TWI321873B - High speed connector - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ”本發明係關於電性連接器領域，尤其是關於傳輸高頻信 號之板緣連接器’如：頻率高於400MHZ，甚至2 以上。 此種連接斋亦可包含一形成於終端部位之壓配結構，以便 以非焊接之方式達成與印刷於板上之電路連接。 【先前技術】 在計算機或電信迴路中，經常將與外界連接之介面設計 為匯流排形式，用以傳輸各種資料；硬體上則係做成擴充 插才曰之形式，亦即所稱之板緣連接器，附接於母板，用以 接插；丨面卡、s己憶體…等模組化之子板，以實際達成連接 "面之功。用於連接母板與子板之板緣連帛器，其連接 方式通常為：於母板上做出與連接器連接用之通孔，通孔 内側及通孔周圍鍍覆導電金屬，並將母板上欲連接至匯流 排之線路連接至對應之通孔；將板緣連接器之接腳穿過母 板之通孔並暫行固持於母板上，再利用烊接製程或其他連 接方式將其牢固地固持於母板並與母板達成電性連接。子 板上含有達成介面功能所須之各種電子元件及電路結構， 在與板緣連接器連接之一端做成「金手指」形狀，亦即一 排呈矩形或橢圓形之導電墊，連接至子板之線路。將子板 具有金手指之-側插入板緣連接器之插槽，連接器插槽兩 側為導體之接觸區，該導體之另一端即為連接器谭接於母 板之接腳，金手指與連接器之導體接觸區一一對應接觸， 因此使得母板與子板之線路連通。 110960-981030.doc 1321873 電性連接器主要的功能為完整且正確的傳輸信號，是一 種典型的被動元件。近年來由於計算機中央處理器（cpu) 速度不斷提高’由早期的33MHz、66MHz，到pentium m 500MHz至最近的Pentium IV 3 〇6GHz，連帶地要求提升主 機板與電腦週邊的電子信號傳輸速度，以發揮其應有之處 理速度。信號透過連接器的的傳輸方式，可分為兩種：一 為單端信號（Single-ended)，$ 一為差動信號（嫌咖叫 m〇designal)e所謂的單端信號，為傳輸一個信號於兩個被 連接之電子元件或裝置之間時，僅使用一個導體。差動信 號的傳輸則需要兩個完全相同並且匹配的導體，將信號來 回傳輸於所連接之兩個電子元件或裝置間；在這兩個導、 上所傳輸的差動信號為兩互補的信號，亦即振幅相同而極 性相反（相位差18〇度）。在高頻傳輸環境下，使用差動信號 方式傳輪可得到較佳之電氣性能，容易達成系統所要求的 時序和響應能力，減少系統誤判或丢失部份數據之機會。 因此當板緣連接器實際應用於連接各種介面卡、記⑽組 等至母板上時，多半係運用位於連接器之單侧中之各對導 體（通稱為「端子」）傳輸信號。 雖然採用差動信號傳輸已較單端信號具有較佳之電器特 性…：而對極性相反之差動信號之電氣特性仍受到連接 器設計之影響’例如：導體的材料、形狀、與絕緣材料彼 此間之配置關係_.·等等，尤其目前各種電腦及通訊設備之 積日益縮小，電子連接器之結構亦須愈趨細密，連接器 之導體與導體之間距離縮小，接腳密度提高…等，均使得 110960-98I030.doc 1321873 咼頻造成的問題，如：匹配阻抗（impedance)、串音雜訊（cross talk)傳遞延遲（propagation delay)、衰減（attenuation)、偏 矛夕（skew)及上升時間衰減（γ&衍脱degra(jati〇n)等問題曰 益嚴重。如何以良好的連接器設計而獲得系統所欲之效 能’乃成為今日一困難但須面對之課題。 另方面’將連接器安裝至母板上之一般方式係使用焊 接衣程，雖然焊接設備今日已經很普遍，然而焊接經常出 現之缺陷，如：冷焊、焊料填充不足等問題，以及焊料接 著於板材與連接器接腳之間所必須承受之熱脹冷縮等環境 應力，往往使得焊接後的系統可靠度下降，造成信號傳送 的不穩定’故而於需求高可靠度之系統中，經常捨棄焊接 製程，而改採所謂的「壓配（press_fit)」方式固定連接器至 母板上。另一採用麈配式連接器的原因是，節省焊料與焊 接設備之成本。 「塵配（press-fit)」製程的發展可回溯至196〇年代，係將 連接器導體接腳做出一個截面會與母板的通孔產生干涉之 壓配結構，強行將導體之壓配結構壓入母板之通孔内，由 於通孔内部附著有與線路連通之導電材料，故此時母板之 線路即透過通孔及壓配結構而與連接器電性連接。由於導 體與母板通孔係以干涉配合方式緊固彼此並達成導通，需 要極大的力量才能將每支導體壓入通孔；早期的壓配式連 接器係先將連接器的導體以垂直向下的力量壓入定位至於 基板之通孔，再將絕緣的遮罩罩覆於導體四周。在美國專 刺US 4,619,495中，提及-種特殊設計之高接腳（終端）密度 110960-981030.doc 之板緣型㈣d.edge)連接器，利㈣特殊設計之連接哭導 體結構’辅以與之配合之墨配治具直接施力於導體上之特 定受力Ί將整支組立完成之連接器與基板完成壓配連 接。其提高接腳(終端)密度之方法，係將位於同侧相鄰之導 體接腳分別向相反方向錯位，即：—接腳朝連接器中央而 另一接腳朝向偏位後外側之部位向下伸展，此種方式亦見 於美國專利US 3风166中，而為本發明所採用。然而， US 4,619,495所述之連接器中，其須與壓㈣具配合所做出 之導體形狀極為特殊’ it常須以「下料式」……以沖壓模 具切去金屬板材所需形狀以外之材料…方式做出之導體方 可達成’而k種導體之截面變化太過於不規則，不利於良 好信號之傳輸’尤其是在高頻傳輸之環境。此外，組立時 須對此種特殊設計之連接器製作壓配治具，⑼，拾棄額 外的特殊~具’使板端組立使用者能輕易依照業界標準製 作裝配治具，亦是壓配式連接器之設計要求之一。 【發明内容】 本發月之目的之―’為使板♦連接器所傳輸之差動信號 在高密度接腳且為高頻傳輸環境下仍有良好電氣特性。 本發明之另—目的，係提供-種組立完成後進行壓配之 愚密度接腳之連接器’在無須特殊治具之情形下，讀保壓 配式連接器的终端錢人母板通孔的過程不發生退針或不 當彎曲的情形。 整體而言，本發明為一種提供母板至子板之間連接的連 接器，尤其是用於傳輸高頻訊號之板緣連接器，如：頻率 110960-981030.doc 门於2.0GHz或高於3 〇GHz之系統環境；其包含：一形成有 '數個隔至於内部之遮罩，該隔室用以容納導體，至少一 對導體沿* @ μ嗯罩之一側彼此相鄰置於該隔室中，該導 接觸部位與—終端部位，每對導體之終端部位朝相反 方向折-弓而形成彼此對稱之形狀，以及所有導體的該終端 部位之至夕包括該折彎區域為該遮罩所遮蓋。 ，在貝鉍例中，此種連接器包含一形成於該終端部位之 麈配結構’且該壓配結構較佳係形成—如同縫衣針穿線孔 艮之开v狀、。該終端部位之折彎區域形成一嵌埋於該遮罩内 之略呈水平且較接觸部位略寬之肩部並抵接於該遮罩内之 -擋止件’以便在該連接器壓配人母板時，藉由終端形成 之肩部抵靠於遮罩之擋止件，從而避免導體因承受壓配力 量而退針或變形。 較佳情形為：每對用以傳輸差動信號之導體自該接觸部 位與子板之接觸點至該終端部位連接至印刷於母板上之電 路之連接點所形成之長度為相等，以達成較佳之電氣特性。 【實施方式】 圖式上有 以下將本發明之較佳實施例對照圖式作說明 元件符號，用以代表對應之元件。 如圖1所示，本發明之高頻傳輸連接器12通常呈一長條矩 形，其包含-遮罩26,由絕緣材料所形成，其内部且有複 數個隔室21，以及中央有―長形槽23,該隔室小分布於該 槽23之兩侧，並具有複數個導體38，其被固持於 的隔室21内。 110960-98l030.doc -9· 圖2A為沿圖i之線a_a所示之高頻傳輸連接器i2的橫剖 面，圖2B為沿圖丨之線Β·Β所示之另一橫剖面，圖2a與圖a 所顯示之A-A與B_B兩剖面為沿遮罩26長度方向之兩相鄰 隔室之剖面，其顯示位於遮罩26之槽23兩側之相對兩隔室 内分別有一導體38。 圖3A到3D顯示導體38的形狀與排列。圖3A為將圖丨去除 遮罩26後所清楚呈現之導體38的形狀與排列情形，其中， 該導體38具有—捿觸部位32與—終端部位34，在接觸部位 32與終端部位34交界處有—折f區域，亦即導體38之終端 部位34並非自接觸部位32垂直向下延伸，而μ形成一段 折彎區域後，向接觸部位32之後方或前方偏移一段距離後 再向下延伸。 圖则進一步顯示圖2Α的剖面中，兩相對排列之導體38 t形狀’其中’位於右側導體38之終端部位3错向接觸部 位32之後方偏位，位於左側導體“之終端部位34係向接觸 部位32之前方偏位；圖3C則為圖2B的剖面中，兩相對排列 之導體38形狀’導體38之終端部位34在圖2B中的偏位方式 恰與在圖2A巾之偏位方式相反，亦即如圖職示：位於右 側導體38之終端部位34係向接觸部位32之前方偏位，位於 左側導體38之終端部位3續向接觸部位32之後方偏位；藉 此說明位於槽23兩相對側之隔室21中之導體38之終端部位 34之偏位方向為相反’而沿連接器12之長度方向彼此相鄰 之兩對隔室2!中之導體38’其終端部位34之偏位方式亦為 相反由圖3E中可清楚看出此種前後與左右排終端部位μ 110960-981030.doc 均互相偏位而錯開的情形β因此，導體38與遮罩26組立後， 路出於連接器12底部之所有終端部位34之排列形狀即如圖 所示呈現彼此父錯之菱格狀排列β這種菱格狀排列方 弋使得在與連接斋12之終端部34連接之母板的通孔的安 排上，能以最小的放置元件區域而得到最多連接點的效 果。每是因為這種以連接器的接腳（終端）穿過母板的通孔而 連接的方式，其接腳粗細與通孔大小有其限制，若接腳太 細配合太小之通孔，不但接腳本身強度不足、訊號傳輸不 良，且以焊接或以壓配連接方式結合時，接點之可靠度亦 不足，故必須用足夠強壯的接腳配合適當大小的通孔。這 種情形下H般的方料列式接腳排列，為維持足夠 的通孔與通孔之間的距離，整體通孔排列所佔用母板之表 面積必定較以菱格式排列之通孔佔用之面積為大。因此， 在基板組裝高密度、小型化的趨勢下，採用此種交錯偏位 的終端部位34之形狀有其必要。 本發明之一實施例說明以焊接以外之方式使連接器12組 配至母板上。如圖3Β所示，在終端部位34上之適當位置， 成形一略具彈性之壓配結構35 ,用以與母板之通孔干涉配 合。該壓配結構35形成如缝衣針的穿線孔形狀，該孔周圍 之材料之斷面形狀與母板通孔之周圍干涉，但因其具有彈 性，配合母板之材料本身之彈性，使該壓配結構35的突起 處與母板通孔上之導電墊4緊密相接；但該壓配結構35之形 狀尺寸不至於完全破壞該通孔之導電墊4(如圖5所示），該導 電墊4連接至母板内部之迴路，因此使連接器12與母板迴路 110960-981030.doc 11 1321873 電性連接。前已述及這種壓配方式較焊接方式能達到較佳 且可靠之電氣特性。 不過’使用前述壓配連接方式將連接器壓配入母板時， 因為要讓導體38的终端部位34與母板通孔之間具有足夠的 干涉保持力’故相對地，將終端部位34壓配入通孔内的力 里也需要报大，因此所生的反作用力往往造成導體3 8的終 端部34彎曲變形或者使導體38被向上推出遮罩％外。為解 決此一問題，在導體38的終端部位34上部形成一向兩側的 突起37，如圖3B所示，並在其所在之遮罩％之隔室21的相 對位置處形成一凹陷27,用以容納該突起37,藉由突起37 的上表面抵靠凹陷27内部之一下表面，使導體38在受壓配 之反作用力時，因凹陷27内部之下表面阻止導㈣之突起 37向上移動，而使導體38不至於被推出遮罩％外。此外， 可使該突起37之寬度略大而與該遮罩26之凹陷27而呈干涉 配合，以使導體38固持於遮罩26中的固定位置而不輕易移 動或晃動。 如圖6所示，本發明實際使用之狀態為將載有記憶體或者 其他介面元件的子板5下方的金手指端插入槽23中，連接哭 的終端部位34則以壓配結構35與母板3的通孔連接。導體 38的接觸部位32為-撓性結構，通常係以扁薄板材折彎成 形’當子板5插人槽23時，接觸部位辟性變形，並且實際 接觸點31與料板5之金手指接觸而達成電性^ 則已述及連接斋12係利用壓配結構35與母板電性 接’故母板3與子板5間的電氣信號係在導體㈣接觸點31 110960-981030.doc -12. 1321873 與壓配結構35之間來回傳輸。為了使本發明能符合高頻傳 輸所需之電氣特性，尤其是當信號頻率在2.GGHz甚至 3.0GHZU上時，除了壓配結構乃與母板組配能提高信號傳 輸之品質與可靠度外，因差動信號係大小相同而相位相反 的信號，其傳輸需要兩個匹配的導體，故在連接器沿著槽 23的長度方向上相鄰接的一對導體38的信號傳輸路徑的長 度必須相’且形狀須對稱，若非如此’則兩個差動信號 強度會有強弱不同，進而將影響信號品f。因&，相鄰的 -對導體38自接觸點31域配結之間的長度為相等， 並且其自接觸部32下方銜接折彎部位33處開始之終端部位 3 4之形狀為對稱。

為了使本發明具有更佳的高頻傳輸所需之電氣特性，導 的折彎部位33或者較佳的情形是包括其下的—部份終端 部位34須位於遮罩26之隔室21中，而非露出於遮罩^外 部’藉由絕緣材料的介電常數大於空氣之特性，對導體^ 的信號傳輸路徑提供同等的隔離作用，可減少信號對外的 輻射’使得沿此-信號傳輸路徑上有較強的信號，因此減 少該導體對周圍其他導體的干擾， 進而降低串音值。至於 在槽23兩側相對的導㈣，或者用以接地之㈣，因其非 屬差動故其貫際的信號傳輸路徑無須完全相等或 對稱。 圖7 A與圖7B則為本發明實際佳用 貝155 1史用之立體狀態剖面圖，分 別自遮罩26中彼此相鄰的兩隔室作橫剖面。 圖8與圖9為本發明的連接器用於古 牧55用於呵頻傳輸時，信號的遠 110960-98I030.doc * 13- ^21873 端串音（far end cross talk)測試值。當頻率在2 5GHz以下 時’使用本發明的連接器能使遠端串音值不超過_33dB;當 頻率上升至3.5 GHz時，使用本發明的連接器能使遠端串音 值不超過-29dB。除此之外，使用未發明的連接器，於高頻 傳輸時亦具有較小的差動插入損失（differential inserti〇n loss)與差動反射損失（differentiai return 1〇ss)。 另一實施狀態如圖10A與圖10B所示，導體38有一呈水平 的折彎部位33(圖3B)，該折彎部位33較接觸部位32的寬度 略寬，遮罩26的隔室21内部兩側壁面略突出而形成一擋止 結構25，恰好抵靠住折彎部位33兩側較接觸部位32所寬出 的區域的上平面；此擋止結構25亦得以其他略具撓性之塊 狀物塞入固定於正確位置，而形成抵靠折彎部位33上平面 之結構。此一擋止結構可用以補充凹陷27之功能，亦即阻 擋導體3 8使其不因壓配時之反作用力而向上移動致露出遮 罩26之外部。 以上所述，若在不違背本發明精神的前提下再作修改變 更者’均應说為已涵蓋於本發明所揭露之内容。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明之立體圖。 圖2A為圖1中的A-A剖面立體圖。 圖2B為圖1中的b_b剖面立體圖。 圖3A為為將圖1去除遮罩26後所呈現之導體38的形狀與 排列情形。 圖3B-3E為將圖1去除遮罩26後所呈現一部分之導體38的 110960-981030.doc 形狀與排列情形。 圖4為顯示本發明之連接器之底部狀態之立體圖。 /圖5為本發明之連接器之導體終端部壓配入母板之通孔 後的局部剖面圖。 圖6為本發明之連接器與母板與子板組配後的橫剖面圖。 圖7A-7B為本發明之連接器與母板與子板組配後的橫剖 面立體圖’分別顯不遮罩中相鄰兩隔室内之導體與母板與 子板連接之情形。 圖8與圖9顯示本發明之連接器在不同信號頻率下的遠端 串音測試值。 圖10A與圖10B為本發明之另一實施例之剖面立體圖。 【主要元件符號說明】 3 母板 4 導電墊 5 子板 12 連接器 21 隔室 23 槽 25 播止結構 26 遮罩 27 凹陷 31 接觸點 32 接觸部位 33 折彎部位 110960-981030.doc •15- 1321873 34 35 37 38 終端部位 壓配結構 突起 導體 110960-981030.doc • 16 -

Claims (1)

1. 0月如頁 十、申請專利範圍： 1. 一種板緣連接器，其包含： -形成有複數個隔室於内部之遮罩，該隔室用以容納 導體；以及 至少一對導體，沿該遮罩之一側彼此相鄰置於該隔室 中，該導體具有-接觸部位與—終端部位，每對導體之 終端部位朝相反方向折彎而形成彼此對稱之形狀，以及 所有導體的該終端部位之至少句枯兮4 乂包括該折彎部位為該遮罩 所遮蓋。 2.如請求項1之板緣連接器 構。 其中該終端部位包含一壓配結 成型所形成。 4. 如請求項2之板緣連接器，其中該堡配結構形 眼形狀。 5. 如請求項！之板緣連接器，其中料體中之_部份相鄰成 對之導體其自該接觸部位之接觸點至料端部位與印刷 於板上之電路連接處所形成之長度為相等。 6. 如請求項5之板緣連接器’其中該—部份自該接觸部位之 接觸點至該終端部位與印刷於板上之電路連接處形成之 長度為相等之導體係用以傳輸差動信號。 7·如請求項!或2之板緣連接器’其中該終端部位之折彎部 位形成-❸里於該遮罩内之略呈水平且較接觸部位略寬 之肩部，並抵靠於該遮罩内之一擋止件。 110960-98l030.doc 1321873 8. -種用於傳輸頻率高於2.〇GHz之信號之板緣連接器，其 包括： ~ ' 一形成有複數，室於内部之遮罩，該隔室用以容納 導體；以及 至少一對導體沿該遮罩之-側彼此相鄰置於該隔室 中’該導體具有-接觸部位與—終端部位，每對導體之 終端部位朝相反方向折脊而形成彼此對稱之形狀，以及 所有導體的該終端部位之至少包括該折彎部位為該遮罩 所遮蓋。 9. 如請求項8之板緣連接器，其中該終端部位包含—壓配結 構。 !〇.如請求項8之板緣連接器，纟中該遮罩係由電氣絕緣材料 成型所形成。 η.如請求項9之板緣連接器，其中該壓配結構形成一針的孔 眼形狀。 12·如請求項8之板緣連接器，其中該導體中之—部份相鄰 成對之導體其自該接觸部位之接觸點至該終端部位與印 刷於板上之電路連接處所形成之長度為相等。 13·如請求項12之板緣連接器，其中該—部份自該接觸部位 之接觸點至該終端部位與印刷於板上之電路連接處形成 之長度為相等之導體係用以傳輸差動信號。 14.如請求項8或9之板緣連接器，其中該終端部位之折彎部 位形成一嵌埋於該遮罩内之略呈水平且較接觸部位略寬 之肩部’並抵靠於該遮罩内之一擋止件。 ll〇960-98l〇3〇.d〇c 1321873 15. 一種板緣連接器’其包含： 一形成有複數個隔室於内部之遮罩，該隔室沿著遮罩 之相對側排列成兩排，用以容納導體； 至少一用以容納一被連接之物件之槽，該槽由形成位 於該兩列隔室間之開孔所界定； 至少一對導體沿該遮罩之一側彼此相鄰置於該隔室 中，該導體具有一接觸部位與一終端部位，每對導體之 終端部位朝相反方向折彎而形成彼此對稱之形狀，以及 所有導體的該終端部位之至少包括該折彎部位為該遮罩 所遮蓋。 16. 如請求項15之板緣連接器，其中該終端部位包含—壓配 結構。 17. 如請求項15之板緣連接器，其中該遮罩係由電性絕緣材 料成型所形成。 18. 如請求項16之板緣連接器，其中該壓配結構形成一針之 孔眼形狀。 19. 如請求項15之板緣連接器’其中位於遮罩同一側之導體 自該接觸部位之接觸點至該終端部位與印刷於板上之電 路連接處形成之長度為相等。 2〇·如請求項15或16之板緣連接器，其中該終端部位之折彎 部位形成一嵌埋於該遮罩内之略呈水平且較接觸部位略 寬之肩部，並抵靠於該遮罩内之一撐止件。 21. —種用於傳輸頻率高於2.0GHz之信號之板緣連接器，发 包括： ' 110960-98l030.doc 一形成有複數個隔室於内部之遮罩，該隔室 之相對側排列成兩排，用以容納導體； 至少一用以容納-被連接之物件之槽，該槽由形成位 於該兩列隔室間之開孔所界定； 至少-對導體沿該遮罩之一侧彼此相鄰置於該隔室 中，該導體具有-接觸部位與―終端部位，每對導體之 終端部位朝相反方向折彎而形成彼此對稱之形狀，以及 所有導體的該終端部位之至少包括該折彎部位為該遮 所遮蓋。 '' 22. 23. 24. 25. 26. 如清求項2 1之板緣連接器，其中該終端部位包含一壓配 結構。 如請求項21之板緣連接器，其中該遮罩係由電性絕緣材 料成型所形成。 如請.求項22之板緣連接器，其中該壓配結構形成一針之 孔眼形狀。 如請求項21之板緣連接器，其中位於遮罩同一侧之導體 自該接觸部位之接觸點至該終端部位與印刷於板上之電 路連接處形成之長度為相等。 如請求項21或22之板緣連接器，其中該終端部位之折彎 部位形成一嵌埋於該遮罩内之略呈水平且較接觸部位略 寬之肩部，並抵靠於該遮罩内之一擋止件。 110960-981030.doc