专利名称：高频鼓型滑动环模块的制作方法
高频鼓型滑动环微
狄领域
本发明总3tMU兌涉及一种电气滑动环(sliivring)，并且，更^^地涉及能 #输高频信号的^的鼓型滑动环才^。
背景M
接触型滑动环已经被广j^L应用于在两个;fci^t间相互,的元件(如转
子和定子)之间传输信号。^r技术的这种滑动环^^安絲定子上的由贵金
^^制成的导电探针以实现与#^环之间接触。这些探针，或者滑动接触件 通常^U圆形电线、合^#料、^4繊头、或者多纤维光纤刷构成。滑动环的
匕协同的同心接触环通常被形成为提^"^种适合于探针或滑动环v^触件的剖
面形状。典型的环形状包括V形槽，U形槽和平面状环。對以的i殳i+^^用在
M出相对平移运动而非相对,并iUM鼓型滑动环的系统中。
当通过滑动环传输高频信号时，P艮制传输速率的一个主要因素是波形的畸
变，il^由于来自阻抗的不连续性的反^"it^的。阻抗的不i^性会贯穿于滑 动环在不同形式的传输對目互连M且具有不同电涌P且lt^t^生。^的阻
抗不匹配经常a在传输线将滑动环互i^iJ夕Mi^口处、在电刷接触结构处、
以及传输线将这些电刷接触结构连接到它们的夕,口处。高频信号的严重畸 变可育fe^传输线的这些阻抗不匹配转换中的任意一个中发生，将该畸变濕合到 每个不匹酉诚口上。进一步的，严重的畸变也可能由于来自多个并行电刷连接 的相位^^和滑动环内在的多^^而^Li。
由于超出了传,的正常介电和l^^损耗的多种^,通itt动环4员
失的能量itt频率的增大而增加。这些，包括电^yy^、来自不匹配阻抗的 多个反射、以;^寄生的电感和电容电抗。一"feM兑，这些损耗是限制传输线高 频性能的一个主要因素，特别是对于滑动环。因为这些因素对于接触型滑动环 非常敏感，e^r其它的^^ 皮开发出来。穿过^^接口的高频才對以和数字通信 也已经净皮其它扭^^斤实皿者提出，例如光纤接口、电*^、电感*、以线过干涉空间直機输电 1#。然而，^^这些技术的系统的^N对来 微高。
因此需J^^^"种用于滑动环系统的"^触型滑动环模块，其可以解决上面
殿'J的问题，并提^-种易于制造并iL^济的滑动环系统。
发明内容
本发明主要涉及一种应用在接触型通信系统中的鼓型滑动环模块。尤其是， 由于这些结构中的阻抗受控传麟的构造，本发明的4i^可以在鼓型滑动环中 实，展的高频性能。印刷电i^^l^^供了一种新型的用于实现高频鼓型滑
动环的方法，其相对于传^U支^^有絲的优点。PCB构造才沐的细节将在下 面给出，其后是对^传统的层叠环方法的描述，该层叠环方法使用了产生高 频滑动环所需的一些4支术。
^ii的滑动环才鉄包括多个层叠导电环，以及布J^导电环之间并对其进 行电气隔离的多个交替的中间介电层。鼓型滑动环可以使用能够制造一M量 级的厚度的PC板的多层印刷电5^^技术来形成。每*电层包括用于构造内
部传输线^it^构的装置，包括定錄中央布置的孔内的圆柱形接地面，其与 环系统同轴布置。该才^fcfics&置为在外表面处提供牙滑动环的内部传输线的连接。
导电环由金属PCB层制造，该金属PCB层包括用于叙内来自电刷块传输 线结构的滑动触点的槽。对环结构的^ifiti^接通过导电i^洛(via)结构来实现， 这些导电通路结构被iM来产生阻抗受控的传输线。4M^本发明构造的这幹滑
动环>#^具有数6 的#^带宽，并jL^目对较小的结构中^yy^i^出现
在高达5G赫兹。尽管该滑动环结构可以为任何希望的尺寸，高频性能^^ii 过直径小于两M的小M^元而增强。
内部馈送线结构用于支撑单端或者差^^^莫式，使得可以实5W夕Wt 麟，例如柔'hNsl刚性PCB以及传统导线传麟的P诚受控的接口。对环的多 ^Ht逸存、扩展了滑动环的高频响应。滑动环通道间的串拔措助于中央接地面被 控制，接地的金属层被包括在环組之间，并且位于滑动环内部的4t^结构之 间。
在M中对于所^Hf的实施例中的相应部件、部分或表面的引用，仅M用于i兌明的目的而不A^限定作用， 一方面，本发明提^-种 itii的鼓型滑动 环4執100,其主要包括多个层叠的导电环(102);用于电气隔离这些导电环 的多个介电层(104)，其中每个介电层包括中央布置的孔(107);以及布置在 中央布置的孔内的圆柱形接地面(108);其中该才^fe^S己置为4^缺外表面处 4^^^h^个环的电^^接。
任意尺寸的^it的才^:可以使用印刷电路K (PCB)技术而构成。滑动环 可以具有优化的高频性能，具有数G赫兹的操怍带宽。改进的才^可以净皮构造 为具有^f^f可尺寸的直径。每个环可以,i[M^到掩埋的4ti^,该掩埋的^i^ 通过^^t^fe^^到才缺的外表面以^^接到夕MP设备。it些环可以净紛
为第一环^a^第l组，每组包括至少两个环，并JM^fe进一步包括^^在第 一环纟脉第3组之间的屏g，其中该屏^&被电^k^^到圓柱形接地面。
另一方面，本发明提^-"种M的鼓型滑动环^势夹(200)，其主要包括 多个层叠的导电环(202);将这些导电环电气隔离的多个介电层(204)，其中 每个介电层包括中央布置的孔(207);以及布置在中央布置的孔内的圆柱形接 地面(208)，其中该^^颠己置为在才執外表面处提供对每个环的电气连接， 并且其中滑动环^^^^]印刷电g (PCB) ^MM^ito
该M的滑动环才I^可以^^单独层叠的环和纟fe^体,造。每个环可以 ^M^到4^里^^，该掩埋^H^通^t^输线结构净A^^到才狭的外表 面以便与夕MlH殳备相连接。
在另一个方面，本发明提^^t^ii的鼓型滑动环模块(200)，其主要包 拾多个层叠转直间隔的导电环(202);布i4il些导电环之间并将这些导 电环电气隔离的多个中间介电层(204),其中每个介电层包括中央布置的孔 (207);布J^中央布置的孔内的圆柱形接地面(208)，其中该才^fef颜5置为 ^^卜表面处4^^^f^^环的电^^接；以M少一个布X^两个环之间并 电气^^到圆柱形接地面的屏l艮(212 )。
通过参考下面的说明书、^'J^求以及附图，^4页域^^A员^ii一步 的S^^i人i^，J本发明的这些以及其它特征、优点以及目的。
附图1是包括yL^导电环和三^Nt麟结构的鼓型滑动^^的i^见图。附图1A是附图1中才執的底部平面图。
附图2是具有六个导电环和一个屏^/g的鼓型滑动环4狭的轴向剖面视图。 附图3是鼓型滑动环模块的顶部平面视图，其示出了对一个导电环的单个 敝泉连接。
附图4是鼓型滑动环模块的顶部平面视图，其应用了对导电环的正交^tilL 附图5另一示出了一个具有电气j^接器的完整滑动环组件的实施例的逸现图， 其示出了刚',柔性的P诚受控传,结构。
M实施方式
在开始，需要清楚itk^的是，在多个附图中相似的附图才封己^^絲标识 相同的结构元件、部分或表面，这些元件、部分或表面可能进一步舰过整个 说明书4M^iiU^释，jH^t的详细描it^JyH兌明书的-"^分。除非另夕H兌明， 期望附图与说明书""^M^解(如交叉影线，元件的布置、比例、角度等)，并 且它们都应被浮絲本发明^H兌明书的一部分。如在下面的描述中使用的，术 语"水平"、"垂直"、"左"、"右"、"上"和'下"，以及由它们得到的形容词和副 词形式(W水平地"，"向右"，"向上"等)，缺简单iife^示当这顿定附图面 对读者时，所示出的结构的方向而已。^fe^，术语"向内"和'向夕卜"-"^指的 是一个表面相对于其延，线或者#^轴线的适当的方向。
才赚本发明的多个实施例，^ii的高频鼓型滑动环^^可以使用新颖的印 刷电路fe (pcb)构造技术来制造。该滑动环模块的高频操怍由于该鼓型滑动 环^^^相对较小的尺寸以及pcb构造而得到增强，这#^膝易地实现受控阻 ^^麟结构。鼓型滑动环4狭可以^fJ pcb ^^来制造，从而得到非常厚(例
如，io盎司)的铜片和中间掩^片。该pcb叠层可以m^易J4^i^大于一
M的厚度，从而在单^Lh提供多个鼓型滑动环c^:。 il些才^然后^A面 紅切割，并iLit些环^^話而提供规的圆柱形夕卜表面。在滑动环4缺外 ii^处的，环然后通it^W。工形成凹槽等。这些凹槽然^Md所希望的
贵金属，多种配置的可移除汇^^系统以便实船'J已镀环凹槽的公共电气 连接。
"-^:的，对这些环的连接通过传输线结构而便于实现，该传^结构包括
■H4^M^(plated-throughvia),该鹏以一种希望的物理结构糊己置，从而提供希望的阻抗受控传输线。在典型的应用中，^^连接通过^^t^
结构的一端而形成，并JJf端电阻穿过该^t^il^结构的相对端^^0，沿 着^^ 的中间^1形^"这些环中适当的一个环的连接。在一个示例性 的鼓型滑动环模块中，实现了M活动环(如，,如己置为三个或四个环的三个 组，以与屏蔽X^^^双同轴传输线一^f^J )。馈雄it^通常净颠己置为穿过 滑动环PCB的整个厚度，并^目反的表面离开，尽管也可以^M)盲孑L^构。如
上面所提到的，焊盘可以净i^用以便于表面安^iU^v式电PJif端的连接。需 要i^的是，滑动环4狭的这些环可以以多种方^^皮*，包括从单点连接到 多点连接。典型地，脱存、的数t^^择为带宽和阻抗的函lt
需^",的是，4^t本发明配置的鼓型滑动环4缺可以通过多种不同的方 法絲造。"~^的，当导电环为相对狄(針盎司)的铜时，齡片的流动 能力应该被考虑以^5t当^>真充铜空腔。^i支型滑动环^狭中^^的材料的介 电常数^J员耗角正切电气性能也应该被考虑以便在更高的信号速度(如lGHz
以及更高)时提供希望的带宽。通常，选##料时需要考虑接合片相对于铜和 芯材料表面的粘结性能。进一步的，还需要考虑对于船^^的^M脂区域的 4tlt粘结性能。另外，也可以选择易于在车^Jii口工的材料。当选择用于滑动
环4^:的材料时，iE需^^虑Z轴膨胀，其影响用于fif产品热^^^^求的
镀通孔可靠性。
"^地，该实现的接合系统应该提^^过通常工业流动和填^"求的流动 。必须针对所^^I的^f可材料类型识别增加流动性的因素。典型地，材料 流动^lfci要受到热量上升、层叠压力g合片玻璃编织类型以;su目关联的初
始环Wt脂^i:的影响。热量上升增加，与其它因素-^,通常增加齡片填 充铜空腔的能力，例如蚀刻的io盎司铜。层叠压力也可以影响环氧的流动和填 充能力。进一步的，还可以^ 1具有更高典型树脂賴的齢片錄高流动和 填充。
介电常数^a耗角正切可以絲地影响带宽，特别是在频率超过lGHz时。
-^的，应该基于结构的可靠',高速信号性育fe^择用i^狭的材料。
#4^本发明，可以容易地制造具有在大约0.280英寸和0.480英寸之间的厚 度，JL^终孑U^寸4^15分比率想'J 14比1的滑动环。
参考附图1和1A，鼓型滑动环>^:100被示出，其包括多个环，分别被标
8识为102，被多个中间介电层104分隔开，这些中间介电层104将这些导电环 102电气隔离。如在附图1A中穿过顶部个电层104示出的那样，模块IOO包括 多个掩埋的^Jt^106，它们^^^到多^Hti^il^llO中的不同的一个，这 些舰110 M^執100的一个表面延伸到才狭100的相錄面上。才狭100还 包括中央接地面iti洛108,其净皮中央布置在穿过环102和介电层104设置的孔 107内。在典型应用中，每个导电环102的夕Npii^包括用于叙内电刷块的触头 的凹槽。^^Ji^E所提出的方法，可以构造具有超聰一脉的厚度的才狭。 在一个应用中，导电环102的厚度可选择为大约15密耳(mil)(例如10盎司/ 平方K的铜密度)。需^"理解的是，滑动环4狭可以用具有大于或者小于10 盎司铜的厚度的导电环a造。
附图2示出了鼓型滑动环^狭200， ^^有六个导电环202，连同相关联的 ，线206，以K个屏蔽层212。环202通过介电层204^b之间净皮电气隔离， 并与中央itiSl^地面208也电气隔离。力^出的那样，屏g212^fe^接到布 S^孔207内的中央il^^地面208。
参考附图3，示出了包括单点4t^ 306的鼓型滑动环才^: 300的一个相关 部分。如示出的那样，介电层304将中央iti^^地面308与环302电气隔离。 每个环302通过不同的单点^Jt^306^^接到不同的^l^i^310。
转到附图4，其示出了一种与附图3中的才缺300相翻以的鼓型滑动环4狭 400，不同^t^于模块400包括具有正交^线406的环402,正交g线406 将环402中的^H^^到多^Hti^iW"410中的一个。与^300相似， 模块400包括介电层404，其将环402 ;fe匕之间电气隔离并且与中央^^地面 408 (布M孔407内)电气隔离。
因此，i^描述了鼓型滑动环4狄以及制造该才狭的方法，^€供了能够 >|^1过5GHz的频*怍的相对较小的模块。用于输A^输出连接至高频滑动 环—狭的传输^M结构将组件完成，从而形成节约^^易于制造的设计。 附图5示出了一个这样的实施例，其包樹'j用阻抗受控印刷电^^W实现的 夕Wt^，该技术^^I刚'l"沐柔4:li^以制造多通道高频滑动环4狭。在附 图5中，滑动环模块500与电气连接器502 "-^被安装到刚性PC板501上， 并且HIL^受控传^^将滑动环^^^和连接器相互连接。滑动电，头503被安 點'j乘l"生传m 504，该乘性传麟504还被安^ij电^H^接器505，同样利用阻抗受控传输线实鹏Xi^接。
高频滑动环才狭可以通过^^更传统的层叠环^^来实现，通过并入中央
金Jr^地面圓筒，以及提供对这些环的PJL^受控传,连接，使^R"有PCB技 术的一些优点，包括与示出PCB才i^的附图中示出的这些相似的;U可形状。
上面的描述^i,皮浮JM;本发明的M实施例。对^4页域4支^Mv员和应用或使
用本发明的人员来说，本发明还可以具有多种变形方式。因此，需妙道的是， 在附图中示出的以;sji面描述的这些实施方式仅仅是出于示意的目的，并不是 对本发明范围的限制，本发明的范围是由下面的^U'J要求来限定的，才娥专利 法相关条款的解释，这些 '虔求的微范围还包括其等同#1^式。
权利要求
1、一种鼓型滑动环模块，包括多个层叠的导电环；将所述导电环电气隔离的多个介电层，其中每个介电层包括中央布置的孔；以及定位在所述中央布置的孔中的圆柱形接地面，其中该模块被配置成在该模块的外表面处提供对所述环中的每一个的电气连接。
2、 ^5U'JJ^求1的才狭，其中该^^通过印刷电械(PCB) :^MM^ito
3、 ^U'J^求1的才缺，其中该滑动环v^有^/f匕的高频性能，^"有数G赫 兹的操作带宽。
4、 ^5U'J要求1的才^:，其中该m的直径可以是任意的尺寸。
5、 ^UF'J^"求1的模块，其中所述环中的^"个^^^到4^里的^i^，该
6、 权矛J^"求5的才狭，其中所述环^c^成第一环纟脉第^;组，每个环组包括至少两个环，并且其中该^^进一步包括^^到第一环《脉第3组之间的屏蔽层，其中该屏^^被电气^^到圆 柱形接地面。
7、 1鼓型滑动科狭，包拾 多个层叠的导电环；将所述导电环电气隔离的多个介电层，其中每个个电层包括中央布置的孔； 以及定錄所述中央布置的孔中的圆柱形接地面，其中该^fefi^置为在该模 块的夕卜表面处提供对每个环的电^^接，并且其中该滑动环4^fet过印刷电路板(PCB)絲辆造。
8、 一种与权矛J^求7相翻以的鼓型滑动环才執，区别在于该滑动环4^^通 过单独层叠的环和纟&^体,造。
9、 ；M'J^求7的模块，其中所述环中的"^个^M^到掩埋的馈送线，该部设备。
10、 一种鼓型滑动环^^:，包拾 多个层叠的导电环；将所述导电环电气隔离的多个介电层，其中每恃电层包括中央布置的孔; 定#中央布置的孔中的圆柱形接地面，其中该才^M^m置为在该才狭的 夕卜表面处提供对所舰中的^—个的电^^接；以及至少一个屏g，布置在两个环之间并电气itk^^到该圆柱形接地面。
全文摘要
一种使用在接触型通信系统中的高频鼓型滑动环模块(100)。该模块使用PCB技术构造，从而构造多个层叠的导电环(102)以及将这些导电环电气隔离的多个介电层(104)。这些介电层中的每一个包括中央布置的孔(107)。该模块还包括布置在该中央布置的孔内的圆柱形接地面(108)。该模块被配置为在该模块的外表面处提供对每一个环的电气连接。每一组馈送线通路可以被设计为具有对每个环组的连接的阻抗受控传输线。本发明中描述的结构可以形成具有从DC到5GHz或者更高带宽的滑动环传输线结构，使得可以使用该滑动环来传输数G比特的数字信号流。
文档编号H01R39/08GK101578743SQ200880001400
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月2日 优先权日2007年5月15日
发明者D·S·科尔曼, J·T·盖伦 申请人:莫戈公司