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Die vorliegende Erfindung betrifft leitfähige
Schutzkragen, mit denen bezüglich signalführender
Stifte in mit dem Schutzkragen verbundenen elektrischen
Verbindern eine Erdreferenz bereitgestellt wird, und
insbesondere einen leitfähigen Schutzkragen zur
Verwendung mit einem Verbinder mit
oberflächenmontierten Leitungen.
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Als Teil ihres Bemühens, die Schnittstelle von
elektronischen Geräten zu standardisieren, hat die
Elektronikindustrie für einige der Verbinder, die in
der Schnittstelle verwendet werden, Stiftbelegungen
festgelegt. Für verschiedene Rechneranwendungen ist es
wünschenswert, Speicherkarten anzuschließen. Die
Personal Computer Memory Card International Association
(PCMCIA) hat Standards zum Anschließen von
Speicherkarten festgelegt. Beispielsweise wird oftmals
ein achtundsechzigpoliger Verbinder verwendet. Dieser
Verbinder weist sechzig Signalstifte, vier
Erdrückleitungsstifte und vier Gleichspannungsstifte
auf, die von der Industrie in den Standards alle
vorbelegt sind. Die Verbinder können
durchkontaktmontiert oder oberflächenmontiert werden. Das
Signal/Rausch-Verhältnis eines elektrischen Verbinders ist
gleich der Anzahl an signalführenden Stiften geteilt
durch die Anzahl der Erdrückleitungsstifte in dem
Verbinder. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung
kann davon ausgegangen werden, daß die
Gleichspannungsstifte von der Wirkung her den
Wechselspannungserdstiften ähnlich sind, das
Signal/Rausch-Verhältnis des achtundsechzigpoligen
Verbinders beträgt somit 7,5 zu 1,0. Bei
Rechneranwendungen werden in der Regel mehrere
Leitungen gleichzeitig geschaltet, und der gesamte, von
diesem Schalten erzeugte Rückkehrstrom muß durch einen
der Erdstifte zurückgeleitet werden. Somit muß der
Rückkehrstrom von etwa acht Signalstiften von einem
einzelnen Erdstift aufgekommen werden. Wenn die
Signalanstiegszeit relativ langsam ist, im Bereich von
acht bis zehn Nanosekunden, so stellt dies kein Problem
dar. Wenn die Anstiegszeit allerdings sinkt, das heißt
auf 1-3 Nanosekunden, wie bei gewissen
Rechneranwendungen, steigt die induzierte Spannung an,
was in den Erdrückleitungsstiften zu einem "Erdprellen"
bzw. Gleichtaktrauschen führt. Wenn das Erdprellen
einen Pegel erreicht, der relativ zu dem Pegel der
Signale hoch genug ist, werden die Systeme
möglicherweise unfähig, die Signale zuverlässig zu
lesen und auf sie zu reagieren, was zu dem führt, was
in der Industrie als "Fehlauslösung" bekannt ist. Da
die Stiftbelegungen von der Industrie festgelegt worden
sind, kann das Signal/Rausch-Verhältnis nicht verändert
werden. Um die ungünstigen Auswirkungen der schnelleren
Anstiegszeiten zu reduzieren, kann ein leitfähiger
Schutzkragen verwendet werden, um die Erde der
Speicherkarte mit der Erde des Geräts zu verbinden, mit
dem die Karte verwendet wird.
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Ein derartiger Schutzkragen und ein
entsprechender Verbinder sind aus US-A-5,288,247
bekannt. Der Schutzkragen jenes Patents ist so
angeordnet, daß er die Oberseite des Verbinders und
zwei seiner Seiten umschließt. Der Verbinder in dieser
Literaturstelle ist an der Oberseite der Platine
montiert und weist Anschlußleitungen auf, die in
Durchkontaktierungslöchern der Leiterplatte aufgenommen
sind. Der Schutzkragen in der obigen Literaturstelle
ist an einer von der Platine entfernten Fläche des
Verbinders montiert und ist elektrisch an die
Erdungsschaltungen auf einer Leiterplatte
angeschlossen. Durch die Verwendung derartiger
Schutzkragen wird die Leistung des Geräts wesentlich
verbessert.
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Um eine gleichförmigere Verteilung und einen
gleichförmigeren Fluß des Stroms zu erzielen, ist
allgemein wünschenswert, daß ein Erdungsschutzkragen
eine Mehrzahl von Verbindungen mit der
Leiterplattenerde enthält. Ein Weg, um diese Fähigkeit
mit auf der Oberseite der Platine montierten Verbindern
zu erzielen, besteht darin, einen Schutzkragen der Art
bereitzustellen, die einen plattenartigen Abschnitt,
der sich über den geformten Stiften auf der Rückseite
des Verbinders erstreckt, und eine Rückwand mit einer
Mehrzahl von Kontaktabschnitten an gewünschten Stellen
dort entlang zur Ineingriffnahme von Erdungsschaltungen
auf der Platine aufweist.
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Ein Schutzkragen der oben beschriebenen Art
eignet sich zwar für auf der Oberseite der Platine
montierte Verbinder mit Anschlußelementen, die
Leitungen aufweisen, die in Durchkontaktierungslöchern
auf der Leiterplatte aufgenommen werden, doch entsteht
ein Problem, wenn diese Art von Schutzkragen mit
Verbindern verwendet wird, die oberflächenmontierte
Leitungen aufweisen. Die Deck- und Rückwände des
Schutzkragens verhindern, daß während des Lötvorgangs
Hitze die Lötpaste oder anderes zum Verbinden der
Leitungen und der Schaltungspads verwendetes Material
erreicht. Weiterhin verhindern die Schutzkragenwände
eine visuelle Inspektion der gelöteten Verbindungen.
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Ein Montageverfahren mit zwei Schritten ist
zwar möglich, das heißt zuerst den Verbinder mit den
oberflächenmontierbaren Leitungen an die Platine löten
und dann den leitfähigen Schutzkragen an dem bereits
montierten Verbinder befestigen und den Schutzkragen an
die jeweiligen Erdschaltungen anlöten; die zusätzlichen
Herstellungsschritte sind aber nicht kostengünstig.
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Es ist deshalb wünschenswert, einen
Erdungsschutzkragen für Verbinder mit oberflächenmontierbaren
Leitungen bereitzustellen, der eine gleichzeitige
Montage des Verbinders und des Schutzkragens an der
Platine und auch eine visuelle Inspektion der
Anschlußleitungen nach Beendigung des Lötvorgangs
gestattet.
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Die vorliegende Erfindung besteht aus einer
Baugruppe aus Verbinder und Erdungsschutzkragen, die
folgendes umfaßt: einen elektrischen Verbinder mit
einem Gehäuse mit mehreren darin angeordneten
elektrischen Anschlüssen, wobei die Anschlüsse sich aus
dem Gehäuse heraus erstreckende Kontaktabschnitte zur
elektrischen Ineingriffnahme von Schaltungen auf einer
Leiterplatte aufweisen; und einen zur elektrischen
Ineingriffnahme von Erdungsschaltungen der Leiterplatte
ausgelegten Erdungsschutzkragen zum Bilden einer
Erdreferenz für die Anschlüsse, wobei der Schutzkragen
einen elektrisch leitfähigen plattenartigen Körper mit
einem ersten Teil, der an einer von der Platine
entfernten Fläche des Verbindergehäuses angeordnet ist,
und einem zweiten Teil, der sich über die
Kontaktabschnitte erstreckt und mit mindestens einem
zweiten Kontaktabschnitt, der sich von dort aus zur
Ineingriffnahme mit den Erdungsschaltungen der
Leiterplatte erstreckt, aufweist;
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wobei die Baugruppe dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Kontaktabschnitte der Anschlüsse
oberflächenmontierbare Kontaktabschnitte sind und der zweite Teil
des Schutzkragens eine oder mehrere längliche Aperturen
aufweist, die sich in der Nähe der
oberflächenmontierbaren Kontaktabschnitte dort hindurch erstrecken,
wodurch die Apertur(en) bei Montage des Gehäuses und
des Schutzkragens an der Leiterplatte und Anlöten der
oberflächenmontierbaren Kontaktabschnitte an
entsprechende Schaltungspads auf der Platine es
gestattet bzw. gestatten, daß ausreichende, beim
Lötvorgang von einer von der Platine entfernten Quelle
erzeugte Wärme die Schaltungspads erreicht und das Lot
schmilzt, wodurch elektrische Ineingriffnahme der
Anschlüsse mit den Schaltungen auf der Platine
sichergestellt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält
der zweite Schutzkragenteil mehrere Aperturen bzw.
Schlitze, die sich in der gleichen Richtung wie die
Anschlußleitungen erstrecken. Die Schlitze erstrecken
sich vorzugsweise über die obere Plattenfläche und
teilweise die Rückwand des Schutzkragens hinunter. Der
erste Schutzkragenteil kann mindestens einen
Kontaktabschnitt enthalten, der ausgelegt ist, einen
Erdungskontakt einer entsprechenden elektrischen
Einrichtung in Eingriff zu nehmen.
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Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil
auf, daß sie das gleichzeitige Anlöten des
Schutzkragens und des Verbinders an eine Leiterplatte
gestattet. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß die Apertur eine visuelle
Inspektion der Oberflächenmontageanschlüsse und
Schaltungspads nach Beendigung des Lötvorgangs
gestattet.
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Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
gemäß der Erfindung hergestellten und von einem
Verbinder mit oberflächenmontierten Anschlüssen
weggezogenen Schutzkragens, wobei der Verbinder von
einer Leiterplatte weggezogen ist, auf die der
Verbinder und der Schutzkragen montiert werden sollen.
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht des
zusammengebauten Schutzkragens und Verbinders.
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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der
Vorderseite des Schutzkragens von Fig. 1.
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Fig. 4 eine von der Rückseite des
Schutzkragens von Fig. 1 aus gesehene perspektivische
Ansicht.
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Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Ansicht, wobei
der Schutzkragen an dem Verbinder von Fig. 1 montiert
ist.
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Fig. 6 eine Ansicht der Baugruppe von Fig. 5,
von der Platinenmontagefläche des Verbinders aus
gesehen.
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Fig. 7 den Verbinder von Fig. 5, montiert auf
einer Seite einer Leiterplatte und mit einem zweiten,
mit einem Schutzkragen versehenen
Oberflächenmontagestecker, der von der Unterseite der Leiterplatte
für eine gestapelte Konfiguration weggezogen ist.
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Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des mit
dem zweiten bzw. unteren, an der Platinenfläche
montierten Verbinder benutzten Schutzkragens.
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Fig. 9 eine gestapelte Baugruppe aus
Verbindern mit oberflächenmontierten Leitungen und
Erdungsschutzkragen.
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Fig. 10 eine Querschnittsansicht der Baugruppe
von Fig. 9.
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Die elektrische Verbinderbaugruppe 10 der
vorliegenden Erfindung enthält einen elektrischen
Verbinder 22 und einen Schutzkragen 50. Zur
Veranschaulichung der Erfindung ist der Verbinder 22
als ein an der Oberseite der Platine
oberflächenmontierter Verbinder für ein Kartenlesegerät
gezeigt. Es versteht sich, daß der verbesserte
Schutzkragen der vorliegenden Erfindung auch mit
Buchsenverbindern verwendet werden kann, die mit
abgeschirmten oder nichtabgeschirmten Steckverbindern
zusammengesteckt werden sollen. Bei Verwendung einer
Verbinderbaugruppe mit Speicherkarten, wie sie durch
PCMCIA-Standards identifiziert sind, müssen die
Speicherkarten in einer bestimmten Richtung orientiert
sein. Die hier gezeigte Ausführungsform ist für
Speicherkarten gedacht, deren Erdungskontakte sich auf
ihren oberen Flächen befinden. Bei einigen Anwendungen
enthält die Baugruppe außerdem möglicherweise in der
Nähe der Leiterplatte einen Auswerfmechanismus für die
Karte. Die hier gezeigten Verbinder können zusammen mit
zahlreichen Auswerfmechanismen, wie sie in der Technik
bekannt sind, verwendet werden.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6
enthält der Verbinder 22 der vorliegenden Erfindung ein
Gehäuse 24 mit einer Hauptseite bzw. von der Platine
entfernten Seite 26 und einer entgegengesetzten zweiten
Hauptseite bzw. platinennahen Seite 28 sowie
entgegengesetzten Nebenseiten 30, die zusammen eine
Kartenaufnahmeöffnung 32 definieren. Ein Teil der
Kartenaufnahmeöffnung 32 definiert einen
Kartenaufnahmeraum 34. Innerhalb des Gehäuses 24 sind mehrere
elektrische Anschlüsse 36 angeordnet, wobei die
Anschlüsse 36 erste und zweite Anschlußteile 38 bzw. 40
aufweisen. Die ersten Anschlußteile 38 erstrecken sich
in den Kartenaufnahmeraum 34 und sind zum
Zusammenstecken mit komplementären Anschlüssen einer
nicht gezeigten Speicherkarte ausgelegt. Die zweiten
Anschlußteile 40 enthalten als Kontakte an Vorderenden
42, die zur Oberflächenmontage an jeweiligen
Schaltungspads 84 einer Leiterplatte 80 ausgelegt sind,
wie am besten in Fig. 1 zu sehen. Der Verbinder 22
enthält bei der Ausführungsform, wie sie gezeigt ist,
weiterhin Kartenführungsarme 44, die sich von dort aus
nach außen erstrecken, um eine Karte aufzunehmen. Das
Gehäuse ist vorzugsweise aus dielektrischen
Hochtemperaturmaterialien hergestellt, die
Löttemperaturen im Bereich von 230ºC aushalten können,
wie beispielsweise Flüssigkristallpolymere und andere
in der Technik bekannte Materialien.
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Der Aufbau des Schutzkragens 50 läßt sich am
besten unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 verstehen.
Der leitfähige Schutzkragen 50 ist ein einstückiges
Element mit einer oberen Plattenfläche 52 mit einem
ersten Teil 54 und einem zweiten Teil 62. Der erste
Teil 54 enthält mehrere Federfinger 56, die sich von
der Vorderkante 55 davon aus erstrecken. Die
Federfinger 56 sind ausgelegt, in der
Kartenaufnahmeöffnung 32 aufgenommen zu werden, wie in Fig.
2 zu sehen ist, und nehmen Erdungskontakte an der in
die Öffnung 32 eingeführten Speicherkarte elektrisch in
Eingriff. Die Finger 56 sind von der Art, wie sie aus
den zuvor erörterten Patenten bekannt ist. Der
Schutzkragen 50 enthält Seitenwände 58, die sich von
dem ersten Teil 54 aus erstrecken. Der Schutzkragen 50
enthält weiterhin untere Flansche 60, die sich von den
Seitenwänden 58 aus erstrecken, die ausgelegt sind,
sich unter das Verbindergehäuse 24 zu erstrecken, wie
in Fig. 6 zu sehen ist. Die Flansche 60 können als
zusätzliche leitfähige Pads dienen, die befestigt und
zu elektrischem Erdpotential in Bezug gesetzt werden
können, indem sie mit entsprechenden Pads auf einer
Leiterplatte elektrisch verbunden werden, wie in US-A-
5,288,247 erörtert. Der zweite Teil 62 des
Schutzkragens 50 enthält weiterhin eine Rückwand 66 mit
mehreren sich von ihr nach unten erstreckenden
Anschlußelementen 70 zur elektrischen Ineingriffnahme
mit Erdungsschaltungen in der Leiterplatte. Durch den
streifenartigen Abschnitt 68 des zweiten
Schutzkragenteils 62 werden die Anschlußelemente 70 in
ihrer eigentlichen Position gehalten. Zu
Veranschaulichungszwecken sind die Anschlußelemente 70
als Leitungen gezeigt, die in
Durchkontaktierungslöchern einer Leiterplatte
aufgenommen sind. Es versteht sich, daß es sich bei
diesen Leitungen um oberflächenmontierbare Leitungen
sowie um die Leitungen des Verbinders handeln kann. Der
Schutzkragen ist vorzugsweise aus einem hochleitfähigen
Material wie beispielsweise Phosphorbronze oder
dergleichen hergestellt, wie in der Technik bekannt.
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Wie am besten in Fig. 3 und 4 zu sehen,
enthält der zweite Schutzkragenteil 62 mehrere
Aperturen 64 bzw. Schlitze, die sich in der gleichen
Richtung wie die Anschlußelemente 36 erstrecken.
Vorzugsweise erstrecken sich die Schlitze 64 von dem
ersten Plattenteil 54 aus nach hinten und teilweise die
Rückwand 66 des Schutzkragens hinunter und enden in dem
streifenartigen Abschnitt 68. Die Schlitze 64 liegen
über Teilen der Anschlüsse 36, die außerhalb des
Gehäuses 24 verlaufen und von der Anzahl her
ausreichen, eine visuelle Inspektion der
darunterliegenden Anschlußteile 40 und insbesondere der
Kontakte 42 zu gestatten, wenn der Schutzkragen auf dem
Gehäuse 24 angeordnet ist.
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Beim Zusammenbau des auf der Oberseite der
Platine oberflächenmontierten Verbinders 20 wird der
Plattenteil 52 des Schutzkragens 50 über der von der
Platine entfernten Oberfläche 26 des Gehäuses 24
angeordnet, die Federfinger 56 gleiten in ihre Stellung
innerhalb der Kartenaufnahmeöffnung 32 und die
Seitenkanten 58 und der Flansch 60 werden um das
Gehäuse 24 gepackt. Bei der Montage des Verbinders 20
an der oberen Platinenfläche 82 werden die
oberflächenmontierten Leitungen mit entsprechenden
Schaltungspads 84 in Eingriff gebracht und
Anschlußelementeleitungen 70 werden in die
entsprechenden Durchkontaktierungslöcher 86 eingeführt,
wie in Fig. 2 gezeigt. Wie in der Technik bekannt,
werden die Schaltungspads 84 und die
Durchkontaktierungslöcher 86 vor der Montage der
Baugruppe 20 aus Verbinder und Schutzkragen an der
Platine 80 mit Lötpaste oder dergleichem versehen. Die
montierte Baugruppe wird dann unter Verwendung
standardmäßiger Lötvorgänge durch einen Infrarotofen
mit etwa 230ºC geführt. Durch die länglichen Aperturen
bzw. Schlitze 64 kann Hitze die Lötpaste auf den
Schaltungspads erreichen und bewirkt, daß sie schmilzt,
wodurch eine elektrische Verbindung bewirkt wird. Für
Zwecke der vorliegenden Offenbarung sollen unter dem
Ausdruck Lötpaste auch leitfähige Klebstoffe und
dergleichen verstanden werden, die verwendet werden
können, um eine mechanische und eine elektrische
Verbindung zwischen den Vorderenden 42 und den Pads 84
zu erreichen. Nach der Beendigung des Lötvorgangs
gestatten die Schlitze 64 eine visuelle Inspektion der
gelöteten Verbindungen.
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Speicherkartenbaugruppen werden oft in einer
gestapelten Beziehung verwendet. Ein Verfahren zum
Stapeln der Verbinder besteht in der Montage von
Speicherkarten an entgegengesetzten Flächen 82, 88
einer Leiterplatte 80, wie in Fig. 7-10 gezeigt.
Fig. 7 zeigt eine Verbinderbaugruppe 20, wie sie zuvor
beschrieben wurde, die an einer ersten bzw. oberen
Hauptfläche 82 der Leiterplatte 80 montiert ist und
eine zweite Verbinderbaugruppe 120 aufweist, die von
der zweiten bzw. unteren Hauptfläche 88 weggezogen ist.
Der Aufbau des mit einem Erdungsschutzkragen versehenen
Verbinders 120 unterscheidet sich von dem mit einem
Erdungsschutzkragen versehenen Aufbau der
Verbinderbaugruppe 20, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Um die Speicherkarten auf beiden Seiten der gestapelten
Baugruppe in die gleiche Richtung orientiert zu halten,
das heißt, mit den Erdungskontakten auf der oberen
Fläche davon, ist der Schutzkragen 150 für die
Baugruppe 120 an der in der Nähe der Platine
befindlichen Fläche 28 des Verbindergehäuses 24 anstatt
an der von der Platine entfernten Fläche 26 des
Verbindergehäuses 24, wie zuvor beschrieben,
angebracht. Der Schutzkragen 150 weist somit
Anschlußelemente 170 auf, die sich von dem
Hauptkörperteil 154 aus nach oben erstrecken, und
erfordert keine weitere Struktur, um sich über die
Anschlüsse zu erstrecken.
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Die Einzelheiten des Aufbaus des Schutzkragens
150 sind in Fig. 8 gezeigt. Der Schutzkragen 150
enthält eine obere Plattenfläche 152 mit Seitenwänden
158 und Flanschen 160. Die Vorderkante 155 des
Plattenabschnitts 152 enthält Federfinger 156, die auf
die gleiche Weise wie zuvor beschrieben funktionieren.
Die Anschlußelemente 170 des Schutzkragens 150 sind zur
Aufnahme in den Durchkontaktierungslöchern 92 der
Leiterplatte 80 ausgelegt, wie in Fig. 1 zu sehen.
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Fig. 9 und 10 zeigen die zusammengebaute,
gestapelte Kartenbaugruppe mit einer jeweiligen
Anschlußleitungen 42, die an den Schaltungspads 84, 90
auf den entgegengesetzten Flächen 82, 88 der
Leiterplatte 80 befestigt sind, und jeweiligen
Erdanschlußelementen 70, 170 in ihren jeweiligen
Durchkontaktierungslöchern 86, 92.