专利名称：相邻电路之间平面和非平面柔性电连通的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及构成平面和非平面柔性电连通的一种方法和设备，特别涉及将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电连通的方法和设备，在该底板上设置有一件柔性弹簧构件，以便在印刷电路和相邻电路之间的单一电交接面上产生一个垂直的力。
通常，装配在车辆仪表面板之下的电子装置安装在一块薄底板(电路板)上，该底板则设置在一个塑料盒或壳内，该塑料盒装有出入于装置的导线系统。此盒必须安装在仪表面板之下的支承结构上，并支承在一个合适的位置上，最好位于仪表面板的中心架挡板之后，仪表面板向车辆的温控和音响系统提供电子支持以及诸如防抱死刹车模块、发动机控制模块、气囊模块等的电子仪表面板组件。
此组装件占据了仪表面板之下的大量空间。此庞大的金属盒具有由此伸出的电线束，要求有相当大的空间，从而不利于车辆中的装配设计效率。此外，此金属盒子还增加了生产成本和车辆重量。
因此，必须发展一种方法和设备，用于将车辆仪表面板中的电子和结构部件的装配一体化，使其中的装配效率得以提高，而生产时间、生产成本和重量则得以减少。
转让给本申请受让人的美国专利申请系列号08/642,723公开了一种方法，它通过将印刷电路直接安装在仪表面板的结构构件上，从而将结构组件和电子组件装配一体化。但是，这种互连电路的方法还需加以开发。最好提出一种能将支承结构的材料结合在一起的互连方法。
已知的互连技术具有它们的优点和缺点。例如，焊接能提供优异的连通，但是，为进行和卸除电路互连需对交接面区域进行加热。为此，底板材料必须能承受高温，通常，它高于183℃。作为焊接的替代物，可采用插头和插座进行电路互连。此技术赋于设计者可将互连放置在要求位置的灵活性。但是，采用此方法时，通常将插座焊接在位，从而出现直接焊接电路时的同样问题。
在另一种替代方法中，采用柔性压配合连通安装插座。采用压配合或柔性插头技术时，为组装可靠，要求底板在插座上保持一个力。因此，使用塑料底板时，所选材料的机械强度性能必须高于吹塑聚丙烯(PP)的机械强度性能，而它是壳体结构的一种理想材料。采用插头互连电路，使电路得以从底板卸走。但是，采用插头安装电路要求有几磅的插入力。由于塑料底板的柔性，组装区域必须加以支承或加固。
零插入力(ZIF)接头是消除上述力问题的一种可能。在零插入力接头中，采用一根手柄以便将连接构件压紧在一起进行电互连。低插入力(LIF)接头与零插入力接头相似。零插入力接头和低插入力接头都是用凸轮进行机械带动的，这要求有表面间隔以及平面表面，并需加用机械夹紧手柄。通常，这些装置还包括一件塑料构件，它可能蠕变，从而长时间后造成垂直力损失。
因此，最好提出一种连通相邻电路的方法和设备，它得以沿非平面底板表面进行电互连、建立阻止氧气进入的气密密封、能长期保持一个大的垂直力、并进行擦抹运动，擦去污物和氧化物以促进金属对金属的接触。
为克服现有技术中电互连装置的上述缺点，本发明提出一种将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的方法和设备，该方法和设备包括使印刷电路直接接触相邻电路，以建立一个单一的电交接面；和采用一件由底板支承的柔性弹簧构件，以便在单一电交接面上产生一个垂直力，其中柔性弹簧构件具有相当的柔弹性，足以促进沿非平面底板进行的电互连通。
更具体地说，本发明提出了一种将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的方法，该方法包括1)使印刷电路直接接触相邻电路，以便在印刷电路与相邻电路之间建立一个单一的电交接面；和2)设置一件由底板支承的柔性弹簧构件，以便在单一电交接面上产生一个垂直力，将印刷电路与相邻电路夹持在一起。此柔性弹簧构件具有相当的柔弹性，足以促进电路沿非平面底板的电互连通。
本发明还提出一种设备，用于将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通。设置了一块底板以支承相邻电路，使该相邻电路直接接触印刷电路，从而在印刷电路与相邻电路之间建立一个单一电交接面。此底板设置了一条安放柔性弹簧构件的通道。柔性弹簧成形成能在单一电交接面上产生一个垂直力，从而将印刷电路与相邻电路夹持在一起。柔性弹簧构件具有相当的柔弹性，足以促进电路沿非平面底板的电互连通。
在一个实施例中，通道沿底板的边缘而成型，而柔性弹簧构件则是一件放置在通道中的长条弹性构件。在又一实施例中，在盖子上设置有从其上突出的塞子。弹性构件与塞子相连接，盖子则如下地安装在底板上，即弹性构件插入在通道中，盖子被放置在印刷电路之上以保护印刷电路。
在另一实施例中，长条形的弹性构件具有电介质性能，它是中空的，并包含金属化的内侧表面和中空合成橡胶构件外表面上的分隔的导电区域。在此结构中，金属化的内侧表面和导电区域相结合以形成过滤干扰电信号的电容器。
在再一实施例中，弹性构件包含一个从通道突出的顶部部分。顶部部分加以金属化以形成一个柔性导电按键。在此结构中，第三个配合电路可叠置在底板上，从而使第三配合电路与柔性导电按键实现电交接。
在一个推荐实施例中，柔性印刷电路和相邻电路相互重叠地放置在底板的通道中，然后将柔性弹簧构件插入至通道中重叠放置的柔性印刷电路和相邻电路之上。柔性弹簧构件可以是一种合成橡胶弹簧构件，也可以是诸如压紧金属弹簧的非合成橡胶弹簧构件。
一种替代方案是，柔性弹簧构件还可包括一种压紧弹簧构件，它与底板整体模压制成，从而成为底板的一部分。
因此，本发明的目的是提出一种将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的方法和设备，其中在印刷电路和相邻电路之间设置了单一电交接面，从而沿非平面底板表面的电互连得到促进。
结合附图，由下述发明的最佳实施例的详细说明中，很容易看到本发明的上述及其它目的、特点和优越性。
图1示意地表示了本发明提出的用于将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的设备的剖面图；图2示意地表示了根据本发明第一替代实施例提出的用于将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的设备的剖面图3示意地表示了根据本发明第二替代实施例提出的一种合成橡胶构件的立体图，该构件具有设置于其上的导电区域；图4示意地表示了根据本发明第三替代实施例提出的用于将印刷电路与相邻电路进行电互连通，并且还包括第三配合电路的设备的剖面图；图5示意地表示了根据本发明第四替代实施例提出的用于将柔性印刷电路与相邻电路进行电互连通的设备的剖面图；图6示意地表示了根据本发明第五替代实施例提出的用于将柔性印刷电路与相邻电路进行电互连通的设备的剖面图；图7示意地表示了根据本发明第六替代实施例提出的用于将印刷电路与相邻电路进行电互连通的设备的剖面图；图8示意地表示了根据本发明第七替代实施例提出的用于将柔性印刷电路与相邻电路进行电互连通的设备的立体图；图9示意地表示了根据本发明第八替代实施例提出的用于将柔性印刷电路与相邻电路进行电互连通的设备的分解剖面图；图10示意地表示了图9所示的组装件的剖面图。
本发明提出一种互连方法，它允许应用诸如在吹塑过程中使用的镀有金属的低温柔性底板。底板上镀敷的金属用作底板和分隔电路，或柔性印刷电路之间的相互连通。“柔性印刷电路”是这样一种印刷电路，它放置在一层薄的柔性聚合物层内，从而至少有一部分“柔性印刷电路”是柔性的。底板的镀敷金属可以是镀在底板上的导电电路，或者它可包括一层柔性电路衬垫。
发明还利用诸如聚丙烯(PP)的某些聚合物的柔性作为组件接合的低插入力插座。此外，发明提出一种可拆卸固位弹性体，它用于在相邻电路之间保持电互连，并施加所需的电互连垂直力。
所开发的发明采用了聚丙烯吹塑基底板，但是文中所述技术可应用大量不同刚性的材料，以及不同的底板制作技术。
本发明提出了一种方法和设备，用于在两个金属化的表面之间，特别是在印刷电路和相邻电路之间通过对准它们的接合表面建立电互连，并借助由底板支承的弹簧构件夹紧这种结构。
现请参照示意展示本发明的图1。此图示意地展示了将硬性印刷电路与相邻电路进行电互连的方法和设备。印刷电路10包括一块柔性印刷电路底板12，在电路底板12的两侧具有以导电迹线14、16表示的分隔电路。本技术中熟知的金属边缘夹子18在焊接位置20、22与印刷电路的电路迹线14、16相焊接。金属边缘夹子18建立一条从印刷电路10至连通交接面区域24的导电路径。连通交接面区域24提供了一个位于印刷电路10和由电路迹线28表示的相邻电路26之间的单一电交接面。
相邻电路26由主底板30所支承，该主底板30具有一条沿其边缘34形成于其中的通道32。主底板30最好为模压塑料件。弹簧构件36放置在通道32中。弹簧构件36最好为一件长条弹性构件，它起弹簧作用，对连通交接面区域24施加垂直力以保持接合交接面所要求的力。由于弹簧构件36的柔弹性，因此此方法得以使非平面的底板能相互连通。此类弹性条(弹簧构件36)也很容易更换，在维修分隔的底板时可加以拆卸。此外，在此结构中，弹簧构件36不需导电，因而能采用各种材料，如合成橡胶，以制作弹簧构件。
现请转向图2，图中展示了发明的第一替代实施例。由于合成橡胶弹簧构件36的柔弹性，因而有可能去除图1所示的夹子弹簧18，直接与基底板建立连通交接面。在此实施例中，印刷电路40包括一块底板42，在其上具有以导电迹线44表示的电路。塑料盖46设置有从其中突出的塞子48。合成橡胶构件50固定在塞子48上，然后盖子按压在底板30上，这样，合成橡胶构件50被放置在通道32中，而盖子46则放置在印刷电路40之上以保护印刷电路。盖子46可被制成需按压进入主底板30中，以有助于底板的组装和合成橡胶件50的安装。合成橡胶50可以与塞子48为一整体固定或不为一整体。由主底板30支承的相邻电路用电路迹线52表示。因此，在此结构中，电路迹线44、52在单一交接面54上进行电连通。
可替代的是，弹簧构件或合成橡胶构件可包括一根薄壁塑料管，它具有柔弹性，在受压时，对周围的壁施加力。该塑料管可应用不导电材料模压成型制成，并对后者的内、外表面进行金属化。采用此结构，管子将在接线端接触点和管的内壁之间形成一个电容。从而当金属化的管内壁接地时，此结构就在接线端和地面之间构成一个滤波电容器，假如金属化管的外表面再涂上一种诸如聚合物厚膜电阻器材料的电阻材料时，此结构使性能将进一步提高，并且构成互连结点，该结点与管内壁侧的金属构成一系列电阻器和电容器。
图3展示了这样一种替代性弹簧构件实施例。如图所示，中空合成橡胶管56在其内表面具有金属化层58。而在合成橡胶管56的外表面则设置着一些分隔的导电区域60、62、64、68。因此，当图3所示组合件插入至基底板的通道中时，金属化表面58与分隔的导电区域60、62、64、68相结合形成一个过滤干扰电信号的电容器。导电区域60、62、64、68可采用各种技术产生，诸如将导电材料直接贴在合成橡胶上。导电电路也可设置在中空(或实心)合成橡胶管56的外表面，或组装成分层结构，如柔性薄膜电路。管56的内表面上的金属化层58构成一条导电通径，它位于互连系统的所有接触点之下，并被管壁的厚度所隔离。必须对管外表面的金属化层(即分隔的导电区域60、62、64、68)进行分隔，并可采用掩膜片、研磨切割、激光修整或化学蚀刻来完成这种分隔。
在又一种结构中，可用一块电路板来代替前述的合成橡胶体，该电路板在其基体材料之内、或在安装于其上的柔性组合件之内具有弹性。这时，印刷电路板与相邻电路的交接面贴合地夹紧在一起。电路板或柔性组合件的弹性起弹簧的作用，以便对互连交接面施加垂直力。由于结构中包含了柔性交接面。从而使结构具有吸收组合件框架变化的自调节特性，以及对暴露于四周环境中尺寸改变的内在补偿性。此外，柔性结构还构成一个吸收机械振动的减震器，也可替代地采用一枢轴转动附件以便对弹簧构件施加压缩力。
还可采用导电合成橡胶作为多块底板的互连物。这可完成如下即将合成橡胶体从通道中伸出，在那里它可与一块叠置的底板接触。图4展示了这样一种结构。
请参照图4，图中展示了发明的第三个替代实施例。在此实施例中，主底板72在其中形成一条通道74，在其上有一条电路迹线76，该迹线76延伸进入通道74，表示相邻电路。分隔电路78表示印刷电路，并包含一条位于其上的电路迹线80。它表示由分隔电路78支承的印刷电路。电路迹线80也延伸进入通道74。合成橡胶构件82包含一个金属化表面84和一个顶部部分86，该顶部部分86通过通道74的顶部而伸出，并加以金属化以构成一个柔性导电按键88。因此，配合电路90可叠放在主底板72的顶部，从而使配合电路90的导电终端92接触柔性导电按键88上的金属化层。合成橡胶本82，特别是合成橡胶体82的顶部部分86的弹性特性，将提供垂直力，以便在导电终端92和导电按键88的顶部之间建立所需的互连力。
请参照图5，图中展示了发明的第四个替代实施例。这一方法通过对准两个电路及插入C形成或U形通道，在两个电路元件之间构成一个接合交接面。一旦装配好，就将合成橡胶弹簧插入至通道中以保持电路交接面，并提供所需的结合力。如图所示，底板96设置有通道98，柔性印刷电路100和相邻电路102相互重叠地放置在通道98之内，然后将一件合成橡胶构件104插入至通道98中相互重叠的电路之上，以便对电交接面106提供所需的垂直力。此结构特别适合用于非平面底板上柔性印刷电路的相互连通。通道98可容易地在底板中形成从而促进了这样一种方法的使用。
请参照图6，在提出的实施例中，柔性弹簧构件包含一个压紧弹簧构件，它被模制成底板的一个整体组成部分。在所示的方法中，合成橡胶弹簧成形在接合电交接面的上、下。这些合成橡胶弹簧的压紧作用固定了交接面的接合位置，提供所需的垂直结合力。
图6所示的实施例包含一块基底板110和一个盖子112，其中每一件都成形有一个作为其整体组成部分的弹簧构件114、116。弹簧构件114、116相互配合，按箭头所示的方向，在电路交接面122处，将相邻印刷电路118、120压在一起。
在图7所示的实施例中，借助相对的合成橡胶弹簧构件134、136，通过将若干电线130压靠在印刷电路132上，从而使电线130与印刷电路132进行电连通，而弹簧构件134、136则各自由盖子138和基底板140加以支承。
图8中展示了发明的第七个替代实施例。在此实施例中，第一和第二柔性印刷电路150、152借助夹紧装置154相互进行电连通。夹紧装置154包括底板156，底板156带有一个与此铰接的盖子158。底板156和盖子158设置有合成橡胶垫板160、162、164，用于将印刷电路150、152压在一起。安装时，将第一柔性印刷电路152装置在底板156上，并用夹子166加以适当对准。然后将第二柔性印刷电路150插入在盖子158之下，并覆盖在第一柔性印刷电路152上。接着，将盖子158绕着铰链167枢转向底板156，垫板164抓住柔性印刷电路150，并局部地将其在印刷电路152上滑移，以产生一个擦抹动作将污物从互连通区域擦去。狭缝169使电路150得以沿着夹子166滑移。然后夹子166啮合盖子158以锁定相互连通。在此结构中，合成橡胶垫板160、162、164提供将第一和第二柔性印刷电路150、152进行电互连所需的垂直力。最好采用活铰链将盖子158铰接至底板156上。
合成橡胶垫板160、162、164起柔性弹簧的作用，用以维持电交接面上所需的夹紧和接合力。当合成橡胶垫板与盖子158配合时，它可构成连通机构与外界隔离的密封和电绝缘。应指出的是，在此结构中合成橡胶弹簧可由一个弹簧构件来替代，它被设计成如图6所示地进入底板或盖子结构中。
这两块配合电路底板150、152可以是分隔的元件、底板或盖子结构物的一部分、或装电线的导线系统。例如，电连通可以是柔性电路对柔性电路、FR4对柔性电路、柔性电路对密封布线，或其它方案。此外，底板之一或两块底板可在电互连通的邻近处布置有电子元件。
请参照图9和10，图中示意地展示了发明的第八个替代实施例，在此实施例中，先前实施例中所述的合成橡胶弹簧由一个成型金属弹簧所替换。如图所示，底板170包含一个成形于其中的通道172，第一和第二柔性印刷电路174、176叠放在通道172内，压紧弹簧178插入在通道中，置于重叠放置的柔性电路174、176上，提供在电路174、176之间进行电连通所需的垂直力。
在此结构中，如在文中所述的其它结构一样，当压紧弹簧插入至通道中时，污物和氧化物被擦去，从而得以在相邻底板174、176之间实现金属对金属的接触。如果需要的话，弹簧178的末端180、182可作为散热片，以发散底板174、176之间电互连处产生的热。此外，弹簧178可用作一个电接触器，或可将其弯曲以有利于配合电路板在组合件顶部的叠置。
虽然以上对发明最佳实施例进行了详细说明，但与发明有关的普通技术人员都承认，为实施本发明，在权利要求的范围内，可有各种替代设计和实施例。
权利要求
1.一种将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的方法，其特征在于，该方法包括使印刷电路直接接触相邻电路，以便在印刷电路与相邻电路之间建立一个单一的电交接面；和设置一件由底板支承的柔性弹簧构件，以便在所述单一电交接面上产生一个垂直力，将印刷电路与相邻电路夹持在一起，其中所述柔性弹簧构件具有相当的柔弹性，足以促进所述电路沿非平面底板的电互连通。
全文摘要
一种将印刷电路与位于底板上的相邻电路进行电互连通的方法和装置。使印刷电路直接接触相邻电路,以便在印刷电路与相邻电路之间建立一个单一的电交接面。一柔性弹簧构件由底板支承,用于在单一电交接面上产生一个垂直力,将印刷电路与相邻电路夹持在一起。柔性弹簧构件具有相当的柔弹性,足以促进所述电路沿非平面底板的电互连通。
文档编号B60R16/02GK1198603SQ9810139
公开日1998年11月11日 申请日期1998年4月16日 优先权日1997年5月5日
发明者小托马斯·达德利·贝朗格, 约翰·特鲁布洛斯基, 约瑟夫·瓦伦丁·贝斯特, 小道格拉斯·休森 申请人:福特汽车公司