專利名稱：包括具有控制阻抗的電路板的電連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電連接器，其為具有通過連接器傳輸電信號的電路板的形式。
背景技術(shù)：
電連接器用于傳輸信號，電源，接地等等，可包括一個支承連接器的電路板。電路板的電纜終端具有焊盤，電纜的單股線導(dǎo)體被焊接其上。電路板的可分離的連接端具有觸點，并被構(gòu)成為延伸入與主板或其他設(shè)備連接的配合連接器中，觸點墊片與具有配合連接器的彈簧觸點或其他可分離的觸點相配合，在電路板中布線的電路通過連接器傳輸信號。電路的布線橫穿電路板的中心區(qū)域，延伸至電纜和可分離的連接端。
通常，在電路板中提供一單獨的接地平面。連接器的特征阻抗的計算是基于電路板中心區(qū)域的電路布線的尺寸。電路板表面的電路布線與電路板的接地平面之間的距離被選擇為滿足中心區(qū)域電路布線的阻抗要求。但是，電路板的電纜和可分離的連接端可能具有不同的幾何結(jié)構(gòu)，如相對于中心區(qū)域的附加電路布線，因此，可能具有不同的阻抗。同時，當線導(dǎo)體在電纜終端焊接至焊盤時，阻抗也被改變了。因此，雖然中心區(qū)域的阻抗得到了控制，但電路板整體的阻抗是不均勻的。
當在電路板中產(chǎn)生不平衡或不對稱的接地環(huán)境，則信號損耗增加。當高速傳輸時，多種信號特征將會受到負面的影響，如電磁干擾的增強，差動接入損耗的增加，不穩(wěn)定性的增加，因此在AC回路中產(chǎn)生了不匹配，引起共模能量，引起不平衡或共模信號，等等。信號性能的降低在高數(shù)據(jù)傳輸速度時尤為顯著，如超過4Gbps。
因此需要具有改進阻抗控制電路板的電連接器。

發(fā)明內(nèi)容
電連接器包括支承電路板的外殼。電路板具有包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的上表面，以及在第一區(qū)域和第二區(qū)域中延伸的上表面上的電路布線。第一接地平面設(shè)置在電路板中比第一區(qū)域中的電路布線低的第一深度的位置，其被選擇成在第一區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗，第二接地平面設(shè)置在電路板中比第二區(qū)域中的電路布線低的第二深度的位置，其被選擇成在第二區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗。


本發(fā)明將會通過參考相關(guān)附圖的實施例進行說明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙面電路板的上表面；圖2示出了圖1的雙面電路板的底表面；圖3示出了可利用根據(jù)本發(fā)明的電路板的示例性電連接器；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的單面電路板的上表面；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的設(shè)置在單面電路板(圖4)中的多個接地平面，用于控制上表面的不同區(qū)域；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在單面電路板(圖4)中的多個接地平面的可替換的實施例，用于控制上表面的不同區(qū)域；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于控制單面電路板(圖5)的阻抗的可替換實施例的軸側(cè)視圖；圖8示出了可以用來形成根據(jù)本發(fā)明實施例的接地平面的不規(guī)則形狀部分的示例性的不規(guī)則形狀；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的具有四個接地層面配置的雙面電路板的橫截面圖；圖10示出了設(shè)置在圖9的電路板中的第一接地平面；圖11示出了設(shè)置在圖9的電路板中的第二接地平面；圖12示出了設(shè)置在圖9的電路板中的第一底部接地平面；圖13示出了設(shè)置在圖9的電路板中的第二底部接地平面；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有六個接地層配置的雙面電路板(圖1和2)的橫截面圖；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實施例形成的可替換的接地平面。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙面電路板100的上表面122。用于傳輸電信號，接地，供電等的電路布線形成在上表面122上。電路布線包括地線114和信號線116。地線114通過接地通孔108和110(并非所有通孔由項目數(shù)字號標出)電連接到設(shè)置在電路板100中的一個或多個接地平面。一部分信號線116通過信號通孔118和120(并非所有通孔由項目數(shù)字號標出)電連接到電路板100的底表面(圖2)上的信號線。應(yīng)該理解可以采用其他的信號實施方式，如不同數(shù)量的全部電路布線，信號線116，地線114和傳輸電源的布線。僅示例性的，信號線116可被成對配置用于傳輸差分信號對。電路板100具有導(dǎo)向邊緣162和牽引邊緣164，并可被用在一插頭組件中(圖3)。
上表面122可被分為多于一個的邏輯部位，塊或區(qū)域。第一區(qū)域102可以為上表面122中心部位中的包括信號線116的布線部位。預(yù)先，設(shè)置在電路板100中的信號接地平面用以基于第一區(qū)域102中的電路布線控制阻抗。臨近導(dǎo)向邊緣162的第二區(qū)域104可以是一個具有用于接收由絕緣外殼(未示出)保持的彈簧觸點的觸點墊片146的可分離連接部位。臨近牽引邊緣164的第三區(qū)域106可為一具有接收可焊接到其上的導(dǎo)線，連接器和/或設(shè)備的焊盤148的焊盤區(qū)域。觸點和焊盤146和148分別用于指代第二和第三區(qū)域104和106中的電路布線。應(yīng)該理解的是，基于上表面122幾何結(jié)構(gòu)的不同的特定的特征阻抗需求，可定義更多或更少的區(qū)域。所述區(qū)域在形狀上可以是不規(guī)則的，并可在較大的區(qū)域上形成較小的區(qū)域。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的雙面電路板100的底表面136。形成在底表面136上的電路布線被用于傳輸電信號，接地，供電等。電路布線包括地線198和信號線200。地線198通過接地通孔108和110(并非所有通孔由項目數(shù)字號標出)連接到電路板100中的一個或多個接地平面。一部分信號線200通過信號通孔118和120(并非所有通孔通過項數(shù)字標出)連接到電路板100的上表面122上的信號線。
底表面136被邏輯劃分為第一底部區(qū)域206，第二底部區(qū)域208和第三底部區(qū)域210。第一，第二和第三底部區(qū)域206，208和210可具有與上表面122的第一，第二和第三區(qū)域102，104和106相同或不同的尺寸。第一底部區(qū)域206具有底表面136中心部位中的信號線200。臨近導(dǎo)向邊緣162的第二底部區(qū)域208具有接收由絕緣外殼(未示出)保持的彈簧觸點的觸點墊片246，以及臨近牽引邊緣164的第三底部區(qū)域210具有接收可焊接其上的導(dǎo)線，連接器和/或設(shè)備的焊盤248。
根據(jù)本發(fā)明實施例，圖3示出了可利用根據(jù)本發(fā)明的電路板100的示例性電連接器。電連接器可以是具有形成封閉電路板100的外殼45的上殼43和下殼44的插頭組件42。插頭組件42還包括可拆除地安裝在上下殼43和44的閂裝置46。插頭組件42被牢固地安裝在能夠高速傳輸串行數(shù)據(jù)的電纜的端部(未示出)，如四芯電纜等。應(yīng)變消除47被固定在上下殼43和44的后端以保護插頭組件42和電纜之間的互連。閂裝置46可包括一鎖定構(gòu)件139。
在電路板100的牽引邊緣164，電纜中的導(dǎo)線被分別焊接在上和底表面122和136的焊盤148和248上。另外，如當電路板100被用作均衡作用時，元件和/或設(shè)備也可以焊接在焊盤148和248上。
電路板100被保持在外殼45中，從而使得導(dǎo)向邊緣162可插入配合連接器(未示出)的絕緣外殼中。觸點墊片146和246與配合連接器的彈簧觸點摩擦嚙合。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的單面電路板101的上表面172。形成在上表面172上的電路布線被用于傳輸電信號，接地，供電等。但是，在電路板101的底表面上沒有電路布線。電路布線包括地線174和信號線176。地線174通過接地通孔182和184(并非所有通孔由項目數(shù)字號標出)連接到電路板101中的一個或多個接地平面。電路板101具有導(dǎo)向邊緣166和牽引邊緣168，并可被用在插頭組件42中(圖3)。
上表面172可被分為多于一個的如上所述的邏輯部位，塊或區(qū)域。第一區(qū)域186包括上表面172中心部位中的信號線176。臨近導(dǎo)向邊緣166的第二區(qū)域188具有接收配合連接器的彈簧觸點的觸點墊片192，以及臨近牽引邊緣168的第三區(qū)域190具有接收可焊接在焊盤194上的導(dǎo)線，連接器和/或設(shè)備的焊盤194。應(yīng)該理解的是，基于上表面172幾何結(jié)構(gòu)的阻抗需求可以定義更多或更少的不同形狀和大小的區(qū)域。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在單面電路板101(圖4)中配置的多個接地平面，用于控制上表面172上的不同區(qū)域。電路板101被形成為具有四層導(dǎo)電材料，在層與層中間設(shè)置有絕緣材料。示出了第一區(qū)域186，第二區(qū)域188和第三區(qū)域190。
在電路板101的整個不同區(qū)域需要均勻的阻抗，如50ohms。參考圖4，第一區(qū)域186的電路布線的幾何結(jié)構(gòu)或表面積與每個第二和第三區(qū)域188和190中的電路布線的表面積不同。當導(dǎo)線和/或元件連接到焊盤194時，第三區(qū)域190進一步改變。第一，第二和第三區(qū)域186、188和190的幾何結(jié)構(gòu)的不同會導(dǎo)致每個區(qū)域的特定的特征阻抗的不同。例如，第三區(qū)域190與第一區(qū)域186相比具有較高的特征阻抗。因此，相對于上表面172定位在不同距離處的多個接地平面可被用作分別控制第一、第二和第三區(qū)域186、188和190的阻抗。
第一接地平面124被配置在電路板101中在信號線176下面深度為D1的位置，以控制第一區(qū)域186中的信號線176的特征阻抗。深度D1基于在第一區(qū)域186中的至少一個信號線176的表面積和在第一接地平面124和上表面172之間所采用的材料的介電常數(shù)。
第二接地平面128被配置在電路板101中在觸點墊片192下面深度為D2的位置，以控制第二區(qū)域188中的觸點墊片192的特征阻抗。深度D2基于在第二區(qū)域188中的至少一個觸點墊片192的表面積和在第二接地平面128和上表面172之間所采用的材料的介電常數(shù)。第二接地平面128在第一區(qū)域186之下延伸，但不影響第一區(qū)域186?？蛇x的，第二接地平面128可被形成為僅在第二區(qū)域188下延伸或在第一區(qū)域186的一部分的下面延伸。例如，通過不移除不改變阻抗的導(dǎo)電材料，可節(jié)約其成本和時間，如第二接地平面128的一部分在第一區(qū)域186之下延伸?？筛淖兘殡姴牧?dielectricmaterial)以實現(xiàn)電路板101上的電路布線的特定的特征阻抗，由此，可采用多于一種的介電材料。
在第三區(qū)域190，焊盤194與連接到插頭組件42(圖3)的電纜中的導(dǎo)線256電互連。第三接地平面132被配置在焊盤194下面深度為D3的位置，以控制第三區(qū)域190中的焊盤194的特征阻抗。第三接地平面132可在第一區(qū)域和第二區(qū)域186和188之下延伸，并可構(gòu)成電路板101的底表面178。至少一個焊盤194的表面積和在上表面172和第三接地平面132之間所采用的材料的介電常數(shù)被用來確定深度D3。因此，整個電路板101的阻抗通過采用第一，第二和第三接地平面124，128和132被均勻控制，以實現(xiàn)每個第一，第二和第三區(qū)域186，188和190中的信號線176的特定特征阻抗。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在單面電路板101(圖4)中配置的多個接地平面的可替換的實施例，以控制上表面172上的不同區(qū)域。第一，第二和第三接地平面212，214和216被分別配置在第一，第二和第三區(qū)域186，188和190之下。第一接地平面212被配置在第一區(qū)域186之下深度為D4的位置，且不與第二和第三接地平面214和216的任何部分重疊。第二接地平面214被配置在第二區(qū)域188之下深度為D5的位置，且不與第三接地平面216的任何部分重疊，其中第三接地平面216被配置在深度為D6的位置。應(yīng)該注意，也可采用電路板101中各接地平面的其它組合方式。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的控制單面電路板101(圖5)阻抗的可替換實施例的軸側(cè)視圖。第一和第二接地平面124和128被配置在電路板101中，而第三接地平面132沿著底表面178形成。
由于增加附加層和/或復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)以支持額外功能、更高速度的數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋栽诮拥仄矫婧捅砻鎱^(qū)域之間可能不會有充分的分離或深度從而獲得所需要的特征阻抗。因此，區(qū)域中的阻抗通過將接地平面延伸一不規(guī)則形狀區(qū)域從而被進一步控制。在圖7中，第三區(qū)域190的阻抗通過在第三區(qū)域190和第三接地平面132之間將第一接地平面124延伸一接地平面延伸182從而被進一步控制。線138示出了在第一和第三區(qū)域186和190之間的接合處。接地平面延伸182形成一個或多個不規(guī)則形狀140和142。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成接地平面不規(guī)則形狀區(qū)域150的示例性不規(guī)則形狀。不規(guī)則形狀區(qū)域150可從第一接地平面124(如圖7中所示)或第二接地平面128延伸。
一個或多個不規(guī)則形狀152-160在電路板101中于第三區(qū)域190和第三接地平面132之間延伸，并可通過增加或移除諸如銅的材料形成。根據(jù)一個或多個第三區(qū)域190的幾何結(jié)構(gòu)，距離D1，D2和D3(圖5)，所采用材料的介質(zhì)常數(shù)，不規(guī)則形狀152-160的大小、形狀和/或面積可發(fā)生改變。應(yīng)該理解的是，不規(guī)則形狀區(qū)域也可用來進一步控制第二區(qū)域188的阻抗。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙面電路板(圖1和圖2所示)的橫截面圖。在此實施例中，電路板280配置有四個接地層以控制每個上和底表面122和136中的兩個區(qū)域的阻抗。電路板280被形成為具有六層導(dǎo)電材料，每層之間配置有介電材料。如前所述，上表面122被劃分為第一，第二和第三區(qū)域102，104和106。第一和第二接地平面170和180在電路板280中形成以控制上表面122上的電路布線的阻抗。如前所述，底表面136具有第一，第二和第三底部區(qū)域206，208和210。第一和第二底部接地平面220和230在電路板280中形成以控制底表面136的電路布線的阻抗。
根據(jù)本發(fā)明實施例，圖10示出了圖9的電路板280中配置的第一接地平面170。第一接地平面170被配置在離上表面122距離為D7的位置并且在第一區(qū)域102下延伸。深度D7被選擇成為在第一區(qū)域102中的電路布線提供特定的特征阻抗。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9的電路板280中配置的第二接地平面180。第二接地平面180被配置在離上表面122距離為D8的位置并且在第一，第二和第三區(qū)域102，104和106下延伸。深度D8被選擇成為在第三區(qū)域106中的電路布線，焊盤和/或元件提供特定的特征阻抗。第二接地平面180還影響第二區(qū)域104中的電路布線的阻抗，雖然深度D8沒有被優(yōu)化成在第二區(qū)域104中提供電路布線的所期望的特征阻抗。可替換的，深度D8可被選擇成為在第二區(qū)域104中的電路布線提供特定的特征阻抗。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9的電路板280中配置的第一底部接地平面220。第一底部接地平面220被配置為離底表面136高度為E1的位置并在第一底部區(qū)域206之上延伸。高度E1被選擇成為在第一底部區(qū)域206中的電路布線提供特定的特征阻抗。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9的電路板280中配置的第二底部接地平面230。第二底部接地平面230被配置為離底表面136高度為E2的位置并在第一、第二和第三底部區(qū)域206，208和210之上延伸。第二接地平面180(圖11)和第二底部接地平面230在電路板280中相鄰。第二底部接地平面230為第三底部區(qū)域210中的電路布線，焊盤和/或元件提供特定的特征阻抗。第二底部接地平面230還影響第二底部區(qū)域208中的電路布線的阻抗。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有六個接地層配置的雙面電路板282的橫截面圖。電路板282被形成為具有八層導(dǎo)電材料，每層之間配置有介電材料。如前所述，上表面122具有第一，第二和第三區(qū)域102，104和106，底表面136具有第一，第二和第三底部區(qū)域206，208和210。第一，第二和第三接地平面260，262和264被配置為距離上表面122分別為D9，D10和D11的位置并分別為第一，第二和第三區(qū)域102，104和106的電路布線的提供阻抗控制。第一，第二和第三底部接地平面266，268和270被配置為距離底表面136分別為高度E3，E4和E5的位置以分別控制第一，第二和第三底部區(qū)域206，208和210的電路布線的阻抗。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實施例形成的可替換的接地平面240。通過示例，接地平面240可替代電路板280(圖9)中的第一接地平面170和第一底部接地平面220中的一個以進一步分別控制第三區(qū)域106和第三底部區(qū)域210的阻抗。接地平面240具有相應(yīng)于第三區(qū)域106或第三底部區(qū)域210的不規(guī)則形狀區(qū)域242。可選的，區(qū)域250可部分地被移除以形成附加的不規(guī)則形狀區(qū)域，從而進一步控制第二區(qū)域104或第二底部區(qū)域208的阻抗。
權(quán)利要求
1.一種包括保持著電路板(100，101，280)的外殼(45)的電連接器(42)，所述電路板具有包括第一區(qū)域(102，186)和第二區(qū)域(104，188)的上表面(122，172)，在所述上表面上的電路布線(116，176)在第一區(qū)域和第二區(qū)域中延伸，其特征在于第一接地平面(124，212，170，260)被配置于電路板中在第一區(qū)域的電路布線之下距離為第一深度(D1，D4，D7，D9)的位置，其被選擇成在第一區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗，第二接地平面(128，214，180，262)被配置于電路板中在第二區(qū)域的電路布線之下距離為第二深度(D2，D5，D8，D10)的位置，其被選擇成在第二區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗。
2.權(quán)利要求1所述的電連接器，其中第一區(qū)域電路布線的特定特征阻抗基本上與第二區(qū)域電路布線的特定特征阻抗相等。
3.權(quán)利要求1所述的電連接器，其中第一接地平面(212)與第二接地平面(214)的任何部分都不重疊。
4.權(quán)利要求1所述的電連接器，其中上表面包括第三區(qū)域(106)，電路布線在第三區(qū)域中延伸，并且第二接地平面包括不規(guī)則形狀部分(150)，此不規(guī)則形狀部分(150)在第三區(qū)域的電路布線之下延伸。
5.權(quán)利要求1所述的電連接器，其中上表面包括第三區(qū)域(106，190)，電路布線在第三區(qū)域中延伸，第三接地平面(132，216，264)被配置于電路板中在第三區(qū)域的電路布線之下距離為第三深度(D3，D6，D11)的位置，其被選擇成在第三區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗。
6.權(quán)利要求1所述的電連接器，其中電路板(100，282)具有包括第一底部區(qū)域(206)和第二底部區(qū)域(208)的底表面(136)，在底表面上的電路布線(200)在第一和第二底部區(qū)域延伸，其中第一底部接地平面(220，266)被配置于電路板中在第一底部區(qū)域的電路布線之上距離為第一高度(E1，E3)的位置，所述第一高度被選擇成在第一底部區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗，第二底部接地平面(230，268)被配置于電路板中在第二底部區(qū)域的電路布線之上距離為第二高度(E2，E4)的位置，并且所述第二高度被選擇成在第二底部區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗。
7.權(quán)利要求5所述的電連接器，其中電路板(282)具有包括第一底部區(qū)域(206)，第二底部區(qū)域(208)和第三底部區(qū)域(210)的底表面(136)，在底表面上的電路布線(200)在第一，第二和第三底部區(qū)域延伸，其中第一底部接地平面(266)被配置于電路板中在第一底部區(qū)域的電路布線之上距離為第一高度(E3)的位置，所述第一高度被選擇成在第一底部區(qū)域電路中提供電路布線的特定的特征阻抗，第二底部接地平面(268)被配置于電路板中在第二底部區(qū)域的電路布線之上距離為第二高度(E4)的位置，所述第二高度被選擇成在第二底部區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗，第三底部接地平面(270)被配置于電路板中在第三底部區(qū)域的電路布線之上距離為第三高度(E5)的位置，并且所述第三高度被選擇成在第三底部區(qū)域中提供電路布線的特定的特征阻抗。
全文摘要
一種電連接器(42)包括支承電路板(100，101，280)的外殼(45)。電路板具有包括第一區(qū)域(102，186)和第二區(qū)域(104，188)的上表面(122，172)，在上表面的電路布線(116，176)在第一區(qū)域和第二區(qū)域延伸，第一接地平面(124，212，170，260)被配置于電路板中在第一區(qū)域的電路布線之下距離為第一深度(D
文檔編號H01R24/08GK1996677SQ20061006411
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者弗朗西斯·P·莫拉那, 丹尼斯·杜普勒, 查爾斯·亞當斯 申請人:蒂科電子公司