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WO2017220817A1 - Bauteile für steckverbinder - Google Patents

Bauteile für steckverbinder Download PDF

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Publication number
WO2017220817A1
WO2017220817A1 PCT/EP2017/065711 EP2017065711W WO2017220817A1 WO 2017220817 A1 WO2017220817 A1 WO 2017220817A1 EP 2017065711 W EP2017065711 W EP 2017065711W WO 2017220817 A1 WO2017220817 A1 WO 2017220817A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ceramics
component according
ceramic
aluminum
porcelain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/065711
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Betz
Gerhard Günthner
Rainer KOTSCHENREUTHER
Roland Leneis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceramtec GmbH filed Critical Ceramtec GmbH
Publication of WO2017220817A1 publication Critical patent/WO2017220817A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/533—Bases, cases made for use in extreme conditions, e.g. high temperature, radiation, vibration, corrosive environment, pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/60—Contacts spaced along planar side wall transverse to longitudinal axis of engagement

Definitions

  • the invention relates to components for connectors, in particular connectors with a data transmission function, a charging function, a power supply function or a combination thereof.
  • USB connectors which are widely used in the field of computer and mobile phone technology and allow the transmission of data while charging the connected device (transmission of electricity).
  • USB 3.0 allows data transfer rates of approximately 4 to 5 Gbit / s and a charging or power supply of 2 to 20 W
  • USB 3.1 SuperSpeed +
  • the heat generated during overheating can not be dissipated due to the poor thermal conductivity, which is why there is a risk that it leads to at least partial destruction of the component or even to a fire.
  • problems may arise due to the dielectric properties (permittivity) of commonly used plastics. Losses in the transmission and thus the signal quality of the transmission are dependent on the frequency, with plastics in particular at higher frequencies in some cases have too high permittivity and thus too high loss factors, which can lead to higher losses. The losses can cause heat, which, as already mentioned, can adversely affect the components, the cable or even the signal quality.
  • the object of the present invention was therefore to provide a connector which does not have the disadvantages known from the prior art.
  • the object can be achieved according to claim 1 by replacing components made of plastic in connectors with corresponding components that are not made of plastics.
  • Preferred embodiments are specified in the subclaims.
  • the materials suitable for the connectors according to the invention are preferably non-metallic, inorganic materials. Preference is therefore given in particular ceramic, porcelain, glass or composites thereof. Special materials are, in particular, the materials specified according to DIN EN 60672-3 (1999). In the present application, the terms listed there, z. B. C1 10 for quartz porcelain used.
  • the ceramics used are, in particular, titanates (C 300), preferably titanium dioxide (for example C 310, C 330, C 331) or magnesium titanate (C 320); Mullite (C 600), preferably mullite ceramics C 610 and C 620; Alumina ceramics, preferably the alumina ceramics C 780, C 786, C 795 and C 799, and pure and high-purity alumina ceramics (Al 2 O 3 content 92-96%, 99% or>99%); other oxides (C 800), zirconia ceramics, wherein the zirconia ceramics may be partially stabilized (eg, PSZ); Non-oxide ceramics (C 900), preferably aluminum nitride (C 910), boron nitride (C 920) silicon nitride (eg C 930, C935, SSN, HIPSN, RBSN), boron nitride, aluminum nitride or silicon carbides (eg LPSIC, SSIC, SISIC, R
  • % for ZTA ceramics wherein these ATZ or ZTA ceramics still chemical stabilizers or dispersoids can be added in the form of other metal oxides or mixed oxides into consideration.
  • Particularly preferred are mullite (C 600), alumina ceramics C 780, C 786, C 795 and C 799, and pure and high purity alumina ceramics (Al 2 O 3 content 92-96%, 99% or> 99%), zirconia ceramics and Mixed ceramics, preferably ZTA ceramics (mixtures of zirconium and aluminum oxide), preferably with a zirconium oxide content of up to 30 vol.%, Wherein these ATZ or ZTA ceramics still added chemical stabilizers or dispersoids in the form of other metal oxides or mixed oxides can be.
  • the term porcelain in particular comprises silicate materials, for example the porcelains specified in DIN EN 60672-3 (1999).
  • the porcelain is preferably selected from the group consisting of alkali aluminum silicates (C 100), preferably quartz porcelain (C 1 10, C 1 1 1), cristoballite porcelain (C 1 12), alumina porcelain (C 120, C 130) or lithium porcelain (C 140);
  • Suitable glass materials for the components according to the invention are glass materials with low dielectric losses at high frequencies.
  • An important feature of the ceramic used is good mechanical stability. Connectors are plugged in and unplugged several thousand times during use. In order to provide a long-lasting connector, in particular the bending strength is important for the ceramic.
  • the ceramic components for connectors should therefore have a bending strength of> 50 MPa, preferably> 100 MPa.
  • the components of the invention have in a preferred embodiment, a contact with which a contact between the connector and socket is made. Through this contact, the desired data transfer function, charging function, power supply function or combinations thereof can be realized.
  • the contacting according to the invention, which comprise the components, consist of one or more conductive regions.
  • the components of the invention may also have a shield.
  • the shield preferably also consists of one or more conductive areas, but differs from the contacting in that it does not provide the desired data transfer function, charging function,
  • Power supply function or combinations thereof is realized, but they shield the component or the connector and thereby increase, for example, the quality of data transmission.
  • the shielding can preferably be mounted on the rear side of the component according to the invention in order to realize the shielding effect.
  • the conductive region (s) according to the invention preferably consist of a conductive material of materials which consist predominantly, ie more than 65%, preferably more than 75%, particularly preferably more than 85%, of metals.
  • the materials can also be mixed, for example, with adhesion-promoting or other additives, such as glasses or polymeric materials.
  • Suitable metals for the conductive materials according to the invention are tungsten, silver, gold, copper, platinum, palladium, aluminum, nickel in each case in pure or technical quality, or mixtures / alloys of at least two different metals, preferably silver-based alloy, for example with copper (AgCu) or with tin (AgSn), palladium- or platinum-based alloys, for example with iridium (Ptlr 10), with nickel (PdNi 5) or tungsten (PtW 5), gold-based alloys, for example with silver (AuAg 20), with nickel or Cobalt (AuCo 0.7, AuCo 5 or AuCo10). Alloys are preferred since many metals are very soft in pure quality (eg gold) and therefore do not have the required stability for use in connectors.
  • gold-based alloys cobalt AuCo 0.7, AuCo 5 or AuCo 10.
  • the hard gold plating can also be applied as an additional (protective) layer to another metal or another alloy.
  • the conductive materials may also be reaction solders, soft solders or brazing alloys. It is advantageous that the conductive materials used have a higher thermal conductivity than the carrier body. Since the component according to the invention for electrical connectors is electrically insulating, the metal can simultaneously fulfill the function of electrical conductivity and thermal conductivity.
  • the application of the conductive materials can be accomplished by vapor deposition (metallization) of the conductive region, application and adhesion (by addition of a suitable adhesive), or other known technologies such as thick and thin film technologies.
  • the layer thickness of the conductive materials according to the invention of the conductive regions is ⁇ 15 ⁇ , preferably ⁇ 10 ⁇ , more preferably ⁇ 5 ⁇ .
  • the conductive materials of the conductive regions according to the invention may be connected over the full area or part of the area to the component according to the invention.
  • the connection can be made intimately or by mechanical positive locking.
  • the adhesion of the compound to the metal is important, so that the layer does not detach from the ceramic during insertion and removal of the connector.
  • the applied metal layer should therefore be able to withstand a peel force (force necessary to peel off the conductive material) of at least> 20 N / mm 2 , preferably> 40 N / mm 2 .
  • the spatial-physical design of the ceramic component depends on the specification of the respective connector.
  • the component according to the invention has recesses or depressions into which, for example, metal pins can be inserted, which ensure a secure and stable connection of the connector to the socket.
  • the recesses in which the metal pins can be introduced a tight tolerance, d. H. Max. 5%, preferably max. 2%, more preferably max. 1% of the dimension itself.
  • the ceramic components according to the invention therefore have a comb-like structure, wherein the metal pins can be accommodated in the intermediate spaces. Fig.
  • FIG. 1 shows a schematic section of a vertical sectional view of a comb-like structure, the comb teeth (1) and a base mold (2).
  • comb teeth (1) on the base mold (2) said recesses or depressions (3) are generated.
  • Fig. 1 is only a schematic drawing and the sharp corners and edges are more rounded production engineering.
  • the component with a comb-like structure has a specific ratio of the height of the comb-tooth to the width of the recess or recess.
  • the height of the comb tine of 1/3 of the width of the Recess or recess to be up to 5 times the width of the recess or depression, preferably from Vi the width of the recess or depression up to 2 times the width of the recess or recess.
  • the component can be used in a USB connector.
  • the component according to the invention for use in connectors according to the USB 3.1 standard, in particular the USB 3.1 Micro Connector used.
  • Fig. 2 is an overall view of a component (5) according to the invention with a comb-like structure for a USB plug. In the comb-like recesses, the metal pins of the USB connector are arranged. On the upper side of the component according to the invention is a metal layer (4) for shielding.
  • the recesses or comb-like structures in the ceramic component according to the invention can be realized by additive application of so-called dams, by screen printing, 3D printing or dispensing. But it is also possible that the geometry is already produced by molding processes such as extrusion or dry pressing. Other ceramic molding techniques such as injection molding, hot pressing or stamping may also be used to introduce the recesses or comb-like structures already during the molding process.
  • the component according to the invention is preferably halogen-free and complies with the RoHS directives (201 1/65 / EU).

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft keramische Bauteile für Steckverbinder, insbesondere Steckverbinder mit einer Datenübertragungsfunktion, einer Ladefunktion, einer Stromversorgungsfunktion oder einer Kombinationen daraus.

Description

Bauteile für Steckverbinder
Die Erfindung betrifft Bauteile für Steckverbinder, insbesondere Steckverbinder mit einer Daten ü bertrag ungsfunktion, einer Ladefunktion, einer Stromversorgungsfunktion oder einer Kombinationen daraus.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Arten von Steckverbindern, also Bauteilen zum Verbinden von Leitungen, bekannt, die zur Übertragung von elektrischem Strom, Audio- und/oder Videosignalen, Telefonsignalen, Daten oder Kombinationen daraus genutzt werden können. Eines der bekanntesten Beispiele sind USB-Steckverbinder, die im Bereich der Computer- und Mobilfunktechnologie weit verbreitet sind und die Übertragung von Daten bei gleichzeitigem Aufladen des angeschlossenen Geräts (Übertragung von elektrischem Strom) ermöglichen.
Der allgemeine Trend in der Computer- und Mobilfunktechnologie zu immer schnelleren Datenübertragungen und geringeren Ladezeiten betrifft daher auch die Steckverbinder, die für die Datenübertragung und/oder die Übertragung von elektrischem Strom zwischen zwei jeweiligen (Geräte-)Anschlüssen verwendet werden. Im Bereich der USB-Technologie ist die Funktion der Stecker gemäß der jeweiligen Normung bzw. Spezifikationen gegliedert, wobei die aktuellsten Spezifikationen USB 3.0 und USB 3.1 sind. Während USB 3.0 Datenübertragungsraten von etwa 4 bis 5 Gbit/s und eine Lade- bzw. Versorgungsleistung von 2 bis 20 W zulassen, soll der zukünftige USB 3.1 (SuperSpeed +) Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gbit s und Lade- bzw. Versorgungsleistung von 100 W oder mehr ermöglichen.
In näherer Zukunft sollen auch Datenübertragungsraten von deutlich mehr als 10 Gbit/s realisiert werden. Wie weit diese Entwicklungen in den nächsten 10 oder 20 Jahren gehen werden, ist zwar noch offen. Es kann allerdings davon ausgegangen werden, dass der Trend zu schnelleren Verbindungen und Übertragungsraten dann nicht beendet sein wird, sondern weiteren Steigerungen unterworfen sein wird, die letztendlich erst durch adäquate Steckverbinder verwirklicht werden können. Derzeit besteht das Problem, dass es für derartig hohe Lade- bzw. Versorgungsleistungen weder Zubehör wie Kabel gibt, noch sind die bisher bekannten Stecker und Sockel dafür ausgelegt. Der Grund dafür ist eine erhöhte Brandgefahr bzw. die Erhitzung von Bauteilen über eine bestimmte kritische Temperatur hinaus, da in den bekannten Steckern und Sockeln Kunststoffbauteile verwendet werden. Bei diesen Kunststoffteilen kann es nämlich zu lokalen Überhitzungen kommen, beispielsweise an Stellen, die Verunreinigungen aufweisen oder wo eine schlechte Kontaktierung besteht. Die bei der Überhitzung entstehende Wärme kann aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit nicht abgeleitet werden, weshalb die Gefahr besteht, dass es zur mindestens partiellen Zerstörung des Bauteils oder sogar zu einem Brand kommt. Auch hinsichtlich der hohen Datenübertragungsraten kann es aufgrund der dielektrischen Eigenschaften (Permittivität) von üblicherweise verwendeten Kunststoffen zu Problemen kommen. Verluste bei der Übertragung und damit die Signalqualität der Übertragung sind von der Frequenz abhängig, wobei Kunststoffe insbesondere bei höhere Frequenzen teilweise eine zu hohe Permittivität und damit zu hohe Verlustfaktoren haben, wodurch es zu höheren Verlusten kommen kann. Durch die Verluste kann Wärme entstehen, die sich wie bereits erwähnt, nachteilig auf die Bauteile, das Kabel oder auch die Signalqualität auswirken kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Steckverbinder bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe kann nach Anspruch 1 durch das Ersetzen von Bauteilen aus Kunststoff in Steckverbindern mit entsprechenden Bauteilen, die nicht aus Kunststoffen gefertigt sind, gelöst werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die für die erfindungsgemäßen Steckverbinder geeigneten Materialen sind vorzugsweise nicht-metallische, anorganische Materialien. Bevorzugt sind deshalb insbesondere Keramik, Porzellan, Glas oder Komposite daraus. Spezielle Werkstoffe sind insbesondere, die nach DIN EN 60672-3 (1999) spezifizierten Werkstoffe. In der vorliegenden Anmeldung werden auch die dort geführten Bezeichnungen, z. B. C1 10 für Quarzporzellan, verwendet. Als Keramik kommen insbesondere Titanate (C 300), bevorzugt Titandioxid (z. B C 310, C 330, C 331 ) oder Magnesiumtitanat (C 320); Mullite (C 600), bevorzugt die Mullitkeramiken C 610 und C 620; Aluminiumoxid-Keramiken, bevorzugt die Aluminiumoxidkeramiken C 780, C 786, C 795 und C 799, sowie reine und hochreine Aluminiumoxidkeramiken (AI2O3-Gehalt 92-96%, 99% oder > 99%); andere Oxide (C 800), Zirkoniumoxid-Keramiken, wobei die Zirkoniumoxid-Keramiken teilweise stabilisiert sein können (z. B. PSZ); Nichtoxidkeramiken (C 900), bevorzugt Aluminiumnitrid (C 910), Bornitrid (C 920) Siliziumnitrid (z. B. C 930, C935, SSN, HIPSN, RBSN), Bornitrid, Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbide (z. B. LPSIC, SSIC, SISIC, RSIC, NSIC); und Mischkeramiken, bevorzugt ATZ-Keramiken und ZTA- Keramiken (Mischungen aus Zirkonium- und Aluminiumoxid), vorzugsweise mit einem Aluminiumoxid-Gehalt von bis zu 30 Vol.% für ATZ-Keramiken, bzw. einem Zirkonoxid-Gehalt von bis zu 30 Vol.% für ZTA-Keramiken, wobei diesen ATZ- oder ZTA-Keramiken noch chemische Stabilisatoren oder Dispersoide in Form von weiteren Metalloxiden oder Mischoxiden zugegeben werden können, in Betracht. Besonders bevorzugt sind Mullite (C 600), Aluminiumoxidkeramiken C 780, C 786, C 795 und C 799, sowie reine und hochreine Aluminiumoxidkeramiken (AI2O3-Gehalt 92-96%, 99% oder > 99%), Zirkoniumoxid-Keramiken und Mischkeramiken, bevorzugt ZTA-Keramiken (Mischungen aus Zirkonium- und Aluminiumoxid), vorzugsweise mit einem Zirkonoxid-Gehalt von bis zu 30 Vol.%, wobei diesen ATZ- oder ZTA-Keramiken noch chemische Stabilisatoren oder Dispersoide in Form von weiteren Metalloxiden oder Mischoxiden zugegeben werden können.
Der Begriff Porzellan umfasst insbesondere Silikat- Materialien, beispielsweise die in der DIN EN 60672-3 (1999) spezifizierten Porzellane. Das Porzellan ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkali-Aluminiumsilikaten (C 100), bevorzugt Quarzporzellan (C 1 10, C 1 1 1 ), Cristoballitporzellan (C 1 12), Tonerdeporzellan (C 120, C 130) oder Lithiumporzellan (C 140); Magnesiumsilikate (C 200), bevorzugt Steatit (C 210, C 220, C 221 , C230) oder Forsterit (C 240, C250); Erdalkali-Aluminiumsilikate (C 400), bevorzugt Cordierit (C 410), Celsiane (C 420), Kalzium-basierte Erdalkali-Aluminiumsilikate (C 430) oder Zirkon-basierte Erdalkali- Aluminiumsilikate (C 440); und Aluminium- und Magnesiumsilikate (C 500), bevorzugt Werkstoffe auf Aluminiumsilikatbasis (C 510, C 530), auf Magnesium- Aluminiunnsilikatbasis (C 51 1 , C 512) oder auf Cordieritbasis (C 520). Besonders bevorzugt ist Tonerdeporzellan (C 120, C 130).
Als Glas eigenen sich für die erfindungsgemäßen Bauteile Glasmaterialien mit niedrigen dielektrische Verluste bei hohen Frequenzen. Ein wichtiges Merkmal der verwendeten Keramik ist eine gute mechanische Stabilität. Steckverbinder werden während ihrem Einsatz mehrere tausend Mal ein- und wieder ausgesteckt. Um einen langlebigen Steckverbinder bereitzustellen, ist für die Keramik insbesondere die Biegebruchfestigkeit wichtig. Die keramischen Bauteile für Steckverbinder sollten deshalb eine Biegebruchfestigkeit von > 50 MPa, bevorzugt > 100 MPa aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Bauteile weisen in einer bevorzugten Ausführungsform eine Kontaktierung auf, mit der ein Kontakt zwischen Steckverbinder und Buchse hergestellt wird. Über diesen Kontakt kann die gewünschte Datenübertragungsfunktion, Ladefunktion, Stromversorgungsfunktion oder Kombinationen daraus realisiert werden. Die erfindungsgemäße Kontaktierung, die die Bauteile umfassen, bestehen aus einem oder mehreren leitfähigen Bereichen.
Die erfindungsgemäßen Bauteile können außerdem eine Schirmung aufweisen. Die Schirmung besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem oder mehreren leitfähigen Bereichen, unterscheiden sich von der Kontaktierung aber dadurch, dass damit keine der gewünschten Datenübertragungsfunktion, Ladefunktion,
Stromversorgungsfunktion oder Kombinationen daraus realisiert wird, sondern sie das Bauteil bzw. den Steckverbinder schirmen und dadurch beispielsweise die Qualität der Datenübertragung erhöhen. Die Schirmung kann beim erfindungsgemäßen Bauteil vorzugsweise rückseitig angebracht werden, um die schirmende Wirkung zu realisieren.
Mit einem oder mehreren leitfähigen Bereichen zur Schirmung können beispielsweise zusätzlich in oder an das Bauteil an- oder einzulegende Metallfolien o. ä. eingespart werden. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen, bei denen zusätzlich an- oder einzulegende Metallfolien statt der leitfähigen Bereiche verwendet werden. Der bzw. die erfindungsgemäßen leitfähige(n) Bereich(e) bestehen aus einem leitfähigen Material bevorzugt Materialien, die überwiegend, d. h. zu mehr als 65 %, bevorzugt zu mehr als 75 %, besonders bevorzugt zu mehr als 85 % aus Metallen bestehen. Die Materialien können neben Metallen nämlich auch beispielsweise mit Haft vermittelnden oder anderen Zuschlagstoffen wie Gläsern oder polymeren Materialien vermischt sein.
Erfindungsgemäß geeignete Metalle für die leitfähigen Materialien sind Wolfram, Silber, Gold, Kupfer, Platin, Palladium, Aluminium, Nickel jeweils in reiner oder technischer Qualität, oder Mischungen / Legierungen aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallen, vorzugsweise silberbasierte Legierung, beispielsweise mit Kupfer (AgCu) oder mit Zinn (AgSn), Palladium- oder Platin-basierte Legierungen, beispielsweise mit Irdium (Ptlr 10), mit Nickel (PdNi 5) oder Wolfram (PtW 5), goldbasierte Legierungen, beispielsweise mit Silber (AuAg 20), mit Nickel oder Cobalt (AuCo 0,7, AuCo 5 oder AuCo10). Bevorzugt sind dabei Legierungen, da viele Metalle in reiner Qualität sehr weich sind (z. B. Gold) und daher nicht die erforderliche Stabilität zum Einsatz in Steckverbindern aufweisen.
Bevorzugt sind dabei insbesondere goldbasierte Legierungen Cobalt (AuCo 0,7, AuCo 5 oder AuCo10) als leitfähiges Material. Andererseits kann die Hartvergoldung aber auch als zusätzliche (Schutz)Schicht auf ein anderes Metall oder eine andere Legierung aufgebracht werden.
Die leitfähigen Materialien können aber auch Reaktionslote, Weichlote oder Hartlote sein. Vorteilhaft ist, dass die eingesetzten leitfähigen Materialien eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Trägerkörper aufweisen. Da das erfindungsgemäße Bauteil für Steckverbinder elektrisch isolierend ist, kann das Metall gleichzeitig die Funktion elektrische Leitfähigkeit und thermische Leitfähigkeit erfüllen.
Das Aufbringen der leitfähigen Materialien kann durch Aufdampfen (Metallisieren) des leitfähigen Bereiches, durch Auftragen und Verkleben (durch Zusatz eines geeigneten Haft- bzw. Klebstoffes) oder andere bekannte Technologien wie Dick- und Dünnschichttechnologien erfolgen. Die Schichtdicke der erfindungsgemäßen leitfähigen Materialen der leitfähigen Bereiche beträgt < 15 μητι, bevorzugt < 10 μητι, besonders bevorzugt < 5 μηη .
Die erfindungsgemäßen leitfähigen Materialen der leitfähigen Bereiche können vollflächig oder teilflächig mit dem erfindungsgemäßen Bauteil verbunden sein. Dabei kann die Verbindung innig oder durch mechanischen Formschluss erfolgen. Dabei ist die Haftfestigkeit der Verbindung zum Metall wichtig, damit sich die Schicht während des Ein- und Aussteckens des Steckverbinders nicht von der Keramik ablöst. Die aufgebrachte Metallschicht sollte deshalb eine Abzugskraft (Kraft die notwendig ist, um das leitfähige Material abzulösen) von mindestens > 20 N/mm2, bevorzugt > 40 N/mm2 aushalten können.
Die räumlich-körperliche Ausgestaltung des keramischen Bauteils hängt von der Spezifizierung des jeweiligen Steckverbinders ab. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Bauteil Aussparungen bzw. Vertiefungen auf, in die beispielsweise Metallpins eingesetzt werden können, die eine sichere und stabile Verbindung des Steckverbinders mit der Buchse gewährleisten. Um die erfindungsgemäßen Steckverbinder mit Bauteilen passgenau in eine entsprechende Buchse einzubringen ist es notwendig, dass die Aussparungen in denen die Metallpins eingebracht werden können eine enge Toleranz, d. h. max. 5 %, bevorzugt max. 2 %, besonders bevorzugt max. 1 % der Abmessung selbst besitzen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen keramischen Bauteile deshalb eine kammartige Struktur auf, wobei die Metallpins in die Zwischenräume aufgenommen werden können. Fig. 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einer vertikalen Schnittansicht einer kammartigen Struktur, die Kammzinken (1 ) und eine Basisform (2) umfasst. Durch die Kammzinken (1 ) auf der Basisform (2) werden die genannten Aussparungen bzw. Vertiefungen (3) erzeugt. Es sei darauf hingewiesen, dass Fig. 1 nur eine schematische Zeichnung ist und die scharfen Ecken und Kanten fertigungstechnisch eher abgerundet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil mit kammartiger Struktur ein bestimmtes Verhältnis von Höhe des Kammzinkens zu Breite der Aussparung bzw. Vertiefung auf. So kann die Höhe des Kammzinkens von 1/3 der Breite der Aussparung bzw. Vertiefung bis zu dem 5-fachen der Breite der Aussparung bzw. Vertiefung betragen, vorzugsweise von Vi der Breite der Aussparung bzw. Vertiefung bis zu der 2-fachen Breite der Aussparung bzw. Vertiefung.
Insbesondere kann das Bauteil in einem USB-Steckverbinder eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Bauteil zum Einsatz in Steckverbindern nach dem USB 3.1 Standard, insbesondere dem USB 3.1 Micro Connector, verwendet.
Fig. 2 ist eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils (5) mit kammartiger Struktur für einen USB-Stecker. In die kammartigen Aussparungen werden die Metallpins des USB-Steckers angeordnet. Auf der Oberseite des erfindungsgemäßen Bauteils befindet sich eine Metallschicht (4) zur Schirmung.
Die Aussparungen oder kammartigen Strukturen im erfindungsgemäßen keramischen Bauteil können über additives Aufbringen von sog. Dämmen, durch Siebdruck, 3D-Druck oder Dispensen realisiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die Geometrie bereits durch Formgebungsverfahren wie Extrudieren oder Trockenpressen hergestellt wird. Andere keramische Formgebungsverfahren wie Spritzguss, Heißpressen oder Prägen können ebenfalls verwendet werden, um die Aussparungen oder kammartigen Strukturen bereits beim Formgebungsprozess einzubringen. Das erfindungsgemäße Bauteil ist vorzugsweise halogenfrei und erfüllt die RoHS- Richtlinien (201 1 /65/EU).

Claims

Patentansprüche
1 . Bauteil für Steckverbinder, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Keramik, Porzellan oder Glas besteht.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik aus der Gruppe, bestehend aus Titanaten (C 300), bevorzugt Titandioxid (z. B C 310, C 330, C 331 ) oder Magnesiumtitanat (C 320); Mulliten (C 600), bevorzugt die Mullitkeramiken C 610 und C 620; Aluminiumoxid-Keramiken, bevorzugt die Aluminiumoxidkeramiken C 780, C 786, C 795 und C 799, sowie reine und hochreine Aluminiumoxidkeramiken (AI2O3-Gehalt 92-96%, 99% oder > 99%); andere Oxide (C 800), Zirkoniumoxid-Keramiken, wobei die Zirkoniumoxid- Keramiken teilweise stabilisiert sein können (z. B. PSZ); Nichtoxidkeramiken (C 900), bevorzugt Aluminiumnitrid (C 910), Bornitrid (C 920) Siliziumnitrid (z. B. C 930, C935, SSN, HIPSN, RBSN), Bornitrid, Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbide (z. B. LPSIC, SSIC, SISIC, RSIC, NSIC); und Mischkeramiken, bevorzugt ATZ-Keramiken und ZTA-Keramiken (Mischungen aus Zirkonium- und Aluminiumoxid), vorzugsweise mit einem Aluminiumoxid-Gehalt von bis zu 30 Vol.% für ATZ-Keramiken, bzw. einem Zirkonoxid-Gehalt von bis zu 30 Vol.% für ZTA-Keramiken, wobei diesen ATZ- oder ZTA-Keramiken noch chemische Stabilisatoren oder Dispersoide in Form von weiteren Metalloxiden oder Mischoxiden zugegeben werden können, ausgewählt ist..
3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik aus der Gruppe, bestehend aus Mulliten (C 600), Aluminiumoxidkeramiken C 780, C 786, C 795 und C 799, sowie reine und hochreine Aluminiumoxidkeramiken (AI2O3-Gehalt 92-96%, 99% oder > 99%), Zirkoniumoxid-Keramiken und Mischkeramiken, bevorzugt ZTA-Keramiken (Mischungen aus Zirkonium- und Aluminiumoxid), vorzugsweise mit einem Zirkonoxid-Gehalt von bis zu 30 Vol.%, wobei diesen ATZ- oder ZTA-Keramiken noch chemische Stabilisatoren oder Dispersoide in Form von weiteren Metalloxiden oder Mischoxiden zugegeben werden können, ausgewählt ist.
4. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik eine Biegebruchfestigkeit von > 50 MPa, bevorzugt > 100 MPa aufweist.
5. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Porzellan aus der Gruppe bestehend aus Alkali-Aluminiumsilikaten (C 100), bevorzugt Quarzporzellan (C 1 10, C 1 1 1 ), Cristoballitporzellan (C 1 12), Tonerdeporzellan
(C 120, C 130) oder Lithiumporzellan (C 140); Magnesiumsilikate (C 200), bevorzugt Steatit (C 210, C 220, C 221 , C230) oder Forsterit (C 240, C250); Erdalkali-Aluminiumsilikate (C 400), bevorzugt Cordierit (C 410), Celsiane (C 420), Kalzium-basierte Erdalkali-Aluminiumsilikate (C 430) oder Zirkon-basierte Erdalkali-Aluminiumsilikate (C 440); und Aluminium- und Magnesiumsilikate (C
500), bevorzugt Werkstoffe auf Aluminiumsilikatbasis (C 510, C 530), auf Magnesium-Aluminiumsilikatbasis (C 51 1 , C 512) oder auf Cordieritbasis (C 520). Besonders bevorzugt ist Tonerdeporzellan (C 120, C 130), ausgewählt ist.
6. Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil einen oder mehrere leitfähige Bereiche aufweist.
7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Keramik ein oder mehrere Metall(e) oder Metallschichten aufgebracht werden, wobei diese Metall(e) oder Metallschichten bevorzugt vollflächig oder teilflächig mit dem erfindungsgemäßen keramischen Bauteil verbunden sind.
8. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Metall und Keramik innig oder durch mechanischen Formschluss erfolgt.
9. Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil kammartige Strukturen aufweist.
Steckverbinder, umfassend ein keramisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
1 1 . Steckverbinder nach Anspruch 8, wobei es sich um einen USB-Steckverbinder handelt.
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