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 (AI ₂ O ₃ -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 (AI ₂ O3-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/mm ² , bevorzugt > 40 N/mm ² 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).