CN106099450A - 一种柔性电路连接装置 - Google Patents

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Abstract

一种柔性电路连接装置，涉及一种电子系统信号传输领域；包括柔性连接装置和刚性印制板；柔性连接装置的两端固定安装刚性印制板；柔性连接装置的两端分别沿轴向深入刚性印制板内部；一端刚性印制板平行固定在外部连接器的底面；另一端刚性印制板与柔性连接装置的连接处固定有结构衬垫，实现刚性印制板沿结构衬垫底面保持水平状态；这种柔性电路连接装置，其阻抗匹配和连续性更好，高速信号传输性能更优，各项性能指标满足设计要求，同时节约了大量的设备空间和重量占用，极大避免了线缆互联方式所带来的可靠性风险，提高了系统的可靠性。

Description

一种柔性电路连接装置
技术领域
本发明涉及一种电子系统信号传输领域，特别是一种柔性电路连接装置。
背景技术
系统互连是在各种电子系统设计中都会面对的问题，传统的线缆加连接器的互连方式是在以往的电子系统设计中广泛采用的设计，如图1所示，采用焊接或者压接方式的互连系统设计其可靠性、空间占用、重量指标及阻抗特性等都存在很大问题；不论焊接连接系统还是压接连接系统，首要的问题就是大量的空间占用，如果仅传送电源等能量则使用的线缆基本为较为普通常见的线缆，其外部保护层的厚度要远远大于其内部有效传输介质的厚度，大部分的空间都被无效设备占用，而如果需要传送射频或者高速差分信号的时候，所用的传输线缆的外部保护和屏蔽层的厚度较一般线缆更大，占用体积也更大，重量自然成倍上升，将有限的电子设备内部空间大量占用，同时极大增加设备重量。焊接连接系统需要使用各种焊料对线缆和连接器进行连接，其非一致性材料的加入导致阻抗控制难以一致和连续，不可避免会出现阻抗跳变，严重影响信号质量，压接连接系统虽没有使用额外的焊接材料，但机械力压接对线缆和连接器的连接芯镀层和外保护层均有损伤，在长时间不同环境使用过程中不可避免会出现额外的氧化和腐蚀，导致线路电阻和阻抗的变化，信号质量下降，同时压接连接系统由于其物理结构尺寸的不同的材料靠物理压力连接，其在传输高速信号时的阻抗不一致性依然存在，影响信号质量。焊接和压接连接系统如果不使用灌胶密封的话，在系统长期使用中，由于外部环境的影响和焊接点(或压接点)应力长期积累，连接系统的性能会逐渐衰退，影响信号和能量传输质量，甚至出现信号中断等严重后果，导致电子系统不能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种柔性电路连接装置，其阻抗匹配和连续性更好，高速信号传输性能更优，各项性能指标满足设计要求，同时节约了大量的设备空间和重量占用，极大避免了线缆互联方式所带来的可靠性风险，提高了系统的可靠性。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种柔性电路连接装置，包括柔性连接装置和刚性印制板；柔性连接装置的两端固定安装刚性印制板；柔性连接装置的两端分别沿轴向深入刚性印制板内部；一端刚性印制板平行固定在外部连接器的底面；另一端刚性印制板与柔性连接装置的连接处固定有结构衬垫，实现刚性印制板沿结构衬垫底面保持水平状态。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述的刚性印制板包括上下两个相同的刚性印制基材板，两个刚性印制基材板将柔性连接装置的一端固定夹在中间，刚性印制基材板与柔性连接装置一体制造。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述的刚性印制基材板为平板状结构；柔性连接装置为扁平带状结构，柔性连接装置两端与刚性印制板配合的部分大于中间宽度；柔性连接装置夹在两个刚性印制基材板之间的端处表面形状与刚性印制基材板表面形状相同。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述柔性连接装置为由聚酰亚胺和铜基材或由聚酯薄膜和铜基材制成的印刷电路板。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述固定在外部连接器底面的刚性印制板，其两个相同的刚性印制基材板厚度为1.6-1.9mm；另一端刚性印制板中两个相同的刚性印制基材板的厚度为3.2-3.8mm。
在上述的一种柔性电路连接装置，柔性连接装置厚度为0.4-0.5mm。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述的柔性连接装置为非中心对称叠层结构，根据系统使用要求和信号传输要求，可将多层柔性连接装置重叠安装使用。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述固定在外部连接器底面的刚性印制板设置有通孔，与外部连接器的固定装置相对应，实现与外部连接器的连接。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述柔性电路连接装置的信号传输频率不小于25GHz；数据高速差分信号的传输码率不小于15Gbps。
在上述的一种柔性电路连接装置，所述的结构衬垫固定在柔性连接装置的转角处，分别与刚性印制板和部分伸出刚性印制板的柔性连接装置固定连接，实现了当柔性电路连接装置在空间中出现不同角度的弯折和不同方向的变化时，限制其可能产生的位移和振动，避免出现损坏。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了柔性电路技术，将传统电子设备中使用的由印制板、连接器和多种电缆构成的传统互连系统重新设计变更为只使用刚性和柔性板卡互连的超薄超轻的新型互连系统，传统互连系统中连接器和多种电缆的安装和配置极大占用了电子系统的内部空间，甚至在有些系统中互连部分的空间占用率高于50％，而采用新型互连系统后，省去了用于传输各种电信号的较大的金属连接器和用于传输不同电信号的各种粗细的包含保护层的特制电缆，仅使用了柔性互连部分代替了这些空间占用率极高的传统部件，极大提高了空间利用率，实现了设备小型化的目的；
(2)本发明采用了柔性电路技术，将传统电子设备中使用的由印制板、连接器和多种电缆构成的传统互连系统重新设计变更为只使用刚性和柔性板卡互连的超薄超轻的新型互连系统，传统互连系统中连接器和多种电缆的安装和配置极大占用了电子系统的内部空间，甚至在有些系统中互连部分的重量占用率大于30％，而采用新型互连系统后，省去了用于传输各种电信号的较重的金属连接器和用于传输不同电信号的重量较大的包含保护层的特制电缆，仅使用了柔性互连部分代替了这些重量占用率极高的传统部件，极大提高了空间利用率，降低了设备质量，实现了提高设备便携性的目的；
(3)本发明采用了柔性电路技术，将传统电子设备中使用的由印制板、连接器和多种电缆构成的传统互连系统重新设计变更为只使用刚性和柔性板卡互连的超薄超轻的新型互连系统，传统互连系统中连接器和多种电缆的安装和配置难以保证阻抗连续一致性，不可避免在各种部件的交界面出现难以准确控制的阻抗跳变，整个系统的信号传输路径上会在板卡与连接器、连接器与各种信号线缆的多个界面中出现阻抗非一致性跳变，对于高速信号和射频信号来说，每个阻抗跳变或者阻抗不连续的界面都会出现信号损失，导致信号质量变差，影响信号的准确传输和有效传输，缩短传输距离，而采用新型互连系统后，减少了信号传输路径上的阻抗不连续点的数量，两个部分之间仅有硬板到柔板区的变化，板卡内部信号铜层为连续设计，经过严格仿真和生产工艺控制可以严格保证信号传输路径的阻抗一致性和阻抗连续型，保证信号在路径中能够可靠有效传输，提高了信号传输质量，实现了提高系统信号完整性的目的。
附图说明
图1为现有技术中的系统互连示意图；
图2为本发明柔性电路连接装置与外部连接器连接示意图；
图3为本发明柔性电路连接装置示意图；
图4为本发明柔性电路连接装置俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
导弹武器系统中的空间和重量受到严格限制，以信号处理分系统为例，在处理能力和运算速率不断提高的前提下，需使用体积较大，功率较高的高性能的芯片，印制板的面积已经无法进一步缩小，因此只有将重点放在内部的互联系统的改进上。在以往的电缆互联模式下，连接器尾部的电缆焊接端和尾罩保护系统占用了几倍于连接器实际连接占用的空间，造成了体积和重量的极大占用，难于安装和维护，且焊接过程中人为因素的介入，使其可靠性也受到了极大的影响。因此，通过柔性电路这一新方法的介入，将极大减少内部互联系统的重量以及所占用的空间，进一步压缩整个系统的体积和重量，提高产品可靠性。
信号处理分系统内部结构紧凑，空间有限，传输的信号包括电源、高速差分信号、串行通讯协议信号等多种标准，电气特性不同，安装位置空间关系复杂。同时，在导弹武器系统的应用中，各分系统需要通过严格的力学、温度等环境试验筛选，对可靠性要求极高。
柔性电路板是用柔性的绝缘基材主要是聚酰亚胺或聚酯薄膜和铜基材制成的印刷电路板，主要应用于需要小空间占用条件下的互联实现，其传输特性可通过调整线宽及线间距严格受控，厚度薄，重量轻，并可自由弯曲、缠绕、折叠，薄片状的外形可与结构件完美配合，轻易通过狭小的互联通道，尤其是在代替系统内部印制板之间互联线缆方面，可以进一步节省接插件的空间，通过异形板的模式，实现极小空间占用条件下的多信号标准3D互联。
柔性电路互联系统可传输包括供电电源、多种标准的高速差分信号、电平逻辑信号、中低频段的射频信号等多种标准的信号。高速差分信号传输码率可达6Gbps。
同时对于有相对运动的分系统，柔性电路互联系统可以提供较电缆互联系统的可靠性高得多的稳定互联，已有的多种产品、试验和应用证明其可靠往复运动次数超过100万次以上。
结合柔性电路的上述优点，在导弹武器的信号处理分系统中采用柔性与硬印制板相结合的方式来代替以往传统的电缆加连接器的互联方式，极大地节省了空间，提高了产品可靠性，减少产品质量。
如图2所示为本发明柔性电路连接装置与外部连接器连接示意图，由图可知，柔性电路连接装置，包括柔性连接装置1和刚性印制板2；柔性连接装置1的两端固定安装刚性印制板2；柔性连接装置1的两端分别沿轴向深入刚性印制板2内部；一端刚性印制板2平行固定在外部连接器3的底面；另一端刚性印制板2与柔性连接装置1的连接处固定有结构衬垫4，实现刚性印制板2沿结构衬垫4底面保持水平状态；其中，柔性连接装置1为由聚酰亚胺和铜基材或由聚酯薄膜和铜基材制成的印刷电路板；固定在外部连接器3底面的刚性印制板2设置有通孔，与外部连接器3的固定装置相对应，实现与外部连接器3的连接。
结构衬垫4固定在柔性连接装置1的转角处，分别与刚性印制板2和部分伸出刚性印制板2的柔性连接装置1固定连接，实现了当柔性电路连接装置在空间中出现不同角度的弯折和不同方向的变化时，限制其可能产生的位移和振动，避免出现损坏。
如图3所示为本发明柔性电路连接装置示意图，由图可知，所述的刚性印制板2包括上下两个相同的刚性印制基材板5，两个刚性印制基材板5将柔性连接装置1的一端固定夹在中间，刚性印制基材板5与柔性连接装置1一体制造；其中，固定在外部连接器3底面的刚性印制板2，其两个相同的刚性印制基材板5厚度为1.6-1.9mm；另一端刚性印制板2中两个相同的刚性印制基材板5的厚度为3.2-3.8mm；柔性连接装置1厚度为0.4-0.5mm；柔性连接装置1为非中心对称叠层结构，根据系统使用要求和信号传输要求，可将多层柔性连接装置1重叠安装使用。
如图4所示为本发明柔性电路连接装置俯视图，由图可知，刚性印制基材板5为平板状结构；柔性连接装置1为两端宽中间窄的扁平带状结构，柔性连接装置1两端与刚性印制板2配合的部分的宽度大于中间宽度；柔性连接装置1夹在两个刚性印制基材板5之间的端处表面形状与刚性印制基材板5表面形状相同。
柔性电路连接装置的信号传输频率不小于25GHz；数据高速差分信号的传输码率不小于15Gbps。
本发明可以自由弯曲、卷绕、折叠、可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和传输系统一体化。利用柔性电路互联可大大缩小产品的体积和重量，适用于向高密度、小型化、高可靠方向发展的需求。其还具有阻抗连续性和高速信号传输特性、良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本较低。
本发明在导弹武器系统信号处理机中的应用，已顺利通过了电性能和全部信号指标测试，通过了振动筛选试验、温度循环试验、老炼试验等相关环境试验，可靠性得到了进一步的验证。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种柔性电路连接装置，其特征在于：包括柔性连接装置(1)和刚性印制板(2)；柔性连接装置(1)的两端固定安装刚性印制板(2)；柔性连接装置(1)的两端分别沿轴向深入刚性印制板(2)内部；一端刚性印制板(2)平行固定在外部连接器(3)的底面；另一端刚性印制板(2)与柔性连接装置(1)的连接处固定有结构衬垫(4)，实现刚性印制板(2)沿结构衬垫(4)底面保持水平状态。
2.根据权利要求1所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述的刚性印制板(2)包括上下两个相同的刚性印制基材板(5)，两个刚性印制基材板(5)将柔性连接装置(1)的一端固定夹在中间，刚性印制基材板(5)与柔性连接装置(1)一体制造。
3.根据权利要求2所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述的刚性印制基材板(5)为平板状结构；柔性连接装置(1)为扁平带状结构，柔性连接装置(1)两端与刚性印制板(2)配合的部分大于中间宽度；柔性连接装置(1)夹在两个刚性印制基材板(5)之间的端处表面形状与刚性印制基材板(5)表面形状相同。
4.根据权利要求1所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述柔性连接装置(1)为由聚酰亚胺和铜基材或由聚酯薄膜和铜基材制成的印刷电路板。
5.根据权利要求3所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述固定在外部连接器(3)底面的刚性印制板(2)，其两个相同的刚性印制基材板(5)厚度为1.6-1.9mm；另一端刚性印制板(2)中两个相同的刚性印制基材板(5)的厚度为3.2-3.8mm。
6.根据权利要求3所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：柔性连接装置(1)厚度为0.4-0.5mm。
7.根据权利要求4所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述的柔性连接装置(1)为非中心对称叠层结构，根据系统使用要求和信号传输要求，可将多层柔性连接装置(1)重叠安装使用。
8.根据权利要求5所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述固定在外部连接器(3)底面的刚性印制板(2)设置有通孔，与外部连接器(3)的固定装置相对应，实现与外部连接器(3)的连接。
9.根据权利要求1所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述柔性电路连接装置的信号传输频率不小于25GHz；数据高速差分信号的传输码率不小于15Gbps。
10.根据权利要求1所述的一种柔性电路连接装置，其特征在于：所述的结构衬垫(4)固定在柔性连接装置(1)的转角处，分别与刚性印制板(2)和部分伸出刚性印制板(2)的柔性连接装置(1)固定连接，实现了当柔性电路连接装置在空间中出现不同角度的弯折和不同方向的变化时，限制其可能产生的位移和振动，避免出现损坏。
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