TWI463740B - 板對板電氣連接器 - Google Patents

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TWI463740B TW098109687A TW98109687A TWI463740B TW I463740 B TWI463740 B TW I463740B TW 098109687 A TW098109687 A TW 098109687A TW 98109687 A TW98109687 A TW 98109687A TW I463740 B TWI463740 B TW I463740B
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John E Knaub
Lynn Robert Sipe
David W Helster
Timothy R Minnick
Douglas W Glover
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Tyco Electronics Corp
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Description

板對板電氣連接器
本發明係有關於一用於傳送差動訊號之板對板電氣連接器。
隨著電氣組件的體積更小、速度更快以及效能更高，使沿著電氣路徑之電氣介面能在更高頻率與密度操作下同時具有更高的傳輸量變得日益重要。
在一用於電路板互連的傳統方法中，一電路板係作為背板或主板，另一電路板則作為子板。這兩個電路板並非直接連接在一起，背板通常具有一連接器，一般稱為插頭，該連接器包含複數個連接至背板上之導電跡線之訊號接腳或接點。子板連接器，一般稱為插座，亦包含複數個接點或接腳。當插頭與插座接合，訊號可以在兩個電路板之間傳送。
由於電子通訊之資料率提高，對於兼顧密度、傳輸量以及訊號完整性之需求欲加迫切。有些板對板連接器運載差動訊號，其中每一訊號需要兩條線路，稱為一差動對。爲了具有更佳的性能，一接地可與每一差動對聯結，提供該差動對屏蔽以減少雜訊或串擾。
目前仍有發展更高速且雜訊更小的連接器之需求。
本發明一電氣連接器包含：一限定一連接器相配介面之外殼，該外殼容置複數個相結合以限定一連接器裝配介面之接點模組。每一接點模組包含訊號導線與接地導線，個別的接地導線與依接點模組之厚度並列設置之訊號導線對以交替方式配置。訊號與接地導線各自具有靠近相配介面之相配接點以及靠近裝配介面之裝配接點。每一接點模組之相配與裝配接點是以不同於該接點模組內之訊號與接地導線之圖樣之第一與第二接點圖樣其中之一配置，而鄰接的接點模組之相配與裝配接點是分別以不同於該接點模組之相配與裝配接點配置圖樣之第一與第二接點圖樣其中之一配置。
第一圖係顯示本發明一具體實施例之一具有一電氣連接器組合體110之電子組合100。電氣連接器組合體110使一背板112與一子板114互連。電氣連接器組合體110包含一安裝在背板112上之插頭連接器120以及一安裝在子板114上之插座連接器124。插頭連接器120與插座連接器124相接合以電氣方式連接背板112與子板114。儘管文中是以一用於使電路板(例如背板112與子板114)互連之電氣連接器組合體110描述本發明，此等描述係用以說明本發明而非用以限制本發明。即本發明之優點亦可納入用於連接兩個電氣組件或將一電氣組件與一電路板連接起來之連接器組合體。
第二圖係顯示插頭連接器120之透視圖。插頭連接器120包含一具有一基部132以及護罩134與136之介電外殼130。護罩134與136自基部132之相對側邊往上延伸，而且每一護罩包含一鍵槽138。插頭連接器120包含一相配面142與一裝配面144，當插頭連接器120安裝在背板上時，該裝配面144與背板112(第一圖)接合。插頭連接器120容置複數個電氣接點150，該等電氣接點150包含以一圖樣配置之訊號接點150A與接地接點150B，以下將會詳細地說明。
第三圖係顯示一可用於插頭連接器120(第二圖)之接點150之透視圖。每一接點150包含一用以與插座連接器124(第一圖)內之接點接合之相配端154。相配端154延伸自一壓合入插頭連接器外殼130之基部132之接點本體或固持部156。接點本體156包含將接點150固持在插頭連接器外殼基部132內之固持倒勾158。一接點尾160自接點本體156往與相配端154相反之方向延伸。接點尾160延伸自插頭連接器120之基部132，位於裝配面144，以將插頭連接器120安裝在背板112上。在一具體實施例中，接點尾160為一針狀設計之順應式眼孔。在一具體實施例中，相配端154包含一柱狀接腳設計。訊號接點150A與接地接點150B大致相同，不過在一些具體實施例中，接地接點150B之相配端154之長度L比訊號接點150A之相配端154之長度L長，因此當插頭連接器120與插座連接器124接合以及脫離插座連接器124時，接地接點150B是最先與之接合也是最後脫離的部分。另外，在一些具體實施例中，訊號接點150A之接合亦有先後。意即，藉由進一步改變訊號接點150A之長度L，所選擇的訊號接點150A可以比其他訊號接點150A更先與插座連接器124接合。
第四圖係顯示插座連接器124之透視圖。插座連接器124包含一具有一相配端或相配介面172以及一裝配端或裝配介面174之介電外殼170。在一具體實施例中，裝配介面174大致與相配介面172垂直，使插座連接器124能將大致互呈直角之電氣組件或電路板連接起來。相配介面172包含複數個接點孔176，用以容置位於插頭連接器120(第二圖)之相配面142之接點150，以下將有更詳細的說明。插座連接器外殼170包含：一頂壁178，一護罩180自該頂壁178往後延伸；以及一相對的底壁182。校準鍵184分別形成於頂壁178與底壁182，不過第四圖僅繪出一校準鍵。校準鍵184係容置於插頭連接器120(第二圖)之鍵槽138內，使插座連接器124能對準插頭連接器120。外殼170包含一相對於相配介面172之模組容置端186，該模組容置端186容置複數個晶片或接點模組190。接點模組190共同限定了裝配介面174。圖中顯示之接點模組190有190A與190B兩種類型，以交替的次序裝入外殼170。
第五圖係顯示本發明一具體實施例之接點模組190A之透視圖。接點模組190A包含一由絕緣材料製成之接點模組外殼194。接點模組外殼194包含一容置於插座外殼170(第四圖)之模組容置端186內之往前相配端196，以及一大致垂直於往前相配端196之裝配邊緣198。靠近往前相配端196之處設有一校準鍵200，校準鍵200容置於護罩180(第八圖)之一凹槽202中，用以將接點模組190A裝設在插座外殼170。裝配接點204延伸自裝配邊緣198，以安裝至一電路板或其他電氣組件。在一具體實施例中，裝配接點204可以是一般用於電路板連接之彈性針狀眼孔。當接點模組190A為插座外殼170所收納，相配接點210容置在插座外殼170之接點孔176中。
第六圖係顯示相配接點210之放大透視圖。在所描繪的具體實施例中，接點210為一三樑式設計的接點，具有三個延伸自一接點本體214的接點樑212。接點樑212之配置係用以容置插頭連接器120(第二圖)之接腳接點150。
第七圖係顯示接點模組190A之分解圖。接點模組外殼194之一第一側邊216與一相對於第一側邊216之第二側邊218之間的厚度為T。接點模組190A包含複數個訊號導線220與接地導線222，在各自的相配接點210與裝配接點204之間提供導電路徑。訊號導線被分成一第一訊號導線群224以及一第二訊號導線群226。接地導線222形成一第三群228。每一接地導線222具有一略小於接點模組外殼194之厚度T之寬度W。在一具體實施例中，訊號導線220與接地導線222被壓合入接點模組外殼194。在另一具體實施例中，訊號導線群224與226以及接地導線群228可以形成導線架(圖未示)並模壓在接點模組外殼194上以形成接點模組190A。第一訊號導線群224是壓合入接點模組外殼194之第一側邊216，而第二訊號導線群226與接地導線群228是壓合入接點模組外殼194之第二側邊218。在組裝好的接點模組190A中，訊號導線群224與226是設在一通過接點模組外殼194之中線219之相對側邊。第一訊號導線群224中每一訊號導線220是設在第二訊號導線群226中一訊號導線220的旁邊或鄰接處，形成一差動訊號對。接地導線222是設在每一對訊號導線220之間。包含190A與190B兩種類型在內的所有接點模組190，其位於相配與裝配介面172與174之間的訊號導線220與接地導線222皆以相同的圖樣配置。不過在插座連接器124之相配與裝配介面172與174上，接點模組190A顯示兩種不同接點圖樣中的一第一接點圖樣，而接點模組190B則顯示兩種不同接點圖樣中的一第二接點圖樣，以下將有更詳細的說明。
第八圖係顯示沿著第四圖之線8-8所取之插座連接器124之截面示意圖。第八圖所示之截面區域係穿過護罩180與相配介面172後方所取得。圖中顯示接點模組外殼194上之校準鍵200容置於凹槽202中，將接點模組190設置在插座外殼170(第四圖)中。包含接點模組190A與190B在內的每一接點模組190中，訊號與接地導線220與222係以一圖樣配置在相配介面172與裝配介面174之間，其中訊號導線220被配置成差動訊號導線對240，差動訊號導線對240依接點模組外殼194之厚度T(第七圖)並列設置，並且設置在個別的接地導線222之間。在一具體實施例中，每一差動訊號導線對240中的訊號導線220是位在接點模組外殼194之中線219之相對側邊。
在每一接點模組190中，接地導線222之寬度W足以將差動訊號導線對240與鄰接差動訊號導線對240隔開，藉此將接點模組190內差動訊號導線對240之間的串擾降到最低。接點模組190設有氣隙或氣穴242，將其差動訊號導線對240與鄰接接點模組190內之差動訊號導線對240隔開。氣穴242能擋住來自鄰接接點模組190之外來串擾。在傳送差動訊號時，差動訊號對之訊號路徑之長度較佳為越相近越好，以將所傳送的訊號之偏斜減到最小。由於在差動訊號導線對240中訊號導線220是並列設置，每一差動對中訊號導線220的整體長度相同，因此得以消除差動訊號導線對240內的偏斜。
差動訊號導線對240內之訊號導線220之間具有一間隔S1 。差動訊號導線對240與接地導線222之間具有一間隔S2 。間隔S1 與S2 之選擇與接點模組材料和導線材料的特性以及尺寸有關，以在插座連接器124中提供一想要的阻抗，將訊號損耗減到最少。在一些具體實施例中，一引起衰減的材料也可以選擇性地設在接點模組外殼194中，以控制連接器阻抗。可使用已知模擬軟體來爲包含連接器阻抗在內的特定設計目標最佳化這些變數。其中一種模擬軟體為美商恩碩科技公司所開發的HFSSTM 。在一具體實施例中，插座連接器124具有100歐姆的特性阻抗。
第九圖係顯示沿著第四圖之線9-9所取之插座連接器124之截面示意圖。此截面區域是穿過插座外殼170之相配介面172並且穿過分別位於訊號與接地導線220與222端部之三樑式設計的相配接點210(第六圖)。第九圖中延伸自頂壁178與底壁182之假想線將外殼170劃分成相應於裝設於其中之接點模組190(第四圖)之行250。在相配介面172，相配接點210係以第一與第二接點圖樣其中之一配置，如上所述，此兩種圖樣皆不同於位在相配介面172與裝配介面174之間的訊號與接地導線220與222之圖樣。
第一與第二接點圖樣皆包含垂直耦合訊號接點對210A、水平耦合訊號接點對210B以及個別的接地接點210C。垂直耦合接點對210A具有一接點軸252，而水平耦合接點對210B具有一大致垂直於垂直耦合接點對210A之接點軸252之接點軸254。意即，垂直耦合接點對210A與水平耦合接點對210B互呈約90度角偏移。惟應了解的是訊號接點對210A與210B以及接地接點210C之結構相同，皆具有先前所述之三樑式接點210(第六圖)。在一行250A中，自頂壁178至底壁182，接點對210A與210B以水平接點對210B-垂直接點對210A-水平接點對210B的方式交替配置。接地接點210C係配置成一鄰接訊號接點對210A與210B之行256。在鄰接的一行250B中，自頂壁178至底壁182，接點對210A與210B以垂直接點對210A-水平接點對210B-垂直接點對210A的方式交替配置。同樣地，接地接點210C也是配置成一鄰接訊號接點對210A與210B之行256。在插座外殼170中，從一行250到下一行250是以上述兩種接點圖樣交替配置。在每一接點模組190(第四圖)中，裝配接點204(第五圖)之圖樣與相配接點210相同。因此，裝配介面174呈現和相配介面172一樣的接點圖樣。裝配與相配介面174與172所呈現之接點圖樣可將裝配與相配介面174與172之雜訊降到最低。
第十圖係顯示背板112與子板114上接點孔圖樣或覆蓋區260與270之透視圖。背板112上的接點孔包含訊號接點孔280以及接地接點孔282。如圖所示，訊號接點孔280之差動對284係被圈起來。訊號接點孔280之差動對284係配置成往箭頭288方向延伸之行286以及往大致垂直於箭頭288之箭頭292方向延伸之列290。接點孔圖樣260包含以交替次序配置之接地接點孔282之行294以及訊號接點孔280之差動對284之行286。或者，列290存在相同的圖樣。在差動對284所形成的每一行286中，差動對284係以兩種圖樣的其中之一配置，第一種圖樣為垂直耦合差動對284A-水平耦合差動對284B-垂直耦合差動對284A；第二種圖樣為水平耦合差動對284B-垂直耦合差動對284A-水平耦合差動對284B。差動對284之圖樣類似但彼此偏移。從一差動對行286到下一個差動對行286，差動對行286內之訊號接點孔280之差動對284是以第一、第二差動對圖樣交替的方式配置。垂直耦合差動對284A之接點孔280之間具有一間隔S3 。水平耦合差動對284B之接點孔280之間具有一間隔S4 。
子板114上訊號接點孔300以及接地接點孔302之圖樣或覆蓋區270大致與背板112上之圖樣或覆蓋區相同。如圖所示，訊號接點孔300之差動對304係被圈起來。訊號接點孔300之差動對304係配置成往箭頭312方向延伸之行310以及往大致垂直於箭頭312之箭頭316方向延伸之列314。接點孔圖樣270包含以交替次序配置之接地接點孔302之行318以及訊號接點孔300之差動對304之行。如同上述背板112，在差動對304所形成之每一行310內，差動對304係以兩種圖樣其中之一配置。第一種圖樣為垂直耦合差動對304A-水平耦合差動對304B-垂直耦合差動對304A；第二種圖樣為水平耦合差動對304B-垂直耦合差動對304A-水平耦合差動對304B。差動對304之圖樣類似但彼此偏移。從一差動對行310到下一差動對行310，差動對行310內的差動對304是以第一、第二差動對圖樣交替的方式配置。垂直耦合差動對304A之接點孔300之間具有一間隔S5 。水平耦合差動對304B之接點孔300之間具有一間隔S6 。
上述背板以及子板上的接點孔覆蓋區為美國第7,207,807號專利所述之雜訊消除覆蓋區，其標的整體併入參照。
第十一圖係顯示自一接點模組移除並且使背板112與子板114互連之訊號導線220與接地導線222之示意圖。爲使說明更清楚，有些接地導線222並未描繪出來。訊號導線220係配置成差動訊號導線對240。如上述有關第九圖之敘述，位在相配介面172上之接點210係配置成交替設置之垂直耦合與水平耦合訊號接點210A與210B之差動對以及個別的接地接點210C。同樣地，位於裝配介面174之接點204係配置成交替設置之垂直耦合與水平耦合訊號接點對204A與204B之差動對以及個別的接地接點對204C。在相配與裝配介面172與174上，每一訊號導線220通過一轉變，以相應於背板112與子板114上接點孔覆蓋區260與270之圖樣分別配置相配與裝配訊號接點210與204。
第十二圖係顯示位於裝配介面174並與子板114接合之水平耦合訊號接點對204B之放大圖。第十三圖係顯示位於相配介面172並與背板112接合之水平耦合訊號接點對210B之放大圖。每一訊號導線220在靠近相配與裝配介面172與174之處包含轉變區332與330，以使相配接點210與裝配接點204分別安裝至以及對齊背板112與子板114上相對應的覆蓋區260與270。由於接點模組190內之差動訊號導線對240是並列設置，只需要將接點間隔從接點模組內的間隔S1 調整為雜訊消除接點孔覆蓋區260與270之間隔S4 與S6 。間隔調整是在位於相配介面172與裝配介面174之轉變區332與330進行。
第十四圖係顯示位於裝配介面174並與子板114接合之垂直耦合訊號接點對204A之放大圖。第十五圖係顯示位於相配介面172並與背板112接合之垂直耦合訊號接點對210A之放大圖。由於第十四圖與第十五圖所示之垂直耦合，位於相配與裝配介面172與174之間，在接點模組190內之訊號導線220由並列之方向改變成一方向，其中差動對210A之接點軸252(第九圖)大致垂直於訊號導線220之並列方向。轉變發生在轉變區330與332。轉變也包含將接點間隔從接點模組190內訊號導線對之間的間隔S1 調整成雜訊消除接點孔覆蓋區260與270之間隔S3 與S5 。
本文所述之具體實施例提供一用於使電路板112與114互連之電氣連接器組合體110。電氣連接器組合體110包含一插頭連接器120以及一插座連接器124，其運載差動訊號並展現低雜訊特性。插座連接器124包含接點模組190，接點模組190具有並列設置在個別接地導線222之間之差動訊號導線對240。差動訊號導線對240與接地導線222之配置改變以符合位於電路板112與114上之雜訊消除覆蓋區。在差動對中，偏斜被減到最小。透過連接器維持一預設阻抗，以將訊號耗損降到最低。
8-8．．．線
9-9．．．線
12．．．第十二圖
13．．．第十三圖
14．．．第十四圖
15．．．第十五圖
100．．．電子組合
110．．．電氣連接器組合體
112．．．背板
114．．．子板
120．．．插頭連接器
124．．．插座連接器
130．．．外殼
132．．．基部
134．．．護罩
136．．．護罩
138．．．鍵槽
142．．．相配面
144．．．裝配面
150．．．電氣接點
150A．．．訊號接點
150B．．．接地接點
154．．．相配端
156．．．接點本體
158．．．固持倒勾
160．．．接點尾
170．．．外殼
172．．．相配介面
174．．．裝配介面
176．．．接點孔
178．．．頂壁
180．．．護罩
182．．．底壁
184．．．校準鍵
186．．．模組容置端
190．．．接點模組
190A．．．接點模組
190B．．．接點模組
194．．．接點模組外殼
196．．．前相配端
198．．．裝配邊緣
200．．．校準鍵
202．．．凹槽
204．．．裝配接點
204A．．．垂直耦合訊號接點對
204B．．．水平耦合訊號接點對
204C．．．個別的接地接點
210．．．相配接點
210A．．．垂直耦合訊號接點對
210B．．．水平耦合訊號接點對
210C．．．接地接點
212．．．接點樑
214．．．接點本體
216．．．第一側邊
218．．．第二側邊
219．．．中線
220．．．訊號導線
222．．．接地導線
224．．．第一訊號導線群
226．．．第二訊號導線群
228．．．接地導線群
240．．．差動訊號導線對
242．．．氣穴
250．．．行
250A．．．行
250B．．．行
252．．．接點軸
254．．．接點軸
256．．．行
260．．．接點孔覆蓋區
270．．．接點孔覆蓋區
280．．．訊號接點孔
282．．．接地接點孔
284．．．差動對
284A．．．垂直耦合差動對
284B．．．水平耦合差動對
286．．．差動對行
288．．．箭頭
290．．．列
292．．．箭頭
294．．．行
300．．．訊號接點孔
302．．．接地接點孔
304．．．差動對
304A．．．垂直耦合差動對
304B．．．水平耦合差動對
310．．．差動對行
312．．．箭頭
314．．．列
316．．．箭頭
318．．．行
330．．．轉變區
332．．．轉變區
S1 ．．．間隔
S2 ．．．間隔
S3 ．．．間隔
S4 ．．．間隔
S5 ．．．間隔
S6 ．．．間隔
第一圖係顯示本發明一具體實施例之一具有一電氣連接器之電子組合之透視圖。
第二圖係顯示第一圖所示之插頭連接器之透視圖。
第三圖係顯示一用於第二圖所示之插頭連接器之接點之透視圖。
第四圖係顯示第一圖所示之插座連接器之透視圖。
第五圖係顯示一用於第四圖所示之插座連接器之接點模組之透視圖。
第六圖係顯示第五圖所示之接點模組內之一相配接點之透視圖。
第七圖係顯示第五圖所示之接點模組之分解圖。
第八圖係顯示沿著第四圖之線8-8所取之一插座連接器之截面示意圖。
第九圖係顯示沿著第四圖之線9-9所取之一插座連接器之截面示意圖。
第十圖係顯示背板與子板之接點覆蓋區之透視圖。
第十一圖係顯示自一接點模組移除並且使一背板與一子板互連接之訊號與接地導線之示意圖。
第十二圖係顯示一位於裝配介面並與子板接合之水平耦合訊號接點對之放大圖。
第十三圖係顯示一位於相配介面並與與背板接合之水平耦合訊號接點對之放大圖。
第十四圖係顯示一位於裝配介面並與子板接合之垂直耦合訊號接點對之放大圖。
第十五圖係顯示一位於相配介面並與背板接合之垂直耦合訊號接點對之放大圖。
112．．．背板
114．．．子板
172．．．相配介面
174．．．裝配介面
200．．．校準鍵
210．．．相配接點
210A．．．垂直耦合訊號接點對
210B．．．水平耦合訊號接點對
210C．．．接地接點
220．．．訊號導線
222．．．接地導線
240．．．差動訊號導線對

Claims (6)

  1. 一電氣連接器包含一限定一連接器相配介面之外殼，該外殼容置複數個相結合以限定一連接器裝配介面之接點模組，其特徵在於：每一該接點模組包含訊號導線與接地導線，個別的該接地導線與依該接點模組之一厚度並列設置之該差動訊號導線對以交替方式配置；以及該訊號與接地導線各自具有靠近該相配介面之相配接點以及靠近該裝配介面之裝配接點，每一該接點模組之該相配與裝配接點是以不同於該接點模組內之該訊號與接地導線之圖樣之第一與第二接點圖樣其中之一配置，其中鄰接的該等接點模組之該相配與裝配接點是分別以不同於該接點模組之該相配與裝配接點之圖樣之該第一與第二接點圖樣其中之一配置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中該第一與第二接點圖樣皆包含一由接地接點形成之行，該接地接點行鄰接一包含訊號接點之行，該訊號接點以垂直耦合訊號接點對與水平耦合訊號接點對交替的方式配置，其中以該第二接點圖樣排列該訊號接點對之配置偏移於以該第一接點圖樣排列該訊號接點對之配置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中每一該接地導線具有一寬度，足以將同一接點模組內之一訊號導線對與其他訊號導線隔開。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中鄰接的接點模組間之氣穴將該訊號導線與鄰接的接點模組內之訊號導線隔開。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中每一該接點模組包含一具有一中線之外殼，其中每一該接點模組內之該訊號導線係配置成一設在該中線一側之第一導線群以及一設在該中線另一側之第二導線群，而每一該訊號導線對包含該第一導線群之一訊號導線以及該第二導線群之一訊號導線。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之連接器，其中該接點模組包含一存在於該訊號導線對之訊號導線間的第一間隔以及一存在於該訊號導線與該接地導線之間的第二間隔，其中該第一與第二間隔之選擇是用以在連接器中提供一預設阻抗。
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