用于印刷电路板的固定和接地触头的弹簧的制作方法

本公开涉及在用于电子部件的机壳（壳体）中用于印刷电路板（pcb）的固定和接地触头的弹簧。

背景技术：

螺钉被用作将各种工件固定在一起的方法，各种工件固定在一起成为将在本文献中探究和详细描述的示例的在汽车收音机的机壳中的pcb。由于存在将在高力下组装的许多零件，所以现今大多数电子设备具有大量的螺钉，以便保证其在其寿命期间的正确运转。类似汽车收音机的电子设备在其进入市场之前经历大量测试，且最重要的之一是保证当经历高力（如碰撞）时，机壳不移位。

关于电子设备，螺钉的使用是非常重要的，因为螺钉确保若干零件或部件的紧固以及电气接地。通过使用大量的螺钉解决了该问题，当在生产线上组装电子设备，例如小汽车的收音机时，这成为重要的问题，因为不仅许多螺钉具有缺陷，而且螺旋拧入激起削屑，其在与pcb部件接触时，由于在部件之间形成不希望的电气连接而可以引起功能障碍。当螺钉被用于将零件固定在一起时，这些问题难以解决。因此，本公开在没有螺钉的情况下满足汽车收音机的需求。

因此期望消除对于在pcb固定和接地触头上的螺钉使用的需要。

由于若干方面，现有的方法不满足该计划的需要。大多数发明隐含一个或多个附加零件的使用，从而使得汽车收音机的机壳的组装过程甚至更加复杂和昂贵（螺钉是非常便宜的附加零件），仅解决削屑问题，使得现有技术方案不足、昂贵或者两者兼有。

其他技术方案不仅隐含附加零件的使用，而且也不在pcb上应用足够的负载，从而仅能够应用于不要求在其零件之间存在这种提升的连接负载的如计算机（参见us6158594a、us20090219703a1和us7034223）或其他设备上的系统上。

当处于运动中时，机壳和pcb之间不足的负载可能允许pcb的振动和不牢固的紧固，或者甚至接地连接的电气连接的部分或全部损耗。错误的接地连接是一种故障，由于其可以引起不规律和非永久的失效模式，所以其通常非常难以诊断。

公开这些事实以便说明本公开所解决的技术问题。

技术实现要素：

本公开涉及在没有任何附加部件的情况下，在用于电子部件的机壳（壳体）中用于印刷电路板（pcb）的固定和接地触头的弹簧。该弹簧在制成机壳零件的同一片材金属上由级进模制成。该几何形状能够将电路板置于压缩负载下，以不仅固定pcb，也使用材料回弹弹性确保接地接触。压缩负载防止其振动和弯曲超过极限，从而在机壳（例如，如类似车辆的收音机的电子设备的机壳）的正常使用期间，得以保持所有部件完整无缺。

本公开能够消除螺钉或任何其他附加零件的使用，同时仍然能够形成电气接地和应用足够大以在部件的寿命周期期间固定pcb的接触负载。

为了解决上文中描述的要求，本公开描述了一种弹簧，其能够用足够的力，将pcb连接至相应机壳，同时在它们之间形成电气接地，且消除任何附加零件（诸如螺钉）的需要，且结果是，消除由螺旋拧入过程所导致的削屑。所设计的弹簧能够取代螺钉和弹簧（以与机壳不同的工艺和材料制成）两者的所有功能（诸如pcb的固定、板和机壳之间以及甚至在同一电路的部件之间的接地），因此，其用非常快速和简单的安装，消除了它们之间的电压差。由于从pcb至整个机壳形成电气接触，消除了电压差。在大电压峰值的情形中，电路将不被损坏，因为该电压的大多数将被输送至机壳。本实施例需要高压缩负载，使得其将pcb保持在其正确位置中，且吸收由动态诱发（solicitation）所导致的能量，因此避免由于其弹性行为所引起的振动。

为了实现那些目标，设计和开发了一种弹簧，其仅使用来自pcb固定在其中的机壳的材料。该弹簧模压（emboss）有具体地呈“城堡”的型式的凹部，在所述凹部中，发生pcb和机壳之间的接触。凹部或凸起的几何形状具体地具有回转锥形的整体形状，其在汽车片材金属零件中以其他目的被使用，诸如用于部件间隔，以及在汽车收音机制造中用于补偿容差。本公开还关注凸起部分（或者替代性地被称为内置部或凹部）周围的几何形状。

内置部周围的该几何形状由呈裂缝的形状的材料移除（例如，切口或缺口）组成，且其能够根据将在pcb上输入的变量配置，所述变量诸如轴向力和pcb厚度（或容差的设定）和弹簧的特征曲线（力相对移位）。

在该几何形状中，希望使用材料的回弹，以便加载pcb。裂缝的表面将被拉紧，且其弹性能量（回弹）将在pcb上应用所提及的负载，因此其在正常计划中将被完全固定于凹部表面。在将底部机壳（弹簧优选地置放在该处）紧固至顶部机壳之前，已沿pcb的所有方向紧固pcb，除了垂直于内置部的方向之外。在底部机壳的共位搭配（colocation）期间，凹部将进入与pcb的底部表面的接触，且将沿其法向方向变形，直到底部机壳到达其最终位置为止。一旦其发生，底部机壳和顶部机壳两者就必须紧固至彼此。在两个机壳都被紧固的情况下，裂缝上的回弹效应将在凹部中形成弹簧状行为，从而在最后一个方向上固定pcb，且在同一方向上吸收振动。所有其他方向使用来自底部机壳和顶部机壳的材料固定，从而消除弹簧效应的需要。在其余轴线中通过从由弹簧激起的压缩负载所得的摩擦负载吸收从动态诱发所得的能量。

弹簧配置成具体地弹性地和塑性地变形两者，使得塑性变形负责尺寸变化、容差和组装间隙的补偿；且弹性变形负责持久的压缩力。

将注意到，本公开也能够形成pcb和汽车收音机机壳之间的电气连接，从而以这种方式消除通常用于这种状况的小弹簧。

公开了用于pcb固定的金属片材弹簧，其包括中央凸起部分，所述中央凸起部分由多个模切臂连接至环绕中央凸起部分的周边部分，其中，所述中央凸起部分、所述模切臂和所述周边部分属于同一金属片材，其中，所述模切臂中的每一个均包括三个区段，第一径向区段连接到所述中央凸起部分和连接到第二弧形区段，所述第二弧形区段连接到第三径向区段，所述第三径向区段连接到所述周边部分。

在一实施例中，使所述模切臂变形，以便使所述中央凸起部分进一步沿所述中央凸起部分的凸起的方向移位。

在一实施例中，使所述模切臂变形，以便获得弹簧，其具有对抗所述中央凸起部分相对所述中央凸起部分的凸起的方向的移位的弹力。

在一实施例中，所述金属片材弹簧是用弹簧金属片材实现的用于pcb的电气触头。

在一实施例中，所述金属片材弹簧是用弹簧金属片材实现的用于pcb的接地电气触头。

在一实施例中，所述中央凸起部分的凸起的方向垂直于弹簧金属片材。

在一实施例中，所述模切臂的弧形区段和所述中央凸起部分是圆形。

在一实施例中，所述模切臂的径向区段和弧形区段的几何中心是所述中央凸起部分的几何中心。

在一实施例中，所述周边部分是包括圆孔的表面，所述中央凸起部分和所述模切臂布置在所述圆孔中。

根据前述权利要求中的任一项所述的用于pcb固定的金属片材弹簧，其中，所述中央凸起部分是土丘形、截头圆锥形或截头锥体。

在一实施例中，所述模切臂的数量是四。替代性地，臂的数量可以是2、3、5、6、7或8。能够关于所要求的金属片材弹簧的特征曲线（力-移位曲线）根据要求确定臂的数量。

在一实施例中，能够通过单个金属片材的模冲压获得金属片材弹簧。

在一实施例中，能够通过单个金属片材的级进模冲压获得金属片材弹簧。

在一实施例中，能够通过从金属片材冲除多个穿通的裂缝来获得模切臂，其中，所述裂缝与所述模切臂数量相同，并且其中，所述穿通的裂缝中的每一个均包括三个区段，第一弧形区段连接到第二径向区段，所述第二径向区段连接到第三弧形区段。

可以根据上文中所指示的那样计算金属片材厚度的尺寸和模切臂的区段的宽度。优选地，模切臂的区段的宽度的计算与金属片材厚度相互关联。

在一实施例中，所述弹簧金属片材的厚度是0.2-5mm，具体地0.5-2mm。

在一实施例中，所述模切臂的第一径向区段的宽度是0.2-10mm，具体地0.5-5mm。

在一实施例中，所述模切臂的第二弧形区段的宽度是0.2-10mm，具体地0.5-5mm。

在一实施例中，所述模切臂的第三径向区段的宽度是0.2-10mm，具体地0.5-5mm。

还公开了一种金属片材机壳，其包括一个或多个根据前述权利要求中的任一项所述的金属片材弹簧。

还公开了一种汽车收音机，其包括根据前述权利要求所述的金属片材机壳。

还公开了用于获得用于pcb固定的金属片材弹簧的一种方法，所述方法包括如下步骤：

从金属片材部分冲压用于所述金属片材弹簧的中央凸起部分；以及

从所述金属片材冲出多个穿通的裂缝，以便形成所述中央凸起部分，所述中央凸起部分通过多个模切臂连接至环绕所述中央凸起部分的周边部分；

其中，所述模切臂中的每一个均包括三个区段，第一径向区段连接到所述中央凸起部分且连接到第二弧形区段，所述第二弧形区段连接到第三径向区段，所述第三径向区段连接到所述周边部分。

在一实施例中，方法还包括使所述模切臂变形以使所述中央凸起部分进一步沿所述中央凸起部分的凸起的方向移位的步骤。

在一实施例中，同时执行所述步骤。

在一实施例中，逐步执行所述步骤。

还描述了根据所描述的实施例中的任一实施例的用于获得根据所描述的实施例中的任一实施例的用于pcb固定的金属片材弹簧的方法。

应当注意的是，凸起部分提供凹部或突起，取决于凸起的金属片材的哪一侧被用作参考，并且几何形状取决于材料厚度且还取决于压力机吨位容量。通常，侧壁角度是45°或更少，但是可以更高。在本公开中，由于对于确保pcb的适当接触和支持而言必要，高度通常是材料的厚度的2-5倍，具体地3倍，但是可以更高。

附图说明

以下附图提供用于说明说明书的优选实施例，且不应当被视为限制本公开的范围。

图1：弹簧几何形状和内置部（10）的实施例的俯视图的示意性表示。

图2：内置部（10）的实施例的侧视图的示意性表示。

图3：弹簧的实施例的横截面的透视图的示意性表示（在片材金属厚度中的变化可能不按照比例）。

图4：配备有弹簧（31至34）的机壳（30）的实施例的仰视图的示意性表示。

图5：关于汽车收音机的机壳的指定安装方法的实施例的第一步骤的示意性表示，冲头（40）使表面（11、21）（图1）移位。

图6：在机壳安装的实施例中的第二步骤的示意性表示，并且其中内置部（10）（图1）变形且pcb固定，使底部机壳（30）（图4）的移位开始，所述底部机壳（30）包含沿pcb（50）的表面的法向方向的弹簧31至34。

图7：pcb（50）和底部机壳（30）（图4）处于其最终位置中的实施例的示意性表示，内置部（10）（图1）的表面（21）（图2）与pcb（50）接触，将其置于足够大以紧固其的负载下。

具体实施方式

将描述对片材金属具有直接影响的弹簧几何形状的变型，因为取决于目的，弹簧能够取得不同几何形状，因此其表现不同，且更适用于手中的任务。开发图1和图3中呈现的几何形状以便将pcb固定至电子设备的金属机壳，其要求重的压缩负载以便紧固pcb，且在外部诱发（solicitations）（像例如汽车运动、制造过程中的掉落（高达100g）和汽车碰撞（高达65g））的情况下坚持。

不论弹簧的复杂度，在弹簧弹性常数中存在两个最重要的因子：在裂缝（rip）的内带（2）和裂缝的外带（1）之间的距离（4），以及源自裂缝的连续的外带之间的距离（3）。随着（3）和（4）之间的距离增大，使弹簧弹性变形所必需的力也增大。使更多材料变形（区域3和4）的缺点在于，不仅弹簧将施加和吸收更大的负载，而且在底部机壳和顶部机壳置放期间，将需要巨大的负载以使带变形，这可以引起pcb中的损伤，且潜在地使人不可能安装两个机壳。而且必须计算待变形的材料的量，使得其施加和吸收期望的负载，也必须使得回弹移位足够大，使得其吸收具有期望振幅的振动。在该情形中，串带（string）包含四个裂缝（9），每个裂缝（9）包含一个内带和一个外带，然而，根据用弹簧实现的目标，其总是能够包含多种多样的裂缝，比如更小数量的裂缝将导致更大量的材料变形（区域3和4将增加），这相应地将导致更高的负载被施加在pcb上。使弹簧正确发挥功能的裂缝的最小数量是二，因为其必须是围绕内置部的对称几何形状，以产生应用于pcb的恒定负载。弹簧在其中制成的片材金属（8）的材料能够是多种多样的金属，由于其良好的回弹特征，在模拟中使使用的材料是6000系列铝合金。在使用不同材料的情形中，几何形状（裂缝的数量和它们之间的距离）可能需要不同，以便具有相同的弹性行为。城堡的上位直径（superiordiameter）（7）和裂缝的内部（inferior）带（2）之间的脱离部（5）也在弹簧弹性行为中具有重要角色，该弹簧弹性行为与使弹簧变形所必需的力和脱离部（5）成正比。

就凸起（10）的形成而言，根据应用，其尺寸能够获得各种值。在该情形中，一旦凸起负责通过汽车收音机的金属机壳在pcb上加载，由于所讨论的机壳和pcb的大尺寸以及汽车应用的苛刻要求，尺寸就相当大。不论如何，根据待安装的设备的大小，尺寸能够更小或更大。本公开能够适用于使用金属机壳的不同类型的电子设备，诸如膝上型电脑、移动电话、台式机、电视等。如图2中所示，表面（21）提供所公开的凸起和pcb之间的接触，从而应用固定其所必需的压力。通过由（20）和（22）之间的距离限定的片材金属（25）厚度和由（20）和（21）之间的距离限定的内置部深度，也能够获得不同值，从而因此实现不同弹性行为。片材金属厚度越高，使弹簧拉紧所必需的力将越大（对于相同材料而言）。对于弹簧行为而言，凸起深度并不如此重要，但是对于底部机壳和pcb之间的距离而言，尽管深度更小，但弹簧的效应将越精确，原因在于凸起张力将对弹簧具有更小的影响。在任何情况下，凸起深度都不是在确定弹簧的尺寸时要考虑的重要尺寸（与弹簧臂相比较，凸起具有极大地减小的回弹效应）。元件23和24对应于在机壳的冲压期间的模具圆角轮廓。

在图4中，示出已经应用本公开的实际示例，汽车收音机机壳（30），在该情形中是底部机壳。先前描述的弹簧31-34置放在底部机壳中，战略性定位，使得其压在pcb中的指定位点中，将在底部机壳和顶部机壳的安装期间被置放和下压。

在汽车收音机领域中，由于机壳实施例的约束性封装，弹簧可以具有更复杂的安装方法。在图5中，示出方法的第一步骤，其中，冲头（40）推压凸起的表面（11）（图1），从而使其移位所要求的深度，所述深度取决于应用，是大约1mm。结果，如图6中所示，金属带将变形。该操作意图在压抵pcb时，维持金属带处于机壳的外部限制内。

一旦使凸起变形，下一个步骤就对应于pcb/机壳置放。确认使用来自顶部机壳的材料固定pcb，能够开始机壳定位。如图6中所示，表面（21）将进入与pcb（50）的接触，在这两个部件彼此触碰之后，应当在底部机壳上输入等于在凸起变形中输入的移位（在先前段落中提到是大约1mm）的移位，因此弹簧变形不破坏凸起封装。

优选地，必须确保部件仅沿图6中所示的方向运动，即，沿关于部件的表面的法向方向。pcb能够容易地用刚性连接在其他方向上固定，一旦动态诱发出现，将通过对该表面的法向负载在pcb表面上形成的摩擦负载进行吸收。

至少，在pcb和片材金属两者都固定的情况下，弹簧效应将使pcb处于一力下（图7），因此pcb被正确地固定，且也防止其受到能够损伤其部件的不希望的振动的影响。如先前提到的那样，通过弹簧施加在pcb上的力值取决于所设计的几何形状，在该情形中，开发一种支持汽车收音机的pcb的几何形状，因此，需要带有高力的弹簧（每一个弹簧300n）。然而，其能够被设计为这种几何形状的变型，以取决于设备和该设备在其寿命中必须承受的条件，应用减少或者提升很多的力。

每当在本文献中使用时，术语“包括”旨在指示所陈述的特征、整体、步骤、部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、部件或其集合的存在或添加。

本公开不应当被视为以任何方式约束于所描述的实施例，且本领域普通技术人员将预见其改型的许多可能性。

上文描述的实施例是可组合的。

所附权利要求进一步陈述本公开的具体实施例。