專利名稱：低串?dāng)_和阻抗受控的電連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電連接器，更具體地，本發(fā)明涉及含控制電串?dāng)_和阻抗裝置的電連接器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)的電連接器中，隨著互連密度的加大以及觸頭間隔接近于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?dāng)_耦合的可能性。此外，保持對觸頭之間電特性阻抗控制的設(shè)計變得越來越困難。在大多數(shù)互連中，成對的插頭/插座觸頭被帶空氣隙的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)來控制阻抗和串?dāng)_，更重要的是，沒有去控制串?dāng)_。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。
本發(fā)明的電連接器包括介質(zhì)基座；由介質(zhì)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，以及所述焊片位于與所述金屬插針的所述自由端相鄰。
在本發(fā)明的連接器中有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，其中每一構(gòu)件包括金屬觸頭單元和介質(zhì)基座。每一構(gòu)件上的金屬觸頭單元從介質(zhì)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(jié)構(gòu)。在工字梁結(jié)構(gòu)下的構(gòu)想是，使用成對觸頭邊緣頂部和底部上經(jīng)過結(jié)構(gòu)介質(zhì)到接地的強介質(zhì)負載以及成對觸頭兩側(cè)上經(jīng)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?dāng)_)，通過這種方式使以上這兩種不同的介質(zhì)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?dāng)_積為百分之一納秒的同時，全部互連線路能夠用于傳輸信號。對于現(xiàn)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?dāng)_積值的范圍為2.5-4納秒百分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明的工字梁結(jié)構(gòu)也有利于用在電纜組中。在這種電纜組內(nèi)，一個控制支承介質(zhì)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(cè)有鍍金屬信號線。凸緣的兩個相對端面涂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(dǎo)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(fā)明工字梁結(jié)構(gòu)的連接器和電纜組而言，可以相信，在信地(signal-to-ground)比大于1∶1情況下，上升時間串?dāng)_積與信號密度無關(guān)。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案使得當(dāng)電連接器的觸頭間隔很近時不會增加串?dāng)_，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。


結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步加以描述，這些附圖是圖1是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例連接器的概圖；圖1a是本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例連接器的概圖；圖2是本發(fā)明另一個優(yōu)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(fā)明另一個優(yōu)選實施例連接器的側(cè)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(fā)明優(yōu)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(fā)明另一個優(yōu)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(jié)果曲線圖；圖19是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中電纜組的透視圖；圖20是圖17中圓XVIII內(nèi)區(qū)域的詳圖；圖21是本發(fā)明另一個優(yōu)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(jié)合使用的側(cè)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(fā)明另一個優(yōu)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(cè)視圖；圖28是插座的頂視圖，該插座可以與圖24所示本發(fā)明一個優(yōu)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(cè)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(tài)；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(tài)。
具體實施例方式
基本的工字梁傳輸結(jié)構(gòu)表示在圖1中。把這種傳輸線結(jié)構(gòu)描述成工字梁是因為，一般用數(shù)字10表示的信號導(dǎo)體處在介電常數(shù)為ε的兩個水平介質(zhì)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(dǎo)體的上邊緣和下邊緣。導(dǎo)體的兩側(cè)20和22朝著介電常數(shù)為ε0的空氣24。在一種連接器的應(yīng)用中，該導(dǎo)體是由兩段導(dǎo)體26和28構(gòu)成，或端對端，或面對面銜接。介質(zhì)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(zhì)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于1，如圖1所示。圖1中曲線30，32，34，36和38是空氣—介質(zhì)空間的電壓等位線。取一條接近于接地面的等位線，并跟蹤它指向邊界A和B，可以看出，邊界A和，B非常接近于地電位，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并排放置，組件之間是真正的接地面，組件之間不存在耦合。通常，導(dǎo)體寬度Wc和介質(zhì)厚度應(yīng)該小于介質(zhì)寬度或組件間隔。
給定連接器實際設(shè)計中的機械約束，信號導(dǎo)體(閘刀/導(dǎo)板觸頭)寬度與介質(zhì)厚度的比例關(guān)系必須與最佳比例有些偏離，使相鄰信號導(dǎo)體之間存在一些微小耦合。然而，利用基本的工字梁結(jié)構(gòu)為指導(dǎo)的設(shè)計比普通方法有較低的串?dāng)_。參照圖1a，另一個實施例表示在此圖中，介質(zhì)用12′和14′表示，其相應(yīng)的接地面為13′和15′。在此實施例中，導(dǎo)體26′和28′分別從介質(zhì)層12’和14′伸出，但導(dǎo)體26′與28′是側(cè)到側(cè)銜接而不是邊到邊銜接。一例用于0.025英寸間隔連接器的實際電路和機械工字梁設(shè)計使用8×8密耳導(dǎo)板26″和8×8密耳閘刀28″，當(dāng)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(zhì)厚度t為12密耳。這種結(jié)構(gòu)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，于是，相部觸頭之間存在一些耦合。
參照圖2，工字梁傳輸結(jié)構(gòu)適應(yīng)于非完全勻稱的多導(dǎo)體系統(tǒng)。信號導(dǎo)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(zhì)接地面50與52之間沿垂直方向伸展，介質(zhì)的介電常數(shù)為ε。多個導(dǎo)體的側(cè)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(dǎo)體連接器，其中平行導(dǎo)體66，68和70在兩個水平介質(zhì)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(dǎo)體的側(cè)面是空氣間隔76，78，80和82，等位線用數(shù)字84和86表示。
電連接器具體參照圖4至圖12，本發(fā)明連接器通常由數(shù)字90表示的插頭和用數(shù)字92表示的插座構(gòu)成。插頭最好包括金屬的插頭外殼94，此外殼有窄的前段96和寬的后段98。前段有頂部100和后部102。寬的后段有頂部104和底部106。插頭還有兩個端面108和110。在前段和后段的頂部有縱向槽112，114，116，118，和119。在這些槽上有開孔120，122，124，126和128。類似地，在前段和后段的底部有縱向槽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。插頭還有后支座136和138。具體參照圖9，可以看出，插頭包含介質(zhì)單元140，該單元有后向上伸出物142和后向下伸出物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，此兩個突出物有助于介質(zhì)固定。在插頭頂部的縱向槽內(nèi)有頂部軸向接地彈簧154，156，158，160和162。在橫向槽內(nèi)也有頂部橫向接地彈簧164。這個橫向接地彈簧借助接地彈簧緊固件166，168，170和172固定在外殼上。在縱向接地彈簧的向后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(nèi)有底部縱向接地彈簧186，188，190，192和194。在底部橫向槽內(nèi)有如同頂部橫向接地彈簧的底部橫向接地彈簧196，此彈簧借助接地彈簧緊固件198，200，202，204和206固定在外殼上。在接地彈簧的向后終端有底部接地觸頭208，210，214和216。插頭還包括一般用數(shù)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和后信號插針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(zhì)中的縫隙238，240，242，244，246，248和250。介質(zhì)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(nèi)壁和下內(nèi)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(nèi)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和一較寬的后部274。前部有頂邊276和底邊278，后部有頂邊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。插座還包括后支座312和314。具體參照圖12，插座包含一般用數(shù)字316表示的介質(zhì)單元，該單元有后向上伸出物318，后向下伸出物320，主要的向前伸出物322和次要的向前伸出物324。介質(zhì)的固定借助向下外殼突出物326和上向外殼內(nèi)部突出物328與后保持板330。在每一開孔內(nèi)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(shù)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和后向的信號插針354。相鄰的信號插針用356表示。這些插針通過縫隙358和360向后伸出。介質(zhì)還被介質(zhì)鎖362和364固定在外殼內(nèi)，插座還包括前開孔365和外殼內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(tài)?？梢杂^察到，插頭介質(zhì)部分主要的向前伸出物146與插座介質(zhì)部分次要的向前伸出物首尾相接。插座介質(zhì)部分主要的向前伸出伸物與插頭介質(zhì)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并排對接。插座的金屬接觸單元末端凹口與插頭的金屬接觸單元并排對接。接線外殼的前端與插頭內(nèi)壁搭合。插頭的接地彈簧與插座的規(guī)定前側(cè)壁銜接并有電路連通?？梢宰⒁獾?，當(dāng)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(zhì)單元和插座介質(zhì)單元沿軸向向內(nèi)伸出并互相搭合。也可以注意到，插頭介質(zhì)單元和插座介質(zhì)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(fā)明另一個實施例的連接器一般包括通常用數(shù)字590表示的插頭和通常用數(shù)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(zhì)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(zhǔn)框架618以及插座信號插針620和622?？梢岳斫猓@種配置也具有上述同樣的工字梁結(jié)構(gòu)。
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?dāng)_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?dāng)_。波谷之前和之后的波峰來自連接器輸入段和輸出段的串?dāng)_，由于機械制約，其中工字梁結(jié)構(gòu)不能維持。
在上升時間大于通過連接器的連接器兩倍延遲的范圍內(nèi)串?dāng)_性能相對于其他的連接器系統(tǒng)而言，最好用測得的上升時間串?dāng)_積(納秒百分?jǐn)?shù))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(yīng)于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?dāng)_積。由于按比例放大模型的串?dāng)_是0.025英寸設(shè)計的串?dāng)_兩倍，可以容易地推算出0.025英寸間隔單排設(shè)計的性能，信號密度為兩倍，串?dāng)_為放大模型的1/2。對于雙排設(shè)計，信號密度為放大模型的四倍，串?dāng)_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?dāng)_積為0.75，且遠小于各個高信地比下其他互連的上升時間串?dāng)_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?dāng)_積在信地比大于1∶1情況下與信號密度無關(guān)。
電纜組參照圖19和圖20，可以看出，本發(fā)明連接器獲得的有益結(jié)果也可以在電纜組中得到，就是說，介質(zhì)也可以擠壓成工字梁形狀，導(dǎo)體可放在工字梁的腹板和水平凸緣上，以獲得上述的低串?dāng)_。工字梁介質(zhì)擠壓件用數(shù)字369和370表示。每一介質(zhì)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(nèi)的內(nèi)表面和面朝外的外表面，這內(nèi)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(cè)面也有導(dǎo)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制品，如金屬帶。可以理解，每個伸出物上那對豎直金屬部分構(gòu)成一信號線，與控制阻抗和串?dāng)_有關(guān)的工字梁結(jié)構(gòu)性質(zhì)同以上討論本發(fā)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(lián)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(shù)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(shù)字400表示的薄片彈性絕緣外套內(nèi)。因為工字梁單元有規(guī)則的排列成共線陣列，除了在插入端口去掉薄片外套以外，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(dǎo)板，它與構(gòu)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(shù)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?？梢韵嘈牛鲜鲭娎|組的上升時間串?dāng)_積在信地比大于1∶1情況下與信號密度無關(guān)。
球柵陣列連接器此處描述的工字梁結(jié)構(gòu)中介質(zhì)單元和導(dǎo)體單元的布置也適用于球柵陣列型電連接器。用于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(shù)字420表示。此插頭包括介質(zhì)基座422，介質(zhì)外壁424，金屬信號插針426，428，430，432，434，它們排列成多排，并從基座垂直向上伸出?？v向伸出的金屬接地單元或功率單元436，438，440，442，444和446位于信號插針各排之間，并從基座垂直向上伸出。插頭還包括對準(zhǔn)安裝插針448和450，插頭在其底部還有多排導(dǎo)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(shù)字456表示。此插座包括介質(zhì)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位于多排插針的插口之間。插座在其底部有對準(zhǔn)安裝插針484和486。
可以理解，由于有了工字梁形狀結(jié)構(gòu)的所述電連接器能夠有低的串?dāng)_和受控阻抗。
也可以理解，由于有了同樣形狀結(jié)構(gòu)的所述電纜能夠有低的串?dāng)_和受控阻抗。
雖然本發(fā)明是結(jié)合帶各種附圖的優(yōu)選實施例給以描述的，但是應(yīng)當(dāng)明白，可以利用類似的實施例，或?qū)ι鲜鰧嵤├岢鲂拚脱a充，以完成本發(fā)明的相同作用而不偏離本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種電連接器，包括介質(zhì)基座(422)；由介質(zhì)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)，其特征在于，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)位于與所述金屬插針(426)的所述自由端相鄰。
2.按照權(quán)利要求1的電連接器，其中，所述金屬插針(426)的安裝端相對于所述金屬插針(426)的所述配合端(434)呈一個角度彎曲。
3.按照權(quán)利要求1的電連接器，其中，所述焊片(452)與所述介質(zhì)基座(422)分隔開。
4.按照權(quán)利要求1的電連接器，其中，所述焊片(452)是焊球。
5.按照權(quán)利要求1的電連接器，其中，所述焊片延伸超出所述介質(zhì)基座(422)。
6.按照權(quán)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(zhì)基座(422)。
7.按照權(quán)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(zhì)基座(422)分隔開。
全文摘要
披露一種電連接器，包括介質(zhì)基座(422)；由介質(zhì)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)位于與所述金屬插針(426)的所述自由端相鄰。發(fā)現(xiàn)低串?dāng)_和受控阻抗來源于利用這種形狀結(jié)構(gòu)。
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(yōu)先權(quán)日1995年6月12日
發(fā)明者理查德·A·埃爾克, 戴維·F·福斯曼 申請人:Fci公司