具有交错多层结构的电接插件组件及其制造方法

专利名称：具有交错多层结构的电接插件组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电接插件，特别涉及用于高密度、可分开互连的电接插件。
背景技术：
许多电子系统使用印刷电路板和柔性电路，以将许多硬件和电路集成在单个的组件中。在具有印刷电路板或者柔性电路的电子系统中，必需提供电接插件组件，以在印刷电路板和其他印刷电路板、印刷电路板和柔性电路、柔性电路和其他柔性电路、以及印刷电路板或柔性电路和其他系统部件之间进行互连。可以直接进行或者使用具有端部接插件的电缆进行互连。这里，把印刷电路板、柔性电路、电缆以及需要互连的有源系统部件统称为“电子装置”。印刷电路板、柔性电路和其他电子装置的复杂程度以及在诸如计算机等许多电子系统中的空间限制要求电子接插件组件能够在限定的区域和体积内进行大量的互连。此外，通常要求将这样的电接插件做成可分开的，从而能为了改进、修理和变换等目的断开和互换电子装置。
目前，存在数种高密度、可分开的电接插件组件。一种众所周知的电接插件组件是采用MSA(模制、冲压、组装)技术制造的。一个MSA接插件组件一般包括多个冲压的弹簧触点，将这些触点组装在一个模制的塑料外壳中。另一个塑料外壳包括了多个与弹簧触点对准的冲压的配对的触点。外壳与电子装置相接，并且包含将弹簧触点和配对的触点连至设置在该器件上的互连端(例如，焊接端)的装置。弹簧触点以对向的成对形式安装，并且在塑料外壳相接合时，弹簧触点起着容纳并以加压方式夹住配对的触点。弹簧触点在配对触点上的压力提供了在电子装置之间进行互连所需的接触力。
MSA型接插件组件被广泛使用，并且对于低密度至中等互连密度有合适的结果，然而，当互连密度增加时，它将遇到许多问题。具体说来，为了将大量触点装入同样大小的外壳空间，较高的互连密度需要冲压出的金属触点具有较小的尺寸。尺寸的减小产生了结构上“脆弱”的触点，它们将导致不可靠的电接触力以及配对触点的不准确的对准。大量的触点还使每个组件的零件数增加，因而在相邻的触点之间产生更小的间距。零件数的增加导致制造成本更高和更加复杂。较小的间距在配对的触点之间产生了对准问题。这些问题合起来就减小了从冲压和组装加工得到的产量。例如，一个提供二百个互连的MSA型接插件组件对于每个塑料外壳必须具有二百个经冲压和组装的触点。必须把每个经冲压的触点准确地插入塑料外壳，并且放置得与在另一个外壳中的配对的触点精确的对准。在较高的互连密度下，沿外壳的x-y-z方向，对准容差可以小到只有千分之几英寸。任何一个经冲压的金属触点对于可接受的尺寸或位置容差的偏离就能将整个接插件组件视为不合格品而加以拒收。
MSA型接插件组件的一种变化型式用单个的柔性电路层来代替一个塑料外壳。通常，柔性电路包括在一个表面上的诸触点片。设置在MSA型接插件的塑料外壳中的经冲压的金属弹簧与柔性电路触点片加压地接合，从而在柔性电路和连至弹簧触点的电子装置之间进行了所需的互连。与普通的MSA型接插件组件有关的对准和强度问题，仍就是这种柔性至MSA型的结构中要考虑的问题。不过，由于使用了柔性电路，零件数减少了一半。遗憾的是，由于对准问题，用于这种可分开的接插件的柔性电路一般只能提供数十个触点，这就限制了能达到的互连密度。
另一种类型的接插件组件采用z-轴导电弹性体结构，用以在印刷电路板和柔性电路之间进行互连。通常，将z-轴弹性体夹在设置在柔性电路上的触点片和设置在印刷电路板上的触点片之间。将一个尺寸精确的塑料或金属外壳和压条用螺钉固定在z-轴弹性体互连处。比起MSA型接插件组件来，这种z-轴弹性体型接插件组件的零件数显著减少，因而能得到高得多的触点密度。结果，z-轴弹性体型接插件组件常常用于液晶显示器至印刷电路板的连接。然而，由于这种接插件组件的长度时常为三至七英寸，对准是一个值得注意的问题，它能导致拒绝整个接插件组件。此外，接插件外壳、压条将用去相当大的电路板空间，并且为确保适当的对准，时常需要特殊的装置。最后，作为实际情况，虽然将z-轴弹性体型接插件组件考虑为可分开的，但由于在很小的触点间距下板对板的对准问题以及在采用与接插件相关的笨重的硬件时出现的问题，使得这些接插件组件的连接和脱开很困难。
用于印刷电路板之间连接的另一种接插件组件采用了在一块电路板上的边缘接插件。如在普通的MSA型接插件组件中那样，边缘接插件一般包括一个装在一块印刷电路板上的一个塑料外壳，并且包含经冲压的金属弹簧触点。然而，另一块印刷电路板包括沿电路板一侧或两侧的边缘的触点片。把带有触点片的印刷电路板直接插入在另一块电路板上的塑料外壳。经冲压的弹簧触点与适当的触点片压力接合，从而在印刷电路板之间作出所需的互连。与柔性至MSA接插件组件那样，这种边缘接插件组件零件不多，但在很小的间距下，仍然会遇到对准和强度问题。
在面临更大的互连密度要求时，现有的电接插件组件所遇到的种种问题(例如，结构脆弱、触点对不准、复杂、成本高和尺寸大)表明需要一种改进的电接插件组件。特别是，需要这样一种电接插件组件，它能以等价的电接触可靠性、较低的复杂程度、较低的成本和较小的尺寸达到较高的互连密度。

发明内容
由于现有的用于高密度、可分开的互连的电接插件组件存在上述问题，因此本发明涉及具有交错多层结构的电接插件配件，本发明还涉及制造这样一种电接插件组件的方法。交错多层结构能够提供一种小尺寸、低成本的电接插件，它能以精确的对准和可靠的电接触实现高的互连密度。例如，可以用多个接插件层(例如廉价的印刷电路层或柔性电路)以小尺寸堆叠的方式实现交错多层结构。接插件层可以包括在每层的一侧或双侧的导电触点表面，以提供较高的互连密度。对于某一互连密度，在一层的双侧配置触点表面可以放宽对准容差。仍然采用通常的金属板印刷技术来印刷触点表面以确保精确对准。至少某些连接层是用可弹性变形的电介质材料制造的，这样，在变形时，就产生了一个阻止变形的力，企图使该材料至少部分地回至其未变形的状态。以相对的接插件结构提供的接插件层能够以交错的方式接合，很象一组卡片。这样，当接插件层的交错接合产生变形时，阻力用于对接插件层互相偏置，以确保良好的电触点力。
本发明另外的特征和优点的一部分将在下面的描述中加以陈述，另一部分将从描述中明显看出，或者可从本发明的实践中认识到。本发明的优点将通过在本文中的书面描述和权利要求书中，以及在附图中特别指出而得实现和达到。
如本文所广泛实施和描述的，为获得上述优点，本发明在第一实施例中提供了一种电接插件组件，该组件包括至少具有一个第一接插件层的第一接插件结构和至少具有第二和第三接插件层的第二接插件结构，第一接插件层具有一个边缘部分和沿边缘部分配置的多个导电触点表面，第二和第三接插件层的每一层具有一个边缘部分和沿各个边缘部分配置的多个导电触点表面，并且第二和第三接插件层的每一层包括一种能弹性变形的材料，其中，在第二和第三接插件层的边缘部分附近，第二和第三接插件层确定了它们之间的空隙，并且在第一接插件结构和第二接插件结构接合时，第一接插件层作如此的取向，以与此空隙接合，由此使第一接插件层的至少某些导电触点表面与第二和第三接插件层的至少某些导电触点表面相连接。
在第二实施例中，本发明提供了一种电接插件组件，该组件包括一个第一接插件结构和一个第二接插件结构，第一接插件结构至少具有第一、第二和第三接插件层，第一、第二和第三接插件层的每一层具有一个边缘部分和沿边缘部分配置的多个导电触点表面，第二接插件层与第一接插件层相邻，而第三接插件层与第二接插件层相邻而与第一接插件层相对，其中，至少第一和第三接插件层的每一层包含一种能弹性变形的材料，而在第一和第二接插件器层的边缘部分的附近，第一和第二接插件层确定了在它们之间的一个第一空隙，在第二和第三接插件层的边缘部分的附近，第二和第三接插件层确定了在它们之间的一个第二空隙，第二接插件结构至少具有第四和第五接插件层，第四和第五接插件层的每一层具有一个边缘部分和沿各边缘部分配置的多个导电触点表面，其中，在第四和第五接插件层的边缘部分的附近，第四和第五接插件层确定了在它们之间的第三空隙，在第一接插件结构与第二接插件结构接合时，第四和第五接插件层作如此的取向，以分别与第一和第二空隙接合，而当第一接插件结构与第二接插件结构接合时，第二接插件层作如此的取向，以与第三空隙接合，由此把第四和第五接插件层的至少某些导电触点表面与第一、第二和第三接插件层的至少某些导电触点表面相连接。
在第三实施例中，本发明提供了一种电接插件结构，该电接插件结构包括一个第一接插件层、一个第二接插件层以及在第一与第二接插件层之间确定的空隙，第一接插件层具有一个第一边缘部分以及沿第一边缘部分配置的多个导电触点表面，其中，第一接插件层包括一种能弹性变形的材料，第二接插件层具有一个第二边缘部分和沿第二边缘部分配置的多个导电触点表面，其中，第二接插件层包括一种能弹性变形的材料，第一和第二接插件层之间的空隙靠近第一和第二接插件层的边缘部分，该空隙作如此的取向，以与第二接插件结构接合，由此把第一接插件层和第二接插件层的至少某些导电触点表面连接至与第二接插件结构相关联的导电触点表面。
在第四实施例中，本发明提供了制造多个电接插件组件的一种方法，该方法包括了这样一些步骤用多个步骤形成多个第一接插件结构，和用多个步骤形成多个第二接插件结构，所述形成多个第一接插件的多个步骤包括提供一个第一接插件层；在第一接插件层的多个区域的每个区域中，形成多个导电触点表面；将第一接插件层的一些部分分开，以形成多个第一接插件结构，每个所述部分包括了第一接插件层的区域之一，所述形成多个第二接插件的多个步骤包括提供一个第二接插件层和一个第三接插件层，第二和第三接插件层的每一层包括一种能够弹性变形的材料；在第二接插件层的多个区域的每个区域中形成多个导电触点表面；在第三接插件层的多个区域的每个区域中形成多个导电触点表面；提供多个分隔层；在第二和第三接插件层之间放置分隔层，以形成叠层结构，在第二和第三层之间确定了一个空隙，它大体上与多个分隔层共面，并且隔开叠层结构的一些部分，每个所述部分构成了多个第二接插件结构之一，并且每个所述部分包括第二接插件层的多个区域之一、第三接插件层的多个区域之一以及多个分隔层之一的一部分，其中，当第一接插件结构与第二接插件结构接合时，第一接插件层作如此的取向，以与空隙接合，由此把第一接插件层的至少某些导电触点表面连接至第二和第三接插件层的至少某些导电触点表面。
应该明白，上面的一般描述和下面的详细描述只是例示和说明性的，而不是如权利要求书那样对本发明作出限制。
附图概述把附图包括进来，以便进一步了解本发明，并且把附图结合进和构成本说明书的一部分。附图描绘了本发明的实施例，附图与叙述一起用来说明本发明的原理。


图1是按照本发明的一种电接插件组件的第一实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图2是构成图1所示的电接插件组件一部分的一接插件层的局部俯视立体示意图；图3是按照本发明的一种电接插件组件的第二实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图4是按照本发明的一种电接插件组件的第三实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图5是图3所示的电接插件组件的局部正视立体示意图；图6是按照本发明的一种电接插件组件的第四实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图7是按照本发明的一种电接插件组件的第五实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图8是按照本发明的一种电接插件组件的第六实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图9是按照本发明的一种电接插件组件的第七实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图10是按照本发明的一种电接插件组件的第八实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图11是按照本发明的一种电接插件组件的第九实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构；图12描绘了一种按照本发明的制造电接插件组件的方法，该组件具有多层、交错结构；以及图13是按照图12所描绘的方法制造的一种例示的电接插件组件的俯视立体示意图。
本发明的最佳实施方式图1是按照本发明的一种电接插件组件10的第一实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。示于图1的电接插件组件10包括一个第一接插件结构12和一个第二接插件结构14，两者做得在实际上可相互接合，从而进行多个电的相互连接，将如下所述。第一接插件结构12具有第一组多个接插件层(包括第一、第二和第三层16、18和20)和多个分隔层(包括第一和第二分隔层22、24)，所有这些层构成一个多层叠层。类似地，第二接插件结构14具有第二组多个接插件层(包括第四和第五接插件层26、28)和一个分隔层30，所有这些层也构成一个多层叠层。然而，包括在图1的接插件组件10中的层的准确数目纯粹是例示性的，它们可以根据所需的互连密度而增加或减少。
在第一接插件结构12中，把第二接插件层18放置得与第一接插件层16相邻，而把第三接插件层放置得与第二接插件层相邻而与第一接插件层16相对。把第一分隔层22置于第一和第二接插件层16、18之间，而把第二分隔层24置于第二和第三接插件层18、20之间。在第二接插件结构14中，把第四和第五接插件层26、28互相相邻配置，而由分隔层30隔开。当第一接插件结构12和第二接插件结构14接合时，接插件层16、18、20、26和28以互相交错的方式接合，来提供多个电互连，将如下所述。
接插件层16、18、20、26和28用一种能够耐弯折的电介质材料制造。接插件层16、18、20、26、和28中的一层或数层最好用能够作弹性变形的一种电介质材料制造，并且可包括薄的、价廉的印刷电路层(如印刷电路板层或柔性电路层)。这里所用的“弹性变形”特性是指材料柔性变形或弯曲的能力，同时该材料产生一阻止变形的力，该力企图将该材料至少部分推回其原先的未变形位置，将如下面所要描述的，接插件层16、18、20、26、28的弹性变形性质能够在第一接插件结构12和第二接插件结构14的交错接合时提供压力。此压力增加了接插件组件10的互连接触力和结构的耐用性。
对于本发明的目的，能够用许多种已知的电介质材料来提供具有足够的固有弹性和耐弯折的接插件层，这些材料常用于构成印刷电路板层和柔性电路层，这些材料有聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂/玻璃复合材料、纸-酚醛、氰酸盐酯、PEN、液晶聚合物和PTFE。然而，超薄的柔性电路层的固有弹性可能不足，因而可能需要增添可弹性变形的背衬材料来提供额外的弹性。换一种做法，可以将一种刚性的背衬材料(例如铜)添加至柔性电路层。刚性背衬材料(例如铜)不能向柔性电路层提供较大的弹性，但它至少能提供稳定性，以在第一接插件结构12与第二接插件结构14交错接合时阻止柔性电路层的弯曲。此外，铜质背衬材料能起双重作用，既提供结构稳定性又用作一个地平面。如果提供外部偏置装置以迫使柔性电路层抵住相配层，如在下面描述的零插入力(ZIF)或小插入力(LIF)组件中那样，则可能不需要背衬材料。分隔层22、24、30不必用弹性材料制成，而在某些场合下甚至可用刚性或可塑性材料来制成，这从下面的叙述可以看出。
如图1所示，接插件层16、18、20、26、28的每一层包括多个位于沿各个接插件层的边缘部分34的导电触点表面32。为便于说明起见，将图1中的触点表面32的厚度作了放大。为了说明沿边缘部分34导电触点表面32的结构，图2给出了第二接插件层18的俯视立体图。参见图2，导电触点表面32可包括沿边缘部分34并排配置的并且连至导电线路35的触点片，导电线路35沿各个接插件层的长度方向形成。导电线路35未在图1中示出，从而导电触点表面32能更容易地识别。在图2中，导电触点表面32具有相等的长度，并在边缘部分34终止于相同点。然而，可以用一种错开的形式来形成触点表面32，从而某些触点表面的长度在边缘部分34终止于不同点。此时，当第一接插件结构12和第二接插件14接合时，能在不同点进行互连。例如，可能首先需作接地互连，然后作电源互连、信号互连或许装置ID(识别)互连。
在边缘部分34内，在相邻触点表面32之间，接插件层16、18、20、26、28可以具有缝隙。这些缝隙提供了“悬臂”作用，使得各个触点表面32能作某种程度的弯曲而与相邻的触点表面无关。可能需要这种悬臂作用作为一种手段，使得各个触点表面32适应相配的触点表面的形状，相配的触点表面例如可以具有一触点突起或其他的力集中装置。导电线路35可连至与接插件结构12、14整体地构成的电路或连至与各接插件结构连接的单独的电子装置。第二、第四和第五接插件层18、26、28可以包括在两个相反主表面36和38上的触点表面32。然而，第一和第三接插件层16、20只需要包括在各个内部主表面38、36上的触点表面32，因为制得的第一和第三接插件层只在该表面上与另一个接插件层接合，如图1所示。
能够用普通的金属板印刷技术来形成触点表面32和导电线路35，该技术包括将导电材料(例如铜)沉积在电介质接插件层上，后面再跟着对导电材料印刷和蚀刻的步骤以确定导电线路图形。采用金属板印刷技术能够在接插件层16、18、20、26、28的边缘部分内使得配对的触点表面32极其精确地对准，而不需要像普通的MSA接插组件那样逐个冲压和插入大量的触点表面。按照本发明，采用金属板印刷技术，也能将原先在电子装置(诸如一块印刷电路板)中所作的许多布线工作在接插件组件中来做。具体来说，原先在印刷电路-接插件接口处做的大量接地连接能够由接插件组件10中的导电线路35的连接来做。于是在接插件组件10中连接的导电线路35能共同连接至个数少得多的引线脚，或其他连接装置，这些引线脚或连接装置与电子装置上的接地端连接，而接插件与电子装置连接。如果接插件组件10例如连接至印刷电路板，其结果是明显节省了在接口处在电路板和接插件组件之间的电路板的空间。换一种做法，能够采用具有较大间隔的较大的焊接片，放宽了制造容差以降低成本和增加可靠性。
能够将第一接插件结构12的接插件层16-24和接插件结构14的层26-30保持在一起，以产生整体的、叠层的结构。例如，层16-30的每一层可以用叠层或其他方法与相邻的层结合在一起，叠层的接插件12、14呈现很小的外形和很小的形状因子，并且很容易形成至任何接插件层16、18、20或接插件层26、28的层间连接，叠层的层间结构使得接插件结构12、14或者成为分离的接插件结构、带有整体接插件结构的连续的印刷电路板、带有整体接插件结构的连续的印刷柔性电路或者它们的任何组合。这样，按照本发明，可以容易地做出接插件结构12、14，以至少提供下述的互连方式(1)直接的板对板互连，其中，接插件结构12、14中的每一个是一块带有整体的、相配的接插件结构的连续的印刷电路板；(2)直接的板对柔性电路的互连，其中，接插件结构12、14之一是一块连续的印刷电路板，而另一个则是连续的柔性电路，印刷电路板和柔性电路都带有整体的、相配的接插件结构；(3)直接的柔性电路对柔性电路的互连，其中，接插件结构12、14是带有整体的、相配的接插件结构的连续的柔性电路；(4)间接的板对板、板对柔性电路或柔性电路对柔性电路的互连，其中，接插件结构12、14之一或两者是一个分离的接插件结构，该接插件结构装在连续的印刷电路板或连续的柔性电路的一个边缘上或者是连接至连续的电路板或连续的柔性电路上；或者(5)板对电缆或柔性电路对电缆的互连，其中，至少接插件结构12、14中的一个是一个连接至电缆一端的分离的接插件结构。
由于此描述，本领域的熟悉的人员不应将上述的互连方式(1)-(5)视为限制性的，而应视为可能发生的许多种方式中的一些有代表性的方式。
从印刷电路板层或柔性电路层形成的接插件12、14(不管是分离的还是连续的)能将无源电子元件和/或有源集成电路元件合并在接插件结构中。具体来说，能够把诸如电阻器、电容器和电感器等无源电子元件安装在各个接插件层16、18、20、26和28之上或形成在这些层之中，并且连接至一个或多个导电触点表面32，以提供所谓“灵巧”的接插件。可以配置这些无源元件以向接插件组件10提供许多内部功能，例如，滤波和阻抗匹配等。类似地，可以将集成电路元件装在各个接插件层16、18、20、26、28上或形成于这些层中，并连接至一个或多个导电触点表面32，以提供有源功能，例如，放大增益、信号检测以及信号转换等。为添加至分离的或连续的接插件12、14，可以逐个选择这些元件，以对于特殊应用做出专用的接插件组件。图1示出把一个集成电路元件或无源元件装在接插件层20的一个表面上的例子，该元件用标号39标出。
接插件结构12、14的每一个也能用来实现一种可控的阻抗接插件。例如，可对接插件层16、18、20、26、28的尺寸仔细选择，以控制导体线路35和导电触点表面32的阻抗。通过选择具有特定介电性质的电介质材料，也能控制阻抗。
如图1所示，由第一接插件结构12的第一和第二接插件层16、18在第一第二层的边缘部分34确定了这两层之间的第一空隙40。第一接插件结构12的第二和第三接插件层18、20在第二和第三层的边缘部分确定了这两层之间的第二空隙42。类似地，第二接插件结构14的第四和第五接插件层26、28在第四和第五层的边缘部分34确定了这两层之间的第三空隙44。如图1所示，分隔层22、24和30分别与空隙40、42、44基本上平面对准。然而，分隔层22、24、30未到达各个接插件16、18、20、26、28的边缘部分34，由此留下了空隙40、42、44的空间。由于分隔层22、24、30不延伸入空隙40、42、44，因此分隔层不限制接插件层16、18、20、26、28的边缘部分34的变形，因而不必用可弹性变形的材料来制作。在第一接插件结构12与第二接插件结构14实际接合时，接插件层16、18、20、26、28以一种交错方式互相接合，很像一叠卡片。具体来说，第四和第五接插件层26、28作如此的取向，使之分别与第一和第二空隙40、42接合，而第二接插件18作如此的取向，以与第三空隙44接合。如图1所示，可以将边缘部分34的导向边缘形成角度或“削尖”，以便将接插件层18、26、28分别插入空隙44、40、42。
最好这样来规定空隙40、42、44的尺寸，使得它们具有足够窄的宽度，以分别对接插件层26、28和18提供适贴配合。接插件层18、26、28同时分别插入窄的空隙44、40、42产生了变形力，这有助于整个交错组件10的压力配合。在插入空隙44时，第二接插件层18的第一主表面36与第四接插件层26的第二主表面38接触，而第二接插件层18的第二主表面38与第五接插件层28的第一主表面36接触。由第二接插件层18产生的接触有向外偏置接插件层26和28的倾向，使之远离第二接插件层18和接插件层26、28的未变形的位置。与此同时，在分别插入空隙40、42时，第四接插件层26与第一接插件层16的第二主表面38接触，而第五接插件层28与第三接插件层20的第一主表面36接触。类似地，接插件层26、28与接插件层16、20之间的接触有向外偏置接插件层16、20的倾向，使之远离第二接插件层18和接插件层16、20的未变形的位置。
由于它们的弹性，接插件层16、20、26、28产生了阻止偏置力的力，它有将各个接插件层推回它们的未变形的位置的倾向，从而沿着指向第二接插件层18的向内方向。阻力向接插件层16、20、26、28提供压力，从而向交错的接插件结构12、14提供了压力配合。具体来说，在接插件结构12、14交错接合时，阻力将第一接插件层16的第二主表面38压向第四接插件层26的第一主表面36，将第四接插件层26的第二主表面38压向第二接插件层18的第一主表面36，将第三接插件层20的第一主表面36压向第五接插件层28的第二主表面38，以及将第五接插件层28的第一主表面36压向第二接插件层18的第二主表面38。
当第一和第二接插件结构12、14接合时，接插件组件10可称为提供了一种所谓“弹簧保存干扰”(sping-reserve interference)型接合。术语“干扰”是指当第二接插件层18与空隙44接合以及第四和第五接插件层26、28分别与空隙40、42接合时，在各个接插件层之间产生的干扰力。术语“弹簧保存”是指，当第一和第二接插件结构12、14接合时，接插件层16、20、26、28以弹性力响应变形的能力，该弹性力产生了压力配合，从而将接插件结构保持在一起，并提供良好的接触力，但仍能使接插件结构分开。
对于单个接插件层与单个空隙的接合，干扰量I可以用下式来表示I＝D-d0式中D是接插件的厚度，而d0是接插件层插入的空隙的宽度。这样，对于图1的接插件组件10的总干扰Itotal可以用下式表示Itotal=Σi=lnDi-Σi=lmdoj]]>式中，Di代表多个接插件层1至n的每个接插件层的厚度，而doj代表多个空隙1至m的每个空隙的宽度。于是，对于接插件10，总干扰Itotal是接插件层厚度之和减去空隙宽度之和。弹性力的大小是干扰，用于形成接插件层16、18、20、26、28的材料的弹力特性以及接插件层的尺寸的函数。按照本发明，最好对存在于接插件组件10中的干扰和弹性力加以选择，以对每个触点表面提供大于约0.5克的接触力，以确保良好的电接触可靠性。按照本发明，对于本领域中的熟悉人员而言，考虑到此描述，将能够调节干扰和弹性力参数，以使接插件组件10提供合适的接触力。
如此对准导电触点表面，当把接插件层16、26、28分别插入空隙44、40、42时，将接插件层26、28的触点表面连接至接插件层16、18、20的各个表面，以及反过来。相连接的触点表面32用于在与第一接插件结构12和第二接插件结构14相关联的导电线路35之间提供一个高的互连密度。具体参见图1的例子，叠层的、交错的接插件层16、18、20、26、28在接插件组件10中提供了4个分开的互连位置，由于接插件层的厚度很小，因而该组件具有很小的外形。互连位置存在于第一和第四接插件层16、26的界面、第二和第四接插件层18、26的界面、第二和第五接插件层18、28的界面以及第三和第五接插件层20、28的界面处。由于金属板印刷技术可以达到的结果，即使在配对的触点表面32之间可以做到精确对准，触点表面不必以很小的间距和尺寸来做。由于叠层的、交错的接插件层16、18、20、26、28提供大量的互连位置，用中等大小的触点间距和尺寸可以获得较高的互连密度。这样，接插件组件10的结构放宽了对准容差，并且增大了作为在第一和第二接插件结构12、14中提供的叠层的接插件层数的函数所需的触点间隔。
接插件结构12、14的压力配合增大了在对准的导电触点表面之间存在的电接触力。此外，当接插件层16、18、20、26、28互相接合时，压力配合产生了摩擦接触作用。当接插件层16、26、28滑入它们各自的空隙44、40、42时，摩擦接触作用摩擦各自的导电触点表面32，由此从触点表面消除垃圾和氧化层，以提高电互连的可靠性。还要注意，由空隙40、42、44提供的开口使得触点表面32在接插件结构12、14脱开之后可以接触到，用以作手工清洁。
由第一接插件结构12和第二接插件结构14的交错接合而产生的压力配合能进一步由合并入一个偏置装置而进一步改进。参看图1，例如，偏置装置可以包括一组片状弹簧46、48，它们安装在第一接插件结构12的外表面上，并这样取向，以向内朝第二接插件层方向分别偏置第一和第三接插件层16、20。也可以有采用诸如弹性带、可调框架、流体静力叶片和凸轮装置等可供替换的偏置装置。作为另一种替换装置，可以将一个或两个接插件层16、20放入模压机，用以将一个整体形式的弹簧模压入接插件层，以补充其固有的弹性。由偏置装置施加的力也是接插件层18、26、28分别与空隙44、40、42之间的干扰，偏置装置的弹性特征以及偏置装置尺寸的函数，因而本领域的熟悉的人员考虑了此描述，可对此力作出调节。
在图1的例子中，将第一片状弹簧46横跨于第一接插件层16的第一主表面36安装，并将第一接插件层向第四接插件层26偏置，而第二片状弹簧48安装在第三接插件层20的第二主表面38上，并将第三接插件层向第五接插件层28偏置。片状弹簧46、48施加一压力，该力补充了由第一和第三接插件层16、20的弹性而产生的阻力。在接插件层18、26、28分别与空隙44、40、42接合时，此压力进一步增加了各导电触点表面之间产生的接触力。此外，在接合后，此压力有助于将第一接插件结构12和第二接插件结构14保持在一起，以提供一个可分开的、但结构上耐用的接插件组件10。如果需要，可在片状弹簧46、48上开槽，这些槽开得与相邻触点表面32之间的缝隙平行。这些槽能够对独立的弯曲提供“悬臂梁”(cantilever beam)作用，如上所述，如果槽也开在相邻触点表面32之间的边缘部分34时，尤其这样。
接插件组件10的叠层交错结构的优点是，由偏置装置(例如，弹簧46、48)施加的压力跨过多个叠层的薄的梁式结构串联分布，此结构为接插件层16、18、20、26、28的形式。如果接插件层具有大于约3∶1的形状比(长度与厚度之比)，则通常可称此层为“薄梁”。导电触点表面的叠层结构再配合每个接插件层16、18、20、26、28的薄梁特征，允许由偏置装置施加的机械力跨过所有的触点串联保持。结果，为获得可靠的电接触所需的总力要比所有的配对触点被逐个并联负荷时的力小得多。此外，由偏置装置产生的串联力被已由接插件层16、18、20、26、28的固有的弹性和空隙40、42、44的适贴配合提供的压力配合所补充。结果，由接插件组件10能更容易地获得可靠的电触点力。
图3中按照本发明的一种电接插件组件10’的第二实施例的侧视示意图，该组件有一多层交错结构。图3的电接插件组件10’基本上相应于图1所示的那种，但做成所谓“零插入力”(ZIF)或“小插入力”(LIF)接插件组件。术语“零插入力”通常用来称这样的接插件组件，它允许与相配的接插件结构的起始接合实际上没有接触法向力。换句话说，当接插件层18、26、28分别与空隙44、40、42接合时实际上没有“干扰”发生。术语“小插入力”通常用来称这样的接插件组件，它允许与相配的接插件结构作起始接合时，在触点表面没有较大的法向力，即使可能需要一个小的非零的力。ZIF或LIF接插件组件一般包括一锁定装置，设计用于在起始接合后将接插件结构保持在一起。与图1的接插件组件10相同，图3的接插件组件10’做得能使接插件层16、18、20、26、28叠层、交错接合。然而，空隙44、40、 42的宽度能够容许第一、第四和第五接插件层不用较大的力就能分别插入。空隙40、42、44的较大宽度避免了交错接插件层16、18、20、26、28的主表面36、38之间的明显的磨擦接触。结果，不需很大的力，第一接插件结构12’和第二接插件结构14’能容易接合在一起，并能被称为ZIF或LIF接插件组件。
提供一种偏置装置，用以在第一和第二接插件结构12’、14’起始接合后产生一压力。偏置装置增大了各个导电触点表面32之间的电接触力，并且用作锁定装置，确保接插件结构12’、14’的可分开，但在结构上耐用的接合。如图3所示，偏置装置例如可以包括一个框架50，它有一个孔，第一接插件结构12’穿过该孔延伸。框架50的孔的尺寸是这样的，用以在框架的内表面和第三接插件层20的第二主表面38之间确定一个空隙52。梭54做得滑入空隙52。在图3的例中，梭54的形状是倾斜的，从被空隙52容纳的一端处的最窄点向外渐变至在相对端处的最宽点。当梭54滑入空隙52时，梭54的倾斜表面与框架50的内表面接合，并向内表面和第一接插件结构12’两者施加作用力。由梭54施加的力造成一压力，该压力向第二接插件层18偏置第一和第三接插件层16、20。梭54可以包括弹性体或薄片弹簧，以增大施加至第一接插件结构12’的力。当接插件层18、26、28分别与空隙44。40。42接合时，压力起着将交错的接插件组件10’保持在一起的作用，并在各个导电触点表面32之间产生可靠的电接触。
图4是按照本发明的一种电接插件组件10″的第三实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。图4的接插件组件10″基本上相应于图1的接插件组件10，但进一步包括了一个引导装置，用于第一接插件结构12″和第二接插件结构14″的引导接合。在接插件结构12″、14″接合时，引导装置确保相接合的各个导电触点平面32的精确水平对准，并且便于分别在接插件层16和空隙44之间以及在接插件层26、28和空隙40、42之间的垂直对准接合。如图4所示，引导装置例如可以包括插座外壳56(它容纳第一接插件结构12″)和插头外壳58(它容纳第二接插件结构14″)。插座外壳56包括第一开孔57，用于接纳接插件层26、28，而插头外壳58包括第二开孔59，用于接纳接插件层16、18、20以及插座外壳。
在图4的接插件组件10″中，接插件层16和20分别与片状弹簧60、62形式的偏置装置相接。片状弹簧60、62相接在接插件层16、20的边缘部分34，并且由于弹簧力在每个柔性接插件层中产生一个弯折64。弹簧60、64分别对接插件层16、20施加压力，并且抵住插座外壳56的内表面。得到的压力将接插件层16、20的各个边缘部分向接插件层18的边缘部分34偏置，由此，在接插件层18、26、28分别与空隙44、40、42接合处提供压力配合。如图4所示，为了稳定性和避免与接插件层26、28的端部的碰撞，可以将接插件层16、20的端部保持在设置在插座外壳56中的锁定通道66内。插座外壳56和插头外壳58可以用模制塑料或金属制成，并可做出开孔57、59，这些开孔的尺寸设计得在各个外壳之间提供摩擦配合。如果外壳56、58是用金属制成的，则锁定通道66应该包括绝缘物，以避免由接插件层16、20所携的触点表面32被短路。摩擦配合与接插件层16、28、20、26、28的压力配合相配套，从而更提高了接插件组件10″的结构耐用性。
图5是示于图4的电接插件组件10″的局部正视立体示意图。图5分别给出了插座外壳56和插头外壳58的开孔57、59的横剖视图。如图所示，开孔57用于接纳接插件层26、28，而开孔58用于接纳整个插座外壳56。
图6是按照本发明的电接插件组件10的第四实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。图6的接插件组件10基本上相应于图4的接插件组件10″，但画出了可以包括进接插件组件中的另外一些特征。例如，可以在接插件层16、18、20、26、28的一个或数个导电触点表面32上形成诸导电凸起。图6中示出在接插件层26和28的两个主表面36、38上设置的触点表面上形成的触点凸起72。然而，按照情况，可以在单个主表面上和只在选出的一些接插件层上形成触点凸起。触点凸起72集中了(因而增大了)交错的接插件层16、18、20、26、28的相接合的触点32之间的接触力。此外，由于配对触点表面32的局部适应性，触点凸起72可以产生一力矩，这将得出更好的力的均匀性。
为了进一步增大接触力，可以采用大的形状比特征的构造(未示出)，例如在触点凸起72上或直接在触点表面32上的随机的尖点或凹凸不平。然而，应该注意，对于诸如对应于图3所描述的ZIF或LIF接插件组件，树枝状(dendrite)结构可能是最合适的。大的形状比特征可提供Z-轴摩擦接触，并增大互连的触点表面区域。触点凸起72和/或大的形状比特征可以用通常的沉积诸如铜、锡、金或钯镍合金等金属的技术在触点表面32上形成。
图6的接插件组件10也描述了接插件结构12、14之一或两者的制造，它们是设计来用于与印刷电路板或其他电子装置相接合的分离的接插件结构。当然，作为分离的接插件结构的接插件结构12、14的制造不同于作为连续的接插件结构(诸如印刷电路板或柔性电路)的接插件结构的制造。图6示出了作为的的接插件结构的接插件结构12的制造的例子，该接插件结构安装在一块印刷电路板68上。接插件结构12(包括插座外壳56)可以都与印刷电路板68相接，并通过导电引线脚70与印刷电路板中的导电线路作电连接。通过在接插件结构12中构成的层间连接，可以将接插件层16、18、20、连接至引线脚70，因而连接至板68中的导电线路。于是可将导电引线脚70与印刷电路板68相连，并通过在该板中形成的普通的焊接端电连接至印刷电路板中的导电线路。
图7-10描述了按照本发明的，具有多层、交错结构的电接插件组件的各种另外的实施例。图7-10所示的电接插件基本上相应于图1-6所示的那些电接插件，但图7-10描述了用较少的交错接插件层来制造按照本发明的接插件组件。
例如，参见图7，它是按照本发明的第五实施例的接插件组件73，该组件包括一个第一接插件结构74和一个第二接插件结构76，第一接插件结构具有单个的第一接插件层75，而第二接插件结构具有一对叠层的第二和第三接插件层77、78，两层之间用分隔层80隔开。然而，图7的接插件组件73所包括的层的精确数目完全是例示性的，而根据所需的互连密度，可以增加或减少。第二和第三接插件层77、78在第二和第三接插件层之间靠近两层的边缘部分34处确定了一个空隙82。空隙82大体上与分隔层80共面。第一接插件层75作如此的取向，当第一接插件结构74与第二接插件结构76接合时，该接插件与空隙82接合。如在图1的接插件组件10中那样，接插件层75、77、78中的每一层都包括了多个导电触点表面32，迪些触点表面沿各个接插件层的边缘部分34配置。当第一接插件层75与空隙82接合时，就把第一接插件层的导电触点表面32接合至第二和第三接插件层77、78的导电触点表面32。这样，可以在接插件层75的第一主表面36和第二主表面38上设置导电触点表面32。然而，由于只有第二接插件层77的第二主表面38和第三接插件层78的第一主表面36通过空隙42与第一接插件层75接合，因此只需在那些表面上形成导电触点表面32。
如图1中的接插件组件10那样，接插件组件73的第一、第二和第三接插件层75、77、78最好包括一种能够作弹性变形的材料，并且可以带有薄的、价廉的印刷电路层，诸如印刷电路板层或柔性电路层。接插件层75、77、78的弹性提供了第一接插件结构74与第二接插件结构76之间的压力配合，这增大了接插件组件73的互连接触力和结构耐久性。仍如在图1的接插件10中那样，分隔层80并不填满空隙82，因而可以用一种刚性材料来做，除非希望整个接插件结构76是柔性的。例如能够用叠合的办法把第二接插件结构76的第二和第三接插件层77、78保持在一起，以产生一种提供层间连接的整体的、叠层结构。这样，可以将第二接插件结构76以及第一接插件结构74以分离的接插件结构或者以连续的印刷电路板或柔性电路来实现，它提供了上述相应于图1-6的接插件组件的所有的互连功能。
在图7的接插件组件73中，空隙82的尺寸最好具有足够窄的宽度，以在插入时与第一接插件层75压力接合。第一接插件层75插入空隙82产生了形变力，该形变力具有偏置第二和第三接插件层77、78、使之向外远离第一接插件层的倾向。然而，弹性的接插件层77、78产生了一阻力，该阻力具有把各个接插件层推回它们的未变形位置(因而朝内向着第一接插件层75)的倾向。阻力给予第一接插件层75一个压力，该压力对交错的接插件结构74、76提供了一压力配合。在接插件层75、77、78互相接合时此压力还提供了摩擦接触作用，如图1的接插件组件10那样。在接插件结构76上还可以提供片状弹簧84、86形式的偏置装置，以增大接插件组件73的接触力和结构的耐用性。如图7所示，可以将片状弹簧84、86安装在第二接插件结构76的外表面上，并作如此的取向，以分别向内朝第一接插件层75偏置第二和第三接插件层77、78。
图8是按照本发明的一种电接插件组件73’的第六实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。图8的电接插件组件73’基本上相应于图7所示的接插件组件，但把它做成“零插入力”接插件组件。如图3的接插件组件10那样，图8的接插件组件.73’有一空隙82，该空隙具有这样的尺寸，即它的宽度可以让第二接插件层75以不大的力插入。提供了一种框架88和梭90形式的偏置装置，以在第一和第二接插件结构74’、76’起始接合后提供压力。如在图3中的接插件组件10’中那样，图8的用于接插件组件73’的偏置装置增大了各个导电触点表面32之间的电接触力，并且如同一锁定装置，能确保接插件结构74’、76’作可分开的、但结构上耐用的接合。如图8中所示，框架88有一开孔，第二接插件结构76’穿过该开孔延伸。框架88的开孔取这样的尺寸，以确定接纳梭90的空隙92。当把梭90滑入空隙92内时，梭的倾斜表面向梭的内表面和第二接插件结构76’施加力。由梭90施加的力提供了压力，该压力向第一接插件层75偏置第二和第三接插件层77、78，由此把接插件结构74’、76’保持在一起，并确保可靠的电接触。
图9是按照本发明的一种电接插件组件73″的第七实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。图9的接插件组件73″基本上相应于图7的接插件组件73，但是，如图4的接插件组件10″那样，还包括了一个引导装置，用于第一接插件结构74″和第二接插件结构76″的引导接合，该引导装置的形式为插头外壳94和插座外壳96。如图9所示，插座外壳96包括一个开孔97，用于接纳第一接插件层75，而插头外壳94包括一个开孔98，用于接纳第二和第三接插件层77、78以及插座外壳。第二和第三接插件层77、78分别以片状弹簧99、100的形式与偏置装置相接。片状弹簧99、100相连在接插件层77、78的边缘部分34，并由于弹性力在每个接插件层中产生一个弯折102。将与弯折102靠近的接插件层77、78的端部保持在锁定通道104内，该锁定通道设置在插座外壳96中。弹簧99、100向接插件层77、78提供压力，该压力向第一接插件层75的边缘部分34偏置第二和第三接插件层的各个边缘部分34。在第一接插件层75与空隙82接合时弹簧99、100加强了压力配合。
图10是按照本发明的一种电接插件73的第八实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。图10的接插件组件73基本上相应于图9的接插件组件73″，但图10描述了把导电凸起106合并进来和将至少一个接插件结构74、76安装在印刷电路板108上的情况，这些导电凸起在接插件层75、77、78的一层或数层的导电触点表面32上形成。例如，图10示出了设置在第一接插件层75的两个主表面36、38的触点表面32上形成的触点凸起106，用这些凸起来集中接触力。图10还示出了制造作为分离的接插件结构通过导电引线脚109安装在印刷电路板108上的接插件73的例子。可以把导电引线脚109以机械的方式连接至印刷电路板108上和用普通的焊接端电气连接至印刷电路板中的导电线路，以及通过层间连接连接至接插件层75。
图11是按照本发明的一种电接插件组件110的第九实施例的侧视示意图，该组件具有多层、交错结构。电接插件组件110包括一个第一接插件结构112和一个第二接插件结构114。把图11中的接插件结构112、114画成具有很多个接插件层和分隔层，因而表示用本发明构造出的电接插件组件能获得很高的互连密度。然而，包括在接插件组件110中的接插件层的精确数目再一次纯粹是例示性的，该数目可按所需的互连密度而增减。在图11的例子中，第一接插件结构112包括第一、第二、第三、第四和第五接插件层116、118、120、122和124，以及第一、第二、第三和第四分隔层126、128、130和132。类似地，第二接插件结构114包括第六、第七、第八和第九接插件层134、136、138和140，以及第五、第六和第七分隔层142、144和146。
在图11的例子中，各个接插件层和分隔层具有用括号148指出的第一部分和用括号150指出的第二部分，第二部分150相对于第一部分148以一个角度弯折并延伸。由括号150指出的第二部分包括各个接插件层的边缘部分34。在图11中，接插件层116-124和134-140的第二部分150基本上垂直于第一部分148延伸。然而，为获得所需的互连取向，可以将接插件层弯折任何角度。无论弯成什么角度，最好将弯折绕一足以避免损坏(例如接插件层、触点表面和导电线路的破裂)的半径而做出。
在第一接插件结构112中，把接插件层116、118、120、122、124和分隔层126、128、130、132的第一部分148例如用叠合的方法保持在一起，以形成一个多层的叠层。类似地，在第二接插件结构114中，把接插件层134、136、138、140和分隔层142、144、146保持在一起，形成一个多层的叠层。各个接插件层的第二部分150确定一系列平行的空隙。各个分隔层基本上与各个空隙共面，但不到达边缘部分，而在相邻接插件层之间留出空间。例如，在第一接插件结构112中，第一和第二接插件层116、118的边缘部分34确定了第一空隙152，第二和第三接插件层118、120的边缘部分34确定了第二空隙154，第三和第四接插件层120、122的边缘部分34确定了第三空隙156，而第四和第五接插件层122、124的边缘部分34确定了第四空隙158。类似地，在第二接插件结构114中，第六和第七接插件层134、136的边缘部分34确定了第五空隙160，第七和第八接插件层136、138的边缘部分34确定了第六空隙，而第八和第九接插件层138、140的边缘部分34确定了第七空隙164。
如图1-10所示的接插件组件10，73那样，接插件层116-124和134-140的每一层包括有靠近各个接插件层的边缘部分34配置的导电触点表面32。在第二接插件结构114的接插件层134-140的每一层中可以包括在各个边缘部分34的两个主表面36、38上的触点表面32。然而，由于第一接插件层116和第五接插件层124只在第一接插件层的内主表面和第五接插件层的内主表面与相配的接插件层接触，因此只有第一接插件结构的内接插件层118、120、122应在两个主表面36、38上具有触点表面。接插件层116-124和134-140的每一层最好包括能够弹性变形的材料，并且可用一印刷电路板层或柔性电路层在形变状态下叠合而做成，以产生示于图11的固定的弯折结构。第一接插件结构112的外接插件层116、124可与一整体的弹簧形式模压在一起和/或具有弹性背衬材料，以产生自然的偏置装置，该偏置装置阻止将接插件层116、124从内接插件层118-122推开的力。
可以将第一和第二接插件结构112、114之一或两者构造为带有整体的、相配接插件结构的印刷电路板或柔性电路。换一种做法，可以将接插件结构112、114作为分离的接插件结构来构造，该分离的接插件结构安装在连续的印刷电路板或连续的柔性电路的边缘上，或者连接至连续的印刷电路板或连续的柔性电路。例如，在图11中，第一接插件结构112是作为安装在印刷电路板166的边缘上的分离的接插件结构而示出的。在每接插件层中的导电线路可以通过层间连接和导电引线脚168而被连接至板166上的导电线路。第一和第二接插件结构112、114也可以作为适于与电缆的端部相连的分离的接插件结构来构造。
当第一接插件结构112与第二接插件结构114接合时，第二、第三和第四接插件层118、120和122的边缘部分作如此的取向，以分别与第五、第六和第七空隙160、162、164接合。与此同时，第六、第七、第八和第九接插件层134、136、138、140的边缘部分34分别作如此的取向，以分别与第一、第二、第三和第四空隙152、154、156、158接合。作为接插件层116-124和134-140交错接合的结果，由每个接插件层所带有的导电触点表面32与在另一个接插件层上的相应的触点表面32相配对，从而在第一和第二接插件结构112、114中产生多个互连。
为获得干扰配合，空隙152-164的尺寸可以这样取，使之具有足够窄的宽度，以在插入时可与交错的接插件层压力接合，产生摩擦接触和形变力。弹性接插件层77、78以产生阻力的方式对形变力作出响应，该阻力对交错的接插件组件110提供压力配合，其方式与上述对应于图1-10的实施例中的相同。此外，由接插件层116、124提供的天然的偏置力提供了额外的压力，以确保可靠的电接触和耐久的接合。虽然上述的接插件组件110包括有做成一定形状的接插件层116、124和窄的空隙，但组件也能容易地做成零插入力或低插入力组件，其做法是把空隙加宽，并提供一外部的偏置装置，诸如采用一组弹簧或一框架与梭结构。
图12示出一种制造按照本发明的多层、交错结构的电接插件组件的方法。虽然可在个别的基础上很容易做出单个的接插件结构，但采用一系列共同的步骤，用本方法可以同时做出多个接插件结构。图12表明，采用分割叠层接插件结构170的办法来同时制造多个接插件结构12a、12b、12c、12d、12e、12f。例如，接插件结构12a-12f中的每一个类似于示于图1的第一接插件结构12。然而，此方法可用来构造按照本发明的一种电接插件组件的第一接插件结构和第二接插件结构，并且此方法可用于相应于图1-11的任何实施例。为说明方便起见，图12和下面的描述只涉及本发明的电接插件组件的一种接插件结构。
参看图12，通过提供第一接插件层16、第二接插件层18和第三接插件层20来构成叠层结构170。第一、第二和第三接插件层16、18、20最好包括一种能弹性变形的材料。在第一、第二和第三接插件层16、18、20的多个区域的每一个区域中形成多个导电触点表面32和导电线路35。导电线路可以包括汇流条172，用于连续性测试。此外，为形成接触片可以提供多个引导图形174，接触片用于通过通孔将接插件结构连接至外电路。作为本方法的结果，将形成相应于分离的接插件结构12a-12f的区域。然而，应该注意，接插件12a-12f中的每一个可以包括连续的印刷电路板或柔性电路的整体部分。提供了多个分隔层22a、22b、24a、24b，并将它们放置在接插件层16、18、20之间，以形成叠层结构。具体来说，把分隔层22a和22b放置在接插件层16和18之间，而分隔层24a和24b放置在接插件层18和20之间。
分隔层22a、24a与分隔层22b、24b相隔开，并与接插件结构12a、12b和12牟一部分对准。分隔层22b、24b与接插件12d、12e、12f的一部分对准。第一和第二接插件层16、18确定了在它们之间的空隙40a、40b。空隙40a相应于接插件结构12a、12b、12c，而空隙40b相应于接插件结构12d、12e、12f。类似地，第二和第三接插件层18、20确定了在它们之间的空隙44a、44b。空隙42a、42b分别相应于接插件结构12a、12b、12c，以及接插件结构12d、12e、12f。此外，空隙40a、40b、42a、42b这样放置，使导电触点表面32保持可接触到，分隔层22a、22b大体上与空隙40a、40b共面地延伸，而分隔层24a、24b大体上与空隙42a、42b共面地延伸。然而，分隔层22a、22b、24a、24b不到达各个接插件结构12a-12f的边缘部分34，由此为空隙40a、40b、42a、42b留出空间。
可以将附加的电介质层176a、176b、178a、178b添加至叠层结构170，以能够构成将接插件结构12a-12f连接至电子装置(例如印刷电路板)所必需的硬件。如图12所示，层176a、178a相应于接插件结构12a-12c，而层176b、178b相应于接插件结构12d-12f。层176a、176b可以包括多个引导孔180，用于形成与触点引导图形174对准的通孔。经选择的引导孔180可以钻通，以形成通孔，多个导电引线脚可插入通孔，用以对于接插件结构12a-12f的不同层上的导电线路进行互连。层178a、178b可以包括多个焊接凸起182，或者其他普通的连接装置，用于将接插件结构12a-12f连接至印刷电路板上的端子。
例如，通过叠合，能够将产生的叠层结构170保持在一起。如上所述，当把叠层结构170组合起来以后，就将叠层结构划分成诸部分，以形成分离的接插件结构12a、12b、12c、12d、12e和12f。在图12的例子中，可以将经结构170沿直线184和一对直线186、188切割，而做成六个部分。每个部分提供了单个的接插件结构12a，如图13所示。当然，由此方法产生的接插件结构的数目可以根据使用者的需要而加以改变，然而，对于任何数目，这种方法可以明显地减少复杂性和构成本发明电接插件组件所需的步骤数。
提供下面的例子以描述按照本发明的电接插件组件，并且，特别描述制造这种电接插件组件的例示的技术。在下面的例子中提到各种玻璃填充环氧树脂印刷电路板结构和金属-玻璃填充聚合物层，意图总的符合1992年12月24日生效的军用规格MIL-S-13949H。
例子1采用下面的技术制造一种单个分离的电接插件组件，该组件基本上与图1的接插件组件10相符。通过提供单个印刷电路板层来制造接插件层16、20的每一层，单个印刷电路板层是用ED130双功能环氧树脂层做成，该环氧树脂层具有ED2级的1080玻璃型式预浸材料。ED2接插件层16、20中的每一层的厚度约为0.0025英寸(63.5μm)、宽度约为1.6英寸(4.064cm)而长度约为0.75英寸(1.9cm)。图5包括一组轴线，作为参考点，这组轴线指出了测量接插件10的厚度、宽度和长度的方向。把ED2接插件层16、20的每一层的一侧处理成一盎司铜箔的氧化物处理侧，铜箔厚度约为0.00135英寸(34.3μm)。把接插件层放在TedlarTM脱模衬料(release liner)之间，置入实验室压力装置，加压200psi(1.4MPa)、在300°F(149℃)下处理约1小时。TedlarTM脱模衬料可以从纽约州Buffali市的E.I.Dupont公司购得。接插件层16、20的每一层的厚度和长度(包括铜)，产生了约为56∶1的薄梁形状比。
接插件层18、26、28的每一层用印刷电路板层来制造，该印刷电路板层厚度约为0.006英寸(152.4μm)的标准6/c1/c1 ED130环氧树脂玻璃层制成，在其两侧有一盎司C级铜箔，铜箔厚度约为0.00135英寸(34.3μm)。整个6/c1/c1接插件层18、26、28(包括铜)，每层的厚度约为0.0087英寸(221μm)，宽度约为1.6英寸(4.1cm)，和长度约为0.75英寸(1.9cm)。接插件层18、20、28的每一层的厚度和长度(包括铜)，产生了约为27∶1的薄梁形状比。
导电触点表面32和导电线路35是由在接插件层16、18、20、26、28的铜上构图和蚀刻而形成的。导电触点表面32在各个接插件层的边缘部分34形成，并且一般沿接插件层的宽度互相地平行地延伸。具有多个触点表面32的信号传递层在叠层于接插件层16、18、20、26、28的铜上形成。触点表面32具有下述近似尺寸0.050英寸(1.27mm)中心距，0.030英寸(0.762mm)条带宽，以及0.40英寸(1.016cm)长。导电线路35具有下述尺寸0.050英寸(1.27mm)中心距、0.010英寸(0.254mm)条带宽以及0.030英寸(0.762mm)长。
分隔层22、24和30的每一层用6/oo/oo ED130双功能环氧树脂叠层的电介质层来制造，其厚度约为0.006英寸(152.4μm)，它夹在两个粘结层之间，粘结层是用A11级108玻璃型式、低流动预浸材料制成，每片厚度约为0.003英寸(76.2μm)。把由叠层和粘结层形成的结构修整成宽度约为1.6英寸(4.064cm)而长度约为0.40英寸(1.016cm)的条带。把得到的分隔层22、24、30放置在相邻的接插件层之间，从而每个分隔层只能沿各个接插件层的长度的一部分延伸，空出如图1所示的空隙40、42、44，有了这些空隙才能进入触点表面32。把分隔层22、24和接插件层16、28、20叠层起来，产生第一接插件结构12，而把分隔层30和接插件层26、28叠层起来，产生第二接插件结构14。
除了脱模衬料之外，上述所有的用于构造接插件层16、18、20、26、28和分隔层22、24、30的叠层材料均由威斯康星州La Crosse市的Allied SignalLaminate Systems公司购得。
第一和第二接插件结构12、14、在150psi压力(1.03MPa)、300°F(149℃)下叠层，用二小时升至该温度，并用半小时保持在该温度。用于第一接插件结构12的叠层，按从上至下的叠层次序，包括铝压力板脱模衬料橡胶压力层脱模衬料





脱模衬料橡胶压力层脱模衬料铝压力板用于第二接插件结构14的叠层，按从上到下的次序，包括铝压力板脱模衬料橡胶压力层脱模衬料



脱模衬料橡胶压力层脱模衬料铝压力板在第一接插件结构12与第二接插件结构14交错接合时，得出的接插件组件10具有的外形尺寸约为0.045英寸(1.143mm)，覆盖区(foot print)约为1.0英寸(2.54cm)×1.5英寸(3.81cm)，互连区域密度约为90触点对/平方英寸(0.124触点对/平方毫米)，而互连体积密度约为1778触点对/立方英寸(0.10849触点对/立方毫米)。当对接插件组件从外部施加1.5kg的法向力时，对于大多数触点对来说，测量到小于0.1欧(所用的欧姆计的限度)电连续性。
例子2基本上与图4的接插件10一致的单个、分离的电接插件组件基本上按照例子1所述来构造。然而，对于接插件组件10添加了一个插座外壳56和一个插头外壳58。插座外壳56和插头外壳58用一种包括Ciba Geigy SL5170的环氧树脂材料以立体金属板印刷技术(stereolithography)来做。插座外壳56之宽度约为1.60英寸(4.064cm)，高度约为0.225英寸(5.72mm)，长度约为0.75英寸(1.905cm)，而壁、底壁和侧壁的厚度约为0.050英寸(1.27mm)。在插座外壳56中设置的开孔57之高度约为0.055英寸(1.40mm)和宽度约为1.5英寸(3.81cm)。当进行立体金属板印刷加工时，邻近插座外壳56的开孔57，形成锁定通道66。插头外壳58之宽度约为1.72英寸(4.368cm)、高度约为0.325英寸(8.255mm)、长度约0.70英寸(1.778cm)，而顶壁、底壁和侧壁的厚度约为0.050英寸(1.27mm)。在插头外壳中设置的开孔59之高度约为0.22英寸(5.588mm)，而宽度约为1.6英寸(4.064cm)。
用0.003英寸(76.2μm)厚的.5/.5淬硬不锈弹簧钢制成片状弹簧60、62。把弹簧钢切割成片，每块具有大约1.5英寸(3.81cm)×0.50英寸(1.27cm)的表面区域，将弹簧钢片放在一个波形模子中冲压，以在每片中沿1.5英寸(3.81cm)的宽度在0.20英寸(5.08mm)长的条带内形成一个波纹状区域。量得每个不锈钢片的波纹状区域之厚度约为0.016英寸(406.4μm)。把每个不锈钢片放在老虎钳中弯折，以在波纹状区域的开头部分形成接近180°的明显的弯折。然后将每个片状弹簧60、62的无波纹的区域弯向有波纹的区域，以形成一片状弹簧，量得其厚度约为0.050英寸(1.27mm)。用3M VHB940粘接剂分别针无波纹的区域粘接至接插件层16、20的外表面，粘接剂厚度约为0.002英寸(50.8μm)。
把包括接插件层16、18、20，分隔层22、24，以及弹簧60、62的第一接插件结构12插入外壳插座56，并用粘接剂固定在其中。把接插件16、20的端部弯入锁定通道66的适当位置。类似地，把包括接插件层26、28，以及分隔层30的第二接插件结构14插入插头外壳58，并用粘接剂固定在其中。用插入0.006英寸(152μm)垫片的办法把插头外壳58内的接插件层26、28向外偏置，并使垫片来回动作，以得出一个稍微张开的形状，以在交错接合时更好地让接插件层18插入。交错接插件层与插座和插头外壳56、58之间的总干扰粗略地等于-0.120英寸(3.048mm)用于插座外壳中的空隙+0.123英寸(3.1242mm)用于插座外壳中的层和弹簧+0.018英寸(0.4572mm)用于插头外壳中的层＝0.021英寸(0.5334mm)用于插入时的总干扰在第一接插件结构12与第二接插件结构14接合时，得出的接插件组合10具有的高度约为0.325英寸(8.255mm)，覆盖区约为1.0英寸(2.54cm)×1.71英寸(4.345cm)，触点区域密度约为70.2触点对/平方英寸(0.10878触点对/平方毫米)，触点体积密度约为216触点对/立方英寸(0.01318触点/立方毫米)，而对于所有的触点对，电连续性为小于0.1欧(所用的欧姆表的限度)。
例子3按照下述技术构造一个大体上与图7的接插件组件73一致的、但还包括一个模制入接插件层77的整体弹簧的单个的分离电接插件组件。接插件层75用一印刷电路板层来制造，该印刷电路板层由标准的6/c1/c1 ED130环氧树脂玻璃叠层制成，其厚度约为0.006英寸(152.4μm)，在其相对的两侧，具有厚度约为34.3μm的一盎司C级铜。整个6/c1/c1接插件层75(包括铜)具有约为0.009英寸9228.6μm)的厚度，约为0.5英寸(1.27cm)的长度，以及约为1.5英寸(3.81cm)的宽度。接插件层78由提供单个印刷电路板层来制造，该印刷电路板层是用FR-4芯ED130环氧树脂玻璃叠层制成，该环氧树脂玻璃叠层具有约0.030英寸(0.762mm)的厚度，在其一侧有厚度约为34.3μm一盎司C级铜。整个接插件层78(包括铜)，厚度约为0.0314英寸(0.7976mm)，长度约为1.0英寸(2.54cm)，和宽度约为1.5英寸(3.81cm)。导电触点表面32和导电线路35由对在接插件层75、78上的铜进行构图和蚀刻而构成。
接插件层77(包括接插件层78)由一系列步骤形成。首先，把一厚度约为0.010英寸(0.254mm)的FR-4芯ED130环氧树脂玻璃叠层切割成长约为0.55英寸(14.0mm)和宽约为1.5英寸(3.81cm)的大小，以形成分隔层80。把分隔层放置在接插件层78的顶部，把108粘接层放在这两层之间。然后把一108粘接层放置在分隔层80的顶部，分隔层取的尺寸要空出空隙82。然而，将一钢尺插入空隙82，在钢尺和分隔层80之间留出一空间，钢尺厚0.021英寸(0.533mm)并在其每一侧覆盖有TedlarTM脱模衬料。脱模衬料覆盖钢尺和留出的空间，以确保在空间相对侧的触点表面32的最小分隔。接插件层77通过在分隔层80、钢尺和空间上放置1080预浸材料和在1080预浸材料层上放置三层2116预浸材料而形成，而1080预浸材料已对在一侧具有约34.3μm厚的一盎司铜层粘接和固化。
除了脱模料料外，所有用于构造接插件层16、18、20、26、28和分隔层22、24、30的上述叠层材料可以从威斯康星州的La Crosse市的Allied SignalLaminate Systems公司购得。
把得到的组件放在叠压机中，在组件的顶部放三层压力衬片和TedlarTM脱模衬料。按从上至下的叠层次序，组件的叠层包括铝压力板脱模层压力衬片压力衬片压力衬片脱模层

脱模衬料脱模衬料粘接层钢尺空间 FR-4分隔层80脱模衬料脱模衬料粘接层0.030英寸FR-4接插件层78脱模衬料铝压力板把组件置于大约300psi(2.07MPa)的压力下度在大约300°F(149℃)下加热四十五分钟。当边施加压力边加热时，2116和1080预浸材料软化，并与钢尺和分隔层80之间的空间的形状有些一致。最后，2116和1080预浸材料固化，造成很强的粘接。
在冷却后，把组件从叠层机中取出，在除去脱模衬料和钢尺后，由固化的组件产生第二接插件结构14。可以看到第二接插件结构14在接插件77中保留一弯折，提供一整体弹簧形式。在第一接插件结构12(包括接插件层75)和第二接插件结构14(包括接插件层77、78和分隔层80)交错接合后，整体弹簧形式向空隙82提供干扰配合。当接插件层75插入空隙82时，干扰配合造成接插件层77的变形。具有其固有弹性和整体弹簧形式，接插件层77以一力对变形作出响应，该力有向接插件层78偏置接插件层77的倾向，提供了与接插件层75的压力配合。该压力配合产生良好的电接触力。测得接插件层75、77、78的配对的触点表面32之间的电阻小于0.1欧(所用欧姆表的限度)。
在第一接插件结构12和第二接插件结构14交错接合时，得出的接插件组件10具有约0.070英寸(1.778mm)的高度。
例子4采用下述技术构造大体上与图1的接插件组件10一致的、用柔性电路层来做的单个、分离的电接插件组件。接插件层16、20的每一层用一聚酰亚胺柔性电路层来做，该柔性电路层具有一单个的导电层，该导电层包括0.001英寸(25.4μm)的铜、150微英寸(3.81μm)的镍和30微英寸(0.762μm)的金。接插件层16、20(包括导电层)的每一层的厚度约为0.003英寸(76.2μm)、宽度约为0.75英寸(1.905cm)和长度约为0.21英寸95.334mm)，并产生约为70∶1的薄梁形状比。
接插件层18、26、28的每一层是用一层3M VHB9460粘结剂把一对柔性电路层连接在一起而构成的。每层柔性电路层具有单个导电层，该导电层包括0.001英寸(25.4μm)的铜，150微英寸(3.81μm)的镍，和30微英寸(0.762μm)的金。粘接剂层的厚度约为0.002英寸(50.8μm)。接插件层18、26、28(包括一对柔性电路层、导电层和粘接剂层)的每一层的厚度约为0.008英寸(203.2μm)，宽度约为0.75英寸(1.905cm)，和长度约为0.21英寸(5.334mm)。接插件层18、26、28的每一层产生约26∶1的薄梁形状比。用于构成接插件层16、18、20、26、28的所有的柔性电路层可以从明尼苏达州St.Paul市的3M公司获得。
在接插件层16、18、20、26、28上的导电层是用通常的技术形成导电触点表面32和导电线路35的，触点表面32具有下述近似的尺寸中心距为0.050英寸(1.27mm)，条带宽为0.025英寸(0.635mm)，长度为0.20英寸(5.08mm)。导电线路35具有下述近似的尺寸中心距为0.050英寸(1.27mm)，条带宽为0.010英寸(0.254mm)，长度为1.5英寸(3.81cm)。
分隔层22、24、30的每一层也用一层上述的VHB9460粘接剂构成，这种粘接剂可从明尼苏达州St.Paul市的3M公司获得。粘接剂层22、24、30的每一层的厚度约为0.002英寸(50.8μm)，并将它修整成宽度约为0.75英寸(19.5mm)和长度约为1.0英寸(2.54cm)的大小。把得出的分隔层22、24、30放置在相邻的接插件层之间，从而每个分隔层的宽度沿各个接插件层的长度延伸，留出空隙40、42、44，如图1所示，由这些空隙，可以到达触点表面32。
把分隔层22、24和接插件层16、28、20叠层，以产生第一接插件结构12、而把分隔层30和接插件层26、28叠层，以产生第二接插件结构14。由粘接剂形成的分隔层22、24和30用于把叠层结构粘接在一起。
按从上到下的叠层次序，第一接插件结构12包括
柔性电路接插件层20导电层3M VHB9460粘接剂分隔层24导电层

导电层3M VHB9460粘接剂分隔层22导电层柔性电路接插件层16按从上到下的叠层次序，第二接插件结构14包括导电层

导电层3M VHB9460粘接剂分隔层30导电层

导电层在第一接插件结构12与第二接插件结构14交错接合时，得出的接插件组件10的高度约为0.028英寸(0.711mm)，不附带外部偏置装置。在交错接合中，对第一接插件结构12和第二接插件结构14的外部施加一法向力，用一只标准的数字万用表来测量接触连续性。观察到在接插件结构12中的一条导电线路35和在接插件结构14中的一条配对的导电线路之间的电阻在0.2欧至0.5欧的范围内改变。
已经描述了本发明的例示的实施例，对于那些本领域中熟悉的人员来说，在考虑了本文揭示的说明书和发明实践后，很容易想出其他的优点和变更。因此，只能把说明书和例子视为例示性的，而本发明真正的范围和精神要由所附的权利要求书来指出。
权利要求
1.一种电接插件组件，其特征在于，包括第一接插件结构，所述第一接插件结构具有至少一个第一接插件层，所述第一接插件层具有一个边缘部分和多个沿所述边缘部分配置的导电触点表面；以及第二接插件结构，所述第二接插件结构至少具有第二和第三接插件层，所述第二和第三接插件层的每一层具有一个边缘部分和多个沿所述边缘部分配置的导电触点表面，并且所述第二和第三接插件层的每一层包括一种能弹性变形的材料，其中，所述第二和第三接插件层在它们之间、靠近所述第二和第三接插件层的边缘部分确定了一个空隙，并且所述第一接插件层如此取向，以在所述第一接插件结构与所述第二接插件结构与所述第二接插件结构接合时，能与所述空隙接合，由此将所述第一接插件层的至少某些导电触点表面连接至所述第二和第三接插件层的至少某些导电触点表面。
2.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，所述第一接插件层和所述空隙取这样的尺寸，从而在所述第一接插件层与所述空隙接合时，所述第一接插件层施加一力至所述第二和第三接插件层，所述第二和第三接插件层抵抗此力，由此向所述第一接插件层施加一压力。
3.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，所述第二和第三接插件层的每一层都包括一印刷电路板层或一柔性电路层。
4.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，将所述第二和第三接插件层的一部分保持在一起，由此构成一个整体的叠层的基片。
5.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，进一步包括用于将所述第二和第三接插件层向所述第一接插件层偏置的装置，以增大所述第二和第三接插件层的导电触点表面和所述第一接插件层的导电触点表面之间的接触力，其中，所述偏置装置至少包括一个与所述第二接插件结构相关联的弹簧，并且该弹簧装置如此取向，以施加一力将所述第二和第三接插件层的有关边缘部分向所述第一接插件层的边缘部分偏置。
6.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，进一步包括引导装置，用于所述第一接插件结构与所述第二接插件结构的引导接合，从而使所述第一接插件层与所述空隙接合，其中，所述引导装置包括一插座外壳和一插头外壳，所述第二接插件结构容纳在所述插座外壳内，所述第一接插件结构容纳在所述插头外壳内，其中，所述插座外壳包括一个第一开孔，用于接纳与所述空隙接合的所述第一接插件层，而所述插头外壳包括一个第二开孔，用于在所述第一接插件层与所述空隙接合时接纳插座外壳。
7.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，把所述第一和第二接插件结构的至少一个安装在印刷电路板上或者与柔性电路相接，把所述第一、第二和第三接插件层的至少一层的导电触点表面连接至在所述印刷电路板或柔性电路上的导电线路。
8.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，所述第一和第二接插件结构的至少一个构成了连续的印刷电路板或连续的柔性电路的一个整体部分，所述第一和第二接插件结构的有关的一个接插件层构成了所述连续的印刷电路板的印刷电路板层或所述连续的柔性电路的柔性电路层。
9.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，所述第二接插件结构进一步包括至少一个第四接插件层，所述第四接插件层具有一个边缘部分和多个沿该边缘部分配置的导电触点表面，把所述第四接插件层放在靠近所述第二接插件层之处，而把所述第三接插件层放在靠近所述第二接插件层、而与所述第四接插件层相对之处，其中，所述第二、第三和第四层的每一层至少包括一种能弹性变形的材料，并且所述第二和第三接插件层在它们之间、靠近所述第二和第三接插件层的边缘部分确定了一个第一空隙，而所述第二和第四接插件层在它们之间、靠近所述第二和第四接插件层的边缘部分确定了一个第二空隙，以及所述第一接插件结构还包括至少一个第五接插件层，所述第一和第五接插件层的每一层具有一个边缘部分和沿着有关边缘部分配置的多个导电触点表面，其中，所述第一和第五接插件层在它们之间、靠近所述第一和第五接插件层的边缘部分确定了一个第三空隙，其中，所述第一和第五接插件层如此取向，在所述第一接插件结构与所述第二接插件结构接合时，所述第一和第五接插件层分别与所述第一和第二空隙接合，而所述第二接插件层如此取向，在所述第一接插件结构与所述第二接插件结构接合时，所述第二接插件层与所述第三空隙接合，由此把所述第一和第五接插件层的至少某些导电触点表面连接至所述第二、第三和第四接插件层的至少某些导电触点表面。
10.如权利要求1的电接插件组件，其特征在于，所述第一、第二和第四接插件层的每一层包括一个第一部分和一个第二部分，将所述第二部分弯折，以一角度相对于所述第一部分延伸。
全文摘要
一种具有交错多层结构的电接插件组件，包括第一接插件结构和第二接插件结构，第一接插件结构至少具有第一接插件层，而第二接插件结构至少具有第二和第三接插件层。多个导电触点表面沿接插件层的边缘部分配置。在第一接插件结构与第二接插件结构接合时，第一接插件层如此取向，以与在第二和第三接插件层之间确定的一个空隙接合。接插件层的交错接合导致了电接插件组件的小的外形，并在对准的触点表面之间以精确的对准和可靠的电接触提供大量的互连。接插件层可以在每一层的一侧或两侧包括导电触点表面，以提供高的互连密度。对于给定的互连密度，在一层的两侧配置触点表面可以放宽对准容差，不过，通过采用普通的金属板印刷技术印刷触点表面可以确保精确的对准。至少某些接插件层可以用能弹性变形的材料来做，并且例如能够以柔性印刷电路板层或柔性电路层来实现。当弹性变形材料变形时产生一个抵抗变形的力。这样，当接插件层的交错接合产生变形时，阻力用来互相偏置接插件层，以确保良好的电接触力。
文档编号H05K1/14GK1166893SQ95196441
公开日1997年12月3日 申请日期1995年10月17日 优先权日1994年11月30日
发明者罗尔夫·W·比尔纳斯 申请人:美国3M公司