CN1097324C - 板对板的配合组件 - Google Patents

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Abstract

一种连接器组件(20)包括一个插头连接器(22)，它的外壳(24)包括至少从其相对的两侧(30)或是相对的两端(32)横向延伸的锁闩凸块(36)；以及一个互补的插座连接器(50)，它的外壳具有一个插头接收腔(68)，外壳(52)包括与腔底(68)相邻的锁闩接收槽(66)，腔底至少横靠着与插头部分的两侧(30)和两端(32)相对应的两个侧壁(62)或两个端壁(64)。在插头和插座连接器(22，50)的初步配合过程中，插头外壳(24)的锁闩凸块(36)压住相邻的插座外壳壁面(65)，并与其形成压配合，在插头和插座连接器(22，50)完全配合的情况下，当锁闩凸块(36)被接收在腔槽(66)中时，它就会放松上述壁面。

Description

板对板的配合组件
本发明具体涉及到板对板的电气连接器，用于相互连接平行的电路板之间的电路。
美国专利US5395250号公开了一种封闭配合(blind matable)的小型连接器，用于相互连接平行电路板之间的电路。这一专利中的连接器包括表面安装的C形插座触点，每个触点上的弹簧臂在平行于外壳安装面的方向上延伸，并且可以在垂直于配合轴线的方向上弯曲。插头上具有表面安装的L形触点，每个触点具有一个跨过弹簧臂延伸的支柱，并且在连接器实现配合时与弹簧臂构成弹性偏置啮合。
美国专利US5199884号公开了另一种用于连接平行电路板之间的电路的连接器。这一专利中的表面安装插座触点是L形的，它的支柱伸向连接器外壳的配合面。每个表面安装插头触点包括一个基座和一个一端悬空的U形弹簧臂，这一弹簧臂朝着插头外壳的配合面延伸。在插座和插头实现配合时，弹簧臂的悬空端与插座触点的支柱啮合，并且朝着另一个臂向内移动。
随着小型便携式计算机等等电气设备的逐渐小型化，需要一种能按照平行关系在母板和子板之间实现配合的连接器。这样，在母板上就需要多个连接器才能与子卡上对应的多个互补的连接器实现配合。这些连接器都需要采用″封闭配合″。在同时配合的过程中，对齐单个连接器要比对齐多个连接器更容易实现。假定在这些连接器中各电触点中心线之间的间隔很近，极其重要的是在触点啮合之前实现对齐，以免在配合过程中损坏精密的触点。
在准备安装多个连接器的电路板的制作过程中，首先在电路板的指定位置上为与拟固定于此的各连接器互连的各种连接器设置成排的触点焊盘。此外，在电路板上还设有尺寸精确的通孔图形或是其他用来使连接器与板对齐的装置。电路板是在指定或允许的公差范围内制作的，以便使成排的触点焊盘彼此定位，并且使孔的位置与各个排精确地对齐。尽管具有很高的精度，这种现有技术在一个电路板上安装多个连接器的情况下仍然存在与公差有关的问题。其结果是所有安装在子卡上的连接器不一定都能与母板上对应的互补连接器精确地对齐。因此，在同时配合两个板上的多个连接器对时，为了准确地配合，在各个连接器的配合面上设有可以啮合的对齐特征，并且迫使各对连接器对齐。在惯用的结构中，这种力最初会作用或传递到各个板上的焊接点上。如果在板的配合完成之后一直维持这种施加在焊接点上的应力，经过一定的时间之后，这种力就可能足以使一或多个焊接点断开，这样就会损害组件的性能。将图形设置在电路板上，在各个板上安置和固定各个连接器，其中每一情况都在允许的公差范围内，但是三者的累加效果影响到多对连接器的配合性能，并且会增加连接器之间出现错位的机会。因此需要提供一种装置，用来在触点配合之前将各对连接器对齐。进而还需要有一种力，在配合完成之后对齐各个连接器，将其与安装连接器的焊接面隔离。此外，在各个连接器完成配合之后，还希望尽量降低焊接连接点上的应力。
本发明的目的是解决多对连接器封闭配合时遇到的问题，可以在不损伤触点的情况下同时实现配合，并且使连接器及其各自的电路板之间的焊接连接点上的应力降到最小。
上述目的的一种技术解决方案在于，这种用于连接各个电路板上的电路的一种表面安装连接器组件，包括一个插头连接器，它具有一个外壳和具有在相对的两侧和相对的两端之间延伸的一个插头部分，以及第一组触点；以及一个具有外壳的插座连接器，其插座部分具有相对的两侧和相对的两端，并且限定了一个插头接收腔，以及第二组触点；插头和插座部分之一包括至少两个分开的锁闩凸块，它们至少从该部分上相对的两侧或相对的两端横向地延伸；插头和插座部分的另一个包括至少两个分开的横靠至少两个相对侧或两个相对端的锁闩接收槽，适合在完全配合时接收上述锁闩凸块；当插头部分刚刚进入插座部分时，锁闩凸块压住另一部分的相邻的支撑面，并与其形成压配合，从而使插头和插座连接器的中心部位保持固定，以便抵抗配合期间的横向作用力，在插头和插座连接器完全配合的情况下，当凸块被接收在锁闩接收槽中时，锁闩凸块就会放松上述支撑面；该组件的特征在于：锁闩凸块被松散地接收在槽中，允许插头连接器在插座连接器内部作有限的水平移动，并且阻止连接器的垂直移动；并且至少有一组触点上包括可变形的杆，通过触点的配合来抵销应力，并使连接器水平对齐，从而允许外壳能彼此相对地浮动。
上述目的的另一种技术解决方案在于，这种用于连接第一电路板和第二电路板的组件，第一电路板具有安装在分别排列的第一连接器位置上的多个第一连接器；而第二电路板具有安装在分别排列的第二连接器位置上的多个第二连接器；第一和第二连接器是可相对的插头和插座连接器对；每个插头连接器具有一个外壳，一个插头部分，以及第一组触点；每个插座连接器具有一个外壳，它的插座部分限定了一个插头接收腔，以及第二组触点；配对的插头和插座连接器中的每对插头和插座部分之一包括至少两个分开的锁闩凸块，它们从该部分横向地延伸；插头和插座部分的另一个包括至少两个分开的锁闩接收槽，适合在完全配合时接收上述锁闩凸块；当电路板的位置被移动到一起，使各对插头和插座连接器同时配合时，各个锁闩凸块在插头部分各自刚刚进入相应的插座部分时压住另一部分的相邻的支撑面，并与其形成压配合，从而使插头和插座连接器的中心部位保持固定，以便抵抗配合期间的横向作用力，在插头和插座连接器完全配合的情况下，当凸块被接收在锁闩接收槽中时，锁闩凸块就会放松上述支撑面；该组件的特征在于：锁闩凸块被松散地接收在槽中，允许插头连接器在相应的插座连接器内部作有限的水平移动，并且阻止连接器的垂直移动；并且至少有一组触点上包括可变形的杆，通过触点的配合来抵销应力，并使连接器水平对齐，从而允许外壳能彼此相对地浮动。
在一个实施例中，插头外壳包括至少从插头部分相对的两侧或是相对的两端横向延伸的锁闩凸块，并且在插座外壳上包括与腔底相邻的锁闩接收槽，腔底至少横靠着与插头部分的两侧或两端相对应的两个侧壁或两个端壁。
在另一个实施例中，插座连接器上设有伸入空腔的锁闩凸块，而插头连接器上包括用于接收凸块的对应的槽。
本发明还提供了一种组件，它由其上安装有多对连接器的可以互相连接的电路板组成。
本发明提供了一种装置，用来同时配合多个连接器板组件，并且将表面安装触点的焊接连接点上的应力降到最小。本发明进一步为印刷电路板制作过程中的定位公差提供了较大的余地。如果要在一个印刷电路板上设置多个连接器，并且要使它们与另一个印刷电路板上对应的小型子连接器同时实现配合，本发明还可以为小型子连接器的位置布局提供较大的余地。
以下将要参照附图用举例的方式来说明本发明的实施例，在附图中：
图1是本发明的连接器组件的一个透视图，图中的插头和插座是彼此拆开的；
图2是图1中插头的配合面的平面图；
图3是图1中插头连接器的一个侧视图；
图4是图1中插座连接器的配合面的平面图；
图5是图1中插座连接器的一个侧视图；
图6是图1的连接器组件在配合时的平面顶视图；
图7到9是连接器组件的截面图，用来表示连接器配合过程中的顺序；
图7是一个截面图，表示插头和插座在配合之前相互对齐的情况；
图8表示图7的连接器组件在局部配合时的情况；
图9表示沿着图6中的9-9线看到的完全配合的组件；
图10用一个部分剖视图示意性地表示了安装在各自的电路板上的四个连接器与一个子卡同时配合的情况；
图11是按照本发明另一实施例的连接器组件的透视图，插座和插头安装在各自的电路板上，并且是彼此分开的，在图中表示了一个板的部分剖视图；
图12是一个截面图，表示图10的插头和插座在配合之前相互对齐的情况；
图13是按照本发明另一实施例的连接器组件的透视图，图中的插座和插头是彼此分开的；
图14表示图13实施例的组件在完全配合时的情况。
首先参见图1到6，连接器组件20包括内部设有多个触点40的一个插头22，以及内部设有多个触点70的一个插座50。如图1到3和6中所示，插头22包括一个插头外壳24，它具有相对的配合面26和安装面28，以及相对的侧壁30和端壁32。端壁32进一步包括具有锁闩凸块36的凸缘部分34，凸块36从配合面26附近向外延伸。触点40是L形的，并且包括具有表面安装接触面44的一个基座42和一个支柱46。触点40被设置在从外壳24的配合及安装面26，28之间延伸的触点接收通道38中。
插座50包括一个外壳52，它具有相对的配合和安装面54，56，一个底板或是底壁58，以及相对的侧壁62和端壁64，它们共同限定了一个触点接收腔68。外壳52的底板58上进一步包括多个触点接收槽60，在其中设置有多个C形的触点70。插座外壳52进一步包括与横靠着端壁64的腔底58相邻的锁闩接收槽66。槽66的结构在插头连接器22和插座连接器50完全配合时可以接收插头连接器22的锁闩凸块36。触点70包括具有表面安装接触面74的一个基座72和一个弹簧臂76，在臂的前端具有第一接触部分78。
插座和插头外壳24，52是用耐高温材料制作的，例如液晶聚合物一类的材料。选择的材料必须能够承受250℃以上的温度，按照现有技术的红外线逆流焊接或是其他方法，这是焊接过程中的典型温度。
本实施例中的插头和插座触点采用美国专利US5395250中所述的类型。插头触点40是用厚度约为0.32mm(0.0126英寸)的磷青铜一类的金属坯料制成的，最好是将其厚度降低到大约0.23mm，形成触点的边沿面。插座触点70是用厚度约为0.15mm(0.006英寸)的金属坯料制成的。为了足以承受组件配合过程中出现的正交力，选择的金属材料在105-125千p.s.i.的范围内应该具有很高的抗屈强度。
图-9表示插头和插座连接器22，50的配合顺序。需要指出的是，在配合时，插头和插座连接器是分别被安装在各自的电路板上的。为了便于表示本发明，除了图9之外，其他图中都省略了电路板。为了将连接器22，50对齐，各自的外壳24，52最好是具有能够在触点40，70配合之前使外壳对齐的特征。在本发明中，插头外壳24的端壁32上的凸缘状部分34被接收在插座外壳52的空腔68中具有相应结构的槽66中。插座外壳52具有导入面69，可以对插头连接器22的位置起到导向作用，并且在锁闩凸块36上具有楔形的导入面37，以便使锁闩凸块36与插座外壳52的端壁64按照压配合的方式啮合。
图-表示与插座连接器50对齐配合的插头连接器22。在插头连接器22与插座连接器50的啮合过程中，锁闩凸块36与端壁的内表面65啮合，使端壁64如箭头所示向外稍稍变形到固定的位置，并且使插头连接器22对准腔68，从而在啮合之前将触点40，70对齐。
按照本发明，至少有一排触点是凹进配合面的，以便在各对配合触点40，70啮合之前将插头外壳24接收在插座的腔68中。如图8中所示，在各个触点支柱46与配合触点40，70的弹簧臂76啮合之前，外壳就已经被准确地定位了。图9表示了安装在电路板82上的插头连接器22，以及焊接在各个电路焊盘84上的触点40的表面安装接触面44。插座连接器50被安装在电路板88上，并且触点70的表面安装接触面74被焊接在电路焊盘90上。各对插头和插座连接器22，50被完全地配合，锁闩凸块36被接收在锁闩接收槽66中。外壳24，52不再采用压配合的方式。
如图8中所示，当连接器22，50以压配合的方式合到一起时，在表面安装触点的焊接连接点上会产生应力。如图9中所示，当插头和插座连接器22，50达到完全配合，并且锁闩凸块36处在槽66中时，这种应力就可以减轻。各个连接器之间的任何错位以及由此产生的力被传递到插座外壳52的触点70的变形的弹簧臂76上。这样，在对齐过程中产生的任何力就不会作用到各个触点44，74和安装连接器的电路板上的触点焊盘84，90之间的焊接连接点上。
图10示意性地表示了安装在母板110上的多个表面安装连接器102与安装在子卡112上的多个插头连接器104配合的情况，在其中表示了子卡的部分剖视图。在图中表示了分别装在各自的板110，112上的一个连接器102，104，并且表示了焊接在各自的电路板焊盘上的代表性表面安装触点。为了便于说明，板上的其他连接器102，104的表面安装触点被省略了。这一示意图表示了制作过程的各个步骤中出现的公差范围对多对连接器配合性能的影响。各个连接器的电路板触点焊盘的排列布局，对齐孔或是其他对齐特征的位置，以及连接器在板上的实际固定位置等中所允许的所有公差都会产生积累的效果。其结果是安装在子卡上的所有连接器不一定都能与母板上对应的互补连接器精确地对齐。
本发明可以减轻与公差积累有关的问题，除了对齐特征之外，在插头配合面上提供了锁闩凸块36，它可以在配合面上与插座的内壁表面啮合，与相应的插座壁形成压配合，并且迫使各对连接器对齐，从而实现准确的配合。在连接器对达到完全配合时，插头连接器端壁上的楔形锁闩凸块36脱离压配合，并且进入插头接收连接器的锁闩接收槽66。这样，外壳24，52就可以彼此相对地浮动，使为了对齐而施加的任何对齐应力传递到弹性接触弹簧臂或是杆76上，而不会传递到焊接连接点上。弹簧臂76比塑性的外壳更容易变形，这样就能保护焊接的表面安装接触部分。传递到接触杆上并使其变形的力可能会使支柱46和杆78的配合面发生移动。如果力的传递作用使各个连接器外壳24，52相对于外壳的宽度方向发生了移动，插头支柱46就会沿着杆78的长度方向移动。由于图1所示连接器具有的特定结构，在力的传递之后，连接器外壳24，52在长度方向上的移动会使一排连接器中的触点40，70之间的正交力增大，并使连接器另一侧上的触点之间的正交力降低。
各个连接器的触点选用的材料必须能在需要的操作范围内维持足够的正交力。弹簧元件的材料必须能在预定的公差范围内承受一定程度的额外或是小范围的变形。
图11和12表示连接器对122，150的另一个实施例120，各个连接器安装在各自的电路板182，188上，并且其表面安装接触面144，174分别被固定在电路焊盘184，190上。在本实施例中，插头122上的锁闩136被设在侧壁130上，而插座连接器152的锁闩槽166是沿着侧壁162设置的。插头连接器122中的每个触点140具有一个可变形的杆部分148，它在平行于连接器配合轴线的方向上延伸。在出现变形时，这一杆部分朝着与连接器外壳的宽度平行的方向移动。插座触点具有一个支柱180。本实施例中的插头和插座触点采用美国专利US5199884号中所述的类型。
图13和14表示本发明的另一实施例220，其中的插座连接器250上设有沿着端部伸入腔内的锁闩凸块236，并且插头连接器222上包括对应的槽，用于接收凸块236。
当然，在插头或是插座一方的触点上可以具有可变形的杆。另外，插头和插座双方都可以具有可变形的杆。最好是有一排或是两排触点是凹进各自外壳的配合面的，以便在触点配合之前将连接器外壳对齐。另外，只要另一电路板上配有与之互相的连接器即可，在一个电路板上可以同时具有插头和插座连接器。
还有一点是显而易见的，那就是插头或插座连接器的两侧或两端可以具有一个以上的凸块，或是在两侧和两端都设有凸块。与此相应，配合的插座或插头连接器上应该具有对应数量的槽。凸块和槽的数量及其位置取决于连接器的尺寸和结构。

Claims (10)

1.用于连接各个电路板上的电路的一种表面安装连接器组件(20)，包括一个插头连接器(22)，它具有一个外壳(24)和具有在相对的两侧(30)和相对的两端(32)之间延伸的一个插头部分，以及第一组触点(40)；以及一个具有外壳(52)的插座连接器(50)，其插座部分具有相对的两侧(42)和相对的两端(64)，并且限定了一个插头接收腔(68)，以及第二组触点(70)；插头和插座部分(36，136，236)之一包括至少两个分开的锁闩凸块(36)，它们至少从该部分上相对的两侧或相对的两端横向地延伸；插头和插座部分的另一个包括至少两个分开的横靠至少两个相对侧(30，62)或两个相对端(32，64)的锁闩接收槽(66，166，266)，适合在完全配合时接收上述锁闩凸块(36，136，236)；当插头部分刚刚进入插座部分时，锁闩凸块(36，136，236)压住另一部分的相邻的支撑面，并与其形成压配合，从而使插头和插座连接器(22，50)的中心部位保持固定，以便抵抗配合期间的横向作用力，在插头和插座连接器(22，50)完全配合的情况下，当凸块被接收在锁闩接收槽(66，166，266)中时，锁闩凸块(36，136，236)就会放松上述支撑面；该组件(20)的特征在于：
锁闩凸块被松散地接收在槽中，允许插头连接器在插座连接器内部作有限的水平移动，并且阻止连接器的垂直移动；并且
至少有一组触点(40，70)上包括可变形的杆，通过触点(40，70)的配合来抵销应力，并使连接器(22，50)水平对齐，从而允许外壳(24，52)能彼此相对地浮动。
2.按照权利要求1的表面安装连接器组件(20)，其特征是上述锁闩凸块(36，136，236)和上述锁闩接收槽(66，166，266)靠近上述各个插头和插座部分的相对两侧(30，62)或是相对两端(32，64)的角落。
3.按照权利要求1的表面安装连接器组件，其特征是上述锁闩凸块(36，136，236)的上述支撑面是从上述锁闩面上连续地向前和向内倾斜的。
4.按照权利要求1，2或3的表面安装连接器组件，其特征是上述锁闩凸块(36)从上述插头部分的相对的两端(30)横向延伸，而上述锁闩接收槽(66)横靠着上述插座部分的上述两端(64)。
5.按照权利要求1，2或3的表面安装连接器组件，其特征是上述锁闩凸块(136)从上述插头部分的上述相对的两侧(130)横向延伸，而上述锁闩接收槽(166)沿着上述插座部分的上述两侧。
6.按照权利要求1，2或3的表面安装连接器组件，其特征是上述锁闩凸块(236)从上述插座部分的相对的两端横向延伸，而上述锁闩接收槽(266)沿着上述插头部分的两端。
7.一种用于连接第一电路板和第二电路板的组件，第一电路板具有安装在分别排列的第一连接器位置上的多个第一连接器；而第二电路板具有安装在分别排列的第二连接器位置上的多个第二连接器；第一和第二连接器是可配对的插头和插座连接器(22，50)对；每个插头连接器(22)具有一个外壳(24)，一个插头部分，以及第一组触点(40)；每个插座连接器(50)具有一个外壳(52)，它的插座部分限定了一个插头接收腔(68)，以及第二组触点(70)；配对的插头和插座连接器中的每对插头和插座部分(36，136，236)之一包括至少两个分开的锁闩凸块(36)，它们从该部分横向地延伸；插头和插。座部分的另一个包括至少两个分开的锁闩接收槽(66，166，266)，适合在完全配合时接收上述锁闩凸块(36，136，236)；当电路板的位置被移动到一起，使各对插头和插座连接器(22，50)同时配合时，各个锁闩凸块(36，136，236)在插头部分各自刚刚进入相应的插座部分时压住另一部分的相邻的支撑面，并与其形成压配合，从而使插头和插座连接器(22，50)的中心部位保持固定，以便抵抗配合期间的横向作用力，在插头和插座连接器(22，50)完全配合的情况下，当凸块被接收在锁闩接收槽(66，166，266)中时，锁闩凸块(36，136，236)就会放松上述支撑面；该组件(20)的特征在于：
锁闩凸块被松散地接收在槽中，允许插头连接器在相应的插座连接器内部作有限的水平移动，并且阻止连接器的垂直移动；并且
至少有一组触点(40，70)上包括可变形的杆，通过触点(40，70)的配合来抵销应力，并使连接器(22，50)水平对齐，从而允许外壳(24，52)能彼此相对地浮动。
8.按照权利要求7的组件，其特征是上述锁闩凸块(36，136，236)和锁闩接收槽(66，166，266)靠近上述各个插头和插座部分的相对两侧(30，62)或是相对两端(32，64)的角落。
9.按照权利要求7的表面安装连接器组件，其特征是上述锁闩凸块(36，136，236)的上述支撑面是从上述锁闩面上连续地向前和向内倾斜的。
10.按照权利要求7，8或9的组件，其特征是上述锁闩凸块(36)从上述插头部分的相对的两端(28)横向延伸，而上述锁闩接收槽(66)沿着上述插座部分的两端(64)。
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