具有集成电力触点的矩阵式连接器的制作方法

xiaoxiao2020-8-1  10

专利名称:具有集成电力触点的矩阵式连接器的制作方法
概括地讲,本发明涉及电子组件,更具体地讲,本发明涉及在电子组件的印刷电路板之间传递信号的电连接器。
电子系统通常用多个印刷电路板组装。这些电路板通常称为“子板”。子板固定在板框中。然后在子板之间完成电连接。
一种传统的方法是用底板连接子板。底板是一块大印刷电路板,在它的上面几乎不连接有源元件(如果有的话也很少)。底板主要包括将信号从一个子板引到另一个子板上的信号迹线。它安装在板框组件的后面,子板从板框的前面插入。子板相互平行并且与底板垂直。
为了安装的简单,子板通过分开的连接器与底板连接。通常用两件电连接器连接子板和底板。一件连接器安装在子板上,另一件连接器安装在底板上。这些连接器相互配合并且建立起很多导电通道。有时在底板上安装滑槽销以引导子板连接器使得与底板连接器正确对齐。
两个连接器中的每个连接器都有触点,当两个连接器配合时这些触点实现电连接。传统的底板连接器具有销或片状的触点,而子板连接器具有塞孔状的触点。在连接器配合时每个销都插入塞孔。
为了制造高速、高密度连接器,通常在连接器上加入屏蔽板。Stokoe等人的美国专利5,993,259体现了一种理想的屏蔽设计,在这里将其引入作为参考。作为这个专利的受让人,Teradyne公司将这种称为VHDM的连接器投放市场并且取得了成功。
互联系统通常在使用信号连接器的同时还需要电力连接器。这样电力可以从底板上传递到子板上从而给子板上的电路供电。Cohen等人在2001年1月25日申请的“晶片化电力连接器”(美国专利申请09/769,867)描述了一种晶片化电力连接器,它适合在有信号连接器的组件中使用,在这里将其引入作为参考。作为这个专利的受让人,Teradyne公司将这种称为GbXTM的连接器投放市场并且取得了成功。
并不是所有的电子组件都使用底板的。一些使用中板。在中板结构中,子板插入板框的前面和后面。另一种称为中板的印刷电路板安装在板框组件的中间。中板与底板很相似,但是它在两侧都有连接器,从而与从组件前面和后面插入的子板连接。
另一种变化称为矩阵式(matrix)结构。在矩阵式结构中,子板从板框的前面和后面插入。但是,从前面插入的板与从后面插入的板垂直。连接器安装在这些电路板的中间连接部分以实现这些电路板的连接。
目前,对一些矩阵式结构不存在合适的高速、高密度连接器。并且不存在可以使矩阵式结构包含电力连接器的连接器系统。

发明内容
在考虑到前面的背景后,本发明的一个目的是为矩阵式结构中的连接系统提供一种电力触点。
本发明的另一个目的是提供一种易于制造的矩阵式连接器。
利用具有两个可互相配合的部件的连接器来实现上面的和其它的目的。每个部件都由多个子组件制造,其中一些子组件适于提供电力连接。在优选实施例中,每个部件都包括信号和电力触点。
在优选实施例中,每个连接器部件都包括电力触点和信号触点,将它们定位以提供一个大致为正方形的元件,允许安装在板上的连接器部件以互相正交的方向配合。
附图的简要说明参考下面的详细描述和附图可以更好地理解本发明,其中附图包括

图1是根据本发明的矩阵式组件的视图;图2是图1中第一种类型的连接器的分解视图;图3是图1中第二种类型的连接器的分解视图;图4A-4D是一系列图,它们说明了图2晶片的制造过程步骤;图5是柔性部分的优选实施例的视图;图6A和6B示出了图4C屏蔽板上部件的其它详细内容;图7A和7B是略图,它们示出了优选实施例的柔性连接的其它详细内容;图8A和8B是略图,它们示出了图3中晶片的其它详细内容;图9是略图,它示出了包含电力触点的两件式矩阵连接器,分解了其中的一个连接器部件;图10是略图,示出了图9中矩阵式连接器的第二部件,其中分解了第二个连接器部件;图11A是略图,以分解视图的形式示出了图10的连接器的电力晶片;和图11B是略图,示出了装配好的图11的电力晶片。
优选实施例的描述图1示出了矩阵式组件100的一部分。组件100包括垂直板110和水平板116。A型连接器安装在板112上,B型连接器安装在板116上。连接器110和116都具有很多信号接点尾线和接地接点尾线230,这些接点尾线电连接到板上或板内的电路迹线上。另外,每个连接器都具有和配合部分232(图2)、832(图8)在一起的导电元件。配合部分所处的位置使得当A型连接器和B型连接器配合在一起时,在板112和板116之间完成许多电路通道。
在示出的例子中,板110和116是传统的印刷电路板,就象在传统的矩阵式组件中所见到的一样。应该理解只是示出了很小的板。在商业化的实际应用中,每个板都会更大而且包含许多电子器件。
还应该理解在矩阵式组件的商业化实施例中,很可能不仅只有两个板。例如,当多个水平板连接到同一个垂直板上时,这种矩阵式组件会更有用。这样垂直板可以在垂直板之间引导电信号。如果在具有多个水平板的同时,矩阵式组件还具有多个垂直板的话,那么这个矩阵式组件可能更有用。这样系统设计者在印刷电路板之间引导信号时会具有非常大的灵活性。
在图1所示的实施例中,A型连接器110包括外壳118和罩120。如下面将要详细描述的,每个连接器由多个子组件或晶片(图3中的310)组成,它们含有信号导体。
外壳118固定晶片的后部。在示出的实施例中,外壳118是绝缘外壳,优选用塑料或其它经常用于制造电连接器的材料制成。
罩120在示出的实施例中也用绝缘材料制成。罩120提供了A型连接器110的配合面。它定位连接器内部的导电元件的触点部分并且保护它们免于受到有形损坏。
罩120还帮助提供“浮动”或“柔性”。罩120还有一些部件,如锥形表面121,在两个连接器配合的时候,它在使罩120和124趋于对齐的方向产生力。下面还要更详细地描述连接器的柔性机理。
与之类似,B型连接器114包括外壳122和罩124。与A型连接器一样,外壳122将晶片(图2中的210)固定在其位置上。罩124也定位并且保护连接器内部的导电元件的触点部分。罩124还设有伸出壁126形成的盖来保护触点部分。
当A型连接器和B型连接器配合时,盖还起到将它们对齐的作用。在示出的实施例中,罩120装配到盖里。当罩120装配到盖内后,A型连接器的触点元件与B型连接器的触点元件对齐。
为了进一步对齐,壁126包括对齐部件128。对齐部件128与罩120上的互补对齐部件配合来帮助引导连接器进入配合位置。优选对齐部件具有如130(图2)那样的锥形表面以在Y方向将连接器的前表面引导到合适的位置。锥形表面132(图2)与配合连接器上互补部件配合以在X方向将连接器引入合适的对齐位置。在示出的实施例中,罩124是柔性的并且通过将配合连接器压入罩124实现将罩124与配合连接器对齐。
在图2的分解视图中示出了B型连接器114。多个晶片210以并排堆叠的形式示出。晶片装配到外壳122内。在示出的实施例中,每个晶片包含如220和222的部件,它们与外壳122内的部件配合以将晶片固定在其位置上。
可以使用多种配合部件。在示出的实施例中,部件220包括与外壳122上的槽221配合的接片。如果需要,部件220还可以包括锁紧元件以防止晶片在装配好后滑出。部件222包括接片、突起或类似的突出物以与外壳122内部的互补开口配合。
每个晶片都包括导电元件。在优选的实施例中,一些导电元件被设计成携带信号。另外的导电元件用来连接地。接地导体也起到屏蔽作用以减少信号导体所携带的信号失真。
导电元件连接到印刷电路板116上。接点尾线230从晶片的底边伸出。在示出的实施例中,接点尾线是压配合触点,它们与印刷电路板表面中的孔配合。
导电元件还包括从晶片210前边伸出的部分。在优选实施例中,信号导体作为配合触点部分232从晶片的前边伸出。在图2中,配合触点部分为示出的片状。但是,应该理解可以使用多种形式的配合触点,如针状,塞孔或梁状。
在优选的实施例中,接地导体是屏蔽板236,它平放在晶片的主表面上。毂238从晶片210上伸出并且穿过板236上的孔,从而将它固定在晶片上。
接地板236包括接点尾线230,它们压配合到印刷电路板116上的接地孔中。接地板236还包括从晶片前边伸出的连接部分。接地板236的前边包括适合与屏蔽板250配合的触点240。
如图2所示,每个晶片210包括一列信号触点。屏蔽板236将一列触点与晶片体中相邻晶片提供的另一列触点屏蔽开。
当并排装配晶片时,信号触点的这些列构成了一个信号导体的长方形阵列。在示出的实施例中,阵列是正方形阵列。每个晶片包含一列14个信号触点,14个晶片并排对齐,从而构成了14行,每行14个触点。
屏蔽板250位于配合触点部分的区域中信号触点的行之间。屏蔽板250电连接屏蔽板236。每个屏蔽板250与每个屏蔽板236上的触点234配合。每个信号导体的大部分长度都邻近一个屏蔽板236或者邻近屏蔽板250。这样,几乎对信号导体的整个长度都提供了屏蔽。
在晶片体和触点部分之间是柔性部分240,将在下面对它们进行详细描述。这些柔性部分允许含有配合触点的晶片部分相对于晶片的后部移动。还应该注意晶片的连接点220和222在后部上。因此,尽管晶片的后部固定在外壳和印刷电路板上,配合触点部分可以相对于板和外壳移动。在优选实施例中,柔性部分调节连接器配合件之间的不对齐。
屏蔽板250装配到罩124中并且用方便的装置固定。例如,屏蔽板250的每个边可以装配到罩124壁上的槽内。但是,在示出的实施例中,罩124具有包括很多开口的底板252。每个屏蔽板250都切有产生缝隙的指状件。每个指状件都通过开口伸入底板252,从而在罩124的壁126所形成的盖内产生配合表面。在示出的实施例中,屏蔽板通过干涉配合牢固地固定在罩上。
配合部分232穿过底板252中的开口伸出。优选开口很小使得它们与配合部分232产生干涉配合以将它们固定在罩124上。与之类似,它们的位置能够在罩124的壁126所形成的盖内提供配合区域。
在优选实施例中,罩124不是刚性地连接到外壳122上。使用一种连接装置用来给罩部分124提供柔性。由于罩部分124具有柔性,在罩124内的配合区域也具有柔性。更为重要地是如果连接器110和114没有对齐,柔性还能允许每个连接器的配合触点能够正确对齐。
在示出的实施例中,通过在罩124上提供连接部件260和在外壳122上提供连接部件262并且和柔性部分240组合在一起提供柔性,以实现在所有导体上的滑动形式的连接。所优选的特殊形式的连接允许罩在图2中的X-Y平面上移动。还优选在示出的Z方向上不允许连接存在柔性。当把连接器部件110和114推在一起进行配合时,希望配合部分在X-Y平面上对齐。希望在Z方向上存在刚性连接从而可以产生足够的配合力。
如上面所描述的,电导体具有刚性连接到印刷电路板116上的部分。它们还有连接到罩124上的部分。但是这两个部分被柔性部分240分开。这样可以通过连接器实现电连接同时还提供保证正确配合所需的柔性。
在图3中以分解视图的形式示出了A型连接器110。连接器包括多个晶片310。与晶片210类似,晶片310包括多个信号导体和一个屏蔽板336。多个接点尾线从晶片的下表面伸出以连接印刷电路板112。
晶片310并排堆叠,它们的主表面平行。晶片固定到外壳118上。晶片310上的连接部件332与外壳118中的槽321配合。与之类似,部件321与外壳118中的其它槽配合。
在示出的实施例中,每个晶片包括14个电隔离的导体,这些导体起到信号导体的作用。14个晶片并排堆叠以构成一个具有相同行数和列数的正方形阵列。与B型连接器114类似,晶片中触点的间距与相邻晶片间的间距相同。因此,尽管A型连接器110中的晶片与B型连接器114中的晶片正交,每个连接器都具有配合界面,其中触点在长方形阵列中,并且触点间距允许导体配合。
晶片310的导体具有在晶片前边延伸的配合部分。在优选实施例中,这些配合部分装配到形成在罩120底表面352上的凹槽中。类似于传统的连接器,罩120内的凹槽可以通过罩120配合面上的开口接近。当连接器110与连接器114配合时,罩120装配到罩124的壁内,使得导体的配合触点部分从连接器110进入到配合区域。信号导体的配合部分从连接器114穿过罩120配合面上的开口并且与连接器110导体的配合触点部分实现电接触。
在示出的实施例中,连接器114的信号导体的配合触点部分是片状。连接器110的信号导体的配合触点部分必须是一种适合与片实现电连接的类型。优选连接器110中的信号导体的配合触点部分包括一个或多个梁,同时梁需要弯曲使得能够产生抵触片的弹性力。优选采用两个彼此分开的梁,它们处于平行位置,能够形成分离梁型触点,这种触点构成连接器110中的信号导体的配合触点部分。
在连接器114中的接地导体的配合触点部分是指状件254。指状件254还提供片状的配合触点部分。从图3中可以看出,屏蔽板336在它们的配合区域也具有指状件354。但是,指状件354并不是完全平的,在它们中间切有梁830(图8)。在示出的实施例中,梁在其两端固定在屏蔽板上,而它的中间部分则弯曲到屏蔽板所在平面之外。这种形式允许梁产生弹性力。
在配合中,一个屏蔽板250上的指状件254将与一个屏蔽板336上的指状件平行并且邻近。梁830产生的弹性力能够在屏蔽板之间产生必要的电连接。这样连接器110中的屏蔽板与连接器114中的屏蔽板实现电连接。
在图4中示出了制造晶片210的过程。图4A示出了引线框410。引线框410通过对一张导体材料冲压形成,这种导体材料就是传统上用来制造电连接器的信号触点的材料。优选采用铜合金。
在冲压引线框410时,留下载带412以便于处理引线框。引线框利用多个系杆414支撑在载带412上。信号导体416通过系杆415连接在一起。系杆415最终被切断而留下多个电分离的信号触点416。系杆414最终被切断以将晶片210与载带分开。
可以看出,每个信号触点都有接点尾线230、配合触点部分232、柔性部分240和位于柔性部分和接点尾线之间的中间部分。
在优选实施例中,在一个较长的导体材料条上同时冲压出多个引线框。引线框利用载带412连在一起并且卷在卷轴上(未示出)。这样就可以加工并且较容易地处理整个晶片210卷轴了。但是,为了简洁,只示出了卷轴的一部分。
一旦将引线框410冲压成需要的形状,就可以使用成型操作了。成型操作产生所有那些在引线框40上但是从制造引线框的那张材料的平面内伸出的部件。成型的精确形状和数量要根据信号触点的设计。在示出的实施例中,配合触点部分232被相对于引线框410的平面弯曲90°角。这个弯曲使得触点部分光滑、平坦的表面与引线框410的平面垂直。在应用中,如果以这个角度弯曲,连接器110的配合触点部分会压紧触点部分232的平坦表面。优选在光滑表面上配合触点。
图4B示出了制造晶片210的另一个步骤。引线框放置在模子中并且绝缘体420模制在信号导体的中间部分周围。绝缘体420将信号导体416锁定在其位置上。它还为晶片210提供机械支撑并且使信号导体绝缘以避免短路。绝缘体420可以采用适当的塑料制成,如那些在传统上用来制造电连接器的塑料。
示出的绝缘体420具有多个毂238,它们模制在其中以备以后连接屏蔽板。模制绝缘体420的表面使得它承接屏蔽板236。
图4B还示出了模制的前绝缘体422,它在信号触点232的近端跨过信号导体。在使用系杆时前绝缘体将信号触点固定在一起。它还为制造工具提供连接点,制工具可以用来将晶片的信号触点部分压进罩124。
图4C示出了连接到晶片210上之前的屏蔽板236。类似于信号触点,从一张导体材料上冲压出多个屏蔽板并且用载带支撑它们。屏蔽板236上冲压出多个孔430以配合毂238。孔430和毂238的定位使得它们支撑邻近绝缘体420的大致为平面的中间部分。
屏蔽板236也冲压出多个柔性部分240,它们从中间部分伸出。在示出的实施例中,在每个屏蔽板236上的柔性部分240的数目与晶片中信号导体的数目大致相同。这个数目的柔性部分提供接地电流的适当流动,还提供适当量的柔性。更多的柔性部分240额外提供更多的屏蔽。
前部分434从柔性部分240伸出。前部分434固定在罩124上。屏蔽触点234形成在前部分434上。
类似于信号触点,可以在冲压后形成屏蔽板236,从而提供那些从用来制造屏蔽板的那张导体材料的平面内伸出的部件。触点部分230也从屏蔽板236的中间部分伸出并且可以形成。
图4D示出了在后面装配阶段的晶片210。屏蔽板236叠放在绝缘体420上。压下屏蔽板使得毂238装配到孔430中。切断系杆414使得晶片210脱离载带412。然后晶片210就可以插入外壳122中了。
除了这里示出的以外,也可以包括其它本领域已知的制造操作。例如,可能希望对信号触点部分232进行压边。另外,对一些触点部分进行镀金可能是有益的。
图5给出了柔性部分240更为详细的视图。可以看出,柔性部分通常是拉长的。但是,在示出的实施例中,柔性部分包括弯曲部以增加柔性。在示出的实施例中包括弯曲部510和512。优选弯曲部510和512在相反的方向弯曲以在X和Y方向提供柔性,而触点不会永久变形,从而给连接器提供了一个自对中特征。弯曲部的数目、大小和形状是可以改变的。但是,优选柔性部分包括光滑弯曲部以提供更好的电性质。另外,曲线部分在Z方向提供了额外的柔性。尽管一般优选罩的配合防止在Z方向上的移动,但是可以在那个方向有允许一些移动的制造公差。
在优选实施例中,柔性部分大约8mm长,用横截面积大约为8平方密耳的材料制成。可以通过增加柔性部分的长度或者增加曲线部分的半径或数目来增加柔性量。与之相反,如果需要减少柔性,可以去掉曲线部分、缩短柔性部分或者使用粗一些的材料。
在图6中给出了屏蔽板236其它部件的详细视图。图6A示出了触点234。触点在前部分434中冲压形成,设有间隙610。在屏蔽板上还冲压出槽612和614,留下梁618和620。
间隙610比屏蔽板250的厚度窄。因此,在把屏蔽板250压进槽610时,梁618和620会向槽612和614变形。但是,梁618和620会产生很大的力抵抗屏蔽板250。优选这个力大到足以在屏蔽板250和屏蔽板236之间形成气体密封。
在图6B中给出了屏蔽板236上的接点尾线230的详细视图。在优选实施例中,接点尾线230包括压配合部分650。接片652将压配合部分650连接到屏蔽板650的中间部分。接片652这时已经从屏蔽板236中间部分的平面中弯曲出来。弯曲部将压配合部分650与信号导体的压配合部分对齐。
图4A示出信号导体的接点尾线成对,每对之间存在间隙。当屏蔽板236安装到晶片210上时,屏蔽板236的每个接点尾线都装配在邻近对的信号导体之间。
在图7中给出了在罩124和外壳122之间的柔性连接的详细视图。在示出的实施例中,连接部件在外壳122的两个相对侧。有三组连接部件260和262被对齐配合。
部件260包括接片716,由于突出部分720的存在它离开罩124的表面714。这种布置在表面714和缘716之间形成槽752。
部件262包括具有后壁712的开口722。缘718伸入到开口722中,与后壁712分开一段距离。这种布置在后壁712和缘718之间形成了槽754。
在优选实施例中,槽752的厚度与缘718的宽度相同,槽750的宽度与接片716的厚度相同。因此,当连接部件260和262配合时,接片716留在槽750中而缘718留在槽752中。它们都不能在Z方向有很大的移动量。
但是,装配不能太紧以至产生干涉配合从而所有移动都不可能。接片716应该能够在槽750内的X-Y方向上滑动,而缘718能够在槽752的X-Y方向滑动。
连接部件262包括挡块以防止罩124滑动得太远以至与外壳122脱离。挡块754防止向图7A中的左向移动过大。挡块756防止向图7A中的右向移动过大。通过使缘718压紧突出部分720限制了向上的移动。当对齐部件260压紧它下面的对齐部件262时就限制了向下的移动。
但是,在配合好的对齐部件的部分剖视图中可以更清楚地示出,在部件260和262之间有足够的活动范围以允许在X-Y平面中的移动。例如,突出部分720制造得足够窄,从而在装配挡块754或756之前能够提供0.5mm的移动。并且槽722足够长从而在缘718与接片716配合之前或者连接部件260与它下面的连接部件262装配之前允许0.5mm的移动。为了提供这个柔性量,柔性部分用长度大约为8mm的材料制成,它的横截面大约8平方密耳。
图8给出了晶片310的详细视图。与晶片210类似,优选首先将含有信号触点的引线框嵌入绝缘体820来制造信号触点子组件,然后制造晶片310。引线框通过对一张导电金属片进行冲压然后形成理想的形状。在示出的实施例中,通过首先冲压出两个梁然后将梁弯曲成能够产生配合所需的弹性力的形状而使得配合触点部分832形成为分离梁型触点。一旦引线框装入绝缘体820就将信号触点切断。
屏蔽板336分开冲压和成型。在优选实施例中,将它连接到绝缘体820上以产生屏蔽的子组件。孔834与毂836配合以将屏蔽板336固定在其位置上。图8A示出了其上连接了屏蔽板的晶片。图8B分别示出了信号触点子组件和屏蔽板。
屏蔽板366还具有冲压形成在其中以形成电连接的部件。接点尾线230连接着接片852。弯曲接片852使得在屏蔽板336安装到绝缘体820上时屏蔽板336的接点尾线230与信号触点的接点尾线对齐。如上面所描述的,接点尾线230用来与印刷电路板中的信号迹线实现电连接。
屏蔽板336还与配合连接器中的屏蔽板250实现电连接。在每个指状件354上冲压出梁830。梁从屏蔽板336的平面内弯曲出来使得当指状件354相对屏蔽板250滑动时,梁830被压向屏蔽板的平面内,从而产生所需要的弹性力以实现配合连接器中的屏蔽板的电连接。
这样,为矩阵式提供了一种易于制造的连接器。晶片化的结构可以应用于两个半连接器。并且连接器是自对齐的,可以校正在制造矩阵式组件所产生的较大的不精确,从而在制造电子系统时利用印刷电路板的矩阵式结构很容易。对于矩阵式组件,自对齐的连接器尤其重要,这是因为任何一个单独结构(如底板和中板)都不提供基准,所很可能板的制造公差导致连接器的不对准。这里的设计示出了即使有1mm的不对准仍然能够配合。
另外,本设计允许对信号触点部分的几乎整个长度实现屏蔽。靠近信号触点的屏蔽能够减少信号导体之间的干扰。这对于控制信号导体的阻抗也很重要。
图9中示出了矩阵式连接器的另一种结构。与上面类似,图9中的矩阵式连接器是两件式连接器。但是,这个连接器包含了电力触点。为了提供更大的载流能力,电力触点比信号触点宽。
图9示出了连接器上同时有信号触点和电力触点的优选实施例。这时,信号和电力都从一个板上传递到另一个板上,但是只使用了给板供电所需要数量的电力触点。连接器中剩下的空间留给信号导体,从而最大化了互联系统的信号密度。
图9示出了一个连接器部件910,因为它与上面示出的A型连接器具有同样的安装取向,所以可以认为它是“A型”连接器。第二个连接器部件920在分解视图中示出,因为它的安装取向与上面描述的B型连接器相同,所以可以认为它是B型连接器。在优选实施例中,连接器部件910和920的尺寸大致与连接器部件110和114的相同。这样,可以很容易地将它们作为只承载信号导体的连接器安装到互联系统中,就象图1-8所示出的那样。
连接器部件920包括外壳922。优选用绝缘材料制造外壳922,例如塑料。优选将外壳模制成理想的形状。
在外壳922中插入多个电力片组件924。片组件的数目依赖于需要通过连接器所传递的电力量。在图9的例子中,每个电力片组件包括4个片,在同样的空间内,每个信号晶片210包括14个信号触点。因此电力片更宽一些,根据装配它们的特定殊形状和材料,载流能力在5-10安培的量级。每个电力片组件924具有四个独立的片-这允许每个组件承载最多四种不同的电压水平。
对本发明来讲,电力片组件924的数目并不重要,优选选择能够对系统所需要的每种电力水平都提供足够的载流能力。但是,电力片组件不填满外壳922,外壳922还包括信号导体。
信号外壳插入件926装配到外壳922中。信号外壳插入件926在晶片连接部件927中接收多个信号晶片928。在示出的实施例中,晶片连接部件是槽,在槽中插入着接片或毂。
信号晶片928与信号晶片210基本类似。优选它们包括同样形式的柔性触点。但是对于每个晶片中信号导体的数目,信号晶片928与信号晶片210不同。信号晶片928的信号导体数目较少,这是为了使它们较小从而可以装配到外壳922中没有被电力片组件924所占据的空间中。
类似于晶片210,信号晶片928包括屏蔽板,屏蔽板包括沿着它们前边、与触点234类似的触点。这些触点允许屏蔽板930连接信号晶片928,其连接形式与屏蔽板250与晶片210连接的形式相同。
罩932安装到连接器部件920的配合端。罩932柔顺地安装到外壳922上,以提供类似于设在124和外壳122之间的柔性。连接部件970与信号外壳插入件926中的连接部件972配合。由于信号外壳插入件连接到信号晶片的后部,而信号晶片又固定在印刷电路板上,所以信号外壳插入件相对于印刷电路板固定。但是,连接部件970和972如上所述至少在X-Y平面内允许一定的柔性。与之类似,罩932上的连接部件974和外壳922上的连接部件976也允许一定的柔性。
为了对齐连接器部件910和920,连接器部件包括对齐部件。接片964装配到凹槽962内。如上所述,这些部件具有锥形表面以引导连接器对齐。连接器外壳的其它表面可以采取类似的锥形方法以引导两个连接器进入对齐位置。
每个电力片组件924包含几个电力片。每个电力片具有后部940。后部包括接点尾线942,它们用来安装到印刷电路板中。在示出的实施例中,每个电力触点具有3个接点尾线,这是为了提供更大的载流能力。在优选的结构中,每个后部都弯曲成直角。
在每个电力片组件924中的电力片的后部940都由系杆944固定。优选系杆944由绝缘材料制成并且可以在电力片上实现插入模制。系杆944将电力片固定在一起并且还提供一种方法使得电力片组件924安装到外壳922上。
每个系杆950包括位于相对端的接片950。接片950滑进外壳922的槽952中。这样每个电力片组件924的前部都固定在外壳中。每个电力片包括一对相对的接片954。每个电力片组件924都插入外壳922直到接片与槽956配合在一起,从而在外壳922中锁紧电力片的后部940。
每个电力片都具有柔性部分946,它们类似于上面所描述的柔性部分240。每个柔性部分946将后部940与配合触点部分948连接在一起。柔性部分946包括一个或多个拉长件。为了提供更大的柔性,拉长件可以是弯曲的,也可以是直的。拉长件的数目依赖与应用的特殊需要,例如必须承载的电流量和所需的柔性量。
配合触点部分948插入罩932的电力触点腔958。在示出的实施例中,配合触点部分形成为与相对连接器的梁配合的垫型触点。每个电力触点腔958具有形成在它侧壁上的槽959。每个配合触点部分948插入到一个槽959中,从而在将每个配合触点部分的一个表面暴露在电力触点腔958中的同时将配合触点部分固定在罩932上。
罩932也包括信号触点腔960。信号触点腔960类似于罩124,但是其尺寸对应于信号晶片928。
在图10以分解视图的形式示出了连接器910。多个晶片固定在外壳1010中。优选外壳1010由塑料等绝缘材料制成。在优选实施例中,外壳用塑料模制成型。
信号和电力晶片都插入到外壳1010中。信号晶片310可以与制造连接器110的信号晶片相同。诸如接片和槽等安装部件将晶片固定在外壳1010中。电力晶片组件1012也固定在外壳1010中。
示出的连接器910有一个两件式罩。信号罩1014具有和罩120相同的形状和功能。它安装到信号晶片310的前部。但是,由于使用了较少的晶片,它具有减少的列数。在图10的例子中,只示出了4列。
电力罩1016承接电力晶片子组件1012的前部。电力罩也连接着外壳1010。突出部分1018与外壳1010中的互补部件配合,并且可以以干涉配合或用夹卡配合的形式配合。
电力罩1016还提供安装信号罩1014的连接位置。电力罩1016的侧壁上有槽1020。信号罩1014的T形接片伸入槽1020中,从而将信号罩1014固定在电力罩1016上。
图11给出了电力子组件1012的详细视图。图11A示出了在示出的实施例中,每个电力晶片子组件1012由两个互补晶片1110和1112以及一个前绝缘体1114构成。
每个电力晶片1110和1112都包括电力导体,优选将它们嵌入绝缘体1120或1122中。每个电力晶片1110和1110中电力导体的数目优选与片子组件944中的片数相同。这样在装配连接器910和920时,每个电力导体都对齐并且装配好。
每个电力导体包括接点尾线1124,它们从绝缘体1120和1122的底表面伸出。与连接器920中的电力子组件类似,优选每个电力触点使用多个接点尾线。在示出的实施例中,每个电力触点使用3个接点尾线,这样可以在载流能力和独立电力导体的数目之间形成较好的协调。
每个电力导体还包括配合触点部分,它们从绝缘体1120和1122的前边伸出。在示出的实施例中,配合触点部分分别在晶片1110和1112上形成为分叉梁1116和1118的形状。每个分叉梁1116和1118都有弯曲部分,这些弯曲部分远离其它晶片弯曲,所述的其它晶片指靠近配合触点部分前边1132的晶片。
绝缘体包括能够使晶片1110和1112锁在一起的部件。图11A示出了从绝缘体1122的一个表面伸出的毂1126。毂1126与绝缘体1120中的互补开口配合。在示出的实施例中,毂1126通过干涉配合将晶片固定在一起。其它的诸如夹卡配合等连接机构也可以用来将晶片固定在一起。
前绝缘体1114装配在配合触点部分1116和1118上。前绝缘体1114包括将晶片1110和1112的配合触点部分分开的中间壁1144。中间壁1144包括接收配合触点部分1118或1116中的一个的槽1140。这样每个配合触点部分都与其它的配合触点部分绝缘。
前绝缘体1114可以用任何方便的方法固定在组件的其它部分上。例如,夹卡配合部件可以将前绝缘体1114固定在绝缘体1120或1122上。或者在分叉梁1116和1118与槽1140之间的干涉配合可以将前绝缘体1114固定在其位置上。
每个槽1140的前端都有缘。每个配合触点部分的前边1132都装配到缘1140的下面,从而提供一个电力晶片子组件的光滑前边。
在图11B中可以更清楚地看出,装配好的电力晶片子组件1012具有向外的每个电力导体的弯曲部分1130。当配合连接器910和920时,1116和1118的配合触点部分将插入到电力触点腔958中,在这里弯曲部分1130将向外压连接器920中电力导体的配合部分948。这样,在两个连接器之间形成了可分离的连接。
在示出的实施例中,每个电力晶片组件1012的宽度大约是信号晶片310的宽度的3倍。因此示出的连接器910具有3个电力晶片组件1012和4个信号晶片310。靠近信号罩1014的电力罩1016的外壁也占据了大约一个晶片的厚度。因此,示出的连接器910具有正方形的配合表面,它的尺寸与连接器110和114的尺寸基本相同。在形成互联系统时,通常优选具有不同结构的连接器占据相同的空间。并且在布置矩阵式互联系统时,优选连接器为正方形。但是,每个连接器910中电力和信号晶片的具体数目以及连接器的尺寸是不确定的,可以选择它们以满足特殊的设计需要。
已经描述了一个实施例,还可以具有很多其它的实施例或者各种改进。例如,板的取向描述为水平和垂直的。这些尺寸只是为了给描述优选实施例提供一个参考框架。在商业化的实施例中,根据电子组件的需要它们可以以多种取向进行安装。还应该理解A型连接器和B型连接器不需要以任何特殊的取向安装在板上。例如,A型和B型连接器的位置可以反向。
晶片也不必象示出的那样固定在外壳中。可以用任何类型的组织方法定位晶片。例如,可以使用具有孔的金属片,孔接收每个晶片的部件。或者可以通过将晶片固定在具有足够刚度的块上以将晶片固定在其位置上。再例如晶片可以利用黏结剂固定在一起。与之类似,如果在应用中接点尾线的机械定位并不重要,可以去掉外壳。
作为另一个例子,应该理解在优选实施例中通过罩124和外壳122的连接部件所提供的在一个平面内的柔性允许在X-Y平面内两个正交方向上的移动。作为一种替代方法,可以在B型连接器中提供只允许在一个方向上具有柔性的连接部件。在A型连接器上可以设有具有类似结构的在正交方向上的柔性,通过将它们组合起来就可以提供在一个平面中的柔性。
示出的屏蔽板在配合区域被分成指状件。在示出的实施例中,屏蔽板上的指状件数目是信号导体的一半。在这种布置中,信号导体以成对的形式邻近屏蔽板指状件。当制造差分连接器时,即一个信号由一对信号导体所携带,这种实施例是有用的。为了进一步增强电连接器的性能,在各个屏蔽板上可以切出狭槽。例如,可以在屏蔽板236中切出狭槽,从而去掉形成一对携带差分信号的信号导体之间的导电材料。与之相反,可以在屏蔽板336上切出狭槽以去掉成对的信号导体之间的导电材料,从而增加由每对所携带的信号之间的电绝缘。
还应该理解所示出的屏蔽板(如236)通过冲压一张金属片制造。也可以通过塑料上的导电层来制造屏蔽板。
另外,示出的触点234具有两个梁,它们压紧屏蔽板250的相对侧。可以制造具有一个梁的电触点,梁压紧屏蔽板的一侧。另外,梁不必在其两端都固定。可以使用悬臂梁。
作为另一个改进,可能想要用比塑料的强度高的材料形成罩124或罩932。由于连接器的对齐是通过强迫连接器连在一起直到罩124或罩932的壁将配合连接器的罩引导进入其位置来实现的,所以在配合过程中可能有很大的力作用在罩的壁上,这取决于连接器中导体的数目和印刷电路板之间的不对齐程度。另一种方法是用阳极化的铝铸成罩124或罩932,或者用其它金属形成这些罩。如果使用导电金属,有必要将信号导体与金属绝缘以避免短路信号导体。可以在底板252中的孔中插入塑料护环或其它的绝缘体以将信号导体与金属绝缘。还可能需要将底板与金属绝缘。
还应该理解示出的对齐部件(如128)的形状和位置只是示例性的。更一般的形式是使用锥形表面,这些锥形表面将迫使连接器部件进入正确的对齐位置。并且对齐部件不必由连接器部件自身形成。可以将分开的对齐结构(如对齐销和孔)安装到连接器的外壳或罩上。
另外,晶片不必要通过在信号触点上模制塑料来制造。另一种方法是将导体嵌入绝缘体,将绝缘体模制在屏蔽板上,在绝缘体中给信号导体留下空间。可以将信号导体压入这些空间内并且连接在绝缘体上。可以通过信号导体上的钩将信号导体连接在绝缘体上。或者可以在导体或绝缘体上包含一些部件以形成干涉配合。或者可以对绝缘体实行过模制以密封信号导体周围的间隙并且将它们固定在绝缘体上。
另外,屏蔽板根本不必连接到信号子组件上。可以构造连接器使得屏蔽板宽松地放置在信号子组件之间。
另一种改进是在相邻的信号导体之间或者屏蔽件和信号导体之间放置绝缘件。例如,可以给屏蔽板336,特别是指状件354涂上绝缘体以防止与信号导体接触。或者可以扩大前绝缘体422使得它包括开口以接收触点部分。因此,不必将触点插入罩124中的开口,开口已经模制在触点的周围,罩124更象一个敞开的框架。
因此,只有所附权利要求的范围和精神才限制本发明。
权利要求
1.一种电连接器,包括a)一个支撑件;b)在支撑件内的多个电力导体,其中电力导体以直角弯曲从而限制出一个长方形区域的两侧;和c)与支撑件连接的多个信号晶片,每个晶片具有多个信号导体,信号晶片互相平行地堆叠在长方形区域内。
2.如权利要求1所述的电连接器,其中支撑件包括一个绝缘外壳。
3.如权利要求2所述的电连接器,其中以多行形式布置电力导体,每行还另外包括一个连接行中电力导体的系杆。
4.如权利要求4所述的电连接器,其中每个系杆由绝缘材料制成并且连接着绝缘外壳。
5.如权利要求1所述的电连接器,其中每个信号导体具有一个从它上面伸出的接点尾线,并且每个电力导体具有至少三个从它上面伸出的接点尾线。
6.权利要求1所述的电连接器,还包括一个绝缘罩,绝缘罩中具有多个腔,多个电力导体中的每个电力导体具有插入到一个腔中的配合触点部分。
7.如权利要求6所述的电连接器,其中每个腔具有相对的侧壁,侧壁上形成有凹槽,配合触点部分插入到凹槽中,留下每个电力导体的配合触点部分的一部分暴露在外面。
8.如权利要求6所述的电连接器,其中绝缘罩通过柔性连接件与支撑件连接。
9.如权利要求1所述的电连接器,它被包含在一个电连接器组件中,电连接器组件包括第二连接器,它适合与第一电连接器配合,第二电连接器包括d)第二支撑件;e)多个平行对齐的电力晶片,每个电力晶片具有一个绝缘外壳并且多个电力导体嵌入其中;和f)多个平行对齐的信号晶片,每个信号晶片具有绝缘外壳并且多个信号触点嵌入其中;g)其中信号晶片和电力晶片平行对齐。
10.如权利要求9所述的电连接器,其中在子组件中布置电力晶片,每个子组件包括两个相邻的电力晶片,每个电力晶片具有从其前沿伸出的配合触点部分,绝缘体放置在相邻晶片的配合触点部分之间。
11.如权利要求9所述的电连接器,它被包含在矩阵式组件中,矩阵式组件包括具有前沿的第一印刷电路板和具有前沿的第二印刷电路板,电连接器连接到第一印刷电路板的前沿并且第二电连接器安装在第二印刷电路板的前沿,第一和第二印刷电路板安装在矩阵式组件中,第一印刷电路板的前沿与第二印刷电路板的前沿正交。
12.一种电连接器组件,包括h)一个第一电连接器,它包括i) 第一支撑件;ii)多个晶片,互相平行地固定在第一支撑件内,每个晶片具有多个信号导体,其中配合触点部分保持在一条线上,每个信号导体具有第一宽度;iii)第一多个电力导体,它们固定在第一支撑件上,每个具有比第一宽度宽的第二宽度,每个所述的电力导体以直角弯曲;和i)第二电连接器,适合与第一电连接器配合,包括i)第二支撑件;ii)第二多个晶片,它们平行固定在支撑件上,每个晶片具有多个信号导体,其中配合触点部分保持在一条线上;iii)第二多个电力导体,它们固定在第二支撑件上,每个所述的电力导体都以直角弯曲。
13.如权利要求12所述的电连接器,其中第一多个晶片将信号导体固定在配合平面内的第一条线上,第二多个晶片将信号导体固定在配合平面的第二条线上,第一条线和第二条线正交。
14.如权利要求12所述的电连接器,其中第一多个电力导体和第二多个电力导体都以分组的方式固定,第一多个电力导体被绝缘件固定在第一多个组中,绝缘件连接电力导体的各个组,在第一多个组中的电力导体具有固定在第一电力触点线上的配合触点部分,第一电力触点线与信号导体配合触点部分的第一条线正交。
15.如权利要求12所述的电连接器,其中第一支撑件包括一个绝缘外壳。
16.如权利要求15所述的电连接器,其中j)每个电力导体具有第一端和第二端,在第一端上有配合触点部分,在第二端安装着接点尾线;和k)绝缘外壳中具有多个槽,每个电力导体第二端的一部分与多个槽中至少一个槽配合。
17.如权利要求15所述的电连接器,其中绝缘外壳包括一个第一部件和一个第二部件,第二部件可滑动地与第一部件配合。
18.一种电连接器,它的类型为包括至少两个在配合平面内配合的连接器部件,该连接器包括l)第一连接器,具有i)第一外壳,ii)保持互相平行的第一多个晶片,每个晶片含有多个呈直角的信号导体,信号导体具有配合触点部分;和一个绝缘体,绝缘体支持信号导体,配合触点部分保持在配合平面内的一条线上,每个晶片的绝缘体连接到第一外壳,iii)第一多个呈直角的电力导体,它们比信号导体宽,每个都连接到第一绝缘外壳上;m)第二连接器,适合与第一连接器配合,包括i)第二外壳,ii)保持互相平行的第二多个晶片,每个晶片含有多个呈直角的信号导体,信号导体具有配合触点部分;和一个绝缘体,绝缘体支持信号导体,并且配合触点部分保持在配合平面内一条线上,每个晶片的绝缘体连接到第二外壳,和iii)多个电力晶片,每个晶片包含多个呈直角的电力导体,它们比信号导体宽,并且一个绝缘体支持一组呈直角的电力导体。
19.如权利要求18所述的电连接器,用在一个电子系统中,该电子系统具有第一印刷电路板,第一印刷电路板具有前沿,多个第一连接器沿着第一印刷电路板的前沿安装,和多个正交的印刷电路板,每个电路板都具有与第一印刷电路板的前沿正交放置的前沿,每个这样的正交电路板具有一个沿着它的前沿安装的第二连接器,第二连接器与第一印刷电路板上的第一连接器中的一个连接。
20.如权利要求18所述的电连接器,其中第一连接器还包括一个罩,罩柔性地连接到第一外壳上,其中第一多个晶片的信号导体的配合触点部分和第一多个呈直角的电力导体固定在罩上,并且其中第一多个晶片的信号导体和第一多个呈直角的电力导体都包括固定在第一外壳上的部分,还都包括在固定部分和配合触点部分之间的柔性部分。
全文摘要
一种适合应用在矩阵式组件中的电连接器系统。电连接器组件具有两个连接器,每个都装配着晶片。一些连接器包括信号和电力导体的组合,而另外的只有信号导体。这样最大化了信号密度。
文档编号H01R13/514GK1515051SQ03800362
公开日2004年7月21日 申请日期2003年3月25日 优先权日2002年3月29日
发明者丹尼尔·B·普罗文彻, 丹尼尔 B 普罗文彻, S 科恩, 托马斯·S·科恩, T 斯托克, 菲利普·T·斯托克 申请人:泰拉丁公司

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