DE69909311T2

DE69909311T2 - Zweiteiliger mikroelektronischer stecker und methode

Info

Publication number: DE69909311T2
Application number: DE69909311T
Authority: DE
Inventors: A. Ronald SHUTTER
Original assignee: Pulse Engineering Inc
Current assignee: Pulse Electronics Inc
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: CN1138320C; US6116963A; CN1322394A; AU3762799A; EP1119887B1; DE69909311D1; TWI227956B; EP1119887A1; ATE244462T1; WO2000022701A1

Description

STAND DER TECHNIK GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft elektrische Miniatursteckverbinder im Allgemeinen, welche in Leiterplatten und anderen mikroelektronischen Anwendungen eingesetzt werden, und insbesondere einen verbesserten mikroelektronischen Steckverbinder und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bisherige mikroelektronische elektrische Steckverbinder (etwa vom Typ RJ 45 oder RJ 11) beinhalten häufig magnetische oder andere elektrische Komponenten, um eine Vielzahl an Funktionen zu bieten, etwa Signalspannungstransformation oder Rauschunterdrückung. In einem gebräuchlichen Steckverbinderdesign ist das magnetische Bauteil oder das Bauteilpaket als getrennte Vorrichtung hergestellt, die dann in ein anderes Bauteil des Steckverbinders eingeführt wird oder mit ihm zusammengesteckt wird. Als Beispiel siehe US-Patentschrift 5,647,767 "Electrical Connector Jack Assembly for Signal Transmission" ("Patentschrift '767"), und US-Patentschrift 5,587,884, "Electrical Connector Jack with Encapsulated Signal Conditioning Components" ("Patentschrift '884"). Ein verwandtes Design, das in der US-Patentschrift 5,178,563 dargestellt ist, verwendet die Anordnung aus mehreren Bauteilen wie in den Patentschriften '767 und '884, jedoch ohne installiertes elektrisches Bauteil. All den zuvor aufgeführten Typen, die alle einen Zusammenbau gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbaren, ist der Einsatz einer getrennten Leitungsisolierung oder "Trägers" zur Komponente (oder den Ausgangsleitungen des Steckverbinders) verbinden. Diese allgemeine Leitungsträgeranordnung ist in 1a abgebildet.
Zusätzlich zu den oben genannten Funktionen arbeitet der Leitungsträger auch als ein mechanischer Drehpunkt für die Leitungen, wenn sie wie in 1b dargestellt installiert sind. Im Genaueren verbinden sich die distalen Enden der Leitungen mit den Kontakten des modularen Steckverbinders, wenn der Stecker in das Steckverbindergehäuse eingeführt wird, wobei sie dabei dazu neigen, die Leitungen nach oben und weg vom Stecker zu biegen. Der Träger neigt dazu, den Kontakt der Leitungen mit ihren jeweiligen Kontakten am modularen Steckverbinder zu halten, und verstärkt dadurch die Zuverlässigkeit des Steckverbinders. Dies trifft besonders auf die relative Bewegung des Steckers innerhalb des Steckverbindergehäuses zu, oder nach zahlreichem Ein- /Aus-Stecken.
Während der Einsatz eines Leitungsträgers zwar die oben genannte Funktionalität bietet, hat er auch mehrere Nachteile. Im Genaueren erhöhen sich durch zusätzliche Arbeit und Materialen, die mit dem Formen und der Inspektion des Leitungsträgers verbunden sind, die Kosten des Endprodukts erheblich. Außerdem erfordert der Steckverbinderkörper ("Hülse") eine zusätzliche kostenintensive Werkzeugausstattung, um den Träger zu implementieren. Nach der Trägereinführung kann es auch vorkommen, dass sich die distalen Enden der Leitungen in ihre Endposition biegen. Dies fügt einen weiteren Verfahrensschritt hinzu und schließt das spätere Entfernen der Leitungen und des Trägers aus dem Steckverbinderkörper aus. Außerdem bietet der Träger keine Vorspannung oder Widerstand gegen die Trennung des Bauteilpakets (und des Trägers) aus dem Steckverbinderkörper, was den Einsatz von Klebemitteln oder anderen Mitteln erfordert, um diese Bauteile fest verbunden zu halten.
In einem anderen Steckverbindertyp, der in der US-Patentschrift 4,772,224 mit dem Titel "Modular Electrical Connector" dargestellt wird, liegen die elektrischen Leitungen getrennt in Vertiefungen oder Kanälen in einer innenliegenden Oberfläche des Steckverbinderkörpers. Dieses Design bietet keinen Vorspannungswiderstand, um die elektrischen Leitungen in Kontakt mit den Kontakten des modularen Steckers zu halten.
Eine weitere wichtige Überlegung beim Design von mikroelektronischen Steckverbindern ist die Größe. Idealerweise verbraucht ein Steckverbinder den kleinstmöglichen Raum im Inneren der Vorrichtung, in der er angebracht ist. Außerdem sollte das Anbringen von mehreren Steckverbindern im Tandem (etwa nebeneinander) nicht bestraft werden, so dass der Raum, der für zwei oder drei Steckverbinder in Tandembauart erforderlich ist, genau dem zwei- oder dreifachen Raum eines einzelnen Steckverbinders entspricht. Dem Stand der Technik zufolge erforderten Befestigungssysteme von Tandemsteckverbindern typischerweise zusätzlichen Raum, um das Anbringen von Befestigungsbauteilen zu erlauben, wobei diese Befestigungsbauteile außerdem entsprechende Löcher oder Perforationen in der Vorrichtung, an dem die Steckverbinder angebracht werden sollen, erfordern. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems (dargestellt in den 1 und 2 der zuvor erwähnten US-Patentschrift 5,178,563) war die Verwendung eines gemeinsamen Steckverbindergehäuses für zwei oder mehrere Tandemsteckverbinder mit zwei Befestigungsstiften; diese Konfiguration leidet jedoch an dem Nachteil, dass man den gesamten Zusammenbau ersetzen muss, wenn ein einzelner Steckverbinder ausfällt (im Gegensatz zum Ersatz nur des einzelnen, defekten Steckverbinders).
Es wäre demzufolge also wünschenswert, ein verbessertes mikroelektronisches Steckverbinderdesign vorzusehen, das einen einfacheren und zuverlässigeren Steckverbinder ergäbe und außerdem eine ökonomischere Herstellung ermöglichen würde. Ein solches Steckverbinderdesign würde den Einsatz eines getrennten Leitungsträgers und Klebemittels zum Zusammenstecken vermeiden, wobei das Herstellungsverfahren vereinfacht und die Kosten der Vorrichtung gesenkt würden. Der verbesserte Steckverbinder würde auch die kleinstmöglichen Außendimensionen aufweisen, und würde ein vereinfachtes und kompaktes Befestigungssystem verwenden, um die Herstellungskosten zusätzlich zu senken und Raum im Innern der aufnehmenden Vorrichtung zu sparen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfüllt die zuvor erwähnten Anforderungen durch die Bereitstellung eines verbesserten mikroelektronischen Steckverbinders gemäß Anspruch 1 und eines Verfahrens gemäß Anspruch 19, um denselben herzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines elektrischen Steckverbinderbauteils gemäß dem Stand der Technik, welcher einen Leitungsträger einsetzt.
1b ist ein Aufriss des Steckverbinders nach dem Stand der Technik gemäß 1a von der Seite, wobei der modulare Stecker eingeführt ist, und zeigt die Beziehung der Leitungen, der Steckerkontakte und des Leitungsträgers zueinander in Relation.
2 ist ein Aufriss von der Seite der ersten Ausführungsform des mikroelektronischen Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung, komplett zusammengebaut.
3 ist ein Aufriss von der Seite des hinteren Steckverbindergehäuseelements (Ende) des Steckverbinders gemäß 2.
4 ist eine perspektivische Ansicht des vorderen Steckverbindergehäuseelements (Hülse) des Steckverbinders gemäß 2.
5 ist ein Aufriss des Steckverbindergehäuseelements gemäß 4 von vorne.
6 ist ein Aufriss des Steckverbindergehäuseelements gemäß 4 von hinten.
7 ist ein Aufriss von der Seite des Steckverbindergehäuseelements gemäß 4.
8 ist ein Aufriss des Steckverbinders gemäß 2–7 von vorne und zeigt den Steckverbinder, wie er neben ähnlichen Steckverbindern auf einer Leiterplatte befestigt ist.
9 ist ein Aufriss von der Seite einer zweiten Ausführungsform des mikroelektronischen Steckverbinders der vorliegenden Erfindung, komplett zusammengebaut.
10 ist ein Aufriss von der Seite des hinteren Steckverbindergehäuseelements (Nachsatz) des Steckverbinders gemäß 9 von der Seite.
11 ist eine perspektivische Ansicht des vorderen Steckverbindergehäuseelements (Hülse) des Steckverbinders gemäß 9.
12 ist ein Aufriss des Steckverbindergehäuseelements gemäß 11 von vorne.
13 ist ein Aufriss des Steckverbindergehäuseelements gemäß 11 von hinten.
14 ist ein Aufriss des Steckverbindergehäuseelements gemäß 11 von der Seite.
15 ist ein Aufriss des Steckverbinders gemäß 9–14 von vorne und zeigt den Steckverbinder, wie er neben ähnlichen Steckverbindern auf einer Leiterplatte montiert ist.
16 ist ein logisches Flussdiagramm und stellt den allgemeinen Herstellungsprozess für den Steckverbinder gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
17 ist ein detailliertes Flussdiagramm und stellt verschiedene Aspekte des Herstellungsprozesses gemäß 16 dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf die Zeichnungen, wobei sich gleiche Zahlen durchweg auf die gleichen Teile beziehen.
2 stellt die erste Ausführungsform des Steckverbinders 100 der vorliegenden Erfindung in seiner komplett zusammengebauten Form dar. Der Steckverbinder 100 umfasst im Allgemeinen zwei Hauptbauteile, nämlich, ein erstes oder vorderes Steckverbinderkörperelement 102 (auch "Hülse" genannt) und ein zweites oder hinteres Steckverbinderkörperelement 104 (Ende). Wie in 2 ersichtlich, sind ebenso ein oder mehrere elektrische Bauteil (e) 106 und erste und zweite Sätze an elektrischen Leitungen 108, 110 in das hintere Steckverbinderkörperelement 104 integriert. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Trägerelement 112 des Typs, der dem Fachmann wohlbekannt ist, als Teil des hinteren Steckverbinderkörperelements eingesetzt, um die elektrischen Komponente(n) 106 aufzunehmen. Die Konstruktion und Herstellung solcher Trägerelemente wird unter anderem detailliert in der US-Patentschrift 5,015,981, "Electronic Microminiature Packaging and Method" beschrieben, welche auf Pulse Engineering, Inc. angemeldet ist und die durch Bezug in ihrer Gesamtheit hierin beinhaltet ist. Als Alternativmöglichkeit können jedoch eine Anzahl verschiedener Verfahren zum Einbetten und/oder Anbringen der elektrischen Komponenten verwendet werden, wie etwa das Vergießen der Bauteil (e) 106 innerhalb einer Kammer (nicht dargestellt), die sich innerhalb des hinteren Steckverbinderkörperelements 104 befindet.
Es sollte außerdem beachtet werden, dass sich der Begriff "elektrisches Bauteil" in der vorliegenden Erfindung ohne Einschränkung auf (1) diskrete Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und Induktoren, (2) magneto-elektrische Vorrichtungen (wie etwa Drosselspulen oder Transformatoren) und (3) Halbleiterbauteile bezieht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das elektrische Bauteil 106 durch den Leadframe des Trägerelements (nicht dargestellt) mit dem ersten Satz von elektrischen Leitungen 108 elektrisch verbunden. Im Genaueren sind die ersten Leitungen 108 eine Verlängerung des Leadframes, der Teil des Trägerelements 112 ist. In ähnlicher Weise ist der zweite Satz von Leitungen 110 eine Verlängerung des Leadframes des Trägerelements, jedoch in einer anderen Richtung angeordnet als die der ersten Leitungen 108. Man wird jedoch einsehen, dass es außerdem eine breite Palette an Verfahren gibt, die ebenso zur Verbindung der Leitungen mit dem elektrischen Bauteil 106 (oder dem Trägerelement 112) eingesetzt werden können. Wenn es erwünscht ist, kein elektrisches Bauteil innerhalb des Steckverbinders zu verwenden, können außerdem die ersten und zweiten Leitungssätze 108, 110 durch einen durchgehenden Leitungssatz ersetzt werden (nicht dargestellt).
In 3 wird der erste Satz von Leitungen 108 gemäß der Ausführungsform in 2 im Detail beschrieben. Wie in 3 dargestellt, sind die ersten Leitungen 108 in einem Winkel von etwa 90 Grad in Beziehung zum zweiten Satz an Leitungen 110 gebogen, so dass die ersten Leitungen 108 im Wesentlichen in einer Ebene mit der oberen Oberfläche 116 des hinteren Steckverbinderkörperelements 104 liegen. Außerdem weisen die Leitungen 108 (i) eine erste Leitungsbiegung 118 an einer ersten Stelle etwa auf halbem Weg ihrer offen liegenden Länge auf, und (ii) eine zweite Leitungsbiegung 120 an einer Stelle, die in etwa neben der ersten Stelle 118 liegt. Die erste Leitungsbiegung 118 der Leitungen 108 ist derart beschaffen, dass sie mit dem entsprechenden Konturelement 140 in Eingriff steht, welches sich innerhalb des vorderen Steckverbinderkörperelements 102 (siehe 2) befindet. Diese Konturelemente 140 sind in der vorliegenden Erfindung erhöhte, etwas abgerundete "Hubbel", obwohl man verstehen wird, dass auch andere Ausformungen und Konfigurationen des Elements (wie etwa Kerben, Laschen, oder Vertiefungen) eingesetzt werden können.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die erste Leitungsbiegung 118 eine Biegung von etwa 30 Grad 122 in eine Richtung, die vom Konturelement 140 wegweist, gefolgt von einer Gegenbiegung 124 von etwa 90 Grad und einem Radius, der nicht Null ist. Die zweite Leitungsbiegung 120 umfasst eine im Wesentlichen kreisförmige Biegung 126 von etwa 210 Grad in eine Richtung, die entgegengesetzt zu der zuvor erwähnten Gegenbiegung verläuft. Als Ergebnis der ersten und zweiten Leitungsbiegung 118, 120 tritt das distale Ende 128 der ersten Leitungen 108 mit einem Winkel von etwa 150 Grad in Beziehung zur oberen Oberfläche 116 des hinteren Gehäuseelements 104 aus. Außerdem ist die erste Leitungsbiegung 118 an einer Stelle angeordnet, bei der die erste Leitungsbiegung 118 einer jeden Leitung 108 sowohl horizontal als auch vertikal mit der Platzierung des dazugehörigen Konturelements 140 übereinstimmt, wenn das vordere Körperelement 102 und das hintere Körperelement 104 während des Zusammenbaus zusammengesteckt werden. Diese Anordnung schafft mehrere Vorteile, unter anderem (i) bietet sie eine senkrechte Kraft oder Vorspannung auf einen distalen Teil 129 jeder Leitung 108, welche den distalen Teil 129 in elektrischem Kontakt mit den Leitungen des modularen Steckers (nicht dargestellt) hält, (ii) vermeidet sie die Notwendigkeit eines separaten Leitungsträgers (wodurch Zusammenbau- und Fertigungskosten gesenkt werden), und (iii) schafft sie eine arretierende Vorspannung oder Kraft auf die ersten Leitungen 108 aus, so dass die vorderen und hinteren Steckverbinderelemente 102, 104 zusammengehalten werden.
Man wird verstehen, dass verschiedenste Formen und Kombinationen für die ersten und zweiten Biegungen 118, 120 eingesetzt werden können; die Konfiguration gemäß 3 soll nur als Beispiel dienen.
Wie in 3 dargestellt, ragt der zweite Satz von Leitungen 110 aus dem hinteren Körperelement 104 in einer generell entgegengesetzten Richtung zu der der ersten Leitungen 108 hervor. Diese zweiten Leitungen 110 werden hauptsächlich eingesetzt, um den Steckverbinder 100 elektrisch mit einer externen Vorrichtung (wie etwa einer Leiterplatte) zu verbinden, obgleich sie dem Steckverbinder 100, wenn er angelötet wird, in einem gewissen Maße auch mechanische Unterstützung und Stabilität bietet. Die zweiten Leitungen 110 können je nach der Konfiguration der externen Vorrichtung in jede erwünschte Form umgeformt oder gebogen werden.
Wie wiederum in 3 dargestellt, ist nach der vorliegenden Erfindung ein äußeres Gehäuse 132 um das hintere Steckverbinderkörperelement 104 geformt, um das elektrische Bauteil 106 und Teile der Leitungen 108, 110, die direkt zu dem Trägerelement 112 benachbart sind, einzuschließen. Das im Allgemeinen quaderförmige Gehäuse 132 ist idealer Weise aus einem Polymer geformt, wie etwa einem hitzehärtbaren Kunststoff, das mit Spritzpresstechniken, die in der Polymertechnik wohlbekannt sind, hergestellt ist, obwohl auch andere Materialien und Formprozesse eingesetzt werden können. Außerdem wird ein Satz optionaler Arretierelemente 136 eingesetzt, die es erlauben, das hintere Steckverbinderkörperelement 104 und damit verknüpfte Bauteile zuverlässig mit dem vorderen Steckverbinderkörperelement 102 zusammenzustecken. Es ist zu beachten, dass die Arretierelemente, falls gewünscht, aufgrund der zuvor erwähnten arretierenden Vorspannung, die durch das Zusammenwirken der geformten Leitungen 108 und ihren dazugehörigen Konturelementen 140 entsteht, weggelassen werden können. In der Ausführungsform gemäß 3 sind die Arretierelemente 136 aus dem dünnen metallischen Leadframe geformt, der sich in dem hinteren Gehäuseelement 104 befindet. Die Arretierelemente beinhalten weiterhin eine Öffnung 138 mit einer Reihe von Laschen 142, die abwechselnd aus der Ebene ihres dazugehörigen Arretierelements 136 herausragen und die es dem Arretierelement erlauben, in Vertiefungen in den dazugehörigen Schlitzen 146 im vorderen Steckverbinderkörperelement (siehe 4–7 im Folgenden) einzurasten, so dass das vordere und das hintere Körperelement 102, 104 ineinander "schnappen". Die Arretierelemente 136 verhindern die spätere Trennung der Körperelemente 102, 104 und erhöhen dadurch die Zuverlässigkeit des Steckverbinders 100.
In den 4 bis 7 wird das vordere Steckverbinderkörperelement der Ausführungsform gemäß 2 detaillierter beschrieben. Das vordere Steckverbinderkörperelement ("Hülse") ist im Allgemeinen quaderförmig, und umfasst eine vordere Oberfläche 150 und eine hintere Oberfläche 152, sowie zwei seitliche Oberflächen 154, 156, eine obere Oberfläche 158, und eine untere Oberfläche 160. Außerdem ist entlang der Schnittstelle der oberen und hinteren Oberflächen ein optionaler elektrischer Isolator geformt, der so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen koplanar zu der oberen Oberfläche 158 verläuft. Obwohl die dargestellte Ausführungsform des vorderen Steckverbindergehäuseelements 102 eine quaderförmige Struktur verwendet, ist leicht zu erkennen, dass andere Formen und Konfigurationen eingesetzt werden können. Obwohl das vordere Steckverbinderkörperelement 102 idealer Weise aus Nylon und durch das in der Technik wohlbekannte Spritzgießen geformt ist, können auch andere Materialien und Prozesse eingesetzt werden.
Die vordere und hintere Oberfläche 150, 152 der vorliegenden Ausführungsform sind eben und im Wesentlichen parallel. Das Steckverbinderkörperelement 102 beinhaltet weiterhin einen Hohlraum 162, der mit der vorderen und der hinteren Oberfläche 150, 152 verbunden ist. Die vordere Oberfläche 150 und der Hohlraum 162 sind so geformt, dass sie einen modularen Stecker mit elektrischen Leitungen oder Kontakten, wie etwa vom Typ RJ 45 oder RJ 11, aufnehmen können, wobei auch andere Steckertypen verwendet werden können. Die hintere Oberfläche 152 ist über eine speziell ausgestattete Öffnung 164 mit dem Hohlraum 162 verbunden. Die Öffnung 164 befindet sich in der Nähe der oberen Oberfläche 158 und beinhaltet zwei Sätze an vertikalen Stiften 166a, 166b, die die ersten elektrischen Leitungen 108 des hinteren Steckverbinderkörperelements 104 während des Zusammenbaus und Steckverbinderbetriebs führen, voneinander trennen und isolieren. Ein Satz an Stiften 166a ist am Boden der oberen Oberfläche 158 geformt und erstreckt sich wesentlich in den Hohlraum 162. Der Satz an Stiften 166a ragt auch nach unten in die Öffnung 164. Der andere Satz an Stiften 166b ist als Teil der hinteren Oberfläche 152 geformt, und erstreckt sich teilweise in den Hohlraum 162. Die Stifte 166b ragen auch nach oben in die Öffnung hinein. 7 zeigt eine Reihe von Konturelementen 140 ("Hubbel"), die innerhalb des Hohlraums 162 an der Unterseite der oberen Oberfläche ausgeformt sind. Diese Konturelemente 140 entsprechen jeweils den einzelnen elektrischen Leitungen 108 des hinteren Steckverbinderelements 104 und sind derart zu den Zwischenräumen zwischen den oberen Stiften 166a in der Öffnung 164 ausgerichtet, dass die elektrischen Leitungen 108 mit den Konturelementen 140 zusammentreffen, wenn die Steckverbinderelemente 102, 104 zusammengebaut werden. Wie zuvor beschrieben, entspricht die Form der ersten elektrischen Leitungen im Wesentlichen der Kontur der Konturelemente 140, so dass die Konturelemente 140 einrasten und die elektrischen Leitungen 108 in Position halten, wenn der Steckverbinder 100 zusammengebaut wird (siehe 2). Die Konturelemente 140 spannen weiterhin ihre dazugehörigen Leitungen 108 nach unten in den Hohlraum vor, so dass das Konturelement 140 und die Leitungsbiegungen 118, 120 zusammenwirken, um das distale Ende der Leitungen 108 in Kontakt mit den entsprechenden elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) am modularen Stecker zu halten, welcher in dem Hohlraum 162 aufgenommen wird.
Mit Bezug auf 6 ist zu sehen, dass sich zwei Schlitze 146 mit optionalen inneren Vertiefung (nicht dargestellt) ebenso auf der hinteren Oberfläche 152 befinden und beide in der Nähe der Seitenwände 154, 156 vertikal ausgerichtet sind, um so mit der Platzierung ihrer entsprechenden Arretierelemente 136, die auf dem hinteren Steckverbinderkörperelement 104 angebracht sind, überein zu stimmen. Diese Schlitze 146 nehmen die Arretierelemente 136 auf, wobei Reibung entsteht, und ermöglichen so eine feste mechanische Verbindung zwischen dem vorderen und hinteren Körperelement. Diese Arretieranordnung vermeidet den Einsatz von Klebemitteln während des Herstellungsprozesses, obwohl solche Klebemittel, falls erwünscht, zur zusätzlichen Sicherstellung der Bauteilfestigkeit eingesetzt werden können.
Die hintere Oberfläche 152 beinhaltet außerdem ein Fenster 174, das nützlich ist, um beschreibende Informationen oder Marken auf dem Ende 104 zu zeigen, wenn der Steckverbinder 100 innerhalb eines elektronischen Gehäuses oder Gerätes installiert ist (ohne modularen Stecker), da in solchen Anwendungen normalerweise keine äußere Oberfläche des Steckverbinders 100 sichtbar ist.
Auf der hinteren Oberfläche 152 befindet sich auch eine optionale Stützlasche 175, die mit einer entsprechenden Vertiefung (nicht dargestellt) im hinteren Steckverbinderelement zusammenwirkt, um beim Zusammenbau zusätzlich mechanische Stabilität und Ausrichtung für die Steckverbinderkörperelemente zu schaffen. Obwohl sie in der vorliegenden Erfindung im Querschnitt generell dreieckig ist, können jedoch verschiedenste Formen und Konfigurationen verwendet werden.
Wie weiterhin in den 4–7 dargestellt, beinhaltet das vordere Steckverbinderkörperelement 102 der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Befestigungselement (e) 178, die von der unteren Oberfläche 160 abstehen. Diese Befestigungselemente 178 ermöglichen das Befestigen des Steckverbinders 100 an einer externen Vorrichtung wie etwa einer Leiterplatte 190 (siehe 8). Die Befestigungselemente 178 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind Stifte mit gespaltenem Ende und einem Spalt 180 und die Rastnase 182. Die Flexibilität des Materials des vorderen Steckverbinderkörperelements, der Spalt 180 und der Rastnase wirken zusammen, um die Befestigungsstifte 178 in ihre entsprechenden Befestigungslöcher 192 "einschnappen" zu lassen und dort zu halten. Diese Eigenschaften erlauben weiterhin, falls erwünscht, das spätere Entfernen des Steckverbinders 100 von der Leiterplatte 190.
Die Stifte 178 befinden sich im Wesentlichen in einer Ebene mit den Seitenwänden 154, 156 des vorderen Steckverbinderkörperelements und sind an ihren äußeren Kanten abgeflacht ("mit flachen Seiten"), so dass die Seitenwand und der Stift eine zusammenhängende, ebene Oberfläche bilden, wie in den 4–8 dargestellt. Daher bilden die nebeneinander angeordneten Befestigungsstifte 178 einen einzigen, elliptisch geformten Stift, wenn mehrere Steckverbinder 100 in einer Tandemkonfiguration angeordnet sind, wie sie in 8 dargestellt ist. Diese Befestigungsanordnung schafft (i) mechanische Stabilität für den Steckverbinder, besonders wenn auf das Steckverbindergehäuse Kraft ausgeübt wird, wie etwa während des Einführens oder Entfernens des modularen Steckers; (ii) eine minimale laterale Ausdehnung oder Profil, wenn mehrere Steckverbinder im Tandem eingesetzt werden, und (iii) reduzierte Herstellungskosten, da für zwei Befestigungsstifte je nur ein Befestigungsloch in der externen Vorrichtung erforderlich ist.
9–14 stellen eine zweite Ausführungsform des mikroelektronischen Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Sie zeigen, dass die zweite Ausführungsform zwei Arretierstifte 200 (10) mit Spalten 202 und Rastnasen 204 verwendet, im Gegensatz zu der Schlitz- und Laschenanordnung der ersten Ausführungsform (2–7). Die Stifte 200 werden von den zwei entsprechenden Löchern 206 in der hinteren Oberfläche 152 des vorderen Steckverbindergehäuseelements 102 aufgenommen, wobei Reibung entsteht. Eine innere Vertiefung in den Löchern 206 (nicht dargestellt) lässt die Rastnasen 204 einrasten, um die Trennung des vorderen und des hinteren Steckverbinderkörperelements 102, 104 zu verhindern.
Außerdem verwendet die zweite Ausführungsform gemäß 9–14 einen einzigen Befestigungsstift 178 im Gegensatz zu zwei oder mehreren wie in der ersten Ausführungsform. Diese Anordnung erlaubt es, dass zwei Steckverbinder Befestigungsstifte an aneinander liegenden Seiten haben, um so im Tandem mit nur einem Befestigungsloch befestigt zu werden. Ein separater Passstift 210, wie er in 13 dargestellt ist, befindet sich an einem der beiden Steckverbinder, die befestigt werden sollen; dieser Passstift verstärkt bei Abwesenheit von zusätzlichen Befestigungsstiften 178 die mechanische Stabilität des Steckverbinderpaars. Eine entsprechende Vertiefung (nicht dargestellt) befindet sich an dem Tandemsteckverbinder, der den Passstift 210 aufnehmen soll. Entsprechend sind die Steckverbinder in zweierlei Hinsicht asymmetrisch: 1) der Befestigungsstift 178 für jeden Steckverbinder ist im Grunde ein "Spiegelbild" des Stiftes am anderen Steckverbinder, und 2) ein Steckverbinder hat einen Passstift 210, und der andere hat eine Vertiefung. Diese Befestigungsanordnung wird weiter in 15 dargestellt. Diese Ausführungsform ist besonders nützlich, wenn nur zwei Steckverbinder auf der Leiterplatte befestigt werden (oder wenn die Steckverbinder in einer Reihe von Tandemsteckverbindern angeordnet sind), da sie keine zusätzlichen Befestigungslöcher zur Aufnahme der zusätzlichen Befestigungsstifte wie in der ersten Ausführungsform erfordert, und sie den Einsatz von Befestigungslöchern von einer einzigen Form und Größe erlaubt.
Herstellungsverfahren
16 offenbart ein Verfahren zur Herstellung des verbesserten Steckverbinders der vorliegenden Erfindung. Wie in 16 dargestellt, umfasst das Verfahren 300 generell eine Reihe von Prozessschritten, wobei die Reihenfolge einiger Schritte verändert werden kann oder sie parallel mit anderen Schritten ausgeführt werden können. Außerdem müssen nicht alle Schritte ausgeführt werden und viele der dargestellten Schritte können durch alternative Schritte ersetzt werden. Falls zum Beispiel die Verwendung eines vergossenen elektrischen Bauteils (im Gegensatz zu der Anordnung mit Trägerelement) erwünscht ist, können die Prozessschritte, die sich auf die Vorbereitung und den Zusammenbau des Trägerelements 112 beziehen, ausgelassen werden und durch entsprechende Schritte, die sich auf die Vorbereitung des Bauteils 106 und das Vergießen innerhalb des hinteren Steckverbinderkörpers 104 beziehen, ersetzt werden. 16 zeigt nur einen beispielhaften Prozess dieses Verfahrens 300.
Wiederum bezogen auf 16, beginnt eine Ausführungsform des Herstellungsprozesses mit einem ersten Prozessschritt 302, der die Vorbereitung der elektrischen Bauteile, wie etwa Transformatoren oder Drosselspulen beinhaltet. Mehrere Unterschritte können bei dem ersten Prozessschritt 302 involviert sein, einschließlich Verdrehen der Bauteilstromträger, Winden der Transformatoren/ Drosselspulen, Verdrehen der Anzapfungen, Tauchlötung, Backen der Spulen und Hinzufügen einer silikonhaltigen Beschichtung. Der erste Prozessschritt 302 wird gleichzeitig mit dem zweiten Prozessschritt 304 ausgeführt, der die Vorbereitung des Leadframes beinhaltet. Dieser Schritt 304 beinhaltet die Vorformung des metallischen Leadframes vor dem Aufsetzen auf das Trägerelement 112 und die Ausformung der Arretierelemente 136 sowie damit verbundener Arretierlaschen 142. Gleichzeitig mit den ersten beiden Prozessschritten 302, 304 gemäß 16, wird in einem dritten Prozessschritt 306 das vordere Steckverbinderkörperelement 102 mit herkömmlichen Spritzgusstechniken ausgeformt.
Als nächstes wird das Trägerelement in einem vierten Prozessschritt 308 zusammengebaut. Dieser Prozessschritt 308 umfasst normalerweise das Anbringen einer Silikonbeschichtung auf dem Element, das Aufbringen der elektrischen Bauteile auf das Element, das Härten des Silikons und die Zuführung der Bauteildrähte. Der detaillierte Zusammenbau der Verriegelungsbasis ist weiterführend in der oben erwähnten US-Patentschrift 5,015,981 beschrieben.
Im fünften Prozessschritt 310 wird der Leadframe auf das Trägerelement aufgesetzt. Das Vorformen des Leitungsrahmens im zweiten Prozessschritt 304 erlaubt das einfache Aufsetzen des Leadframes auf das Element. Im sechsten Prozessschritt 312 wird das gesamte Trägerelement, der Leadframe und der Zusammenbau spritzgepresst, um so das hintere Steckverbinderkörperelement 104 wie zuvor beschrieben in einem Stück zu formen.
Im siebten Prozessschritt 314 werden die ersten und zweiten Leitungen 108, 110 wie vorher beschrieben ausgeformt. Im achten Prozessschritt 316 wird schließlich das fertige hintere Gehäuseelement ("Ende") in das vordere Gehäuseelement ("Hülse") eingeführt und eingerastet, das im dritten Prozessschritt 306 wie oben beschrieben geformt wurde. Der fertige Steckverbinder wird daraufhin zur Sicherung der Produktqualität vor dem Versand nach Bedarf geprüft und getestet.
17 stellt weiterführend die Unterschritte der Prozessschritte gemäß 16 im Detail dar, und zwar anhand eines beispielhaften Steckverbinders, der einen mikroelektronischen Transformator oder eine Drosselspule innerhalb eines Aufbaus mit Trägerelement beinhaltet. Wie in 17 dargestellt, beinhaltet der Prozessschritt 302 Unterschritte, die das Wickeln des Kerns des Transformators oder der Drosselspule, sowie das Spleißen und Tauchlöten der Leitungen beinhaltet. Prozessschritt 308 umfasst generell die Vorbereitung und das Anbringen des Trägerelements auf einer Aufspannvorrichtung, wobei die Spulen, die im Prozessschritt 302 vorbereitet wurden, installiert und die Spulenleitungen und Verbindungsdrähte innerhalb der Kanäle oder Kerben des Trägerelements geführt werden. Nachdem der vorgeformte Leadframes an dem in Prozessschritt 310 vorbereiteten Trägerelement befestigt ist, wird das Trägerelement vor dem Spritzpressen innerhalb des Endes gemäß Prozessschritt 312 weiter behandelt (z. B. gesäubert, geprüft, mit Lötmittel versehen und gelötet). Daraufhin wird das Markieren und Trimmen der Verbindungsstücke des Leadframes sowie das elektrische Testen ausgeführt, und dann werden die ersten und zweiten elektrischen Leitungen gemäß Prozessschritt 314 geformt. Das komplette Ende wird dann in Prozessschritt 316 in die Hülse eingeführt, woraufhin die letzten Prüfungen und Tests des zusammengebauten Steckverbinders durchgeführt werden.

Claims

Mikroelektronischer Steckverbinderaufbau, umfassend: einen ersten Steckverbinderkörper (102), der einen Hohlraum (162) aufweist, um darin einen modularen Stecker aufzunehmen; eine Öffnung (164), die mit dem Hohlraum verbunden ist; einen zweiten Steckverbinderkörper (104), der mit dem ersten Steckverbinderkörper zusammensteckbar ist, wobei der zweite Steckverbinderkörper mindestens einen elektrischen Anschlussdraht (108) enthält; wobei der mikroelektronische Steckverbinderaufbau dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste Steckverbinderkörper mindestens ein Konturelement, eine Kerbe oder eine Vertiefung (140) innerhalb des Hohlraums enthält und dass der wenigstens eine elektrische Anschlussdraht eine Biegung mit einem Querschnittsprofil aufweist, die dem Konturelement, der Kerbe oder der Vertiefung ähnlich ist, wobei der elektrische Anschlussdraht zumindest teilweise durch die Öffnung in den Hohlraum eingeführt ist, so dass die Biegung mit dem Konturelement, der Kerbe oder der Vertiefung zusammenwirkt, um den wenigstens einen elektrischen Anschlussdraht in dem Hohlraum vorzuspannen, und um den wenigstens einen elektrischen Anschlussdraht in Kontakt mit dem modularen Stecker zu halten.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der modulare Stecker ein modularer Stecker des Typs RJ ist.
Aufbau nach Anspruch 2, wobei der modulare Stecker ein RJ 45 Stecker ist.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der erste Steckverbinderkörper ein Polymer enthält.
Aufbau nach Anspruch 4, wobei der erste Steckverbinderkörper spritzgegossen ist.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei das Konturelement in einem Stück mit dem ersten Steckverbinderkörper gegossen ist.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Biegung mindestens zwei einzelne Biegungen umfasst, die sich in benachbarten Bereichen des elektrischen Anschlussdrahts befinden.
Aufbau nach Anspruch 7, wobei die einzelnen Biegungen umfassen: – eine erste Biegung (118) mit einem Querschnittsprofil, das im Wesentlichen dem des Konturelements ähnlich ist; und, – eine zweite Biegung (120), die im Querschnitt halbrund ist, wobei die erste Biegung und die zweite Biegung derart zusammenwirken, dass das distale Ende des elektrischen Anschlussdrahts innerhalb des Hohlraums und in einer Winkelbeziehung zur zweiten Außenoberfläche des ersten Steckverbinderkörpers gehalten wird.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der erste Steckverbinderkörper und der zweite Steckverbinderkörper mit Hilfe einer Einschnapp-Verrastung zusammengesteckt sind.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der erste Steckverbinderkörper mindestens einen Mechanismus (178) für die Befestigung des Steckverbinders an einem weiteren Bauteil umfasst.
Aufbau nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Mechanismus ein Stift mit einem geteilten Ende ist, der eine Aufnahme aufweist.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der zweite Steckverbinderkörper mindestens ein elektrisches Bauteil (106) umfasst.
Aufbau nach Anspruch 12, wobei das elektrische Bauteil ein magnetisches Bauteil ist.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der zweite Steckverbinderkörper ein Trägerelement (112) umfasst.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei der Steckverbinder weiterhin mindestens ein Befestigungselement für die Befestigung des Steckverbinders an einer externen Vorrichtung umfasst, welches an dem Steckverbinderkörper angebracht ist und bündig mit mindestens einer der seitlichen Oberflächen des Steckverbinderkörpers verläuft, und wobei benachbarte Befestigungselemente auf benachbarten Steckverbindern von einer Öffnung in der externen Vorrichtung aufgenommen werden können.
Aufbau nach Anspruch 1, wobei das Konturelement weiterhin den elektrischen Anschlussdraht innerhalb des Hohlraums hält.
Aufbau nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Vielzahl von zweiten Anschlussdrähten (110), die elektrisch mit dem elektrischen Bauteil verbunden sind, wobei die zweiten Anschlussdrähte einen elektrischen Pfad definieren, um eine elektrische Verbindung von dem mikroelektronischen Steckverbinder zu einer externen Vorrichtung zu ermöglichen.
Aufbau nach Anspruch 17, wobei die externe Vorrichtung eine Leiterplatte ist.
Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Steckverbinders, umfassend: Formen eines ersten Steckverbinderkörpers (102), welcher umfasst: einen Hohlraum (162) zur Aufnahme eines modularen Steckers, wobei der Stecker eine Vielzahl erster elektrischer Anschlussdrähte aufweist, und Formen eines zweiten Steckverbinders (104), welcher umfasst: ein elektrisches Bauteil (106), das im Wesentlichen darin enthalten ist; eine Vielzahl zweiter elektrischer Anschlussdrähte (108), wobei die zweiten Anschlussdrähte elektrisch mit dem elektrischen Bauteil verbunden sind; und Verbinden des zweiten Steckverbinderkörpers mit dem ersten Steckverbinderkörper, wobei die zweiten Anschlussdrähte mindestens teilweise in den Hohlraum eingeführt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: – Formen einer Vielzahl von Konturelementen (140), Kerben oder Vertiefungen, die sich innerhalb des Hohlraums befinden; – Ausbilden eines jeden der zweiten Anschlussdrähte in eine Form im Wesentlichen derart, dass sie beim Zusammenstecken in die jeweils dazugehörigen Konturelemente, Kerben oder Vertiefungen des ersten Steckverbinderkörpers einrasten, wobei die Anschlussdrähte eine Biegung mit einem Querschnittsprofil aufweisen, die dem des dazugehörigen Konturelements, der Kerbe oder der Vertiefung ähnlich ist, so dass die Biegung eines jeden der zweiten Anschlussdrähte mit dem jeweils dazugehörigen Konturelement, der Kerbe oder der Vertiefung zusammenwirkt, um die zweiten Anschlussdrähte nach dem Zusammenstecken in dem Hohlraum vorzuspannen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der zweiten Anschlussdrähte in eine Form umfasst: Formen einer ersten Biegung (118) mit einem Querschnittsprofil, das im Wesentlichen dem des dazugehörigen Konturelements, der Kerbe oder der Vertiefung ähnlich ist. Formen einer zweiten Biegung (120), die im Wesentlichen im Querschnitt halbrund ist, wobei die erste Biegung und die zweite Biegung derart zusammenwirken, dass das distale Ende der elektrischen Anschlussdrähte innerhalb des Hohlraums und in einer Winkelbeziehung zur zweiten Außenoberfläche des ersten Steckverbinderkörpers gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Formen der ersten Biegung das Formen von Biegungen zwischen 15 und 45 Grad in einer Richtung weg von dem dazugehörigen Konturelement, der Kerbe oder der Vertiefung umfasst, gefolgt von einer entgegengesetzten Biegung zwischen 45 und 120 Grad und einem Radius ungleich Null, und wobei das Formen der zweiten Biegung das Formen von einer im Wesentlichen runden Biegung zwischen 180 und 230 Grad in der entgegen gesetzten Richtung zu der entgegengesetzten Biegung der ersten Biegung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der zweiten Anschlussdrähte weiterhin das Formen der zweiten Anschlussdrähte und der Konturelemente, der Kerben oder der Vertiefungen umfasst, so dass die zweiten Anschlussdrähte und die Konturelemente, die Kerben oder die Vertiefungen in einer Anordnung derart zusammenwirken, dass die zweiten Anschlussdrähte in Kontakt mit den ersten Anschlussdrähten des modularen Steckers gehalten werden, wenn der Stecker in den Hohlraum gesteckt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Formen des ersten Steckverbinderkörpers das Verwenden eines Spritzgussverfahrens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Formen des zweiten Steckverbinderkörpers das Verwenden eines Spritzgussverfahrens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Formen des zweiten Steckverbinderkörpers das Formen eines Trägerelements umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der modulare Stecker ein modularer Stecker vom Typ RJ ist.