CN1278453C - 能够增强电气性能的具有开放侧面的端子模块 - Google Patents

Abstract

一种电连接器，包括一个绝缘外壳和安装在绝缘外壳上的多个端子模块(18)。各个端子模块包括用来封装包括引线(92)和插座触点(96)在内的多个导体的一个绝缘模制体(86)。一个差动壳(166)被安装到端子模块上。差动壳包括用来限定腔室(180)的壁(174，176，178)，每个腔室具有一个开放的侧面(192)，相应的插座触点可以通过开放的侧面插入腔室中。腔室的壁所具有的非线性轮廓基本上符合与其相应的所述插座触点的轮廓，以便减少壁与触点之间的气隙，从而降低端子触点的阻抗并改善信号性能。

Description

能够增强电气性能的 具有开放侧面的端子模块

技术领域

本发明的最佳实施例一般涉及到一种电连接器组件，它具有小封装形式的插座连接器能与插头连接器匹配，并具有高信号性能特性。

背景技术

电子工业中对两个印刷电路板之间或印刷电路板与导线之间的电连接普遍使用直角连接器。典型的直角连接器具有大量的插针接收端子以及与插针接收端子成直角的、用以电气接触到印刷电路板的插针(例如是顺应插针)。另一个印刷电路板上的接线柱插头或是一个接线柱插头连接器可以插入插针接收端子，在二者之间形成电接触。通过这种连接器的电信号的传输频率很高，不仅需要端子模块内各个触点具有平衡阻抗来减少信号延迟和反射，还要在各行端子之间加以屏蔽来减少交扰。

在美国专利US5,066,236和5,496,183中已经论述了端子触点的阻抗匹配。在这些专利中还论述了直角连接器，模块化设计使得易于生产更短或更长的连接器，无需重新设计和加工全新的连接器，而是仅仅生产一个新的外壳部件，在其内组装多个相同的端子模块。如′236专利中所述，屏蔽件可以介于相邻的端子模块之间。可以用一个插件替代屏蔽，或是在不需要屏蔽的情况下用一个较厚的端子模块填补中间的屏蔽间隙。′236专利中所述的屏蔽对于制造和组装是比较昂贵的。′183专利中所述屏蔽模块包括一个板状屏蔽，它被固定在模块上并在板部内有一个用来与基本上封装在介电材料内的触点的中间部位电气啮合的一个弹簧臂。然而，′183专利的屏蔽结构需要在板上相邻的通孔之间有足够的空间以免因疏忽发生短路。另外，如果接地触点需要在连接器内重新定位，绝缘模块和屏蔽都需要修改。

在美国专利US5,664,968中提出了另一种电连接器组件，其中的各个端子模块具有包括配合接触部、连接器连接部，以及二者之间的中间部的多个触点，其中有些或是全部中间部被封装在一个绝缘网内。在各个模块上装有导电屏蔽。各个屏蔽包括至少一个第一弹性臂，它与装有屏蔽的模块的触点中选定的一个形成电气啮合，以及至少一个第二弹性臂，它从模块向外延伸，并且适合与连接器组件的相邻端子模块中另一个选定的触点电气啮合。

诸如′236、′183和′968专利中的传统连接器组件通常是为单端设备和差动对设备设计的。对于单端设备，整个信号是沿着一个导体指向第一方向，整个信号随后沿着另一个导体从相反方向上返回。各个导体被连接到连接器组件内部的一个触点，而整个信号是通过一个插针或触点指向第一方向，并通过一个单独的插针或触点指向相反方向。在差动设备中，信号被分割并在在一对导体上沿第一方向发送(因而是通过一对触点或插针)。返回信号同样被分割并在同一对导体上朝反方向上发送(因而是通过同一对插针或触点)。

单端相对于差动对设备在信号传播路径上的差别会造成信号特性的差别。信号特性中包括阻抗、传播延迟、噪声、失真等等。信号特性还会受用来发送和接收信号的电路的影响。用来发送和接收信号的电路对于单端和差动设备是完全不同的。发送和接收电路及信号传播路径上的不同产生不同的电气特性，例如是阻抗、传播延迟、失真和噪声。连接器组件结构和配置的改变会改善或影响信号特性。按照单端设备优化的连接器组件结构和配置与用于差动对设备的连接器组件结构和配置的优化是不同的。

以下提出了一种能同时满足单端和差动对设备用途的通用连接器组件。这种连接器组件不是按某一种设备优化的。连接器组件只需要按照差动对设备来优化。

另外，大多数连接器组件在维持高信号性能的同时必须要满足由设备类型所决定的具体空间限制。例如，某些计算机规格例如是小型PCI规格限定了可用来安装连接器组件的外壳的尺寸，也就是一种代表工业标准连接器的HM-型连接器。然而，HM连接器不需要提供在所有设备中所需的理想信号性能特性。在某些设备中需要高级信号特性，例如是可以由Tyco ElectronicsCorp所提供的HS3连接器来提供。

然而，某些能提供高级信号特性的传统连接器不能满足HM型连接器标准的外壳尺寸。例如，HM连接器是按照安装在印刷电路板边沿上来设计的，按直角将印刷电路板连接到一个附属卡。HM连接器包括一个跨在印刷电路板边沿上的配合面。HM连接器的侧面呈L形并且提供一个位于印刷电路板上、下方的配合面。一个HM连接器上的触点是跨着印刷电路板的边沿交错的。能够提供高信号特性的某些类型的连接器包括仅仅沿着电路板一侧的触点，不是交错在印刷电路板的一侧上。

举例来说，某些传统连接器例如是HS3连接器包括接地屏蔽和信号触点端子。接地屏蔽位于插头连接器中，并在插头与插座连接器接合时与插座连接器中的接地触点啮合。在配合插头和插座连接器时，最好是在插头和插座中的信号触点彼此啮合之前使接地触点与接地屏蔽彼此啮合。

然而，在传统的连接器组件中，为了使接地触点的的尖部首先与接地屏蔽的尖部啮合，它们应该比信号触点要长。在插头与插座仅仅是局部配合时，接地触点就能接触到屏蔽。随着插头与插座进一步接合达到完全配合位置，接地触点尖部与接地屏蔽之间的连接点从接地屏蔽的尖部向接地屏蔽的基座移动。在完全配合时，接地触点的尖部在接地屏蔽基座附近的一点处与接地屏蔽形成电气接触。

连接器组件的信号性能是比较差的，接地触点仅仅在接地屏蔽基座附近与接地屏蔽电气啮合，因为接地屏蔽的外部会形成一个发送电磁(EM)干扰的柱状天线。由接地屏蔽造成的EM干扰会干扰连接器组件的信号特性。

进而，控制连接器组件内部的阻抗通常能提高连接器组件的电气性能。一般来说，插座外壳空腔的壁越接近触点，阻抗就越小。因此就希望空腔壁的位置接近触点。然而，普通连接器组件的空腔壁轮廓不是对应着触点的轮廓。普通连接器外壳是用比较直的壁限定一个空腔的边界。因此，现行插座外壳的内部空腔大致呈立方体形状。触点通常是通过立方体的一端插入。因此，如果采用非立方体，非正方形或是非矩形的触点，空腔壁的内表面不符合触点的轮廓。由于空腔壁的轮廓不是对应着触点的轮廓，空腔内的触点周围有比较大量的空气。在触点周围有比较大量的空气会产生阻抗。也就是说，阻抗会随着触点周围有过多的空气而增大，随之降低信号性能。

发明内容

需要有一种在提供高质量信号性能特性的同时能够满足小外壳尺寸的改进型电气连接器。

本发明的最佳实施例是一种由绝缘外壳和安装在外壳上的许多端子模块构成的电连接器。每个端子模块包括连接到引线的插座触点，用来传导通过端子模块的信号，还包括一个差动套管。差动套管包括由底板、侧壁和中心壁构成用来接收插座触点的侧面开放的腔室。每个侧面开放的腔室有一个朝前的开口和一个朝后的开口和至少一个开放的侧面。侧面开放的腔室通过开放的侧面接收对应的一个插座触点。每个上述侧面开放的腔室由具有非线性轮廓的至少一个内表面所限定，该轮廓基本上符合安装在其内的对应的插座触点的轮廓。至少一个侧壁和中心壁距相应插座触点的距离小于0.15mm。

附图说明

以下要参照附图按举例的方式描述本发明，在附图中：

图1是按照本发明最佳实施例形成的一个连接器组件的立体示意图。

图2是按照本发明最佳实施例形成的一个插头、插头触点及插头接地屏蔽的立体分解示意图。

图3是按照本发明最佳实施例形成的一个插座的立体分解示意图。

图4是按照本发明最佳实施例形成的一个端子模块的立体分解示意图。

图5是按照本发明最佳实施例形成的一个端子模块的立体示意图。

图6是按照本发明最佳实施例形成的一个插座的立体示意图。

具体实施方式

图1所示的连接器组件10包括插座12和插头14。插座12有一部分是绝缘外壳16。在绝缘外壳16内装有多个端子模块18(也被称为chicklet)。插头14包括基座20和侧壁22。基座20保持一个插头触点24的阵列或矩阵和插头触点接地屏蔽26。例如，可以将插头触点24制成矩形插针。绝缘外壳16包括一个配合面28，在其内具有许多对准插头触点24和插头触点接地屏蔽26的开口。插头触点接地屏蔽26和插头触点24与端子模块18(详情见下文)内所含的插座触点和插座接地接合。

图2表示插头14细节的立体示意图。侧壁22包括在其内表面上形成的多个肋30。按照空心制造工艺在肋30之间形成间隙31。空心被用来避免在侧壁22中形成凹陷孔。可以按大间隙将肋30分隔成组，形成用来引导插头14和插座12彼此配合的导向沟槽32。还可以按不同宽度形成导向沟槽32，以便按极性特征操作，确保插座12在与插头14配合之前能正确对准。

插头14的基座20包括贯通切割的许多L-形切口34。L-形切口34按行和列排列，在整个插头14的配合面36上限定了一个矩阵。在连接器组件10完全接合时，配合面36顶住插座12上的配合面28。插头14接收多个接地屏蔽段38，在图2的例子中，其各自包括四个插头触点接地屏蔽26。接地屏蔽段38可以用一个金属片冲压而成。跳接带40连接四个插头触点接地屏蔽26。每个插头触点接地屏蔽26包括一个刀片部42和一个弯折成L形的腿部44。接地屏蔽触点46是用接地屏蔽段38剩余的同一片金属冲压而成的，并且与四个插头触点接地屏蔽26形成整体。尽管在图2中没有表示，沿着基座20的后面48在切口34之间设有用来接收跳接带40的缝隙，直至其与后面48平齐。切口34之间的缝隙没有延伸到贯通基座20达到配合面36。刀片42包括前面43和后面45，以及基座41、中间部49和尖部47。基座41是由跳接带40形成的。尖部47延伸超过插头触点24的外部端。

基座20还包括切割贯通的多个插头接触孔50。在图2的例子中，插头接触孔50被布置成对52，以便接收相应的成对插头触点24。孔50的各对52位于一个相应的L形切口之内，使有关的一对插头触点24在两侧被相应的触点接地屏蔽26的刀片部42和腿部44屏蔽。将触点接地屏蔽26配置成局部围绕各对插头触点24，各对插头触点24的所有侧面基本被触点接地屏蔽26包围。例如可以用触点接地屏蔽55-58的刀片部和/或腿部包围插头触点对54。触点接地屏蔽26包围各对插头触点24，在承载高频信号时控制连接器组件10的工作阻抗。

图3表示一个插座12，从中拆掉了一个端子模块18，并且被局部分解。插座12包括由配合面28形成的一个绝缘外壳16。插座12上的配合面28形成有多个L形切口70和触点接收孔72。将切口70和孔72对准，以便接收触点接地屏蔽26和插头触点24(图2)。

多个支撑柱62从外壳16的基座29的配合面28向后突出。绝缘外壳16包括由基座29形成并且向后延伸的一个顶壁60。顶壁60和支撑柱62配合限定了多个缝隙64，各自接收一个端子模块18。绝缘外壳16分别包括多个顶部和底部按键凸起74和76。顶部按键凸起74彼此相距一个距离D_T，而底部按键凸起76彼此相距一个距离D_B。距离D_T和D_B不同，以便将顶部和底部按键凸起74和76彼此区分。按键凸起74和76被接收在位于插头14的侧壁22内表面上的导向沟槽32(图2)之内。两个侧壁22都包括肋30和导向沟槽32。如图2所示的导向沟槽32彼此相距一个距离D_T。尽管在图2中没有表示，在相对侧壁22的内侧设有同样的导向沟槽，但是彼此相距的距离是D_B，以便对准底部按键凸起76。

顶壁60还包括沿着顶壁60的宽度延伸的模块支撑架78。模块支撑架78的后端80包括在其内形成的多个切口82，用来接收端子模块18的上端。在模块支撑架78的下表面上设有锁定形状，以确保端子模块18的定位。支撑柱62是按行和列形成的。例如，图3中的插座12表示每行形成四个支撑柱62，而一组四个支撑柱62被排成11列。支撑柱62限定了接收10个端子模块18的10个缝隙64。支撑柱62和顶壁60被彼此分开，沿着各行支撑柱62形成一系列间隙66。在图3所示的例子中，沿着个行支撑柱62形成四个间隙66。支撑柱62之间和支撑柱62与顶壁60之间的间隙66被薄绝缘壁68填充，如下文所述作为介质覆盖端子模块18的开放的侧面。

图4表示被拆分成零部件的一个端子模块18。端子模块18包括被安装到一个弹性的全模制(over molded)部86上的模块接地屏蔽84。全模制部86保持一个引线框架88。盖子90被安装在全模制部86的一端，保护沿着引线框架88的一端定位的插座触点96。引线框架88是由多个引线92构成的，其各自包括一个板触点94和一个插座触点96。各个板触点94和相应的插座触点96通过一个中间导电印制线(trace)98连接。例如，引线92可以按引线差动对100来布置。在图4的例子中，每个端子模块18中设有四个引线差动对100。例如，可以按“音叉”形状形成插座触点96，相对的指102彼此相向偏置。在插座12与插头14完全配合时，指102与相应的插头触点24摩擦并导电地啮合。板触点94可以插入计算机板中相应的缝隙，并且连接到有关的电路印制线。

全模制部86包括顶部和底部绝缘层104和106，在它们彼此分开所限定的空间108内插入引线框架88。全模制部86包括具有多个开口112的前沿110，插座触点96穿过开口突出。全模制部86还包括同样具有多个开口(未示出)的底沿114，板触点94穿过开口延伸。沿着全模制部86的顶部设有一个锁定臂116。在锁定臂116的外端包括一个上升凸缘118，与模块支撑架78内表面上的一个相应的特征相互咬合。在全模制部86上沿着其顶沿和后沿的位置包括一L形支架120，为端子模块18的结构提供支撑和刚性。在支架120的前端包括一V形楔块122。V形楔块122被滑动接收在模块支撑架78中切口82内的一个相应的倒V形内部。楔块122和切口82配合，确保端子模块18与绝缘外壳16之间精确对准。

端子模块18还包括一个靠近前沿110并且向下延伸超出底沿114的延伸部124。延伸部124突出到安装端子模块18并且在其中插入板触点94的一个板的边沿上面。延伸部124的外端包括一个沿着延伸部124的一侧向外延伸的楔形凸起126。凸起126被接收在沿着绝缘外壳16的底部在相邻支撑柱62之间形成的一个相应的切口内，确保端子模块18与绝缘外壳16之间精确对准。全模制部86包括从底沿114向外延伸的一系列凸起128。凸起128和支架120相互配合限定了一个区域，在其中接收模块接地屏蔽84。模块接地屏蔽84靠着全模制部86的顶层104安装。模块接地屏蔽84包括具有前沿132和底沿134的主体130。沿着前沿132布置一个延伸的接地部136，并且向下突出到底沿134下面。延伸的接地部136与延伸部124重叠，沿着安装有端子模块18的板的一端定位。底沿134包括多个板接地触点138，将模块接地屏蔽84导电连接到板上的地。主体130包括两个锁定件140和142，分别延伸通过顶层104中的通孔144和146。锁定件140和142将模块接地屏蔽84固定在全模制部86上。

模块接地屏蔽84包括安装在前沿132上的多个接地触点组件150。各个接地触点组件150包括一个主接地触点152和一个副接地触点154。通过一个上升凸缘156将各个接地触点组件150安装到主体130上。主接地触点152包括外端158，它超出前端132一个距离D₁。副接地触点154包括一个外端160，它超出前端132一个距离D₂。主接地触点152的外端158比副接地触点154的外端160的位置距前沿132更远。在图4的例子中，主接地触点是V形的，V形的顶点形成外端158，而V形的基座形成的腿162被连接到主体130。外端158和160的尖部可以向外张开，便于与插头触点接地屏蔽26啮合。

盖90包括一个基座架子164，并在其上形成多个差动壳166。基座架子164被安装在全模制部86的底层106上，使差动壳166的后端168顶住全模制部86的前沿110。盖90上的安装柱170通过顶层104和底层106被接收在孔172内。安装柱170可以按各种方式固定在孔102中，例如是通过摩擦配合，使用粘结剂等等。各个差动壳166包括底板174、侧壁176和中心壁178。侧壁176和中心壁178限定的通道或腔室用来接收插座触点96。侧壁176和中心壁178的后端包括彼此相向延伸但在二者之间保留有开口186的张开部182和184。沿着侧壁176的内表面及沿着中心壁178后端附近的相对两侧设有斜坡块188。斜坡块188支撑插座触点96上相应的斜坡部190。

各个端子模块18包括一个盖90，它具有至少一个差动罩或壳166用来密封相应一个差动触点对96。各个罩或壳166有至少一个开放面(例如是开放的顶侧192)暴露出触点96的顶侧或底侧。进一步修改的端子模块18还可以包括多个差动罩或壳166，用来接收相应的差动触点对96。各个罩或壳166包括底板174、侧壁176和中心壁178，构成独立的腔室180用来密封保持各个插座触点96。底板174、侧壁176和中心壁178的内表面形成的曲面轮廓与触点96的外表面严密配合，使壳166与触点96之间的距离和气隙最小。

侧壁176、中心壁178、张开部182和184，以及斜坡块188限定的空腔包括腔室180和开口186。腔室180包括开放的前后端和一个开放的侧面。空腔接近插座触点96上指102的形状。空腔的壁与插座触点96分开一个很窄的间隙例如是0.1mm。空腔壁的轮廓接近插座触点96的轮廓，以便尽量降低阻抗并提高电气性能。

差动壳166包括至少一个开放的侧面。在图4的例子中，各个差动壳166包括一开放的顶侧192。顶侧192维持开放以提高电气性能也就是控制阻抗，使得插座触点96能够插入盖90中，使各个插座触点96的指102尽量靠近侧壁176、中心壁178、张开部182和184，以及斜坡块188。开放的顶侧192维持开放，使得插座触点96能够以公差很小的方式插入差动壳166中。底板174可以开放，而顶侧192可以闭合。在端子模块18被插入外壳16时(或是在使用开放的底板174时)，外壳16上的绝缘壁68封闭各个差动壳上开放的顶侧192。

当插座96处在腔室180中时，连接引线92延伸通过差动壳166后端的开口186。指102通过差动壳166开放的前端与对应的插头触点24啮合。在端子模块18被插入外壳16时，开放的顶侧192被绝缘壁68覆盖。

空腔的轮廓和插座触点96被插入差动壳166时形成的紧密公差能提高端子模块18乃至连接器组件10的电气性能。也就是说，由于侧壁176、中心壁178、张开部182和184，以及斜坡块188限定了包括腔室和开口186的一个空腔，它非常接近插座触点96上指102的形状，在端子模块18被插入差动壳166时，插座触点96的指102周围只有少量的空气。

与空腔是立方体形状或是与插座触点96的指102轮廓不符的其他非曲面形状相比，插座触点96的指102周围的空气量比较少。插座触点96周围的空气少是因为空腔符合插座触点96的指102的轮廓，以及在插座触点96被插入差动壳166时形成的紧密公差。在插座触点96被插入差动壳166时，外壳16上的绝缘壁68封闭开放的顶侧192，保持空腔内部的气流最小。由于插座触点96的指102周围的空气少，阻抗被保持在允许的限度之内。这样就能提高连接器组件10的电气性能。

图5所示的端子模块18具有完全安装在全模制部86上的模块接地屏蔽84。盖90被安装在全模制部86上。接地触点组件150刚好位于各个差动壳166的开放顶侧192之上，二者之间有一个小间隙194。主、副接地触点152和154在插座触点96上方相距一个小距离。

如图6所示，在插座触点96被插入绝缘外壳16时，绝缘壁68沿着接地触点组件150与插座触点96之间的间隙194滑动。当绝缘壁68位于各个差动壳166的开放顶侧192之上时，连接器组件10将各个插座触点96完全密封在绝缘材料内，防止在接地触点组件150与插座触点96之间形成电弧。在插座触点96被插入绝缘外壳16时，主、副接地触点152和154对准通过绝缘外壳16前端的配合面28切割的L形切口70。插座触点96对准触点接收孔72。在相互连接时，插头触点接地屏蔽26被对准并且滑动进入切口70，而插头触点24被对准并且滑动进入触点接收孔72。

随着插头触点接地屏蔽26被插入切口70，主接地触点152与相应的刀片部42后面45的尖部47初步啮合。主接地触点152的尺寸能在插头和插座触点24和96接触之前与尖部47啮合，防止短路和电弧。随着插头触点接地屏蔽26进一步滑动进入切口70，刀片部42的尖部47与副接地触点154的外端160啮合，而主接地触点152的外端158与刀片部42的中间部49啮合。当插座12和插头14处在完全配合位置时，各个主接地触点152的外端158顶住一个相应刀片部42的基座41并在电路上连通，而副接地触点154的外端160沿着刀片部42的长度与其中间部49啮合。副接地触点154的外端160最好能在刀片部42的尖部47附近与其啮合。

主、副接地触点152和154的移动彼此独立，单独与插头触点接地屏蔽26啮合。由于插头触点接地屏蔽26是在中间部49与副接地触点154啮合，插头触点接地屏蔽26不会形成传播EM干扰的柱状天线。副接地触点154的外端160最好是在尖部47上或是其附近与插头触点接地屏蔽26啮合，进一步防止EM干扰。副接地触点154的长度会影响插座12与插头14完全配合所需的力。为此，副接地触点154要足够长，以便将配合力降低到理想的最大力以下。这样，按照至少一个最佳实施例，主接地触点152要在插头和插座触点24和96彼此啮合之前与插头触点接地屏蔽26啮合。副接地触点154与插头触点接地屏蔽26的啮合点要尽量接近尖部47，以便缩短柱状天线的长度，又不会过度增加配合力。

可选择地，接地触点组件150可以形成在插头14上，而接地屏蔽26可以形成在插座12上。另外，接地触点组件150不一定要包括V形的主接地触点152，例如，主接地触点152可以是与副接地触点154并排排列的直插销。只要是能够在不同点上接触到接地屏蔽26，主、副接地触点152和154可以采用任何其他构造。

Claims (5)

1.一种电连接器(12)，包括：一个绝缘外壳(16)和安装在绝缘外壳上的端子模块(18)，每个所述端子模块都包括插座触点(96)，连接到引线(92)用来传递信号通过端子模块；以及一个差动壳(166)，其特征在于：

差动壳包括由底板、侧壁和中心壁构成用来接收所述插座触点的侧面开放的腔室(180)，每个所述侧面开放的腔室具有一个开放的前部和一个开放的后部(186)，并具有至少一个开放的侧面，所述侧面开放的腔室通过所述开放的侧面接收相应的所述插座触点，每个所述侧面开放的腔室由至少一个内表面限定，该至少一个内表面具有非线性轮廓，所述非线性轮廓基本上符合与其相应的所述插座触点的轮廓。

2.按照权利要求1的电连接器，其特征在于，所述差动壳(166)的底板(174)、侧壁(176)和中心壁(178)限定了一对所述侧面开放的腔室，并且至少一个所述侧壁和所述中心壁在各个所述侧面开放的腔室内具有所述的非线性轮廓。

3.按照权利要求2的电连接器，其特征在于，至少一个所述侧壁和所述中心壁距所述相应插座触点的距离小于0.15mm。

4.按照权利要求2的电连接器，其特征在于，每个所述插座触点被形成具有张开的基座和指(102)的叉形，每个所述腔室的所述侧壁和所述中心壁基本上符合所述指的外表面。

5.按照权利要求2的电连接器，其特征在于，所述插座触点包括斜坡部(190)，而所述差动壳包括用来支撑斜坡部的斜坡块(188)。

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