CN1146134A - 用于在挠性电缆上安装电气元件的装配件 - Google Patents

Abstract

采用直接安装于挠性电路扁平带状电缆上的方法将一个支承结构固定在挠性电路的前侧或者后侧，因而在电缆上形成一个无应力区，在该区域内就可以安装挠性电路的电气元件。该支承结构包括一个扁平环，由粘接、焊接或机械固定的方法将其固定在电缆上。扁平环安装在扁平带状电缆的一侧，并围出一个电缆区域，此区域足够大，可以用于安装挠性电路的电气元件。封合区域内的扁平带状电缆即使在电缆铺设过程中也会保持平直，无应力。因此，安装在区内的任何元件都不会受到弯矩的作用。该发明也可以与电缆接头(如电缆端部的多针接头)合在一起，而且该发明也包括支承钩和空气冷却导流板。

Description

用于在挠性电缆上安装电气元件的装配件

本发明的背景

该发明涉及挠性电路(flexible circuit)，尤其是涉及用在挠性电缆上安装电气元件的装配件(assemblies)。

多芯挠性电缆(Multi-conducfor flexible cables)由多条平行排列的导线组成，导线之间由绝缘层分开。这种电缆通常用来在由电缆连接的电气设备之间传递信号。这种电缆可以是挠性电路电缆，其中导线常铺设在绝缘层上。这种电缆在美国专利5,435,732号，5,261,155号和5,170,931号中有所描述，它们都已转让给了国际商用机器公司(IBM公司)。这种电缆通常称为弯曲电缆(flex cables)。多芯挠性电缆也可以由分离的但靠近的分散导线组成，这种导线通常呈圆形，周围由绝缘层包裹。通常称这种电缆为扁平带状电缆。

多芯挠性电缆通常由插头和插座与电气设备连接。挠性电缆中的每一条导体(conducter)或导线都与电缆一端插头的一个针脚连接。并且将插头插入电气设备或电缆一端的插座内。例如，微电脑的各部件通常由扁平带状电缆连接，这种扁平带状电缆中的电绝缘导线侧向排列，平行贯穿整个电缆。导线的直径大小要使扁平带状电缆相对易弯，这样电缆才可以在死角或小空间内使用。这类死角或小空间常在装由微机的家庭和办公室中遇到。在典型的常规扁平带状电缆中，导线的中心距为0.1或0.05英寸。

将有源或无源电气元件直接安装在挠性电缆上有时是较为有利的。如滤波电容就是常用电气元件的一个实例。在该实例中，滤波电容与电缆中一个或多个导线连接，用以降低电缆传载信号的电噪音。另一个安装于连接电缆上的电气元件实例为终端电阻(termination resistor)。通常采用表面安装技术(SMT)将电气元件直接安装于电缆的中段，并由此将电气元件的一个引线与电缆导线之一连接，使电气元件处于电缆的顶面或底面，这种元件连接包括通常所指的挠性电路。

遗憾的是，挠性电路的电气元件在电缆铺设过程中会遭到损伤。如在连接或拆卸电气装置的过程中移动电缆会使电气元件的引线受到力矩。也就是说，当电缆沿墙角或穿过某一空间铺设时，电气元件的引线会在与电缆的连接处发生多次弯曲，因此使引线强度变弱。最后，元件的引线会断裂，导致电路故障。电气元件会从电缆上完全脱落。电气元件的结构也会在电缆铺设过程中遭到损伤。如电阻和电容会发生劈裂，从而改变其额定值，同样也会发生电路故障。

从上面的讨论可以明显地看出，需要有一种电缆装配件(assembly)，使电气元件安装在多芯挠性电路上，并且使连接处和元件遭受损伤的风险降到最低，这样才能保证挠性电路的有效使用。本发明就满足了这一要求。

根据本发明，将一个加固件(reinforcer)安装在多芯挠性电缆的前侧或后侧，从而在电缆上形成一个无应力区，并在其中安装电路的电气元件。由于元件的引线在电缆铺设时不受力矩，故引线的强度不会变弱，电气元件也不会损坏。加固件包括一个基本上扁平的肋或圈，可用多种方法将其连接在电缆上。这些方法包括粘附，焊接，或者机械固定。平肋或平圈在电缆上确定出一个局部刚性增强的区域。加固件可由任何一种能够形成较硬构件的材料组成，包括扁平或肋状塑料和金属。

从本发明的一个方面看，加固件安装在多芯挠性电缆的一侧，并围出一个电缆区域，该区域足够大，可以安装挠性电路的电气元件。加固件的形状可以是一个开启的圈，半圆或者方型，其宽度大致等同于多芯电缆的宽度，而且加固件可以粘附在或者机械固定在电缆上。加固件所围限区域内的挠性电缆保持平直，无应力，这一点即使在电缆铺设过程中也是如此。因此，安装在这一围限区域内的任何元件都不会受到来自电缆的弯矩。为了进一步保护电路，可以将元件安装在与加固件同侧而且刚度增强的区域内，然后用密封材料包裹，如用环氧树脂包裹。密封层保护了元件，使之免受磨损和环境波动的影向。

该发明也可以与电缆的其它配件合并，其中，加固件与电缆连接头(如电缆端部的多针接头)合并。按此方法，与挠性电路电气元件的电连接可以在电缆接头接在电缆端部的同时完成。还可以加上一个用于电缆定位和固定的支承钩，这样就简化了电缆的铺设过程，同时也保护了电气元件，使之不受电缆铺设过程的影响。另外还可以包括空气冷却导流板和散热器，以保护元件使之不受物理损伤，同时也促进了冷却空气向元件的传递。

下面描述的优选实施例说明了本发明的其它特征和优点，并以实例的方式对本发明的原理做了说明。

图1为一个装配件透视图，表示一个加固件，该加固件(根据本发明)安装在挠性电缆上。

图2为一个装配件透视图，表示安装在挠性电缆上与加固件相反一侧的电气元件。

图3为图1所示装配件透视图，表示加固件所包围的区域，其中充填有密封物。

图4为一个V字型加固件透视图。

图5为一个半圆型加固件透视图。

图6为一个装配件透视图，表示一个两片加固件。

图7是根据本发明构造的电连接头(接线头)透视图。

图8表示图7的电连接头(接线头)，带一个支承钩，用于连接头的机械

固定和应变释放。

图9表示具有空气导流板的装配件。空气导流板用于冷却空气的循环。

图10为图1所示装配件剖面图，表示装配件与挠性电缆的电连接。

图11是图1所示装配件剖面图，表示装配件与挠性电缆的机械连接。

图12为图6所示装配件平面图。

图13为一个装配件透视图，表示一个元件散热器。

图1表示一个电缆装配件20，它包含一个多芯挠性电缆22，该电缆有一个加固件24，按本发明构成，并安装在电缆的顶面26上。在图1的实施例中，加固件包含一个扁平环或圈，形成一个闭合结构，其中心是敞开的，有它围成一个电缆区域28。围限区域足够大，允许一个或多个电气元件30和32通过表面安装技术安装在围限区域的电缆上。该区域内无应力，意思是指，当电缆22在弯曲，铺设和在其它情况下移动时，在电气元件接头引线处不产生弯矩和其它应力，也就是说，加固件围成的区域28是一个局部刚度增强的区域。电缆上的这一封闭区即使在加固件之外的其它部分被移动时也会保持基本平直而且不变。按此方法，用加固件降低了对电气元件损伤的风险，因此也提高了挠性电路的使用效率。

电缆22的一端是一个多触头连接头34，它与另一电缆或电子设备相应的连接头36相匹配。在图1中，电缆的部分外绝缘层被剥去，用以显示包含在多芯挠性电缆22中的多条导体38。导体中包含侧向平行排列的导线，而导线又由一绝缘层覆盖。电缆的宽度取决于绝缘层。应该明白的是，每一导线均与连接头34中一个不同的触头40相连，并且电气元件30和32与一条或多条导线相连。按此方法，电气元件就能够组成一个有实用价值的有源和无源挠性电路。电气元件实例包括滤波电容和终端电阻。加固件24可由多种材料构成，包括塑料，硬质层状纸板，金属等。如果需要，还可以加上加劲壁(Stiffening Walls)。

在图1所示实施例中，挠性电路电气元件30和32安装在多芯挠性电缆上与加固件24同一侧的位置上。另外，元件也可以安装在与加固件相反的另一侧上。这种实施例示于图2中，该图表示安装在电缆22顶面50上的四个电气元件42，44，46和48，以及安装于电缆底面52上的加固件24。再强调一句，将加固件安装于电缆上，构成一个无应力而且刚性提高的电缆区域，并将电气元件安装在这一区域内。按此方法，就可以使电气元件在电缆铺设过程中免受弯矩损伤。

从图3可以看出，要增强对挠性电路元件的保护作用，可以将电气元件54安装在电缆22上与加固件24同侧的位置上，并在加固件围成的区域内基本上充满密封材料56，如可塑性环氧树脂或树脂材料。密封材料包裹电气元件，形成一个保护盖层，这有助于防止元件破裂，防止过大的温度波动和其它可能损伤挠性电路性能的有害环境因素的影响。在图3的实施例中，加固件24在电缆表面26上的高度最好选择为近似于电气元件的高度，这样就能够保证更好地保护电气元件，使之不受物理损害。

加固件的形状除图1-3所示之外，还可以有其它形状，只要它在挠性电缆上形成一个区域，并使该区域不受弯矩作用，否则弯矩将沿电缆传递到安装于其上的电气元件的引线处。例如，未必使加固件形成如图1-3所示的圈或扁平环状闭合结构。两个开启型加固件的替代实施例示于图4和图5中。

图4为安装于挠性电缆22顶面上的一个V型加固件60。在由V型加固件的两支或两段64和66确定的电缆范围内围出了一个开启的闭合区域62，图中虚线所示的想象线为加固件的两个相应的开启端70和72的连线。开启的闭合区域足够大，可以容纳一个或多个电气元件74，元件的引线即使在电缆铺设过程中也不会受到电缆22上的弯矩。也即是说，电缆22在铺设过程中形成的弯曲力矩不会沿整个电缆传播，它会绕过闭合区域62所在的位置。按此方法，加固件60在电缆上形成了一个局部刚度增大的区域，电气元件就安装在此区域内。

通常认为加固件60两个开启端之间的最大距离即是加固件的宽度。与此相似，可以认为想象线68到加固件两支肋交结点76的距离是加固件的长度。按照这样的定义，很显然，加固件60的长度小于电缆22相应的长度，加固件的宽度小于电缆的相应宽度(横跨电缆测量得出)。

图5表示安装于挠性电缆22顶面26的一个半园型加固件78。该加固件包含一个开启环或马蹄型环80，具有两个自由端82和84，并在其范围内形成了一个开启型闭合区域86，而且虚线所示的想象线88连接两个自由端82和84。闭合区域足够大，可以容纳一个或多个电气元件90，元件的引线不受弯矩作用。即是说，由于电缆22铺设时产生的弯矩不能进入闭合区域86中。正如上面描述的其它实施例，加固件78提供了一个局部刚度增大的电缆区域，电气元件就安装在里面。

如上述V字型加固件实例，如果把加固件78的开启环80沿电缆22横切方向的最大距离当成加固件的宽度，而且把开启环沿电缆长度方向的最大距离当成加固件的长度，那么，很明显，加固件的长度小于电缆的相应长度，而加固件的宽度小于电缆的相应宽度。

可采用多种连接方案将加固件安装在挠性电缆22上。例如，可以采用粘结物质，如胶，环氧树脂或接触交结剂(contact cement)将加固件连接到电缆上。本领域的技术人员会了解粘结剂的适用范围，故在此不再做进一步解释。图6表示一个替代的连接方案，按此方案，采用了一个机械紧固件(a mechanical fastener)将加固配件100安装在电缆22上。图6中的加固配件包含一个顶板102和一个底部加强板(a bottom stiffener)104，它们由4颗螺钉106固定在一起。这些螺钉围绕多芯电缆22将顶板102和底部加强板104夹住。

由于顶板102由来自底部加强板104的紧固力固定在电缆22上，故顶板在电缆22上圈出了一个区域108，该区域内无应力，而且挠性电路元件可以安装在此区域内，如上面所示。正如上面所述的实施例，加固件100降低了电气元件遭受损伤的风险，而且也提高了挠性电路的有效性。

从本发明的另一方面看，如图7所示，图中将加固件与一个电缆接头合在一起。图7表示一个多触头插座110上可以装上一个法兰112，相似于上述的顶板，法兰连接在一段通向插头针脚114的电缆22上，法兰确定了一个闭合区域116，该区域无应力作用。图7表示出了该闭合区域内安装的电气元件54。按此方法，电缆接头和挠性电路加固配件可以合并成一个单一结构，因此降低了成本，也减少了其复杂性和连接电缆的体积。

还可以提出其它的改进方案。例如，图8表示一个加固配件电缆接头120的替代实施例，其中的接头法兰122包括一个支承钩124。支承钩可用于将电缆22悬挂在一个固定点上或者把接头固定在一个所需要的位置上。接头还包含一个手持片(a handling tab)126，它提供了一个抓持面(a grippingsurface)，使电缆接头更易抓持。图8中，手持片与支承钩84一齐使用，很方便地用于电缆接头的抓持，应该明白的是，电缆接头上可以装两个手持片或两个支承钩，这样也使接头易于抓持。

图9为另一种改进实例，图中所示的加固配件130具有一个空气导流板132(an air baffle)。该空气导流板包含一个空气入口134(空气流从这里进入)和一个空气出口96(空气流从这里流出)。图9中，空气流由虚线表示。空气流可以为安装于电缆22上的电气元件提供冷却空气。这一特征对有源挠性电路元件实例尤其有利。

按照本发明构成的加固配件除了能在电缆上形成一个无应力闭合区域，以得到更有效，更可靠的挠性电路外，而且还能提高电缆的性能。图10展示了图1所示加固配件24的侧向剖面，图中可以看出，加固件包含一个扁平环(由金属制成)，该扁平环与电缆22中一条或多条导线相连接(电连接electrically connected)。特别是，顶部加固件可以与电缆中包含一个接地面(a ground-plane)的导线连接，然后，导电的加固件可以与接地面电连接，或者，电气元件可以安装在导电的加固件上。因此，加固件的表面为有源和无源电气元件提供了一个安装面。

图10表示加固件24包含一个连接叉138，用它戳穿电缆的外部绝缘层140，并且选择其大小使之与所选的电缆导线之一142接触。图10所示挠性电缆22包括一个多层扁平带状电缆，本领域的技术人员很容易了解这种电缆。本领域的技术人员将会了解到，电缆22可以是一个单层电缆，包含一层并排排列的导线；也可以包含多层电缆，每一层都包含有并排排列的导线。应该知道，连接叉138可以放在加固件上任何一个所需的点上，只要它戳穿电缆22中任何一个所需的特定导线。连接叉可以在整个深度上绝缘，只在其端部露出，这样就可以使它穿过几层导线。

也可以使连接叉与所选择的电缆导线之外的其它地方连接。例如，可以选择连接叉139的大小，使之延伸到包含一个接地面的电缆22的一个铜层上。如果加固件24直接与设备接地相连，就会有一个极好的接地面，它可以降低电缆中的信号噪声。连接叉的位置选择取决于电缆中各导线传载的已知信号以及欲求与之连接的信号(或接地面)。

在图10中，加固件24由粘结材料143(如环氧树脂)使之固定在电缆22上。用这样的接法可以不采用特殊工具就能使加固件快速固定。图11说明，可以采用机械方法将加固件24安装在电缆22上，按此方法，将一颗螺钉146拧入加固件小孔144中，将电缆与加固件夹合在一起。通常，在图11所示实施例中必须小心，不要让螺钉146戳穿电缆中用于传载信号的导线。因此，在选择螺钉的位置时应该让它经过电缆导线之间的部位。

图12为图4所示加固件100的侧面图，图中表示，可以用紧固螺钉108将加固件的顶板102和底部加强板104围绕电缆22夹紧，这样螺钉就无需戳穿电缆。也就是说，使顶板102和底部加强板104的两侧超出电缆的宽度，而紧固螺钉就在超出来的范围内穿过加固件的两个部分102和104。这样布置就保证了电缆绝缘层的完整性。如果在恶劣的环境条件下使用这种加固件，其绝缘完整性可能特别重要。

图4和图10所示加固件的两片结构有利于配件的进一步改进，如附加结构件等。图13所示加固件200具有两片结构，还有一个散热器202安装在顶板102上，该顶板与底部加强板104一道固定在挠性电缆22上。正如图6和图12所示实施例，顶板在电缆22上围出了一个无应力区，电路元件210就安装在该区域内。在图13的实施例中，所安装的电路元件包括无源元件和生热的有源元件。散热器202包含有冷却片212，这些冷却片使热量从元件210中流到顶板102中，也流到冷却片上，再从这里散发到周围的空气中。元件上沉着的热润滑脂214加强了热流，也促进了冷却。

本领域的技术人员将会注意到，加固件的顶板上还可以安装许多有用的部件。例如，为了方便，可以在加固件上安装支承手柄，电源，电路监控元件和保安设施等。这些部件可以安装在顶板上，也可以安装在底部加强板上，或者在上下均可以安装。散热器202具有小孔216，这些孔与顶板102和底部加强板104上的紧固孔218对齐，再将螺钉220(为简化起见，这里只示一颗螺钉)拧入，这样，顶板、底部加强板和散热器就很容易由螺钉紧固在一起。

上述电缆装配件提供了一个闭合区域，用于挠性电路元件的无应力安装。装配件的扁平环可以制成多种形状，结合一个或多个如附图中所描述的特点。每一个扁平环都在挠性电缆上形成一个无应力闭合区域，该区域适合安装挠性电路元件，其中所安装的元件对遭受损伤的敏感性降低。

上面对本发明的描述采用了现有的优选实施例，这样有利于表达出本发明的思路。然而，也还由许多制作挠性电路装配件的其它形式没有在这里特别描述，但它们对本发明也适用。因此，对本发明不应该认为仅限于这里描述过的特殊实施例，相反，应该理解成，本发明具有很广的关于挠性电路技术的适用性。因此，在所附权利要求范围内的所有修改，变种或者相当的布置都应看做属于本发明的范畴。

Claims (29)

1、一种装配件，它包括：

一种多芯挠性电缆，这种电缆有多条导线和一个绝缘层；和

一个安装于挠性电缆表面上的加固件，这种加固件至少在一个方向上的长度小于挠性电缆相应方向的长度，它在其范围内确定了一个闭合电缆区域，其中局部刚性被增强，该区域足够大，允许一个或多个电气元件在该闭合区域内的一个位置上与至少一条导线相连。

2、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件的高度近似等于电气元件的高度。

3、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件在靠近挠性电缆一侧的表面上有一个孔，该孔用于安装穿过挠性电缆的固定元件(amounting device)。

4、如权利要求3的装配件，其特征在于，该孔内车有螺纹，而且固定元件包括一颗螺钉。

5、如权利要求3的装配件，其特征在于，它还包括一个相对的加强件(an opposing stiffening member)，用于在与加固件相反一侧的电缆上安装电气元件。

6、如权利要求5的装配件，其特征在于，相对的加强件(opposingstiffening member)用来安装固定元件(mounting device)，并借此被固定在加固件上。

7、如权利要求6的装配件，其特征在于，固定元件包含一颗螺钉。

8、如权利要求1的装配件，其特征在于，电气元件在与安装加固件的同一侧的电缆上与导线连接。

9、如权利要求1的装配件，其特征在于，电气元件在与安装加固件相反一侧的电缆上与导线连接。

10、如权利要求1的装配件，其特征在于，挠性电缆包含一种扁平带状电缆，这种电缆具有多条绝缘导线。

11、如权利要求1的装配件，其特征在于，挠性电缆包含一种弯曲电缆(flex cable)，这种电缆具有分开的导体层和绝缘体层。

12、如权利要求11的装配件，其特征在于，弯曲电挠(flex cable)至少包含一个导电层和一个绝缘层。

13、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件包括一个散热器结构。

14、如权利要求1的装配件，其特征在于，它还包括安装于闭合区域内的有源电气元件。

15、如权利要求1的装配件，其特征在于，它还包括安装于闭合区域内的无源电气元件。

16、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件包含一个电连接头，这里是电缆的端点。

17、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件还包括一个支承钩。

18、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件还包括一个空气导流板，它用于引导空气流，使之流经电气元件。

19、如权利要求18的装配件，其特征在于，空气导流板包含一个入口(空气流从这里进入导流板)和一个出口(空气流在流过电气元件之后从这里流出空气导流板)。

20、如权利要求1的装配件，其特征在于，加固件包含一个电叉(electrical prong)，它与一个预定的导线电连接。

21、如权利要求20的装配件，其特征在于，电气元件之一包含一个终端电阻(a termination resistor)。

22、如权利要求1的装配件，其特征在于，它还包括密封材料，这种材料填充于加固件中，并围绕着电气元件。

23、一个电缆连接头，它包含：

连接头，它连接在一个具有多条导线的多芯挠性电缆上；

加固件，它沿着第一边缘连接在连接头上，并且具有基本上扁平的表面，用于在挠性电缆的一个面上进行安装，加固件至少有一个方向的长度小于挠性电缆对应方向的长度，它在其范围内围出了一个闭合区域，该区域足够大，可以容纳一个或多个电气元件在该闭合区域内的一个位置上与至少一条导线相连接。

24、如权利要求23的电缆连接头，其特征在于，加固件的高度近似等同于电气元件的高度。

25、如权利要求23的电缆连接头，其特征在于，加固件还包括一个支承钩。

26、如权利要求23的电缆连接头，其特征在于，加固件还包含一个空气导流板，它用于引导空气流，使之流过电气元件。

27、如权利要求26的电缆连接头，其特征在于，空气导流板具有一个入口(它让空气流进入导流板)和一个出口(它让空气流在流经电气元件之后流出导流板)。

28、如权利要求23的电缆连接头，其特征在于，加固件还包括一个散热结构。

29、一个装配件，它包括：

一个多芯挠性电缆，该电缆至少具有一条导线和一个绝缘层；和

一个加固件，它至少在一个方向上的长度小于挠性电缆相应的长度，而且将它固定在电缆的外表面上，使其圈出一个闭合电缆区域，其中局部刚性被增强，该区域能阻止弯矩的传入，否则弯矩将会沿整个电缆传播，而且该区域足够大，可以容纳一个或多个电气元件在闭合区域内一个位置上与至少一条导线相连接。

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