CN104466613A - 导电油墨弹性模塑连接器 - Google Patents

Abstract

一种电子连接器系统，包括一个或多个通过弹性连接器彼此电耦接的电子元件。弹性连接器布置在紧靠一个或多个电子元件的压缩状态中以形成其间可靠的电气连接。提供围绕弹性连接器的外壳，以当弹性连接器耦接至一个或多个电子元件时保持弹性连接器处于压缩状态。外壳可以是围绕弹性连接器和一个或多个电子元件之间的电气连接注射模塑的包塑聚合物。

Description

导电油墨弹性模塑连接器

技术领域

本发明总体上涉及用于电子元件的连接器总成，以及更具体地涉及增强的电气连接器系统和其制造方法。

背景技术

各种电子设备包括必须耦接至各种电子元件的印刷电路板(PCB)。这种连接可以在性质上是刚性的或柔性的，以将当电子元件布置在电子设备里面时的电子元件的轻微破坏纳入考虑。将PCB连接至另一电子元件的已知方法可以包括使用零插拨力(ZIF)集成电路(IC)插座或电气连接器，其可以包括总体上柔韧的尾状部或带状部分以将PCB与电子元件电耦接在一起，尾状部或带状部分具有布置在其中的导电元件。这些类型的连接通常在电子设备的有限的范围里面占用太多空间并且可能具有关于在电子设备的使用寿命期间的连接可靠性的问题。将PCB与电子元件电连接在一起的另一方法包括使用包括电子导电元件的弹性连接器，其中弹性连接器进一步地包括用于将弹性连接器耦接至PCB和电子元件的连接部件。弹性连接器是弹性可变形的并且通常通过将弹性连接器压缩在PCB和电子元件之间而固定到位置中。这样的连接也产生关于电气连接的可靠性问题，因为弹性连接的压缩必须是精确的压缩，因为太多的压缩或不够的压缩将导致连接性问题。因此，存在一种低剖面连接器系统的需求，其容易成形并且当布置在电子设备里面时提供电子元件之间的可靠连接。

发明内容

本发明的一方面包括一种通过提供具有型腔的模具并且将弹性连接器和一个或多个电子元件插入到型腔中的连接电子元件的方法。方法进一步包括将弹性连接器压缩为与一个或多个电子元件电气连通并且将包塑的聚合物注入到型腔中以形成围绕压缩的弹性连接器和一个或多个电子元件的外壳。

本发明的另一方面包括电连接系统，其包含通过弹性连接器电耦接的第一电子元件和第二电子元件。外壳围绕弹性连接器以及第一电子元件或第二电子元件布置。外壳保持弹性连接器处于紧靠第一或第二电子元件之一的压缩状态。

本发明的又一方面包括一种连接电子元件的方法，其包含提供第一电子元件并且将弹性连接器耦接到其上的步骤。方法进一步地包括将弹性连接器压缩为与第一电子元件电气连通。围绕弹性连接器和第一电子元件的电气连接注射模塑聚合物以形成围绕电气连接的外壳。方法进一步地包括保持弹性连接器处于压缩状态并且固化外壳。

通过研究下述说明书、权利要求和附图，本发明的这些和其他方面、目的和特征将被本领域技术人员所理解和领会。

附图说明

在附图中：

图1是印刷电路板和基板的不完整的分解透视图，其具有布置于其间的连接器总成；

图2是利用连接器总成处于连接状态的图1的印刷电路板和基板的不完整的透视图；

图3是图2的基板和印刷电路板当与连接器总成脱离时的不完整的分解透视图，其中连接器总成布置在本发明的外壳里面；以及

图4是处于连接状态的图3的印刷电路板和基板的不完整的透视图。

具体实施方式

为了在此说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”及其派生词应当如图1中所示的取向与本发明相关联。然而，可以理解的是，除非有明确的相反指明，本发明可以采用各种可选的方向。还可以理解的是，在附图中表明的和在下述说明书中描述的具体装置和过程，仅仅是所附权利要求所限定的发明构思的示例性实施例。因此，除非权利要求中另有明确限定，与这里公开的实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应认为是限制。

参考图1，显示了具有上和下表面12、14以及外端表面16、18、20的印刷电路板(PCB)10的一部分，外端表面16、18、20限定了PCB10的周长。在图1所示的实施例中，PCB10包括由多个触片(pad)24组成的金属化部分22，触片24由比如铜这样的导电材料组成。触片24可以被电镀以避免腐蚀并且可以由比如金、镍或锡这样的具有良好的导电性的任何合适的材料组成。在图1所示的实施例中，PCB10显示耦接至边缘连接器30，边缘连接器30包括第一和第二连接凸缘32、34以及从PCB10的外边缘表面18向外地延伸的连接器外壳36。连接凸缘32、34显示安装在PCB10的上表面12上并且适合于保持边缘连接器30处于PCB10的在外边缘表面18上的位置。可以预期的是，边缘连接器30可以包括与布置在PCB10的上表面12上的金属化部分22的触片24对准并且电耦接的铜母线。在图1所示的实施例中，边缘连接器30是具有多个布置在连接器外壳36里面的插口38的内孔边缘连接器。这样，边缘连接器30电耦接至PCB10并且适合于提供用于与如下面进一步描述的另一电子元件建立电气连接的第一连接器。同时第一连接器在图1中显示为边缘连接器30，可以预期的是，第一连接器可能布置在PCB10的任何边缘或表面上，包括布置在上或下表面12、14并且从那里向外地延伸的连接器。

如图1进一步地所示，连接器总成40是总体上包含多个从引脚支架44向外地延伸的引脚或引线42的插入式连接器。引脚42可以由比如磷青铜这样的高导电材料组成，其也可以是镀金的。引脚支架44包括具有前连接表面46和后连接表面48的主体部分45。引脚42完全地穿过引脚支架44的主体部分45延伸并且在后连接表面48上终止于触片或迹线50。从引脚支架44的前连接表面46向外地延伸的引脚42限定了引脚阵列43。可以预期的是，引脚支架44可以由可能进一步地包括外部金属外壳的塑性材料组成。在装配中，连接器总成40的引脚42适合于容纳在边缘连接器30的插口38中，借以向如下面进一步地描述的连接系统提供第二连接器。

如图1进一步地所示，弹性连接器60——其总体上由比如硅树脂这样的弹性材料组成——是具有主体部分62的弹性可变形的连接器。弹性连接器60的主体部分62包括前和后连接表面64、66和侧壁68、70以赋予弹性连接器60总体矩形的结构。尽管图1中所示的实施例包括矩形形状的弹性连接器60，弹性连接器60可以具有特定应用所必需的任何合适的形状。弹性连接器60包括多个总体上平行间隔开的金属线72，金属线72穿过主体部分62的整体延伸并且优选地由比如金或镀金的金属这样的高导电材料组成。金属线72跨越弹性连接器60的主体部分62的前和后连接表面64、66之间的距离。当金属线72接触到接触表面或迹线74、76时，金属线72结束。这样，金属线72适合于穿过弹性材料的线性导电而没有在材料里面横向地导电。弹性连接器60的可变形性有助于确保弹性连接器60和如下面进一步地描述的各种电气元件之间的可靠的电气连接。弹性连接器60在图1中显示为处于静止状态A并且预期是适合于为电子元件之间的连接提供较高流通性的低电阻弹性连接器。

如图1进一步地所示，显示了可以越过所示部分延伸的电子板基板80。基板80包括具有上表面84和下表面86的主体部分82。基板80可以由柔性材料或优选地由刚性材料组成。这样的材料可以包括热固性层压材料、聚醚酰亚胺或其它类似的热塑性塑料的注射模塑或挤压的薄板。基板80也可以由绝缘的金属薄板、玻璃、陶瓷、石墨或导电油墨可以施用到其上的任何其它材料组成。如图1所示，基板80的上表面84包括多个沿着基板80的前边缘88布置的连接触片90。连接触片90预期是由可以使用本领域已知的各种各样的方法涂敷在基板80上的导电油墨。这样的方法包括丝网印刷、喷涂、掩模、真空电镀或其任何组合。一旦导电油墨施用到基板80上，导电油墨总体上固化。实质上，连接触片90提供了与布置在基板80里面的线路相连接的印刷迹线。适合供本发明使用的油墨包括热固性树脂，热固性树脂具有包含在其中的石墨粉末、炭黑或片状银粉。当导电油墨印刷到基板80的上表面84上时，比如金、银、铜、镍或其它金属合金这样的其它粉末状的导电材料可以用于创造用于导电油墨的混合树脂。

现在参考图2，显示了印刷电路板10和基板80处于连接状态，其中插入式连接器总成40已经机械地并且电子地耦接到布置在PCB10中的边缘连接器30。因此，可以预期的是，布置在第一连接表面46上的引脚阵列43的引脚42已经插入到图1中所示的边缘连接器30的插口38中。此外，弹性连接器60已经直接安装在基板80的上表面84上。这样，布置在主体部分62里面的金属线72处于与图1中所示的布置在弹性连接器60的后连接表面66上的迹线76上的连接触片90的电气连通中。图1中所示的弹性连接器的周边表面64、66、68、70、78和79现在在图2中显示处于压缩状态C，因此弹性连接器60的主体部分62已经弹性地变形，借以表明弹性连接器60的压缩状态C导致凸出的外表面64a、66a、68a、70a、78a和79a。可以预期的是，如图2所示，弹性连接器60已经压缩至大约5至15％的程度以保证基板80和连接器总成40之间的可靠的电气连接。如图2进一步地所示，连接器总成40通过具有如图1所示布置在其上的触片50的后连接表面48连接至弹性连接器60，连接至布置在弹性连接器60的前连接表面64上的金属线72的触片或迹线74。因此，如图2所示，PCB10通过触片24连接至边缘连接器30，连接器总成40通过引脚阵列43电连接至边缘连接器30并且如上面所描述进一步地连接至弹性连接器60。弹性连接器60在后连接表面66上安装在基板80的上表面84上，使得当PCB10和基板80机械地并且电力地耦接到那时，PCB10和基板80现在处于彼此电气连通中。为了实现PCB10和基板80之间的可靠连接，重要的是弹性连接器60保持处于如图2中所示的压缩状态C。当弹性连接器60处于压缩状态C时，其轻微地压缩，保证了基板80的触片90和连接器总成40的触片50之间的牢固接触。本发明适合于保持如图2所示并且在下面进一步地描述的弹性连接器60的压缩状态C。

如图2所示，连接器总成40和弹性连接器60布置在注射模塑在基板80上的模塑外壳100中以包住连接器总成40和弹性连接器60，同时弹性连接器60处于压缩状态C。这样，外壳100为弹性连接器60提供了外罩系统以围绕并且保持弹性连接器60处于压缩状态C，当外壳100布置在弹性连接器60和连接器总成40以及基板80间时，外壳100如上面所描述地提供了弹性连接器60和连接器总成40以及基板80之间的最可靠的连接。因此，本发明的电气连接器系统110提供用于电气元件之间的可靠连接，其与ZIF尾状系统相比占用最小的空间并且与ZIF系统相比进一步提供较低的成本选择。此外，包在模塑外壳100里面的压缩的弹性连接器60和连接器总成40提供了电气连接器系统110，与已知的电气连接器相比其更好地抵抗冲击和振动。这种对冲击和振动的抵抗提供用于布置在各种电子设备中的电气元件之间的更可靠的连接，因为这样的设备经常受到可以破坏电子设备的内部连接的外力。此外，当电气连接器系统110耦接至基板80时，电气连接器系统110是密封的系统以提供更稳固的环境。

如图3和4的实施例中进一步地所示，外壳100包括前和后表面102、104，侧表面106、108以及上和下表面112、114。尤其如图3所示，连接器总成40实质上布置在外壳100的内部116中，使得连接器总成60的前表面46穿过外壳100的顶部表面112暴露。同时，表面102、104、106、108、112和114限定围绕外壳100的内部116的周边。用连接器总成40的主体部分44的一部分和弹性连接器60的整个主体部分62以及用于创造外壳100的树脂完全地填满内部116。通过用于将外壳100形成为一个模具总成的注射模塑的塑料树脂插入模塑这些元件，提供弹性连接器60和连接器总成40的完整的外壳。这样，外壳100模塑到基板80、弹性连接器60和连接器总成40。随着引脚阵列43暴露并且从连接器总成40的前表面46向外地延伸，如图4所示，PCB10能够使用边缘连接器30耦接至连接器总成40。因此，连接器总成40的第一连接表面46至少部分地通过外壳100暴露。

在围绕连接器总成40和弹性连接器60模塑外壳100时，一种插入模塑方法用于保证元件的适当的封装。插入模塑通常包括提供具有模具型腔的模具、将元件(或镶嵌件)放置到模具型腔中以及将树脂材料注入并且围绕元件的步骤。插入模塑——也被称为包塑(overmolding)——可以使用比如热塑性塑料注射模塑和热固性注射、传递和压缩模塑这样的各种各样的方法来完成。为了供本发明使用，提供具有模具型腔的模具并且连接器总成40连同弹性连接器60插入到其中。基板80也如图4中所放置地插入到模具型腔中。连接器总成40和弹性连接器60放置成使得连接器总成40通过后表面48连接至弹性连接器60，后表面48具有布置在其上的与弹性连接器60的接触表面或迹线74对准的触片50。同样地，基板80的触片90对准并且连接至布置在弹性连接器60的后连接表面66上的接触表面或迹线76。弹性连接器60然后弹性地变形至压缩状态C并且保持在模具型腔里面处于基板80和连接器总成40之间的压缩状态C。然后关闭模具并且将树脂材料注入到模具型腔中在镶嵌件80、60和40的内部和周围。用于形成外壳100的合适的树脂材料包括比如环氧树脂、酚醛树脂和DAP(聚邻-苯二甲酸二丙烯酯)这样的热固性材料，以及比如尼龙、乙缩醛、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯硫醚和其它这样的热塑性塑料。使树脂变硬和牢固结合，集成总成110是用通过用于形成外壳100的聚合物包塑的镶嵌件形成。

虽然本发明的电气连接器110这里显示在垂直布置上连接PCB10和基板80，可以预期的是任何合适的板至板连接可以通过上面描述的布置加强，包括但不限于Z轴连接、堆叠模块连接以及其它这样的板至板连接，在该情况下需要低剖面和可靠的连接。

本领域技术人员应当理解，以上所描述的本发明的结构以及其它组件并不限于任何具体材料。除非这里另有说明，文中公开的本发明的其他示例性实施例可以由各种各样的材料构成。

为了公开的目的，术语“耦接”总体上意指两个组件(电学的或机械的)直接或间接地相互连接。这种连接在性质上可以是静态的，也可以是可活动的。这种连接可以通过两个组件(电学的或机械的)与任何另外的中间构件实现，该任何另外的中间构件彼此之间或者与两个组件整体地形成为单一的整体。除非另作说明，这种连接在性质上可以是永久的，或可以是可移除的或可释放的。

同样重要的是，需要注意，示例性实施例中显示的本发明的元件的结构和布置只是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本发明的几个实施例，但阅读本公开的本领域技术人员容易领会到，在实质上不背离所列举主题的新颖教导和优势的情况下，许多修改(例如各种元件的尺寸、规格、结构、形状和比例，参数值，安装布置，使用的材料，颜色和方向等的变化)都是可能的。例如，显示为一体成型的元件可以由多个零件组成，或显示为多个部分的元件可以一体成型，连接的操作可以颠倒或另有变化，系统的结构和/或构件、连接器或其他元件的长度或宽度可以变化，元件之间提供的可调位置的类型或数量可以变化。应该注意的是，系统的元件和/或总成可以由任何能提供足够强度或耐久性的各种各样的材料组成，其可以是任何各种各样的颜色、质地和组合。因此，所有这些修改都旨在被包括在本发明的范围之内。对预期实施例和其他示例性实施例的设计、操作条件和布置的其他代替、修改、变化和省略都可以在不背离本发明的精神的情况下做出。

可以理解的是，任何所述的工序或所述工序中的步骤都可以与公开的其它工序或步骤相接合，来形成本发明的范围之内的结构。此处公开的示例性结构和工序，仅用作说明用途而不应理解为限制。

还可以理解的是，可以在不背离本发明的构思的情况下对上述结构和方法做出变化和修改，可以进一步理解的是，这种构思旨在由权利要求所覆盖，除非这些权利要求通过其语言另有明确的说明。

Claims (20)

1.一种连接电子元件的方法，其特征在于，包含：

提供具有型腔的模具；

将弹性连接器和一个或多个电子元件插入到型腔中；

将弹性连接器压缩为与一个或多个电子元件电气连通；以及

将包塑的聚合物注入到型腔中以形成围绕压缩的弹性连接器和一个或多个电子元件的外壳。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个或多个电子元件包括连接器总成。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，连接器总成包括第一和第二连接表面，第一连接表面穿过外壳部分地暴露，并且第二连接表面与弹性连接器电气连通。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将包塑的聚合物注入到型腔中的步骤进一步地包括用包塑的聚合物围绕压缩的弹性连接器以保持弹性连接器处于压缩状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，弹性连接器完全地布置在外壳里面。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，一个或多个电子元件进一步含具有多个连接触片的电子板基板。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，弹性连接器压缩紧靠连接器总成和电子板基板以形成其间的电气连接。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，电子板基板至少部分地布置在外壳里面。

9.一种电子连接系统，其特征在于，包含：

第一电子元件；

通过弹性连接器电耦接至第一电子元件的第二电子元件；

围绕弹性连接器和第一和第二电子元件中的一个布置的外壳；以及

其中外壳保持弹性连接器处于紧靠第一和第二电子元件中的一个的压缩状态。

10.根据权利要求9所述的电子连接系统，其特征在于，外壳围绕弹性连接器的整体布置。

11.根据权利要求10所述的电子连接系统，其特征在于，第一电子元件包括具有第一和第二连接表面的连接器总成，第一连接表面穿过外壳部分地暴露，并且第二连接表面与弹性连接器电气连通。

12.根据权利要求11所述的电子连接系统，其特征在于，弹性连接器包括第一和第二连接表面，第一连接表面与第一连接器总成的第二表面电气连通。

13.根据权利要求12所述的电子连接系统，其特征在于，第二电子元件包括具有一个或多个布置在其上的连接触片的电子板基板。

14.根据权利要求13所述的电子连接系统，其特征在于，弹性连接器在电子板基板和连接器总成之间压缩，使得弹性连接器的第二连接表面处于与电子板基板的一个或多个连接触片的电气连通中以形成其间的电气连接。

15.一种连接电子元件的方法，其特征在于，包含：

提供具有第一和第二连接表面的第一电子元件；

将弹性连接器耦接至第一电子元件；

将弹性连接器压缩为与第一电子元件电气连接；

围绕电气连接注射模塑聚合物以形成围绕电气连接的外壳；

保持弹性连接器处于压缩状态；以及

固化外壳。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，第一电子元件的第二连接表面布置在外壳里面并且第一连接表面至少部分地布置在外壳的外面。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，第一电子元件的第二连接表面处于与弹性连接器的电气连通中。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，提供第一电子元件的步骤进一步地包括提供耦接至弹性连接器的第二电子元件。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，第一电子元件包括连接器总成并且第二电子元件包括具有多个连接触片的电子板基板。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，多个连接触片是导电油墨触片。