CN104769783A - 用于在两个电路板之间传输高频信号的接触元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接触元件，其用于实现多个组件的导电连接，该接触元件具有多个触点、第一部分和第二部分，多个触点用于与多个组件的接触区域接触，第一部分使多个触点电连接并且至少部分地以弹性舌的形状形成，第二部分使多个触点电连接，其中由第二部分形成的连接路径比由第一部分形成的连接路径短。

Description

用于在两个电路板之间传输高频信号的接触元件
技术领域
本发明涉及一种用于使位于相对位置的接触区域导电连接的接触元件，特别地涉及一种如下的接触元件：通过该接触元件能够在两个组件之间、特别是两个印刷电路板之间尽可能无损耗地传输射频信号。本发明还涉及一种具有多个所述接触元件的接触装置。
背景技术
这种类型的接触元件用于确保即使在预定的公差范围内也能够尽可能无损耗地传输射频信号，该公差为两个印刷电路板的平行度公差以及两个印刷电路板之间的轴向距离公差。如果要求，即使是接触区域之间的径向偏移也会被补偿。通过这种类型的接触元件满足的进一步的要求在于，用低成本制造、必要时易于装配。此外，接触元件的轴向尺寸和径向尺寸均尽可能地小。
已知借助于被固定连接到印刷电路板的两个同轴***型连接器以及使两个同轴***型连接器连接的、所谓的“插塞(bullet)”的适配器来实现两个印刷电路板之间的连接。该适配器对公差进行轴向和径向补偿并且还对平行度公差进行补偿。用于此目的的典型的同轴***型连接器为SMP连接器、迷你SMP连接器以及FMC连接器。
可选地，借助于单导体和/或多导体结构的弹簧加载的触针来实现两个印刷电路板之间的电连接。
此外，从US 6,776,668 B1还已知一种同轴接触元件，借助于该同轴接触元件能够在两个印刷电路板之间传输射频信号。在这种情况下，将采用弹簧加载的触针的形式的中央导体用作信号导体，包围该中央导体的外导体执行回路导体(return conductor)的功能和对中央导体进行屏蔽的功能。外导体包括采用套筒形式的基体，该基体的纵向上的开槽多于一次。在其端面处，基体的未被开槽的端部形成与印刷电路板中的一个印刷电路板的接触区域接触的触点。在基体上可以移位地引导外导体的套筒，该套筒的一端部的端面形成与另一印刷电路板上的接触区域接触的触点。在基体和套筒之间支撑有预加载的弹簧。随着两个印刷电路板被连接，采用弹簧加载的触针的形式的中央导体的头部以及外导体的套筒均被移位，由此使它们各自的弹簧受到进一步预加载，不论印刷电路板的接触区域彼此间的距离公差是何种可能，均能够产生安全的且可靠的接触压力。因为基体被开槽，所以在横向上也具有想要获得的一定的柔性，由此能够对两个接触区域之间的甚至是相对大程度的非平行度进行补偿。
还已知将简单的弹性舌用作接触元件或者作为接触元件的一部分。这些接触元件具有易于构造且作为例如冲压、冲切或模切的、弯曲的组件而能以低成本制造的优点。同时，弹性舌还执行这种类型的接触元件的所有必须的功能，即一方面执行功率或信号的传输，还执行弹性变形以在触点处获得足够的接触压力和补偿待被连接的组件的姿势公差和位置公差。然而，不利的是，由于弹性舌的原理，弹性舌沿着弧形路线或沿着有角度的路径延伸，因而待被电连接的接触区域不能以直线的方式连接。弹性舌的相对大的长度会伴随着产生相对高的电阻、甚至是相对高的电感，这可能具有不利的影响，特别是在射频信号的传输质量方面。
发明内容
以上述现有技术作为出发点，本发明的目的在于提出一种用于使多个组件电连接的改进的接触元件。特别地，该连接元件的区别在于实现了射频信号的良好传输、补偿公差的性能和/或制造成本低。
通过如在独立方案中限定的接触元件和接触装置实现了该目的。根据本发明的接触元件的有利的实施方式和根据本发明的接触装置的有利的实施方式形成了各组附属方案的主题，并且可以从本发明的以下说明中获知这些有利的实施方式。
本发明的构思在于通过以下方式改进采用弹性舌形式的接触元件：除了通过弹性舌自身形成的连接路径之外，还提供了使待被电连接的多个组件的接触区域以尽可能直线的形式连接的附加的连接路径，因此使得附加连接路径的长度尽可能地最短。
因此，根据本发明的用于使多个组件导电连接的接触元件具有多个触点和第一部分，多个触点用于与接触区域接触，第一部分使多个触点电连接并且至少部分地采用弹性舌的形式。接触元件还设置有使多个触点电连接的第二部分，由第二部分形成的连接路径比由第一部分形成的连接路径短。
为了本发明的目的，“弹性舌”表示从该弹性舌被固定连接到另一组件的连接点处延伸到自由空间中的优选地主要具有二维广度(two-dimensionalextent)(其厚度仅为其宽度和长度的一部分，其宽度优选地也仅为其长度的一部分)的组件，所述组件在由其长度和宽度限定的区域上存在压力时弹性偏转，因而提供了功能性弹性作用。
接触元件的根据发明的设计具有短的连接路径，因此区别在于具有低的电阻。根据本发明的接触元件的电感也相对地低，这对射频信号的传输具有积极影响。
除了这些良好的电学性能以外，根据本发明的接触元件的区别在于具有极其简单的构造并且能够以低成本制造，特别是作为冲压、冲切或模切的、弯曲的组件。在优选的实施方式中，当接触元件的第一部分和第二部分采用一个弹性舌的方式一体地形成时尤其如此。因而根据本发明的接触元件可以采用单个弹性舌的形式，弹性舌由于其形状而具有主要通过弹性变形来确保触点处的接触压力和公差补偿的第一部分，而更短的第二部分主要用于传输功率和信号。
接触元件上的多个触点由于待被第二部分补偿的第一部分的弹性变形而能够相对移动。这可以通过第二部分的适当弹性变形来实现。然而，优选地，第二部分包括多个子部分，该多个子部分在第一部分变形时彼此抵靠地滑动。该实施方式可以具有如下优点：连接路径的长度始终调整到多个触点之间的实际距离。
根据本发明的接触装置的特征在于，其包括多个根据本发明的接触元件。
优选地，该接触元件被配置成它们的第一部分环状地包围它们的第二部分(或者第二部分的至少一部分或多个部分)。采用这种方式，能够利用待实现接触的多个组件上的相对大的接触区域而确保良好的接触。因为，此时，各触点由于相关的第一部分的对应的变形而能够单独地屈服，甚至能够通过这种类型的接触装置来补偿待被连接的接触区域受到的相对大的公差(特别是平行度公差)。
当接触装置被设计成如下的同轴接触装置时，可以通过将接触元件的第一部分配置成具有环(优选地为圆环)的形式而对中央导体产生屏蔽：在该同轴接触装置中，接触元件形成围绕中央导体的外导体。
特别地，为了通过接触元件的第一部分执行屏蔽作用的进一步改进，第一部分还可以绕着第二部分配置成双环面，由此形成达到一定程度的双屏蔽。因此，多个接触元件的第一子组的第一部分环状地围绕多个接触元件的第二部分，多个接触元件的第二子组的第一部分环状地围绕第一子组的第一部分。
在这种情况下，一个环面的第一部分(另外，该第一部分优选地均以均匀间隔的方式配置)可以与第二环面的第一部分转动错开(优选地，错开该间隔的一半)，因而形成在环面的第一部分之间的间隔(如从第二部分所看到的)被另一环面的第一部分(至少部分地)隐藏。
在根据本发明的接触装置的一个实施方式中，多个接触元件的第二部分的至少一部分或多个部分可以由共用导体形成。特别地，这可以具有关于制造和装配的优点。
另外，在这种情况下，共用导体可以为刚性形式并且在(沿着纵向轴线的)第一端形成与接触区域中的第一接触区域接触的触点，接触元件的采用弹性舌形式的第二部分被紧固到共用导体。优选地，弹性舌形成了用于与(至少)一个第二接触区域接触的触点。
在这种情况下，接触元件的第一部分可以突出到共用导体的(沿着纵向轴线)的第二端部之外，另外，在这种情况下，触点优选地由弹性舌的突出部分形成。当与弹性舌上的触点待接触的接触面为平面时，这确保了对弹性舌提供足够的变形行程，并且确保了防止共用导体的沿着纵向轴线的对应的第二端部与接触区域接触。
在根据本发明的接触装置的另一优选的实施方式中，弹性舌可以在弹簧加载下抵靠共用导体的(至少)一部分并且能够相对于共用导体移动。
在弹性舌的一个实施方式中，它们的自由端可以指向共用导体的第一端(即弹性舌被紧固到共用导体的该端部所沿的方向)，弹性舌的中央部分形成触点。另外，优选地，弹性舌可以在其自由端的区域中抵靠共用导体。
在弹性舌的可选的实施方式中，弹性舌的自由端可以指向第二端，并且与相关接触区域接触的触点被形成在自由端的区域中。另外，弹性舌的中央部可以抵靠共用导体。
当然，存在将弹性舌的这些实施方式结合在根据本发明的接触装置中的可能性。
为了简化根据本发明的接触元件或根据本发明的接触装置的可制造性，接触元件的弹性舌可以包括横向偏移的(错开的)、在沿着纵向轴线的部分中重叠且在此连接(优选地连接成一体结构，即成单件式结构)的两个部分。特别地，在具有弹性舌的弹性舌的笼被制造成冲压、冲切或模切的、弯曲的组件时，这简化了弯曲工具的使用。
优选地，根据本发明的接触装置采用具有中央导体和包围该中央导体的外导体的同轴接触装置的形式。在这种情况下，特别优选地，根据本发明形成外导体，更优选地，中央导体可以采用弹簧加载的触针的形式。
根据本发明的接触元件和根据本发明的接触装置可以有利地用于在多个组件之间、特别是在印刷电路板之间传输射频信号，在作为同轴接触装置的实施方式中，将中央导体优选地用作信号导体并且将外导体用作回路导体和/或进行屏蔽的情况下。
附图说明
以下通过参照在附图中示出的实施方式来详细解释本发明。在附图中：
图1是根据本发明的处于无负载状态下的接触元件的实施方式的立体图。
图2是图1中示出的接触元件的主视图。
图3是图1和图2中示出的接触元件的侧视图。
图4是处于负载状态下的图1至图3中示出的接触元件的主视图。
图5是图4中示出的接触元件的侧视图。
图6是根据本发明的接触装置的第二实施方式的立体图。
图7是穿过图6中示出的接触装置的纵向截面。
图8是根据本发明的接触装置的第三实施方式的立体图。
图9是穿过图8中示出的接触装置的纵向截面。
图10是根据本发明的接触装置的第四实施方式的立体图。
图11是穿过图10中示出的接触装置的纵向截面。
图12是根据本发明的接触装置的第五实施方式的局部剖视图。
图13是图12中示出的接触装置的平面图。
具体实施方式
在图1至图5中示出的接触元件是采用由导电材料(特别是金属)制成的弹性舌11的形式的一体式(单件式)结构。该接触元件具有两个触点17，该两个触点17用于与待经由一个或多个该接触元件电连接的两个组件的、特别是两个印刷电路板的接触区域接触。触点17中的一个触点(在图1至图5中的底部处的那个触点)的面积相对地大。经由这个触点17，该接触元件用于被固定地连接到、特别是焊接(solder)或钎接(braze)到组件的相关接触区域。相比之下，更多为点的形式或线的形式的第二触点17用于与组件的相关接触区域自由地接触，即仅由于接触元件的弹性变形而施加的接触压力而接触。
接触元件的使两个触点17电连接的第一部分主要负责产生接触压力。如能够特别在图5中看到的，两个触点朝向彼此的移动会导致该第一部分弹性变形。
第二部分包括两个子部分，该两个子部分分别包括弹性舌11的自由端中的一个自由端。两个子部分基于第一部分的相对小的变形就能接触，因而同样地使两个触点电连接在一起。这形成了用于供射频信号经由接触元件传输的主要路径(主路径)，所述主要路径明显地比由第一部分形成的路径短。如果第一部分进一步变形，则两个子部分彼此抵靠地滑动。由于两个子部分彼此抵靠地滑动，所以缩短了连接路径的长度。
在图6至图11中示出的接触装置均包括中央导体1、外导体2以及配置在中央导体1和外导体2之间的绝缘构件3。
中央导体1在各示例中均采用弹簧加载的触针的形式，即中央导体1包括导电套筒4和具有球形接触面的导电头5，在套筒4内引导该导电头5的一部分以便使导电头5能够移动。在套筒4的内部配置有被支撑在导电头5和套筒4的底部之间的弹簧6。中央导体1不可移动地安装在绝缘构件3的接收开口内。特别地，在该示例中，可以通过中央导体1与绝缘体3物理联接(例如，通过粘接)而将中央导体1连接到绝缘体3，使二者成为一个单元。套筒4的远离导电头5的底端形成用作触点17的接触面，以与下层印刷电路板(未示出)的接触区域接触。
外导体2大体上包括多个根据本发明的接触元件并且包括一个共用导体7，该共用导体7整体包围绝缘体3的周面并且部分地包围绝缘体3的端面。结果，共用导体7也不可移动地与绝缘构件3连接。除了通过彼此接合而进行连接的这种可能性之外，可选地或附加地，还可以通过摩擦或物理联结来进行连接。
共用导体7包括基部8和与该基部8固定连接(特别地，通过物理联结，例如通过焊接、钎接或熔接)的套筒部9。
在远离绝缘体3的那侧，基部8形成用作触点17的接触面，以与下层印刷电路板的接触区域接触。
套筒部9的与基部8连接的端部包括与弹性舌的导电笼紧固(优选地，通过物理联结，特别地，通过焊接或钎接)的包围突起10。弹性舌的笼具有多个(实际上，在该示例中为八个)弹性舌11，该多个弹性舌11从相对于套筒部9径向指向的环状部12开始并且弹性舌的笼经由该环状部12与共用导体7连接，该多个弹性舌11绕着所述环状部12的外周以均匀的间隔分布并且在接触装置的纵向上以弧形的形式延伸。
在图6至图11中示出的根据本发明的接触装置的三个实施方式的弹性舌11的形状不同，并且由这些弹性舌11形成的触点17的位置也不同。
在图6和图7中示出的实施方式中，弹性舌11均从环状部12的外边缘开始以近似半圆弧的形式延伸，该半圆弧进入成大约90°的角度的部分。在弹性舌11的从该半圆弧继续延伸的部分(在这些部分中弹性舌11已经突出到共用导体7之外)中，它们大致平行地延伸。最终，弹性舌11的自由端也采用向外弯曲的形式。这些弯曲的端部形成触点17，外导体2通过该触点17能够与目标印刷电路板(未示出)的接触区域接触，该接触区域是平面的且与接触装置的纵向轴线大致垂直地布置。
在弹性舌11的彼此平行地延伸的那些部分中，弹性舌11抵靠共用导体7的套筒部9的包围突起13(半圆形截面的包围突起13)。它们以这种方式在由弹性舌11自身施加的弹簧负载的作用下抵靠。
在图8和图9中示出的实施方式中，弹性舌11从环状部12的外边缘开始首先延伸过90°的弧形，然后进入近似平行地延伸的部分。在与共用导体7的上端大约一样高的高度处，该部分进入180°的弧形。能够使外导体2与目标印刷电路板的接触区域接触的触点17位于形成180°的弧形的该部分的大致中央处。弹性舌11在弹簧加载下抵靠共用导体7，并且这发生在弹性舌11的自由端的区域中或弹性舌11的自由端附近。
在图10和图11中示出的实施方式中，弹性舌以与图8和图9中示出的实施方式中的弹性舌类似的方式延伸，但是在该示例中没有设置使得弹性舌大约平行布置的中间部。代替地，弹性舌11从环状部12的外边缘开始以差不多连续的曲率延伸过大约270°的弧形。
在图10和图11中示出的实施方式的弹性舌11与图8和图9中示出的实施方式的弹性舌11的二维形状也不同。在图8和图9中示出实施方式的弹性舌11均由单个的具有大致恒定宽度的弯曲带形成，而在图10和图11中示出的接触装置的弹性舌11的二维形状具有被配置成横向错位的两个弯曲子带，这些子带还沿着它们的纵向轴线在使它们以一体的形式连接在一起(连接成单件)的部分中重叠。本实施方式可以简化作为冲压、冲切或模切的、弯曲的组件的弹性舌的笼的制造，这是因为各横向错位均形成了使弯曲工具进入以在子带中的一个子带上进行作业的空间。
在图12和图13中示出的接触装置具有与图8和图9中的接触装置的弹性舌11的构造大致对应的弹性舌11。在图12和图13中示出的接触装置和图6至图11中示出的接触装置之间的主要区别在于，共用导体7与形成螺母15和外螺纹16的连接导体14的连接。借助于外螺纹16，可以将接触装置固定在壳体(未示出)的开口中。中央导体1的套筒4采用适当增长且突出到连接导体14的自由端之外的形式。
在图6至图13中示出的接触装置中，弹性舌11均形成根据本发明的接触元件的第一部分的一部分。借助于这些弹性舌11，使该接触装置的外导体2的两个触点17电连接，主要功能在于在上触点处产生接触压力并且对待被连接的组件的接触区域的姿势和对齐的公差进行补偿。因为下触点17是由基部8的底面形成的(或者在图12和图13中示出的接触装置的示例中，是由连接导体14形成的)，基部8(或者可能作为示例的连接导体14)、套筒部9的一部分和环状部12同样地是各接触元件的第一部分的一部分。各接触元件的主要用于进行电连接的第二部分由弹性舌11的如下各部分和共用导体7的形成：该各部分为弹性舌11的在套筒部9的包围突起13和弹性舌11上的各触点17之间延伸的各部分。
在图6至图13中示出的根据本发明的接触装置的主要优点在于，由接触元件的第二部分形成的、形成外导体2的连接路径始终与穿过中央导体1的信号路径具有大致完全相同的长度，由此能够得到匹配地相等的信号路径。
优选地，导电连接是借助于图6至图13中示出的接触装置中的一个或多个接触装置所实现的两个印刷电路板之间的距离被选择为对于配置在该两个印刷电路板之间的一个或多个接触装置的中央导体1以及接触装置的待被压缩的外导体2两者来说足够地大。因此，首先，在抵抗弹簧6所施加的力的情况下将中央导体1的导电头5朝向套筒4的底部移位一小段距离，由此使得该导电头5被预加载到更大的程度，而沿由接触装置的纵向轴线所限定的方向压缩外导体2的弹性舌11，这导致一个或多个弹性舌11的曲率半径减小，因此使得弹性舌11的预加载增大。优选地，接触装置在印刷电路板之间的期望的压缩不会如此地大，以至于目标印刷电路板与中央导体1的套筒4的上边缘接触或者与外导体2的套筒部9的上边缘接触。
总而言之，如此设置有接触装置的中央导体1和外导体2两者，使得在两方向上实现了“弹性行程(resilient travel)”，通过上述“弹性行程”能够补偿与板间距离的期望大小在两方向上的偏离(偏大或偏小)。特别地，这种偏离可能是由于公差导致的，在这种情况下不仅可以补偿定位公差，而且还可以补偿姿势公差，即可以特别地补偿在两个印刷电路板之间预期平行的偏离以及在两个印刷电路板上与指定的接触装置相对应的接触区域之间的预期平行的偏离。由于接触装置的外导体2的根据本发明的设计，其中存在多个可单独变形的接触元件，所以还能够使这些姿势公差相对地大。与中央导体1的球形导电头5进行接触的点对于如上所述的偏离也同样不敏感。
随着弹性舌11变形，发生滑动，因此在弹性舌11与外导体2的套筒部9彼此抵靠的那些点处在外导体2的套筒部9和弹性舌11之间产生相对移动。在图6和图7中示出的实施方式中，弹性舌11所抵靠的点始终在外导体7的套筒部9的包围突起13上。基于弹性舌11的变形，因而所述包围突起13与弹性舌11上的不同的点接触，使得抵靠仅发生在弹性舌11的平行延伸的部分内。相比之下，在图8至图11中示出的实施方式中，抵靠点始终由弹性舌11的辐射式的端部形成，该辐射式的端部基于弹性舌11的变形而在不同的点处与外导体2的套筒部9的外侧接触。
在图8至图11中示出的实施方式中，共用导体7的套筒部9上的包围突起13还形成弹性舌11的扩张用的抵接。与弹性舌11的径向上的弹性预加载施加到外导体2的套筒部9的力的分量相关联地，因而即使在非加载状态下，即在弹性舌11未配置在两个适当地分离的印刷电路板之间时，也能够在预加载下保持弹性舌11。

Claims (13)

1.一种接触元件(20)，其用于实现多个组件的导电连接，所述接触元件(20)具有多个触点(17)和第一部分，所述多个触点(17)用于与所述多个组件的接触区域接触，所述第一部分使所述多个触点(17)电连接并且至少部分地采用弹性舌(11)的形式，其特征在于，所述接触元件(20)具有使所述多个触点(17)电连接的第二部分，由所述第二部分形成的连接路径比由所述第一部分形成的连接路径短。
2.根据权利要求1所述的接触元件(20)，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分以一个弹性舌(11)的形式一体地形成。
3.根据权利要求1或2所述的接触元件(20)，其特征在于，所述第二部分包括多个子部分，如果所述第一部分产生变形，则所述多个子部分彼此抵靠地滑动。
4.一种接触装置，所述接触装置具有多个根据权利要求1至3中任一项所述的接触元件(20)。
5.根据权利要求4所述的接触装置，其特征在于，所述多个接触元件被配置成使得所述多个接触元件的第一部分环状地包围所述多个接触元件的第二部分。
6.根据权利要求5所述的接触装置，其特征在于，所述多个接触元件的第一子组的第一部分环状地包围所述多个接触元件的第二部分，所述多个接触元件的第二子组的第一部分环状地包围所述第一子组的第一部分。
7.根据权利要求6所述的接触装置，其特征在于，所述多个接触元件的所述第一子组的第一部分和所述多个接触元件的所述第二子组的第一部分彼此转动错开。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的接触装置，其特征在于，所述多个接触元件的第二部分的至少一部分或多个部分由共用导体(7)形成。
9.根据权利要求8所述的接触装置，其特征在于，所述共用导体(7)为刚性结构并且在第一端处形成用于与所述接触区域中的第一个接触区域接触的触点(17)，所述多个接触元件的采用弹性舌(11)的形式的所述第一部分被紧固到所述共用导体(17)。
10.根据权利要求8或9所述的接触装置，其特征在于，所述多个接触元件的第一部分突出到所述共用导体(7)的一端部之外。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的接触装置，其特征在于，所述多个接触元件的第一部分(11)在弹簧加载下抵靠所述共用导体(7)的一部分并且能够相对于所述共用导体(7)移动。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的接触装置，其特征在于，所述共用导体(7)包围中央导体(1)并且与所述中央导体(1)电绝缘。
13.根据权利要求12所述的接触装置，其特征在于，所述中央导体(1)采用弹簧加载的触针的形式。
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