CN103733434A - 带有防变形顺应挠性针脚的板间连接系统 - Google Patents

Abstract

一种组件，其用于当用针脚将两个印刷电路板互连时防止顺应针脚的变形，所述组件包括用于限制针脚的挠性部分的运动量的机构。在一种方案中，梁放置在针脚的挠性部分内以阻挡损伤性运动。在另一方案中，针脚的翼部在表面中锁止因而防止了针脚的、可能引起对针脚的挠性部分损伤的运动。

Description

带有防变形顺应挠性针脚的板间连接系统

相关申请的交叉引用

本申请要求基于35U.S.C§119（e）于2011年5月17日提交的美国临时专利申请序号61/486,977、名称为“Compliant Terminal”的权益，该申请的内容通过参考其用于全部目的的整体而结合于此。

背景技术

在许多系统中，有可能必须将一个印刷电路板（PCB）与另一个联接以便每个PCB上的组件彼此通信。经常地，利用多个从下板延伸进上板中的顺应针脚将一个PCB堆叠在另一个之上以有助于电连接。因为一个PCB相对于另一PCB的热膨胀系数（CTE）之间任何不匹配的影响，所以一般来说不使用刚性的或是坚固的针脚。

然而，在组装期间，已知的是如果当安置上PCB时使用过度的力那么有可能使针脚受到损伤。为了防止在组装期间对针脚的损伤，一些人提出在针脚的设计中直接建立止动件。然而针脚内的止动件仍旧能将损伤力直接地传递至下PCB。当下PCB是陶瓷直敷铜（DBC）式板时这尤其有问题。

需要一种用于防止对针脚损伤的机构。

发明内容

在一个实施例中，顺应端子组件将第一和第二印刷电路板互连。所述组件包括止动构件，所述止动构件具有第一预定尺寸和顺应端子。所述端子包括用于与第一电路板电连接的第一端子端部、用于与第二电路板电连接的第二端子端部以及顺应部分。在一个实施例中，顺应部分为U形并且止动构件安置在U形顺应部分的腿部之间。

在另一实施例中，连接系统包括第一基板和多个顺应针脚，所述多个顺应针脚安置在第一基板上的第一排列结构中，同时每个顺应针脚包括至少一个翼部。壳体框架安置在第一基板上并且止动梳安置在壳体框架中。止动梳具有多个梳形开口，所述梳形开口被排列成和尺寸设置成捕获对应的顺应针脚的至少一个翼部。

附图说明

本发明的以上优点和进一步的优点可通过参照以下说明书结合所附附图而更好地理解，在附图中：

图1为本发明实施例的分解图；

图2为在本发明实施例中使用的顺应针脚的侧视图；

图3A和3B是止动构件的视图；

图4为图3A和3B的止挡件的、布置在图2顺应针脚的一部分内的那一部分的侧视图；

图5为本发明实施例处于第一位置的侧视图；

图6为本发明实施例处于第二位置的侧视图；

图7A和7B为本发明实施例的透视图；

图8为本发明实施例的透视图；

图9为本发明实施例的透视图；

图10A-10C为根据本发明实施例的顺应针脚的视图；

图11为本发明实施例的分解透视图；

图12为本发明实施例的透视图；

图13A-13C为图11和12中示出的本发明实施例的俯视图；

图14为本发明实施例的透视图；

图15为图11-14中示出的本发明实施例的侧视图；

图16为本发明实施例的透视图；

图17为根据本发明实施例的止动梳的透视图；

图18为图17的止动梳的实施方式的侧视图；以及

图19为根据本发明实施例的方法的流程图。

应当理解的是为了图示的简化和清晰，附图中示出的元件不必精确地或者按比例绘制。例如，为了清晰，一些元件的尺寸可相对于其他元件放大或者几个物理组件可被包含在一个功能块或功能元件中。进一步地，如果认为合适，在附图之间参考标号可重复以表示对应的或者类似的元件。此外，图中示出的一些块可结合到单一功能中。

具体实施方式

2011年5月17日提交的名称为“Compliant Terminal”的美国临时专利申请序号No.61/486,977的内容参考其用于全部目的的整体而结合于此。

在接下来的详细说明中，提出多个具体细节以便提供对本发明实施例的透彻理解。本领域技术人员应当理解的是可以不具有这些具体细节地实施这些实施例。此外，已知的方法、过程、组件和结构可不详细描述以凸显本发明。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是本发明在其应用上并不限于本说明书中提出的或是附图中图示的构造的细节以及组件的排列。本发明能够具有其他实施例或者能够以各种方式实践或施行。而且，应当理解的是本文采用的措辞和术语是为了说明和解释的目的而不应当认作是限定。

如以下将要描述的，参照图1，本发明一个实施例的分解图为顺应端子组件10，其用于在两个基板、例如第一印刷电路板（PCB）12和第二印刷电路板14之间形成电相互连接。第一印刷电路板12可以是直接敷铜（DBC）式基板或是需要与第二相对的印刷电路板14形成有电相互连接的系统中任何其他类型的印刷电路卡。顺应端子组件10包括多个顺应针脚16、止动构件18以及外壳或壳体20。

参照图2，每个顺应针脚16包括第一端子端部22、挠性或顺应部分24、将第一端子端部22与顺应部分24联接的第一联接部分26、第二端子端部28以及将顺应部分24与第二端子端部28联接的第二联接部分30。在一个实施例中，第二端子端部28为压配合无焊互连部分，其被插入穿过第二印刷电路板14中对应的镀通孔40并且尺寸设置成在对应的镀通孔40内摩擦或过盈配合。穿过第二印刷电路板14中的镀通孔之后，第二端子端部28可选地可被焊接于其内。通过已知的金属冲压或成形技术，顺应针脚16被形成为整体的导电材料件。

第一端子端部22可被构造用于焊接表面安装连接，例如至如图1中示出的DBC基板的表面安装连接。可替代地，第一端子端部22可被构造为用于插入穿过第一印刷电路板12中的镀通孔（未示出）的通孔端子。

在一个实施例中，顺应部分24为大体U形的挠性部分。应当认识到顺应部分可以是S形、卷形或是任何合适的形状，所述形状提供了顺应挠性结构以适应例如由于互连的印刷电路板的热膨胀系数（CTE）的差别而引起的在相对的印刷电路板或基板12、14之间例如沿着针脚16的长度的运动。

参照图1，现在将描述使用了顺应端子组件10的第一和第二印刷电路板12、14的互连。每个顺应针脚16的第一端子端部22附至第一印刷电路板12。如果第一端子端部22是表面安装连接，那么针脚16被焊接，或者是如果第一端子端部22是与第二端子端部28类似的通孔端子，那么该针脚被插入穿过对应的镀通孔40（未示出）。止动构件18和外壳20随后布置在多个针脚16之上。外壳具有多个开口44，所述开口尺寸设置为且排列为接收对应的针脚16。止动构件18可以是外壳20的一部分或者尺寸设置为在外壳中配合。如下文将要讨论的，止动构件18被布置成在针脚16的挠性部分24内滑动。

现在参照图3A和3B，止动构件18包括框架48，所述框架带有跨过框架48布置的止动部分32a。在框架48上还设有如下文将要讨论的指示延伸部50。止动部分32a被安置在顺应针脚16的顺应部分24内，即安置在U形顺应部分24的腿部之间。止动部分32a尺寸被设成以便具有高度P，当顺应部分24处于其如图4中所示的正常未变形状态时该高度略微地小于U形顺应部分24的相对腿部的内侧边缘之间的距离D。尽管显示为具有方形或矩形截面，然而止动部分32a可具有包括圆形或椭圆形的其他截面形状。

现在参照图5，处在分级（staged）位置的剖视图，止动构件18布置成使得止动部分32a不在顺应部分24内。因而没有显示指示部分50穿过外壳20中的指示孔52。

在操作中，当第二PCB14放置在针脚16上时，存在过大的力将施加在一个或多个针脚16上并且顺应部分24将变得永久变形的风险。如果变形，那么顺应部分24可能不能适应由于不同的CTE而引起第一和第二PCB之间距离的任何改变，潜在地引起连接失效。

为了防止针脚16的永久变形，现在参照图6，止动构件18被重新定位，即放置在最终位置，以使得止动部分32a位于顺应部分24内。由于U形顺应部分24的相对腿部的内侧边缘之间的距离D略微大于止动部分32a的高度P，所以顺应部分24能够响应于朝着彼此推动相对腿部的力而发生变形，直至相对腿部的内侧边缘紧靠止动部分32a的相反侧为止。因而，在组装期间，由止动部分32a提供了硬停止，当第二印刷电路14在顺应针脚16的第二端子端部28之上组装时该硬停止限制了顺应部分24的压缩。然而，对于顺应部分24而言仍保留足够的空间（D-P）以适应由于温度增加以及不同CTE而引起的变化。

为了确认止动部分32a在位，在安装第二印刷电路板14之前，可检查指示孔52证明指示部分50的存在，其可以具有与外壳20不同的颜色以有助于识别。在确认所述部分50显示在孔52中之后，可放置第二PCB。

止动构件18可如图所示形成为作为单一件的一体单元，以使得止动构件18的被选择部分为相应的顺应部分24提供止动部分32a。更具体地，止动构件18可形成为如图1中所示的梳或格栅，同时止动部分32a形成为横梁，从而每个横梁32a提供安置在对应的顺应针脚16的多个顺应部分24内的止动部分。可替代地，止动构件32可以是可分离的从而每个止动部分32a限制顺应针脚16中的一个或多个的顺应部分24的行进。

在采用S形顺应部分24的情况下，可采用多个止动构件18，以当顺应部分被压缩时限制该顺应部分的行进。更具体地，一个止动构件可安置在S形顺应部分的上区段中，并且另一止动构件可安置在S形顺应部分的下区段中。止动构件可被制造为单一件或可替代地它们可以是分开的构件。类似地，在顺应部分为卷形结构的情况下可采用一个或多个止动构件，并且这样的止动构件可形成为单一件或形成为分开的构件。

止动构件18响应于工具60在如图7A中所示的水平实施方式中的操作或在如图7B中所示的竖直实施方式中的操作（与适合的联动装置，例如止动构件18上的凸轮或倾斜表面，相协作），从而在分级位置与最终位置之间运动。

采用顺应端子组件10的第一和第二印刷电路板12、14的互连进一步在图8和图9中示出。

顺应端子组件10内的顺应针脚16用于吸收由于电气设备的温度循环变化而在组装期间以及随时间推移可能于第一和第二端子端部22、28产生的应力或是吸收在组装中由其他方式导致的机械应力。此外，当第二印刷电路板14在顺应针脚16的第二端子端部28上安装时，相当大的向下的力可施加在顺应针脚16上并且顺应部分24变形，直至顺应部分24的相对腿部之间的间距等于安置于其中的止动部分32a的高度P为止。在组装之后，如果顺应部分24的相对腿部没有完全地压靠相应止动部分32a、18，那么顺应针脚16的顺应部分24仍将操作以吸收该设备内的由温度循环或由于其他原因引起的机械应力。

为了提供针脚16的顺应部分24的更多移动，在第二PCB14放置在针脚上之后止动部分32a可移动回分级位置。因而，顺应部分24的运动范围不再受到止动部分32a的限制。应当指出的是止动构件18、止动部分32a两者之一和/或外壳20可被构造成使得它们可以在两个板附接之后被去除。

本发明的另一实施例还避免了当附接第二PCB时对挠性互连针脚的损伤。如图10A-10C中所示，该实施例使用了不同的针脚100。每个顺应针脚100包括第一端子端部122、挠性或顺应部分124以及第二端子端部128。两个肩部或翼部130位于针脚100上并且从针脚100的邻近凹口部分134的表面延伸。在一个实施例中，第二端子端部128为压配合无焊互连部分，其被插入穿过第二印刷电路板14中对应的镀通孔40并且尺寸设置成在对应的镀通孔40内摩擦或过盈配合。穿过第二印刷电路板14中的镀通孔之后，第二端子端部128可选地可被焊接于其内。通过已知的金属冲压或成形技术，顺应针脚100被形成为整体的导电材料件。

第一端子端部122可被构造用于焊接表面安装连接。可替代地，第一端子端部122可被构造为用于插入穿过第一印刷电路板12中的镀通孔（未示出）的通孔端子。

在一个实施例中，顺应部分124为大体S形的挠性部分，并且由于如图10B中所示从侧面弯曲，所述挠性部分还提供了沿着针脚100的长度以及与所述长度正交的挠性，因而提供X、Y、Z方向的运动。应当认识到顺应部分可以是C形、卷形或是任何合适的形状，所述形状提供了顺应挠性结构以适应在相对的印刷电路板或基板12、14之间的运动。

在操作中，如图11中所示，针脚100被附接至第一PCB204，并且根据需要进行布置用于特定应用。支承框架/壳体208随后围绕多个针脚100设置。支承框架208包括止动梳212，所述止动梳具有多个相对于多个针脚100布置的梳形开口216。每个梳形开口216包括键形开口220。壳体208和止动梳212被布置成使得当处于第一位置时，第二端子端部128如图12中所示地延伸穿过梳形开口216。

现在参照图13A-13C，其为止动梳212的俯视图，能看到键形开口220比梳形开口216小。梳形开口216尺寸设置成在第一位置时允许针脚100如图13B中所示地自由地延伸穿过梳形开口216。当止动梳212移动到第二位置中以使得凹口部分134插进键形开口220中时，翼部130防止针脚100被向下推。如图14和图15中所示，在针脚100被锁止后，第二PCB304可附接至针脚100，而无需担心针脚100的顺应部分124将由于施加在其上过大的力而变形。应理解的是针脚的凹口部分134必须至少与止动梳212的厚度一样大，以允许移到键形开口220内。有利的是，在组装之后，针脚100上的应力通过为第二PCB提供支承的壳体208而减小。

以上，止动梳212已被描述为相对于框架208能够运动。可替代地，止动梳212可与框架208一体，并且框架208随后运动以将翼部130放置在键形开口220中用于之后放置顶部PCB。框架208可例如通过螺纹件或环氧树脂附接至第一PCB以保持其在位。在本文描述的实施例中，第二（或者上）PCB或是附接或是浮置在从框架208或外壳20延伸的塔柱之上。有利的是，随后提供空间以允许空气流动和更好的散热。

与第一实施例类似，止动梳212可包括位置指示器以有助于辨识止动梳212处于哪个位置。止动梳212还可被构造成通过竖直或水平的操作在框架208内运动。

如上所述，在第二PCB被推入在位时止动梳212保持在锁止位置。在替代的方案中，止动梳212可被移回第一位置从而翼部130不再安置在键形开口220中。该定向允许针脚100相对于两个板甚至更多的运动。

可替代地，本发明的实施例可被配置成使得在第二PCB被推入在位后可去除止动梳。现在参照图16，框架340包括多个槽342以允许框架340在针脚100之间滑动。可去除的止动梳350具有多个止动槽352以捕获针脚100的翼部130。在第二PCB14被推入在位后，可去除的止动梳350可从翼部130下方滑出。此外，如果框架不用以维持第二PCB14在位，那么框架340也可被去除。

在每个实施例中，针脚可由导电材料制成，例如铜基合金，即诸如CuSn合金或磷青铜的任何赤色金属。任何非导电材料例如热塑性材料可用于框架、止动梳或任何其他需要不导电的部分。应当指出的是这里列出的材料仅是示例性的而非意在限定。

更进一步地，带有固定止动梳212（即相对于框架208不运动的止动梳）的框架208可放置成使得每个梳形开口216接收对应的针脚100。在框架208在位后，每个针脚100可被移动成使得至少一个翼部130与止动梳212接合。例如，每个针脚100可被移动以与键形开口220接合。针脚100足够挠性以不受损伤地保持在该位置。

在本发明的另一实施例中，其一部分在图17中示出的止动梳360包括梳形开口362和键形开口364。倾斜表面366邻近键形开口364定位并且被朝向止动梳360的表面。

在一种方案中，止动梳360将被固定地放置在框架（未示出）中以使得止动梳360不相对于框架运动。止动梳360和框架在一个或多个针脚100之上定位和放置，同时梳形开口362与相应的针脚100相对应。如图18中所示，随着止动梳360在针脚100之上下降，针脚100将被倾斜表面366偏斜（如虚线所示地）并且然后进入到键形开口364中，以使得销100上的至少一个翼部130与止动梳360接合。

可替代地，止动梳360可相对于框架能够运动并且倾斜表面366将类似地起作用以接合针脚100并且使翼部130移动就位。

现在参照图19，根据本发明实施例的方法包括：步骤404，如上所述例如通过表面安装焊接将顺应针脚附接至第一PCB；以及步骤408，随后约束针脚的运动。如上所述，这包括或是将装置放置在针脚的挠性部分内，或是限定销的另一部分的运动，例如约束翼部130的运动。步骤412，第二或上PCB放置在顺应针脚上。可选地，步骤416，在放置第二PCB后，可去除针脚上的约束；以及步骤420，可可选地去除约束机构。

本领域技术人员将理解的是在不背离本文公布的发明构思的情况下可对上述设备和组装方法作出修改和变型。因此，本发明不应当被视作由除所附权利要求的范围和实质之外的限定。

Claims (24)

1.一种连接系统，包括：

第一基板；

多个顺应针脚，其安置在第一基板上的第一排列结构中，每个顺应针脚包括从其延伸的至少一个翼部；

壳体框架，其安置在第一基板上；以及

止动梳，其安置在壳体框架中，其中所述止动梳限定了以与所述多个顺应针脚相同的第一排列结构设置的多个梳形开口，

其中所述壳体框架安置在第一基板上以使得每个梳形开口与顺应针脚相对应，并且

其中每个梳形开口被排列成和尺寸设置成捕获对应的顺应针脚的至少一个翼部。

2.根据权利要求1所述的连接系统，其特征在于，每个梳形开口包括第一部分和键形开口部分。

3.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述键形开口部分的宽度比所述第一部分的宽度小。

4.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述止动梳能滑动地安置在所述壳体框架中。

5.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述止动梳与壳体框架是整体式构造。

6.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，每个梳形开口的第一部分的尺寸被设置成允许对应的顺应针脚穿过。

7.根据权利要求6所述的连接系统，其特征在于，每个梳形开口的键形开口部分的尺寸被设置成防止对应的顺应针脚穿过。

8.根据权利要求6所述的连接系统，其特征在于，每个梳形开口的键形开口部分包括至少一个倾斜表面。

9.根据权利要求6所述的连接系统，其特征在于，所述键形开口部分的尺寸被设置成捕获在梳形开口中安置的顺应针脚的至少一个翼部。

10.一种板间连接系统，包括：

壳体框架；以及

安置在所述壳体框架中的止动梳，

其中所述止动梳限定了多个梳形开口，并且

其中每个梳形开口包括第一部分和键形开口部分。

11.根据权利要求10所述的板间连接系统，其特征在于，所述键形开口部分的宽度比所述第一部分的宽度小。

12.根据权利要求10所述的板间连接系统，其特征在于，所述止动梳能滑动地安置在所述壳体框架中。

13.根据权利要求10所述的板间连接系统，其特征在于，所述止动梳和壳体框架为整体式构造。

14.根据权利要求10所述的板间连接系统，其特征在于，每个梳形开口的第一部分的尺寸被设置成允许对应的顺应针脚穿过。

15.根据权利要求14所述的板间连接系统，其特征在于，每个梳形开口的键形开口部分的尺寸被设置成防止对应的顺应针脚穿过。

16.根据权利要求14所述的板间连接系统，其特征在于，每个梳形开口的键形开口部分包括至少一个倾斜表面。

17.根据权利要求14所述的板间连接系统，其特征在于，所述键形开口部分的尺寸被设置成捕获在梳形开口中安置的顺应针脚的至少一个翼部。

18.一种防止对板间连接系统中的互连针脚损伤的方法，所述方法包括：

在第一基板上设置互连针脚；

约束针脚的挠性部分的运动；以及

将第二基板联接至所述针脚同时约束所述挠性部分的运动。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

在联接所述第二基板之后去除对所述挠性部分的运动的约束。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，约束所述挠性部分的运动包括：

将一部件插入到针脚的挠性部分内。

21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，约束所述挠性部分的运动包括：

防止针脚在沿着针脚长度的至少一个方向上的运动。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，防止针脚在沿着针脚长度的至少一个方向上的运动包括：

将所述针脚的一部分捕获在开口中。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述针脚包括从其延伸的至少一个翼部，并且其中防止针脚在沿着针脚长度的至少一个方向上的运动包括：

将所述针脚的邻近所述至少一个翼部的那一部分捕获在表面内的开口中。

24.一种顺应端子组件，其用于将第一和第二相对的电路板互连，所述顺应端子组件包括：

具有第一预定尺寸的止动构件；以及

顺应端子，其包括：

用于与第一电路板电连接的第一端子端部；

用于与第二电路板电连接的第二端子端部；以及

具有相对的第一构件和第二构件的顺应部分，所述第一构件与所述第一端子联接并且所述第二构件与所述第二端子联接，所述第一构件与第二构件之间的间距比所述第一预定尺寸略大，

其中所述止动构件安置在所述顺应部分的相对的第一构件与第二构件之间。

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