Gegenknoten bzw. Bauch der unerwünschten Modi angeordnet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei das absorbierende Material ein verlustreiches, leitendes Material aufweist, das in einem elektrischen Gegenknoten bzw. Bauch der unerwünschten Modi angeordnet ist.
Zwischenverbindungssystem mit einem elektrischen Verbinder, wobei der elektrische Verbinder Folgendes aufweist: a) eine Vielzahl von Wafern; b) wobei jeder der Vielzahl von Wafern ein isolierendes Gehäuse, eine Vielzahl von langgestreckten Signalleitern, und ein Erdungsglied zum Abschirmen der Signalleiter besitzt; und c) wobei jeder der Vielzahl von Wafern auch mit elektromagnetisch absorbierenden Gliedern versehen ist, wobei die elektromagnetisch absorbierenden Glieder positioniert sind zum Absorbieren unerwünschter Strahlung.
Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 9, wobei die Signalleiter innerhalb jedes Wafers in Paaren angeordnet sind, und wobei das elektromagnetisch absorbierende Material zwischen benachbarten Paaren angeordnet ist.
Zwischenverbindungssystem nach Anspruch 9, das zusätzlich ein Tragglied aufweist, an dem die Vielzahl von Wafern befestigt ist, und wobei das absorbierende Material zwischen dem Tragglied und dem isolierenden Gehäuse der Wafer angeordnet ist, die daran befestigt sind.