DE60013659T2

DE60013659T2 - Schaltungsplatte mit seitlichen Verbindungen

Info

Publication number: DE60013659T2
Application number: DE60013659T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey W. North Attleboro Mason; William Douglas Petrocelli
Original assignee: Thomas and Betts International LLC
Current assignee: ABB Installation Products International LLC
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: EP1026930B1; ATE276641T1; EP1026930A1; CA2293956A1; US6345989B1; JP2001068185A; DE60013659D1; CA2293956C; JP4414534B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektronische Vorrichtungen verwenden oft eine Leiterplatte (Platine) oder eine Verbindungsplatte, wie z.B. eine Bus-Leiterplatte oder Rückwandplatine, an die eine oder mehrere Platinen angeschlossen sind, die oft Steckkarten genannt werden. Die Steckkarten sind senkrecht zu der Bus-Leiterplatte angeordnet und daran mittels gepaarter Steckverbinder angeschlossen. Der Steckverbinder der Steckkarte ist typischerweise ein Kartenrandsteckverbinder, der entlang einer Kante der Platine angeordnet ist und eine elektrische Verbindung zwischen auf einer Oberfläche der Platine vorgesehenen Kontaktflächen und Steckverbinderkontakten des Kartenrandsteckverbinders schafft. Dieser Steckverbinder kann in einen komplementären Steckverbinder eingesetzt werden, der an der Bus-Leiterplatte befestigt ist. Die Kartenrandsteckverbinder sind getrennt hergestellte Elemente, welche die Kosten und die Größe einer Platinenanordnung in die Höhe treiben. In vielen Anwendungen ist der Abstand zwischen einer Anordnung von Steckkarten, die auf einer Bus-Leiterplatte befestigt werden können, durch die physikalische Größe der Steckverbinder begrenzt. Da elektronische Vorrichtungen mit ständig steigenden Frequenzen arbeiten, wird es immer wichtiger, die Länge der Verbindungswege auf die elektronischen Bauelemente tragenden Platinen und in aus verbundenen Platinen bestehenden elektronischen Anordnungen zu minimieren. Die Verwendung von Platinensteckverbindern erhöht die Länge der elektrischen Wege und kann dadurch die Geschwindigkeit der Platinenanordnung begrenzen.
Bei herkömmlichen Platinen sind Leiterbahnen auf einer oder mehreren Schichten aus Isoliermaterial vorgesehen, wobei Lei terbahnen von inneren Schichten über leitende Durchgangslöcher, die sich in ausgewählten Positionen zwischen Schichten erstrecken, mit den Leiterbahnen von anderen inneren Schichten oder von Oberflächenschichten verbunden sind. Ausgewählte Leiterbahnen sind mit einer Anschlussfläche oder einem beschichteten Loch verbunden, die auf der Oberseite und/oder Unterseite der Platine angeordnet sind, und entlang der Kante der Platine sind Steckverbinder befestigt und mit den korrespondierenden Anschlussflächen oder Löchern verbunden. Signale müssen entlang der Leiterbahnen der Platine laufen und durch die gepaarten Steckverbinder aus der Platine austreten.
Die Kartenrandsteckverbinder können Anschlussklemmenartig, wobei ein Steckverbinderelement einen Schlitz aufweist, in welchem eine Kante der Platine angeordnet ist, oder senkrecht stehend ausgestaltet sein, wobei das Steckverbinderelement an einer Oberfläche der Platine nahe einer Kante der Platine befestigt ist. Die Längen der elektrischen Pfade dieser herkömmlichen Platinenverbindungsanordnungen werden durch die Verbindungswege durch die Steckverbinderelemente erhöht.
Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 582 881 offenbart eine Platine, bei der Leiterbahnen in Durchgangslöchern enden, welche geschnitten und mit leitendem Material gefüllt sind, um Endkontakte zu bilden. Weder die Endkontakte noch die Leiterbahnen dehnen sich über die Seitenoberfläche der Platine aus.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung gibt eine Platinenverbindung an, umfassend eine Platine mit einer Vorderfläche, einer Rückfläche und mindestens einer Seitenfläche, welche eine Dicke zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche definiert, und eine Vielzahl von Leiterbahnen, welche auf oder in der Platine angeordnet sind; wobei zumindest einige der Leiterbahnen ein Kontaktende besitzen, welches sich über die mindestens eine Seitenfläche hinaus erstreckt; wobei die Kontaktenden mit einem Anschlusskontakt einer Verbindungseinheit verbindbar sind.
Der Kontaktbereich kann eine größere Querschnittsfläche als die zugehörige Leiterbahn aufweisen, um einen Kontaktbereich einer gewünschten Größe zu bilden. Der Kontaktbereich einer Leiterbahn kann mit Gold oder einem anderen geeigneten leitenden Material beschichtet sein, um die Leitfähigkeit zu verbessern und Oxidation oder Korrosion zu verhindern oder zu minimieren. An den Kontaktenden der Leiterbahnen oder daran angeschlossen können Kontaktflächen vorgesehen sein.
Die Verbindung mit den Kontaktbereichen der Leiterbahnen kann durch Verbindungskontakte erfolgen, die jeweils den Kontakt und Oberflächen der Leiterbahnen kontaktieren. Vorzugsweise sind die Verbindungskontakte elastische leitende Stifte oder Elemente, welche durch geeignete Beschläge in Kontakt mit den Kontaktenden gehalten werden.
Die Geschwindigkeit einer entsprechend der Erfindung aufgebauten Platine ist verbessert, da Signalpfadlängen durch die Inline-Verbindung von Platinenleiterbahnen mit einer verbundenen Platine oder Vorrichtung minimiert werden können. Der Abstand zwischen benachbarten Platinen kann ebenfalls reduziert werden, da keine sperrigen Verbindungselemente vorgesehen sind. Weil keine Platinensteckverbinder vorgesehen sind, kann weiter eine hohe Anzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschlusskontakten vorgesehen sein, da die Kontaktbereiche der Leiterbahnen näher zueinander beabstandet sein können, als herkömmliche Kontakt-Anschlussflächen.
KURZBESCHREIBUNG DER EINZELNEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Diese Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
1 eine bildliche Darstellung der Verbindung nach der Erfindung;
1A eine vergrößerte Aufsicht eines Endkontakts mit einer sich darauf befindlichen Kontaktfläche;
2 eine Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform;
3 eine vergrößerte Seitenansicht der Erfindung;
4 eine vergrößerte Endansicht einer Verbindung nach der Erfindung;
5 eine vergrößerte Schnittansicht einer Verbindung nach der Erfindung und einer Verbindungskontaktanordnung;
6 eine bildliche Darstellung einer Kontaktanordnung, die mit der Erfindung verwendet werden kann;
7 eine vergrößerte Seitenansicht eines flexiblen leitenden Stifts, der in der in 6 gezeigten Kontaktanordnung verwendet wird;
8 eine vergrößerte Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform;
9 eine bildliche Darstellung einer Platine nach der Erfindung und einer daran angeschlossenen Bus-Leiterplatte; und
10 eine bildliche Explosionsdarstellung der Erfindung, die für eine Verbindung von Platinen miteinander verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den 1 und 2 ist eine vielschichtige Platine gezeigt, die entsprechend der Erfindung aufgebaut ist. Auf Schichten der Platine sind Leiterbahnen 10 vorgesehen, wobei einige davon über beschichtete Durchgangslöcher 12 mit anderen Schichten verbunden sein können. Um einen abgeschirmten Aufbau zu erhalten, können Erdungsebenen 14 auf Schichten vorgesehen sein, die neben Signalschichten angeordnet sind. Der Aufbau von vielschichtigen Platinen an sich ist bekannt und kann gemäß einer Vielzahl von bekannten Formen und Anordnungen erfolgen. Entsprechend der Erfindung dehnen sich Leiterbahnen auf ausgewählten Schichten der Platine zu einer Seitenoberfläche der Platine aus, um eine direkte Verbindung mit Kontakten eines angepassten Steckverbinders, einer Platine oder einer anderen Vorrichtung zu ermöglichen. Wie es in 2 gezeigt ist, enden die Leiterbahnen 10 auf den Schichten 16, 18 und 20 in vergrößerten Kontaktenden 22, welche sich um einen kleinen Betrag, typischerweise 25,4 mm (0,001 Inch), über die Ebene der Seite der Platine ausdehnen. Die Kontaktenden 22 in der dargestellten Ausführungsform weisen eine größere Querschnittsfläche auf, als die der zugehörigen Leiterbahnen, um eine gewünschte Kontaktfläche bereitzustellen. Die Kontaktenden können mit Gold beschichtet sein oder mit einem anderen geeigneten leitenden Material beschichtet oder überzogen sein, um die Kontakteigenschaften durch die Verbesserung der Leitfähigkeit oder das Verhindern oder Minimieren von Oxidation oder Korrosion der Kontaktenden zu verbessern. An den Kontaktenden können Kontaktflächen vorgesehen oder befestigt sein, wie es in 1A gezeigt ist. Diese Anschlussflächen können aus Kupfer, leitendem Epoxid oder einem anderen leitenden Material bestehen und können auf die jeweiligen Enden der Leiterbahnen aufgebracht oder an diesen befestigt sein.
Es ist hervorzuheben, dass die Kontaktflächen der Platine nur aus den Endbereichen der zugehörigen Leiterbahnen besteht, wie die Kontakte 22, welche allgemein orthogonal zu der Ebene der Platine sind. Die Oberflächen der Leiterbahnen, welche in den Kontakten 22 enden, die koplanar mit der Ebene der Platine sind, werden nicht verwendet, um einen passenden Steckverbinder zu kontaktieren.
Auf ausgewählten Platinenschichten können Erdungsebenen vorgesehen sein, um eine Abschirmung zu erreichen. Wie es in 2 gezeigt ist, ist auf einer Oberfläche der Schichten 24 und 26 auf jeweiligen Seiten der Signalschicht 16 eine Erdungsebene 14 vorgesehen. Auf jeweiligen Seiten der Schicht 18 sind ebenfalls Erdungsebenen auf den Schichten 28 und 30 vorgesehen und auf jeweiligen Seiten der Schicht 20 sind auf den Schichten 32 und 34 ebenfalls Erdungsebenen vorgesehen. Verschiedene andere Abschirmanordnungen können in bekannter Weise vorgesehen sein. Die Erdungsebene dehnt sich zu einer Kante 36 auf jeder Schicht aus, welche hinsichtlich der äußeren Kante oder Seite der Platine, von welcher sich die Kontakte 22 ausdehnen, nach innen versetzt ist. Die zurückgesetzten Kanten der Erdungsebenen verhindern Kurzschlüsse durch mit den Enden 22 verbundene Kontakte. Die Erdungsebene ist um einen kleinen Betrag zurückgesetzt, typischerweise 380 μm (15 Tausendstel eines Inchs).
Alternativ kann sich die Erdungsebene bis an die Außenseite der Platine ausdehnen, wobei die freiliegende Kante der Erdungsebene mit einer geeigneten Beschichtung isoliert ist, um Kurzschlüsse der Verbindungskontakte zu vermeiden.
4 zeigt eine stark vergrößerte Kante oder Endansicht einer vielschichtigen Platine. In alternierenden Schichten 42, 44 und 46 sind eine Reihe von Signalkontakten 40 vorgesehen. In Schichten 50 und 52, die neben den zugehörigen Signalschichten liegen, sind eine Reihe von Erdungskontakten 48 vorgesehen. Auf Oberflächen der Schichten sind Erdungsebenen 54 wie dargestellt so vorgesehen, dass die Signalkontakte und zugehörigen Signal-Leiterbahnen von äußeren Erdungsebenen abgeschirmt werden. Die Erdungsebenen sind selektiv an die Erdungskontakte 48 angeschlossen, um an einen Erdungsanschluss einer Vorrichtung angeschlossen zu werden, an die die Platine angeschlossen ist.
In einer typischen vielschichtigen Leiterplatte kann die Gesamtdicke der Leiterplatte von etwa 1,57 mm bis 3,18 mm (0,062 bis 0,125 Inch) variieren. Für eine elfschichtige Platine beträgt eine typische Dicke etwa 3,18 mm (0,125 Inch).
Die Verbindung mit den Seitenkontakten wird durch Verbindungskontakte erreicht, die jeweils mit den Kontaktenden auf der Seite der Platine verbunden werden. Die Verbindungskontakte sind vorzugsweise flexible leitende Stifte, welche Kontaktenden aufweisen, die in Kontakt mit den Kontaktenden der Platine gehalten werden. In der 5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung von Kontaktenden 60 dargestellt, die in Kontakt mit den Kontakten der flexiblen Stifte 62 einer Kontaktanordnung 64 stehen. Die gegenüberliegenden Kontakte der flexiblen Stifte befinden sich in Kontakt mit jeweiligen Kontaktbereichen 66 einer Platine 68.
In der 6 ist eine Kontaktanordnung gezeigt, welche eine dünne Halteplatte 70 eines isolierenden Materials umfasst, die eine Mehrzahl flexible leitende Stifte 72 aufweist, die in Öffnungen gehalten werden, die in der Platte 70 vorgesehen sind. Jeder der Stifte 72 weist jeweilige Kontaktenden 74 auf. Die Stifte sind in einer Ausführungsform aus leitendem Elastomermaterial hergestellt und weisen einen Mittelbereich mit ei nem reduzierten Querschnitt auf, um die Stifte in den Aufnahmeöffnungen der Platte 70 zu halten, wie es vergrößert in der 7 dargestellt ist.
Die Stifte weisen vorzugsweise einen ovalen Aufbau auf, wie es in 7A gezeigt ist, wobei eine längere Achse entlang der Achse einer Reihe von zu verbindenden Kontaktenden besteht. Der ovale Aufbau führt zu einer verbesserten Kontaktfläche mit den Kontaktenden der Platine. Um bestimmte Bedingungen oder Spezifikationen zu erfüllen, können andere Kontaktanordnungen verwendet werden.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Kontaktenden 60 von einem Substratmaterial 61 gehalten, welches typischerweise das Material ist, das eine Platinenschicht bildet, wie es in 8 gezeigt ist.
Die Seitenverbindung nach der Erfindung ist insbesondere nützlich, wenn eine Verbindung zwischen Steckkarten und einer Bus-Leiterplatte erreicht werden soll, wie sie in der Computer- und Telekommunikationsindustrie weit verbreitet ist. Für solch eine Verbindung ist die Kontaktanordnung der leitenden flexiblen Elemente zwischen der Kontaktseite einer Platine und Verbindungskontakten einer Bus-Leiterplatte angeordnet, wie es in 9 dargestellt ist. Zwischen den Seitenkontakten der Steckkarte(n) 80 und korrespondierenden Kontakten der Bus-Leiterplatte 82 wird eine Verbindung erreicht. Eine Mehrzahl von solchen Steckkarten kann in paralleler Anordnung auf einer gemeinsamen Bus-Leiterplatte angeordnet sein. Die Steckkarte kann durch geeignete Rückhaltelemente oder -beschläge in Kontakt mit der Kontaktanordnung und der Bus-Leiterplatte gehalten werden.
Die Erfindung kann auch in einer Platine-Platine-Verbindung verwendet werden, wie es in 10 gezeigt ist. Eine Platine 90 ist über eine Verbindungsplatine 94 mit seitlichen Verbindungen mit einer beabstandeten Platine 92 verbunden, wie es zuvor beschrieben wurde. Ein Paar von flexiblen leitenden Kontaktanordnungen 96 und 98 sind an jeweiligen Seiten der Verbindungsplatine 94 vorgesehen, um eine flexible kompressive Verbindung zwischen den Kontaktenden der Platine 94 und jeweiligen Kontakten der Platinen 90 und 92 zu erreichen.
Die Rückhaltelemente oder -beschläge können Elemente zur Einhaltung der Ausrichtung der Kontaktenden der Platine und der leitenden Stifte der Kontaktanordnung und von Verbindungskontakten einer Bus-Leiterplatte oder anderer Verbindungsvorrichtungen umfassen. Die Kontaktanordnung kann selbst Ausrichtelemente aufweisen, um eine geeignete Kontaktausrichtung zu ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht durch das begrenzt, was insbesondere gezeigt und beschrieben wurde, da den Fachleuten auf diesem Gebiet Alternativen ersichtlich sind, ohne von dem wahren Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Patentansprüche definiert ist.

Claims

Eine Platinenverbindung, umfassend: eine Platine mit einer Vorderfläche, einer Rückfläche und mindestens einer Seitenfläche, welche eine Dicke zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche definiert, und eine Vielzahl von Leiterbahnen (10), welche auf oder in der Platine angeordnet sind; wobei zumindest einige der Leiterbahnen ein Kontaktende (22) besitzen, welches sich über die mindestens eine Seitenfläche hinaus erstreckt; wobei die Kontaktenden mit einen Anschlusskontakt einer Verbindungseinheit verbindbar sind.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei jedes der Kontaktenden (22) der Bahnen (10) eine größere Querschnittfläche als die der zugehörigen Bahnen (10) besitzt.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei jedes der Kontaktenden (22) der Bahnen (10) breiter als die Breite der zugehörigen Bahnen (10) ist.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die Kontaktenden (22) der Bahnen (10) jeweils mit einem leitenden Material beschichtet sind.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung Silberepoxidharz ist.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung ein Edelmetall ist.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die Platine eine Signalebene (16) und eine erste Masseebene (14) auf einer Seite der Signalebene (16) und eine zweite Masseebene (26) auf der gegenüberliegenden Seite der Signalebene (16) umfasst; und wobei die Signalebene (16) Bahnen (10) besitzt, welche sich zur Seitenfläche der Platine erstrecken; und wobei sich die Masseebenen (14, 26) bis in eine Ebene erstrecken, die einwärts der Seitenfläche liegt.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die Kontaktenden (22) der Bahnen (10) plattiert sind.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die Platine mehrere Schichten umfasst.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die Platine eine Mehrschichtplatine nur Signalbahnen (10) und Massebahnen und ausgewählten Durchgangsbohrungen (12) ist, um beabsichtigte Verbindungen von Bahnen auf ausgewählten Schichten bereitzustellen.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 10, wobei die Platine mindestens eine Masseebene (14) mit einer Kante (36) umfasst, welche sich in Richtung der Seitenfläche mit den Kontaktenden (22) erstreckt; und wobei die Masseebene (14) von den Kontaktenden (22) elektrisch isoliert ist.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 11, wobei die Masseebenenkante (36) einwärts der Seitenfläche angeordnet ist.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 12, wobei sich die Masseebene (14) zur Seitenfläche erstreckt und eine isolierte Beschichtung auf ihrer Kante besitzt.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Kontaktanordnung (70) mit einer Vielzahl von elastischen, leitenden Elementen (72), die jeweils zugehörige, leitende Enden (74) besitzen, wobei die Enden auf einer Seite der Kontaktanordnung mit entsprechenden Kontaktenden (22) der Bahnen zusammenwirken können.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die sich zur Seitenfläche erstreckenden Bahnen von der Seitenfläche um einen bestimmten Wert überstehen.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei die Kontaktenden (22) der Bahnen (10) im Allgemeinen rechtwinklig zur Ebene der Platine sind.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, umfassend eine Kontaktfläche (60), welche mit jedem Kontaktende (22) der entsprechenden Bahnen (10) leitend zusammenwirkt.
Die Platinenverbindung nach Anspruch 1, wobei jedes der Kontaktenden (22) eine Höhe senkrecht zu den Vorder- und Rückflächen besitzt, wobei die Höhe im Wesentlichen geringer als die Dicke ist.