JP5970127B2 - 高密度コネクタ - Google Patents

Description

関連出願
本出願は、２０１３年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／６４２，００５号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、コネクタの分野に関し、より具体的には、コネクタが回路基板によって支持される用途に用いるのに好適なコネクタの分野に関する。

コネクタは、回路基板と別のコネクタ（プラグコネクタ等）との間にインターフェースを提供するために広く使用されている。計算能力の継続的改善およびエンドユーザ側での高帯域通信チャネルの需要の増加により、より高密度の伝送チャネルを処理し得るコネクタの需要が増加してきているが、同時に支持回路基板上により少ない空間を占めるコネクタを提供する要求が高まってきている。その結果として、コネクタ設計は、同時に密度を増大させながら、性能を向上させることを試み続けてきた。この努力による１つの主要な複雑化した問題は、より密接に配列された伝送チャネルが隣接するチャネル上のクロストークを生み出し、それ故に回路基板上に実際に取り付けられ得る密度の増加に備えながら、データ速度を改善することがより困難になることである。システムレベルの開発者の別の主要な懸念は、コネクタを取り付けるために必要とされる空間が回路基板上のコネクタをルーティングするために必要とされる空間を表さないことが多いことである。特に、接地ビア（接地端子に電気的に接続するために必要とされる）は、理想的な信号トレースルーティング構成に干渉する位置に位置決めされる傾向がある。したがって、ある特定の個人は、コネクタ設計のさらなる改善を理解するだろう。

高性能に備えながら最小数の層に非常に小型のルーティングを可能にするコネクタが開示される。一実施形態では、コネクタは、並んで位置決めされる対の信号ウエハを含み、各ウエハは、一対の第１の端子が差動対を形成することができるように、接点と、尾部と、この尾部と接点との間に延在する本体とを有する第１の端子を含む。差動対は、端子の本体内にブロードサイド結合構成を提供するように構成され得る。尾部は、直線に位置決めされるように構成され、この直線は、差動対の本体間に位置決めされ得る。この対のウエハを形成するウエハのうちの少なくとも１つは、第１の端子から電気的に絶縁される尾部スタブを含み、尾部を含む。接地ウエハは、この対のウエハのうちの１つに隣接して位置決めされ、本体が差動対を提供する端子の本体と揃えられるように配列される１つ以上の端子を含むことができる。接地端子は、尾部を省略し、その代わりに接地端子は、信号ウエハのうちの１つの中の尾部スタブに結合される。導電部材は、接地端子内の接合部を尾部スタブ内の接合部に接続することができる。

本発明は、例として示され、類似の参照番号が類似の要素を示す添付図面に限定されない。

コネクタの一実施形態の斜視図を示す。 図１に示されるコネクタの別の斜視図を示す。 図１に示されるコネクタの一部分解斜視図を示す。 図３に示される実施形態の別の斜視図を示す。 コネクタの一実施形態の一部分解斜視図を示す。 ウエハセットの一実施形態の一部分解斜視図を示す。 図６に示される実施形態の別の斜視図を示す。 接地ウエハの一実施形態の側立面図を示す。 図８Ａに示される接地ウエハの斜視図を示す。 信号ウエハの側立面図を示す。 図９Ａに示される信号ウエハの斜視図を示す。 フレームを取り除いたウエハトリプレットの底面図を示す。 図１０Ａに示される実施形態の側立面図を示す。 コネクタの一実施形態の簡略化された斜視図を示す。 図１１に示される実施形態の別の斜視図を示す。 コネクタの別の実施形態の斜視図を示す。 図１３における実施形態の簡略化された斜視図を示す。 図１３に示される実施形態の簡略化された斜視図を示す。 図解のためにフレームを省略した図１５に示される実施形態の斜視図を示す。 図１６に示される実施形態の別の斜視図を示す。 複数のウエハの底面の斜視図を示す。 信号ウエハをともに結合し得る特徴を示す、２つの隣接する信号ウエハの斜視図を示す。

後述する詳細な説明は、例示的な実施形態を説明し、明示的に開示される組み合わせ（複数可）に限定されることを意図されない。したがって、特に記載されない限り、本明細書に開示される特徴は、簡潔さのために特に示されなかった追加の組み合わせを形成することをともに組み合わせられてもよい。

図１〜１０Ｂは、第１の実施形態の特徴を示す。理解され得るように、コネクタシステム１０は、回路基板３０上に位置決めされる筐体２０によって支持された１組のウエハ５０を含む。部分的な筐体２０が開示されるが、筐体は、カードスロットを支持する前部に加えて側面、上部、および後部壁を含むことができる。したがって、任意の望ましい筐体が提供されてもよい。積層コネクタ（例えば、２つ以上の垂直に配列されたカードスロット）が第１のカードスロット２１および第２のカードスロット２２で示されるが、単一のカードスロットも提供され得ることがさらに理解されるべきである。カードスロット２１は、第１の側２１ａおよび第２の側２１ｂを有することができ、第２のカードスロットは、第１の側２２ａおよび第２の側２２ｂを有することができる。

図示される筐体およびウエハは、２つ以上の部品構築を示す線を有することに留意されるべきである。このような構築は、モデル化のために行われ、実際の部分では必要とされず、様々なフレームおよび筐体が従来のモデル化技術を用いて１つの部品で形成され得ることが予期される。したがって、図示される継ぎ目線は、限定的であることを意図されない。

図示されるように、この組のウエハ５０は、フレーム６１を有する接地ウエハ６０と、フレーム８１を有する第１の信号ウエハ８０と、フレーム１０１を有する第２の信号ウエハ１００とを含むウエハトリプレット５５を含む。接地ウエハ６０のフレーム６１は、第１の接地端子６２、第２の接地端子６３、第３の接地端子６４、および第４の接地端子６５を支持する。接地端子の各々は、接点６２ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａ、および本体６２ｂ〜６５ｂを含み、各接地端子は、端部６２ｃ等の端部を含む。図示されるように、接地端子は、尾部を有しないが、接合部６６を含む。

第１の信号ウエハ８０のフレーム８１は、信号端子８２〜８５を支持し、各端子は、接点と、本体と、尾部とを含む。例えば、端子８２は、接点８２ａと、本体８２ｂと、尾部８２ｃとを含む。同様に、第２の信号ウエハ１００のフレーム１０１は、端子１０２〜１０５を支持し、各端子は、接点と、本体と、尾部とを含む。例えば、端子１０２は、接点１０２ａと、本体１０２ｂと、尾部１０２ｃとを含む。端子６２、８２、１０２は、それらのそれぞれの接点６２ａ、８２ａ、１０２ａが第１のカードスロット２１の第１の側２１ａ上に並んで揃えられるが、端子６３、８３、１０３の接点６３ａ、８３ａ、１０３ａが第２の側２１ｂ上にあるように構成される。同じタイプの配列もまた、第２のカードスロット２２に提供される。したがって、図示される実施形態はまた、ウエハ８０、１００が１つのカードスロット２１、２２の反対側に各対がある、４つの信号対を提供するように、十分な信号端子を含む。したがって、示される実施形態は、２つの信号ウエハが４つの差動対を集合的に提供するように各信号ウエハ内の４つの端子を示す。

理解され得るように、差動対は、接点内でエッジ結合され、本体内で結合されたブロードサイド結合され、およびその上、尾部で再びエッジ結合される。図示される設計の１つの利点は、ウエハトリプレットのすべての尾部が単列５８ａ、５８ｂで配列され得ることである。これは、回路基板が対応する単列３４ａ、３４ｂで配列された、そのビアを有することを可能にする。加えて、ビアは、列がＧ₁ ビア、Ｓ＋、Ｓ−対、Ｇ₂ ビア、Ｓ＋、Ｓ−対、Ｇ₃ ビア、Ｇ₄ ビア、Ｓ＋、Ｓ−対、Ｇ₅ ビア、Ｓ＋、Ｓ−対、およびＧ₆ ビアを有するように構成される。列３４ａと列３４ｂとの間に、基板内の信号トレースが基板面積を最小化しながら４つの層内でルーティングされることを可能にするトレース経路３５がある。図示される実施形態では、例えば、第１のトレース対３３ａが第１の層上でルーティングされてもよく、第２のトレース対３３ｂが第２の層上でルーティングされてもよく、第３のトレース対３３ｃが第３の層上でルーティングされてもよく、かつ第４のトレース対３３ｄが第４の層上でルーティングされてもよく、これらのすべては、第１のビア列３４ａと第２のビア列３４ｂとの間にとどまりながら行われる。このような設計は、利用可能な層の数が複数のトレースの列を支持するのに十分であり、水平な基板面積が維持されるために必要であるときに特に有用である。さらに、このような設計は、コネクタが積層構成であっても回路基板上でコネクタをルーティングするために、ファンアウトする必要があるトレースについて心配する必要なく、互いのそばに配置され得るため、連動用途によく適している。したがって、図示されるコネクタは、単純なトレースのルーティングを可能にする。加えて、可能である単純なルーティング構成は、異なる接地ビアの周囲にルーティングする既存の設計と比較して回路基板内の損失が減少している（典型的に、回路基板内により一層のファンアウトルーティングを提供する）とき、回路基板上の性能を改善する傾向がある。

理解され得るように、接地端子は、尾部スタブ９５に電気的に接続されることを意図した接合部を含む。したがって、接地端子の端部は、尾部スタブ９５内の接合部６６および接地端子に接続する導電部材１４０を介して尾部スタブ９５に電気的に接続される。図示されるように、接地端子６２ａおよび６２ｂの端部の両側に１つずつ、３つの接合部６６があり、接地端子の端部は、３つの接合部６６を含むバー６８ａ、６８ｂとともに接続される。尾部スタブ９５は、接地Ｇ’₁ 、Ｇ’₂ 、Ｇ’₃ 、Ｇ’₄ 、Ｇ’₅ 、Ｇ’₆ を提供するために信号ウエハ８０、１００によって支持され、導電部材１４０は、接地端子が接地を有する接地ビア（接地ビアＧ₁ 、Ｇ₂ 、Ｇ₃ 、Ｇ₄ 、Ｇ₅ 、Ｇ₆ 等）に電気的に接続され得るように各接地端子の接地経路への帰還があることを確実にする。図示されるように、尾部スタブ９５の大部分は、同じ設計であるように構成されてもよく、これは、全体的なコストをより低く保つことに役立つことができ、より安定した性能を提供することもできる。

接地端子が信号端子と実質的に同じ寸法であるように示されるが、代替的な実施形態では、接地端子は、信号端子の少なくとも２倍広い遮蔽として提供されてもよく、ある特定の実施形態では、接地端子は、接地端子６２ａと接地端子６２ｂとの間に延在し、かつそれらを重ね合わせる遮蔽と置き換えられるべきであることに留意されるべきである。加えて、実質的に接地ウエハ全体にわたって延在する広い遮蔽も提供され得る。各実施形態では、接合部６６および導電部材１４０は、接地端子／接地遮蔽が接地に電気的に結合される尾部スタブに電気的に結合する（例えば、接地端子に運ばれるエネルギーの帰還路を提供する）ことを可能にする。

図示されるように、信号ウエハは、信号ウエハ８０が３つの接地スタブ７０を含み、信号ウエハ１００が３つの接地スタブ７０を含むように構成される。これは、列を見ると、繰り返される接地、信号、信号、接地、信号、信号、接地のパターンを可能にする。したがって、信号対５７は、接地ビア間に位置決めされ、２つの接地ビアは、第１および第２のカードスロット内の信号対間に位置決めされる。追加の接地ビアは、上部と下部のカードスロット間にさらなる電気的絶縁を提供することに役立ち、垂直なカードスロット間に限られた空間があるように密集して設計されるように構成されるコネクタ内のクロストークを減少させることに役立つことができる。

図１〜１０Ｂに示される設計に含まれ得る特徴を示す図１１および１２から理解され得るように、尾部は、圧入様式であるように構成され得る。あるいは、尾部は、単純な貫通孔様式または任意の他の所望の尾部構成であり得る。

図１３〜１９は、ストレートバックルーティングを提供するために使用され得るコネクタの別の実施形態を示す。ストレートバックルーティングの使用は必要とされないが、回路基板上での空間節約効果を提供することが予期されることに留意されるべきである。したがって、特に記載されない限り、回路基板上のルーティングの様式は、限定的であることを意図されない。

コネクタ２１０は、ウエハセット２５０を有する筐体２２０を含む。筐体は、２つのカードスロット２２１、２２２を含むことができ、各カードスロットは、第１の側２２１ａ、２２２ａ、および第２の側２２１ｂ、２２２ｂを含むことができる。理解され得るように、カードスロット２２１、２２２は、コネクタ２１０の嵌合面上にあり、尾部は、コネクタ２１０の取り付け面上にある。上記実施形態のように、トリプレット４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、それらのそれぞれのカードスロットの両側に位置決めされるが、すべてを列２５８ａ内の支持回路基板に接続されるように構成され、したがって、列２５８ａは、４つの端子対２５７を含み、各端子対２５７は、導電部材３４０によって接地端子に接続される少なくとも尾部によって列２５８ａ内の別の端子対から分離される。上記実施形態のように、接地尾部は、列２５８ａ内にもある尾部スタブによって形成され、尾部スタブは、信号端子から電気的に絶縁される。

上記実施形態と同様に、コネクタは、尾部の列２５８ａ、２５８ｂを含み、導電部材３４０は、接地端子のバー内の接合部２６６を尾部スタブ内の接合部２６６に接続するために使用される。尾部スタブは、接地Ｇ”₁ 、Ｇ”₂ 、Ｇ”₃ 、Ｇ”₄ 、Ｇ”₅ 、Ｇ”₆ を提供する。上記実施形態のように、信号対Ｓ＋、Ｓ−は、接地が信号対の両側にあるように位置決めされる。

導電部材３４０は、平板のように成形されてもよく、追加の表面積は、列内の信号対間に追加の遮蔽を提供することができる。導電部材３４０は、導電部材３４０がフレーム２６１、２８１、３０１によって支持された接合部２６６に係合し得るようにウエハの底面内のチャネル３６１に圧入され（例えば、取り付け側でのウエハに挿入され）得る。理解され得るように、導電部材は、チャネル３６０の場合にはフレーム２８１、３０１を超えて延在する。一実施形態では、各信号対は、両側に位置決めされた導電部材３４０を有する。

図１９から理解され得るように、信号ウエハ２８０、３００は、それらの様々な特徴が他のウエハ内の対応する特徴と織り合わせるように構成される。これは、信号端子の尾部が列の中心線に向かってオフセットされることを可能にする。加えて、他の特徴は、ウエハをともに保持することに役立つことができる。例えば、突起３０８は、切り欠き２８８に係合するように構成され得る。このような構築は必要とされないが、２つの信号ウエハ間のさらなる間隔制御を提供することに役立ち、より高いシグナル伝達周波数および関連したデータ速度で性能を向上させることに役立つことが予期される。

図２０は、列４５８ａ、４５８Ｂが直線であるというよりもそれらの中でわずかな蛇行を有する回路基板４３０の一実施形態を示す。理解され得るように、図示される実施形態では、各列の平均的中心４３９は、接地ビアＧおよび信号ビアＳ＋、Ｓ−の各々に交差する。図２０の平均的中心４３９は、各接地ビアＧの中心を通って延在するが、このような整列は、良好な電気性能を確実にするために有益であるが、必要とされないことに留意されるべきである。隣接する列における類似のビア間の間隔は、一定距離Ｄまたは少なくとも実質的に類似の距離に保たれ得ることを確実にすることが有用である。理解され得るように、列の蛇行は、トレース経路４３７を蛇行させる。トレース経路に沿って延在するトレースは、トレース経路４３５の蛇行（このような構成では、優れた電気性能を提供することが予期される）に適合するように蛇行することができるか、または直行するか、あるいは、どちらかの列（このような構成では、ルーティングすることがより単純であることを予期される）により近づくことができる。上記実施形態のように、２つの接地ビアＧは、上部ポートと下部ポートとの間に位置決めされる。さらなる電気的増強が所望される場合、コネクタ嵌合インターフェースは、２つの接地ビアが各差動対ＤＰ間に位置決めされるように長くされ得る。したがって、図示されるコネクタは、さらなる性能増強を提供するように容易に修正され得る。当然ながら、図２０に示されるような回路基板を有する一実施形態は、信号端子の尾部がウエハの厚さの半分とは異なる量（典型的にウエハの厚さの半分未満）オフセットされるコネクタを有し、したがって、コネクタは、ウエハの厚さの半分オフセットされる端子を示す図示される実施形態に限定されない。

本明細書に提供される開示は、この好ましくかつ例示的な実施形態に関する特徴を説明している。本開示を検討することにより、当業者に添付の特許請求の範囲および趣旨内で多くの他の実施形態の修正および変形が想起されるであろう。

Claims (12)

1. カードスロットを有する筐体と、
   前記カードスロットの両側に位置決めされた第１および第２の接点をそれぞれ有する第１および第２の接地端子を有し、複数の第１の接合部を含む、前記第１および第２の接地端子を電気的に接続するバーを有する、第１のウエハと、
   第１の信号端子および第２の信号端子を有し、複数の尾部スタブを支持する、第２のウエハであって、前記信号端子が各々、接点と、信号尾部と、それらの間に延在する本体とを有し、前記第１および第２の信号端子の前記接点が、前記カードスロットの両側に位置決めされ、前記複数の尾部スタブが各々、第２の接合部および接地尾部を有する、第２のウエハと、
   第３の信号端子および第４の信号端子を有する第３のウエハであって、前記第３および第４の信号端子が各々、接点と、信号尾部と、それらの間に延在する本体とを有し、前記第３および第４の信号端子の前記接点が、前記カードスロットの両側に位置決めされ、前記第２のウエハの前記第１の端子および前記第３のウエハの前記第３の端子が、第１のブロードサイド結合差動対を形成し、前記第２のウエハの前記第２の端子および前記第３のウエハの前記第４の端子が第２のブロードサイド結合差動対を形成する、第３のウエハと、
   前記第１の接合部を前記第２の接合部と電気的に接続する複数の導電部材と、を備える、コネクタ。
2. 前記第２および第３のウエハ内の前記尾部は、単列である、請求項１に記載のコネクタ。
3. 前記接点は、水平配向であり、前記尾部の列は水平配向を横断する方向に延在し、前記列は、接地尾部を含む、請求項２に記載のコネクタ。
4. 前記列は、直線である、請求項３に記載のコネクタ。
5. 第１の側および取り付け側を有する筐体であって、前記第１の側が、カードスロットを含み、前記取り付け側が、回路基板上に取り付けられるように構成される、筐体と、
   複数の第１の信号端子を支持する第１のウエハであって、各第１の信号端子が、接点と、尾部と、それらの間に延在する本体とを含む、第１のウエハと、
   複数の第２の信号端子を支持する第２のウエハであって、各第２の信号端子が、接点と、尾部と、それらの間に延在する本体とを含み、前記第１および第２の信号端子の前記本体が、ブロードサイド結合関係にあり、前記第１および第２のウエハのうちの少なくとも１つが、複数の尾部スタブを支持する、第２のウエハと、
   複数の接地端子を支持する第３のウエハであって、各接地端子が、接点と、本体と、端部とを含み、前記接地端子が、尾部を含まない、第３のウエハと、
   前記端部を前記尾部スタブに電気的に接続する少なくとも１つの導電部材と、を備える、コネクタ。
6. 前記信号端子の前記尾部および前記尾部スタブは、単列である、請求項５に記載のコネクタ。
7. 前記列は、直線である、請求項６に記載のコネクタ。
8. 前記接地端子の端部は、前記尾部スタブと電気的に接続されている、請求項５に記載のコネクタ。
9. 前記ウエハは、取り付け面を有し、前記導電部材は、前記取り付け面からの前記ウエハに挿入される、請求項５に記載のコネクタ。
10. 第１の面上にカードスロットを有する筐体であって、前記カードスロットが、第１の側および第２の側を有する、筐体と、
    接地ウエハ、信号ウエハ、および信号ウエハを含むパターンに配列された複数のウエハであって、該複数のウエハの各々が、第１の端子および第２の端子を支持し、前記第１の端子が、前記第１の側に接点を有し、前記第２の端子が、前記第２の側に接点を有し、前記接地ウエハの端子は端部を有しているが尾部を含まず、前記端部が、前記信号ウエハによって支持された尾部スタブに電気的に接続される、複数のウエハと、を備える、コネクタ。
11. 前記尾部スタブおよび前記信号ウエハの端子の尾部は、単列である、請求項１０に記載のコネクタ。
12. 前記列は、直線である、請求項１１に記載のコネクタ。

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