CN101803120B - 具有改进的插针的背板连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种背板电连接器，特别是具有改进的插针的背板连接器，其具有插针，所述插针包括一片式壳体，用于支撑多列边缘接合的差分信号对触头，每列差分信号对触头由接地触头分隔开。插针壳体基底形成有多个空气通道，所述空气通道延伸通过所述基底，所述空气通道包括设置在一列中每个信号触头和相邻列中直接相邻的信号触头之间的空气通道，用于通过空气电介质来将相邻的信号触头彼此分隔开。只部分地延伸通过所述壳体基底的空芯形成于每个信号触头和相邻列中相邻的接地触头之间，用来进一步隔离差分信号对。

Description

具有改进的插针的背板连接器
本申请要求2007年6月20日递交的序号为60/936,386的美国临时申请的国内权益，其公开的内容在此通过参考引入。
技术领域
本发明一般涉及电连接器，特别地涉及包含电触头的差分信号对的电连接器，所述电触头是为高速电子通信而设计的。
背景技术
电连接器在使用信号触头的电子器件之间提供信号连接。通常，信号触头被如此接近地间隔开，以至于在相邻的信号触头之间会发生不希望的干扰或者串扰。当一个信号触头由于电场的重叠而导致在相邻触头中的电干扰时，就会发生串扰，因此危害了信号的完整性。随着电子器件小型化和高速电子通信变得更普遍，降低串扰成为连接器设计中的一个重要的因素。
用于降低串扰的一种通常使用的技术是以金属板的形式安置多个分离的电屏蔽器，例如位于相邻的信号触头之间。所述屏蔽器通过消除重叠电场来阻挡信号触头之间的串扰。然而，屏蔽器占据连接器中可以用来提供额外的信号触头的有用空间，因此限制了触头密度和连接器尺寸。屏蔽器还增加了连接器制造的成本。
虽然人们知道在信号触头之间使用空气隙，来增加相邻的触头的电隔离，但是空气隙的使用会：由于需要多个端子支撑的框架或者片状针座(wafer)而影响连接器的结构完整性或者使连接器的设计复杂化，还会增加连接器的物理尺寸。例如，在背板连接器的插针中，连接器壳体需要具有一片式塑料设计，所述设计在子卡连接器的插入与多个插针触头形成接合关系过程中将承受重大的力。这需要改进在这种插针连接器中的电信号完整性，与通过应用多个分离的载有信号触头的片状针座的子卡连接器所获得的信号完整性相一致。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电连接器，所述电连接器具有相对简单的设计，其中电触头的差分信号对被空气电介质从紧邻的或者附近的差分信号对的信号触头有效地隔离开。
本发明的另一个目的是提供一种如上所述的电连接器，其中连接器壳体具有一片式模造(molded)的结构，而且达到了信号触头的空气介质隔离，而没有从实质上影响连接器的结构完整性。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的插针电连接器，其具有统一间隔的电触头，所述电触头适合于经济地制造并具有多样的用途。
本发明的还有一个目的是提供一种用于高速数据传输系统中的插针，所述插针具有基底，用于支撑多个接触针，所述接触针能和相对的子卡连接器相匹配。接触针设置于间隔开的行或者列中，基底包括经选择的开口，所述开口形成于基底中并设置于位于不同的行或者列中所选择的相邻的信号针之间。
本发明的这些和其他目的、特征与优点将通过考虑下面的详细描述来得以清楚地理解。
附图说明
在详细描述的过程中，经常会参考到所附的附图，其中：
图1为根据本发明的示例的背板连接器的透视图，示出了与插针连接器处于插入接合关系的子卡连接器；
图2为移除了背板的示例的连接器的透视图；
图2A为用于子卡连接器的单独支撑片的信号触头和接地触头的压印引线框架的平面图；
图3为在背板上以安装关系示出的插针连接器的透视图；
图4为一个插针连接器触头的放大的透视图；
图5为所述插针连接器从其配合侧观察的放大的平面图；
图5A为示例的插针连接器的触头排列的片断描述；
图5B为插针连接器的一个可选实施方式的类似于图5A的片断描述；
图5C为插针连接器的另一个可选实施方式的片断描述；
图6为图5中所示的插针连接器的垂直部分的透视图；
图7和7A为图5中分别沿着线7-7和7A-7A的平面截下的示例的插针连接器的放大的片断部分；以及
图8为沿着平行于连接器的触头的列截下的示例的插针连接器的放大的片断部分。
具体实施方式
现在更特别地参考附图，示出了一个根据本发明的示例的背板连接器10，用于将以背板11的形式的印刷电路板(PCB)与子PCB卡12电连接起来。所述背板连接器10包括安装在背板11上的背板插针连接器14和安装在子卡12上的子卡连接器15，如图所示，背板插针连接器14和子卡连接器15插接在一起。因为背板11和子卡12相互成直角布置，所以背板连接器10是直角连接器并且通过连接器的导电通道相应地改变方向或弯曲90°。然而，可以理解的是，在其它实施方式中，背板和子卡可布置成相互成其它角度，或者相互平行，并且相应地布置导电通道。
这种情况的子卡连接器15包括布置成并行结构的多个支撑片18。如图2最佳所示，每个支撑片18包括第一半支撑片或者小支撑片(waflet)18a和相对的第二半支撑片或者小支撑片18b，两者连接在一起。小支撑片18a、18b由绝缘支撑框架19构造，所述绝缘支撑框架19为例如热塑性材料，设置于多个导电触头20周围。这种情况下的每个小支撑片18a、18b包括一列触头，其能够从图2A所描述的引线框架冲压而成，其包括邻近于接地触头25的成对的边缘接合的差分信号触头24。为了将一片支撑片的差分信号对触头24与另一片支撑片的差分信号对电隔离开，这种情况下的接地触头25具有与差分信号对的宽度实质上相应的横向宽度，一片支撑片的接地触头25和信号触头24从另一片支撑片偏移，这样使得一片支撑片上的信号触头24与相邻支撑片的接地触头25邻近，其间具有由小支撑片18a、18b的配合关系所建立的空气隙。
每列中的接地触头和信号触头24、25粗略地沿着平行的路径延伸，所述路径从子卡连接器的背板面130通常90°过渡到子卡连接器的配合面132。每个触头24、25都具有用于连接至子板的柔性插针形式的终端26和用于连接至插针的触头的配合终端28。这种情况下的触头的配合终端28具有分叉的双线设计，为的是与插针14的触头之间形成冗余、更可靠的连接，如序号为60/936,387、申请日为2007年6月20日(莫列斯案号A7-151US-PRO)的美国临时申请中更详细公开的那样，其公开的内容在此通过参考被引入。
为了生产小支撑片，应该理解到塑料框架19可以在电触头引线框架上内嵌模压，所述电触头引线框架可被冲压并由薄导电金属片形成，例如铜。这种情况下的塑料支撑框架19包括多个肋或者辐条19a，其被设计成用来支撑触头24、25并在子卡连接器15的插入与插针连接器14形成接合关系的过程中将插入负载从支撑片18的顶部转移到柔性尾部26。当结合后在相邻列的触头24、25之间限定出预定的间隔时，肋19a还作为两个小支撑片18a、18b之间的隔条(standoff)。一个小支撑片优选地具有公销钉，所述公销钉与相对的小支撑片中的孔以压配合关系紧密配合，来紧固所配合的支撑片，或者小支撑片以其他合适的方式来将两个元件连接在一起，包括使用凹槽、粘合剂、焊接法之类。当配合后，应该看到，当被从侧面接合至相邻列中差分信号对的信号触头时，每一个小支撑片中的接地端子25被边缘接合至相邻的差分信号对的信号触头26。
支撑片18以彼此平行的关系被安装于前罩或者壳体30的各个凹槽中，并由横向加强带31固定在一起。加强带31优选地具有凹槽，所述凹槽在每个配合的支撑片的背面容纳楔形榫32，用于保持适当的间隔。如本领域所已知的，前罩或者壳体30具有开口，在所述开口中保护性地设置有子卡连接器支撑片的配合端子28。
现在回到图3，插针连接器14包括一片的、优选为塑料模铸的壳体35，所述壳体35分别具有基底36以及直立侧和端壁38、39。所述基底36由多列凹槽形成，每列凹槽用于接收各列电触头40。每列触头14分别包括多个边缘接合的差分信号对触头和相邻的接地触头，为了描述清楚，某些时候在此分别称作S和G。为了这里的目的，术语“列”指代触头边对边对准的方向，术语“行”指代与所述列相垂直的方向。
在这种情况下接地和信号触头40完全相同地形成，如图4所示，每个都包括冲压的插针，所述插针具有实质上与伸长的横截面共面的平坦形状，所述横截面与触头位于其中的列以对准关系定位。在这种情况下每个触头40在其一端具有柔性端子部分41和在其相对的一端具有配合部分42，所述柔性端子部分41用于连接至背板11，所述配合部分42用于与子卡连接器15的分叉的触头28相匹配接合。每个触头40具有位于两端中间的肩部44，用于使所述触头以简单的压入动作从连接器14的顶侧或者配合侧安装入壳体中，与从底侧或者安装侧将触头插入壳体中的通常做法相反。所述触头设计也便于装配后的移除。
作为子卡连接器插入插针连接器的附带事件(incident)，在子卡连接器15与插针连接器14接合后，可看到子卡连接器15的分叉的端子28会逐渐地接触并移动与插针触头40的配合端子42相接合。插针壳体端壁39优选地形成有偏移凹陷41，来便于子卡连接器15与插针连接器14在配合时的对准接合。插针壳体凹陷41提供了防止不适当配合的关键方面。
如图5和5A最佳所示的插针连接器14的信号触头和接地触头S、G被设置于统一的列45(如垂直阵列所示)和行46(如水平阵列所示)的排列中。每列45都包括边缘配合的差分信号对触头S-S，所述触头S-S由各接地触头G所分隔开。在这种情况下交替列的信号触头S-S被行46的间距“p”所偏移，这样使得一列45以从顶到底的顺序从接地触头G开始，而下一个相邻的列从信号触头S开始。如图5A所示，左侧的第一列以从顶到底的顺序包括接地触头G、边缘配合的差分信号对S-S、接地触头G、第二差分信号对S-S、接地触头G等。相邻的列从顶开始包括第一差分信号对S-S、信号触头S、第二差分信号对S-S、接地触头G等。由于这样的排列，可看到每个差分对S-S的一个信号触头S与在直接相邻的列中的信号触头S相邻，所述差分对的其他信号触头S与在直接相邻的列中的接地触头G相邻。
根据本发明的一个重要方面，如图7所示，插针连接器壳体基底形成有预定式样的空芯(core-outs)50，所述空芯50限定了在触头列和一系列的部分空芯之间的空气通道，所述触头列完全延伸通过所述基底用于增强差分信号对的电隔离而不会在实质上影响连接器壳体的强度和刚性，所述一系列的部分空芯没有完全延伸通过插针连接器14的基底36。为了这个目的，插针连接器壳体35的基底36形成有在触头列之间的伸长的空芯或者空气通道50的式样，其中一个通道50设置在一列中每个差分对的信号触头S与直接相邻列中的相邻信号触头S之间。可以理解的是，由于空气具有比塑料更低的介电常数，因此空气通道增强了在一列中一差分对的信号触头从相邻列中差分信号对的相邻信号触头的电隔离。由于在示例的实施方式中的每个差分对的其他信号触头临近接地触头，在这种情况下接地触头提供了屏蔽效应。由于彼此不处于直接相邻关系的差分信号对的信号触头的距离较大，以及空气通道50和接地触头G的屏蔽效应，信号完整性也没有受到位置更远的差分信号对的重大影响。
因此，每列中的差分信号对被有效地与相邻列中差分信号对的电噪声隔离，从而不会阻止通过连接器的高速信号通信的完整性。可以看到，由于空气通道50在尺寸上相对较小，长度实质上与信号触头S的横截面长度相应，并且基底36缺少延伸通过在触头列之间的基底的任何其他间隙或者开口，空气通道50没有在实质上改变插针壳体35的结构强度和完整性，因此不会影响其承受在子卡连接器的配合插入时可能引起的相对高的插入力的能力。事实上，空气通道50占据了由插针连接器壳体35的外部尺寸所建立的基底面积的非常小比例。
根据本发明的另一个方面，如图7A所示，插针基底36形成有多个部分的空芯或者凹陷52，它们没有完全延伸通过基底36，但是它们进一步将差分信号对的信号触头S从相邻的和附近的差分信号对的信号触头S隔离开来。在这种情况下，这种部分的空芯52设置于每个信号触头S和相邻列中的相邻接地触头之间。空芯52又具有实质上与触头的伸长的横截面长度相应的长度，但是只在中间延伸通过基底36，在这种情况下从基底的安装侧通过基底36。部分的空芯52连同相邻的接地触头G进一步电隔离了相邻的和附近的差分信号对的信号触头S。由于部分的空芯52没有完全延伸通过插针基底，它们也不会在实质上影响壳体的结构刚性。部分的空芯52可以作为完全的空芯50的基础，如图7和7A，这意味着部分的空芯52可以首先成形在连接器壳体基底36中，通过在基底的其余部分那儿钻孔来限定完全的空芯50。
现在参考附图5B，示出了插针连接器的一个可选择的实施方式，其中成对的空气通道50、50a设置于每个差分信号对触头S-S的共同侧。每个空气通道50实现在一列中信号触头S和相邻列中直接相邻的信号触头S之间的电绝缘，并且空气通道50a设置在每个差分信号对的其他信号触头和直接相邻的接地触头之间，用于增强信号触头从其他差分信号对的隔离。同样，由于空气通道在尺寸上相对较小，它们在实质上不会影响插针壳体的结构完整性。
在图5C中示出了另一个可选择的实施方式，在这种情况下的每列触头以接地触头开始，并且成对的空气通道50设置于每个差分信号对触头的共同侧，用于将该差分信号对的触头与相邻列中差分信号对的相邻触头电隔离开来。同样，插针连接器壳体35的基底36缺乏延伸通过触头列之间的基底的任何其他的开口或者间隙。
根据前面所述，可看到的是，本发明提供一种背板连接器，在其中子卡连接器和插针连接器都具有差分信号对，所述差分信号对被空气电介质从相邻差分信号对的相邻触头隔离，来增强高速通信中的信号完整性。当为了结构完整性而使用一片式塑料壳体时，就获得了插针中信号触头的空气电介质。插针也可以设计成具有紧密间隔的触头的列与行，以经济地制造并具有多样的用途。

Claims (18)

1.一种电连接器，包括：
连接器壳体，其包括一片式基底，用于支撑多列电触头，每列包括多对边缘接合的差分信号触头，所述列中的每个差分信号触头对被接地触头从另一个差分信号触头对分隔开；
每个差分信号对的至少一个信号触头，其设置成邻近于在直接邻近的列中的差分信号对的信号触头；
多个空气通道，其延伸通过所述基底并设置于所述列之间，所述通道包括单个空气通道，所述单个空气通道设置于一列中的每个信号触头和直接相邻列中的直接相邻的信号触头之间，通过空气电介质来将相邻列的相邻的信号触头彼此电隔离开。
2.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述电触头每个都具有伸长的共面的横截面，所述横截面与所述列的排列以平行关系对准。
3.根据权利要求2所述的电连接器，其特征在于，所述空气通道每个都具有伸长的横截面形状，所述横截面形状在长度上与所述信号触头的伸长的横截面长度相应。
4.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，成对的所述空气通道设置成邻近每个差分信号对的触头的共同侧。
5.根据权利要求4所述的电连接器，其特征在于，所述连接器基底在所述列之间除了所述成对的空气通道之外，没有任何其他的空气通道。
6.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，邻近信号触头的空气通道专有地设置于所述触头列之间。
7.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，当每个差分信号对的一个信号触头设置成邻近于在直接邻近的列中的差分信号对的信号触头时，每个差分信号对的另一个信号触头设置成与相邻列中的接地触头相邻。
8.根据权利要求7所述的电连接器，其特征在于，所述基底形成有多个凹陷，所述凹陷只部分地延伸进入所述基底中，所述凹陷包括设置在一列中的每个信号触头和相邻列中的直接相邻的接地触头之间的凹陷。
9.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述触头被排列成统一的列和行的阵列，所述列在所述差分信号对的边缘接合方向上对准，所述行在垂直于所述列的方向上对准。
10.一种电连接器，包括：
一片式塑料模铸壳体，其包括基底，用于支撑多个电触头列，每个所述列包括多个成对的边缘接合的差分信号触头，每个差分信号对由接地触头分隔开，多个成对的空气通道延伸通过在所述列之间的所述基底，每对所述空气通道设置成邻近各对边缘接合的差分信号触头，每对空气通道中的一个位于差分信号对的一个信号触头和相邻列中相邻触头之间，而其他的空气通道设置在所述差分信号对的其他信号触头与相邻列中的相邻触头之间，用于通过空气电介质将每个差分信号对的所述信号触头从相邻列中的相邻触头电隔离开。
11.根据权利要求10所述的电连接器，其特征在于，所述触头每个都具有伸长的共面的横截面，所述横截面与所述列的排列以平行关系对准，并且所述空气通道每个都具有伸长的横截面形状，所述横截面形状在长度上与所述信号触头的伸长的横截面长度相应。
12.根据权利要求10所述的电连接器，其特征在于，成对的所述空气通道设置成邻近每个差分信号对的触头的公共侧，并且所述连接器基座在所述列之间除了所述成对的空气通道之外，没有任何其他的空气通道。
13.根据权利要求10所述的电连接器，其特征在于，每个差分信号对的一个信号触头设置成邻近相邻列中的信号触头，并且每个差分信号对的另一个信号触头设置成邻近接地触头。
14.背板电连接器，包括：
子卡连接器，其可安装在子PCB板上，并具有多列边缘接合的差分信号对触头，每对差分信号对触头由接地触头分隔开；
插针连接器，其用于安装在背板上，并与所述子卡连接器相配合，所述插针连接器具有带一片式基底的壳体用于支撑多列电触头，每个所述列包括多对边缘接合的差分信号触头，每个差分信号触头对由接地触头分隔开；
每个差分信号对的至少一个信号触头设置成与直接相邻列中差分信号对的信号触头相邻，多个空气通道延伸通过所述列之间的所述基底，所述通道包括设置在一列中的每个信号触头和相邻列中的直接相邻的信号触头之间的空气通道，用于通过空气电介质来将相邻列的相邻信号触头彼此电隔离开。
15.根据权利要求14所述的电连接器，其特征在于，所述触头每个都具有伸长的共面的横截面，所述横截面与所述列的排列成平行关系对准，并且所述空气通道每个都具有伸长的横截面形状，所述横截面形状在长度上与所述信号触头的伸长的横截面长度相应。
16.根据权利要求14所述的电连接器，其特征在于，成对的所述空气通道设置成邻近每个差分信号对的触头的公共侧。
17.根据权利要求14所述的电连接器，其特征在于，当每个差分信号对的一个信号触头设置成与直接相邻列中差分信号对的信号触头相邻时，所述每个差分信号对的另一个信号触头设置成邻近相邻列中的接地触头，所述基底形成有多个凹槽，所述凹槽只部分地延伸进入所述基底中，并且所述凹槽包括设置在一列中每个信号触头和相邻列中直接相邻的接地触头之间的凹槽。
18.根据权利要求14所述的电连接器，其特征在于，所述触头被排列成统一的列和行的阵列，所述列在所述差分信号对的边缘接合方向上对准，所述行在垂直于所述列的方向上对准。
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