CN105122547A - 使用固定元件的导线终止 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在导线与销之间形成连接的方法；该方法包括：将固定元件置于销的上方，将导线限制在固定元件的上表面与下表面之间，将固定元件压缩从而将导线保持在销的周围并且在导线与销之间形成固定连接。本发明还涉及一种用于形成电性连接的系统；该系统包括：销、设置在销周围的固定元件、和置于销周围且被夹在固定元件上表面与下表面之间的导线。

Description

使用固定元件的导线终止
背景技术
导线和线缆电性和/或机械连接到多种不同的锚固点。例如，信号线可电性和机械连接到销。销提供机械锚固，该机械锚固对抗施加到导线上的机械力。销也可用作在导线与其它电气部件之间的导电体。由于多种原因，导线与锚固点之间的连接的制作（尤其是在微尺度中）会是具有挑战性的。在制作微尺度连接的过程中，导线或锚固点是非常小的并且会易于损坏。这要求将子配件丢弃。此外，制作微尺度连接会是耗时的，并且要求具备高水平的技能和高价的专用固定装置。
附图说明
附图中图解说明了本文中所描述原理的各种实例，并且附图是本说明书的一部分。图解说明的实例仅仅是实例，并且不限制权利要求的范围。
图1A-图1G示出了根据本文中所描述原理的一个实例的、可以用于将导线紧固在销附近或周围的螺圈。
图2A是示出根据本文中所描述原理的一个实例的、用于将导线紧固到销的螺圈的透视图。
图2B是根据本文中所描述原理的一个实例的、将导线紧固在销周围的螺圈的透视图。
图3A-图3B是根据本文中所描述原理的一个实例的、利用螺圈在导线与销之间形成连接的方法中的步骤的侧视图。
图4A-图4H示出了根据本文中所描述原理的一个实例的、用于将导线保持在销周围的各种固定元件。
图5是根据本文中所描述原理的一个实例的、利用螺圈将导线紧固到销的方法的流程图。
在所有附图中，相同的附图标记标示相似的但未必是相同的元件。
具体实施方式
植入的医疗器械的尺寸通常被设计成极小，并且使用与植入环境是生物相容的材料。由于它们的小尺寸和材料，因而植入的医疗器械会要求具备高精度的零部件、大量的组装时间、定制的固定装置、和专门的连接技术。例如，在植入的医疗器械中形成导线与销之间的电性连接会是耗时且代价高的。由于小尺寸或者材料约束的原因，许多标准的导线连接技术并非是有用的。例如，锡焊并非是切实可行的，因为标准的锡焊材料（铅、锡、银等）并非是生物相容的。此外，由于导线和锚固点（诸如销）的小尺寸，因而定制的固定装置通常是用于将导线保持在锚固点的上方同时形成连接。这些独特零部件的成本以及将它们组装和接触中所需的步骤增加了费用和处理时间。
下面所揭示的原理描述了利用固定元件将导线附接到销或其它锚固点的系统和方法。这些原理适用于多种多样的连接，并且尤其可用于在不依赖于复杂的高优化公差固定装置的情况下将非常小的部件接合在一起。下面所描述的具体实例将这些原理应用于导线与销之间的连接。然而，这些原理也可以适用于多种状况和几何形状，从而在组装过程期间在没有任何过度复杂的特征和/或用于将零部件定位的定制固定装置的情况下使各部件配合在一起。
下面所描述的连接系统和方法涉及一种在销上方滑动的螺圈或者其它固定元件。固定元件使导线能够容易地放置在螺圈的周围和附近，并且暂时地将导线保持就位直到可以形成导线与销之间的永久性连接。固定元件变为永久性连接的一部分。因此，固定元件是用于多种目的：它是一种简单且低成本的暂时固定装置，用于将用于焊接、锡焊和钎焊的连接件加以定位，并且为熔体和整体结构提供永久的附加材料。当对非常小直径的导线或线缆进行焊接时，这会是特别有用的。
在一个实施例中，当把螺圈下压时，导线或编织电缆在螺圈的匝之间被拉紧并且被限制。安装有具有位于中心的孔的电极的电阻焊机在销的上方经过，同时向螺圈的端部施加压力。焊接过程将零部件熔接在一起。结果是不需要高价工艺装备的自我固定的焊接组件。该过程无需精确的或高度优化公差的配件。螺圈（作为组件的一部分）补偿了配件中的尺寸偏差。因此，可以采用较不严格的公差，并且以较低的成本制造配合部件。此外，螺圈在无需精细的固定装置或者接触时间的情况下将多个部件联接到一起。
虽然本发明的实例描述了构成植入器械的导线与锚固点的连接，但本发明的原理通常也可适用于多种多样的电性连接和结构连接。
在下面的描述中，为了说明的目的，陈述了许多具体细节以便提供对本发明的系统和方法的详尽理解。然而，对于本领域技术人员清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的装置、系统和方法。本说明书中所提及的“实例”或者类似用语表示结合实例所描述的特定的特征、结构或特性至少包括在该一个实例中，但未必包括在其它实例中。
图1A-图1G示出了具有螺圈构造的固定元件的各种实例。固定元件可由多种材料构成，并且具有不同的特性。图1A中示出了处在其松弛的正常拉开构型中的压缩螺圈（100）。在本实例中，螺圈是螺旋状缠绕的多匝圆柱形螺圈。将螺圈置于销的上方，并且将导线包围在螺圈之间。图1B中示出了在作用于螺圈上的压缩力（由箭头所示）的作用下处于压缩构型中的相同螺圈（100）。在其压缩构型中，螺圈限制在螺圈之间的导线或线缆。
图1C和图1D中示出了被设计成对抗弹簧的拉伸的拉伸弹簧螺圈。图1C中示出了处在其拉伸构型中的拉伸弹簧螺圈（100），该弹簧螺圈正受到由箭头所表示的拉伸力的作用。图1D中示出了处在其松弛的压缩构型中的拉伸弹簧螺圈（100）。如图1C中所示，当螺圈（100）被拉伸时，将导线插入螺圈的匝之间。然后，使螺圈（100）松弛（图1D）以便将导线夹在相邻的匝之间。
作为在图1E、图1F和图1G中所示出的另一个替代例，螺圈（100）可由不显示显著弹性的塑性材料或金属所构成。可将螺圈（100）拉开地缠绕或者紧密地缠绕，然后拉伸至拉开构型，如图1E中所示。图1F中示出了作用于非弹性的螺圈（100）从而将该螺圈压缩至闭合构型的压缩力。图1G中示出了在除去压缩力之后仍然处于闭合构型的螺圈（100）。对于在图1A-图1G中所描述的所有情况而言，在拉开的构型中，在螺圈的相邻匝之间存在很大的间隙。处在拉开构型中的螺圈高度显著地大于处在闭合构型中的螺圈高度。如下所述，闭合构型将导线保持在销的周围。
上面所描述的螺圈被设计成将导线紧固在圆柱形销的周围。然而，螺圈也可以具有用于执行其功能的多种不同构型。例如，如果销具有矩形的截面，那么螺圈也可以是矩形的。螺圈可具有任意数量的匝。这些匝可具有多种直径，包括在单个螺圈内部的不同直径。螺圈可由多种材料和材料条件构成。
图2A中示出了端子（110），该端子包括具有三个销（115）的基部（111）。处在其拉开构型中的螺圈（100-1）已被置于第一销（115-1）的上方，并且线缆或导线（120-1）已部分地包围在销（115-1）的周围和拉开的螺圈（100-1）的匝之间。图中示出了在将螺圈（100-2）置于第二销（115-2）的上方并将线缆或导线（120-02）限制在螺圈的匝之间之后，处在其闭合构型中的另一个螺圈（100-2）。螺圈（100-2）将线缆或导线（120-2）紧固在销（115-2）的附近，从而形成更永久性的连接。注意到，如果螺圈100-2是压缩弹簧，则施加力以便继续将弹簧压缩，例如使用电阻焊接电极（参见例如图3B）。导线或线缆可包围在销的周围或者插入螺圈之间同时仍然保持平直。
基于用途，螺圈（100）可以由一些材料中的任意材料构成。例如，在用途是将导线连接到电路板的情况下，螺圈可以由钎焊材料、银、金、或其它材料构成。在用途是用于外科植入物的情况下，螺圈可由具有高水平生物相容性的材料构成，诸如铂、铱、金、或者其合金。例如，在植入物是用于长期内部使用的情况下，螺圈和导线可由铂-铱合金构成。可利用一些技术（包括热处理）来改变螺圈的物理特性。例如，螺圈可由铂或者铂-铱合金构成，并且可具有一系列的硬度，包括退火的极软状态。这使螺圈能够被压缩从而限制导线或线缆，并且没有弹簧恢复到其以前形状的任何显著倾向。此外，销、螺圈、以及导线或线缆可以是相同或不同的材料。
图2B是将导线（120-2）紧固在销（115-2）周围的螺圈（100-2）的透视图。在本实施例中，销具有大约700至800微米的直径，并且用于形成螺圈的多股导线具有大约50至150微米的直径。在多股导线中的各股导线具有大约10至30微米的直径。可将这些股加以缠绕或编织以形成多股导线。该多股导线可由铂-铱合金构成并且可以用绝缘包皮覆盖。在连接到销之前，可将绝缘包皮去除从而使导线、螺圈和销之间能够形成完全的机械和电接触。
图2B中示出了利用电阻焊机被焊接到销（100-2）的螺圈（100-2）和导线（120-2）的特写视图（参见例如图3B）。在本实例中，电阻焊机只产生极小的螺圈和导线的变形。较高的电流和/或电压可利用较多的熔融而形成焊接接头。
图2A和图2B中所示出的构造只是一个实例。也可以采用多种其它的构造、几何形状和材料。例如，可以使用实芯导线来代替多股导线。此外，可将导线包围在销周围达切实可行的任意次数。
图3A-图3B是示出在利用螺圈（100）形成在导线（120）与销（115）之间的连接的方法中的步骤的侧视图。在图3A-图3B中示出了实芯导线（120）的截面。螺圈（100）包括大约4至5个匝，并且配合在销（115）的上方。销（115）被紧固到基部（111）。图3A中示出了被压缩在实芯导线（120）上方的螺圈（100）。在将导线（120）紧固到销（115）之后，可以利用多种不同技术在导线（120）与销（115）之间形成更永久性的连接。例如，可以利用锡焊、钎焊、回熔、激光焊接、和电阻焊接，将导线（120）永久地接合到销（115）。在永久性连接的形成期间，螺圈（100）将导线（120）保持在期望的位置。此外，螺圈（100）可构成永久性连接的一部分。例如，在电阻焊接中，将螺圈焊接到销和导线，从而形成从销到导线的电路。对于钎焊操作而言，螺圈的表面可导致额外的毛细管作用，该毛细管作用促进钎焊流动进入焊接接头和焊接接头的周围。
图3B中示出了正在使用电阻焊机所形成的永久性连接。在本实例中，示出了电阻焊接电极（125）的截面。在一个实例中，电极（125）具有圆柱形形状，该圆柱形的内直径被设计成在销（115）的外直径的上方通过。在其它实例中，电极（125）可以是“U”形的，或者具有配合在销（115）的周围/上方的另一种几何形状。电极（125）被放置在销（115）的上方，并且将螺圈（100）压缩。然后，利用电极（125）将电涌施加给螺圈（100）、销（115）和导线（120）。图3B中示出了施加给电阻焊接电极（125）的电压V。将导电的基部（111）接地，以便电流（由虚线箭头所示）经过螺圈（100）、销（115）、导线（120）而进入基部（111）。电流导致电阻加热，该电阻加热将螺圈（100）熔接到导线（120）和销（115）。在本实例中，基部（111）是结构性导电金属，诸如不锈钢或钛。由于基部（111）具有大的截面，因而在基部（111）的主体中存在极小的电阻加热。在靠近销（115）、导线（120）和螺圈（100）的附近发生主要的加热。在焊接完成之后，然后除去电极（125）。然后，可以用光学检测对连接进行测试，进行电阻测量，或者执行结构测试。
上面所给出的实施例只是实例。可以形成多种其它的连接。例如，如果销只是意图用作机械锚固件，那么销可以是不导电的。在一个实施例中，导线可提供结构或电性的功能，但销是塑料并且意图是用作应力消除锚具。可以将螺圈置于塑料销的周围，并且将导线保持就位同时使销热熔。使销热熔导致构成销的塑料熔融并且在螺圈和导线周围流动或者流动经过螺圈和导线，从而形成固定的结构连接。
图4A-图4D是将螺圈（100）用于导线终止和固定的各种替代方法的视图。在本实例中，销（115）从基部（111）向上延伸。然而，销（115）和基部（111）可以具有多种几何形状和构造中的任意几何形状和构造。图4A中示出了被置于螺圈（100）与销（115）之间的导线（120）。导线（120）从顶部进入螺圈（100）并且在离开底部螺圈（100）之后终止。图4B中示出了从相反方向进入的绞合导线（121）。在这种情况下，导线（120）从底部进入螺圈（100）并且当它离开螺圈（100）的顶部时终止。利用螺圈所固定的导线可以是绞合的、编织的或实心的，并且可具有多种截面几何形状，包括圆形、椭圆形、平直、矩形、不规则、或者其它的几何形状。
图4C和图4D中示出了由具有矩形截面的导线的螺旋所制成的螺圈（130）。图4C中示出了从基部（111）向上延伸的销（115）的透视图，该销（115）具有由具有矩形截面的导线所构成的螺圈（130）。图4D中示出了螺圈（130）和销（115）的截面，并且绞合导线（135）包围在销（115）周围和螺圈（130）之间。本实施例可具有一些优点，包括螺圈（130）之间的更好的充填和对导线（135）的更有效夹持。
图4E中示出了在销（115）周围形成环并且被压缩在两个贝氏（Belleville）垫圈（140）之间的绞合导线（135）。贝氏垫圈是具有锥台形状的盘形弹簧。贝氏垫圈的特征是在有限的压缩距离上具有高弹簧常数。为了使用图4E中所示的构造，将第一贝氏垫圈（140-1）置于销（115）的上方。将导线（135）包围在销（115）的周围，并且将第二贝氏垫圈（140-2）置于导线（135）的上方。然后，在形成将垫圈（140）和导线（135）紧固到销（115）的电阻焊接之前，电阻焊接头将堆压缩。图4F中示出了该连接的透视图，其中绞合导线（135）在顺时针方向上包围在销（115）周围。导线被夹在在第一贝氏垫圈（140-1）的上表面与第二贝氏垫圈（140-2）的下表面之间。可以采用多种其它类型的垫圈，包括平垫圈、开口垫圈、波形垫圈、齿形垫圈、或者其它几何形状的垫圈。
图4G是被螺圈所固定的多条导线（120-1、120-2）的侧视图。在本实例中，导线（120）向上经过螺圈（100）。该螺圈可以固定一些导线并且允许在导线与杆柱（115）之间形成电性连接。利用该技术，可在锚固点（销115）处容易且方便地形成导线之间的连接。这提供一些益处。例如，锚固点防止一条导线中的拉紧或加热对其它（一条或多条）导线造成负面影响。本文中所描述的任何螺圈和固定技术均可以适合于保持多条导线。使用一个螺圈的一个优点是：可以利用相同的固定技术将一条导线、两条导线、三条导线或者多于三个的导线加以紧固。
图4H是从基部（111）向上延伸的销（115）的俯视图。将一些导线（120）置于与销（115）相切。导线可以位于螺圈（100）的下方或者位于螺圈（100）的匝之间。在图中用虚线表示螺圈（100）的外圆周。如上所述，然后螺圈（100）将导线保持就位，同时形成永久性连接。该构型具有一些优点。例如，无需将导线（120）形成为钩形状或者将导线包围在销（115）的周围。相反，可以将绝缘材料（如果有的话）从导线上剥离，并且可以将导线置于与销（115）相切的方向上。与包围的导线相比，该技术减小在弯曲时使导线断裂的概率，并且降低形成连接的成本。
在一些实施例中，螺圈和/或导线可尤其适合于牢固地固定导线，其中导线与螺圈之间存在较小表面接触面积。例如，螺圈可施加较大的压缩力以便更牢固地夹持导线与螺圈接触的较小表面积。此外或者可替代地，螺圈或导线可具有平直表面以便增大接触面积。该构型也非常适合于将较大数量的导线连接在一起。
图5是利用固定元件将导线紧固在连接销周围的一种说明性方法（500）的流程图。固定元件可以是多种装置中的任一种，包括螺圈、弹簧、垫圈、或者配合在连接销上方的其它元件。在本实例中，将固定元件置于连接销（步骤505）的上方。例如，固定元件可以是螺圈。螺圈的内直径可以大于、小于或等于销的外直径。在期望有非常紧致的配合的情况下，螺圈的内直径可显著地小于销的外直径。当在销的上方推动螺圈时，螺圈扩张并且会略微解开。
将导线限制在固定元件的上表面与下表面之间（步骤510）。例如，上表面可以是螺圈的上匝，下表面可以是螺圈的下匝。在使用垫圈的情况下，第一垫圈的上表面和下表面可以是第二垫圈。导线可以仍然保持平直，从而位于与销相切。可替代地，导线可在销周围形成局部缠绕，如图2中所示，或者导线可在销周围形成一个、两个或更多的整转。
将固定元件压缩从而将导线保持在销的周围（步骤515）。在一些实例中，例如当使用压缩弹簧或垫圈时，可利用正压力将固定元件保持在压缩状态。可替代地，如果使用拉伸弹簧，弹簧自身可提供压缩力。如上所述，螺圈可以是极软的，因此当施加压力时螺圈发生变形并且在压力被除去之后仍然保持变形状态。
然后，可以在导线与销之间形成固定的电性/机械连接（步骤520）。一般来说，固定连接是将导线结合到销的稳定连接。例如，固定连接可以是焊接接头、锡焊接头、钎焊接头、环氧树脂接头、或者其它连接。固定连接可以是或者可以不是永久性的。例如，锡焊接头不一定是永久性连接，因为可以使焊料熔融并且将导线从连接中抽出。相反，焊接连接通常被看作是永久性连接，因为在不将销或导线损坏的情况下通常不能拆除导线。
在固定连接的形成期间，螺圈将导线保持就位。例如，如果需将组件运动至不同的处理站以形成固定连接，则在运动期间螺圈将导线保持在销的周围。如上所述，可采用多种方式来形成永久性的电性/机械连接，包括激光或电阻焊接的使用。
上述的原理提供一些益处，包括使用不必是具有高度优化公差的、用于将导线加以固定的部件。例如，有意图地形成具有小于销外直径的内直径的螺圈。当被置于销的上方时，螺圈将通过扩张和/或略微解开而适合于销的尺寸。然后螺圈夹持销。可以在螺圈之间或者在销与导线之间推动导线。在一些实例中，可将螺圈置于导线的上方，再将导线置于销的附近，然后使螺圈使导线向下滑动并且在销和导线的上方滑动。因为螺圈可以容易地适应于不同尺寸的销和导线，所以销和螺圈的公差可以是较大的，同时仍然允许有一系列的被连接的导线类型（包括不同的金属合金）和直径。这使得连接的制造成本降低。利用螺圈将多个部件“联接”到一起不要求用于形成定制固定的精细的固定装置或者与负荷的接触时间。
前面所给出的描述只是用来说明和描述所描述原理的实例。该描述并非意图是详尽无遗的或者将这些原理限制于所公开的任何明确的形态。根据上述教导的许多修改和变更是可行的。

Claims (23)

1.一种用于在导线与销之间形成连接的方法，包括：
将固定元件置于所述销的上方；
将所述导线限制在所述固定元件的上表面与下表面之间；
将所述固定元件压缩从而将所述导线保持在所述销的周围，并且
在所述导线与所述销之间形成固定连接。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述固定元件包括螺圈。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在扩张的构型中，将所述螺圈置于所述销的上方。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述螺圈是多匝螺圈，并且其中，所述将所述导线包围在所述销的周围还包括将所述导线包围在所述螺圈的匝之间。
5.如权利要求2所述的方法，其中，将所述螺圈压缩从而将所述导线保持在所述销的周围包括将轴向压缩力施加到所述螺圈上，由此使至少部分的所述螺圈的相邻匝实现彼此直接接触。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述螺圈包括延性金属。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述螺圈包括极软的铂。
8.如权利要求2所述的方法，其中，在所述导线与所述销之间形成所述固定连接包括使至少一部分的所述螺圈熔融在所述导线和所述销的周围。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在所述导线与所述销之间形成固定连接包括锡焊、钎焊、激光焊接和电阻焊接中的至少一种。
10.如权利要求2所述的方法，其中，所述固定元件包括垫圈，并且其中，将所述垫圈置于所述销的上方。
11.一种用于形成电性连接的系统，所述系统包括：
销；
固定元件，其被设置在所述销周围，所述固定元件包括上表面和下表面；
导线，所述导线被置于所述销的周围以及所述上表面与所述下表面之间，使得在所述销周围所经过的所述导线的一部分被夹在所述上表面与所述下表面之间。
12.如权利要求11所述的系统，还包括焊机，所述焊机是用于将至少一部分的所述固定元件熔融在所述销和所述导线的周围。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述焊机包括电阻焊接电极，所述电极包括具有构造成接纳所述销的中空中心的尖端。
14.如权利要求11所述的系统，其中，所述固定元件包括具有低于所述导线的熔点的极软金属。
15.如权利要求11所述的系统，其中，所述固定元件包括铂，并且所述导线包括铂-铱合金。
16.如权利要求11所述的系统，其中，所述固定元件包括压缩弹簧或者拉伸弹簧中的一种，其中，所述导线被夹在所述弹簧的匝之间。
17.如权利要求11所述的系统，其中，所述固定元件包括延性螺圈，并且其中，所述导线被夹在所述螺圈的匝之间。
18.如权利要求11所述的系统，其中，所述固定元件包括至少两个垫圈，并且其中，所述导线被夹在下垫圈与上垫圈之间。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述至少两个垫圈包括贝氏垫圈。
20.一种连接，包括：
销；
导线；
固定元件，其构造成在形成所述导线与所述销之间的固定连接之前将所述导线在所述销的周围保持就位；和
焊部，所述焊部将所述固定装置、所述导线和所述销加以接合。
21.如权利要求20所述的连接，其中，所述固定元件包括压缩螺圈，所述压缩螺圈具有在所述销周围并在所述螺圈的匝之间的所述导线。
22.如权利要求21所述的连接，其中，将所述导线的平直部置于与所述销相切并且在所述螺圈的匝之间。
23.如权利要求20所述的连接，其中，所述固定元件构造成将多条导线在所述销的周围保持就位，其中，所述多条导线从不同的角度连接到所述固定元件。
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