低串擾和阻抗受控的電連接器的製作方法

2023-04-23 22:31:46

專利名稱：低串擾和阻抗受控的電連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電連接器，更具體地，本發明涉及含控制電串擾和阻抗裝置的電連接器。
背景技術：
在現有技術的電連接器中，隨著互連密度的加大以及觸頭間隔接近於0.025英寸或0.5mm，極其靠近的觸頭增大了觸頭之間強的電串擾耦合的可能性。此外，保持對觸頭之間電特性阻抗控制的設計變得越來越困難。在大多數互連中，成對的插頭/插座觸頭被帶空氣隙的結構塑料包圍，造成了接觸片的機械間隙。如在Fedder的美國專利No.5,046,960中所披露的，可利用這些空氣隙對成對觸頭的特性阻抗給以一些控制。然而，在此之前，沒有利用這些空氣隙以及塑料結構來控制阻抗和串擾，更重要的是，沒有去控制串擾。

發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的問題。
本發明的電連接器包括介質基座；由介質基座承載的金屬插針；以及連接到所述金屬插針的焊片，其中，所述金屬插針包括配合端和與配合端相對的安裝端，所述金屬插針的安裝端具有自由端，以及所述焊片位於與所述金屬插針的所述自由端相鄰。
在本發明的連接器中有第一構件和第二構件，其中每一構件包括金屬觸頭單元和介質基座。每一構件上的金屬觸頭單元從介質基座的垂直方向伸出。兩個金屬觸頭單元連接在一起形成一般稱之為「工字梁」形狀結構。在工字梁結構下的構想是，使用成對觸頭邊緣頂部和底部上經過結構介質到接地的強介質負載以及成對觸頭兩側上經過空氣的較輕負載。保持受控的阻抗以及最大限度減小相鄰觸頭之間耦合(和串擾)，通過這種方式使以上這兩種不同的介質負載保持平衡。這樣一來，在保持受控的阻抗以及較低的上升時間串擾積為百分之一納秒的同時，全部互連線路能夠用於傳輸信號。對於現有的0.05至0.025英寸間隔受控阻抗互連來說，典型的上升時間串擾積值的範圍為2.5-4納秒百分數。
本發明的工字梁結構也有利於用在電纜組中。在這種電纜組內，一個控制支承介質腹板豎直地放在兩個相對的凸緣單元之間。每個凸緣單元從腹板終端豎直地向外伸出，在腹板的相對兩側有鍍金屬信號線。凸緣的兩個相對端面塗敷金屬以形成接地面。兩個或多個這種電纜組可一起使用，使凸緣端面互相毗連，以及導電部分的縱軸互相平行。在整個電纜組的周圍也可以放置絕緣套。
就具有本發明工字梁結構的連接器和電纜組而言，可以相信，在信地(signal-to-ground)比大於1∶1情況下，上升時間串擾積與信號密度無關。
本發明的上述技術方案使得當電連接器的觸頭間隔很近時不會增加串擾，從而解決了現有技術存在的問題。


結合附圖對本發明進一步加以描述，這些附圖是圖1是本發明一個優選實施例連接器的概圖；圖1a是本發明另一個優選實施例連接器的概圖；圖2是本發明另一個優選實施例連接器的概圖；圖3是圖2所示連接器的另一種概圖；圖4是本發明另一個優選實施例連接器的側視圖；
圖5是圖4所示連接器的端視圖；圖6是圖4所示連接器的透視圖；圖7是圖4所示連接器中插座的端視圖；圖8是圖7所示插座的底視圖；圖9是取自圖7中IX-IX直線的橫斷面視圖；圖10是圖4所示本發明優選實施例中插座的端視圖；圖11是圖10所示插座的底視圖；圖12是是取自圖10中XII-XII直線的橫斷面視圖；圖13是圖10所示插座的透視圖；圖14是圖4所示連接器中插頭與插座在插入之前的橫斷面視圖；圖15是取自圖4中XV-XV直線的橫斷面視圖；圖16是圖13中本發明另一個優選實施例連接器的橫斷面視圖；圖17和圖18是以下要描述的比較試驗測試結果曲線圖；圖19是本發明一個優選實施例中電纜組的透視圖；圖20是圖17中圓XVIII內區域的詳圖；圖21是本發明另一個優選實施例中電纜組的橫斷面視圖；圖22是圖17所示電纜組與插座結合使用的側視圖；圖23是取自圖20中XXIII-XXIII置直線的橫斷面視圖；圖24是本發明另一個優選實施例連接器中插頭的頂視圖；圖25是圖24所示插頭的底視圖；圖26是圖24所示插頭的端視圖；圖27是圖24所示插頭的側視圖；圖28是插座的頂視圖，該插座可以與圖24所示本發明一個優選實施例中插頭配合；圖29是圖28所示插座的底視圖；圖30是圖28所示插座的端視圖；圖31是圖28所示插座的側視圖；圖32是取自圖24和圖28中XXXII-XXXII直線的部分橫斷面視圖，這些部分是圖24和圖28所示插頭與插座處在未插入狀態；以及圖33是取自圖24和圖28中XXXIII-XXXIII直線的部分橫斷面視圖，插頭與插座已處在插入狀態。
具體實施例方式
基本的工字梁傳輸結構表示在圖1中。把這種傳輸線結構描述成工字梁是因為，一般用數字10表示的信號導體處在介電常數為ε的兩個水平介質層12與14之間的豎直位置，接地面13和15對稱地放在信號導體的上邊緣和下邊緣。導體的兩側20和22朝著介電常數為ε0的空氣24。在一種連接器的應用中，該導體是由兩段導體26和28構成，或端對端，或面對面銜接。介質層12和14的厚度t1和t2初步控制了傳輸線的特性阻抗，總高度h與介質寬度Wd的縱橫比控制穿透到相鄰觸頭的電磁場。最大限度減少A與B以外耦合的縱橫比近似地等於1，如圖1所示。圖1中曲線30，32，34，36和38是空氣—介質空間的電壓等位線。取一條接近於接地面的等位線，並跟蹤它指向邊界A和B，可以看出，邊界A和，B非常接近於地電位，這意味著邊界A和B是真正的接地面，如果兩個或多個工字梁組件並排放置，組件之間是真正的接地面，組件之間不存在耦合。通常，導體寬度Wc和介質厚度應該小於介質寬度或組件間隔。
給定連接器實際設計中的機械約束，信號導體(閘刀/導板觸頭)寬度與介質厚度的比例關係必須與最佳比例有些偏離，使相鄰信號導體之間存在一些微小耦合。然而，利用基本的工字梁結構為指導的設計比普通方法有較低的串擾。參照圖1a，另一個實施例表示在此圖中，介質用12′和14′表示，其相應的接地面為13′和15′。在此實施例中，導體26′和28′分別從介質層12』和14′伸出，但導體26′與28′是側到側銜接而不是邊到邊銜接。一例用於0.025英寸間隔連接器的實際電路和機械工字梁設計使用8×8密耳導板26″和8×8密耳閘刀28″，當插入時，形成8×16密耳信號觸頭，觸頭的橫斷面表示在圖2中。介質厚度t為12密耳。這種結構的電壓等位線畫在圖3中，其中真正的地在相鄰的觸頭位置，於是，相部觸頭之間存在一些耦合。
參照圖2，工字梁傳輸結構適應於非完全勻稱的多導體系統。信號導體40，42，44，46和48在兩個分別安裝在基座51和53上的水平介質接地面50與52之間沿垂直方向伸展，介質的介電常數為ε。多個導體的側面為空氣間隔54，56，58，60，62和64。
參照圖3，圖中畫出另一個多導體連接器，其中平行導體66，68和70在兩個水平介質接地面72與74之間沿垂直方向伸展，這兩個接地面分別安裝在基座73和75上。多個導體的側面是空氣間隔76，78，80和82，等位線用數字84和86表示。
電連接器具體參照圖4至圖12，本發明連接器通常由數字90表示的插頭和用數字92表示的插座構成。插頭最好包括金屬的插頭外殼94，此外殼有窄的前段96和寬的後段98。前段有頂部100和後部102。寬的後段有頂部104和底部106。插頭還有兩個端面108和110。在前段和後段的頂部有縱向槽112，114，116，118，和119。在這些槽上有開孔120，122，124，126和128。類似地，在前段和後段的底部有縱向槽129，每個槽有開孔130。在頂部還有橫向槽132，在底部有類似的底部橫向槽134。插頭還有後支座136和138。具體參照圖9，可以看出，插頭包含介質單元140，該單元有後向上伸出物142和後向下伸出物144以及主要的向前伸出物146和次要的向前伸出物148。外殼還包括相對放置的向下伸出突出物150和向上伸出突出物152，此兩個突出物有助於介質固定。在插頭頂部的縱向槽內有頂部軸向接地彈簧154，156，158，160和162。在橫向槽內也有頂部橫向接地彈簧164。這個橫向接地彈簧藉助接地彈簧緊固件166，168，170和172固定在外殼上。在縱向接地彈簧的向後終端有頂部接地觸頭176，178，180，182和184。類似地在插頭底部的槽內有底部縱向接地彈簧186，188，190，192和194。在底部橫向槽內有如同頂部橫向接地彈簧的底部橫向接地彈簧196，此彈簧藉助接地彈簧緊固件198，200，202，204和206固定在外殼上。在接地彈簧的向後終端有底部接地觸頭208，210，214和216。插頭還包括一般用數字218表示的金屬接觸部分，它包括前隱藏段220，中間接觸段220和後信號插針224。相鄰的信號插針用226表示。其他的信號插針畫在如圖7中的228，230，232，234和236。這些插針穿過介質中的縫隙238，240，242，244，246，248和250。介質被伸出金屬外殼的鎖252，254，256和258原地鎖住。再具體參照圖9，插頭包括插頭前開孔260以及插頭的上內壁和下內壁262和264。從圖9也可以看出，接地彈簧的凸部266和268穿過縱向槽內的開孔。具體參照圖10至圖12，可以看出，插座最好包括金屬的插座外殼270，它有一窄的前部272和一較寬的後部274。前部有頂邊276和底邊278，後部有頂邊280和底邊282。插座還有相對的兩個端面284和286。在插座的頂部有縱向槽288，290和292。類似地，在底部有縱向槽294，296和298。在頂部也有開孔300，302和304。在底部有幾個開孔306，308和310。插座還包括後支座312和314。具體參照圖12，插座包含一般用數字316表示的介質單元，該單元有後向上伸出物318，後向下伸出物320，主要的向前伸出物322和次要的向前伸出物324。介質的固定藉助向下外殼突出物326和上向外殼內部突出物328與後保持板330。在每一開孔內有連接頂部接地柱334的接地彈簧332。另外的頂部接地柱336和338也用類似的方法固定。底部接地彈簧340連接到接地柱342，其他的接地柱344和346固定到相鄰的類似接地彈簧。具體參照圖12，插座也包括通常用數字348表示的金屬接觸部分，它有前端隱藏部分350，中間接觸部分352和後向的信號插針354。相鄰的信號插針用356表示。這些插針通過縫隙358和360向後伸出。介質還被介質鎖362和364固定在外殼內，插座還包括前開孔365和外殼內表面366。具體參照圖13，這個插座的透視圖更詳細地畫出金屬接觸部分350的結構，展示出多個交替的縱向脊367和縱向槽368，插座的金屬接觸部分218上類似的結構與這些脊和槽嚙合。
具體參照圖14和圖15，此二圖分別表示插頭與插座處在未插入和插入的狀態。可以觀察到，插頭介質部分主要的向前伸出物146與插座介質部分次要的向前伸出物首尾相接。插座介質部分主要的向前伸出伸物與插頭介質部分次要的向前伸出物首尾相接。也可以觀察到，插頭的金屬接觸單元上末端凹口與插座的金屬接觸單元並排對接。插座的金屬接觸單元末端凹口與插頭的金屬接觸單元並排對接。接線外殼的前端與插頭內壁搭合。插頭的接地彈簧與插座的規定前側壁銜接並有電路連通。可以注意到，當插頭外殼與插座外殼在軸向嚙合時，在圖15所示的連接器中，插頭金屬接觸單元和插座金屬接觸單元分別從插頭介質單元和插座介質單元沿軸向向內伸出並互相搭合。也可以注意到，插頭介質單元和插座介質單元分別從插頭金屬接觸單元和插座金屬接觸單元沿軸向向外伸出。
參照圖16，可以看出，本發明另一個實施例的連接器一般包括通常用數字590表示的插頭和通常用數字592表示的插座。插頭包括插頭外殼594，還有插頭接地接觸單元596，插頭接地彈簧598，插頭信號插針600和602，接頭接觸單元606以及介質嵌入物608。插座包括插座外殼610，插座接地接觸單元612，插座接地彈簧614和插座接觸單元616。還提供了對準框架618以及插座信號插針620和622。可以理解，這種配置也具有上述同樣的工字梁結構。
比較試驗按照上述第一個實施例中0.05″間隔按比例放大模型的連接器，在上升時間為351sec條件下測得的近端(NEXT)和遠端(FEXT)串擾表示在圖17中，在NEXT波形中約7％的波谷是來自連接器工字梁段的近端串擾。波谷之前和之後的波峰來自連接器輸入段和輸出段的串擾，由於機械制約，其中工字梁結構不能維持。
在上升時間大於通過連接器的連接器兩倍延遲的範圍內串擾性能相對於其他的連接器系統而言，最好用測得的上升時間串擾積(納秒百分數)與信號密度(信號/英寸)的曲線圖來說明。不同的信號密度對應於連接器中不同的信地比連接。圖18中畫出三種信地比，1∶1，2∶1，全部信號情況下，測得的0.05″間隔按比例放大模型工字梁連接器中上升時間串擾積。由於按比例放大模型的串擾是0.025英寸設計的串擾兩倍，可以容易地推算出0.025英寸間隔單排設計的性能，信號密度為兩倍，串擾為放大模型的1/2。對於雙排設計，信號密度為放大模型的四倍，串擾仍為其1/2。圖18中也畫出單排或雙排0.025英寸間隔連接器推算出的性能，以及在此圖中與此對比的幾個普通連接器性能。0.025英寸間隔工字梁連接器在全部信號情況下的上升時間串擾積為0.75，且遠小於各個高信地比下其他互連的上升時間串擾積。具體參照圖18中0.05英寸間隔模型的曲線，可以看出，上升時間串擾積在信地比大於1∶1情況下與信號密度無關。
電纜組參照圖19和圖20，可以看出，本發明連接器獲得的有益結果也可以在電纜組中得到，就是說，介質也可以擠壓成工字梁形狀，導體可放在工字梁的腹板和水平凸緣上，以獲得上述的低串擾。工字梁介質擠壓件用數字369和370表示。每一介質伸出物有腹板371，它放在兩個凸緣372與373上下邊之間的垂直方向位置。凸緣有面朝內的內表面和面朝外的外表面，這內外表面分別有金屬化的上接地面部分374和376以及金屬化的下接地面部分378和380。腹板在其側面也有導電層，工字梁伸出物370有豎直信號線382和384，工字梁伸出物374有豎直信號線386和388。這些豎直信號線和接地面部分最好是金屬製品，如金屬帶。可以理解，每個伸出物上那對豎直金屬部分構成一信號線，與控制阻抗和串擾有關的工字梁結構性質同以上討論本發明連接器的大致相同。具體參照圖20，可以看出，工字梁伸出物上有聯鎖臺階390和392，以保證電纜組中每個工字梁單元對齊。參照圖21，一般用數字394，396和398表示的工字梁單元如上所述是金屬化的，可以隱藏在一般用數字400表示的薄片彈性絕緣外套內。因為工字梁單元有規則的排列成共線陣列，除了在插入埠去掉薄片外套以外，工字梁電纜組能夠直接插入插座而不需要任何電纜夾具。插座可以有接觸導板，它與構成接地金屬和信號金屬的閘刀配合。具體參照圖23，可以看出，一般用數字402表示的插座有信號接觸單元404和406，它們分別與工字梁單元412和414的豎直部分搭合。參照圖22，插座還包括接地接觸單元412和414，它們分別與金屬化的上接地面部分416和418接觸。可以相信，上述電纜組的上升時間串擾積在信地比大於1∶1情況下與信號密度無關。
球柵陣列連接器此處描述的工字梁結構中介質單元和導體單元的布置也適用於球柵陣列型電連接器。用於這種連接器的插頭畫在圖24至圖27中。參照這些附圖，插頭一般用數字420表示。此插頭包括介質基座422，介質外壁424，金屬信號插針426，428，430，432，434，它們排列成多排，並從基座垂直向上伸出。縱向伸出的金屬接地單元或功率單元436，438，440，442，444和446位於信號插針各排之間，並從基座垂直向上伸出。插頭還包括對準安裝插針448和450，插頭在其底部還有多排導電焊片452和454。
參照圖28至圖31，與插頭420相配合的插座一般用數字456表示。此插座包括介質基座458，周邊凹口460和多排金屬插針的插口462，464，466，468和470。金屬接地單元或功率單元的插口472，474，476，478，480和482位於多排插針的插口之間。插座在其底部有對準安裝插針484和486。
可以理解，由於有了工字梁形狀結構的所述電連接器能夠有低的串擾和受控阻抗。
也可以理解，由於有了同樣形狀結構的所述電纜能夠有低的串擾和受控阻抗。
雖然本發明是結合帶各種附圖的優選實施例給以描述的，但是應當明白，可以利用類似的實施例，或對上述實施例提出修正和補充，以完成本發明的相同作用而不偏離本發明。
權利要求
1.一種電連接器，包括介質基座(422)；由介質基座(422)承載的金屬插針(426)；以及連接到所述金屬插針(426)的焊片(452)，其特徵在於，所述金屬插針(426)包括配合端(434)和與配合端(434)相對的安裝端，所述金屬插針(426)的安裝端具有自由端，以及所述焊片(452)位於與所述金屬插針(426)的所述自由端相鄰。
2.按照權利要求1的電連接器，其中，所述金屬插針(426)的安裝端相對於所述金屬插針(426)的所述配合端(434)呈一個角度彎曲。
3.按照權利要求1的電連接器，其中，所述焊片(452)與所述介質基座(422)分隔開。
4.按照權利要求1的電連接器，其中，所述焊片(452)是焊球。
5.按照權利要求1的電連接器，其中，所述焊片延伸超出所述介質基座(422)。
6.按照權利要求1的電連接器，其中，所述金屬插針(426)的配合端(434)延伸超出所述介質基座(422)。
7.按照權利要求1的電連接器，其中，所述金屬插針(426)的自由端與所述介質基座(422)分隔開。
全文摘要
披露一種電連接器，包括介質基座(422)；由介質基座(422)承載的金屬插針(426)；以及連接到所述金屬插針(426)的焊片(452)，其中，所述金屬插針(426)包括配合端(434)和與配合端(434)相對的安裝端，所述金屬插針(426)的安裝端具有自由端，以及所述焊片(452)位於與所述金屬插針(426)的所述自由端相鄰。發現低串擾和受控阻抗來源於利用這種形狀結構。
文檔編號H01B11/12GK1832274SQ20061000509
公開日2006年9月13日 申請日期1996年6月11日 優先權日1995年6月12日
發明者理察·A·埃爾克, 戴維·F·福斯曼 申請人:Fci公司