专利名称：具有包括电元件的插针的电缆接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及电探针，具体涉及用于具有多个导体的高速电缆接头的探针。
背景技术：
某些高速电子电缆接头使用弹簧销阵列来接触处于试验中的集成电路或电路板的连接盘或垫片、或者接触用于永久连接的电子装置的连接。弹簧销是被容纳进圆柱形套管内的直的、伸长的插针并且弹簧压力使其向轴的方向偏至扩展位置。所有插针以相同方向伸展并且所有插针顶端在共同平面内。通过使接头和将要被探查或接触的装置对准而实施接触，并且施加轴向压力以确保用最小的压力与各插针接触。每个插针的运动范围适应所要接触的装置的轮廓变化以及每个插针位置的轻微变化。
对于其中将要传输非常高频信号的应用来说，其接头将被连接的电缆可以由若干同轴线制成，每条电线被屏蔽以此提供一致的性能并防止串扰和其他电子干扰。具有金属屏蔽层的接头外壳将保持插针的套管封装起来。一种具有这样特定效果的装置被示出在Soubh的美国专利No.6,575,772中，通过参考将其公开内容结合于此。这种现有技术的连接器已经证明在提供具有相对小的探针间隔的、高阻抗/高频率探针组件方面是有效的。可以认为这对5GHz这样高的频率来说是有用的。然而，虽然有效，但是这个局限性阻碍了更高频率的应用。
发明内容
本发明通过提供具有若干电探针的电缆接头或连接器克服了现有技术的局限性。每个探针具有定义孔的导电套管，探针插针被容纳进孔内。探针插针具有在第一方向上伸展超出了支持套管的电路板外围的自由端接触顶端，探针插针在第一方向上被偏移。探针插针包括顶端附近的电元件。该元件可以是并联布置的电阻器和电容器，并且提供了第一和第二部分之间唯一的电连通。可将该元件安装在第一和第二元件每一个之上的法兰之间并将其封装进与法兰相连的套管内。与其他元件以及探针和连接器的尺寸相比，具有顶端的第二部分相对较短。
图1是根据本发明优选实施例的电缆接头组件的分解透视图。
图2是图1的组件的剖面侧视图。
图3是根据图1的实施例的探针插针组件的剖面侧视图。
具体实施例方式
图1示出的是电缆接头10的分解图。接头包括印刷电路板12，其与第一带状电缆14和第二带状电缆16连接。多个弹簧销20也与电路板连接。具有上半壳22和下半壳24的外壳将电路板封装起来。
印刷电路板通常为具有电缆连接边缘26和相对一侧的插针连接边缘30的矩形。电路板包括暴露的垫片和覆盖的迹线的图案，所有这些均由导电材料(如铜箔)制成。参见电路板的上部主要表面32，图案包括与电缆连接边缘26平行并相邻的伸长的接地棒34。与接地棒平行并相邻的是分离的信号垫片40的阵列36，每个垫片垂直于边缘26。
伸长的插针连接垫片44的阵列42沿电路板的插针连接边缘30的整个长度被安置。每个垫片为具有与电路板边缘30相垂直的轴的暴露的伸长单元。阵列42具有奇数个垫片，并且最末端垫片被认为是奇数编号。所有奇数编号的垫片通过电路板表面上的迹线和/或下面将要讨论的埋入接地层被连接到接地棒34。散布其中的偶数垫片各自被独立连接至相对应的信号垫片40。
电路板具有下部主要表面46，其被形成同上部表面32一样的图案，以使上部表面的所有特征和功能具有在下部表面上相对应的特征和功能。正如下面就图2将要讨论的，电路板包括多个处于不同深度的埋入的接地层。在优选实施例中，电路板为35.4mm(1.395英寸)宽23.7mm(0.935英寸)长(从边缘26至边缘30)。它具有2.18mm(0.086英寸)的厚度并且由GETEKTM层压板制成。接地棒34为2.5mm(0.10英寸)宽和18.0mm(0.71英寸)长。在优选实施例中，在每个表面上存在有16个信号垫片40，尽管取决于应用这可以是变化的。信号垫片的中心到中心的间隔是1.68mm(0.066英寸)，并且每个垫片为0.89mm(0.035英寸)宽和2.3mm(0.090英寸)长。插针垫片44的中心到中心的间隔是1.9mm(0.075英寸)，并且每个垫片为0.64mm(0.025英寸)宽和1.3mm(0.050英寸)长。
电缆14和16是相同的，每条电缆具有16条电线50(正如上面关于信号垫片所注意到的，电线的数目可变化)。至少在末端，每条电缆形成为带状，其中的电线相互并排连接。电线为同轴的，其中的中心信号携带导体52被电介质54围住，而电介质54被导电屏蔽56包裹。护套60围住屏蔽。在优选实施例中，中心导体是26口径，电介质具有1.35mm(0.053英寸)的直径，以及屏蔽为铜箔。护套由PVC制成。电线被布置为具有1.68mm(0.066英寸)的间隔，与电路板上信号垫片40的间隔相同。
弹簧销20各自包括金属套管62，其容纳了具有伸长部分65的插针组件64，正如下面将讨论的，伸长部分65包含电元件。插针的末端部分从套管的一端突出，并且插针在轴向上滑进套管内。在另一端套管内的弹簧使插针偏向于扩展位置(如图所示)，并且在轴向压力下允许插针移进套管，比如在插针组件被压向硬表面时。
外壳单元22、24本质上是相同的。各为盘状壳，具有平坦的主要壁66以及外围侧壁70、72和从主要壁垂直伸展的单个端壁74。主要壁66可结合在距电路板组件12的电元件的距离变化的特征。这些特征存在以此保持电接地返回路径(阻抗)的一致性。主要壁66的前边缘76没有所连接的壁。端壁定义了切口80，其为具有较低边沿的壁的中心部分。在切口处端壁的边缘为半圆辐射式的以此在没有锐角转角的情形下容纳电缆，锐角转角可产生张力并削弱电缆的性能。外壳单元的内表面用导电材料(如Chomerics CHO-ShieldTM涂层)涂敷以此提供抗电磁干扰的屏蔽。内表面包括面向印刷电路板12的所有表面。因此，在组合时，存在有金属封套，其只在狭缝处打开以此容纳电缆，并且是在插针突出的一侧。外壳由塑料制成，并具有1.0mm(0.040英寸)的典型壁厚。一对螺钉扣被用来使上下两半壳紧固在一起，其穿过上半部22中的孔82并啮合下半部中更小的孔84。
图2示出的是组合的接头10。弹簧销20的套管62被焊接到弹簧销垫片46，以使插针的自由端突出在电路板12的边缘30之外，并突出在外壳单元22、24的边缘76之外。每个弹簧销单元包含如图说明的压缩卷簧88。电缆14、16被连接至电路板，其中每个暴露的中心导体52被焊接到各自对应的垫片40，并且每个带的所有屏蔽被焊接到接地棒56。肋条86紧压住屏蔽，以使导电层90进行欧姆接触以此使外壳接地。
电路板12具有若干内部埋入的接地层。至少，电路板具有两个接地层92、94，每个接地层与最近的主要表面等间隔。存在对两个接地层的要求，因为插针行之间的间隔96是根据设计标准和应用需要预先定义的。然而，接地层距离表面导体的间隔是基于用来产生与同轴电线可比的工作特性的电气设计因子。外壳导电层90和接地层作为同轴电线的屏蔽起到了相同的作用；交替接地插针相对于邻近的插针提供了侧向屏蔽。接地通路98连接到所有的接地层，并且连接到接地棒34。接地通路的数量和位置随不同设计而变化。
另外，电路和电路板的不同部分可具有不同的阻抗特性，并且可要求不同的接地层间隔以此取得一致的阻抗结果。接地层还可驻留在电路板的外表面上，以提供改进的额外屏蔽并改进信号的接地返回路径。在所说明的实施例中，接地层92和94在插针区域下方伸展。更深的接地层100、102可用来提供远离插针的屏蔽和阻抗控制，其中箔迹线在整个电路板伸展。尽管图中未示出，但是在接地层100、102和通路98之间存在有连接。
弹簧销和插座的选择与接地层位置以及外壳设计有关，以此保护电信号的匹配的阻抗特性。
图3示出的是弹簧销20，其中插针组件64通过套管62内的弹簧110在扩展位置被偏移。插针组件包括两个导电金属部分。第一插针部分112具有伸长的轴114，其大部分被紧密容纳进套管内。轴具有为弹簧紧压住的后端116。第一部分112在自由端处结束，带有像钉头一样的法兰120，具有平的圆形表面122，沿轴向伸展远离插针，垂直并集中在插针轴上。法兰具有圆柱外围表面124，其具有的直径大于套管，尽管在可选的实施例中这可以改变。
插针的第二部分126位于第一部分的前方并具有最小长度轴130，最小长度轴130具有自由端132，其具有一个或多个尖探针点134。该轴在其面对第一插针部分的后端处终止，其具有与第一部分法兰120的形状和大小相同的法兰136，它的后表面140面对并平行于第一部分法兰面的表面122。插针部分的轴在共同轴向上是对准的。
法兰表面通过机械和电的方式被连接到在法兰之间并联连接的电阻器142和电容器144。这些电子元件的每一个具有金属化的终端杆面，其便于直接焊接到插针法兰，以用于坚固的机械连接，从而为第二插针部分提供结构支持。有时，元件是不同尺寸的并且法兰的机械形状必须被定形(如具有梯级)以适应不同的尺寸。同样地，套管可提供机械强度以此在元件易碎、或太小或以其他的方式不适于提供基本强度时进行补偿。为了提供额外的结构支持并利用机械屏障和封闭环境密封保护元件，塑料套管146将法兰和元件封装起来。套管与法兰外围紧密吻合，以使其能够用芯吸粘合剂(如氰基丙烯酸盐粘合剂)密封。套管具有的长度足以完全覆盖法兰而无外伸。
在优选实施例中，套管由镀金的镍/银制成并具有7.4mm(0.292英寸)的长度、0.64mm(0.025英寸)的直径以及0.51mm(0.020英寸)的内孔直径。插针的第一部分112具有2.1mm(0.084英寸)的轴长、0.38mm(0.015英寸)的轴直径、0.51mm(0.020英寸)的法兰直径、以及0.25mm(0.010英寸)的法兰厚度或轴向长度。插针的第二部分126具有(0.015英寸)的轴长、0.51mm(0.020英寸)的轴直径。在优选实施例中，插针部分轴直径是相同的，尽管这不必是其中探针顶端和套管内径的机械限制可提供具有不同直径优势的可选用实施例的情形。第二部分具有0.51mm(0.020英寸)的法兰直径、以及0.25mm(0.010英寸)的法兰厚度或轴向长度。
第二插针部分126的0.64mm(0.025英寸)的总长度提供了明显的优势，因为在被探查的装置和电元件142及144之间这个非常有限的长度产生了12GHz的极端高的自谐振，其允许有用的操作直到这个频率限度。在可选用实施例中，可将第二部分长度减少到任何实用限度，包括使用用末端特征制成的电元件。第二部分顶端突出仅仅使处于试验中的装置上的凸起的元件或角误差不会导致由法兰或套管引起的不想要的接触即足够了。
可以认为，当第二部分的长度小于两倍的法兰直径时，第二部分提供了电性能和机械几何特征的有益结合。同样地，当长度小于1.3mm(0.050英寸)时，可获得这些益处，因为这提供了充分低的吸收传输的能量的损耗角正切。KaptonTM聚酰亚胺上常规迹线的典型的损耗角正切是0.0030，而优选实施例取得了为零的损耗角正切，因为处于试验中的装置和RC元件之间探针的导电部分(金属顶端)被空气包围，并且未安装在膜或PC板上。在下面的表格中描述了比较性能。
因为第二插针部分的质量比现有技术的全部插针加套管的质量小很多，所以其取得的损耗角正切明显低于现有技术，其必须依赖于邻近套管的印刷电路板上的无源RC元件。
第二部分与第一部分(包括套管)的长度比率小于1/10，并且第二部分与第一部分和套管的质量比率小于1∶3。这些低比率提供了优选实施例相对优于具有安装在电路板上的RC元件的固态插针的指示。
虽然上面是根据优选的和可选用的实施例讨论的，但是本发明不打算受此限制。
权利要求
1.一种电探针，包含(1)导电套管，其定义了孔；以及(2)探针插针，被容纳在所述孔内，所述探针插针(a)具有在第一方向上伸展的自由端接触顶端；(b)在所述第一方向上被偏移；以及(c)包括电元件，连续地插入在所述自由端接触顶端和所述插针的相反端之间。
2.如权利要求1所述的探针，其中所述电元件包括具有基本上大于所述插针的电阻的电阻器。
3.如权利要求2所述的探针，其中所述电元件包括与所述电阻器并联的电容器。
4.如权利要求1所述的探针，其中所述电元件包括电容器。
5.一种电探针，包含(1)导电套管，其定义了孔；以及(2)探针插针，被容纳在所述孔内，所述探针插针(a)具有在第一方向上伸展的自由端接触顶端；(b)在所述第一方向上被偏移；以及(c)包括电容器。
6.如权利要求5所述的探针，其中所述探针插针包括具有基本上大于所述插针的电阻的电阻器。
7.如权利要求6所述的探针，其中所述电容器与所述电阻器并联连接。
8.如权利要求1或5所述的探针，其中所述插针具有被容纳进所述套管内的第一导电部分、包括顶端的第二导电部分，并且其中所述电元件被连接在所述第一和第二部分之间。
9.如权利要求8所述的探针，其中除通过所述电元件连接以外，所述第一和第二部分是电隔离的。
10.如权利要求8所述的探针，其中所述第一和第二部分各具有法兰，所述法兰被隔开并被连接到所述电元件。
11.如权利要求10所述的探针，包括包围所述法兰和所述电元件的圆柱形套管。
12.如权利要求8所述的探针，其中所述第二部分具有的长度小于其直径的两倍。
13.如权利要求8所述的探针，其中所述第二部分具有的长度小于0.50英寸。
14.一种电连接器，包含(1)主体；以及(2)多个探针，被连接至所述主体，每个探针具有带金属接触顶端的弹性偏移的插针，并且每个插针包括接近所述顶端的电元件并且连续地插入在所述顶端和所述插针的相反端之间。
15.如权利要求14所述的连接器，其中所述主体是具有外围的电路板，并且其中每个顶端伸出到所述外围之外。
16.如权利要求14所述的连接器，其中每个电元件包括并联布置的电阻器和电容器。
17.如权利要求14所述的连接器，其中每个插针被容纳在套管内，所述套管被安装成与所述主体上的导体电连接，并且其中每个插针在轴向上于所述套管内互换。
18.如权利要求17所述的连接器，其中每个插针具有被容纳在所述套管内的第一导电部分、包括所述顶端的第二导电部分，并且其中所述电元件被连接在所述第一和第二部分之间。
19.如权利要求18所述的连接器，其中除通过所述电元件连接以外，所述第一和第二部分是电隔离的。
20.如权利要求18所述的连接器，其中所述第一和第二部分各具有法兰，所述法兰被隔开并被连接到所述电元件。
21.如权利要求18所述的连接器，其中所述第二部分具有的长度小于其直径的两倍。
22.如权利要求18所述的连接器，其中所述探针被布置在第一节距距离处，并且其中所述第二部分具有的长度小于所述第一节距距离。
23.如权利要求17所述的连接器，包括电连接至所述主体的电缆，以使所述电缆的多个导体的每一个是独立连接到每个探针的。
全文摘要
电缆接头或连接器具有若干电探针。每个探针具有定义孔的导电套管，探针插针被容纳进孔内。探针插针具有在第一方向上伸展超出支持套管的电路板的外围的自由端接触顶端。探针插针包括顶端附近的电元件。元件可以是并联布置的电阻器和电容器，并提供第一和第二部分之间唯一的电连通。元件可被安装到第一和第二元件的每个之上的法兰之间，并被封装进与法兰相连的套管内。与其他元件以及探针和连接器的尺寸相比，具有顶端的第二部分相对较短。
文档编号H01R12/04GK1890571SQ200480036257
公开日2007年1月3日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月14日
发明者D·德勒塞特, J·霍夫曼 申请人:勒德洛有限合伙人公司