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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere abgeschirmte Hochgeschwindigkeits-Steckverbinder, die
eine oder mehrere integrierte PCB-Leiterplattenanordnungen aufweisen.
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Steckverbinder
mit isolierenden Gehäusen und
einzelnen Metallkontaktelementen sind weit verbreitet und es gibt
sie in vielen unterschiedlichen Konfigurationen. Bei den meisten
Steckverbinderstrukturen weist das übliche Herstellungsverfahren das
Eindringen oder Einformen von Kontaktelementen in ein geeignetes
Gehäuse
auf. Das Herstellungsverfahren kann ebenso einen Schritt zum Abbiegen des
Endes des Kontaktelementes aufweisen, insbesondere für rechtwinkelige
Steckverbinder. Steckverbinder für
Hochfrequenzanwendungen haben zusätzliche Anforderungen. Hierfür werden
impedanzgesteuerte Kontaktelementabschnitte mit der Option der Erdungsabschirmung
bevorzugt. Es ist bekannt, hierfür
die Herstellung eines derartigen Steckverbinders aufzuteilen in
einen Teil, um Kontaktelemente für
eine Verbindung mit dem Kontaktelement des Gegensteckverbinders
aufzunehmen, und einen anderen Teil für das Verbinderende. Innerhalb
des Steckverbinders können
einzelne Abschirmungsgehäuse um
jedes Kontaktelement vorgesehen sein, wenn notwendig in einer rechtwinkeligen
Konfiguration. Obwohl die Steckverbinder, die wie oben hergestellt wurden,
zufriedenstellend sind, sind die Herstellungskosten hoch.
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US-Patent
Nr. 4,571,014 zeigt einen anderen Ansatz, um Rückwand-Steckverbinder herzustellen, die eine
oder mehrere PCB-Anordnungen verwenden. Jede dieser PCB-Anordnungen
weist ein isolie rendes Substrat, einen Abstandshalter und eine Abdeckplatte
auf, die alle miteinander verbunden sind. Das isolierende Substrat
weist ein vorbestimmtes Muster von leitenden Bahnen auf, wobei Erdungsbahnen
zwischen den leitenden Bahnen vorgesehen sind. Die leitenden Bahnen
sind an einem Ende mit einem Buchsenkontaktelement und an dem anderen Ende
mit einem Kontaktstift verbunden. Jede dieser Abdeckplatten ist
ein leitendes Abschirmelement.
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In
der Anordnung nach dem US-Patent Nr. 4,571,014 sind die Schaltungssubstrate
so angeordnet, dass die Seiten die leitenden Bahnen tragen, die alle
in die gleiche Richtung ausgerichtet sind. Die Abdeckplatten/Abschirmungen
sind jeweils zwischen benachbarten Substraten verschachtelt. Während eine
derartige Anordnung eine Vielzahl von einzelnen abgeschirmten Leitungen
erzeugt, ermöglicht
sie nicht die Erzeugung von impedanzangepassten Paaren von leitenden
Bahnen durch den Steckverbinder in einer doppelaxialen Konfiguration.
Doppelaxiale Steckverbinder werden oft in Kombination mit verdrillten
Leitungen verwendet. Derartige verdrillte Leitungen haben üblicherweise
mehrere Paare von identischen Leitern, die entlang einer Signalübertragungslänge verdrillt
sind. Ein derartiges Leiterpaar hat das Signal über den beiden Leitern als
Differenzpaar; dieses Leiterpaar (und mögliche mehrere verdrillte Paare)
ist von einer äußeren Kupferabschirmungsborte
zur Bildung eines Kabels umgeben. Oft hat jedes verdrillte Paar
einen einzelnen Kontaktleiter. Da der elektromagnetische Fluss,
der auf das verdrillte Paar eines Leiters erzeugt wird, gleich groß und entgegengesetzt
gerichtet ist, hebt er sich gegeneinander auf. Erweitert man dieses
Konzept auf ein Paar von doppelachsigen Steckverbinderkontakten,
kann man dies als zwei benachbarte beabstandete Kontaktelemente
betrachten, die in einer äußeren Erdungsabschirmung
(mit rechtwinkligem Querschnitt) enthalten sind. Dies ist ein relativ
billiges Verfahren für
den Erhalt der Signalqualität
durch eine Verbindung. Oft wird dies als symmetrische Verbindung
bezeichnet. Die Verwendung von derartigen Doppelachsverbindungsanschlüssen ist
oft mit der Verwendung eines Kabels verbunden, jedoch kann auf ähnliche
Weise ein Doppelleitungsverbinder an eine Leiterplatte angeschlossen
sein. In diesem letzteren Fall kann der Steckverbinder an eine Leiterplatte
angeschlossen werden, die Paare von identischen Leitungen hat, die
benachbart nebeneinander üblicherweise
als Teil einer Multischichtstruktur nebeneinander liegen, anstelle
der Kabelverdrillung.
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Weiterhin
beschreibt US-Patent Nr. 4,571,014 eine Rückwandverbindung und nicht
eine Kabel an Kabel- oder Kabel an Platte-Verbindung.
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Die
Europäische
Schrift Nr.
EP 0 442 643 beschreibt
einen Kabelverbinder, der aus einer Vielzahl von abgeschirmten PCB-Anordnungen
gebildet ist. Jedoch verwendet dieser Verbinder keine spiegelbildliche
PCB-Orientierung, um die doppelaxialen Steckverbinder zu bilden.
Weiterhin verwendet diese Ausgestaltung eine Metallabschirmung,
die jede PCB-Anordnung umschließt.
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Die
PCT WO 97/02627, die am 23. Januar 1997 nach dem Prioritätstag dieser
Anmeldung, dem 07. Januar 1997, veröffentlicht wurde, beschreibt Platte
an Platte-Steckverbinder aus gestapelten Modulen, wobei jedes Modul
aus einer bedruckten Leiterplattenanordnung und einer Abdeckung
gebildet ist. Diese Anwendung beschreibt Hochgeschwindigkeits-Steckverbinder
für eine
Verbindung Platte an Platte, die relativ geringe Herstellungskosten
haben.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Steckverbinders,
der die oben beschriebenen Nachteile überwindet. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch
einen Steckverbinder gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Um
eine Abschirmung für
aufeinander abgestimmte Paare von leitenden Bahnen auf der PCB bereitzustellen,
können
Erdungsbahnen zwischen den leitenden Bahnen auf einer ersten Fläche vorgesehen
sein, und eine Erdungsschicht kann auf einer zweiten Fläche gegenüber der
ersten Fläche
vorgesehen sein.
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Die
Abdeckungen bestehen aus isolierendem Material und können eine
oder mehrere isolierende Substrate mit leitenden gegenüberliegenden Bahnen
halten, um aufeinander abgestimmte Paare von leitenden Bahnen zu
bilden. Die Abdeckungen können
zusammen mit einer oder mehreren verbundenen PCBs Module bilden,
die Seite an Seite in einem Gehäuse
angeordnet sind und einen vollständigen
Steckverbinder bilden.
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Der
Steckverbinder weist ebenso einen isolierenden Gehäusekörper auf,
der jede einzelne oder mehrere integrierte PCB-Anordnungen aufnimmt, und
der mit einer metallisierten Abschirmungsschicht auf seiner äußeren Fläche versehen
ist. Hierdurch wird die elektromagnetische Interferenz, die durch
einen derartigen Steckverbinder mit der Umgebung erzeugt wird, weiter
reduziert. Der Steckverbinderkörper
weist bevorzugt Strukturen zur Aufnahme und Befestigung der PCB-Module in Reihe auf.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung weisen die PCB-Module Strukturen auf, um biegsame Leiter
sowie Drähte
oder Kabel in einer Position festzuhalten, in der sie an Bahnen
auf der Leiterplatte befestigt werden. Die Abdeckungen können derartige
Befestigungsstrukturen aufweisen.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen die Erfindung
näher beschrieben.
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Hierbei
zeigen:
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1a – 1c Konstruktionstechniken,
die auf Steckverbinder gemäß der Erfindung
angewendet werden können;
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2 eine
Seitenansicht einer PCB-Anordnung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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3, 4 und 5 Teilansichten,
die die Befestigung der Kontaktelemente auf der PCB-Anordnung von 2 zeigen;
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6 – 6d verschiedene
Ansichten einer isolierenden Abdeckung, die in Verbindung mit der
PCB-Anordnung von 2 verwendet wird, um ein Kontaktelementspaltenmodul
zu bilden;
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7 – 7e ein
zusammengefügtes
Kontaktelementmodul, das aus einer PCB-Anordnung von 2 und
einer Abdeckung von 6 gebildet wird;
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8 – 8a und 9 vergrößerte Ansichten,
die Abschnitte des integrierten Kontaktelementspaltenmoduls von 7 darstellen;
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10 – 10c Ansichten eines Steckverbindergehäuses zur
Aufnahme von mehreren in 7 gezeigten Modulen;
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11 – 11a und 11b verschiedene
Ansichten einer Einführungsplatte
für das
Gehäuse
von 10;
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12 zwei
PCB-Anordnungen in einer Spiegelbildanordnung;
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13 einen
allgemeinen Querschnitt von zwei PCB-Anordnungen, die Rücken an Rücken zueinander angeordnet
sind und ein aufeinander abgestimmtes Paar oder doppelaxiale Leiterbahnen
bildet.
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14 ein
abgeschirmtes Paar Module mit beabstandeten PCB-Anordnungen;
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15 eine
Rückansicht
eines zusammengefügten
Steckverbinders mit mehreren abgeschirmten Paaren von PCB-Anordnungen;
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16 eine
Rückansicht
eines zusammengefügten
Steckverbinders mit einzeln abgeschirmten Signalbahnen;
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17a, 17b und 17c mehrere PCB-Anordnungen zur Bildung von abgeschirmten Steckverbindern;
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18a und 18b schematische
Schaltdiagramme für
die Anordnungen, die jeweils in den 17a, 17b und 17c gezeigt
sind;
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19, 19a und 19b eine
Abdeckung zur Verwendung mit Kabelsteckverbindern;
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20a eine isometrische Ansicht eines zweiachsigen
Kabelsteckverbindermoduls in einer Explosionsdarstellung;
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20b eine isometrische Ansicht des Moduls von 20a in zusammengefügter Form und angeordnet für die Einführung in
ein Steckverbindergehäuse;
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20c eine isometrische Ansicht eines vollständigen rechtwinkeligen
Kabelsteckverbinders;
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21a eine isometrische Ansicht in Explosionsdarstellung
eines doppelachsigen geradlinigen Kabelsteckverbinders;
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21b eine isometrische Ansicht des Moduls von 21a in zusammengefügter Form und angeordnet zur
Einführung
in ein Steckverbindergehäuse,
und
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21c eine isometrische Ansicht eines vollständigen geradlinigen
Kabelsteckverbinders.
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Die 1a – 1c zeigen
im Allgemeinen Herstellungsschritte zur Erzeugung eines rechtwinkeligen
erfindungsgemäßen Steckverbinders,
bei dem Standardverfahren zur Herstellung von bedruckten Leiterplatten
verwendet werden.
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1a zeigt
ein isolierendes Substrat 16, das beispielsweise aus einem üblichen
flachen PCB-Material hergestellt ist, das mit einigen parallelen
leitenden Signalleitungen 11 versehen ist. Zwischen den
benachbarten Bahnen 11 können leitende Erdungsbahnen 10 vorgesehen
sein. Die äußerste leitende
Erdungsbahn 10 ist mit einem Erdungskontaktelement 7 versehen,
das durch die bedruckte Leiterplatte an Masse angeschlossen ist,
auf der der Steckverbinder angeschlossen werden soll. Verfahren
zur Herstellung eines isolierenden Substrats 16 mit parallelen
leitenden Bahnen 10, 11 sind im Bereich der Herstellung
von bedruckten Leiterplatten weit verbreitet und müssen nicht
näher erklärt werden.
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Jede
der leitenden Bahnen 11 ist mit Plattenkontaktanschlüssen 7 verbunden,
wobei die Plattenkontaktabschnitte 15 über das Schal tungssubstrat 16 hinausstehen.
Obwohl die Plattenkontaktabschnitte 15 als Presspasskontaktelemente
dargestellt sind, können
sie auch durch passende Lötendkontaktelemente
ersetzt werden. Die anderen Enden der leitenden Bahnen 11 werden
mit passenden Kontaktelementen 4 verbunden. Vorzugsweise
sind die Kontaktelemente 4 und 7 jeweils auf passenden
Lötflächen angebracht,
die an den Enden der Bahnen 11 gebildet sind. Dies kann
durch herkömmliche
Oberflächenbefestigungs-Löttechniken
erreicht werden.
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Es
kann ein isolierender Abstandshalter 17 vorgesehen sein,
der eine erste Reihe von Öffnungen 24 zur
Aufnahme der Kontaktelemente 4 aufweist, und eine zweite
Reihe von Öffnungen 25 zur
Aufnahme von zumindest einem Teil der Plattenkontaktelemente 7.
Der Einschnitt 2 in dem Modul 1 ist an der Schnittstelle
von benachbarten Schichten oder Laminierungen gebildet. Dies bedeutet,
dass die Einschnitte 2 beispielsweise durch das Schaltungssubstrat 16,
die Kanten der Öffnungen 24 oder 25 und
die Abdeckung 18 begrenzt sind. Hierdurch können die Kontakte
auf dem Substrat 16 mit herkömmlichen Oberflächenbefestigungs-
oder anderen Klebeverfahren befestigt werden.
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Eine
isolierende Abdeckung 18, die optional mit einer voll metallisierten
Erdungsschicht 9 versehen ist, liegt über dem Schaltungssubstrat 16.
Vorzugsweise werden die Abdeckung 18 und der Abstandshalter 17 in
einem einzigen gegossenen Teil kombiniert.
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1b zeigt
eine integrierte PCB-Anordnung, die von den in 1a gezeigten
Komponenten hergestellt wurde, das heißt, ein isolierendes Substrat 16,
an dem ein isolierender Abstandshalter 17 angebracht ist,
und eine isolierende Abdeckplatte 18, die an den isolierenden
Abstandshalter 17 angebracht ist. Die erste Serie von Öffnungen 24 in
dem isolierenden Abstandshalter 17 bilden die Einschnitte 2,
in denen die Buchsenkontaktelemente 4 liegen, um die Kontaktelemente eines
Gegensteckers (nicht gezeigt) aufzunehmen. Selbstverständlich können die
Aufnahmekontaktelemente 4, die in 1a gezeigt
sind, durch Kontaktstifte oder Zitterkontaktelemente ersetzt werden.
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Wie
vorher erwähnt,
könnte
auch nur eine Abdeckplatte vorgesehen sein anstelle eines Abstandshalters
und eine Abdeckplatte 18, in der Einschnitte erzeugt werden,
um die Kontaktelemente 4 und die Leiterkontaktelemente 7 aufzunehmen.
Derartige Einschnitte würden
die gleiche Aufgabe übernehmen
wie die Öffnungen 24, 25 in
dem in 1a gezeigten Abstandshalter 17.
Alternativ hierzu könnten
diese Einschnitte im Substrat 16 vorgesehen sein, was jedoch
aus Kostensicht weniger wünschenswert
ist.
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1c zeigt
einige integrierte PCB-Module wie in 1b, die
parallel Seite an Seite zur Einführung
in einen Steckverbinderkörper 19 angeordnet sind.
Der Steckverbinderkörper 19 kann
aus jedem isolierenden Material bestehen und kann eine metallisierte
innere Fläche
aufweisen, um die Abschirmungseffektivität zu verbessern. Der Steckverbinderkörper 19 kann
geeignete Führungsschienen 23 und eine
oder mehrere Führungsverlängerungen 22 für eine passende
Verbindung des zusammengefügten Steckverbinders
mit einem Gegenstecker (nicht gezeigt) aufweisen.
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Wie üblich, kann
ein oder mehrere Fixierungs- und Befestigungszapfen 21 an
der Unterseite des Steckverbinderkörpers 19 vorgesehen
sein, die in einem Loch in der Leiterplatte aufgenommen werden können, an
die die Steckverbinder angeschlossen werden können.
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Der
Steckverbinderkörper
weist geeignete Einlassöffnungen 20 in
entsprechender Beziehung mit jedem der Kontaktelemente 4 auf.
Jede der Einführungsöffnungen
kann einen Gegenkontaktstift eines Gegensteckers (nicht gezeigt)
aufnehmen. Die Einführungslöcher sind in
Zeilen und Spalten angeordnet, wie es durch die Pfeile c und r dargestellt
ist.
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Bezug
nehmend auf 2 weist die PCB-Anordnung 30 ein
isolierendes Substrat 31 auf, das aus einem Material besteht,
das üblicherweise zur
Herstellung von PCBs verwendet wird. Das Substrat 31 kann
ein Harz-imprägniertes
Fasermaterial sein, wie es unter der Bezeichnung FR4 vertrieben wird,
beispielsweise mit einer Dicke von 0,4 mm. Auf einer ersten Fläche des
Substrats 31 sind mehrere Signalbahnen 32 durch
herkömmliche
PCB-Techniken gebildet. Jede Bahn 32 verläuft von
einem ersten Bereich des Substrats 31, der beispielsweise
neben der Vorderkante, wie in 2 gezeigt,
liegt, bis zu einem zweiten Abschnitt oder Bereich des Substrats 31,
wie beispielsweise die Bodenkante, wie in 2 gezeigt.
Die Bahnen weisen Kontaktflächen
an jedem Ende auf, an denen metallische Kontaktelemente befestigt
werden können,
wie es bei üblichen Oberflächenbefestigungstechniken
mit der Verwendung von Löten
bekannt ist. Mehrere Erdungs- oder Abschirmungsbahnen 33 sind
vorzugsweise zwischen jeder Schaltungsbahn 32 angeordnet.
Ein Kontaktelement, so wie das Kontaktelement 34, ist am
ersten Ende jeder Bahn 32 angebracht, und am zweiten Ende
der Schaltungsbahn 32 ist ein Steckverbinderbefestigungs-Seitenkontaktelement 35 angebracht.
Eine zusätzliche
Abschirmungs- oder Erdungsschicht 36 kann an den Rest des
Substrats 31 angebracht werden. Ein Erdungskontaktelement 37 ist
an der Erdungsschicht 36 angebracht, das mit den Kontaktelementen 35 ausgerichtet
ist.
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In
dem Substrat 31 kann eine Fixieröffnung 39 vorgesehen
sein. Die Fixieröffnung 39 weist
vorzugsweise eine durchkontaktierte Öffnung auf, um eine elektrische
Verbindung mit einer Erdungsschicht 38 (5)
herzustellen, die sich im Wesentlichen über die gesamte hintere Fläche des
Substrats 31 erstrecken kann. Kleine Durchgangslö cher, die
die durchkontaktierten Öffnungen
(nicht in 2 gezeigt) bilden, können in
jeder der Erdungsbahnen 33 angeordnet sein, so dass die
Erdungsbahnen 33, die Abschirmungsschicht 36 und
die hintere Abschirmungsschicht 38 eine Abschirmungsstruktur
für die Signalbahnen 32 und
die zugehörigen
Kontaktelemente bilden. Falls keine Abschirmung oder nur eine begrenzte
Abschirmung gewünscht
wird, kann eine oder mehrere Abschirmungsstrukturen 33, 36 oder 38 weggelassen
werden.
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Wie
in den Teilansichten von 3 und 4 gezeigt
ist, sind die Kontaktelemente 34 als einstückiges Stanzteil
geformt, und können
einen Doppelschenkelkontakt mit einem Basisabschnitt 40 aufweisen,
der ein gegenüberliegendes
Paar von vorstehenden Abschnitten 41 aufweist. Ein Federabschnitt 42 ist
freitragend von jedem der abstehenden Bereiche 41 angebracht,
wodurch eine Einführungsachse
für ein
Gegenkontaktelement, so wie ein Kontaktstift eines Stifthalters,
definiert wird. Ein derartiger Gegenstift würde in die Kontaktabschnitte 43 eingreifen,
die am Ende jedes freitragenden Arms 42 angeordnet sind.
Die Kontaktelemente können
ebenso einen Befestigungsbereich wie das ebene Element 44 aufweisen,
das auf einem Ende einer Schaltungsbahn 32, üblicherweise
durch Lötzinn 46 befestigt werden
kann. Letzteres kann durch übliche
Oberflächenbefestigungs-
oder andere Klebetechniken erfolgen. Wie aus der obigen Beschreibung
zu erkennen ist, definieren die freitragenden Arme 42 und
die Kontaktabschnitte 43 eine Kontaktverbindungs- oder Stifteinführungsachse,
die im Allgemeinen parallel zur Ebene des Substrats 31 liegt,
die jedoch zur Fläche,
die die leitenden Bahnen 32 trägt, versetzt ist.
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Wie
in 5 dargestellt, weist eine bevorzugte Ausführungsform
des Steckverbinderbefestigungs-Kontaktelements 35 einen
Presspassabschnitt 48 und einen Plattenbefestigungsabschnitt 49 auf.
Der Plattenbefestigungsabschnitt 49 weist eine im Allgemeinen
ebene Ba sis 50 mit einem oberen nach oben gedrehten Mitnehmer 52 auf,
der entlang der oberen Kante angeordnet ist. Weiterhin sind ein Paar
von gegenüberliegenden
Seitenmitnehmern 53 ebenso von der Basis 50 nach
oben gebogen. Der Befestigungsabschnitt 49 wird auf der
Schaltungsbahn 32 durch Lötauskehlungen 54 befestigt,
die wiederum durch herkömmliche
Oberflächenbefestigungs-Löttechniken
gebildet sind. Vorzugsweise ist der obere Mitnehmer 52 in
geringem Abstand neben den Oberflächen der Seitenmitnehmer 53,
wie in 5 gezeigt, angeordnet oder liegt an diesen Flächen an.
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Die 6, 6a, 6b, 6c und 6d zeigen
ein isolierendes Abdeck/Platzhalterelement 56, das vorzugsweise
aus einem geeigneten Polymerisoliermaterial gebildet ist. Die Abdeckung weist
mehrere Kontakteinschnitte 57 auf, die entlang einer Kante
gebildet sind. Jeder der Einschnitte 57 weist eine Kontaktvorladerippe 58 auf.
Ebenso kann in der Abdeckung eine breite mittlere Vertiefung 59 gebildet
sein. Entlang einer zweiten Kante der Abdeckung sind mehrere zweite
Kontakteinschnitte 60 gebildet. Weiterhin ist ein Fixierzapfen 62 vollständig mit
der Abdeckung gebildet und hat die Größe und die Form, um mit begrenztem
Spiel in der Fixieröffnung 39 in
dem Substrat 31 aufgenommen zu werden. Die Abdeckung weist
weiterhin einen oberen Wulst 63 auf, der sich von der Hinterseite
der Abdeckung bis zu einem Ort in der Nähe der Vertiefungen 57 erstreckt.
Eine Bodenleiste oder ein Trägerelement 64 ist
auf einem Abschnitt der Bodenfläche
der Abdeckung gebildet. Die Abdeckung 56 weist weiterhin
eine obere Fixier- und Befestigungsrippe 65 auf, die vorzugsweise,
wie gezeigt als Schwalbenschwanzlamelle ausgebildet ist. Eine ähnliche,
jedoch kürzere
Befestigung und Fixierrippe 66 ist auf der Bodenkante der
Abdeckung vorgesehen. Die Flächen 67a und 67b bilden
Plattenanlageflächen,
an denen ein Substrat 31 angeordnet ist. Die Flächen 67a und 67b können einen
Kleber tragen, oder alternativ hierzu kann ein doppelseitiger klebender
Beschichtungsfilm (nicht gezeigt) angewendet werden, der sich von
der Fläche 67a bis
zur Fläche 67b erstreckt.
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Eine
Hälfte
von einer Art von Doppelachskontaktmodulen kann gebildet werden,
indem eine PCB-Anordnung 30 mit einer Abdeckung 56 zusammengebracht
wird, um ein Modul 69 zu bilden. 7 ist im
Wesentlichen eine Röntgenansicht
durch die Abdeckung 56 des Spaltenkontaktmoduls 69.
Zur Vereinfachung der Ansicht des Standortes der Elemente auf dem
Substrat 31 relativ zu Merkmalen der Abdeckungen 56 sind
die leitenden Bahnen und Kontaktelemente als volle Linie anstelle
einer Phantomansicht dargestellt. Die PCB-Anordnung 30 ist
in vertikaler Richtung durch die obere und untere Leiste oder die
Befestigungselemente 63, 64 fixiert und ist in Längsrichtung
durch den Fixierzapfen 62 (siehe auch 7e)
positioniert. Die Kontaktelemente 34 liegen in den Kontakteinschnitten 57 und
die Kontaktbefestigungselemente 35 liegen in den Einschnitten 60. Der
vorher genannte Kleber oder die beschichteten klebenden Filme auf
der Fläche 67a und 67b halten die
PCB-Anordnung und die Abdeckung 56 zusammen.
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7a ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie AA von 7 und
zeigt die Kontaktelemente 34, die in den Kontakteinschnitten 57 angeordnet sind.
Die Kontaktelemente 34 sind derart angeordnet, dass die
Kontaktabschnitte 43 an den Vorladerippen 58 anstehen,
um eine gewünschte
Vorlast auf die freitragenden Federarme 42 zu erzeugen.
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7b ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie BB von 7.
Wie in 7b gezeigt, ist das Substrat
31 im Wesentlichen durch die Leisten 63 und 64 in
einer vertikalen Position angeordnet.
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Wie
in 7c dargestellt, weist jedes Steckverbinderbefestigungs-Kontaktelement 35 einen
Befestigungsbereich auf, der in einem entsprechenden Einschnitt 60 aufgenommen
wird. Wenn das Plattenbefestigungs-Kontaktelement derart ausgebildet
ist, dass auf es eine relativ hohe axiale Kraft ausgeübt wird,
so wie bei Presspasskontaktelemente, so ist die Fläche 68 (6d)
des Einschnitts 60 vorteilhafterweise so angeordnet, dass
sie an dem nach oben gebogenen Mitnehmer 52 des Kontaktelements
anliegt. Die Ansichten in 7c und 9 (wie
unten erklärt wird)
sind im Wesentlichen entlang der Querschnittslänge CC von 7 genommen.
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7d ist
eine Teilquerschnittsansicht, die entlang der Linie DD von 7 genommen
wurde, und die die Positionierung des Erdungskontaktelements 37 auf ähnliche
Weise wie die Kontaktelemente 35 zeigt, die in den 7c und 9 (wie
unten beschrieben) gezeigt sind.
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7e ist
eine Ansicht des hinteren Endes des Moduls 69, das in Durchsicht
den Fixierzapfen 62 und den Befestigungsbereich des Kontaktelements 37 zeigt.
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Die 8 und 8a zeigen
vergrößerte Ansichten
der Steckverbinderkontakte 34, die in den Einschnitten 57 der
Abdeckung 56 liegen. 8a ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie GG von 8 und zeigt
die Positionierung der Vorspannrippe 58 relativ zu den
Kontaktbereichen 43.
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9 zeigt
das Zusammenspiel der Abdeckung 56 mit dem Plattenverbindungs-Kontaktelement 35,
wenn auf die obere Kante des Moduls 69 eine Kraft F nach
unten angesetzt wird. Diese Kraft wird durch die Abdeckung an die
Druckfläche 68 übertragen,
die durch die obere Fläche
des Einschnitts 60 gebildet wird. Im Ergebnis wird eine
vertikale Einführungskraft
direkt auf den oberen Mitnehmer 52 und die Seitenmitnehmer 53 ausgeübt, die verwendet
wird, um den Presspassabschnitt 48 in die Öffnung T
hineinzudrücken.
Auf diese Weise werden Scherbelastungen, die bei der Lötverbindung
zwischen der Basis 50 des Kontaktelements und der Leitungsbahn 32 auftreten,
minimiert. Hierdurch wird das Entfernen oder das Lösen des
Kontaktelements 35 verhindert. Dies wird zumindest teilweise
durch die Positionierung der Fläche 68 erreicht,
die an dem Mitnehmer 52 angreift, bevor die Leiste 63 anfängt, eine
vertikale Kraft auf die obere Kante des Substrats 31 auszuüben. Eine
Möglichkeit,
dies zu erreichen, besteht darin, dass ein geringer Anfangsabstand
zwischen der Leiste 63 und der benachbarten Kante des Substrats 31 bereitgestellt
wird. Zusätzlich
ist die Abdeckung so ausgebildet, dass ein großer Anteil der Einführungskraft
direkt auf das Kontaktelement 35 ausgeübt wird, so dass die Beanspruchung
bei der Kontaktelement/leitenden Bahn-Schnittstelle minimiert ist.
Die beschriebene Struktur ist derart ausgebildet, dass sie den notwendigen
Einpasskontaktstift-Einführungskräften von
35–50
Newton pro Kontaktstift widersteht.
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10 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie HH von 10a und zeigt ein Steckverbindergehäuse 70 mit
einer oberen Wand 72, einer unteren Wand 76 und
einer Vorderwand 78. Die obere Wand 72 weist mehrere
Fixierschlitze, beispielsweise die Schwalbenschwanzschlitze 73 auf.
Eine oder mehrere Führungsleisten 74 können auf
der oberen Fläche
der Oberseite 72 gebildet sein. Der Boden 76 weist
ebenso Fixierschlitze auf, beispielsweise die beiden Schwanzschlitze 77.
Die Vorderwand 78 weist mehrere Öffnungen 79 auf. Eine
zusätzliche Abschirmung
kann erreicht werden, indem die geeigneten Öffnungen des Gehäuses 70 metallisiert
werden. 10c zeigt eine Bodenansicht
des Gehäuses 70 von 10.
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11 ist
eine Vorderansicht der Einführungsplatte 80,
die mehrere konisch zulaufende Einführungsabschnitte 84 aufweist,
die in der Form eines Gitters angeordnet sind. Jeder der Einführungsabschnitte 84 verläuft zu einem
Stifteinführungsanschluss 85.
Mehrere Hülsen
oder Hohlkörper 86 verlaufen
von der hinteren Fläche
der Vorderseite 80 und sind derart geformt, dass sie in
den Öffnungen 89 in
der vorderen Wand 78 des Gehäuses 70 gehalten werden.
Die Verwendung einer einzelnen Einführungsplatte ist wünschenswert,
wenn die Innenflächen
des Gehäuses 70 voll
metallisiert sind. Jedoch kann das Gehäuse 70 auch einstückig mit
der Einführungsplatte
gegossen sein, wobei nur eine selektive Metallisierung oder keine
Metallisierung verwendet wird.
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12 zeigt
bedruckte Leiterplattenmodule, die derart konfiguriert sind, dass
sie Steckverbinder ermöglichen,
die abgeschirmte Paare von Kontaktelementen haben. Das Modul 30,
das im unteren Bereich von 12 gezeigt
ist, ist im Wesentlichen das gleiche wie das in
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7 dargestellte
Modul, wobei die gestrichelten Linien den Standort von Strukturen
auf der Seite der Abdeckung 56 zeigen, die auf der Rückseite
der Abdeckung neben der PCB 31 (7c) liegt. Für eine bessere
Darstellung sind die Bahnen 32 und 33 in voller
Linie anstatt gestrichelt oder in Durchsicht dargestellt. Die Elemente,
die das Modul 30 bilden, sind die gleichen wie diejenigen,
die in Verbindung mit den 2 – 9 beschrieben
wurden, so dass eine weitere Beschreibung dieser nicht notwendig
erscheint. Das PCB-Modul 30' weist
im Wesentlichen die gleichen Elemente wie Modul 30 auf
und wurde gleich bezeichnet. Modul 30' unterscheidet sich von Modul 30 im
Wesentlichen in dem Aspekt, dass die Elemente dieses Moduls angeordnet
sind, um ein Spiegelbild zur Linie L zu bilden.
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13 zeigt
eine allgemeine Querschnittsansicht der Module 30 und 30', die Rücken an
Rücken
angeordnet sind und ein vollständiges
ab geschirmtes Modulpaar bilden, das mit ähnlichen Modulen Seite an Seite
angeordnet sein kann, um einen Steckverbinder zu bilden. In dieser
Anordnung sind die hinteren Abschirmungsschichten 38, 38' der PCBs 31, 31' nebeneinander
angeordnet, um ein abgeschirmtes Paarmodul zu bilden. Module 30, 30' können in
der dargestellten Beziehung gehalten werden, indem sie in das Gehäuse 70 (10)
eingefügt werden
oder, falls gewünscht,
durch eine leitende Klebschicht, die an die benachbarten äußeren Flächen der
Abschirmungsschichten 38, 38' angebracht wird. Bei den abgeschirmten
Modulpaaren von 13 stellt die Größe X den
Mittellinienabstand zwischen den Kontaktelementen 34 und 34' dar, was im Wesentlichen
den Kontaktabstand zwischen den Kontaktelementen darstellt. Die
Größe A stellt
die Gesamtdicke des abgeschirmten Modulpaars dar. Wie dargestellt,
ist die Größe A zweimal
die Dicke von einem der PCB-Module 30, 30'. Vorzugsweise
ist die Größe A so
gewählt,
dass der Kontaktabstand X zwischen benachbarten abgeschirmten Modulpaaren liegt.
Bezug nehmend auf 14 können Abstandshalter 90 mit
einer Dicke mit der Größe B zwischen die
PCB-Module 30 und 30' gesetzt werden, um den gewünschten
Kontaktabstand X zu erreichen.
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15 zeigt
eine Rückansicht
eines vollständigen
5 × 6-Steckverbinders
(Zeilen × Spalten), der
gebildet wird, indem drei abgeschirmte Modulpaare übereinander
gelegt werden und Seite an Seite im Gehäuse 70 angebracht
werden. Jedes Modul 90 weist ein Paar von übereinander
gelegten PCBs 31, 31' auf, auf denen Presspasskontaktelemente
(sowie abgeschirmte Kontaktelemente) 37, 37' angebracht sind.
Jede PCB 31, 31' wird
durch eine zugehörige isolierende
Abdeckung 56, 56' gehalten.
Die Abdeckungen 56, 56' haben Schwalbenschwanzrippen 65, 65', die in die
Schwalbenschwanzschlitze 73 im Gehäuse passen. Die gestrichelten
Quadrate 92 stellen den Standort der Kontaktelemente 34, 34' dar und entsprechen
im Allgemeinen den Standorten der Öffnungen 85 in der
Vorderplatte 80 (11). Der
Kon taktabstand X, der zwischen benachbarten Spalten an der Schnittstellenfläche des
Steckverbinders existiert, ergibt sich ebenso an der Plattenbefestigungs-Schnittstelle
bei den Kontaktelementen 37. Jedes der abgeschirmten Modulpaare 90 trägt fünf abgeschirmte
Paare von Kontaktelementen und Kontaktelementzuführungen der 15 dargestellten
5 × 6-Konfiguration.
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16 zeigt
eine Rückansicht
eines Steckverbinders, der im Wesentlichen in der ebenfalls anhängigen früheren Internationalen
Anmeldung mit der Anmeldenummer PCT/US96/ 11214, eingereicht am
02. Juli 1996, dargestellt ist. In dieser Anordnung sind die PCB-Module 30 in
dem Steckverbindergehäuse 70 so
angeordnet, dass alle PCB-Anordnungen 30 auf
gleiche Weise orientiert sind. Beispielsweise ist die Abdeckung 56 auf
der linken Seite und die PCB 31 auf der rechten Seite angebracht.
Dies führt
zu einem Steckverbinder, bei dem jedes Kontaktelement im Wesentlichen
vollständig
elektrisch von den anderen Kontaktelementen in dem Stecker isoliert
ist. Zum Vergleich zeigen die 17a, 17b und 17c Steckverbinder,
die einen Aspekt der Erfindung beinhalten. 17a zeigt
von einer Rückansicht
eine Form eines doppelaxialen Steckverbinders, der ein abgeschirmtes
Paar von Kontaktelementen und Kontaktelementzuführungen aufweist. Diese Anordnung
unterscheidet sich im Wesentlichen von der in 15 gezeigten
durch die Tatsache, dass die relativen Positionen der Abdeckungen 56, 56' und PCBs 31, 31' umgedreht sind.
In diesem Steckverbinder sind die Kontaktelementmodulpaare 91 gebildet,
indem die Abdeckungen 56, 56' Rücken an Rücken mit den PCBs 31, 31' angeordnet
sind, die die äußeren Flächen der
Module bilden. In dieser Anordnung sind jeweils die Signal- und
Erdungsbahnen 32, 32' und 33, 33' in spiegelbildlicher
Anordnung auf den Innenseiten der PCBs 31, 31' angeordnet,
wobei die äußeren Abschirmungsschichten 38, 38' außen angeordnet
sind. Eine derartige Anordnung bildet Doppelachspaare 93 von
Kontaktelementen, die im Wesentlichen parallel durch den Leiter
verlaufen und im Wesentlichen identische elektrische Charakteristiken
aufweisen. Diese Paare sind durch die gepunkteten Umrahmungen 93 für das links
angeordnete Modul 91 gezeigt. Der in 17b gezeigte Steckverbinder zeigt im Wesentlichen
die gleiche Anordnung wie die von 17a,
mit dem Unterschied, dass anstelle von zwei Abdeckungen 56, 56' ein einzelnes isolierendes
Element 57 verwendet wird, um die gegenüberliegenden PCBs 31, 31' zu halten.
In jedem der Module 91 sind die äußeren Flächen des Elements 57 ähnlich zu
den inneren Flächen
der Abdeckung 56, 56' konfiguriert. 17c zeigt im Wesentlichen die Anordnung, die vorher
mit Bezug auf 15 beschrieben wurde. Anstelle
der Verwendung von zwei PCBs kann eine einzige Multischicht-PCB 31'' verwendet werden, die eine mittig
gelagerten, im Wesentlichen kontinuierliche mittlere Abschirmungsschicht
aufweist, wobei die Signal- und Abschirmungsbahnen auf gegenüberliegenden
Seiten von 31'' spiegelbildlich
liegen.
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Die 18a und 18b sind
schematische Darstellungen, die die elektrischen Unterschiede zwischen
den Steckverbindern von 17a und 17b und dem Steckverbinder
nach 17c zeigen. Bezug nehmend auf 18a ist das Paar von Verbindungskontaktelementen 94 elektrisch
durch eine gemeinsame Abschirmung S isoliert. Während dessen ist in 18b jede der Verbindungen 94 eines Paar individuell
abgeschirmt. In beiden Fällen
wird ein elektrisch abgestimmtes Paar von Verbindungen gebildet,
um im Wesentlichen eine Doppelaxialbeziehung durch die Verbindung
zu erhalten.
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Die
obige Beschreibung erfolgte im Zusammenhang mit Steckverbindern,
die an bedruckte Leiterplatten angeschlossen werden. 19 zeigt
eine Anordnung für
Kabelsteckverbinder. 19 zeigt eine Abdeckung 100 zur
Verwendung mit einer Leiterplatte nach dem oben beschriebenen Typ.
Der obere Abschnitt der Abdeckung 100 ent spricht im Wesentlichen
der Abdeckung 56 der vorherigen Ausführungsformen. Er weist an seinen
oberen und unteren Flächen
Schwalbenschwanzrippen 165 und 166 auf, die derart
ausgebildet sind, dass sie in entsprechenden Schwalbenschwanzeinschnitten
in einem Gehäuse
aufgenommen werden, so wie dem Gehäuse 70 von 10.
Eine bedruckte Leiterplatte weist eine durchkontaktierte Öffnung zur
Aufnahme der Fixieröse 162 auf.
Die Fixierrippen 163 und 164 sind äquivalent
zu den Fixierrippen 63 und 64 von 6c und
helfen bei der Fixierung der PCB auf gleiche Weise. Die PCB-Anordnung, die mit
der Abdeckung 100 verbunden werden soll, unterscheidet
sich von der vorher beschriebenen im Wesentlichen dadurch, dass
keine Presspasskontaktelemente 35 und 37 vorgesehen
sind.
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Die
Abdeckung 100 weist eine Befestigungsstruktur 102 zur
Befestigung eines biegsamen Leiters, beispielsweise eines Kabels
auf, das aus einer Vielzahl von einzelnen Drähten gebildet ist. Die Befestigungsstruktur 102 weist
eine Öffnung 104 zur Aufnahme
des Kabels auf. Weiterhin kann ein geeignetes Zugentlastungselement
oder -elemente am Ort der Öffnung 104 vorgesehen
sein, um die Kabelhalterung zu verbessern. Die Haltestruktur 102 weist vorzugsweise
mehrere Führungsstifte 106 auf,
die nützlich
sind, um einzelne Drähte
zu trennen, die an die PCB angebracht werden sollen. Diese einzelnen Drähte sind
schematisch durch die gestrichelten Linien 108 in
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19 dargestellt.
Die Enden der Drähte 108, 109 können an
Kontaktflächen
auf der PCB gelötet
werden, die mit den Einschnitten 110 in der Abdeckung 100 zusammenfallen.
Nach dem Löten
der Drähte 108, 109 an
die PCB wird die PCB an die Abdeckung 100 zusammengefügt und die
einzelnen Drähte 108 sind
zwischen den Stiften 106 angeordnet. Wenn das Kabel (nicht
gezeigt) eine oder mehrere Kontaktleisten aufweist, die durch die
Linie 109 dargestellt werden können, so können diese Kontaktleisten an
die Abschirmungsstrukturen der bedruckten Leiterplatte, so wie die
Bahnen 33, die Schicht 36 und 38 angelötet werden,
indem sie an einer geeigneten Stelle, beispielsweise ganz rechts
auf der PCB angelötet
werden, die Stelle, die in der vorherigen Ausführungsform dem Standort des
Presspassabschirmungslimits 37 entspricht. Für Doppelachskabelsteckverbinder
verwenden abgeschirmte Modulpaare zwei Abdeckungen 100,
wobei eine das Spiegelbild der anderen ist. Jedes von dem verdrillten Drahtpaar
ist an entsprechende Bahnen auf jedem der Leiterplatten angeschlossen.
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Wenn
jedes verdrillte Paar einen einzelnen Kontaktleiter hat, kann der
Kontaktleiter an die passende Abschirmungsbahn 33 angeschlossen
werden.
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Die 20a – 20c zeigen die Komponenten eines typischen Kabelsteckverbinders.
Der dargestellte Steckverbinder ist ein Doppelachssteckverbinder,
es können
jedoch auch andere Konfigurationen gewählt werden, indem die relative
Orientierung und das Layout der Module variiert wird. In diesem
Steckverbinder sind zwei spiegelbildliche PCBs 31 und 31' vorgesehen,
die Rücken
an Rücken
angeordnet sind, wobei Abschirmungsschichten nebeneinander angeordnet
werden. Signaldrähte 108 werden
jeweils mit einer der leitenden Signalbahnen 32 auf jeder
der PCBs 31 und 31' an
der Bodenkante von jeder PCB verbunden. In einem Doppelachssteckverbinder
würden
die Leiter von jedem verdrillten Paar mit entsprechenden Signalleitungen
auf jeder der PCBs 31 und 31' verbunden werden. Wenn ein Kontaktleiter
oder Abschirmung 109 in dem Kabel vorhanden ist, kann er
mit dem Abschirmungsbereich 36 verbunden werden. Die Befestigung
der verschiedenen Drähte
an den PCBs wird durch herkömmliche Mittel,
so wie Löten
oder Schweißen
erreicht.
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Die
Abschirmungsbahnen 33 und der Abschirmungsbereich 36 sind
mit den Abschirmungsschichten 38 und 38' über metallisierte
Bohrungen 112 und das metallisierte Fixierloch 39,
wie vorher beschrieben, verbunden. Die Abdeckungen 100 und 100' werden jeweils
auf den PCBs 31 und 31' befestigt. Die Befestigungsabschnitte
jeder Abdeckung umgeben die Enden der Drähte, die an die PCBs 31 und 31' angebracht
sind. Die Befestigungsabschnitte weisen Zapfen 106 auf,
die eine Zugentlastung und Drahttragefunktionen erfüllen.
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Die
PCBs 31 und 31' können durch
einen leitenden Kleber zusammengehalten werden oder können durch
den Effekt der Schwalbenschwanzrippen 165 und 165' und entsprechenden
Schwalbenschwanzschlitzen 73 und 77 in dem Gehäuse 70 zusammengehalten
werden, da das Modul in dem Gehäuse 70,
wie in 20b gezeigt, zusammengefügt wird.
Mehrere Module sind in dem gegossenen Plastikgehäuse 70 angeordnet,
wobei die inneren Flächen
metallisiert sein können,
um eine zusätzliche Abschirmung
zu ermöglichen.
Die Vorderplatte 80 ist an dem Gehäuse 70 befestigt und
bildet einen vollständigen
rechtwinkeligen Kabelsteckverbinder, der in 20c gezeigt
ist.
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Die 21a – 21c zeigen im Wesentlichen die gleichen Elemente
wie in den 20a – 20c mit
der Ausnahme, dass die PCBs 33 und 33' so konfiguriert
sind, dass sie ein Kabelverbindungsende an der hinteren Kante der
PCBs anstelle der Bodenkante bereitstellen. Die isolierenden Abdeckungen 100 und 100' sind entsprechend
geändert, damit
die Kabelbefestigungsabschnitte 102 und 102' an den hinteren
Kanten der PCBs angeordnet sind. Die Abdeckungen weisen Zapfen 106 für die Halterung,
Organisierung und Zugentlastung auf. Die Abdeckungen 100 und 100' können an
ineinandergreifenden Kanten entlang der PCBs und an den Befestigungsabschnitten,
beispielswei se durch Kleber oder Lösungsmittel oder Heißschweißen miteinander verbunden
werden.
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Die
Module werden dann, wie in 21b gezeigt,
in das Gehäuse 70 eingeführt und
werden in dem Gehäuse
wie vorher beschrieben befestigt. Ein vollständiger gerader Steckverbinder
wird durch die Einführung
von mehreren Modulen Seite an Seite in das Gehäuse 70 und der Befestigung
einer Vorderplatte 80 auf dem Gehäuse gebildet, wie in 21c dargestellt.
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Die
obigen Konstruktionen ergeben Steckverbinder mit sehr guten Hochgeschwindigkeitscharakteristiken
und relativ geringen Herstellungskosten.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, die in den verschiedenen Figuren dargestellt
sind, können
selbstverständlich ähnliche Ausführungsformen
verwendet werden, oder es können Änderungen
und Zusätze
zu den beschriebenen Ausführungsformen
erfolgen, die die gleiche Funktion der vorliegenden Erfindung haben,
ohne davon abzuweichen. Folglich sollte die vorliegende Erfindung
nicht auf eine einzelne Ausführungsform
begrenzt sein, vielmehr ergibt sich der Schutzbereich durch die
beiliegenden Ansprüche.