KR20200110647A - 상보적인 커넥터의 접촉 핀을 수용하기 위해 말단이 포크인 편평한 중앙 접촉부 및 접촉 핀을 안내하는 고체 절연체를 포함하는 rf 커넥터 - Google Patents

상보적인 커넥터의 접촉 핀을 수용하기 위해 말단이 포크인 편평한 중앙 접촉부 및 접촉 핀을 안내하는 고체 절연체를 포함하는 rf 커넥터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종방향 축선(X)의 라디오 주파수(RF)신호를 전송하기 위한 커넥터에 관한 것으로,
길고 편평한 스트립 형상의 중앙 접촉부(10)로서, 하나 이상의 말단이 상보적인 커넥터(2, 3)의 접촉 핀(20, 30)을 수용하기 위해 축선(X)을 따라 내향으로 연장되는 공간을 정의하도록 2개의 가요성의 분지(100, 101)를 갖는 포크로 형성되고, 상기 포크의 2개의 가요성 분지는 상기 접촉 핀에 접촉력을 가하도록 구성되는 것인, 중앙 접촉부(10); 및
상기 중앙 접촉부를 기계적으로 유지하는 하나 이상의 고체 절연 구조체(11)로서, 상기 고체 절연체의 하나 이상의 말단은, 상기 2개의 가요성 분지가 자유로운 방사상 이동이 가능하고 상기 접촉 핀이 상기 포크에 의해 정의된 공간에 삽입될 때 접촉 핀을 회전 가능한 상태로 안내하도록 구성되는 것인 고체 절연체를 포함한다.

Description

상보적인 커넥터의 접촉 핀을 수용하기 위해 말단이 포크인 편평한 중앙 접촉부 및 접촉 핀을 안내하는 고체 절연체를 포함하는 RF 커넥터
본 발명은 커넥터, 구체적으로, 무선 주파수 RF 신호를 전송하기 위한 커넥터에 관한 것이다.
본 발명과 관련하여, 용어 "커넥터(connector)"는 불릿(bullet)뿐만 아니라 플러그(plug) 또는 잭(jack), 리셉터클(receptacle), 어댑터(adaptor)를 포함한다.
본 발명이 특히 목표로 하는 응용은 무선 통신 시장을 위한 기지 중계국(base transceiver station; BTS), 원격 무선 유닛/원격 무선 헤드 (remote radio unit/ remote radio head; RRU/RRH) 유닛 및 분산 안테나 시스템과 같은 통신 장비의 연결이다.
본 발명은 또한 일반적으로 의료 영역, 산업 영역, 항공 영역, 운송 영역 및 우주 영역에서의 커넥터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 커넥터는 특히 통상적으로 기판간(board-to-board) 연결 시스템이라 불리는 2 개의 병렬 인쇄 회로 기판 또는 심지어 인쇄 회로 기판을 모듈, 필터, 전력 증폭기 또는 안테나와 같은 다른 구성 요소에 연결하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 보다 구체적으로, 더 큰 축 및 각도 오정렬(axial and angular misalignment)을 가능하게 할 뿐만 아니라 보다 우수한 무선 주파수 성능을 달성하면서, 종래 기술에 따른 RF 동축 커넥터보다 제조 비용이 저렴한 RF 커넥터를 제시하기 위한 것이다.
무선 주파수(RF) 동축 커넥터는 일반적으로 케이블 또는 신호 전송 장치에 설치되며, 전송 라인 시스템의 전기 연결을 위한 분리 가능한 구성 요소(component)가 회로기판과 회로기판 간, 회로기판(PCB)과 RF 모듈 간 또는 RF 모듈과 RF 모듈 간의 상호연결에 사용될 수 있다.
이 시장의 추세 중 하나는 PCB 및/또는 모듈 간의 상대 위치 공차가 점점 커지고 있다는 것이다. 연결 구성 요소는 제조가 더 용이하고 비용이 더 저렴하면서, 이러한 증가하는 공차를 통합해야 한다.
기존의 RF 동축 커넥터는 전형적으로 중앙 접촉부, 외부 접촉부, 및 중앙 접촉부와 외부 접촉부 사이에 배치 된 고체 절연체(solid insulating structure)를 포함하고, 중앙 접촉부는 절연체에 의해 지지되어, 외부 접촉부 내벽과의 접촉을 피하고 외부 접촉부와의 적절한 상대적 동축 위치(relative coaxial position)를 얻는다.
기존의 RF 동축 커넥터는 소위 BTB(board-to-board) 연결을 연결 조립체(connection assembly)의 구성 요소로 주로 사용된다.
따라서, 기판을 직접 상호 연결하는 1 세대 연결 조립체, 예를 들면 Radiall 사의 SMP, SMP-Com, MMBX라는 상품명으로 시판되는 연결 조립체가 알려져 있다. 이러한 연결 조립체는 각각 스냅-핏팅(snap-fitting)(또는 "스냅(snap)")타입의 제1 리셉터클, 가이드 콘(guiding cone) 을 갖는 "슬라이딩(sliding)"(또는 활강(smooth bore)) 타입의 제2 리셉터클("슬라이드 온 리셉터클(slide on receptacle)"), 및 제1 및 제2 리셉터클이 그의 말단에 각각 고정된, 어댑터(adapter)라고 불리는 연결 커플링으로 구성된다. 따라서, 슬라이딩 리셉터클의 가이드 콘에 의한 연결 커플링의 리센터링(re-centering)에 의해 연결이 차단된다. 이러한 연결에 있어서 주요한 결점은 축 방향 및 방사상 오정렬에 큰 제한이 있다는 것이다. 실제로, 축 방향 오정렬은 동축 라인(coaxial line)의 임피던스를 50 Ohm과 같은 값으로 유지하기 위해 1 밀리미터의 10분의 1의 복수(a few tenths of a millimeter), 0.3 mm 내지 0.6 mm 정도로 제한된다. 방사상 오정렬은 스냅-핏팅 리셉터클의 그루브(groove)에서 커플링의 회전에 의해 형성되며, 이 회전은 실제로 연결 커플링에 제공되는 중앙 접촉부 및 탄성 수단(elastic means)의 손상을 피하기 위해 비교적 작다.
또한, 예를 들어 Radiall 사에서 판매하는 SMP-MAX, Huber & Suhner 회사에서 판매하는 MBX, Amphenol RF 사에서 판매하는 AFI, 또는 Rosenberger 사에서 판매하는 Long Wipe SMP 및 P-SMP라는 상품명의 2세대 연결 조립체가 알려져 있다.
2개의 인쇄 회로 기판을 연결하기 위한 이러한 연결은 일반적으로 3 개의 구성 요소, 즉 슬라이딩 타입의 제 1 리셉터클, snap-fitting을 갖거나 보유(retention) 타입의 제 2 리셉터클 및 그의 말단에 제1 및 제2 리셉터클 각각이 고정되는 연결 커플링 또는 어댑터로 구성된다.
구성 요소들의 접촉부는 통상적으로 황동, 청동 또는 CuBe2로 제조되며, 그 말단에는 대응 구성 요소(counterpart element)의 접촉부와 협력하는 탄성 수단(예를 들어, 분기판(petal) 및 슬롯)이 제공될 수 있다.
그러나 모든 알려진 BTB 연결은 RF 동축 구성 요소의 개념으로 인해 상당한 수의 결함을 가진다.
보다 구체적으로, RF 동축 커넥터를 구성하기 위한 기존의 중앙 접촉부는 주로 암 접촉부(female contact)는 슬롯 슬리브(slotted sleeves) 형태이고, 수 접촉부는 핀 형태인 축 대칭(axisymmetric) 구성 요소이다.
이는 중대한 결점을 가진다.
첫째, 슬롯 슬리브는 제조 비용이 높을 뿐만 아니라 가공 요건(processing requirement)도 높다. 보다 구체적으로, 중앙 암 접촉부는 말단에 내부 구멍을 가지며, 대부분의 경우 내부 구멍은 막힘 구멍(blind hole)이다 선삭 공정 후, 절단에 사용되는 유체를 청소해야 하고, 이는 제대로 청소하기가 어려우며, 잘못된 청소 및 잔류물의 존재시 열처리 후 내부 구멍이 검은 색이 된다. 전기 도금 공정을 적용할 때, 내부 구멍은 잔류물로 덮여있어, 도금층으로 쉽게 도금되지 않는다. 게다가, 전기 도금 시, 중앙 암 접촉부는 구멍 내부와 외부 사이에 큰 전류 밀도 차이를 갖는다. 일반적으로, 구멍 외부의 전류 밀도가 높고, 도금층은 두껍고, 구멍 내부의 전류 밀도가 낮으며, 도금층은 얇다. 동시에, 구멍 내의 도금액은 재활용하기가 어렵고, 도금 재료는 소비된 후에 쉽게 보충되지 않으며, 구멍 내부의 도금층은 구멍 외부보다 더 얇아진다.
구멍에서 도금층의 충분한 두께를 보장하기 위해, 전체 제품은 두꺼운 도금층으로 도금되어야 하며, 이는 대량의 전기 도금된 귀금속을 소비하고, 많은 양의 에너지를 소비하고, 긴 작업시간을 갖고, 높은 비용이 든다. 그러나, 제품은 배럴(barrel)에서 진동 등에 의해서만 도금될 수 있다.
중앙 접촉부에 수 핀(male pin)과 같은 구멍이 없는 경우에도 배럴에서의 도금 또는 진동 도금(vibrating plating)에 의해 핀의 말단과 중간의 전류 밀도가 다르다. 핀 말단의 높은 전류 밀도는 높은 도금 두께를 생성하는 반면, 중간부의 낮은 전류 밀도는 핀의 중간부에서 얇은 도금 두께를 생성한다. 이것이 전체 제품의 도금층 두께를 다시 증가시켜 도금 재료, 작업 시간 및 전기의 낭비를 발생시키는 이유이다.
둘째, 슬롯 슬리브는 특히 회전 시 장착 및 고정이 어려워 조립된 RF 동축 커넥터가 손상될 수 있다.
더욱이, 이러한 기존의 설계에서, 연결 과정에서 상보적인 커넥터의 접촉핀을 안내하는 주어진 커넥터의 중앙 접촉부의 슬롯 슬리브는 두 접촉부 사이에서 비교적 작은 허용 경사각을 가능하게 한다.
그 때문에, 예를 들어 기판간 연결 시스템에서 상보적인 커넥터의 위치 공차는 상대적으로 높아야 하고, 따라서, RF 성능이 저하 될 수 있다. 또한 연결 시스템의 기계적 저항은 연결이 반복될 때 감소한다.
따라서, 낮은 제조 비용을 가지면서, 조립하기 쉽고, 기계적 저항을 유지하면서, 장비의 높은 오정렬 공차를 수용하도록 하는, RF 커넥터를 추가로 개선할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 니즈의 전부 또는 일부를 해소하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 과제는 무선 주파수(RF) 신호를 전송하기 위한 종방향 축선(X) 커넥터로서:
●신장된 편평한 스트립(elongated flat strip) 형상의 중앙 접촉부로서, 하나 이상의 말단이 상보적인 커넥터의 접촉 핀을 수용하기 위해 축선(X)을 따라 내향으로 연장되는 공간(cavity)을 정의하도록 2개의 가요성 분지를 갖는 포크로 형성되고, 상기 포크의 2개의 가요성 분지는 상기 접촉 핀에 접촉력을 가하도록 구성되는 중앙 접촉부;
●상기 중앙 접촉부를 기계적으로 보유하는 하나 이상의 고체 절연체(insulating structure)로서, 상기 고체 절연체의 말단 중 하나는, 상기 2개의 가요성 분지가 자유로운 방사상 이동이 가능하게 하고 상기 접촉 핀이 상기 포크에 의해 정의되는 공간에 삽입될 때 회전 가능한 상태로 상기 접촉 핀을 안내하도록 구성되는 것인 고체 절연체;를 포함하는 커넥터이다.
따라서, 본 발명은 주로 상보적인 커넥터의 수핀(male pin)에 접촉력을 가하는 가요성 분지를 가지는 평면 중앙 접촉부(plane central contact)와 수핀의 가이드 및 센터링(centering)으로 작용하고, 2개의 상보적인 커넥터 사이의 방사상 오정렬을 허용하는 회전/경사를 가능하게 하는 절연체의 조합으로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 커넥터에서, 접촉 핀을 안내하고 센터링하는 기계적 기능은 편평한 중앙 접촉부를 둘러싸고 있는 절연체에 의해 보장된다. 편평한 접촉부의 하나 이상의 말단은 전기적 기능을 보장하기 위해, 즉, 무선 주파수 신호를 전송하기 위해 접촉 핀에 대하여 반경방향력(radial force)을 가하는 가요성 분지를 갖는 포크로 형성된다.
서문에 기술된 바와 같은 종래 기술의 모든 RF 동축 커넥터와 비교할 때, 중심 접촉부가 저비용 공정, 특히 금속 시트의 스탬핑(stamping)으로부터의 절단에 의한 공정에 의해 제조될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 커넥터의 제조비용은 낮아진다.
이러한 제조 공정으로부터 기타 이점들이 유래된다.
- 편평한 중앙 접촉부는 회전하는 축 대칭구조를 갖는 구성이 아니므로 내부에 구멍이 설계될 필요가 없다.
- 편평한 중앙 접촉부는 절단 가공 후에 쉽게 청소할 수 있다.
- 열처리 후 및/또는 불완전한 전기도금 후 잔류물이 전혀 없다.
- 균일하고 얇은 두께의 도금층이 형성될 수 있다.
- 도금층의 가장 얇은 부분이 쉽게 사양에 도달할 수 있다.
- 편평한 중앙 접촉부의 수 핀과 접촉하는 부분은 금도금, 은 및 기타 귀금속 재료가 담긴 캐리어(carrier)에 의해, 편평한 중심 접촉부의 나머지 부분은 매우 얇은 귀금속 물질 또는 기타 값싼 도금 재료들(예를 들면, 주석, 니켈, 니켈-인 합금, 구리-주석-아연 합금)이 담긴 캐리어에 의해 스탬핑되기 때문에 선택적 도금을 쉽게 적용할 수 있다. 이러한 선택적 도금은 제품의 성능을 보장하는 동시에 전기 도금된 귀금속의 소비를 크게 절약하여 비용을 감소시킨다.
- 도금 과정은 시간, 재료 및 에너지 소모가 적다.
바람직한 구체예에서, 중앙 접촉부는 2개의 말단 각각이 포크로 형성되는 대칭 구조이고, 커넥터는 2개의 고체 절연체를 포함하고, 상기 2개의 고체 절연체의 각각의 말단 중 하나는, 중앙 접촉부의 말단 중 하나의 2개의 가요성 분지가 자유로운 방사상 이동이 가능하게 하고, 하나의 상보적인 커넥터의 접촉 핀이 상기 포크에 의해 정의되는 공간(C)에 삽입될 때 회전 가능한 상태로 상기 접촉 핀을 안내하도록 구성된다.
유리한 변형에서, 상보적인 커넥터의 접촉 핀의 회전이 가능하도록 포크의 내부 공간(inward cavity)은 절두 원추형상(frusto-conical)으로 형성된다. 이러한 변형에 따르면, 절연체의 내부 공간도 상보적인 커넥터의 접촉 핀의 회전이 가능하도록 바람직하게는 절두 원추 형상이거나, 또는 적어도 포크의 분지의 자유로운 변위가 가능한 내부 체적을 갖는다.
바람직하게는, 중앙 접촉부는 탄성재료, 바람직하게는 시효 경과된 CuBe2로 제조된 절단된 편평한 금속 조각으로 제조된다. 이로 인해 열처리가 필요 없다는 이점이 있다.
유리한 변형에서, 원통형의 수 핀과 접촉이 용이하도록 포크의 각각의 분지의 말단의 내부 표면은 V자 형태의 그루브 표면(groove surface) 또는 원호 형태의 표면(circular arc surface)이다.
바람직하게는, 포크와 고체 절연체는 분지의 말단이 고체 절연체의 말단면과 동일한 평면에 위치하도록 배열된다.
유리한 변형에서, 고체 절연체는 2개의 정반대로 대향하는 슬롯에 의해 방사상으로 연장되는 실질적으로 원통형인 공간을 가지며, 상기 대향하는 슬롯 각각에는 포크의 2개의 분지 중 하나가 배열되고 슬롯의 바닥까지 자유롭게 움직인다. 고체 절연체의 슬롯은 유리하게는 중앙 접촉부의 분지의 과도한 반경방향 및 원주방향 변형(radial and circumferential deformation)을 방지하는 크기이다.
유리하게는, 고체 절연체는 원통형 공간과 그의 말단면 사이에 내측 모따기를 갖는다.
유리한 변형에서, 중앙 접촉부는 고체 절연체의 내부 홈 내에 기계적으로 보유된(mechanically retained), 하푼(harpoon)이라고 불리는 하나 이상의 외부 돌출부를 갖는다.
다른 유리한 구체예에서, 커넥터는, 명백히 펀치에 의해 고체 절연체를 기계적으로 보유하는, 바람직하게는 CuBe2로 제조된, 본체를 형성하는 외부 접촉부를 더 포함한다.
이러한 구체예에 따르면, 외부 접촉부는 바람직하게는, 하나 이상의 말단에서 슬롯팅(slotted)되어 접촉 분기판(contact petal)을 형성한다.
본 발명은 또한 구체적으로 2개의 인쇄 회로 기판을 연결하기 위한 연결 조립체(connection assembly)로서,
- 연결 커플링을 형성하는, 불릿(bullet)이라고 불리는, 전술된 바와 같은 커넥터;
- 제1 인쇄 회로기판에 납땜 또는 용접되는 제1 리셉터클로서, 상기 제1 리셉터클은 핀 중심 접촉부를 포함하는 것인 제1 리셉터클;
- 제2 인쇄 회로기판에 납땜 또는 용접되는 제2 리셉터클로서, 상기 제2 리셉터클은 핀 중심 접촉부를 포함하는 것인 제2 리셉터클;을 포함하고,
제1 리셉터클의 핀 중심 접촉부는 상기 연결 커플링의 편평한 스트립 형상의 중앙 접촉부(flat strip central contact)의 말단 포크의 하나에 삽입되고, 제2 리셉터클의 핀 중심 접촉부는 연결 커플링의 편평한 스트립 형상의 중앙 접촉부의 나머지 말단 포크에 삽입되는 것인 연결 조립체에 관한 것이다.
유리한 구체예에 따르면, 연결 커플링은 그 말단 표면 중 하나는 제1 리셉터클에 고정되고 나머지 말단은 제2 리셉터클에 부유식으로 장착된(floating mounted) 대칭 구조이다.
본 발명의 다른 장점과 특징들은 하기 도면을 참조하여 예시적이고 비한정적인 실시예로서 주어진 본 발명의 예시적인 구현의 상세한 설명을 읽으면 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 커플링 연결을 형성하는 본 발명에 따른 RF 커넥터의 사시도이다.
도 1a는 도 1에 따른 커넥터의 종단면도이다.
도 1b는 도 1 및 도 1a에 따른 커넥터의 일 말단의 상세도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1b에 따른 RF 커넥터의 모든 구성 요소를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 편평한 중앙 접촉부의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 커넥터의 변형의 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연결 커플 링을 형성하는 커넥터와 결합된 2 개의 리셉터클을 포함하는 2 개의 인쇄 회로 기판을 연결하도록 의도된 예시적인 연결 조립체의 종단면도이다.
명료성을 위해, 본 발명에 따른 커넥터의 동일한 요소를 나타내는 동일한 도면 부호가 도 1 내지 4 모두에 대해 사용된다.
이하, 본 발명은 임의의 타입의 RF 라인을 참조하여 설명된다.
본 발명에 따른 RF 커넥터(1)는 종축(X)형이고 대칭 구조를 갖는다.
RF 커넥터(1)는 편평한 중앙 접촉부(10), 본체/케이스(body/casing)를 형성하는 외부 접촉부(12), 및 편평한 중앙 접촉부(10)와 외부 접촉부(12) 사이에 개재된 2 개의 동일한 전기 절연성 고체 구조체(electrical insulating solid structure)(11)를 구성 요소로서 포함한다.
후술되는 바와 같이, 편평한 중앙 접촉부(10)는 절연 구조체(11)에 의해 기계적으로 보유되며, 이들 구성 요소의 형상 및 크기는 이들이 중앙 접촉부 (10)의 임의의 부분을 지지하고, 특히 과도한 변형을 방지할 수 있게 한다.
고체 절연 구조체(11)는 외부 접촉부(12)에 기계적으로 보유되고, 절연 구조체(11)의 형상 및 크기는 외부 접촉부(12)의 임의의 부분을 지지하고, 특히 임의의 방향(반경 및 원주 방향)에서의 과도한 변형을 방지할 수 있게 한다.
편평한 중앙 접촉부(10)는 원하는 모양을 만들기 위해 펀칭에 의해 형성되는 시트형 구조를 가지며, 절연 구조체(공기 포함)를 통한 접지 접촉부(ground contact)와 함께 RF 신호 전송의 기능을 갖추고 있으며, 기기가 요구하는 치수 특성에 적합하며 기계적 성능 및 조립 요건에 적합하다.
바람직하게는, 중앙 접촉부는 절단된 편평한 금속(cut flat metal) 조각으로, 바람직하게는 시효 경화된 CuBe2로 제조된다.
보다 정확하게는, 중앙 접촉부(10)는 2개의 말단면 각각이 포크로 형성된 대칭 구조이다.
포크는 축선(X)을 따라 내향으로 연장되는 공간을 정의하는 2개의 가요성 분지(100, 101)를 포함한다. 이 공간은 상보적인 커넥터(2,3)의 접촉 핀(20,30)을 수용한다.
포크의 2개의 가요성 분지(100, 101)의 말단은 접촉 핀(20,30)에 접촉력(contact force)을 가하도록 구성되고 이 접촉력은 도 5에서 기호화된 화살표에 의해 표시된 바와 같이 축(X)에 수직이다. 이 접촉력은 대응하는 핀(20, 30)과의 지정된 최대 회전 각도에 관계없이 유지 되어야 한다. 이 각도는 일정 수준일(the order of some degrees) 수 있다.
이것은 본 발명의 커넥터(1)의 중앙 접촉부와 상보적인 커넥터(2, 3) 사이의 우수한 전기 저항 및 우수한 RF 신호 전송을 보장한다. 편평한 중앙 접촉부(10)의 형상은 주어진 주파수 범위, 예를 들어 0 내지 6 GHz에서 임피던스 매칭을 위해 조정된다.
더욱이, 분지들의 중간 부분은 대응하는 핀(20, 30)이 지정된 최대 각도로 기울어 질 수 있게 하는 체적을 갖는 내부 공간(C)을 정의하도록 설계된다.
유리하게는, 편평한 중앙 접촉부(10)와 상보적인 접촉 핀(20, 30) 사이의 접촉 면적 또는 접촉 점의 수를 증가시키기 위해, 포크의 각 분지(100, 101)의 말단의 내부 표면(1000, 1001)은 V자형 그루브 표면 또는 원호 형태의 표면이다(도 3). 이들 표면은 전기적 성능을 향상시키고, 편평한 중앙 접촉부(10)로의 핀(20,30)의 정렬을 향상시키고, 방사상 부정합 또는 경사각 정합이 있을 때 상보적인 접촉 핀(20,30)에 양호한 위치를 제공한다.
중앙 부분에서, 편평한 중앙 접촉부(10)는 하나의 고체 절연 구조체(11)의 내부 그루브(inner groove)(115)에 각각 기계적으로 보유되는 복수의 외부 돌출부 또는 하푼(102)을 갖는다. 이러한 돌출부 또는 하푼(102)은 대응하는 절연체의 내부 그루브(7)에 보유력(retention force)을 가할 수 있다. 복수의 하푼은 보유력을 향상시키고 동시에 중앙 접촉부(10)가 신장되고, 정합(mating)시 축을 따라 안쪽으로 힘이 가해지는 경우, 중앙 접촉부(10)를 더욱 안정적으로 만든다.
도시된 실시예에서, 중앙 접촉부(10)의 중앙 부분의 각각의 측면은 내부 그루브(115)에 기계적으로 보유되는 2개의 돌출부(102)를 갖는다. (도 1b, 4) 돌출부(102)와 절연 구조체(11) 사이의 기계적 간섭(mechanical interference)은 이들 두 구성 요소 사이의 간섭 결합(interference mating) 조건을 증가시키지 않으면서 이들 두 구성 요소 사이의 유지력(holding force)을 증가시킨다. 이러한 유지력은 또한 중앙 접촉부(10)를 절연 구조체(11) 내로 센터링(certering)할 수 있게 한다. 돌출부(102)는 바람직하게는 중앙 접촉부(10)의 스탬핑(stamping) 동안 금속 시트를 절단함으로써 실현된다.
각각의 절연 구조체(11)는 외부 접촉부(12)의 내부 표면과 중앙 접촉부(10)의 외부 표면 모두에 밀접하게 접하는 축대칭체(axisymmetric body)이다.
본 발명에 따르면, 고체 절연 구조체(11)는 가요성 분지(100, 101)가 자유롭게 방사상으로 이동하고, 포크에 의해 정해진 공간에 삽입될 때 회전이 가능하게 하면서, 접촉 핀(20, 30)을 안내하도록 내부 구멍 및 구멍 내부의 내부 그루브를 갖도록 구성된다.
즉, 본 발명에 따르면, 상보적인 접촉 핀(20, 30)의 안내 및 센터링은 고체 절연 구조체(11)에 의해서만 보장된다.
보다 정확하게는, 고체 절연 구조체(11)는 포크의 2개의 분지들(100, 101) 중 하나가 배열되고 슬롯(112, 113)의 바닥까지 자유롭게 이동할 수 있는 두 개의 대향(diametrically opposite) 슬롯(112, 113)에 의해 방사상으로 연장되는 실질적으로 원통형 공간(111)을 갖는다. (도 1, 1a, 1b, 5). 슬롯(112, 113)의 크기는 중앙 접촉부(10)의 분지들(100, 101)의 과도한 반경방향 및 원주방향 굴절(radial and circumferential deflexion)을 방지한다. 실제로, 오정렬 될 때, 하나의 분지(100, 101)의 중요한 굴절의 경우, 대응하는 슬롯(112,113)의 바닥이 접합부로서 작용하여 과도한 변형을 방지한다.
접촉 핀(20, 30)의 안내를 향상시키기 위해 고체 절연 구조체(11)는 원통형 공간(111)과 그 말단면(110) 사이에 내부 모따기(114)를 갖는다.
상응하게, 포크(10)의 2 개의 분지들(100, 101) 각각의 말단에 내부 모따기 (1002, 1003)가 존재한다 (도 4).
이 모따기는 접촉부(10)가 상보적인 접촉 핀(20, 30) 중 하나와 정합할 때 도입부(lead-in)로 작용한다.
도 4는 또한 포크(10)의 내부 공간(inward cavity)에 대한 유리한 일반적인 형상을 보여준다. 이 공간(C)은 절두 원추형상으로 형성된다. 이는 공간에 삽입 될 때 핀(20 또는 30)의 회전을 가능하게 한다. 즉, 절두 원추형상(C)은 핀(20 또는 30)에 대한 경사각을 보장한다.
바람직하게는, 절연 구조체(11)의 내부 공간(114)도 핀(20 또는 30)의 회전이 가능하도록 절두 원추형상이거나, 적어도 포크의 분지의 자유로운 변위가 가능한 내부 체적을 갖는다.
따라서, 커넥터 측의 말단에서 절연체 내부 구멍의 직경은 커넥터 내측에서보다 약간 더 작다. 말단에서의 공간(C)의 폭은 밑바닥에서의 폭보다 더 작다. 말단에서의 공간의 폭은 상보적인 접촉 핀(20, 30)의 직경보다 작고, 밑바닥의 공간의 폭은 상보적인 접촉 핀(20 또는 30)의 직경보다 더 크다.
절연 구조체(insulator)(11) 내의 더 작은 종방향 세그먼트 구멍(hole longitudinal segment)은 상보적인 접촉 핀(20 또는 30)의 양호한 위치 설정을 보장한다. 이들 2개의 계단형 구멍(stepped hold)은 같은 축을 갖는다. 절연 구조체(insulator)(11)의 더 큰 종방향 분절 구멍 및 편평한 중앙 접촉부(10) 상의 공간 바닥에서의 더 큰 폭은 포크(10)에 의해 정의된 공간 내로 삽입될 때 상보적인 접촉 핀(20 또는 30)이 회전하도록 허용한다.
편평한 중앙 접촉부(10)의 편평한 표면에 대해 수직인 방향으로, 공간의 종방향 세그먼트(longitudinal segment)에는 금속 재료가 없다. 이는 이 방향을 따른 회전 각도(swiveling angle)가 기계가공 공정으로 제조되는 일반적인 실린더 암 소켓(cylinder female socket)보다 훨씬 클 수 있음을 의미한다.
커넥터 측의 말단에서 절연 구조체(insulator)(11)의 내부 그루브의 단면도에서의 두께는 커넥터 내측의 두께보다 더 크다. 이러한 2단 그루브(two stepped grooves)는 같은 축을 갖는다. 절연 구조체(insulator)(11)의 좁은 홈은 편평한 중앙 접촉부(10)의 두께에 적합하고 편평한 중앙 접촉부(10)를 그 내부에 보유할 수 있다. 절연 구조체(insulator)(11)의 좁은 그루브는 넓은 내부 그루브 영역에서의 절연 구조체(insulator)(11)와 가요성 분지(100, 101) 영역에서의 편평한 중심 접촉부(10) 사이의 갭(gap)을 보장하기 위해 편평한 중앙 접촉부(10)를 안내 및 위치시킨다. 갭은 가요성 분지(100, 101)가 상보적인 접촉 핀(20 또는 30)과 정합 및 해체(mating and un-mating)하는 동안 자유롭게 방사상으로 이동하게 한다.
절연 구조체(insulator)(11)의 내부 그루브는 상이한 폭의 여러 세그먼트를 가질 수 있다. 커넥터 안쪽의 제1 세그먼트는 다른 분절보다 더 넓다. 편평한 중앙 접촉부(10)상의 하푼(102)과의 간극 정합(clearance mating) 조건을 가질 수 있다. 상이한 폭을 갖는 이러한 그루브의 세그먼트(segments of grooves)의 목적은 사전 조립(pre-assembly)을 위한 것이다. 실제로, 사전 조립은 수동으로 수행 될 수 있다.
사전 조립이 달성되면, 편평한 중앙 접촉부(10)를 절연 구조체(insulator) (11) 내로 추가로 조립하기 위해 기계가 구현될 수 있다. 이 기계는 우수한 보유력을 얻기 위해 편평한 중앙 접촉부(10)에서 절연 구조체(insulator)(11)의 그루브의 나머지 세그먼트(115)와 하푼(102) 사이의 간극 정합 조건을 얻기 위해 수동보다 큰 힘을 가할 수 있다.
바람직하게는, 중앙 접촉부(10)의 포크 및 대응하는 고체 절연 구조체(11)는 분지(100, 101)의 말단이 고체 절연 구조체(11)의 말단면(110)과 동일한 평면에 위치되도록 배열된다(도 1, 1a, 1b, 4).
외부 접촉부(12)는 절연 구조체(11)를 지지하고 보호한다.
외부 접촉부(12)의 말단에서 전기적 접촉을 보장하기 위해, 외부 접촉부(12)의 말단이 슬롯팅되어 접촉 분기판(120)을 형성한다. 분기판(120)은 외부 접촉부(12)의 나머지 두께보다 두꺼울 수 있다. 이러한 두께의 증가로 인해 전기 저항이 감소하고 기계적 저항이 강해진다.
고체 절연 구조체(11)를 외부 접촉부(12) 내에 보유하기 위해, 펀치(121)가 형성될 수 있다.
도 1a 및 도 5에 도시 된 바와 같이, 커넥터 (1)의 중앙 부분에서 외부 접촉부(12)와 중앙 접촉부(10) 사이에 공기로 채워진 스페이스(space)(E)가 제공되어, 고체 절연 구조체(11)가 구비되지 않을 수 있다. 이 개념은 커넥터(1)를 따라 적응된 특징적 임피던스(adapted characteristic impedance)를 유지하면서 동일한 고체 절연 구조체(11)를 사용함으로써 상이한 길이의 커넥터를 가질 수 있게 한다. 다른 구체예, 특히 짧은 커넥터의 구체예에서, 절연체 구조는 절반 부분들이 연결 축을 따라 중앙 접촉부(10)를 샌드위칭하도록 구성될 수 있다.
설명된 커넥터(1)는 유리하게는 2개의 병렬 인쇄 회로 기판을 연결하는 데 사용되는 연결 조립체(4) 또는 모듈, 즉 기판간(BTB) 연결 시스템(4)에 연결 커플링(1)으로서 사용된다.
도 5는 본 발명에 따른, 불릿(bullet)이라 불리는 연결 커플링(1), 제1 리셉터클(2), 제2 리셉터클(3) 및 연결 조립체(4)를 도시한다.
제1 리셉터클(2)은 제1 인쇄 회로 기판에 납땜되거나 용접된다. 종방향 축선(X2)의 제1 리셉터클(2)은 접촉 핀(20), 오목부를 갖는 강체(rigid body with a recess)(21) 및 강체(21) 내에 보유되고 접촉 핀(20)의 주변에 배열 되는 복수의 주변 접촉부(peripheral contact)(22)를 포함한다.
복수의 주변 접촉부(22)는 접지 접촉부를 형성한다.
절연체(23)는 접촉 핀(20)과 접지 접촉부(22) 사이에 배열된다.
강체(21)의 오목부는 접촉 핀(20), 접지 접촉부(22) 및 절연체 (23)를 수용한다.
제2 리셉터클(3)은 제 2 인쇄 회로 기판에 납땜되거나 용접된다. 종방향 축선(X3)의 제2 리셉터클(3)은 접촉 핀(30), 오목부를 갖는 강체(31), 및 강체(31) 내에 보유되고 접촉 핀(30)의 주변에 배열되는 복수의 주변 접촉부(32)를 포함한다.
복수의 주변 접촉부(22)는 접지 접촉부를 형성한다.
절연체(33)는 접촉 핀(30)과 접지 접촉부(32)사이에 배열된다.
강체(31)의 오목부는 접촉 핀(30), 접지 접촉부(32) 및 절연체 (33)를 수용한다.
제2 리셉터클(3)의 강체(31)도 센터링 표면(centering surface)(34)을 포함하는 센터링 단부 조각(centering end piece)이다. 도 5에 도시 된 바와 같이, 센터링 표면(34)은 고리 형상 및 원형 단면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 연결 커플링(1)이 제1 리셉터클(2) 및 제2 리셉터클(3)에 연결될 때, 중앙 접촉부(10)의 각 말단의 분지들(100, 101)은 접촉 핀(20,30)에 각각 강제 접촉(forced contact)되고, 탄성 접지 접촉부(22, 42)는 연결 커플링(1)의 분기판(120)에 부착된다. 제2 소켓(34)의 센터링 표면(34)은 슬라이딩 링크(sliding link)를 정의하는 연결 커플링(1)의 길고 단단한 외부 접촉부(12)와 협력한다.
유리한 구체예에서, 연결 커플링(1)의 말단면 중 하나는 특히 강체(21)에 외부 접촉부(12)의 말단을 클리핑함으로써 제1 리셉터클(2)에 고정될 수 있으며, 다른 말단은 제2 리셉터클(3)에 부유 장착될 수 있다.
도 5의 예시된 구체예는 상이한 구성 요소의 상이한 축 (X, X2 및 X3)이 정렬되어 있다는 것을 보여주나, 본 발명에 따른 연결 커플링(1)은 편평한 중앙 접촉부(10)의 분지(100, 101)와 접촉된 접촉 핀(20, 30)들이 원통형 공간(111) 내로 충분히 자유롭게 방사상으로 움직일 수 있으며, 외부 접촉부(12)의 분기판(120)들이 높은 정도의 탄성을 갖기 때문에 연결 조립체의 상당한 방사상 오정렬을 허용한다.
본 발명에 따른 연결 조립체의 상당한 축 방향 공차(tolerance)는 제2 리셉터클(3)의 측면상의 슬라이딩 링크에 의해 얻어질 수 있다. 이러한/이들의 축방향 및/또는 방사상 오정렬(들)은 인쇄 회로 기판 (PCB)과 같은, 본 발명에 따른 연결 조립체에 의해 연결될 두 요소 사이의 거리에 대한 공차를 허용한다.
본 발명의 틀을 벗어나지 않으면서 다른 변형 및 개선이 제공될 수 있다.
도시된 실시예가 대칭구조를 가지며, 말단이 모두 고체 절연체를 자유롭게 이동하게 하는 분지를 갖는 포크 형상이며, 연결 커플링 역할을 하는 커넥터에 관한 것이라도, 본 발명은 또한 하나의 말단 만이 2개의 분지를 갖는 포크 형상이고, 하나의 고체 절연 구체를 가지는 커넥터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 외부 접촉부를 갖거나 또는 갖지 않는 커넥터에 적용된다.
"포함하는(comprising)"이라는 표현은 달리 명시되지 않는 한, "적어도 하나를 포함하는(comprising at least one)"과 동의어로 이해되어야 한다.
1: 커넥터(connector)
2: 제1 리셉터클(first receptacle)
3: 제2 리셉터클(second receptacle)
4: 연결 조립체(connection assembly)
10: 중앙 접촉부(central contact)
11: 절연 구조체(insulating structure)
12: 외부 접촉부 (outer contact)
20, 30: 접촉 핀(contact pin)
21, 31: 몸체(body)
22, 32: 주변 접촉부(peripheral contact), 접지 접촉부(ground contact)
23, 33: 절연체(insulator)
34: 센터링 표면(centering surface)
100, 101: 가요성 분지(flexible branches)
102: 돌출부(harpoons)
110: 말단면(end face)
111: 원통형 공간(cylindrical cavity)
112, 113: 슬롯(slot)
114: 내부 모따기(inner camfer)
115: 내부 그루브(inner groove)
120: 접촉 분기판(contact petals)
121: 펀치(punches)
1000, 1001: 내부 표면(inner surface)
1002, 1003: 내부 모따기(inner chamfer)
X, X2, X3: 종방향 축선(longitudinal axis)
C: 공간(cavity)
E: 스페이스(space)

Claims (14)

  1. 무선 주파수 RF 신호를 전송하기 위한 종방향 축선(X)의 커넥터 (1)로서,
    신장된 편평한 스트립 형태의 중앙 접촉부(10)로서, 하나 이상의 말단이 상보적인 커넥터(2, 3)의 접촉 핀(20,30)을 수용하기 위해 축선(X)을 따라 내향으로 연장되는 공간을 정의하도록 2개의 가요성 분지(100, 101)를 갖는 포크로 형성되고, 상기 포크의 2개의 가요성 분지는 상기 접촉 핀에 접촉력을 가하도록 구성되는 것인 중앙 접촉부(10); 및
    상기 중앙 접촉부를 기계적으로 보유하는 하나 이상의 고체 절연 구조체(11)로서, 상기 고체 절연 구조체의 말단 중 하나는, 상기 2개의 가요성 분지가 자유로운 방사상 이동이 가능하게 하고, 상기 접촉 핀이 상기 포크에 의해 정의되는 공간(C)에 삽입될 때 회전 가능한 상태로 상기 접촉 핀을 안내하도록 구성되는 것인 고체 절연 구조체(11);를 포함하는 커넥터(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중앙 접촉부는 2개의 말단이 각각 포크로 형성되는 대칭 구조이고, 상기 커넥터는 2개의 고체 절연 구조체(11)를 포함하고, 상기 2개의 고체 절연 구조체의 각각의 말단 중 하나는, 중앙 접촉부의 하나의 말단의 2개의 가요성 분지가 자유로운 방사상 이동이 가능하게 하고, 하나의 상보적인 커넥터(2, 3)의 접촉핀(20, 30)이 상기 포크에 의해 정의되는 공간(C)에 삽입될 때 회전 가능한 상태로 상기 접촉 핀을 안내하도록 구성되는 것인 커넥터(1).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 상보적인 커넥터(2, 3)의 접촉 핀(20, 30)의 회전이 가능하도록 상기 포크의 내부 공간은 절두 원추형상(frusto-conical)인 것인 커넥터(1)
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 절연체의 내부 공간은, 상기 상보적인 커넥터의 접촉 핀의 회전이 가능하도록, 절두 원추 형상이거나, 또는 적어도 포크의 분지의 자유로운 변위가 가능한 내부 체적을 갖는 것인 커넥터(1).
  5. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 접촉부는 탄성 재료, 바람직하게는 시효 경화된 CuBe2로 제조된 절단된 편평한 금속 조각으로 제조되는 것인 커넥터(1).
  6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포크의 각각의 분지의 말단의 내부 표면(1000, 1001)은 V자 형태의 그루브 표면(groove surface) 또는 원호 형태의 표면(circular arc surface)인 것인 커넥터(1).
  7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포크 및 상기 고체 절연 구조체는 상기 분지의 말단이 상기 고체 절연 구조체의 말단면(110)과 동일한 평면에 위치하도록 배열되는 것인 커넥터(1).
  8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 절연 구조체(11)는 2개의 정반대로 대향하는 슬롯(112, 113)에 의해 방사상으로 연장되는 실질적으로 원통형인 공간(111)을 가지며, 상기 대향하는 슬롯 각각에는 상기 포크의 2개의 분지(100, 101) 중 하나가 배열되고, 상기 슬롯(112, 113)의 바닥까지 자유롭게 움직이는 것인 커넥터(1).
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고체 절연 구조체(11)는 상기 원통형 공간(111)과 상기 고체 절연 구조체의 말단면(110) 사이에 내측 모따기(114)를 갖는 것인 커넥터(1).
  10. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 접촉부는, 고체 절연 구조체의 내부 그르부(115) 내에 기계적으로 보유되고, 하푼(harpoon)이라고 불리는 하나 이상의 외부 돌출부(102)를 갖는 것인 커넥터(1).
  11. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    명백히 펀치(121)에 의해 상기 고체 절연 구조체를 기계적으로 보유하고, 바람직하게는 CuBe2로 제조된, 본체를 형성하는 외부 접촉부(12)를 더 포함하는 것인, 커넥터(1).
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 외부 접촉부(12)는 하나 이상의 말단이 슬롯팅되어 접촉 분기판(120)을 형성하는 것인 커넥터(1).
  13. 구체적으로 2개의 인쇄 회로기판을 연결하기 위한 연결 조립체(4)로서,
    연결 커플링을 형성하는, 청구항 2 내지 12 중 어느 한 항에 따른 불릿(bullet)이라고 불리는 커넥터(1);
    제1 인쇄 회로 기판에 납땜 또는 용접되는 제1 리셉터클(2)로서, 상기 제1 리셉터클은 핀 중심 접촉부(20)를 포함하는 것인 제1 리셉터클(2); 및
    제2 인쇄 회로 기판에 납땜 또는 용접되는 제2 리셉터클(3)로서, 상기 제2 리셉터클은 핀 중심 접촉부(30)를 포함하는 것인 제2 리셉터클(3);을 포함하고,
    상기 제1 리셉터클의 핀 중심 접촉부는 상기 연결 커플링의 편평한 스트립 형상의 중앙 접촉부의 말단 포크의 하나에 삽입되고, 상기 제2 리셉터클의 핀 중심 접촉부는 상기 연결 커플링의 편평한 스트립 형상의 중앙 접촉부의 나머지 말단 포크에 삽입되는 것인 연결 조립체(4).
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 연결 커플링(1)은 말단면 중 하나는 상기 제1 리셉터클(2)에 고정되고 나머지 말단은 상기 제2 리셉터클(3)에 부유식으로 장착된 대칭 구조인 것인 연결 조립체(4).
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