DE60002261T2

DE60002261T2 - Rf stift als steuerimpedanz zur verlängerung des kontaktabstands in einem zusammendrückbaren knopfverbinder

Info

Publication number: DE60002261T2
Application number: DE60002261T
Authority: DE
Inventors: T. Dung NGUYEN; S. Claudio HOWARD; Clifton Quan
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: US6094115A; EP1072061B1; JP3361090B2; JP2002536937A; WO2000048263A1; EP1072061A1; DE60002261D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur, die eine Verbindungs-Übertragungsleitung mit einer Verbindungslänge zur RF-Signalverbindung zwischen zwei voneinander getrennten Substraten bereitstellt, wobei die Verbindungsstruktur aufweist: einen massiven Leiterstift, der von der Größe her so bemessen ist, dass er einen inneren Leiter für die Verbindungs-Übertragungsleitung bildet, wobei der Stift eine kleinere Länge besitzt als die Verbindungslänge; ein erstes Drahtbündel, das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem ersten Stiftende des massiven Leiterstiftes und einem zweiten Ende zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberfläche eines dazu passenden ersten Substrates; ein zweites Drahtbündel, das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem zweiten Stiftende des massiven Leiterstiftes und einem zweiten Ende zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberfläche eines dazu passenden zweiten Substrates.
Die vorliegende Erfindung offenbart ferner ein Verfahren zum Bereitstellen einer RF-Verbindung unter Verwendung dieser Struktur.
Eine solche Verbindungsstruktur und ein derartiges Verfahren sind bekannt aus der US 5,675,302 .
Die vorliegende Erfindung betrifft generell RF-Verbindungsvorrichtungen und betrifft insbesondere eine kompressible Tast-Verbindungsstruktur („button interconnect structure") zur vertikalen Verbindung zwischen zwei Substraten, und zwar unabhängig von der Trennungsdistanz bzw. Entfernung.
Bei vielen Mikrowellenanwendungen besteht eine Notwendigkeit, RF-Verbindungen zwischen benachbarten Substraten oder Leiterplatten bereitzustellen. Herkömmliche Techniken zum Verbinden von Schaltungsplatten untereinander beinhalten die Verwendung von Kabeln. Die Größe, das Gewicht und die Kosten sind Nachteile dieser Verfahren.
RF-Verbindungen, die komprimierte Drahtbündel verwenden, sind in der Vergangenheit typischerweise mit wenigstens 20% Kompression verwendet worden, um einen geeigneten Betrieb bereitzustellen, und erstreckten sich in der Länge von Ihrem Halter um nicht mehr als einen Bündeldurchmesser, um ein Knicken bzw. Ausbeulen zu verhindern. Bspw. bei einem Verbinder unter Verwendung eines Drahtbündels mit einem Durchmesser von 0,02 Zoll begrenzt dies das Bündel auf eine Länge von 0,080 Zoll. Ein weiteres Problem besteht darin, dass dann, wenn das Drahtbündel in einem Durchgangsloch positioniert ist, die Kompressionkräfte an den beiden Enden des Drahtbündels nicht gleich groß sind, und zwar auf Grund der Reihenfolge der Installation. Bspw. wird das Bündelende, das zuerst komprimiert wird, das Bündel weiter in das Loch hineindrücken, und das andere Ende wird mehr von dem gegenüberliegenden Ende des Durchgangsloches vorstehen, und dieses Ende des Bündels hat ein höheres Risiko, beim Komprimieren zu knicken bzw. auszubeulen.
Kommerziell verfügbare Verbindungsstrukturen mit komprimiertem Drahtbündel sind verfügbar mit inneren Stiften für Gleichstrom- und Niederfrequenzsignale. Herkömmliche Techniken des Einfangens („capturing") des Stiftes erfordern jedoch typischerweise, dass der Stift selbst einen größeren Durchmesser hat als jener des Drahtbündelkontaktes. Ferner sind Epoxidmateralien erforderlich, um den Stift und die elektrische Elemente der Verbindungsstruktur zusammenzuhalten. Die Kombination all dieser Prozessschritte führte dazu, dass die Ziele des Aufrechterhaltens der Steuerung und einer gleichförmigen Impedanz bei Mikrowellenfrequenzen schwierig, wenn nicht unmöglich sind.
Herkömmliche Koaxialverbinder verwenden typischerweise einen Haken bzw. Widerhaken, der an dem Stift durch Bearbeiten hergestellt ist, um diesen innerhalb des Dielektrikums an Ort und Stelle zu halten. Der äußere Leiter muss jedoch unter Verwendung komplexer maschineller Bearbeitung modifiziert werden, um eine gute Impedanzsteuerung aufrecht zu erhalten.
Die o.g. US 5,675,302 offenbart eine Verbindungsstruktur, die eine vertikale Verbindungs-Übertragungsleitung mit einer Verbindungslänge zur RF-Signalverbindung zwischen zwei voneinander getrennten Substraten bereitstellt, und zwar unter Verwendung eines massiven bzw. festen Leiterstiftes und eines ersten und zweiten Drahtbündels als kompressible Leiter, um die zwei Substrate zu verbinden. Während die in diesem Dokument beschriebenen Verbindungen eine konstante Impedanz aufrechterhalten, so wenden sich diese Verbindungen jedoch nicht der Frage zu, wie man das Dielektrikum und den Stift unter Einfluss von Vibration an Ort und Stelle halten kann.
Ein weiterer Stand der Technik ist bekannt aus der US 5,618,205 , die eine lötfreie rechtwinklige Verbindung zum Erzielen von Hochfrequenzsignal-Verbindungen offenbart. Ein Ende eines inneren Leiterstiftes mit einer kompressiblen leitenden Taste („button") wird gegen eine Schaltungsbahn gedrückt, um den elektrischen Kontakt herzustellen. Das zweite Ende des Stiftes ist mit einem Kabel gekoppelt. Der Stift ist in der Struktur durch einen mit einem Gewinde versehenen Verbinder verriegelt. Ein isolierendes Rohr isoliert den Leiter gegen das Gehäuse. Das Rohr hat offensichtlich in bezug darauf, die Struktur zusammenzuhalten, keine Funktion.
Die US 4,992,053 offenbart einen elektrischen Verbinder, der zwei komplementäre isolierende Elemente aufweist, die einen Block beträchtlicher Dicke bilden, mit hier hindurch ausgebildeten Öffnungen. Ein länglicher Leiterstift ist in einer Öffnung angeordnet und elastische Leitertasten kontaktieren jeweilige Enden des Stiftes. Der Stift weist Kragenabschnitte mit Übergröße auf, wodurch er innerhalb der Öffnung festgeklemmt ist.
Im Hinblick auf das oben gesagte ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte RF-Verbindungsstruktur und ein Verfahren zum Bereitstellen einer RF-Verbindung unter Verwendung dieser Struktur anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die eingangs genannte Verbindungsstruktur mit den folgenden weiteren Merkmalen gelöst:
der massive Leiterstift weist einen ersten Stiftdurchmesser und einen Kopfbereich mit einem zweiten Stiftdurchmesser auf, der größer ist als der erste Stiftdurchmesser, wobei der Kopfbereich zwischen dem ersten Stiftende und dem zweiten Stiftende gebildet ist;
eine dielektrische Rohrstruktur, die einen äußeren Durchmesser und einen inneren Öffnungsdurchmesser aufweist, der von der Größe her bemessen ist, um darin Bereiche des Stiftes mit dem ersten Stiftdurchmesser eng anliegend aufzunehmen, wobei die Rohrstruktur ein erstes Ende und zweites Ende aufweist;
einen Luftspalt, der in einem umfänglichen Bereich um den Stiftkopf herum definiert ist;
wobei das erste Drahtbündel in das erste Ende der Rohröffnung gepackt ist, wobei das erste Ende gegen das erste Stiftende des massiven Leitstiftes komprimiert ist, wobei das zweite Ende des ersten Drahtbündels gegenüber dem ersten Ende der dielektrischen Rohrstruktur vorsteht,
wobei das zweite Drahtbündel in das zweite Ende der Rohröffnung gepackt ist, wobei das erste Ende gegen das zweite Stiftende des massiven Leiterstiftes komprimiert ist, wobei das zweite Ende des zweiten Drahtbündels gegenüber dem zweiten Ende der dielektrischen Rohrstruktur vorsteht.
Die Aufgabe wird ferner durch die in Anspruch 3 angegebene Verbindungsstruktur gelöst.
Ferner wird die Aufgabe durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, mit den weiteren Schritten:
Bereitstellen eines äußeren Abschirmelementes mit einem darin ausgebildeten Durchgangsloch, wobei eine Wand des Durchgangsloches eine elektrisch leitende äußere Abschirmstruktur bildet, wobei das Durchgangsloch eine Verbindungslänge besitzt, die entlang seiner Achse definiert und gleich der Trenndistanz bzw. des Abstandes der zwei Substrate ist;
wobei der Stift einen ersten Stiftdurchmesser und einen Kopfbereich mit einem zweiten Stiftdurchmesser aufweist, der größer ist als der erste Stiftdurchmesser, wobei der Kopfbereich zwischen dem ersten Stiftende und dem zweiten Stiftende ausgebildet ist, wobei der Kopfbereich eine Kopflänge aufweist und eine erste und eine zweite Stiftschulterfläche an einem Übergang zwischen dem ersten Stiftdurchmesser und dem zweiten Stiftdurchmesser definiert;
Einführen eines Endes des Stiftes in ein erstes dielektrisches Rohrelement, das einen Außendurchmesser aufweist, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches dazu bemessen ist, um eng anliegend in das Durchgangsloch eingepasst zu werden, wobei der innere Rohrdurchmesser von der Größe her dazu bemessen ist, darin einen ersten Bereich des Stiftes mit dem ersten Stiftdurchmesser eng anliegend aufzunehmen, wobei das erste Rohrelement ein erstes Ende des ersten Rohrs und zweites Ende des ersten Rohrs aufweist;
Einführen eines zweiten Endes des Stiftes in ein zweites dielektrisches Rohrelement, das einen Außendurchmesser auf weist, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches bemessen ist, um in das Durchgangsloch eng anliegend eingepasst zu werden, wobei der innere Rohrdurchmesser dazu bemessen ist, darin eng anliegend einen zweiten Bereich des Stiftes mit dem ersten Stiftdurchmesser aufzunehmen, wobei das zweite Rohrelement ein erstes Ende des zweiten Rohrs und ein zweites Ende des zweiten Rohrs aufweist, um den Kopfbereich des Stiftes zwischen dem ersten Ende des ersten Rohrs und dem ersten Ende des zweiten Rohrs zu fangen bzw. aufzunehmen;
Einführen des ersten Drahtbündels, das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, in gepacktem Zustand in das erste Rohr und aufweisend das erste Ende und das zweite Ende, wobei das erste Ende gegen das erste Stiftende des massiven Leiterstiftes komprimiert wird, wobei das zweite Ende des ersten Drahtbündels gegenüber dem zweiten Ende des ersten Rohrs vorsteht;
Einführen des zweiten Drahtbündels, das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, und zwar in gepacktem Zustand in das zweite Rohr und aufweisend das erste Ende und das zweite Ende, wobei das erste Ende gegen das zweite Stiftende des massiven Leiterstiftes komprimiert wird, wobei das zweite Ende des zweiten Drahtbündels gegenüber dem zweiten Ende des zweiten Rohrs vorsteht;
Einpassen der zusammengebauten Verbindungsstruktur einschließlich des massiven Stiftes, des ersten Rohres und des zweiten Rohres und des ersten und des zweiten Drahtbündels in das Durchgangsloch, wobei das erste Rohr sich hin zu einem ersten Durchgangslochende erstreckt und wobei das zweite Rohr sich hin zu einem zweiten Durchgangslochende erstreckt;
Montieren des ersten Substrates gegen eine erste Oberfläche des äußeren Abschirmelementes und in Kompressionskontakt zu dem ersten Drahtbündel;
Montieren des zweiten Substrates gegen eine zweite Oberfläche des äußeren Abschirmelementes und in Kompressionskontakt zu dem zweiten Drahtbündel, wobei eine RF-Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eingerichtet wird.
Generell wird eine neue Verbindungstechnik beschrieben, die die Anwendung von komprimierten Drahtbündel-Leiterstrukturen zur vertikalen Verbindung und RF-Signalübertragung zwischen zwei Substraten ohne Berücksichtigung der Trenndistanz bzw. des Abstandes des Substrates ermöglicht. Die Erfindung stellt ferner eine Technik bereit, um eine konstante Impedanz der Verbindungsstruktur aufrecht zu erhalten, ohne bei Vibrationen Signalrauschen zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform lässt sich eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm leicht in einem einfachen gemischten dielektrischem Medium aufrechterhalten, ohne die äußere Leiterabschirmung der koaxialen Verbindungsstruktur komplizierter zu machen. Die Struktur verwendet eine Stiftstruktur, deren Position innerhalb des dielektrischen Materials verriegelt bzw. gesperrt ist und sich bei Vibrationen nicht bewegt und somit kein Signalrauschen erzeugen wird. Das Verriegeln des Dielektrikums und der Stiftstruktur erfordert bei einer beispielhaften Ausführungsform keine Epoxid-Bindungen.
Eine beispielhafte Verbindungsstruktur gemäß der Erfindung verwendet ein äußeres Abschirmelement, mit einem darin ausgebildeten Durchgangsloch, wobei eine Wand des Loches eine elektrisch leitende äußere Abschirmstruktur bildet, wobei das Durchgangsloch eine Verbindungslänge besitzt, die entlang seiner Achse definiert ist. Ein massiver Leiterstift ist von der Größe her dazu bemessen, einen inneren Leiter für die Verbindungs-Übertragungsleitung zu bilden, wobei der Stift einen ersten Stiftdurchmesser und einen Kopfbereich mit einem zweiten Stiftdurchmesser aufweist, der größer ist als der erste Stiftdurchmesser. Der Kopfbereich ist zwischen einem ersten Stiftende und einem zweiten Stiftende ausgebildet, wobei der Stift eine Länge besitzt, die kleiner ist als die Verbindungslänge. Eine dielektrische Rohrstruktur weist einen äußeren Durchmesser auf, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches so bemessen ist, um eng anliegend in das Durchgangsloch zu passen, und einen inneren Rohröffnungsdurchmesser aufweist, der von der Größe her dazu bemessen ist, darin eng anliegend Bereiche des Stiftes mit dem ersten Stiftdurchmesser aufzunehmen, wobei die Rohrstruktur ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist. Ein Luftspalt ist in einem umfänglichen Bereich zwischen dem Stiftkopf und der äußeren Abschirmstruktur definiert. Ein erstes Drahtbündel ist aus dicht gepacktem Draht hergestellt und in das erste Ende der Rohröffnung gepackt, aufweisend ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei das erste Ende gegen das erste Ende des massiven Leiterstiftes komprimiert ist, wobei das zweite Ende des ersten Drahtbündels gegenüber dem ersten Endes des Durchgangsloches vorsteht, um einen elektrischen Kontakt zu einer Oberfläche eines dazu passenden ersten Substrates herzustellen. Ein zweites Drahtbündel ist aus dicht gepacktem Draht hergestellt und in das zweite Ende der Rohröffnung gepackt, aufweisend ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei das erste Ende gegen das zweite Ende des massiven Leiterstiftes komprimiert ist, wobei das zweite Ende des zweiten Drahtbündels gegenüber dem zweiten Ende des Durchgangsloches vorsteht, um einen elektrischen Kontakt zu einer Oberfläche eines dazu passenden zweiten Substrates herzustellen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
1 eine Querschnittsansicht entlang einer Achse einer Verbindungsstruktur gemäß der Erfindung ist;
2 eine der 1 ähnliche Ansicht ist, wobei jedoch Substrate zusammen mit dem Verbinder angeordnet sind.
Eine beispielhafte Verbindungsstruktur gemäß der Erfindung ist in 1 dargestellt und weist einen massiven Leiterstift 60 auf, der in einem Durchgangsloch 52 positioniert ist, das in einem Gehäuse 54 ausgebildet ist, wobei der massive Leiterstift 60 zwischen zwei Bündeln 70, 72 aus dicht gepacktem dünnen Draht angeordnet ist, um eine kompressible und kontinuierliche elektrisch leitende Kontaktstruktur zu bilden. Das Gehäuse 54 ist aus einem elektrisch leitenden Material, wie Aluminium hergestellt. Die Drahtbündel und der Stift werden durch zwei dielektrische Hülsen oder Rohre 80, 82 zusammengehalten, die in einer beispielhaften Ausführungsform aus Teflon (TM) herge stellt sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform haben die Bündel 70, 72 einen Durchmesser von 0,020 Zoll; die Rohre 80, 82 haben einen Innendurchmesser gleich dem Durchmesser der Bündel. Der Stift 60 weist einen Durchmesser von 0,020 Zoll auf, d. h. gleich dem Durchmesser der Drahtbündel 70, 72, und weist einen Kopf 62 auf, der zwischen seinen Enden 64A, 64B ausgebildet ist. Der Kopf 62 ist durch eine stufenartige Zunahme des Stiftdurchmessers definiert, und zwar auf einen Durchmesser von 0,029 Zoll bei dieser Ausführungsform, wodurch Schulterflächen 62A, 62B gebildet werden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Bündel aus zylindrischem Draht mit einer Dicke im Bereich von 1 mil bis 2 mil hergestellt.
Zwischen den benachbarten Enden 80A, 82A der dielektrischen Rohre ist ein Luftspalt 84 vorhanden, dessen Länge durch die Schulterflächen 62A, 62B gesteuert bzw. eingestellt ist, die an dem Stift definiert sind. Der Zweck des Luftspaltes besteht darin, die gleiche charakteristische Impedanz der Verbindungsstruktur in dem Luftspaltbereich wie in den Bereichen der dielektrischen Rohre 80, 82 aufrecht zu erhalten. Somit nimmt der Durchmesser des Leiterstiftes 60 über den Abstand bzw. die Distanz des Luftspaltes zu, um eine konstante Impedanz aufrecht zu erhalten. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform hat die äußere Leiterabschirmung, die durch die leitende Wand gebildet ist, die das Durchgangsloch 52 definiert, über die gesamte Verbindungslänge einen konstanten Durchmesser.
In einem zusammengebauten bzw. montiertem Zustand ist ein Ende 70A des Drahtbündels 70 gegen das Ende 64A des massiven Stiftes 60 komprimiert und sein gegenüberliegendes Ende 70B steht gegenüber einem Ende des Durchgangsloches zu 52 vor, d. h. über die Oberfläche 54A des Gehäuses 54 hinaus. In ähnlicher Weise ist ein Ende 72A des Drahtbündels 72 gegen das Ende 64B des massiven Stiftes 60 komprimiert und sein gegenüberliegendes Ende 72B steht gegenüber dem gegenüberliegenden Ende des Durchgangsloches 52 vor, d. h. aus der Oberfläche 54B des Gehäuses heraus. Bei einer beispielhaften Ausführungsform steht das Ende des Drahtbündels gegenüber der Oberfläche 54B um eine Entfernung von 0,004 Zoll bis 0,015 Zoll vor.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm weist die äußere Leiterabschirmung einen Durchmesser von 0,066 Zoll auf, das Durchgangsloch weist eine Länge von 0,225 Zoll auf, der massive Stift weist eine Länge von 0,128 Zoll auf und der Stiftkopf hat eine Länge von 0,008 Zoll.
Die Verbindungsstruktur 50 lässt sich auf die folgende beispielhafte Art und Weise zusammenbauen. Der massive Stift 60 wird zuerst an die zwei Rohre 80, 82 montiert, und zwar durch Einführen in die Rohröffnungen. Der Stift ist so bemessen, dass er enganliegend in die Rohröffnungen passt, und wird an Ort und Stelle gehalten durch die eingerichtete Presspassung („interference fit"). Die zwei Drahtbündel 70, 72 können dann in die jeweiligen Rohröffnungen eingeführt werden und werden durch die enge Presspassung an Ort und Stelle gehalten. Diese Anordnung aus Leiter/dielektrischem Rohr lässt sich dann in die Gehäuseöffnung 52 drücken. Hierbei ist wiederum der äußere Durchmesser des Rohrs relativ zu dem Durchmesser der Öffnung 52 so bemessen, dass eine enge Presspassung der Rohre in der Öffnung bereitgestellt wird. Die Länge der Rohre und des Stiftkopfes sind so ausgewählt, dass die freiliegenden Enden der Rohre bündig mit den Oberflächen 54A und 54B des Gehäuses abschließen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verbindungsstruktur 50 ohne die Verwendung von Klebstoffen wie Epoxid zusammengebaut, wobei die verschiedenen Teile durch die Enge der Presspassungen an Ort und Stelle gehalten werden, wie oben beschrieben.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Verbindungsanordnung 50 dazu vorgesehen, eine RF-Verbindung zwischen flachen leitenden Bereichen an zwei getrennten Substraten vorzunehmen, und ist in 1 mit Substraten 20, 30 dargestellt, die von dem Verbinder 50 getrennt bzw. beabstandet sind. Jedes Substrat weist einen leitenden Bereich 22, 32 auf, der eine Schaltungsbahn oder ein Leiter-Pad definieren kann. 2 zeigt die Verbindungsanordnung in zusammengebauter Form zwischen den zwei Substraten, wodurch eine RF-Verbindung zwischen den Bereichen 22, 32 hergestellt wird. Die Substrate und der Verbinder können in dem zusammengebauten Zustand gehalten werden, indem der Verbinder zwischen die Substrate geklemmt wird, oder wobei die Substrate auf andere Art und Weise in der Position in einer Anordnung festgelegt werden.
Eine konstante Impedanz entlang der Verbindungsstruktur wird bereitgestellt, indem in der Mitte der Verbindungsstruktur ein äquivalentes Luftdielektrikum-Übertragungsleitungssegment eingefügt wird. Obgleich diese Techniken in einer beispielhaften Ausführungsform in dem Zusammenhang mit koaxialen Übertragungsleitungen beschrieben sind, sind diese Techniken auch für andere Arten von RF-Übertragungsleitungen anwendbar, wie slabline, square-ax (quadratische koaxiale Übertragungsleitung) und Drei-Draht-Übertragungsleitungen. Diese Arten von Übertragungsleitungen verwenden sämtlich einen Leiter, der innerhalb einer dielektrischen Struktur angeordnet ist, und äußere leitende Abschirmstrukturen. Dies wird erzielt, während konstante äußere Leiterabmessungen aufrechterhalten werden.
Sobald die Verbindungsanordnung zwischen den Substraten anliegt, werden sämtliche Komponenten fest an Ort und Stelle gehalten, ohne die Notwendigkeit einer Epoxidfestlegung („epoxy capture"). Dies liegt daran, dass der massive Stift zwischen den zwei Rohrstrukturen an Ort und Stelle gefangen ist, an der engen Presspassung der Rohrstrukturen in der Öffnung des äußeren Gehäuses und der engen Presspassung der Drahtbündel innerhalb der Rohrstrukturen. Analysen sagen eine modusfreie Performance bis hoch zu 18 GHz voraus, d. h. es wird lediglich der fundamentale koaxiale Modus ohne Hohlleitermodi höherer Ordnung erzeugt, und zwar aus dem verbesserten komprimierten Drahtbündelverbinder mit 20 mil Durchmesser.
Die Erfindung löst die Probleme, die mit der Verwendung von komprimierten Drahtbündeln einhergehen, um eine vertikale Verbindung über eine lange Entfernung herzustellen. Idealerweise sind die Drahtbündel verlässlich, wenn ihre Längen auf 0,08 Zoll (für ein Bündel mit einem Durchmesser von 0,020 Zoll) begrenzt werden, so dass der vorstehende Abschnitt, der bei der Installation komprimiert wird, kleiner ist als der Durchmesser der Taste („button"), so dass der nicht knickt oder ausbeult. Der massive Stift kann in der Länge nach Notwendigkeit verlängert werden, um die Anforderung einer bestimmten Verbindungsentfernung zu erfüllen, während Drahtbündel der gleichen Länge verwendet werden, begrenzt auf 0,080 Zoll, und hierdurch sind unbegrenzte Entfernungen zwischen zu verbindenden Gegenständen möglich, wobei Drahtbündel an beiden Schnittstellen installiert sind. Dies führt zu vielen potentiellen Verwendungen, wo vertikale Verbindungsanordnungen benötigt werden.
Eine beispielhafte Anwendung für die Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine RF-Verbindung zwischen übereinandergestapelten Substraten innerhalb von Sende/Empfangs-Radarmodulen bereitzustellen.
Die Erfindung führt eine neue Technik ein, die die Probleme löst, die mit der Verwendung von komprimierten Drahtbündeln einhergehen, um eine vertikale Verbindung über eine große Distanz herzustellen, während eine konstante Impedanz bei Mikrowellenfrequenzen aufrechterhalten wird und während sichergestellt wird, dass sich die Verbindungskomponenten bei Vibrationen nicht bewegen. Diese neue Technik ist sehr viel einfacher in der Herstellung und der Montage als das, was sich unter Verwendung von bekannten Techniken erzielen lässt.

Claims

Verbindungsstruktur (50), die eine Verbindungs-Übertragungsleitung mit einer Verbindungslänge zur RF-Signalverbindung zwischen zwei voneinander getrennten Substraten (20, 30) bereitstellt, wobei die Verbindungsstruktur aufweist: einen massiven Leiterstift (60 ) , der von der Größe her so bemessen ist, dass er einen inneren Leiter (60) für die Verbindungs-Übertragungsleitung bildet, wobei der Stift (60) eine kleinere Länge besitzt als die Verbindungslänge; ein erstes Drahtbündel (70), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende (70A) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem ersten Stiftende (64A) des massiven Leiterstiftes (60) und einem zweiten Ende (70B) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberfläche (22) eines dazu passenden ersten Substrates (20); ein zweites Drahtbündel (72), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende (72A) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem zweiten Stiftende (64B) des massiven Leiterstiftes (60) und einem zweiten Ende (72B) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberfläche (32) eines dazu passenden zweiten Substrates (30); gekennzeichnet durch die Tatsache, dass der massive Leiterstift (60) einen ersten Stiftdurchmesser und einen Kopfbereich (62) mit einem zweiten Stiftdurchmesser aufweist, der größer ist als der erste Stiftdurchmesser, wobei der Kopfbereich (62) zwischen dem ersten Stiftende (64A) und dem zweiten Stiftende (64B) gebildet ist; eine dielektrische Rohrstruktur (80, 82), die einen äußeren Durchmesser und einen inneren Rohröffnungsdurchmesser aufweist, der von der Größe her bemessen ist, um darin Bereiche des Stiftes (60) mit dem ersten Stiftdurchmesser eng anliegend aufzunehmen, wobei die Rohrstruktur ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; einen Luftspalt (84), der in einem umfänglichen Bereich um den Stiftkopf (62) herum definiert ist; die Tatsache, dass das erste Drahtbündel (70) in das erste Ende der Rohröffnung gepackt ist, wobei das erste Ende (70A) gegen das erste Stiftende (64A) des massiven Leiterstiftes (60) komprimiert ist, wobei das zweite Ende (70B) des ersten Drahtbündels (70) gegenüber dem ersten Ende der dielektrischen Rohrstruktur (80, 82) vorsteht, die Tatsache, dass das zweite Drahtbündel (72) in das zweite Ende der Rohröffnung gepackt ist, wobei das erste Ende (72A) gegen das zweite Stiftende (64B) des massiven Leiterstiftes (60) komprimiert ist, wobei das zweite Ende (72B) des zweiten Drahtbündels (72) gegenüber dem zweiten Ende der dielektrischen Rohrstruktur (80, 82) vorsteht.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein äußeres Abschirmelement (54) mit einem darin ausgebildeten Durchgangsloch (52), wobei eine Wand des Durchgangsloches (52) eine elektrisch leitende äußere Abschirmstruktur bildet, wobei das Durchgangsloch (52) eine Verbindungslänge besitzt, die entlang seiner Achse definiert ist, wobei die dielektrische Rohrstruktur (80, 82) eng anliegend in das Durchgangsloch eingepasst ist.
Verbindungsstruktur (50), die eine Verbindungs-Übertragungsleitung zur RF-Signalverbindung zwischen zwei voneinander getrennten parallelen Substraten (20, 30) bereitstellt, wobei die Verbindungsstruktur (50) aufweist: einen massiven Leiterstift (60), der von der Größe her so bemessen ist, dass er einen inneren Leiter für die Verbindungs-Übertragungsleitung bildet, wobei der Stift ein erstes Stiftende (64A), ein zweites Stiftende (64B) und eine Länge aufweist, die kleiner ist als die Verbindungslänge, ein erstes Drahtbündel (70), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende (70A) und einem zweiten Ende (70B), wobei das erste Ende (70A) gegen das erste Stiftende (64A) des massiven Leiterstiftes (60) komprimiert ist, ein zweites Drahtbündel (72), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende (72A) und einem zweiten Ende (72B), wobei das erste Ende (72A) gegen das zweite Stiftende (64B) des massiven Leiterstiftes (60) komprimiert ist, wobei die Verbindungsstruktur gekennzeichnet ist durch: ein äußeres Abschirmelement (54) mit einem darin ausgebildeten Durchgangsloch, wobei eine Wand des Durchgangsloches (52) eine elektrisch leitende äußere Abschirmstruktur bildet, wobei das Durchgangsloch (52) eine Verbindungslänge aufweist, die entlang seiner Achse definiert ist; die Tatsache, dass der Stift (60) einen ersten Stiftdurchmesser und einen Kopfbereich (62) mit einem zweiten Stiftdurchmesser aufweist, der größer ist als der erste Stiftdurchmesser, wobei der Kopfbereich (62) zwischen dem ersten Stiftende (64A) und dem zweiten Stiftende (64B) ausgebildet ist, wobei der Kopfbereich (62) eine Kopflänge aufweist und an einem Übergang zwischen dem ersten Stiftdurchmesser und dem zweiten Stiftdurchmesser eine erste und eine zweite Stiftschulterfläche (62A, 62B) definiert; ein erstes dielektrisches Rohrelement (80) mit einem Außendurchmesser, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches (52) bemessen ist, um eng anliegend in das Durchgangsloch (52) eingepasst zu werden, und mit einem inneren Rohrdurchmesser, der von der Größe her bemessen ist, um darin einen ersten Bereich des Stiftes (60) mit dem ersten Stiftdurchmesser eng anliegend aufzunehmen, wobei das erste Rohrelement (80) ein erstes Ende (80A) des erstes Rohrs und ein zweites Ende des ersten Rohrs aufweist; ein zweites dielektrisches Rohrelement (82) mit einem Außendurchmesser, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches (52) bemessen ist, um eng anliegend in das Durchgangsloch (52) eingepasst zu werden, und mit einem inneren Rohrdurchmesser, der von der Größe her bemessen ist, um darin einen zweiten Bereich des Stiftes (60) mit dem ersten Stiftdurchmesser eng anliegend aufzunehmen, wobei das zweite Rohrelement (82) ein erstes Ende (82A) des zweiten Rohrs und ein zweites Ende des zweiten Rohrs aufweist; wobei das erste Rohr (80) und das zweite Rohr (82) in das Durchgangsloch (52) eingepasst sind, um den Kopfbereich (62) des Stiftes zwischen dem ersten Ende (80A) des ersten Rohrs und dem ersten Ende (82A) des zweiten Rohrs zu fangen, wobei das erste Rohr (80) sich hin zu einem ersten Durchgangslochende erstreckt, wobei das zweite Rohr (82) sich hin zu einem zweiten Durchgangslochende erstreckt; wobei das erste Drahtbündel (70) in das erste Rohr (80) gepackt ist, wobei das zweite Ende (708) des ersten Drahtbündels (70) gegenüber dem ersten Ende des Durchgangsloches (52) vorsteht, um einen elektrischen Kontakt mit einer Oberfläche (22) eines dazu passenden ersten Substrates (20) zu bilden; und wobei das zweite Drahtbündel (72) in das zweite Rohr (82) gepackt ist, wobei das zweite Ende des zweiten Drahtbündels (72) gegenüber dem zweiten Ende des Durchgangsloches (52) vorsteht, um einen elektrischen Kontakt mit einer Oberfläche (32) eines dazu passenden zweiten Substrates (30) zu bilden.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Luftspalt (84), der bei dem Kopfbereich (62) zwischen dem ersten Ende (80A) des ersten Rohrs (80) und dem ersten Ende (82A) des zweiten Rohrs (82) definiert ist, und wobei die Verbindungs-Übertragungsleitung eine konstante charakteristische Impedanz besitzt, wobei der Luftspalt (84) eine Impedanzkompensation für den Anstieg des Stiftdurchmessers bei dem Kopfbereich (62) bereitstellt.
Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (60), das erste Rohr (80) und das zweite Rohr (82) oder die Rohrstruktur (80, 82), das erste Drahtbündel (70) und das zweite Drahtbündel (72) in dem Durchgangsloch (52) ohne Klebstoffbindung festgelegt sind.
Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs-Übertragungsleitung eine Koaxial-Übertragungsleitung ist und dass das äußere Abschirmelement (54) eine äußere Koaxialabschirmung bildet.
Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Abschirmelement (54), der massive Leiterstift (62), das erste und das zweite Rohrelement (80, 82) und das erste und das zweite Drahtbündel (70, 72) um die Achse herum kreissymmetrisch angeordnet sind, und wobei die Durchmesser des äußeren Abschirmelementes (54), des massiven Leiterstiftes (60), des ersten und des zweiten Rohrelementes (80, 82) und des ersten und des zweiten Drahtbündels (70, 72) so ausgewählt sind, dass eine konstante charakteristische Impedanz der Verbindungs-Übertragungsleitung über die Verbindungslänge bereitgestellt wird.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (52) der äußeren Abschirmung über die Verbindungslänge einen konstanten Durchmesser besitzt.
Verfahren zum Bereitstellen einer RF-Verbindung zwischen zwei voneinander getrennten Substraten (20, 30) mittels einer Verbindungsstruktur (50), wobei die Verbindungsstruktur aufweist: einen massiven Leiterstift (60), der von der Größe her dazu bemessen ist, einen inneren Leiter (60) für die Verbindungs-Übertragungsleitung zu bilden, wobei der Stift (60) eine kleinere Länge aufweist als die Verbindungslänge; ein erstes Drahtbündel (70), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende (70A) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem ersten Stiftende (64A) des massiven Leiterstiftes (60) und einem zweiten Ende (70B) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberfläche (22) eines dazu passenden ersten Substrates; ein zweites Drahtbündel (72), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, mit einem ersten Ende (72A) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem zweiten Stiftende (64B) des massiven Leiterstiftes (60) und einem zweiten Ende (72B) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberfläche (32) eines dazu passenden zweiten Substrates (30); gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen eines äußeren Abschirmelementes (54) mit einem darin ausgebildeten Durchgangsloch (52), wobei eine Wand des Durchgangsloches (52) eine elektrisch leitende äußere Abschirmstruktur bildet, wobei das Durchgangsloch (52) eine Verbindungslänge besitzt, die entlang seiner Achse definiert ist und gleich der Trenndistanz der zwei Substrate (20, 30) ist; wobei der Stift (60) einen ersten Stiftdurchmesser und einen Kopfbereich (62) mit einem zweiten Stiftdurchmesser aufweist, der größer ist als der erste Stiftdurchmesser, wobei der Kopfbereich (62) zwischen dem ersten Stiftende (64A) und dem zweiten Stiftende (64B) ausgebildet ist, wobei der Kopfbereich (62) eine Kopflänge aufweist und eine erste und eine zweite Stiftschulterfläche (62A, 62B) an einem Übergang zwischen dem ersten Stiftdurchmesser und dem zweiten Stiftdurchmesser definiert, Einführen eines Endes des Stiftes (60) in ein erstes dielektrisches Rohrelement (80), das einen Außendurchmesser aufweist, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches (52) bemessen ist, um eng anliegend in das Durchgangsloch (52) eingepasst zu werden, wobei der innere Rohrdurchmesser von der Größe her dazu bemessen ist, darin einen ersten Bereich des Stiftes (60) mit dem ersten Stiftdurchmesser eng anliegend aufzunehmen, wobei das erste Rohrelement (80) ein erstes Ende (80A) des ersten Rohrs und ein zweites Ende des ersten Rohrs aufweist; Einführen eines zweiten Endes des Stiftes (60) in ein zweites dielektrisches Rohrelement (82), das einen Außendurchmesser aufweist, der von der Größe her in Relation zu einer Öffnungsabmessung des Durchgangsloches (52) bemessen ist, um in das Durchgangsloch (52) eng anliegend eingepasst zu werden, wobei der innere Rohrdurchmesser dazu bemessen ist, darin eng anliegend einen zweiten Bereich des Stiftes (60) mit dem ersten Stiftdurchmesser aufzunehmen, wobei das zweite Rohrelement (82) ein erstes Ende (82A) des zweiten Rohrs und ein zweites Ende des zweiten Rohrs aufweist, um den Kopfbereich (62) des Stiftes zwischen dem ersten Ende (80A) des ersten Rohrs und dem ersten Ende (82B) des zweiten Rohrs zu fangen; Einführen des ersten Drahtbündels (70), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, in gepacktem Zustand in das erste Rohr (80) und aufweisend das erste Erde (70A) und das zweite Ende (70B), wobei das erste Ende (70A) gegen das erste Stiftende (64A) des massiven Leiterstiftes (60) komprimiert wird, wobei das zweite Ende (70B) des ersten Drahtbündels (70) gegenüber dem zweiten Ende des ersten Rohrs (80) vorsteht; Einführen des zweiten Drahtbündels (72), das aus dicht gepacktem Draht hergestellt ist, und zwar in gepacktem Zustand in das zweite Rohr (82) und aufweisend das erste Ende (72A) und das zweite Ende (72B), wobei das erste Ende (72A) gegen das zweite Stiftende (64B) des massiven Leiterstiftes (60) komprimiert wird, wobei das zweite Ende (72B) des zweiten Drahtbündels (72) gegenüber dem zweiten Ende des zweiten Rohrs (82) vorsteht; Einpassen der zusammengebauten Verbindungsstruktur einschließlich des massiven Stiftes (60), des ersten Rohrs (80) und des zweiten Rohrs (82) und des ersten und des zweiten Drahtbündels (70, 72) in das Durchgangsloch (52), wobei das erste Rohr (80) sich hin zu einem ersten Durchgangslochende erstreckt und wobei das zweite Rohr (82) sich hin zu einem zweiten Durchgangslochende erstreckt; Montieren des ersten Substrates (20) gegen eine erste Oberfläche (54A) des äußeren Abschirmelementes (52) und in Kompressionskontakt zu dem ersten Drahtbündel (70); und Montieren des zweiten Substrates (30) gegen eine zweite Oberfläche (54B) des äußeren Abschirmelementes (54) und in Kompressionskontakt zu dem zweiten Drahtbündel (72), wobei eine RF-Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (20, 30) eingerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Abschirmelement (54), der massive Leiterstift (60), das erste und das zweite Rohrelement (80, 82) und das erste und das zweite Drahtbündel (70, 72) um die Achse kreissymmetrisch angeordnet sind, und ferner mit dem Schritt, die Durchmesser des äußeren Abschirmelementes (54), des massiven Leiterstiftes (60), des ersten und des zweiten Rohrelementes (80, 82) und des ersten und des zweiten Drahtbündels (70, 72) so auszuwählen, dass eine konstante charakteristische Impedanz der Verbindungs-Übertragungleitung über die Verbindungslänge bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (52) der äußeren Abschirmung über die Verbindungslänge einen konstanten Durchmesser aufweist.