专利名称：用于电连接器的串扰减小的制作方法
技术领域：
通常，本发明涉及电连接器的场。特别地，本发明涉及轻量、低成本、高密度的电连接器，其即使在没有接头之间的屏蔽时，提供阻抗受控、高速、低干扰的通信，并且提供在现有的连接器中没有的各种其他优点。
背景技术：
电连接器使用信号接头提供电子设备之间的信号连接。通常，该信号接头间隔如此接近，使得在相邻信号接头之间出现不希望的干扰或者“串扰”。如在此所用，当由于混合的电场导致一个信号接头在相邻的信号接头中感应电干扰时出现串扰，从而破坏信号的完整性。随着电子设备的小型化和高速度，高信号完整性的电通信变得更加普遍，该串扰的减小变为在连接器设计中的一个重要因素。
一种通常使用的用于减小串扰的技术是例如以金属板的形式把分离的电屏蔽设置在信号接头之间。该屏蔽用于通过阻止接头电场的混合而阻断信号接头之间的串扰。图1A和1B示出用于使用阻断串扰的屏蔽的电连接器的示意接头结构。
图1A示出一种结构，其中信号接头S和接地接头G被设置为使得该差分信号对S+、S-被沿着列101-106放置。如图所示，屏蔽112可以置于接头列101-106之间。该列101-106可以包括信号接头S+、S-以及接地接头G之间的任何组合。该接地接头用于阻断相同列中差分信号对之间的串扰。该屏蔽112用于阻断在相邻列中在差分信号对之间的串扰。
图1B示出一种结构，其中信号接头S和接地接头G被设置为使得差分信号对S+、S-被沿着行111-116放置。如图所示，屏蔽122可以置于行111-116之间。一个行111-116可以信号接头S+、S-和接地接头G的任何组合来表示。该接地接头G用于阻断在相同行中的差分信号对之间的串扰。该屏蔽122用于阻断在相邻行中的差分信号对之间的串扰。
由于需要更小、更轻的通信设备，希望该连接器被制作得更小和更轻，并且提供相同的性能。屏蔽占用该连接器内的有效空间，否则可以用于提供附加的信号接头，因此限制接头密度(以及连接器尺寸)。另外，制造和插入这样的屏蔽大大地增加与制造该连接器相关的整体成本。在一些应用中，已知屏蔽占据该连接器的成本的40％或更多。该屏蔽的另一个已知缺点是它们具有较低的阻抗。因此，为了使得在高接头密度中的阻抗足够高，需要使得该接头如此小，以至于它们在许多应用中不够坚固。
一般用于绝缘该接头并且保持它们在该连接器中的位置的电介质还增加不希望出现的成本和重量。
因此，需要一种轻量、高速的电连接器(即，工作在超过1Gb/s并且一般工作在大约10Gb/s的范围内)，这减小串扰的出现，而不需要分离屏蔽，并且提供在现有连接器中没有的各种其他优点。
发明内容
本发明提供高速连接器(工作在1Gb/s以上，并且一般在大约10Gb/s的范围内)，其中差分信号对和接地接头被设置为限制相邻差分信号对之间的串扰级别。这样一个连接器可以包括沿着第一接头列设置的第一差分信号对和沿着第二接头列与第一信号对相邻设置的第二差分信号对。该连接器可以并且最好在第一信号对和相邻信号对之间没有屏蔽。该接头被设置为使得在第一信号对中的差分信号在形成该信号对的接头之间的间隙中产生高场，并且在第二信号对附近产生低场。
这种连接器还包括用于减小插入损失并且沿着接头长度基本上保持恒定阻抗的新接头结构。使用空气作为主要电介质来绝缘该接头，导致适用于作为直角球栅阵列连接器的轻量连接器。
下面参照附图通过本发明非限制性的示意实施例进一步详细描述本发明，其中在附图中相同的参考标号表示相同的部件，其中图1A和1B示出用于使用屏蔽来阻止串扰的电连接器的示意接头结构；图2A为一种电连接器的示意图，其中导电和绝缘元件通常被设置为“I”形的几何结构；图2B示出在信号接头和接地接头的分布中的等势区；图3A示出用于测量偏移对多作用串扰的影响的导体分布；图3B为示出根据本发明一个方面在多作用串扰和相邻列端子的偏移之间的关系的曲线图；图3C示出用于在最坏情况下确定串扰的接头分布；图4A-4C示出把信号对设置在列中的导体分布；图5示出信号对被排列在行中的导体分布；图6为示出根据本发明一个方面而设置的6列端子的阵列的示意图；图7为示出根据本发明另一个实施例设置的6个列的阵列的示意图；
图8为示出根据本发明的示意直角电连接器的透视图；图9为图8的直角电连接器的侧视图；图10为沿着线A-A截取的直角电连接器的一部分的侧视图；图11为沿着线B-B截取的直角电连接器的一部分的侧视图；图12为沿着线B-B截取的图8的直角电连接器的导体的顶部切除视图；图13为沿着线A-A截取的图8的直角电连接器的导一部分侧面切除视图；图13A为沿着图13的线C-C截取的截面视图；图14为根据本发明的直角电连接器的示意导体的透视图；图15为图8的直角电连接器的另一个示意导体的透视图；图16A为具有示意直角电连接器的一个底板系统的透视图；图16B为具有具有直角电连接器的底板系统的另一个实施例的简化视图；图16C为具有垂直连接器的板靠板系统的简化视图；图17为图16A中所示的导体的连接器插塞部分的透视图；图18为图17的插塞连接器的侧视图；图19为图17的插塞连接器的引线组件的侧视图；图19B示出在配合过程中图19的引线组件；图20为根据本发明一个实施例的两列端子的侧视图；图21为图20的端子的正视图；图22为根据本发明另一个实施例的插座的透视图；图23为图22的插座的侧视图；图24为单列插座接头的透视图；图25为根据本发明另一个实施例的连接器的透视图；图26为根据本发明另一个方面的直角端子的侧视图；图27和28分别为沿着线A-A和线B-B截取的直角端子的正视图；图29示出在根据本发明另一个方面作为到电子设备上的通孔的电端子连接的端子的截面；
图30为根据本发明的示出直角电连接器的透视图；图31为根据本发明的示出另一种直角电连接器的透视图；图32为容器连接器的替换实施例的透视图；以及图33为用于制造根据本发明的连接器的方法的流程图。
具体实施例方式
仅仅为了方便起见，在下文的描述中使用特定术语，并且这不应当被认为是在任何方式对本发明的限制。例如，术语“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”和“下”表示在图中作为参考的方向。类似地，术语“向内”和“向外”分别表示向着或远离参考物体的几何中心的方向。该术语包括上文具体描述的词语及其变型和类似含义的词语。
用于电连接器理论模型的I形几何结构图2A为导电和绝缘元件一般设置为“I”形几何结构的电连接器的示意图。这样的连接器体现在受让人的“I梁”技术中，并且在名称为“Low Cross And Impedance Controlled Electric Connector”的美国专利NO.5,741,144号中描述并要求保护，该专利的公开内容通过引用的方式被包含于此。已经发现由于使用这种几何结构而获得低串扰和受控阻抗。
该原来设想的I形传输线几何结构可以被垂直插入两个平行电介质和接地面元件之间。作为I形的传输线几何结构的描述来自一般用数字10表示的在具有一个介电常数ε的两个水平介电层12和14之间的信号导体以及对称地置于该导体的上下边缘的接地面13和15的垂直分布。该导体的侧边20和22向着具有空气介电常数ε0的空气24。在一个连接器应用中，该导体可以包括两个部分26和28，其端到端或面到面地相邻。该介电层12和14的厚度t1和t2首先控制传输线的特性阻抗，并且整体高度h与电介质宽度Wd的比率控制透过相邻接头的电磁场。最初的实验导致这样的结论，即，使得超过A和B的干扰最小化所需的比率h/Wd可以近似统一(如图2A所示)。
在图2A的线30、32、34、36和38为在空气-电介质间隔中的电压的等势线。取接近于一个接地面的一条等势线，随后它向着边界A和B方向向外延伸，可以看出边界A或边界B非常接近于地电势。这意味着，在每个边界A和边界B处存在虚拟接地表面。因此，如果两个或多个I形模块被并排放置，则在该模块之间存在虚拟接地表面，并且存在很少或没有模块的场的混合。通常，该导体宽度We和电介质厚度t1、t2与电介质宽度Wd或模块间距(即，相邻模块之间的距离)相比应当较小。
给定对实际连接器设计的机械限制，实际发现信号导体(叶片/梁接头)宽度和电介质厚度可能偏离优选的比率，并且在相邻信号导体之间可能存在一些最小干扰。但是，使用上述I形几何结构的设计倾向于比常规设计具有更小的串扰。
影响相邻接头之间的串扰的示例因素根据本发明，上述基本原理被进一步分析和扩展，并且用于通过确定信号接头和接地接头的适当分布和几何结构，即使在该接头之间没有屏蔽时也可以确定如何进一步限制相邻信号接头之间的串扰。图2B包括在根据本发明的信号接头S和接地接头G的接头分布中在基于活跃列的差分信号对S+、S-附近的电压等势线图。如图所示，轮廓线42最接近于0电压，轮廓线44接近于-1电压，并且轮廓线46接近于+1电压。我们已经观察到尽管该电压在最接近于活跃对(active pair)的“静止”差分信号对处的电压不一定接近于0，但是对静止对的干扰接近于0。也就是说，作用在正向静止差分对信号接头上的电压近似于与作用在负向静止差分对信号接头上的电压相同。结果，作为正负向信号之间的电压差的作用在静止对上的噪声接近于0。
因此，如图2B所示，信号接头S和接地接头G可以相互相对地按比例缩小和设置，使得在第一差分信号对中的差分信号在形成该信号对的该接头之间的间隙中产生高场H并且在相邻信号对附近产生低场L(即，接近于地电势)。结果，对于特定应用来说，在相邻信号接头之间的串扰可以被限制为可以接受的水平。在这样的连接器中，即使在高速、高信号完整性应用中，在相邻信号接头之间的串扰水平可以被限制到不需要在相邻接头之间的屏蔽的程度。
通过上述I形模型的进一步分析，可以发现长与宽的单一比率不像最初看起来那样重要。还可以发现多种因素可以影响相邻信号接头之间的串扰水平。多种这样的因素在下文中详细描述，但是还可能有其他因素。另外，尽管最好所有这些因素都被考虑，但是应当知道，每个因素可能单独充分地限制对于特定的应用的串扰。在对特定连接器设计确定适当的接头分布中可以考虑如下任何或所有如下因素a)当相邻接头是边缘耦合型时(即，一个接头的边缘与一个相邻接头的边缘相邻)比相邻接头是宽边耦合型(即，一个接头的宽边与一个相邻接头的宽边相邻)时出现更少的串扰。边缘耦合得更紧，则耦合信号对的电场延伸向相邻对的情况更少，并且连接器的应用更加不必近似于原始的I形理论模型的单一高宽比。边缘耦合还允许相邻连接器之间更小的间隙宽度，因此便于在高接头密度连接器中实现所需阻抗电平，而不要求该接头太小以至于不能适当地使用。例如，我们发现在该接头是边缘耦合型时，大约0.3-0.4mm的间隙适用于提供大约100Ω的阻抗；而当相同的接头是宽边耦合型时为了实现相同的阻抗，需要大约1mm的间隙。当该接头贯穿电介质区、接头区等等时，边缘耦合还便于改变接头宽度以及间隙宽度；b)我们发现通过改变“纵横比”，即，列间距(即相邻列之间的距离)与在给定列中的相邻接头之间的间隙，可以有效地减小串扰；c)相邻列相互相对地“交错”也可以减小串扰水平。也就是说，在第一列相对于在相邻列中的相邻信号接头偏移时，可以有效地限制串扰。例如，偏移量可以是整个行间距(即，相邻行之间的距离)、半个行间距或者对于特定连接器设计导致可接受的低串扰水平的任何其他距离。我们发现最佳偏移量取决于多种因素，例如列间距、行间距、端子的形状以及在端子周围的绝缘材料的介电常数(ε)。我们还发现最佳偏移量不一定是通常所认为的“在间距方面的偏移”。也就是说，最佳偏移可以是任何数值，并且不限于行间距的整分数比例(例如，整个或半个行间距)。
图3A示出用于测量相邻列之间的偏移量对串扰的影响的接头分布。快速(例如，40ps)上升时间差分信号被应用于每个活跃对1和活跃对2。在相邻列之间的偏移量d从0至5.0mm变化时，在没有施加信号的静止对处确定近端串扰Nxt1和Nxt2。当从一个活跃对中的载流接头在该静止对上感应噪声时，出现近端串扰。
如图3B的曲线图中所示，在大约1.3mm和大约3.65mm的偏移量处多作用串扰(在图3B中的暗线)的发生率被最小化。在该实验中，多作用串扰被认为是来自每个活跃对1(在图3B中的虚线)和活跃对2(在图3B中的细线)的每一个的串扰的绝对值之和。因此，已经示出相邻列可以相互相对地偏移，直到获得相邻对之间的最佳串扰水平(在本例中大约为1.3mm)。
d)通过添加外部接地，即把接地接头置于相邻接头列的交替端，可以进一步减小近端串扰(“NEXT”)和远端串扰(“FEXT”)；e)我们发现按比例缩小接头(即，减小接头的绝对尺寸并且保持它们的比例和几何关系)用于增加接头密度(即，每线性英寸的接头数目)，而不对该连接器的电特性具有不良影响。
通过考虑任何或所有这些因素，可以设计该连接器，以便于即使在相邻接头之间没有屏蔽时也可以进行高性能(即，低串扰)、高速度(例如，大于1Gb/s并且一般大约为10Gb/s)的通信。还应当知道这种能够提供这样的高速通信的连接器和技术还用于较低速度。在最坏的情况下，在40皮秒的上升时间以及每线性英寸63.5个配对信号对的密度，根据本发明的连接器具有小于大约3％的近端串扰和小于大约4％的远端串扰。这样的连接器可以在5GHz具有约小于0.7dB的插入损失，以及在40皮秒上升时间测量的大约100±8Ω的阻抗匹配。
图3C示出在最坏情况下确定串扰的接头分布。在一个“受害(victim)”对V处确定来自6个侵犯对(attacking pair)S1、S2、S3、S4、S5和S6的每一个的串扰。侵犯对S1、S2、S3、S4、S5和S6是8个与信号对V最接近的8个相邻对中的6个。已经确定从侵犯对S7和S8在受害对V处的串扰的附加影响可以忽略。通过对来自每个对的峰值串扰的绝对值求和而确定来自6个最近的侵犯对的组合串扰，这假设在同一时间每个对处于最高电平。因此，应当知道这是最坏的情况，并且在实践中，可以获得好得多的结果。
根据本发明的接头分布的例子图4A示出具有基于列的差分信号对(即，差分信号对被排列为列)的根据本发明的连接器100。(如在此所用，“列”是指沿着接头边缘耦合的方向。“行”是与列垂直的方向)。如图所示，每个列401-406按照从上到下的次序包括第一差分信号对、第一接地导体、第二差分信号对、以及第二接地导体。如图所示，第一列401按照从上到下的次序包括具有信号导体S1+和S1-的第一差分信号对、第一接地接头G、具有信号导体S7+和S7-的第二差分信号对、以及第二接地接头G。每个行413和416包括多个接地接头G。行411和412一同包括六个差分信号对，并且行514和515一同包括另外6个差分信号对。该接地导体的行413和416限制在行411-412中的信号对和在行414-415中的信号对之间的串扰。在图4A中所示的实施例中，36个接头排列为列可以提供12个差分信号对。因为该连接器没有屏蔽，因此该接头可以被制造为相对较大(与具有屏蔽的连接器中的接头相比)。因此，需要较小的连接器空间来实现所需的阻抗。
图4B和4C示出根据本发明的包括外部接地的连接器。如图4B中所示，接地接头G可以置于每个列的每一端。如图4C所示，接地接头G可以置于相邻列的交替端。我们发现与其他方面相同但是没有这样的外部接地的接头分布的连接器相比，把接地接头G置于相邻列的交替端导致NEXT减小35％，并且FEXT减小65％。我们还发现，通过把接地接头置于每个接头列的两端可以实现基本上相同的效果，如图4B中所示。结果，最好，为了(相对于外部接地置于每个列的两端的连接器)增加接头密度而不增加串扰水平，最好把外部接地置于相邻列的交替端。
另外，如图5中所示，差分信号对可以被设置为行。如图5中所示，每个行511-516包括两个接地导体和差分信号对的重复序列。第一行511按照从左到右的次序包括两个接地导体G、差分信号对S1+、S1-和两个接地导体G。该接地导体阻止相邻信号对之间的串扰。在图5中所示的实施例中，把36个接头排列为行仅仅提供9个差分信号对。
通过把图4A中所示的分布的与图5中所示的分布相比较，可以理解差分信号对的列分布比行分布获得更高的信号接头密度。但是，对于排列为列的直角连接器，在差分信号对内的接头具有不同长度，因此这样的差分信号对可能具有对内倾斜。类似地，由于不同差分信号对的不同导体长度，把信号对设置为行或列可能导致对间倾斜。因此，应当知道，尽管把信号对排列为列获得更高的接头密度，但是可以对特定的应用选择把信号对排列为列或行。
无论该信号对是否被排列为行或列，每个差分信号对在该差分信号对的正导体Sx+和负导体Sx-之间具有差分阻抗Z0。该差分阻抗被定义为在沿着该差分信号对的长度的特定点处，存在于相同差分信号对的两个信号导体之间的阻抗。众所周知，需要控制该差分阻抗Z0，以便于与连接该连接器的电子设备的阻抗相匹配。把该差分阻抗Z0与电子设备的阻抗相匹配使得可能限制整个系统带宽的信号反射和/或系统谐振最小化。另外，希望控制差分阻抗Z0使得它沿着差分信号对的长度方向基本上为常量，即，使得每个差分信号对具有基本上一致的差分阻抗特性。
该差分阻抗特性可以通过设置信号导体和接地导体而控制。具体来说，通过把信号导体的边缘接近于相邻“地”并且相距在一个差分信号对内的信号导体的边缘之间的间隙而确定差分阻抗。
如图4A中所示，包括信号导体S6+和S6-的差分信号对被设置为与行413中的一个接地导体G相邻。包括信号导体S12+和S12-的差分信号对被设置为与两个接地导体G相邻，该接地导体G中的一个在行413中，一个在行416中。常规的连接器包括与每个差分信号对相邻的两个接地导体，以使得阻抗匹配问题最小化。除去一个接地导体一般导致减小通信速度的阻抗失配。但是，通过减小该差分信号对导体与仅仅一个相邻接地导体之间的间隙，可以补偿一个相邻接地导体的缺失。例如，如图4A中所示，信号导体S6+和S6-可以被设置为相互相距距离d1，信号导体S12+和S12-可以被设置为相互相距不同距离d2。可以通过使得信号导体S6+和S6-的宽度比信号导体S12+和S12-的宽度更宽而控制该距离(在沿着列的方向测量导体宽度的情况下)。
对于单端信号传输，还可以通过设置该信号导体和接地导体而控制单端阻抗(Single ended impedance)。具体来说，通过信号导体和相邻接地之间的间隔确定单端阻抗。单端阻抗被定义为在沿着单端信号导体的长度方向，存在于信号导体和“地”之间的阻抗。
为了保持用于高带宽系统的差分阻抗控制，希望把接头之间的间隙控制在千分之几英寸。超过千分之几英寸的间隙变化可能导致阻抗特性不可接受的变化；但是，可接受的变化取决于所需的速度、可接受的误码率以及其他设计因素。
图6示出差分信号对和接地接头的一个阵列，其中每列端子偏移每个相邻列。从一个端子的边缘到相邻列中的相应端子的相同边缘的偏移量。如图6中所示，该列间距和间隙宽度的纵横比是P/X。我们发现大约为5的纵横比(即，2mm的列间距；0.4mm间隙宽度)适合于限制串扰，其中该列也是交错的。当该列不是交错时，需要大约8-10的纵横比。
如上文所述，通过偏移该列，在任何特定端子中出现的多作用串扰的水平可以被限制为对于特定连接器应用来说可接受的水平。如图6中所示，每个列沿着列的方向相对于相邻列偏移距离d。具体来说，列601相对于列602偏移距离d，列602相对于列603偏移距离d，如此等等。由于每个列相对于相邻列偏移，因此每个端子在相对于在相邻列中的相邻端子偏移。例如，在差分对DP3中的信号接头680相对于在差分对DP4中的信号接头681偏移距离d，如图所示。
图7示出差分对的另一个结构，其中端子的每个列相对于相邻列偏移。例如，如图所示，在列701中的差分对DP1相对于在列702中的差分对DP2偏移距离d。但是，在该实施例中，该端子的阵列不包括分离每个差分对的接地接头。而是，在每个列中的差分对相互分离的距离大于在一个差分对中的一个端子相对于在相同差分对中的第二端子分离的距离。例如，当在每个差分对中的端子之间的距离为Y时，差分对分离的距离可以是Y+X，其中Y+X/Y＞＞1。我们发现这样的间隔也可以用于减小串扰。
根据本发明的示意连接器系统图8为根据本发明的直角电连接器的透视图，其针对于一种高速电连接器，其中差分信号对的信号导体沿着该差分信号对的长度方向具有基本上恒定的差分阻抗。如图8中所示，连接器800包括第一部分801和第二部分802。第一部分801被电连接到第一电子设备810，并且第二部分802被电连接到第二电子设备812。这样的连接可以是SMT、PIP、焊锡球栅阵列、压配合或者其他这样的连接。一般来说，这样的连接是在连接引脚之间具有常规连接间隔的常规连接；但是，这样的连接可以具有在连接引脚之间的其他间隔。第一部分801和第二部分802可以电连接在一起，从而把第一电子设备810电连接到第二电子设备812。
如图所示，第一部分801包括多个模块805。每个模块805包括一列导体830。如图所示，第一部分801包括6个模块805，并且每个模块805包括6个导体830；但是，可以使用任何数目的模块805。第二部分802包括多个模块806。每个模块806包括一列导体840。如图所示，第二部分802包括6个模块806，并且每个模块806包括6个导体840；但是，可以使用任何数目的模块806和导体840。
图9为连接器800的侧视图。如图9中所示，每个模块805包括固定在框架850上的多个导体830。每个导体830包括从框架850延伸的用于连接到第一电子设备810的连接引脚832、从框架850延伸的用于连接到第二部分802的叶片836、以及把连接引脚832连接到叶片836的导体段834。
每个模块806包括固定在框架852中的多个导体840。每个导体840包括接触界面841和连接引脚842。每个接触界面841从框架852延伸，用于连接到第一部分801的叶片836。每个导体840还电连接到从框架852延伸的用于电连接到第二电子设备812的连接引脚842。
每个模块805包括用于与模块805对齐的第一孔856和第二孔857。因此，多列导体830可以被对齐。每个模块806包括用于与相邻模块806对齐的第一孔847和第二孔848。因此，可以对齐多列导体840。
连接器800的模块805被示出为直角模块。也就是说，一组第一连接引脚832被置于第一面(例如，与第一电子设备810共面)上，并且一组连接引脚842被置于与第一面垂直的第二面(例如，与第二电子设备812共面)上。为了把第一面连接到第二面，每个导体830总共转90度(直角)，以把第一电子设备810和812连接在一起。
为了简化导体放置，导体830可以具有一个矩形截面；但是，导体830可以具有任何形状。在该实施例中，导体830具有较高的宽厚比，以便于制造。该特定宽厚比可以根据包括所需通信速度、连接端分布等等这样的各种设计参数来选择。
图10为沿着线A-A截取的连接器800的两个模块的侧视图，并且图11为沿着线B-B截取的连接器800的两个模块的顶视图。如图所示，每个叶片836被设置在接触界面841的两个单梁接头849之间，从而提供第一部分801和第二部分802之间的电连接，并且在下文中更加详细地描述。连接引脚832被置于模块805的中央线的附近，使得连接引脚832可以配合到具有常规连接间隔的一个设备。连接引脚842被置于模块806的中央线的附近，使得连接引脚842可以配合到具有常规连接间隔的设备。但是，如果这样的连接间隔被该配合设备所支承，则连接引脚可以被设置为相对于模块806的中央线偏移。另外，尽管在该图中示出连接引脚，但是可以考虑使用其他连接技术，例如焊锡球等等。
现在转到图8的连接器800，以讨论连接引脚和导体的分布，连接器800的第一部分801包括6列和6行导体830。导体830可以是信号导体S或接地导体G。一般来说，每个信号导体S被用作为差分信号对的正导体或负导体；但是，信号导体可以被用作为用于单端信号传输(single ended signaling)的导体。另外，这样的导体830可以被设置为列或行。
除了导体布置之外，差分阻抗和插入损失还受到接近于导体的介电性质的影响。通常，希望使得具有非常低的介电常数的材料相邻并且尽可能地与该导体相接触。空气是最理想的电介质，因为它使得连接器变轻，并且具有最好的介电性质。尽管框架850和框架852可以包括聚合物、塑料等等，以固定导体830和840，从而可以保持所需的间隙容限，所用的塑料的量被最小化。因此，导体的其他部分包括空气电介质，并且导体830和840被置于空气中，并且仅仅最低限度地在具有第二介电性质的第二材料(例如，聚合物)中。因此，为了提供基本上恒定的差分阻抗特性，在该第二材料中，差分信号对的导体之间的间隔可以变化。
如图所示，该导体可以主要暴露于空气中而不是被包在塑料中。使用空气而不是塑料作为电介质具有多个优点。例如，使用空气使得该连接器使用比常规连接器少得多的塑料来形成。因此，根据本发明的连接器可以比使用塑料作为电介质的常规连接器的重量更轻。空气还使得接头之间的间隙更小，从而用相对较大的接头提供更好的阻抗和串扰控制，减小串扰，提供更少的介电损失，增加信号速度(即，更小的传播延迟)。
通过使用空气作为主要电介质，可以提供适合用作为球栅组件(“BGA”)直角连接器的轻量、低阻抗、低串扰的连接器。一般来说，一个直角连接器是“不稳的”，即在该配合区中重量不平衡。从而，该连接器倾向于在配合区的方向上“倾斜”。由于BGA的焊锡球，在熔化时仅仅可以支承特定的重量，现有的连接器一般不能够包括附加质量来平衡该连接器。通过使用空气而不是塑料作为电介质，可以减小该连接器的质量。从而，可以添加附加质量来平衡该连接器，而不导致该熔化的焊锡球脱离。
图12当导体从被空气包围到被框架850所包围时在行中的导体之间的间隔改变。如图12中所示，在连接引脚832处导体S+和S-之间的距离为D1。距离D1可以被选择为与在第一电子设备810上的常规连接器间隔相配合，或者可以被选择为优化该差分阻抗特性。如图所示，距离D1被选择为与常规连接器相配合，并且被置于模块805的中央线附近。当导体S+和S-从连接引脚832通过框架850时，导体S+和S-相互靠近，最后在空气区860中到达距离D2。给定其他参数，例如接近于接地导体G，距离D2被选择以给出在导体S+和S-之间的所需差分阻抗。所需差分阻抗Z0取决于该系统阻抗(例如，第一电子设备810)，并且可以是100Ω或者其他数值。一般来说，希望有大约5％的容限；但是对于一些应用来说可以接受10％的容限。在10％或更小的范围内被认为是基本上恒定的差分阻抗。
如图13中所示，导体S+和S-被设置为从空气区860向着叶片836，并且在框架850内相互向外分离，使得叶片836在离开框架850之后分离距离D3。叶片836被接收在接触界面841中，从而提供第一部分801和第二部分802之间的电连接。接触界面841从空气区860向着框架852方向相互向外分离，最终到达相距距离D4的连接引脚842。如图所示，连接引脚842被设置为接近于框架852的中央线，以与常规连接器间隔相配合。
图14为导体830的透视图。如图所示，在框架850内，导体830向内靠近或向外分离，以沿着导电路径保持基本上恒定的差分阻抗特性。
图15为包括两个单梁接头849的导体840的透视图，在叶片836的每一侧上各有一个梁接头849。该设计可以提供减小的串扰性能，因为每个单梁接头849进一步远离其相邻的接头。并且，该设计可以提供增加的接头可靠性，因为其具有“真正的”双重接头。该设计还可以减小用于接头的定位以及接头的形成的紧密度容限要求。
如图所示，在框架852内，导体840向内靠近或向外分离，以保持基本上恒定的差分阻抗特性，并且与第二电子设备812上的连接器相配合。为了排列为列，导体830和840被分别沿着框架850、852的中央线放置。
图13A为沿着图13的线C-C截取的截面视图。如图13A中所示，叶片836被接收在接触界面841中，使得梁接头839与叶片836的各个侧面相啮合。最好，在该连接器的配合和分离过程中，该梁接头839具有在足以保持该连接器的电特性的组合表面区域上提供叶片836和接触界面841之间的接触的尺寸和形状。
如图13A中所示，该接头设计在该配合区中保持边缘耦合纵横比。也就是说，被选择为限制在该连接器中的串扰的列间距与间隙宽度的纵横比也存在于该接头区中，从而限制该配合区中的串扰。并且，由于未配合的叶片接头的截面近似于与配合接头的组合截面相同，因此即使该连接器部分地未配合，也可以保持阻抗特性。这至少部分地因为该配合接头的组合截面包括一个或两个以上的金属厚度(该叶片和接头界面的厚度)，而不是在现有连接器中典型的三个厚度(例如，参见图13B)。拔下如图13B中所示的连接器导致截面的较大改变，因此，阻抗变化较大(如果该连接器是不正确或完全地配合，则造成显著的电子性能下降)。由于当该连接器未配合时，该接头截面不发生显著改变，则当部分未配合时(即，相差1-2mm的未配合)与完全配合时相同，该连接器(如图13A中所示)可以提供近似相同的电特性。
图16A为根据本发明一个实施例的具有示意直角电连接器的底板系统的透视图。如图16A中所示，连接器900包括插塞902和插座1100。
插塞902包括壳体905和多个引线组件908。该壳体905被配置为包含和对齐多个引线组件908，以通过插座1100在电子设备910和电子设备912之间进行适用于信号通信的电连接。在本发明的一个实施例中，电子设备910是一个底板，并且电子设备912是一个子插件板。但是，电子设备910和912可以是任何电子设备，而不脱离本发明的范围。
如图所示，连接器902包括多个引线组件908。每个引线组件908包括将在下文中描述的一列端子或导体930。每个引线组件908包括任何数目的端子930。
图16B为类似于图16A的底板系统，只是连接器903是单个设备，而不是配合插塞和插座。该连接器903包括一个壳体和多个引线组件(为示出)。该壳体被配置为包含和对齐多个引线组件(为示出)，以在第一电子设备910和第二电子设备912之间形成适用于信号通信的电连接。
图16C为类似于图16A的板到板系统，只是插塞壳体905是一个垂直插塞连接器而不是一个直角插塞连接器。该实施例在两个平行电子设备910和913之间进行电连接。根据本发明的一个垂直底板插座连接器例如可以被夹物模压(insert molded)到一个板上。因此，可以保持间隔和性能。
图17为示出没有电子设备910和912以及插座连接器1100的插塞连接器的透视图。如图所示，缝隙907形成在其中包含和对齐引线组件908的壳体905中。图17还示出连接引脚932、942。连接引脚942把连接器902连接到电子设备912。连接引脚932把连接器902通过插座1100电连接电子设备910。连接引脚932和942可以适用于提供到电子设备(为示出)的贯穿安装或表面安装连接。
在一个实施例中，该壳体905由塑料所制成，但是，可以使用任何适当的材料。到电子设备910和912的连接可以是表面或贯穿安装连接。
图18为如图17中所示的插塞连接器902的侧视图。如图所示，包含在每个引线组件908中的端子列相对于在相邻引线组件中的另一个端子列偏移距离D。这样的偏移在上文结合图6和7更加完整地描述。
图19为单个引线组件908的侧视图。如图19中所示，引线组件908的一个实施例包括金属引线框架940和夹物模压塑料框架933。按照这种方式，该夹物模压引线框架933用于包括一列端子或导体930。该端子可以包括差分对或接地接头。按照这种方式，每个引线组件908包括一列差分对935A和935B以及接地接头937。
如图19中所示，包含在每个引线组件908中的差分对和接地接头的列被设置为一个信号-信号＝地结构。按照这种方式，在引线组件908中的接头列的顶部接头为接地接头937A。与接地接头937A相邻的是一个包括两个信号接头的一个差分对935A，一个具有正极性并且一个具有负极性。
如图所示，该接地接头937A和937B从夹物模压引线框架933延伸更大的距离。如图19B中所示，这样一种结构，在信号接头935与相应的插座接头1102S相配合之前，允许接地接头937与在插座1100中的相应的插座接头1102G相配合。因此，在发生信号传输之前，被连接的设备(未在图19B中示出)可以共地(common ground)。这提供该设备的“热”连接。
连接器900的引线组件908被示出为一个直角模块。为了说明，一组第一连接引脚932被被置于第一面上(例如，与第一电子设备910共面)，并且一组连接引脚942被置于与第一面相垂直的第二面上(例如，与第二电子设备912共面)。为了把第一面连接到第二面，每个导体930被形成为总共大约90度(直角)，以电连接电子设备910和912。
图20和21分别为根据本发明的一个方面的两个端子列的侧视图和正视图。如图20和21中所示，相邻端子列相互相对交错。换句话说，在相邻引线组件中在端子之间存在偏移。具体如图20和21中所示，在列1的端子和列2的端子之间存在距离d的偏移量。如图所示，偏移量d在该端子的全长上保持。如上文所述，该偏移量通过进一步增加信号承载接头之间的距离而减小串扰的出现。
为了简化导体的放置，导体930具有如图20中所示的矩形截面。但是，导体930可以是任何形状。
图22为在图16A中所示的连接器的插座部分的透视图。插座1100可以与连接器插塞902相配合(如图16A中所示)并且用于连接两个电子设备(为示出)。具体来说，连接引脚932(在图17中所示)可以被插入到孔1142，以把连接器902电连接到插座1100。插座1100还包括对齐结构1120，以有助于对齐，并且把连接器900插入到插座1100。一旦插入时，结构1120还用于把插入的连接器固定到插座1100。从而这样的结构1120避免可能在该连接器和插座之间出现的可能导致机械断裂的任何运动。
插座1100包括多个插座引线组件1160，每个插座引线组件1160包含多个端子(仅仅示出其末端)。该端子提供连接器900和任何配合的电子设备(为示出)之间的电通路。
图23为包括结构1120、壳体1150和插座引线组件1160的图22的插座的侧视图。如图所示，图23还示出根据本发明该插座引线组件可以相互偏移。如上文所述，这样的偏移减小上述多作用串扰的出现。
图24为不包含在插座壳体1150中的单个插座接头组件的透视图。如图所示，该组件1160包括多个双梁导电端1175和由绝缘材料所制成的支架1168。在一个实施例中，该支架1168由包围该接头的塑料注模所制成；但是，可以使用任何适当的绝缘材料，而不脱离本发明的范围，图25为根据本发明另一个实施例的连接器的透视图。如图所示，连接器1310和插座1315被组合使用，以把例如电路板1305这样的电子设备连接到电缆1325。具体来说，当连接器1310与插座1315相配合时，在电路板1305和电缆1325之间建立电连接。然后，电缆1325把信号发送到适用于接收这样的信号的任何电子设备(为示出)。
在本发明的另一个实施例中，考虑偏移距离d可以在该连接器中的端子长度上变化。按照这种方式，该偏移距离可以沿着该端子的长度以及在该导体的任何端部变化。为了说明该实施例，现在参见图26，其中示出单列直角端子的侧视图。如图所示，在部分A中的端子的高度为高度H1，并且在部分B中的端子的截面的高度为高度H2。
图27和28分别为沿着线A-A和线B-B截取的直角端子的列的正视图。除了在图26中所示的单列之外，图27和28还示出包含在连接器壳体的相邻引线组件内的相邻端子列。
根据本发明，相邻列的偏移量可以沿着该引线组件内的端子的长度变化。更加具体来说，在相邻列之间的偏移量根据端子的相邻部分而变化。按照这种方式，在端子的部分A和端子的部分B之间，在列之间的偏移距离方面不同。
如图27和28中所示，在端子的部分A中沿着线A-A截取的端子截面高度为H1，并且在部分B中沿着线B-B截取的截面高度为高度H2。如图27中所示，在端子的截面高度为H1时，在部分A中的端子偏移量为距离D1。
类似地，图28示出在端子的部分B中端子的偏移量。如图所示，在端子的部分B中端子之间的偏移距离为D2。最好，由于间隔或其他参数不同，该距离D2被选择为使得串扰最小化，并且可以与偏移量D1不同。因此可以减小在端子之间出现的多作用串扰，从而增加信号完整性。
在本发明的另一个实施例中，为了进一步减小串扰，在相邻端子列之间的偏移量与在配合的印刷电路板上的通孔之间的偏移量不同。一个通孔是在一个印刷电路板上的两个或多个层之间的导电路径。一般来说，通过在两个或多个导体互连的适当的位置对该印刷电路板钻孔而产生一个通孔。
为了说明这样一个实施例，图29示出当端子与在一个电子设备上的通孔配合时4列端子的截面的正视图。这样的电子设备可以类似于图16A中所示的设备。通过连接引脚(为示出)，把该连接器(为示出)的端子1710插入到通孔1700。但是，该连接引脚可以类似于图17中所示。
根据本发明的这一实施例，在相邻端子列之间的偏移量与在配合的印刷电路板上的通孔之间的偏移量不同。具体来说，如图29中所示，在相邻列端子的偏移量之间的距离为D1，并且在电子设备中的通孔的偏移量之间的距离为D2。根据本发明，通过把两个偏移距离改变为它们的最佳数值，减小本发明的连接器中出现的串扰，并且保持相应信号完整性。
图30为一个直角电连接器1100的另一个实施例的透视图。如图30中所示，导体930被设置为从第一面连接到与第一面相垂直的第二面。即使导体930的宽度可以变化并且即使导体930的路径可以连续，在相邻导体930之间的距离D基本上为常量。该基本上恒定的间隙D沿着该导体的长度方向提供基本上恒定的差分阻抗。
图31为直角电连接器1200的另一个实施例的透视图。如图12中所示，模块1210被置于框架1220中，以提供相邻模块1210之间的适当间隔。
图32为插座连接器1100’的另一个实施例的透视图。如图32所示，该连接器1100’包括框架1190，以提供在连接引脚1175’之间适当的间隔。框架1190包括固定导体1175’的凹陷。每个导体1175’包括单个接触界面1191和连接引脚1192。每个接触界面1191从框架1190延伸，用于连接到相应的插塞接头，如上文所述。每个连接引脚1942从框架1190延伸，用于电连接到第二电子设备。插座连接器1190可以通过压合处理而组装。
为了在导体902上实现所需的间隙容限，连接器900可以通过如图33中所示的方法来制造。如图33中所示，在步骤1400中，导体930被置于模具坯料，在导体930之间具有预定间隙。在步骤1410中，聚合物被注入到该模具坯料，以形成连接器900的框架。导体930的相对位置由框架950所保持。由剩余应力所造成的随后翘曲和扭曲可能对可变性具有影响，但是如果良好设计的话，所获得的框架950应当具有足够的稳定性，以保持所需的间隙容限。按照这种方式，在导体930之间的间隙可以被控制为具有千分之几英寸的可变性。
最好，为了提供最佳性能，通过导体的载流路径应当被制造为具有尽可能高的导电性。因为，该载流路径在该接头的外侧部分，希望该接头被镀上高导电性材料的薄外层。这种高导电性材料的例子包括金、铜、银、锡合金。
应当知道，上述示意实施例仅仅为了说明的目的而提供的，并且不被认为是对本发明的限制。在此所用的术语是描述性和说明性的术语，而不是限制性的术语。另外，尽管本发明已经在此参照特定结构、材料和/或实施例而描述，但是本发明不限于在此所公开的特定实施例。而是，本发明扩展到在所附权利要求的范围内的所有功能等效的结构、方法和用途。本领域的普通技术人员在获得该说明书中教导的优点之后，可以实现各种变型和改变，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种电连接器，其中包括连接器壳体；至少部分贯穿该连接器壳体并且具有第一长度的第一导体；以及至少部分贯穿该连接器壳体并且具有第二长度的第二导体，其中在第一和第二导体之间的阻抗沿着第一长度和第二长度上基本上为常量。
2.根据权利要求1所述的电连接器，其中该第一和第二导体是差分信号对的导体，并且该阻抗是差分阻抗。
3.根据权利要求1所述的电连接器，其中该第一导体是信号导体，该第二导体是接地导体，并且该阻抗是单端阻抗。
4.根据权利要求1所述的电连接器，其中该阻抗沿着第一和第二长度上的变化小于10％。
5.根据权利要求1所述的电连接器，其中该阻抗沿着第一和第二长度上的变化小于5％。
6.根据权利要求1所述的电连接器，其中该第一导体包括沿着第一导体的长度的第一边缘，该第二导体包括沿着第二导体的长度的第二边缘，以及在第一边缘和第二边缘之间的间隙基本上为常量。
7.根据权利要求6所述的电连接器，其中每个导体具有基本上矩形的截面。
8.根据权利要求7所述的电连接器，其中该矩形截面的宽度远大于该矩形截面的厚度。
9.根据权利要求8所述的电连接器，其中该基本上为常量的间隙被置于该矩形截面的相邻宽度面之间。
10.根据权利要求8所述的电连接器，其中该基本上为常量的间隙被置于该矩形截面的相邻厚度面之间。
11.根据权利要求1所述的电连接器，其中该第一和第二导体是差分信号对的导体，并且进一步包括多个差分信号对的导体，每个差分对的导体沿着该对导体的长度方向在该对导体之间具有基本上为常量的阻抗；以及多个接地导体，每个接地导体被设置为与所述多个差分信号对之一相邻。
12.根据权利要求11所述的电连接器，其中所述多个接地导体和所述多个差分信号对被排列成行。
13.根据权利要求11所述的电连接器，其中所述多个接地导体和所述多个差分信号对被排列成列。
14.根据权利要求13所述的电连接器，其中在与一个“地”相邻的差分信号对中的导体之间的间隙小于与两个“地”相邻的差分信号对中的导体之间的间隙，从而增加所述多个差分信号对的差分阻抗的一致性。
15.根据权利要求1所述的电连接器，其中第一导体的第一部分被置于具有第一介电常数的第一材料中，并且该第一导体的第二部分被置于具有第二介电常数的第二材料中；第二导体的第一部分被置于第一材料中，并且该第二导体的第二部分被置于第二材料中；在第一材料中的第一导体和第二导体之间的间隙是第一距离并且在第二材料中的第一导体和第二导体之间的间隙是第二距离，使得该阻抗沿着该导体的长度方向基本上为常量。
16.根据权利要求15所述的电连接器，其中该第一材料包括空气并且第二材料包括聚合物。
17.根据权利要求15所述的电连接器，其中该第一导体包括沿着第一导体的长度的第一边缘，该第二导体包括沿着该导体的长度的第二边缘，并且在第一边缘和第二边缘之间的间隙基本上为常量。
18.根据权利要求1所述的电连接器，其中第一和第二导体最终到达叶片。
19.根据权利要求1所述的电连接器，其中第一和第二导体最终到达两个单梁接头。
20.根据权利要求1所述的电连接器，其中第一和第二导体中的每一个在第一平面进入该连接器，并且在基本上与第一平面正交的第二平面处从该连接器退出。
全文摘要
在此公开一种轻量、低成本、高密度的电连接器，其即使在没有接头之间的屏蔽时，提供阻抗受控、高速、低干扰的通信，并且提供低插入损失。在该连接器中的信号接头(S)和接地接头(G)可以被按比例缩小并且相互相对设置，使得在第一差分对中的差分信号在形成该信号对的接头之间的间隙中产生高场(H)并且在相邻信号对附近产生低场(L)。
文档编号H01R12/00GK101043111SQ20071010210
公开日2007年9月26日 申请日期2002年11月14日 优先权日2001年11月14日
发明者克利福德·L·文格斯, 约瑟夫·B·舒叶, 斯蒂芬·瑟库, 斯蒂芬·B·史密斯, 蒂莫西·A·雷马克, 格埋戈里·S·赫尔, 蒂莫西·W·霍特兹 申请人:Fci公司