低成本高性能的射频连接器的制造方法

低成本高性能的射频连接器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U.S.C. § 119(e)要求于2012年6月29日提交的名称为"LOW COST,HIGHPERFORMANCERFC0NNECT0R(低成本高性能的射频连接器）"的美国临时专利申 请序列No. 61/666, 674的优先权，该申请通过参引整体并入本文。
技术领域
[0003] 本公开总体上涉及用于连接印刷电路板（"PCB"）的相互电连接器，并且更具体 地，涉及一种用于在印刷电路板之间承载射频（RF)信号的互连系统。
【背景技术】
[0004] 电连接器用于许多电子系统中。总体上，在通过电连接器彼此连接的若干PCB上 制造系统比将系统制造为单个组件更加容易且更加成本有效。用于使若干PCB相互连接的 传统装置将一个PCB用作基板。也被称作子板或子卡的其他PCB随后通过底板借助电连接 器来连接。
[0005] 根据待连接的PCB的类型或取向来使用呈不同形式的连接器。某些连接器为直角 连接器，从而意味着其用于接合以相对于彼此呈直角的形式安装在电子系统中的两个印刷 电路板。另一类型的连接器被称作中间连接器。这种连接器用于连接彼此平行的印刷电路 板。
[0006] 中间连接器的示例可以在下述专利文献中找到：公布为US-2011-0104948-A1 的美国专利申请序列No. 12/612,510 ;公布为国际公开No.W0/2010/039188的国际申请 No.PCT/US2009/005275 ;美国专利No. 6, 152, 747 ;以及美国专利No. 6, 641，410。所有这些 专利和专利申请均受让于本申请的受让人并且此处通过参引被全部并入。
[0007] 电子系统总体上已经变得更小、更快并且在功能上更加复杂。这些改变意味着电 子系统的给定区域中的电路的数目以及数据率近年来已经大幅地增大，数据率有时被测量 为每秒的位数或者电路操作的频率。当前系统在印刷电路板之间传送了更多的数据并且 需要下述电连接器：该电连接器比甚至几年前的连接器以更大的速度电力地处理更多的数 据。
[0008] 制造高密度、高速度数据连接器的诸多困难中的一个困难之处在于连接器中的电 导体可能会靠近成使得在相邻的信号导体之间具有电干扰。为了减小干扰并且另一方面为 了提供所需的电力特性，通常在相邻的信号导体之间布置金属构件或绕相邻的信号导体布 置金属构件。金属用作防止一个导体上承载的信号在另一导体上产生"串扰"的屏蔽件。金 属还影响了每个导体的阻抗，这还可以有助于所需的电力特性。
[0009] 随着数据率增大，在连接器中产生呈诸如反射、串扰以及电磁辐射之类的形式的 电噪声的可能性更大。因此，电连接器设计成限制不同信号路径之间的串扰以及控制每个 信号路径的阻抗的特征。屏蔽件构件为此通常与信号导体相邻地布置。
[0010] 通过连接器的不同信号路径之间的串扰可以通过将各种信号路径设置成使得其 彼此间隔得更远并且更靠近诸如接地板之类的屏蔽件来限制。因此，不同的信号路径趋于 更多地电磁联接至屏蔽件而更少程度地彼此电磁联接。对于给定水平的串扰，信号路径可 以在保持至接地导体的充分地电磁联接时布置成更加靠近在一起。
[0011] 尽管用于使导体彼此隔离的屏蔽件通常由金属部件制成，然而，美国专利 No. 6, 709, 294描述了在连接器中用导电塑料制造屏蔽板的延伸部，该美国专利受让于与本 申请相同的受让人并且通过参引被全部并入本文。
[0012] 在某些连接器中，屏蔽件通过具体地定形状并且定位成提供屏蔽的导电构件来提 供。这些导电构件设计成在安装在印刷电路板上时连接至参照电位或接地。这种连接器被 认为具有专用的接地系统。
[0013] 在设计用于高频信号的某些连接器中，每个信号导体可以被屏蔽件围绕。该构型 提供了与在同轴线缆中发生的电气构型类似的电气构型，在同轴线缆中，承载信号的中央 导体延伸穿过管状接地套筒，并且有时也被称作同轴构型。这种连接器的示例可以在美国 专利申请13/170,616中找到，其为具有同轴结构的板对板式连接器的示例。
[0014] 可以使用其他技术来控制连接器的性能。例如，差分地传递数据信号也可以减小 串扰。差分信号由也被称作"差分对"的一对导电路径来承载。导电路径之间的压差表示 信号。通常，差分对被设计成在所述一对导电路径之间具有优选联接。例如，差分对的这两 个导电路径可以设置成与连接器中的相邻的信号路径相比更靠近彼此延伸。常规地，期望 在所述一对导电路径之间没有屏蔽件，但是也可以在差分对之间使用屏蔽件。
[0015] 在美国专利No. 6, 293, 827、美国专利No. 6, 503, 103、美国专利No. 6, 776, 659以及 美国专利No. 7, 163, 421中示出了差分电力连接器的示例，所有这些专利均受让于本申请 的受让人并且此处通过参引被全部并入。
[0016] 连接器的电特性还可以通过吸收性材料的使用来控制。美国专利No. 6, 786, 771 描述了使用吸收性材料以减小不期望的共振并且改善特别是在高速下（例如具有IGHz或 更大的信号频率，特别地大于3GHz)的连接器性能，该美国专利受让于与本申请相同的受 让人并且此处通过参引被全部并入。美国专利No. 7, 371，117、美国专利No. 7, 581，990以及 公布为US-2011-0230095-A1的美国专利申请序列No. 13/029, 052描述了使用耗损性材料 以改善连接器性能，这些美国专利和美国专利申请受让于本申请的受让人并且此处通过参 引被全部并入。
[0017] 现代系统有时基于射频信号来操作。射频信号可以承载表示待被显示的视频的信 息，或者可以将信息承载至用于无线传输的天线。无论由该信号承载的信息如何，通过接合 印刷电路板的互连系统来传送射频信号都具有挑战。射频信号总体上表示呈模拟形式的信 息，使得信号的任何失真都会减少信号中的信息的内容。与之相比，对于在任何给定时间处 表示1或0的数字数据信号而言，只要引入信号中的噪声或其他失真没有严重到使得其妨 碍接收器将信号适当地归类为1或0,则噪声具有相对小的影响。然而，射频信号上的相同 的噪声量可能会在信号呈递给人们时导致该信号的音频或视频质量的显著失真，或者会引 起利用射频信号的系统中的不期望的影响。
[0018] 为了保持模拟射频信号的质量，已知的是使连接器接合印刷电路板以模拟同轴结 构。这种连接器可以由机械加工的金属件制成以在互连系统中围绕贯穿每个射频信号路径 的信号导体提供导电接地结构。

【发明内容】

[0019] 本公开的方面涉及一种改善的低成本射频连接器，该射频连接器可以用作同轴的 板对板式连接器的替代。这种连接器可以利用在模块的内部中具有共面波导结构的连接器 模块来提供。共面波导的元件的尺寸可以确定为提供期望的阻抗，包括如通常由射频同轴 连接器提供的例如50Q或75Q的阻抗。但是，通过改变共面波导的尺寸来控制阻抗允许 在没有影响其他部件的设计的情况下使连接器模块的阻抗被定制，使得连接器制造商能够 提供具有许多不同阻抗的各种射频连接器。
[0020] 可以使用一种或更多种构造技术以在连接器模块中的射频信号导体之间提供高 隔离度。可以在模块的周缘部处设置屏蔽件，从而使屏蔽件与信号导体间隔得足够远以提 供信号至屏蔽件的最小联接，而信号至屏蔽件的连接另一方面将增大射频信号导体之间的 串扰。可以引入电耗损性材料来抑制平行板模式并增强模块内的偶模传播。
[0021] 这种连接器模块可以利用一种或更多种制造技术简单且不昂贵地制造，制造技术 例如：冲压引线框以形成共面波导；将引线框嵌入绝缘壳体中；向绝缘壳体加入耗损性材 料；以及将平坦屏蔽件附接至模块的外表面。
[0022] 这种技术可以单独地或以组合的方式使用以实现在具有超过5GHz的频率的信号 之间提供超过90dB的隔离度的连接器模块。具有这种特性的连接器模块可以在许多电子 组件中用作常规射频同轴连接器的代替物。
[0023] 这种连接器模块可以附接至印刷电路板，该印刷电路板具有适于在信号导体之间 提供高隔离度的区部。该区部可以利用常规的印刷电路板制造技术来形成，从而允许具有 低成本但高性能的电子组件。即使在那些信号导体在印刷电路板的同一层上定线路的情况 下，该区部也可以在射频信号导体之间提供相对高的隔离度。
[0024] 在其他方面中，可以提供一种两件式连接器，该两件式连接器具有下述信号导体： 该信号导体具有构造成减小线头长度并改善连接器性能的类似的但反向的形状。在某些实 施方式中，信号导体可以具有配合接触部，该配合接触部具有远端，该远端具有平坦部和梁 部。信号导体可以定向成使得一个连接器件中的配合触头的梁部与另一连接器件中的配合 触头的平坦部配合。这种布置沿着配合接触部提供了多个接触点。
[0025] 其他优势和新颖特征将在结合附图进行考虑时通过本公开的各种非限制性实施 方式的以下详细描述并且通过权利要求变得明显。因此，权利要求不受前述
【发明内容】
的限 制。
【附图说明】
[0026] 附图不意在按比例绘制。出于清晰的目的，在每幅图中并非对每个部件都进行标 记。
[0027] 图1为在组合有本文中描述的射频连接器的互连系统中适于承载数据信号的第 一连接器的立体图；
[0028] 图2A和图2B分别为与对应的基板射频连接器模块配合的直角射频连接器模块的 示例性实施方式的左侧立体图和右侧立体图；
[0029] 图3A为图2A和图2B的直角射频连接器模块的左侧立体图；
[0030] 图3B为图2A和图2B的直角射频连接器模块的从配合界面端观察的立体图；
[0031] 图4A和图4B为图2A和图2B的对应基板射频连接器模块的立体图；
[0032] 图5为图2A和图2B的直角射频连接器模块的左侧局部切除的立体图，其中，绝缘 壳体被切除以显示连接器模块内的导电元件和耗损性区域；
[0033] 图6为图2A和图2B的对应基板射频连接器模块的局部切除的立体图，其中，绝缘 部被切除以显示对应的连接器模块内的导电元件；
[0034] 图7为图2A和图2B的直角射频连接器的导电元件的立体图，该导电元件被示出 为与图2A和图2B的对应连接器模块的配合导电元件接合；
[0035] 图8A、图8B和图8C为图7中示出的导电元件的汇合的接触部的替代性实施方式 的截面图。
[0036] 图9A为图2A和图2B的射频连接器模块的右侧屏蔽件构件的从左侧观察的视图， 该右侧屏蔽件构件与图2A和图2B的对应基板射频连接器模块的屏蔽件构件接合；
[0037] 图9B为图9A的右侧屏蔽件构件的从右侧观察的放大图；
[0038] 图10为图2A和图2B的直角射频连接器模块和对应的连接器模块的左侧的平面 图；
[0039] 图11为沿着图10中的线4-4截取的截面图；
[0040] 图12为沿着图10中的线2-2截取的截面图；
[0041] 图13为沿着图10中的线1-1截取的截面图；
[0042] 图14A为具有共面波导构型的射频连接器模块中的导电元件的截面图；
[0043] 图14B为图14A的射频连接器模块的截面图，该截面图示出了与传播射频信号关 联的电磁场；
[0044] 图14C为如图14A中的但是具有不同的尺寸的具有共面波导构型的射频连接器模 块中的导电元件的截面图，并且该截面图示出了与传播射频信号关联的电磁场；
[0045] 图15A为如图14A中的并且具有耗损性区域的射频连接器中的导电元件的截面 图，并且该截面图示出了与传播射频信号关联的电磁场；
[0046] 图15B为如图15中的但是具有不同尺寸的射频连接器模块中的导电元件、耗损性 区域以及与传播射频信号关联的电磁场的截面图；
[0047] 图16为适于如在图2A和图2B中的连接器模块的附接的用于射频信号的信号发 射区域的平面图；以及
[0048] 图17为针对射频信号调节的图16的信号发射区域的替代性实施方式的平面图。
【具体实施方式】
[0049] 本发明人已经认识并理解到将已知的制造技术组合以制造承载射频信号的低成 本、高性能的互连系统的方法。该系统可以利用适于承载射频信号的一个或更多个连接器 模块来制造。射频连接器模块可以利用与用于制造高速数据连接器的技术兼容的技术来制 造。然而，射频连接器模块可以以非常高的隔离度承载具有射频频率的信号。作为具体的 示例，本文中描述的连接器模块可以在5GHz的频率下在射频信号导体之间提供大于90dB 的隔离度。
[0050] 在某些实施方式中，连接器模块可以利用本领域中已知的用于高速数据连接器的 制造的冲压和模制技术来制造。相比现有技术中已知的用于制造同轴连接器的螺杆车削和 其他技术，这些操作可以成本较低。如在数据连接器中那样，具有导电元件的引线框可以由 金属板冲压形成，从而使得导电元件以列的形式设置。然而，对于射频连接器而言，导电构 件可以被冲压成提供承载射频信号的导电元件。
[0051] 提供接地导体的导电元件可以与这些信号导体相邻地进行冲压。这种冲压可以在 相邻的接地导体之间提供单个信号导体，从而支持单端型射频信号路径。可以在引线框中 设置任意数目的这种信号路径。在某些实施方式中，例如可以在引线框中设置两个射频信 号路径。
[0052] 在某些实施方式中，引线框可以被冲压成提供共面波导结构。在该结构中，信号导 体可以与接地导体相邻地定位。射频信号可以沿着信号导体传播，因为电磁场主要集中在 信号导体与相邻的接地导体之间。因此，信号导体的尺寸以及相对于相邻接地导体的间隔 主要可以确定在射频频率下信号导体的阻抗。
[0053] 引线框可以保持在本文中被称作壳体的支承结构内。壳体可以部分地或完全地绝 缘。
[0054] 在某些实施方式中，平坦导电构件或其他形状的屏蔽件构件也可以由壳体支承。 屏蔽件构件也可以由金属板冲压形成。屏蔽件构件可以附接至壳体的外部部分或者以任何 适当的方式结合到模块中。在某些实施方式中，每个模块可以具有多于一个平坦导电构件， 并且平坦导电构件可以共同构造成或者在同一模块中的或者在多个模块被使用时在相邻 模块中的射频信号导体之间提供屏蔽。
[0055] 在某些实施方式中，屏蔽件构件可以与引线框间隔得足够远以使得屏蔽件构件的 存在或形状不会明显地影响射频信号导体的阻抗。
[0056] 壳体除支承引线框以外，还可以支承由耗损性材料构成的区域。耗损性材料可以 定位在壳体内以加强信号根据共面结构的传播。耗损性材料例如可以定位成抑制不期望 的传播模式。在具有多个导体的结构中，这些结构可以支持电磁能的多种模式。结构中支 持的模式的数目与导体的数目相关，使得对于n个导体，具有n-1种传播模式。在具有一个 信号导体和两个接地导体的连接器的情况下，具有三个导体，因此具有两种传播模式。耗损 性材料可以定位成抑制如下模式：该模式对通过连接器传递的能量具有较少的贡献，或者 相反地，引起对其他导体的较大的干涉。对于两个信号导体和三个接地导体而言，支持四种 模式。耗损性材料定位成抑制三种模式中的一种或更多种。在某些实施方式中，可能期望 TEM(横电磁波模式）的传播模式以使得耗损性材料定位成抑制非TEM的模式。
[0057] 作为另一示例，耗损性材料还可以定位成抑制引线框与屏蔽件构件之间的平行板 传播模式。这种结构可以通过将耗损性区域插入壳体中而简单地制造。
[0058] 屏蔽件构件随后可以附接至壳体的外表面。在某些实施方式中，屏蔽件构件可以 通过耗损性区域电联接。机械附接和电联接两者可以通过使屏蔽件构件压靠上述表面以使 得耗损性区域延伸穿过屏蔽件构件中的开口来提供。机械附接可以通过使该开口相对于耗 损性区域定尺寸成使得产生干涉配合来实现。在某些实施方式中，耗损性材料还可以接触 引线框的接地导体，从而与连接器模块内的接地导电元件连在一起。
[0059] 结合了这种射频连接器模块的互连系统的性能可以通过对适于与连接器模块一 起使用的印刷电路板的使用来增强。这种印刷电路板例如可以具有多层，但是其也可以构 造成具有位于印刷电路板的单层上的、将射频信号承载至射频连接器模块的信号导体的迹 线（trace)。此外，印刷电路板可以构造成在射频连接器模块安装至印刷电路板的情况下调 节信号发射的阻抗。替代性地或额外地，印刷电路板可以构造成例如通过微通孔的使用而 在射频信号迹线之间提供隔离度。
[0060] 在某些实施方式中，根据本文中描述而制造的射频连接器模块可以物理地定尺寸 成与承载数据信号的连接器模块一起使用。图1提供了利用可以结合到射频连接器模块中 的已知数据连接器的互连系统的示例。
[0061] 图1示出了具有两个数据连接器的说明性的电互连系统100。在该示例中，电互连 系统100包括子卡连接