JP6666277B2 - 直接バックプレーンコネクタ - Google Patents

Description

関連出願
本願は、２０１３年７月２３日出願の米国仮特許出願第６１／８５７，５１３号に対する優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、回路基板上に取り付けられるコネクタの分野に関し、より具体的には、バックプレーン用途における使用に好適なコネクタに関する。

バックプレーンに好適なコネクタは、しばしば、それらの環境に特化される。バックプレーンコネクタは、高信号周波数を有するデータチャネルを支持しつつ、合理的に高密度（時折、１インチあたりのピン数（ｐｉｎｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）と称される）を有する必要がある。これらの相反する要件は、特にチャネルが（ＮＲＺ符号化で）２０Ｇｂｐｓ以上のデータ速度を支持しなければならない用途のためのバックプレーンコネクタを設計することを困難にする。

直角、ミッドプレーン、およびメザニン式コネクタを含む様々なコネクタの構成が可能であるが、このようなコネクタの１つの共通の用途として、直交ミッドプレーン用途が既知である。本願は、ドーターカードが、主基板と比べて、直交配向される観念に関する。かつて、このような用途において、ドーターカードと主基板との間の接続を構築する助けとなるようにミッドプレーン基板の使用を必要とした。例えば、ドーターカードが直角コネクタを有し、主基板が直角コネクタを有し、主基板およびドーターカードは、主基板の２つの面がドーターカードに対して９０度回転されるように配向されることが可能であった。ミッドプレーン回路基板は、主基板およびドーターカードの両方から９０度で位置付けられ、ミッドプレーンは、ミッドプレーンの両側にヘッダーコネクタを含むことが可能であった。したがって、対応するヘッダーは、ドーターカードと主基板との間の接続を構築する助けとなるように対応する直角コネクタに係合することが可能であった。当該技術分野では既知のように、ヘッダー内の端子は、電気がミッドプレーン基板を適切に通過できるように、ミッドプレーン基板上の同じビアを共有することが可能であった。

特定の用途においてミッドプレーン基板が望ましくないことが確認されている。ある問題は、ミッドプレーン基板の存在が、得られる装置内の空気流の管理をより複雑にすることである。別の問題は、第１の直角コネクタ、ヘッダー、ミッドプレーン基板、他のヘッダー、および第２の直角コネクタを通るインピーダンスを一定に維持することが困難であることである。したがって、得られるインピーダンスの断絶は、チャネルにおける著しい損失を招く傾向にあった。インピーダンスの断絶を低下させつつ必要な配向変更を構築する助けとなるアダプタを使用する１つの解決法が使用されており、このような設計例は、２０１２年４月２３日出願の米国特許出願第１３／５０３，５１６号に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、特定の用途において、さらなる改善が必要であると認識されるであろう。

２次コネクタを必要とすることなく、２つの直角コネクタが互いに直接嵌合されるバックプレーンコネクタシステムが開示される。直角コネクタのうちの１つは、嵌合側で９０度回転させるエッジ結合（ｅｄｇｅｄ−ｃｏｕｐｌｅｄ）配列を有する端子を含む。シュラウドは、望ましい電気性能を提供する助けとなり、インピーダンス、および配列で９０度回転させる接点を有する直角コネクタの嵌合側におけるクロストークレベルを維持する助けとなるように提供される。

一実施形態において、コネクタは、複数のウェーハを含み、各ウェーハは、第１の信号端子対および第２の信号端子対を含み、グランド端子が第１の対と第２の対との間に位置付けられ、信号端子対の端子の各々が、尾部、本体、および接点を有し、端子の尾部が、ウェーハ内に配置され、一列に配置され、端子の本体がエッジ結合され、第１の配列で配列されて、グランド端子の本体が２つの信号端子対の本体の間にあるようにし、各信号端子対の接点が遷移を存在させて、接点が第１の配列とは９０度異なる第２の配列でエッジ結合されるようにする。各ウェーハは、グランド端子に電気的に接続される遮蔽体およびウェーハの嵌合側に位置付けられるシュラウドを含み得る。シュラウドは、絶縁性であり、第２の配列で接点を支持する開口部を含み、支持Ｕ字形遮蔽体をさらに含む。Ｕ字形遮蔽体は、グランド端子に電気的に接続されるそれぞれの接点対を部分的に遮蔽するように構成され得る。挿入部は、シュラウド内に位置付けられ、この挿入部は、Ｕ字形遮蔽体をグランド端子および遮蔽体のうちの少なくとも１つに電気的に接続する助けとなり得る。

本発明は、一例として示されるものであり、同様の符号が類似の要素を示す添付の図面において限定されるものではない。

あるコネクタの一実施形態を示す斜視図である。 図１に描写される実施形態を示す簡略版の斜視図である。 図２に描写される実施形態を示す斜視部分分解図である。 線４−４に沿う、図２に描写される実施形態を示す断面の斜視図である。 線５−５に沿う、図２に描写される実施形態を示す断面の斜視図である。 図５に描写される実施形態を示す斜視拡大図である。 図６に描写される実施形態を示す斜視概略図である。 ２つの隣接するウェーハの実施形態を示す部分斜視図である。 図８に描写されるウェーハのうちの１つを示す拡大斜視図である。 ウェーハの実施形態を示す斜視図である。 図１０に描写される実施形態を示す概略斜視図である。 図１１に描写される実施形態を示す別の斜視図である。 図１１に描写される実施形態を示す拡大斜視図である。 差動対を提供するように構成される２つの端子の実施形態を示す遷移領域の斜視図である。 図１４に描写される２つの端子を示す上面図である。 図１５に描写される実施形態を示す正面図である。 図１５に描写される実施形態を示す斜視図である。 Ｕ字形遮蔽体も示す挿入部に挿入されるウェーハの実施形態を示す斜視図である。 図１８に描写される実施形態を示す拡大斜視図である。 線２０−２０に沿う、図１８に描写される実施形態を示す断面の斜視図である。 図２０に描写される実施形態を示す別の斜視図である。 分解された配置での挿入部およびシュラウドの実施形態を示す斜視図である。 図２２に描写される実施形態を示す別の斜視図である。 シュラウドに部分的に組み立てられた挿入部の実施形態を示す断面の斜視図である。 挿入部およびシュラウド内に挿入されるウェーハの実施形態を示す断面の概略斜視図である。 図２５に描写される実施形態を示すさらなる概略斜視図であるが、シュラウドは省略されている。

以下の詳細な説明は、例示的な実施形態を説明するものであり、明確に開示される組み合わせに限定されることを意図しない。よって、別途示されない限り、本明細書に開示される特徴は、簡略化の目的のため別途示されなかったさらなる組み合わせを形成するようにともに組み合わされ得る。

本明細書は、ドーターカードと主基板との間の直接接続を可能にするのに好適なコネクタを提供するように使用され得る多くの特徴を示す。有用な１つの特徴は、嵌合界面に提供される配列での９０度の捻じりまたは回転である。コネクタの本体において、ウェーハは、垂直エッジ結合様式で差動対を支持し、差動対の本体が第１の平面に配列される一方で、接点は、依然としてエッジ結合されているが、第１の平面に直交する第２の平面に配列される。これは、第１の平面にあり、かつ第１の仮想線に沿って延在する第１の配列１２１（例えば、垂直配列）から、第２の平面にあり、かつ第２の仮想線に沿って延在する第２の配列１２２（例えば、水平配列）へのエッジ結合の有益な継続を提供する。第１の配列１２１と第２の配列１２２との間は、最初に本体を折り畳み、その後、接点が適切に配列され得るように端子に角度を付ける遷移領域１２３である。この点については以下にさらに記載される。典型的には、バックプレーンコネクタに好適であろう程度に小型の嵌合界面でこのような配向変更を行うことは困難である。しかしながら、出願人らは、打抜きされ形成された接点を有する端子を使用すること、および垂直配列から水平配列に移行しながら（支持回路基板に対して垂直および水平配列である）望ましい電気性能を提供するように、端子の配向を変えるように使用される特徴が慎重に制御される（および潜在的にある程度互いに鏡像である）ことを確実にすることが可能であると判断した。

嵌合界面が小型であるという性質および信号端子遷移を（９０度回転を提供するように）垂直配置から水平配置にさせる必要性のため、従来のグランド端子接点のための空間が存在しない。したがって、グランド端子８０は、それらの間に直接電気的接続を提供するようにＵ字形遮蔽体１０５に係合し得る接点を有しない（Ｕ字形遮蔽体１０５が嵌合コネクタのグランド端子接点に係合することが理解されている）。通常、高データ速度で機能することが想定されているシステムにおいて、このような省略は、嵌合コネクタ間のグランド端子における中断が実質的なリフレクションを引き起こすため、コネクタシステムが機能することを阻止するであろう。このようなシステム中断の発生を阻止するため、挿入部３０は、シュラウド２０内に設置される。挿入部３０は、グランド端子８０をＵ字形遮蔽体１０５に電気的に接続する助けとなる導電性表面３６を含む。挿入部３０は、グランド端子８０をＵ字形遮蔽体に直接接続することができ、そうでなければ、遮蔽体がグランド端子に電気的に接続される間に、挿入部は、遮蔽体をＵ字形遮蔽体に接続することができる。したがって、挿入部は、接続が直接的なものでない場合（例えば、１つ以上の中間構成要素を通過する）であっても、グランド端子とＵ字形遮蔽体との間に電気的接続を提供する。

図を再び参照して、回路基板５に取り付けられたウェーハセット５０の周辺に延在するシュラウド２０を含むコネクタ１０が描写されている。シュラウドは、第１の凹部２２および第２の凹部２３を含む。第１の凹部２２は、嵌合コネクタに係合するように構成される。第２の凹部２３は、ウェーハセット５０に係合するように構成される。シュラウド壁２６は、２つの凹部２２、２３を分ける。ウェーハセット５０の配列を制御する助けとなるように、シュラウドは、ウェーハの部分に係合して適切な配列がウェーハセット５０とシュラウド２０との間になされることを確実にするように構成される配列溝２１ａを含む肩部２１を任意に含んでもよい。

描写されるように、ウェーハセット５０は、互いに対してオフセットされるように構成される２つのウェーハ５１および５２を含む。認識され得るように、ウェーハセットは、２つ以上のウェーハであり得、しばしば、４つ以上のウェーハである。オフセット構成は必要ではないが、隣接するウェーハのオフセットの性質は、良好な電気的分離を提供しつつ、有用なより小型の端子配置を可能にする。描写されるように、各ウェーハ５１、５２は、複数のエッジ結合された信号端子７０を支持する絶縁フレーム５１ａ、５２ａを有し、信号端子の差動対は、例えば、端子７０ａおよび端子７０ｂを含むであろう。このフレームは、各差動対が望ましい様式で機能するように、望ましい様式で個別の端子７０を調整する助けとなるインピーダンス間隙６１を含み得る。端子７０は、従来の材料で形成され得、端子のサイズ（厚さおよび幅）は、システムの所望のインピーダンス（例えば、システムが８５または１００ｏｈｍｓに調整されているかどうか）に依存して様々であり得る。認識され得るように、ウェーハにおいて、差動対は各々、それらがウェーハのどこに位置付けられているかに依存して異なる長さであり得る（ウェーハの最上部のところの端子は、ウェーハの底部のところの端子よりも長いであろう）。信号端子７０は各々、接点７１、７２、本体７３、７４、および尾部７５を含む。認識され得るように、信号端子７０の本体は、平均的な幅を有し、グランド端子８０は、それぞれのウェーハによって提供される差動対を形成する２つの垂直に配置された信号端子の間に位置付けられ、グランド端子の幅は、信号端子の幅よりも広い。

一実施形態において、遮蔽体９０は、ウェーハ５１、５２の１つの側に提供され、遮蔽体９０は、隣接するウェーハの端子対の間の分離を提供する助けとなり、遮蔽体９０が、グランド端子開口部８４に係合するフィンガ９５を用いてグランド端子８０を共有する（ｃｏｍｍｏｎｓ）ため、遮蔽体９０はまた、同じウェーハの端子間のクロストークを低減する助けとなる。さらに性能を改善するためには、（上述のように）隣接するウェーハの信号端子がオフセットされ得る。認識され得るように、遮蔽体９０は、回転した縁部９３によって提供される遮蔽体切り込み部９６を含み、フィンガ９５および遮蔽体切り込み部９６は、グランド端子８０の本体８３に並んで配列される。したがって、切り込み部９６は、グランド端子８０のインピーダンスを管理する助けとなり得る。（以下に論じられるように）遮蔽体９０は、挿入部３０に係合するように構成された接触部分９１、９１’を含む。描写されるように、最上部のグランド端子８０は、遮蔽体９０を越えて延在し、これは、構造的見地から有益であるが、必須ではない。

差動対を形成する信号端子７０の各々は、接点７１、７２を含み、差動対を構成する接点７１は、（本体７３、７４の様に）エッジ結合されるように構成されるが、接点７１、７２は、本体７３、７４よりもより離れた距離で互いに離間されている。水平に配列される接点７１は、絶縁シュラウド２０内に位置付けられる（接点７１は、シュラウド壁２６内の信号チャネル２８を通って延在する）。認識され得るように、このように小型の構成で接点を配置させるだけでは、クロストーク、特により速いデータ速度の見地から、問題となるであろう。クロストークを最小限にするために、Ｕ字形遮蔽体１０５は、接点７１に隣接するシュラウド壁２６のＵ字形チャネル２９内に挿入され得る。Ｕ字形遮蔽体１０５は、好適な合金（銅合金など）で形成され得、嵌合コネクタの嵌合端子（図示されず）を接続するように意図される。認識され得るように、Ｕ字形遮蔽体１０５は、シュラウド壁２６の両側に延在する。

上述のように、嵌合界面が小型であるという性質のため、グランド端子８０は、係合部分８１を有するが、Ｕ字形遮蔽体１０５に係合し得る接点を有さず、それらの間に直接電気的接続を提供するようにならない。Ｕ字形遮蔽体１０５とグランド端子８０との間に電気的接続を提供するために、挿入部３０が提供される。挿入部３０は、挿入成形される基部３１を含むが、基部３１は、導電性領域３６を中に位置付けさせ、導電性領域は、電気的に導電性である。導電性領域３６は、絶縁樹脂と、導電性であるか、または好適なめっき加工プロセスを通して導電性にされ得るかのいずれかの樹脂を用いる２ショット成形を行うことによって提供され得る。当然ながら、単一の樹脂よりも選択的に適用され得るめっき加工も使用され得、めっき加工が望ましい場所に位置付けられてもよい。さらには、所望の場合、当業者は、所望の絶縁および導電性部分を提供するように樹脂に挿入成形され得る端子を設計することができる。したがって、挿入部３０を形成する方法は、限定されることを意図しない。複雑な形状になりやすいことを考慮すると、導電性またはめっき可能のいずれかである第２の樹脂を用いる２ショット成形プロセスが最も効果的な構成であると予想される。

グランド端子８０の係合部分８１は、挿入部３０上の導電性領域３６に直接係合することができる。あるいは、フィンガ９５を介して遮蔽体９０に電気的に接続されるグランド端子８０は、導電性領域３６への任意の直接接続を省略することができる。代わりに、遮蔽体９０は、接触部分９１を用いて導電性領域３６に係合し得る。導電性領域３６がＵ字形遮蔽体１０５に電気的に接続されると、グランド端子８０は、１つまたは２つの中間構造体を介してＵ字形遮蔽体１０５に電気的に接続され得る。

描写される挿入部３０は、シュラウド２０の第２の凹部２３内に位置付けられ、信号端子が挿入部を通って延在するための経路を提供する挿入チャネル３４を含む。上述のように、挿入チャネル３４の部分は、遮蔽体９０（およびそのように構成された場合グランド端子８０）をＵ字形遮蔽体１０５に結合するように動作可能な導電性領域３６を有する。導電性領域３６は、信号端子に接触しない。描写される挿入部３０は、Ｕ字形遮蔽体１０５に係合するノッチ３９（Ｕ字形であり得る）および遮蔽体９０の接触部分９１に係合する係合面３７を含む。導電性領域３６は、ノッチ３９内および係合面３７上に延在し得、したがって、一実施形態において、ノッチ３９および係合面３７の少なくとも一部は、導電性領域３６の一部である。

描写されるように、接点７１（水平配列である）は、挿入部３０内の挿入チャネル３４を通って延在し、挿入部３０に接触することなくシュラウド壁２６の信号チャネル２８によって支持される。したがって、シュラウド２０は、接点７１の位置を制御する助けとなり、それらが確実な様式で嵌合コネクタに係合することができるようにする。Ｕ字形遮蔽体１０５は、Ｕ字形遮蔽体１０５が３つの側で接点７１を少なくとも部分的に包囲するように、Ｕ字形チャネル２９内に位置付けられる。認識され得、いずれかの箇所で論じられ得るように、水平に配列される接点の隣接する列は、ピンフィールドの密度を維持しつつ所望の電気性能を提供するようにオフセットされる。

認識され得るように、信号品位を保ちつつ垂直配列から水平配列に遷移させることは、容易なことではない。描写される実施形態は、第１の方向に（第１の平面内に存在した）端子７０ａの本体７３の最上部を折り畳むが第２の方向に（第１および反対の第２の方向）端子７０ｂの本体７４の底部を折り畳む、鏡像形成動作を使用する。形成動作は、平行だが垂直および水平の両方にオフセットする第１の水平レッジ７６ａおよび第２の水平レッジ７６ｂを提供する。角度を付けたレッジ７７ａは、端子７０ａを第２の平面まで下降させ、接点７１ａは、第２の配列１２２（例えば、水平配列）で第２の平面に沿って延在する。角度を付けたレッジ７７ｂは、端子７０ｂを第２の平面まで上昇させ、接点７１ｂは、第２の配列１２２で第２の平面に沿って延在する。したがって、差動対を形成する端子は、最上部の端子が左下に折り畳まれ、底部の端子が右上に折り畳まれる遷移領域１２３を有する（例えば、差動対を形成する端子は、遷移領域１２３を通って反対側に形成される）。当然ながら、最上部および底部の端子の第１の形態は、描写されているものの反対の方向に折り畳まれ得る（例えば、最上部の端子は、左の代わりに右に折り畳まれ得、底部の端子は、右の代わりに左に折り畳まれ得る）。

上の本開示から認識され得るように、一実施形態において、グランド端子からＵ字形遮蔽体への最も直接的な電気経路は、グランド端子から遮蔽体、その後導電性領域、その後Ｕ字形遮蔽体へのものである。限られた数の嵌合サイクルのため、このような構成が、インピーダンスの大きな変化を伴う問題を回避しつつ、導電性媒体の各々の間に確実な低抵抗性電気的接続を提供する必要があることが想定される。したがって、描写される実施形態は、嵌合側を取り付け側と比較すると、２つの異なる軸を中心とした９０度の回転を提供することができる。

よって、さらに認識され得るように、一実施形態において、複数の信号端子対は、コネクタによって支持され、対の各々は、エッジ結合された（垂直配列であり得る）第１の配列で配置される。信号端子の各々は、接点を含み、グランド端子は、各信号端子対の間に位置付けられ、グランド端子および信号端子は、第１の配列（例えば、第１の平面）で配置される。シュラウドには、第１の凹部が提供され、シュラウドは、接点を支持する。各信号端子対の接点は、第１の凹部においてエッジ結合された第２の配列で配置され得る。認識され得るように、第１の配列は、第２の配列とは９０度異なり得る。Ｕ字形遮蔽体は、シュラウドによって支持され、グランド端子に電気的に接続されるが、Ｕ字形遮蔽体およびグランド端子は、直接物理的に接触していない。一実施形態において、シュラウドは、グランド端子とＵ字形遮蔽体との間の電気的接続を提供する助けとなる挿入部を支持する。

本明細書に提供される本開示は、その好ましい例示的な実施形態に関する特徴を説明する。添付の特許請求の範囲および趣旨内での多数の他の実施形態、修正、および変形が、この開示の再考察から当業者であれば考えられる。

Claims (5)

1. コネクタであって、
   並列に位置付けられ、各々が取り付け側および嵌合側を有する複数のウェーハであって、各ウェーハが第１の信号端子対および第２の信号端子対を含み、グランド端子が前記第１の対と第２の対との間に位置付けられ、前記信号端子対の端子の各々が、尾部、本体、および接点を有し、前記端子の本体が垂直配列で配列されて、前記グランド端子の本体が前記２つの信号端子対の本体間にあるようにし、各信号端子対の接点が嵌合側において水平配列であり、各ウェーハが、前記グランド端子に電気的に接続される遮蔽体をさらに含む、複数のウェーハと、
   該ウェーハの嵌合側に位置付けられるシュラウドであって、絶縁性であり、第１および第２の凹部を画定し、シュラウド壁が２つの凹部間に位置付けられる、シュラウドと、
   前記シュラウド壁に位置付けられ、前記第１の凹部に位置付けられ、前記シュラウド壁を通って延在するそれぞれの接点対を部分的に遮蔽するように構成される複数のＵ字形遮蔽体と、を備え、
   前記遮蔽体と前記Ｕ字形遮蔽体とは電気的に接続されるが直接接続されるものではない、コネクタ。
2. 挿入部が前記第２の凹部に位置付けられ、前記挿入部が前記遮蔽体を前記Ｕ字形遮蔽体の１つに電気的に接続するように構成される、請求項１に記載のコネクタ。
3. 前記Ｕ字形遮蔽体がシュラウド壁を通って延在し、前記挿入部に係合するように構成される、請求項２に記載のコネクタ。
4. 前記Ｕ字形遮蔽体が、それぞれの接点対の３つの側を覆うように構成される、請求項１に記載のコネクタ。
5. コネクタであって、
   並列に位置付けられ、各々が取り付け側および嵌合側を有する複数のウェーハであって、各ウェーハが第１の信号端子対および第２の信号端子対を含み、グランド端子が前記第１の対と第２の対との間に位置付けられ、前記信号端子対の端子の各々が、尾部、本体、および接点を有し、前記端子の本体が垂直配列で配列されて、前記グランド端子の本体が前記２つの信号端子対の本体間にあるようにし、各信号端子対の接点が嵌合側において水平配列であり、各ウェーハが、前記グランド端子に電気的に接続される遮蔽体をさらに含む、複数のウェーハと、
   該ウェーハの嵌合側に位置付けられるシュラウドであって、絶縁性であり、第１および第２の凹部を画定し、シュラウド壁が２つの凹部間に位置付けられる、シュラウドと、
   前記シュラウド壁に位置付けられ、前記第１の凹部に位置付けられ、前記シュラウド壁を通って延在するそれぞれの接点対を部分的に遮蔽するように構成される複数のＵ字形遮蔽体と、を備え、
   挿入部が前記第２の凹部に位置付けられ、前記挿入部が前記遮蔽体を前記Ｕ字形遮蔽体の１つに電気的に接続するように構成され、前記Ｕ字形遮蔽体がシュラウド壁を通って延在し、前記挿入部に係合するように構成される、コネクタ。

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