包括使行压力件的电连接装配件的制作方法

专利名称：包括使行压力件的电连接装配件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电连接装配件，特别是其中至少有两个电路要电连接起来的装配件，更确切地是本发明涉及这样的装配件，其中外部压力施加到电路元件中的一个或两者(例如印刷电路，柔软的电缆)以实现其连接。
为用于电耦合各种电路器件的目的而使用的电连接装配件当然是已为人所知，几个例子已在下面的专利和公开物中说明和示出3，861，135——R.E。Seeger，Jr，等人3，883，213——E.J.Glaister3，971，610——L.S。Buchoff等人4，184，729——H.L.Parks等人IBM技术公开公告(technical Disclasure Bnlletins)VOI，18，NO，2(7／75)，P.340VOI，22，NO，2(7／79)，PP，444，445VOI，25，NO，7A(12／82)，PP.3438－3441在连接装配件的设计中，构成电路器件耦合部分的单个电导体(例如印刷电路线，接触管脚等等)间的直接接触是所希望的，因为在本发明的情况下；采用可靠足够耐久的接触压力并能经受可能的不利的环境条件(例如，热、潮湿)实际上是要考虑的。过大的压力在装配或运转时能引起对装配件(特别是导电体)的各部件的损坏。所以至今这种压力的构造典型地是通过采用所需相对大的部件(例如连接罩)以包容这些装置，因此也附加了必要的成本。在要承受如上述所提及的不利环境条件的那些装配件中，是抵不住的，也同样造成问题如接触腐蚀，接触压力的降低，增加维护成本等等。
如在下面所确定的，本发明的连接装配件给出完善的，可靠的相对低程度的接触压力，它是通过利用相对价廉并能经受住如过热和潮湿这种不利环境条件的有效材料。可相信这种连接装配件可在技术上提供显著先进性。
本发明的初步目标是提高电连接装配件技术。
本发证的进而的目标是提供一完善的，以可靠方式有效接触压力的电连接装配件。
本发明再一个目标是提供一能在相对不利的环境条件例如高温和潮湿情况下工作的连接装配件。
本发明的再一个目标是提供一连接装配件，它具有在这里所描述的几个特点连同其他特点一起，能以相对大的规模进行生产(例如大量生产)，从而与许多已知的先有技术的连接装配件相比较降低总成本。
根据本发明的观点所得到的这些和其他目标是通过电连接装配件的构造实现，该装置包括在其上有多个电导体的第一电路部件，在其上具有多个电导体的第二电路部件，用于施加预定压力压靠着第二电路部件的压力行施部件，以使两电路部件各自导电体产生电接触，和用于保持住压靠着第二电路部件的压力行施部件的装置，以产生上述施加力。压力行施部件包括一个实际上硬固的基体板，布设在基体板的第一侧面的多个可压缩元件，以在压缩时提供所想要的接触力，一个布设在基体板第二侧上的有弹性部件，用于补偿第一和／或第二电路部件(例如在其上的导电体)在表面仰角的变化。
根据本发明的另一方面，提供了一电连接装配件，它包括如上面所述的类似的各部件，除了装置的第二电路部件只包含一单个的电导体(例如地线)以及相应的压力行施部件以外，它因此能如此施加压力即该单一电导体使能与被确定的第一部件中的多个导体相接触。


图1是侧视图，以分解的格式，根据本发明的一实施例的电连接装配件的它包括于保持住压靠着本发明的第二电路部件的压力行施部件的所确定的装置(上述装配件包括压力的行施和分别是图3和4的盖罩部件)。
图2是图1装配件在装配时的侧视图，还包括前面提及的保持装置器件；图3是根据本发明的一个实施例的压力行施部件的正透视图；图4是在图3中采用的压力行施件的盖罩部件的视图；图5是根据本发明的另一个实施例的压力行施件的断面侧视图；图6是本发明的压缩件之一在其受压时而膨胀的局部断面图；图7是用于本发明的第一(或第二)电路部件的电导体的另一种形式的局部断面图；图8是本发明中采用的第二电路部件的另一种实施例的局部断面图，上述第二电路部件具有单一的电导体，它可用在与第一电路部件的多个电导体同时相接触；以及图9示出了包含最佳材料(硅橡胶)的可压缩元件在不同温度水平和整个时间内的压缩应力测量曲线，如所述元件是在接近于百分之三十压缩时进行测量的。
为了更好地了解本发明，及其目标，优越性和其张力，参照前面所述的图和以下作出的披露。
图1中示出了根据本发明的最佳实施例的电连接装配件10，包括用于在压缩时保持住装置的制定装置。该装置示于图2中并在下面进一步阐明。装置10包括在其上具有多个电导体15的第一电路部件13，包括在其上有多个导体19的第二电路部件17，以及压力(或作用力)行施部件21，用于提供预定相对低量级的压力(或作用力)以压靠着电路部件(图1中，电路部件17)之一足以使电路部件13和17的各自的导体15和19相互以完善的有效的方式相接触。正如这里所了解到的，部件21保证在每一个各自的导体之间的完善的电连接，而在同时唯一补偿电路部件13和17的其中之一或两者都有的表面仰角的变化。明确地说，本发明保证导体之间的完善的连接而不管这种导体和／或在其上固定的衬底的厚度的差别如何。可进一步理解，本发明能提供在相对延长的时间周期中的预定的压力，而不管诸如相对高温和／或潮湿这种有害的条件如何，对这些本发明都可经受住。
在最佳实施例中，第一电路部件13包括具有相对刚性绝缘衬底23的印刷电路板，衬底23最好是一已知的材料(例如环氧树脂)且包括分布在第一表面23上的限定的导电体15。如所示，每一导体15最好是一平的结构而且包括第二金属导电材料(例如铜)。每一导体15是固定在环氧树脂衬底23，这是利用在印刷电路工艺中共知的技术，而且在此无须多加贅述。在本发明的一个例子中，衬底23所具有的厚度约为0.062英寸而每一个铜导体部件15所具有的平均厚度约为0.001英寸。每一个导体15实际在结构上是平的这样构成一“金属垫”以制成一种连接。如下面所确定的，这种结构(平的)对于本发明的第二电路部件的导电体19也是最好的。因此，本发明提供用于在相对立的，相对平的金属导体间的完善的以所述的形式的连接。然而可以明白，对于所描述的导体(15，19)另一种可采用的设计是用一如例子中的导电针(例如，如图7中所示和在下面所说明的)。
电路部件7最好包括一柔软件衬底27，它具有分布在上部表面29上的所述的导体19。如已说明的，导体19实际上最好是平的结构，在本发明的一实施例中，是由铜组成且利用已知印刷电路技术沉积在衬底27上。相应柔软的衬底在该例中是由电绝缘材料(聚酰亚胺Polymide)及所具有的厚度是在0.002英寸到0.005英寸范围内，这样保证该部件所希望的柔软性。
如说明的，连接装置10进而包括前面所提及的压力(或作用力)行施部件21，如在图1所指出的方向，它是布置在柔软电路17的下面。根据本发明的最佳实施例、设计成物理结合电路17当装配件10完全装配好后(图2)以迫使其均匀地压靠在刚性第一电路部件13上。如图3所示部件21(为显示起见在图3中该件被反转过来)，包括实际上刚性的基体板31，分布在平板31的第一侧35上的多个可压缩件33，以及分布在与元件33相反侧的基体31上的有弹性件37。在最佳实施例中，刚性基体板31是由铝制备且具有约0.050英寸的厚度。由于是金属和这样的厚度，因此板31为本发明提供了事实上所需要的刚度。而且在其工作时也是唯一能稍稍弯曲一下(或弄弯)。特别是，当上述元件被压缩时(如图2所示)，板31的功能是通过每一个可压缩件33施加一单个压力断面上的分布以行施一联合的，均匀的压力压靠在柔软电路17上。在该受压期间，弹性件37的功能是对于所描述的电路件13和／或17对在表面仰角的任何变化进行补偿。
在本发明的最佳实施例中，装置10还包括一电绝缘(例如塑料)盖罩41(也可见图4)，它是为适装件21而设计的。如所示，盖罩41包括的多个小孔43，其中每一设计小孔有固定在其上的各自一个可压缩件33。如图3所示，件21被反转过来(看箭头)以获得到这种固定，在非压缩形式中(在如此固定法之前)。如所示的可压缩件33的每一个实际上是小于它将要被固定进去的相应的小孔43，因此在装配期间每一个这样的元件允许有必要的膨胀(图6)，这种膨胀也示在图2的断面视图上。特别细心地看图6，这种向外膨胀实际上通过各自的元件全部占满了各自的小孔43。
本发明的装置(以及所形成的压缩件33提供了必要的行施压力)可通过使用任何几种技术来实现，用一个代表性的例子是夹卡件51(图2)，设计成把刚性电路件13的外表面和盖罩41结合起来。夹卡器51从而是用于保持住第一和第二电路部件，压缩行施件和在其间绝缘的盖罩。如说明的，夹卡器51仅仅是为了保持住前面所述的四种部件的几种方法的一种代表。其他的技术，包括在其表面上有一适合的盖罩或类似方式的第一电路部件13的简单置换和采用向下的或相类似的或作用力压靠着盖罩41的外表面，都是可能很容易地用到本发明的技术，而本发明因此不局限于所示出的例子，进一步的贅述在此是无必要的。
如图所示，每一个可压缩元件33都是圆柱形结构。应了解为了得到限定的结果，对于该元件的形状和材料的选择都构成了本发明的重要方面。使用圆柱结构，所形成的形状因子是被限定为一个负载表面(即在图3中的61)对元件自由表面面积(不经受负载)之比。在图3所表示的实施例中，每一元件的园柱侧的面积是代表了自由表面积，而施加到61上的是负载表面积。形状因子是很重要的，在相等压缩情况下，更高的形状因子将能行使更高的作用力。在最佳实施例中，每一个可压缩元件33所具有的整个高度(图3中的H)其范围是从约0.100英寸到约0.400英寸及其外径是约0.250英寸。在一例中，从行施压力件21所形成的联合压力的范围是从约10到30英磅每平方英寸(PSI)时，4个元件33的总的压缩程度是约为原高度的15％到35％。在特殊例子中，在柔软电路17上8－8导体19是用作在刚性电路部件13上与各自的，类似的导体数目相接触。在该例中，12个元件33的每一个被压缩约其原有高度的24％而在导体19上所形成的联合压力是约为44PSI。很清楚产生希望的行施压力所要求的可压缩元件33的数量是小于在每一个所述电路元件上相应的接触数量的，还可从试验和所使用的形状因子和在此所限定的特殊材料决定，虽然这些元件如说明的那样能够在弹性件37上行施联合压力大于44PSI(例50PSI)，但最佳性能的达到是约在压缩元件33的约20％到30％。
上面的数量仅仅是代表性的，因此并不意味着它限制了本发明，特别地，附带的联合是有可能取决于总系统的要求。
为决定可压缩件的适当的数量和对于件12相应的特性，检查接触面积(区域)的大小，所要求接触的总的数量(和他们的各自的间隔)，必要的接触压力(或作用力)以及做了一个允许公差的执行机构。采用这些信息后，接触区域可分成为格栅且判定出沿着X和Y轴所要求的间隔的数量，X和Y轴可设计得相互隔开以适装每一个可压缩件33、每一个元件设计得能提供所确定的作用力，用于相应在所确定的区域里的多个接触点。由接触点的数量及所要求的法向接触力，每个元件的总的作用力可以决定。由本发明的最佳材料的数据(如下面所确定的，具有最佳工作范围是压缩量的20％到30％)，包括确定系统的误差，用于每个元件33的总高度和压缩距离可以确定。知道上述信息后，由所适合的曲线和下面所确定材料数据的变形(即压缩量的25％)可推导出下面的方程式是元件作用力＝R2(120.5 (R)/(H) ＋430)其中元件作用力就是所要求的力(磅)，R是圆柱体元件的半径(英寸)和H是其高度(英寸)。由该公式，元件半径可以求出。由这一结果，以及已知所希望的元件间隔，尺寸大小，所施加的力以及假设的或允许的偏差，用于分配在基体板31上的作用力的总的大小可以求出。这实际上是一材料强度的解，取决于对板31所希望用的材料(例如铝或钢)，而且可利用人人已知的樑的公式来求得。弹性力，仰角补偿件37的大小可通过采用预设该元件总厚度的非平面的偏差(Out－of－flat tolerance)(例如25％)来求得。
如所说明的，为获得理想的长期保持压应力，相对低的量级的压力，以及在相对高温和湿度下的可操作性，对于本发明的可压缩元件33适当选择合适的弹性材料是重要的，对于用在本发明中所选择的最佳材料是低压缩固化的聚硅氧烷(Polysilcxane)橡皮，是由DOW Corning公司出售并且命名为Silastil LCS－745U(Silastic是DOWCorning公司的註册商标)。当负载以恒定偏差在高温情况下(例如100℃)的一个延长时间内该清洁，低模量的弹性体显示了75％到85％的保持剩余压缩应力。这些结果，再附加上其他取不同温度时测量的那些结果、进一步示于图9上。图9代表了由圆柱形可压缩元件所获得的数据，该元件具有前面所述的尺寸和约为原高度的30％的压缩程度。
对用于每个可压缩元件33，前面所提及的硅橡皮可从DOWCorning公司以块状形式是可用的，在加压硫化后，这样的部件在从－73℃到＋250℃的整个温度范围内都是合用的，且具有好的复原性(加温阻抗)，低压缩固化以及对热油、水和蒸汽的抗阻性这些理想的特性。所说明的硅橡皮，作为样板，具有硬度计的硬度(Shore A)为52，抗拉强度为830磅／英寸2以及延伸度为260％。
在图3的实施例中，每一个硅橡皮元件33如所示被粘合到铝基体板35上(例如，利用适当的硅基粘合剂)。另一方面，元件33和本发明的弹性件37在铸模期间可被硫化到板35上。另一个实施例如图5所示图3中对件37的最佳弹性材料也是前面所提及的硅橡皮，上述材料可利用上面所述的粘合剂粘结到板31的另外一侧。图5中所描述的实施例中，件33和件37两者都是由相同的材料(最好是硅橡皮)且铸模成整体单元以包围住铝板35。如上所述，把件33粘结到板31上以及后来的有关板的弹性件37和粘结件的铸模也都是本发明的范围。如图5所示的板31的总体包装从运转和／或制备观点看都是理想的。
如图7示出了用于第一电路件13中的导体的另一个实施例。特别地，这些导体示于包含金属柱脚71，其每一个包括一个头部73，使以此与相应的柔软件17上的导体相接触，且有一凸出部分75延伸到绝缘衬底23之中(例如，使与各自的内部或外部电路线77接触)。每一柱脚的头部73实际上可以是平的结构(如所示)因此提供一种类似于上面所述的“金属垫片”(metallic Pads)的形状。对于头部73用其他结构包括具有凸隆状等也是可能的。对于每一个柱脚71的最佳金属材料是铜或其合金(例如铍青铜或磷青铜)。
图8示出了本发明的另外一个实施例，其中上述第二电路件17′只包括单一的，拉长了的电导体19′它是与如图1和图2的实施例中所示的单个导体相对立的。图8的实施例提供了用于在此所述的第一电路件的单个导体15同一个公用的，单一的导体线(例如地线)之间的电连接。如图1中的实施例，绝缘(例如聚酰亚銨)衬底27的柔软电路17′可以粘结(例如利用适当的粘合剂)到弹性件37的外表面上，单一导体19′可以是众所知的材料(例如铜，铬－铜－铬)并且利用已知的技术形成在衬底27上。在图8的实施例中，件21起了行施其联合作用力以压靠住单一导体，保证与每一个所确定的金属垫片15接触好。
这样就已示出了并说明了电连接装配件，其中使用压力行施件在多个电导体间形成完善的有效接触，而压力行施件包括在其上的多个可压缩件，硅橡皮元件以使能经受住相对高的温度和有害的工作条件而仍能保证有效的，低量级的均匀的预定压力。这是通过本发明以容易的相对低价格的方法来获得到。所确定的最佳硅橡皮材料是模铸的弹性体，它也容易适用作为本发明的压力行施件中的弹力部分从而更方便于本发明中的装配和操作。在此应了解，使用多于一个行施件以把单一的，相当大的第一和／或第二电路件结合起来，以组成一个更大的整体结构，其中要连接几个导体部件，这些也都是本发明的范围，且利用这样的行施件，在更大些的，其中采用几个不同类型的电路元件，也是本发明的进一步的范围。
当已示出或已说明什么是本发明的在目前所考虑的最佳实施例时，很明显对于那些在技术上熟练的人们可以做出各种变化和修改而不脱离本发明的范围，它确定在附加的权利要求之中。例如，也可利用一种材料而不是铝作为本发明中的基体板(31)，其他可能的材料包括塑料和钢。
权利要求1.电连接装配件其特征在于一个第一电路件包括多个电导体；一个第二电路件包括多个电导体；一压力行施件用于行施一预定的压力压靠在上述第二电路件上以使上述第二电路件的每一个上述电导体与上述第一电路件的各自的一个上述电导体相连接，上述压力行施件包括一实际上刚性基体板，布放在上述基体板上的第一侧上的多个可压缩元件，当压缩时它可给出上述预定好的压力，以及布放在上述基体板上的第二侧上的弹性元件，用于上述预定压力压靠在上述第二电路件施力时，在上述第一和成第二电路件中对于表面的仰角有变化时作为被偿；以及用于保持住上述行施件压靠在上述第二电路件上的装置，以产生上述可压缩元件和行施上述预定压力的压缩。
2.根据权利要求的电连接装配件，其中上述第一电路件包括实际上是刚性的衬底，上述第一电路件的多个上述电导体布放在上述衬底上。
3.根据权利要求2的电连接装配件，其中上述第一电路件的每一个上述电导体包含一个金属垫片。
4.根据权利要求2的电连接装配件，其中上述第一电路件的每一个上述电导体包含一个导电柱脚，它以其一部分固定在实际上刚性衬底中。
5.根据权利要求1的电连接装配件，其中上述第二电路件包含一个柔软的衬底，上述第二电路件的每一个上述电导体布放在上述柔软衬底上。
6.根据权利要求5的电连接装配件，其中上述第二电路件的每一个上述电导体包含一个金属垫片。
7.根据权利要求1的电连接装配件，其中上述压力行施件实际上由每一个上述可压缩元件施加压力分配在断面上，当上述元件受压时上述可压缩元件施加上述压力压靠在上述基体板上。
8.根据权利要求7的电连接装配件，其中上述基体板是由铝制备。
9.根据权利要求1的电连接装配件，其中上述可压缩元件是有间隔地布放在上述基体板的上述第一侧。
10.根据权利要求1的电连接装配件，其中每一个上述可压缩元件是由弹性的，电绝缘材料制成。
11.根据权利要求10的电连接装配件，其中上述弹性的，电绝缘材料是硅橡皮。
12.根据权利要求10的电连接装配件，其中每一个上述可压缩元件实际上是圆柱体结构。
13.根据权利要求10的电连接装配件，其中由上述可压缩元件所提供的上述预定压力的范围是从约10到50磅／英寸。
14.根据权利要求13的电连接装配件，其中可压缩件给出上述压力时被压缩的范围是从原有高度的约15％到35％。
15.根据权利要求10的电连接装配件进而包括盖罩件，每一个上述可压缩元件布放于固定在上述盖罩中的基本板上。
16.根据权利要求15的电连接装配件，其中上述盖罩包括有许多在其上的孔每一个上述可压缩元件固定在上述盖罩内各自的上述孔中。
17.根据权利要求16的电连接装配件，其中当上述元件是在非压缩态时，每一个上述孔实际上是大于每一各自的可压缩元件，而当压缩时，上述元件实际上全部占据着上述各自的孔。
18.根据权利要求15的电连接装配件，其中用于保持住上述压力行施件压靠在上述第二电路件上的装置包含一夹卡装置，它把上述盖罩件和上述第一电路联结起来以把上述第二电路件夹卡在其间。
19.一电连接装配件，其特征是－第一电路件包括多个电导体；－第二电路件包括一个单一的，延长的电导体；－压力行施件，用于施加一预定的压力压靠在上述第二电路件上以使上述延长的上述第二电路件的电导体能与上述第一电路件的每一个上述电导体相互电接触，上述压力行施件包括事实上刚性的基体板，布放在上述基板的第一侧的多个可压缩件用于当压缩时提供上述预定的压力，以及布放在上述基板第二侧的弹性件，用于在施加一上述预定压力压靠在上述第二电路件期间补偿在第一和成第二电路件表面仰角的变化；以及用于保持住上述压力行施件压靠在上述第二电路件上的装置，以能进行上述可压缩元件的压缩以及上述预定压力的行施。
20.根据权利要求19的电连接装配件，其中上述第二电路件包括一柔软的衬底，上述单一的延长的电导体，它是布放在上述柔软衬底上。
专利摘要电连接装配件用于连接两个电路件如其每个包括多个电连接点。该装配件包括具有刚性的基体板的压力行施件，多个可压缩的，硅橡皮元件它粘附在基体板的一表面上，当压缩时提供一所要求的压力，以及一粘附在基体板相反一例的弹性元件在行施件压缩时在第一和/或第二电路件表面仰角变化时提供被偿。装配件包括一装置用于保持住本发明行施压靠在最后的装配件的一电路件。本实用新型在整个延长期间和暴露于相对有害的环境中提供完善的电接触。
文档编号H01R12/12GK2054214SQ8921737
公开日1990年3月7日 申请日期1989年9月28日 优先权日1988年11月3日
发明者威廉姆·路易斯·布洛德斯基, 维斯利·约翰·白克, 艾伦·道格拉斯·耐特 申请人:国际商业机器公司