CN108134224A - 同轴到平面应变消除器具和方法 - Google Patents

Abstract

由单个导电性平面金属薄片形成的微型夹器具包含沿着细长长度界定的部分，包含销接收器、焊桨和桥接器。所述销接收器包含第一和第二平面环，和从所述第一环的外围延伸到所述第二环的外围的弹簧杆。所述焊桨包括所述导电金属薄片的远离所述销接收器的一部分，且所述桥接器从所述焊桨的外围部分延伸到所述第二环。沿着所述导电性平面金属薄片的长度安置横向弯曲以促进所述微型夹的所述各种部分。

Description

同轴到平面应变消除器具和方法

技术领域

本发明的技术领域包括电互连件，且更确切地说，涉及用于射频系统中的同轴到平面微波射频互连的系统和方法。

背景技术

射频(RF)电路常常需要同轴传输电缆的内或中心导体与安置于印刷线路板(PWB)上的平面实体之间的互连件。举例来说，在同轴电缆进入含有具有导电迹线的PWB的电子模块或底盘的情况下，通常利用此类互连件。

内导体与平面实体之间的电互连件可创造众多设计难题。部分地，这是归因于对于互连件的电和机械性能的竞争要求。举例来说，互连件将理想地促进具有一致电频率响应的电连接。但从机械角度看来，互连件必须易于制造且实现低成本高度可重复组装过程。互连件和实施方案还应能够适应从封装设计中的不同热膨胀系数(CTE)材料的固有使用而产生的差分热弹性应变。此类应变可对电性能、机械耐久性和互连件寿命具有不利影响。

用于将平面印刷线路板迹线连接到同轴传输线的内导体的常规解决方案已涉及各种方法。对于低费率定制工件，就地形成的电线器具可用手制造以将同轴电缆的中心导体连接到平面传输线迹线。但此方法是劳动集中型，且可能难以一致地生产展现相同频率响应的连接。另一解决方案涉及在同轴电缆的平面实体与中心销之间的机器形成的电线或带结合。然而，这些方法可涉及显著的工艺可变性且通常需要特殊表面处理和/或特殊处理设备/工具准备。处理设备和特殊工具准备在其物理接取某些互连件位点的能力上可为有限的，这可限制潜在的RF电路设计选项。电线或带结合方法还可涉及繁重的工艺发展和耐久性验证测试。

对问题的第三替代方案涉及使用形成的薄片金属器具以促进同轴电缆中心导体与平面实体之间的电连接。但用于此目的的常规薄片金属器具可具有不一致的供应商控制的几何形状，且常规地涉及复杂的扁平到圆过渡。这些常规形成的金属器具还可呈现关于耐久性和工艺要求的问题。传统器具的形式的不一致和固有应变消除的缺乏常常导致耐久性问题。归因于形式的复杂性，存在供应商针对具体应用调适的有限可用性。通常在市场中可得的镀敷和表面处理配置强迫遵守某些设计和处理约束以确保产品可靠性。

发明内容

实施例涉及促进同轴传输元件的中心导体与RF电路中的平面实体之间的电连接的微小、2维、易于形成的器具(下文被称作微型夹)和其使用方法。微型夹器具从单一导电性平面金属薄片形成，所述金属薄片包含沿着其细长长度界定的部分，包含销接收器、焊桨和桥接器。销接收器包含第一和第二平面环，和从第一环的外围延伸到第二环的外围的弹簧杆。焊桨包括导电金属薄片的远离销接收器的一部分，且桥接器从焊桨的外围部分延伸到第二环。

导电性平面金属薄片包含在其中的多个横向弯曲，其沿着导电性平面金属薄片的长度安置。提供至少第一弯曲以对准第一和第二环平面中的第一和第二平面环。每一环平面具有不同定向，使得环平面在其间界定预定角度。导电性平面金属薄片还具有至少第二弯曲以在横向于第一和第二环平面的桨平面中定向焊桨。

第一和第二平面环界定沿着微型夹器具的环轴线中心对准的第一和第二环孔隙。环孔隙经配置以用于与环轴线对准地收纳与同轴传输元件的中心导体相关联的导电金属销。值得注意地，销接收器的至少一部分经配置以弹性变形以促进导电金属销通过第一和第二环孔隙的插入。

实施例还涉及一种用于在同轴传输元件的中心导体与RF电路中的平面实体之间提供电互连件的方法。所述方法涉及在从印刷线路板(PWB)的主表面偏移的位置中定位包括中心导体的导电金属销。使用以上描述的微型夹器具啮合导电金属销以形成电连接。销接收器的至少一部分弹性变形以促进导电金属销在第一和第二环孔隙内的插入。其后，使用第一和第二平面环在横向于环轴线的方向上将偏向力施加到导电金属销，藉以导电金属销在插入于第一和第二环中时被弹性啮合。通过在沿着环轴线对准的方向上施加将环朝向彼此推进的压缩力，可临时破坏弹性啮合。

附图说明

将参看以下图描述实施例，其中贯穿所述图，相似编号表示相似物品，且其中：

图1为用于理解具有中心导体的同轴传输元件的图式。

图2为用于理解使用实施例微型夹互连件将导电金属销连接到安置于RF底盘中的PWB上的平面实体的方式的图式。

图3为用于理解实施例的透视图。

图4为图3中展示的实施例微型夹的侧视图。

图5为替代性实施例微型夹的侧视图。

具体实施方式

将容易理解，如本文中大体描述且在附图中说明的实施例的组件可以用广泛多种不同的配置来布置和设计。因此，以下如图中所表示的各种实施例的更详细描述并不希望限制本发明的范围，而仅仅是表示各种实施例。虽然在图中呈现了实施例的各种方面，但是除非具体地指示，否则图未必按比例绘制。

如本文中揭示的微型夹器具促进同轴传输元件的中心导体与RF电路中的平面实体之间的电连接。较之常规中心导体连接方法和连接装置，微型夹器具提供众多优点。举例来说，微型夹器具将按在制造的零件批次之间高度一致且可重复的确定量的力来握紧导电金属销。微型夹器具可易于使用低成本二维制造方法用标准材料来制造。这意味着器具经济，且易于适于各种不同电路/系统几何形状。这些各种几何形状可包含中心导体销直径、对于应变消除的变化要求和不同电路板偏移。另外，所述部分的高度可重复几何形状促进一致的信号性能，且产生可预测的安装结果。以下更详细地描述微型夹器具的各种实施例。

在RF电路中，有时必需从同轴信号传输元件过渡到平面实体，例如，安置于PWB上的平面导电迹线。平面导电迹线可为传输线和/或可形成到安置于PWB上的电路组件的连接。如图1中所展示，同轴信号传输元件100由绝缘材料108所包围的中心导体105组成。导电金属屏蔽件104安置于绝缘材料108周围。在一些情境中，同轴信号传输元件还可包含安置于导电金属护套的外部周围的保护性外护套102。如本文中所提及，术语同轴传输元件可指细长同轴电缆和/或同轴RF连接器的一部分。

当同轴信号传输元件过渡到PWB上的平面导电迹线时，与同轴信号传输元件相关联的中心导体必须电连接到安置于PWB上的导电金属迹线。此情境说明于图2中，图2展示穿过RF底盘的壁208中的孔隙209突出的导电金属销206。导电金属销206电连接到同轴信号传输元件的中心导体105。举例来说，导电金属销206可包括在同轴电缆的细长长度中的中心导体105的暴露的终端。在此类情境中，暴露的中心导体可包含安置于中心导体上以形成导电金属销206的导电金属盖107。替代地，导电金属销206可为与呈同轴连接器的形式的同轴信号传输元件相关联的中心导体。可提供此连接器以促进同轴传输线缆的细长长度的端子连接。

如图2中所展示，PWB 202包含安置于其表面上的导电金属衬垫204。金属衬垫204邻近导电金属销206穿过孔隙209突出的位置。导电金属衬垫204为由导电金属形成的平面实体。因而，平面实体可包括RF传输线的部分和/或可形成到安置于PWB上的其它电路组件的电连接。为了清晰起见，将形成到其它电路组件的这些连接的电路迹线在图2中省略。在本文中揭示的实施例中，导电金属销206中的一或多个与导电金属衬垫204之间的电连接由一或多个微型夹器具210建立。以下进一步详细描述微型夹器具。

各种实施例在本文中被描述为促进与同轴信号传输实体相关联的导电金属销之间的连接，但应理解，实施例在此方面不受限制。在一些情境中，导电金属销可与具有不同于同轴的结构的电信号传输路径相关联。

根据一个方面的实施例微型夹器具310的放大图展示于图3中。微型夹器具310包括在与环轴线311的长度对准的方向上延伸的单个导电性平面金属薄片301。微型夹器具包含沿着其细长长度界定的各种部分。这些部分包括销接收器305、焊桨320和桥接器318。导电性平面金属薄片可包括合适的金属，例如，经热处理过的铍铜。可将各种类型的金属和/或合金镀层(例如，金、银和焊料)安置于金属薄片的部分上。

平面金属薄片301的厚度可随特定设计要求稍有变化。然而，例示性厚度可在约0.0005到0.008英寸的范围中。在一些实施例中，金属薄片的厚度可在0.001到0.003英寸的范围中。举例来说，在一些实施例中可使用具有0.002英寸的厚度的经热处理过的铍铜薄片。微型夹器具310的各种部分305、318和320可通过任何合适方式形成。例示性处理步骤可包含光蚀刻、冲压和/或通常适用于薄片金属生产的其它类型的二维制造方法。然而，归因于微型夹的平面设计，不需要复杂的金属形成和工具准备。

销接收器305由第一平面环312和第二平面环316组成，所述平面环与弹簧杆314一体地形成。弹簧杆314从第一环的外围延伸到第二环的外围。根据一个方面，沿着弹簧杆的长度界定的中心线C1可与环轴线311对准。此外，中心线C1可与第一内径半径线R1和第二内径半径线R2对准，所述内径半径线由第一和第二平面环的内环外围332、334界定。因此，在一些实施例中，弹簧杆的中心线通常在垂直于或正交于平行切线T1和T2的方向上延伸，所述切线界定为与第一和第二平面环相切。弹簧杆的橫向宽度c选择为实现所期望的刚性和/或弹簧刚度以便于如下文中描述的导电金属销306的弹性啮合。在一些实施例中，弹簧杆的橫向宽度c可经选择使得其小于第一平面环312的直径2×R1和/或第二平面环316的直径2×R2。

第一平面环312和第二平面环316可具有界定第一环孔隙333和第二环孔隙335的类似几何结构。环孔隙经配置用于与环轴线对准接收导电金属销。因此，第一环孔隙333和第二环孔隙335可沿着环轴线311居中对准。所述环孔隙可各自具有相同的内半径R1、R2。有利地选择半径R1和R2，使得由第一平面环312和第二平面环316界定的孔隙333、335将容纳导电金属销306在其中的插入。为了容纳导电金属销，可有利地选择内半径R1和R2，使得其略微大于导电金属销306的直径，因此销紧贴地装配在孔隙333、335内。因此，半径R1和R2的精确尺寸将在一定程度上取决于微型夹310预期用于的导电金属销306的外径。

平面环中的每一者还可具有大于其内半径的外半径。例如，第二平面环316示出为具有外半径R3，其大于R2。R2与R3之间的差界定环厚度g。在一些实施例中，对于第一和第二平面环，环厚度g可相同，但实施例在这方面不受限制，并且在一些情境中环厚度可不同。另外，在不同情况下有利地选择环厚度以确保每个平面环312、316具有足够刚性，从而在导电金属销上施加预定弹簧偏向力。

环孔隙333、335可具有圆形剖面。然而，可观察到第一平面环312和第二平面环316当沿着环轴线311对准时相对于导电金属销的插入方向略微倾斜或成角度。因此，在一些实施例中，可为有利的是形成具有椭圆形形状而非完全圆形的孔隙333、335，以便更好地容纳导电金属销在其中的插入。

焊桨320由导电金属薄片301与销接收器305间隔开的一部分组成。在一些实施例中，焊桨可具有如图所示的正方形或矩形剖面。焊桨可具有橫向宽度W，其与桥接器318的宽度d相比相对更宽。在此类实施例中，微型夹器具的宽度可在从焊桨320到桥接器318的过渡区326处略微逐渐变窄。焊桨320的此相对宽的橫向宽度有时可适用于促进与PWB衬底302上设置的导电平面元件304的焊接连接的机械和/或电特性。另外，实施例在此方面不受限制，并且焊桨320在一些情境中可具有与桥接器318相同或比桥接器318更窄的橫向宽度W。

桥接器318在焊桨的外围部分处从过渡区326延伸到第二环316的外围。桥接器的橫向宽度d可经选择使得小于第一平面环312和第二平面环316的直径。在一些实施例中，桥接器318的橫向宽度d可与弹簧杆的橫向宽度c相同。宽度d还可小于第二平面环316的直径。另外，实施例在此方面不受限制，并且不认为桥接器的橫向宽度尺寸至关重要，条件是其不干扰RF电路的其它方面。在此方面应注意，桥接器318执行某些应变消除功能。

在一些情境中，导电金属销306可出现相对于环轴线311的少量偏转或移动。此移动引起导电金属销306相对于PWB 302的位移。导电金属销的移动将施加至微型夹310，并且会潜在地对焊桨320与导电平面元件304之间的电连接造成损坏。但是由于桥接器318由相对薄片金属形成，因此其不完全刚性。因此，桥接器有能力略微变形或挠曲以容纳导电金属销306与导电平面元件304之间可出现的位移或未对准。根据前述内容，应了解，桥接器的橫向宽度d如果制得过大会不利地影响此挠曲能力，并且必须被视为设计关注的部分。

根据一个方面，沿着桥接器318的长度界定的中心线C2可位于与中心线C1和环轴线311共同的平面中。此外，中心线C2可与由第二平面环316界定的第二半径线R2对准。同样，中心线C2可在垂直或正交于切线T3的方向上延伸。切线T3与第二平面环316相切并且通常平行于T2。

导电性平面金属薄片301包含在其中的多个横向弯曲，其沿着导电性平面金属薄片的长度安置。这些橫向弯曲横向于环轴311的方向。更具体地说，橫向弯曲可在垂直于环轴311的方向的方向上延伸。现参考图3和4，可观察到，橫向弯曲将包含至少第一弯曲以将第一和第二平面环在第一环平面401和第二环平面402中对齐，所述第一环平面和第二环平面各自具有不同定向并且在它们之间界定预定角度α。在一些实施例中，预定角度可具有约30度到110度之间的范围。然而，还可能提供预定角度α的其它值，使得孔隙333、335可足够对齐以沿着环轴311接收导电金属销306。

在一些实施例中，可提供两个橫向弯曲321、322以将第一和第二平面环定向在第一环平面401和第二环平面402中。然而，本发明在此方面不受限制，并且可以使用更多或更少弯曲来实现类似作用。例如，图5示出微型夹510安置在导电金属销506上的示例性实施例。微型夹510类似于微型夹310，但是仅使用单个橫向弯曲520来将第一平面环512和第二平面环516定向在第一环平面501和第二环平面502中。

在图3和4中示出的实施例中，橫向弯曲321、322分别界定每个环平面与弹簧杆之间的角β1和β2。因此，角β1和β2将组合确定角α。角β1和β2可如图4中所示的相同或相等，使得弹簧杆314在平行于环轴311的方向上延伸。但是实施例在此方面不受限制，并且在一些情境中角β1和β2可不同。另外，对于角β1和β2有利的是，其各自形成为钝角，从而促进如本文所述的导电金属销306的弹性啮合。

如图3和4中所示，橫向弯曲321、322可分别沿着切线T1和T2大致对齐，使得弹簧杆与环轴311对齐并且与所述环轴间隔开距离f。这为微型夹提供相对紧凑的设计，同时确保平面环的操作不会受到此类橫向弯曲的不利影响。然而，在一些情境中，可为有利的是形成橫向弯曲321 322中的一或两者，使得其从切线T1和/或T2偏移。例如，橫向弯曲321、322可与一个或两个切线间隔开使得所述弯曲沿着弹簧杆的间距更小。替代地，橫向弯曲可略微占用平面环中的一或两者，前提是此类占用不以另外的方式干扰或防止导电金属销在环孔隙内的插入。

多个橫向弯曲可进一步包含至少一个弯曲324以将焊桨320定向在桨平面403中，所述桨平面横向于第一环平面401和第二环平面402。桨平面403可从环轴311偏移以便于连接到PWB 302的表面上安置的导电平面元件304。在一些实施例中，多个橫向弯曲可用于此目的。例如，图5示出实施例微型夹510，其中使用两个橫向弯曲524、525以将焊桨定向在横向于第一环平面501和第二环平面502的桨平面503中。如图3到5中所示，桨平面可相对于环轴移位。相对于环轴的位移的程度和位移的方向将取决于不同设计因素。例如，这些设计选择可基于相对于导电金属销的放置的预期PWB偏移。还可选择所述位移以便于应变消除和/或其它电路封装要求。

在本文揭示的实施例微型夹中，销接收器的至少一部分经配置以弹性地变形以便于导电金属销在第一和第二环孔隙内的插入。例如，参考图4，弹簧杆314在导电金属销306的插入期间的弹性偏转可便于销在环孔隙内的插入，并且可相继地便于第一平面环312和第二平面环316施加在导电金属销上的弹簧力341、342，如图所示。销接收器经配置以允许弹簧杆和/或第一和第二平面环的部分的弹性变形。此变形引起第一和第二环在横向于环轴线311的方向上的偏向力。因此，导电金属销306当插入第一和第二环中时可通过第一和第二平面环的内环外围332、334牢固地啮合。更具体地说，一旦如图所示销插入孔隙333、335中，第一和第二环中的每一者的内环外围就会在导电金属销的伸长侧壁307上施加弹簧偏向力341、342。

为便于导电金属销在孔隙333、335内的插入，销接收器310响应于在方向343、344上将第一和第二平面环朝向彼此推进的压缩力。此操作可临时包括弹簧杆和/或第一和第二平面环的部分的偏转。此偏转减小第一环平面401和第二环平面402之间的角α，从而中止或减小由内环外周332、334施加在导电金属销上的啮合力。因此，当以此方式减小角α时，可容易地插入导电金属销和/或从销接收器移除导电金属销。

本文揭示的实施例微型夹310、510还便于一种用于在同轴传输元件的中心导体与RF电路中的平面实体(例如，导电平面元件304)之间提供电互连件的方法。所述方法包括将包括中心导体的导电金属销(例如，导电金属销306)定位在从印刷线路板(PWB)302的主表面偏移的位置中。此偏移参考图4最佳理解为环轴线311与桨平面403之间的距离e。导电金属销使用上述微型夹器具啮合从而形成如图2到4所示的电连接。

根据一个方面，使销接收器305的至少一部分弹性地变形以便于导电金属销306在第一和第二环孔隙内的插入。之后，使用第一和第二平面环在横向于环轴线311的方向上向导电金属销施加偏向力341、342。因此，导电金属销当插入第一和第二环中时被弹性地啮合。所述方法还可包括借助销接收器释放导电金属销的啮合。可通过施加推进平面环朝向彼此的压缩力来临时中断弹性啮合，因此环在沿着环轴线对准的方向343、344上枢转或挠曲。

本文揭示的微型夹实施例具有优于用于将导电金属销(例如，同轴信号元件中心导体)连接到PWB上设置的平面实体的常规夹和方法的众多优点。部件的平坦或平面布置允许其容易制造并使用简单工具进行热处理。因为微型夹形成为多个平面段，具有简单弯曲，因此可应用花费不多的一维形成处理来获得可预测的几何形状。这种低成本的制造方法允许多个供应商容易地制造部件，同时避免制造差异以及单一供应商来源的必要性。结果是一致的疲劳性能和可预测安装结果。从所得部件施加至导电金属销的力是确定的，并且因其基于弹性应变而可得到精密控制。此外，设计容易被适配成不同几何形状，包括不同销直径、应变消除要求和PWB相对于导电金属销轴的偏移。最后，容易通过对平面环的相对面施加压缩力来安装和移除微型夹。

本文揭示的微型夹的另一优点涉及电气性能特性。计算机建模显示：在与用于类似目的的常规微型夹设计相比时，本文揭示的实施例在插入损耗和回波损耗方面具有相同的或更好的RF性能。因此，所述部件可用作当前用于类似目的的常规互连件设计的简易替代。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”的提及或类似语言意味着结合指定实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以但未必都指代同一实施例。

虽然已经相对于一个或多个实施方案说明并描述了实施例，但是所属领域的技术人员在阅读并理解本说明书和附图之后将想到等效更改和修改。因此，本文揭示的实施例的广度和范围不应受以上所描述的实施例中的任何实施例限制。实际上，应根据所附权利要求书及其等效物来界定本发明的范围。

Claims (10)

1.一种微型夹器具，其促进同轴传输元件的中心导体与RF电路中的平面实体之间的电连接，所述微型夹器具包括：

单个导电性平面金属薄片，其包含沿着其细长长度界定的部分，包含销接收器、焊桨和桥接器；

所述销接收器包括第一和第二平面环，和从所述第一环的外围延伸到所述第二环的外围的弹簧杆，

所述焊桨包括所述导电金属薄片的远离所述销接收器的一部分；以及

所述桥接器从所述焊桨的外围部分延伸到所述第二环；

其中所述导电性平面金属薄片包含在其中的多个横向弯曲，其沿着所述导电性平面金属薄片的长度安置，包含

在第一和第二环平面中对准所述第一和第二平面环的至少第一弯曲，每一环平面具有不同定向且在其间界定预定角度，以及

在横向于所述第一和第二环平面的桨平面中定向所述焊桨的至少第二弯曲。

2.根据权利要求1所述的微型夹器具，其中所述第一和第二平面环界定沿着所述微型夹器具的环轴线中心对准的第一和第二环孔隙。

3.根据权利要求2所述的微型夹器具，其中所述环孔隙经配置以用于与所述环轴线对准地收纳与所述中心导体相关联的导电金属销。

4.根据权利要求3所述的微型夹器具，其中所述销接收器的至少一部分经配置以弹性地变形以促进所述导电金属销在所述第一和第二环孔隙内的插入。

5.根据权利要求4所述的微型夹器具，其中所述销接收器经配置使得所述弹性变形导致在横向于所述环轴线的方向上的由所述第一和第二环带来的偏向力，于是可弹性地啮合和保持在插入于所述第一和第二环中时的所述导电金属销。

6.根据权利要求5所述的微型夹器具，其中所述第一和第二环孔隙中的每一者经配置以当插入于所述第一和第二环孔隙中时，在所述导电金属销的细长侧壁上施加所述偏向力。

7.根据权利要求5所述的微型夹器具，其中所述销接收器响应将所述第一和第二环孔隙朝向彼此推进的压缩力，以临时暂停所述导电金属销的所述弹性啮合。

8.根据权利要求1所述的微型夹器具，其中所述多个横向弯曲包含在所述销接收器中的用以在所述第一和第二环平面中对准所述第一和第二平面环的至少两个弯曲。

9.根据权利要求1所述的微型夹器具，其中所述多个横向弯曲包含在所述桥接器中的用以在横向于所述第一和第二环平面的所述桨平面中定向所述焊桨的至少两个弯曲。

10.根据权利要求1所述的微型夹器具，其中所述弹簧杆在与所述第一环的第二半径对准的方向上从所述第一环的所述外围延伸到所述第二环的所述外围。