CN1178401A - 用于小型化、高密度、高引针数用途的电接插件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明所揭示的是一种电接插件,该接插件包含有一个插头,该插头由至少一个绝缘侧支承、一个绝缘中央侧支承以及导线组成,该导线具有:第一长度段,该段固定在绝缘侧支承上;第二长度段,该段固定在绝缘中央支承上;外露的第三长度段,置于上述第一长度段与上述第二长度段之间。该接插件还包含一个插座,该插座由至少一个绝缘支承和导线组成,该导线具有固定在绝缘支承上的第一长度段和外露的第二长度段。本发明还揭示了这种接插件的制造方法及所用塑模。

Description

用于小型化、高密度、高引针数用途的 电接插件及其制造方法

本发明涉及电接插件，具体涉及用于小型化、高密度、高引针数用途的电接插件。

在便携式或移动式电子设备设计方面的最新进展要求接插件技术要跟上小型化和功能复杂化的趋势。用于这些用途的接插件比以往通常所要求的要更密集地封装。这种板对板式的接插件通常用于以“夹层”式结构连接两块印刷电路板。这种用途要求接插件不仅具有更小的触头间距，而且在一些情况下，还要具有更低的配合高度。由于这类接插件在应用中的性质可能使之承受非常高的应力，因此必须正常地提高封装密度，而不能显著地牺牲其机械坚固性。例如，小型化或移动式产品倘若坠落或遇其它滥用的情况就会承受高应力，这种高应力可能会破坏接插件的壳体、触头和焊点。而且，若没有足够的固位力，接插件本身可能会分开。

刀口—梁组合式(blade-on-beam)接插件结构通常用于0.8毫米及更小的小型化结构中。这种结构通常将单悬臂梁式触头用作弹簧触头，与相应的刀口式触头配合，该刀口式触头并不具备弹簧的特性。触头梁通常可有两种构造。

一种构造是边缘冲压式即“音叉”式构造，其触头由扁平材料冲切而成，并在插入壳体时转90度角，从而使梁的冲切边缘与刀口式触头相接触。这种设计的优点是具有高柔度的复杂结构能被容易地冲压成形。通过将梁的截面冲压成理想的形状还可优化悬臂梁的几何形状。例如，具有抛物线形厚截面的常应力梁能被容易地冲压成形。这种方法能使触头有更低的接触高度和更紧密的触头间距。一般通过将各触头单独压入到壳体中来实现触头在壳体中的安装。

另一种结构采用更常规的方式，梁由冲压成形使得材料的卷边与刀口式触头接触。在此情况下，触头通常以与最终结构相同的间距来冲压，而触头的形状则通过在模压操作过程中将材料弯折来形成。尽管这些梁通常不象在边缘冲压结构中机械效能那样高，但它们的成本效益常常更高，这是由于可大量插入或插入式模塑在壳体中，这样无论从产品或加工的观点来看，都使得装配或更加容易或成本更低。这种类型的产品也更易于电镀，因而触头表面通常优于边缘冲压型的触头。

触头间距小于1毫米且配合高度小于5毫米的接插件的设计常常提出一些特别困难的设计难题。触头间的小间距要求严格控制间距公差以防止短路。这种对精密度与准确度的要求一直扩大到触头形状及壳体几何形状。由触头梁本身所产生的高内应力使这一设计过程更加复杂，该应力会使壳体产生变形，在一段时间后尤其是在高温下，导致接触力降低。若要将这些接插件制造得很牢固，则需要有独特的制造方法，该方法可保证产品的物理强度与尺寸精度都处于产品所要求的约束范围之内。

因此，对于电接插件的要求不仅是更密集、更小，而且要机械上坚固牢靠。实现这些要求的同时还要达到低的制造成本。这类接插件的一些特定要求是：触头间距范围为0.8-0.5毫米，配合高度范围为8毫米-3毫米，接插件宽度为6-7毫米，针数范围为10pos-200pos。

本发明的电接插件满足上述要求并包含有第一元件，该第一元件包含：(i)至少一个绝缘侧支承装置；(ii)一个绝缘中央侧支承装置；(iii)导电装置，其第一长度段固定在绝缘侧支承装置上，其第二长度段固定在绝缘中央支承装置上，其外露的第三长度段置于上述第一长度段与上述第二长度段之间。该接插件还包含第二元件，它包含：(i)至少一个绝缘支承装置；(ii)导电装置，其第一长度段固定在绝缘支承装置上，其外露的第二长度段与第一元件中外露的第三长度段相接触。

本发明还包括制造上述接插件的方法。首先制造塑模，该塑模包含具有平面部分和中央突起的第一模构件，该中央突起具有中央表面和对置的侧表面。

塑模还包含第二模构件，该构件具有中央部分、一对儿对置的内部侧突起、以及一对儿对置的外部侧突起，第二构件能够重叠在上述第一构件之上，使得上述每个对置的内部侧突起位于第一构件中央突起的对置侧表面的近旁，并且上述每个对置的外部侧突起靠近第一构件的平面部分，从而在上述第一和第二构件之间形成中央空腔和对置的侧空腔。

一对儿对置的具有内、外接线端子的导电构件，置于上述第一和第二模构件之间，使得内接线端子在中央空腔中相互隔开。每个导电构件置于第一构件中央突起的对置侧表面之一与第一构件的内部侧突起之一之间并与它们相接触。导电构件穿过侧空腔之一，然后置于第一构件的平面部分和外部侧突起之一之间并与它们相接触。在制造插座件时，塑模的侧空腔中至少部分地充注液体聚合模塑料，并使上述模塑料固化，从而形成对置的固体绝缘侧支承结构，每个该结构中都埋有上述导电构件之一。在制造插头件时，侧空腔和中央空腔中均充注液体聚合模塑料。

参照附图对本发明做进一步说明，附图中：

图1是本发明接插件的优选实施例的侧视图；

图2是图1所示接插件的顶视平面图；

图3是图2中III-III平面的断面图；

图4是图1-3所示的插座件的侧视图；

图5是图4所示插座件的顶视平面图；

图6是图5中IV-IV平面的断面图，以及

图7是用于制造图1-3所示接插件的一个塑模之横断面视图，以及

图8是用于制造图1-3所示接插件的另一个塑模之横断面视图。

参照图1-3，接插件包括以附图标记10总体表示的插头，它由两个细长部分12和14组成。然而应当理解：这两个细长部分可连接形成单一细长部分。插头两端具有导向装置15。从图3中将详细看到，插头包含细长的侧支承16与18和一个平行的中央支承20。插头中在侧支承之间和中央支承之上有空间隙21。插头还包含由附图标记22和24总体表示的多个对置的刀口元件。这些刀口元件中的每一个包含：第一段26，该段有部分埋在中央支承中；第二段28，该段埋在侧向支承之一中；外露的第三段30，位于第一段和第二段之间；外露的焊料末端32，也从第二段向外伸出。

参照图1-6，特别是图3-6，接插件还包含以附图标记34总体表示的插座。该插座包括细长的开口36和38，它们分别容纳插头的细长部分12和14。插座的两端有如39所示的导销，它与插头上的导向装置相嵌合。特别参照图3-6，将会看到该插座包含对置的且相互平行的细长绝缘侧支承40和42。在这些侧支承之间有空间隙43。从每个这些侧支承中对置地伸出多个平行的导电梁44和46，这些梁中的每一个具有：第一段48，该段埋在侧支承之一中；第二外露段50，该段向上向内伸出并与插头上的刀口元件之一相接触。第二外露段的挠曲位置如50’所示。第一段48上还伸出焊料末端51。

图7显示了用于制造接插件的插座件的一个塑模。该塑模包含有第一模构件52，该构件由具有中央突起56的平面部分54构成，该中央突起具有平的中央表面58和倾斜的侧表面60与62。该塑模还具有第二模构件64，该构件具有平面部分66，并在其上垂挂有对置的内部侧突起68和70，与这些对置的内部侧突起外侧间隔开的是对置的外部侧突起72和74。第二模构件可重叠在第一模构件之上，从而在中央突起56上方形成中央空腔76。在第二模构件的内部突起与外部突起以及第一模构件的平面部分之间还形成侧空腔78和80。按照常规，塑模具有流道(未示出)，用于将液体模塑料导入中央空腔与侧空腔中。一条窄的横向连通通道82用来连通两个侧空腔78和80。在使用该塑模制造接插件时，导电构件84和86置于两个模构件之间。每个这些导电构件具有第一内接线端88，该端位于中央空腔76中。导电构件还具有第二段90，该段置于第二模构件的内部突起与第一模构件中央突起的侧表面之间。导电构件第二段的外侧是第三段92，该段位于侧空腔78或80之一中。导电构件的第四段90置于第二模构件的外部突起与第一模构件的平面部分之间。导电构件还有外露的一段96，该段具有条片外接线端98。第一模构件的平面部分具有外部对置的孔100和102，用于容纳定位销104和106。这些定位销在靠近外接线端处与导电构件相接合。

使用上述塑模制造插座时，侧空腔中至少部分地充注有合适的聚合模塑料，优选的是液晶聚合物。中央空腔中不充注模塑料。一种适当的模塑料是可由美国石油公司(Amoco)得到的聚乙烯纤维(VECTRA)，模塑料固化形成固体侧支承，导电构件如上所述地埋在侧支承中。当发生固化以后，将以常规的方式除去塑模构件。

当使用上述塑模制造插头时，至少部分侧空腔以及中央空腔中充注有适当的聚合模塑料，优选为液晶聚合物。一种适当的模塑料是可由美国石油公司(Amoco)得到的聚乙烯纤维。然后以常规的方式使模塑料凝固以形成侧支承和中央支承，如上所述的刀口式导电构件至少有部分被埋在其中。

参照图8，一种专门适用于制造上述插头件的塑模描述如下：

该塑模包含第一模构件152，该构件由具有中央突起156的平面部分154构成，该中央突起具有平的中央表面158和倾斜的侧表面160与162。该塑模还具有第二模构件164，该构件具有平面部分166，并在其上垂挂有对置的内部侧突起168和170，与这些对置的内部侧突起外侧间隔开的是对置的外部侧突起172和174。第二模构件可重叠在第一模构件之上，从而在中央突起156上方形成中央空腔176。在第二模构件的内部突起与外部突起以及第一模构件的平面部分之间还形成侧空腔178和180。按照常规，塑模具有流道(未示出)，用于将液体模塑料导入中央空腔与侧空腔中。一条窄的横向连通通道182用来连通两个侧空腔178和180。在使用该塑模制造接插件时，导电构件184和186置于两个模构件之间。每个这些导电构件具有第一内接线端188，该端位于中央空腔176中。导电构件还具有第二段190，该段置于第二模构件的内部突起与第一模构件中央突起的侧表面之间。导电构件第二段的外侧是第三段192，该段位于侧空腔178或180之一中。导电构件的第四段190置于第二模构件的外部突起与第一模构件的平面部分之间。导电构件还有外露的一段196，该段具有条片外接线端198。第一模构件的平面部分具有外部对置的孔200和202，用于容纳定位销204和206。这些定位销在靠近外接线端处与导电构件相接合。该塑模用于以如上所述的相同方式与图7所示的塑模共同制造图3所示的特殊插头。

作为制造这类产品的一种途径，本发明的方法是在触头周围模塑出壳体，而不是模塑出热塑料壳体后再将触头插入或压入壳体中。在这种工艺中，将触头以最终用途的间距冲压在连续的长条上。例如，用于0.5毫米间距的接插件的触头将冲压成0.5毫米。由于冲压的间距可控制在千分之几十英寸之内，冲压操作的性质使该工艺能够有非常严格的公差控制。第二步冲压操作可用于使冲压的长条弯折，但无论如何，触头长条随后被置于塑模中，塑料材料被模塑在触头周围，以维持它们相互之间的空间关系。然后可除去触头支承长条，由壳体来维持触头间距。该工艺方法是对将触头压合到壳体中的改进，在压合工艺中，触头相互间的关系完全由预先模塑的壳体所确定。由于触头完全被埋在热塑性材料中，悬臂梁的根基均匀且牢固地固定在塑料基体中。当触头梁在使用中偏斜时，这种工艺方法与压合式或大量插入式部件相比，能提供更大的壁厚和更均匀的应力分布。与其它制造方法相比，这种可靠的触头将减少由塑料材料的永久变形所引起的触头应力松驰的潜在可能，并导致在产品寿命期内有高的接触力。

优选的是，接插件的两部分触头，尤其是悬臂梁触头半边(插座)，出于一些原因应被同时模塑而成。多件结构比单件结构的成本更高。单件设计与多件设计相比，其结构整体性要好，并且公差或易变性要小。然而，在该结构中模塑两列触头不是件简单的事情。很难设计用于将塑料密封在触头周围区域的模塑机具(密封机具)，而不使用复杂的凸轮控制该塑模，或易于损坏该机具。必须在不损害零件结构整体性的同时做到这一点。有几种方法可以做到这一点。优选的是塑模应是直接起模式塑模，在模塑过程中没有或只有有限的凸轮控制动作。塑料壳体与触头之间界面处的密封区域应是平的区域，优选的是，具有小于45度的界面角。在上述情况下，触头梁以小于45度角模塑而成，然后借助能够通过接插件底部小孔插入的引针或刀口件将触头梁弯曲就位。第二种也可能是最优选的情况为：将壳体设计成可将工具从接插件的底部和顶部置于接插件触头的外侧。该工艺方法使接插件结构具有敞开的底部。与大多数护罩在插座壳体之外的结构相比，接插件的两半被设计成使保护插头触头的护罩与插座内部配合。这样防止接插件过宽，并且使插座的底座上能够模塑出相对较厚的壁。

接插件的插头部分作为单件单元被同样地模塑而成。在此情况下又是将两个触头长条置于塑模中，通过装恰当的芯子，将触头固定在塑料基体中。在这种情况下，触头部分以稍呈锥体模塑成形，从而可实现适当的密封。在这种特殊结构中，芯子在插头的触头区域下面形成一个没有塑料材料的区域，触头梁由一条塑料材料支承，触头的底端埋在该条塑料材料中。这条材料间断相连，两端与插头底座相连。这种方法的一个优点是：减小了塑料材料在流入触头区域时溢料的可能性。它还省略了触头之间的塑料材料，其结果可提高触头之间以及各列触头之间的电子交扰性能。

在低配合高度接插件中，由于可用较少的塑料材料来固定触头，因而触头插入式模塑在壳体中能提供较短的触头梁。因为可将公差控制得更严，故可使用更短的触头梁，适应配合所需的柔度更小。使用所示敞开底部的特殊插座构造可有其它优点，由于插头的前端几乎可伸到印刷线路板的表面，因此提高了接插件触头的“接触”特性。

该接插件结构的另一个优点是：焊料末端是插入式模塑就位的，即：它们成形于模塑之前而不是之后。在此情况下，是通过模塑机具的精确性来帮助确定触头的共面性，而不是在塑料材料上弯折，这种弯折可能是产生相当大变异的根源。与常规设计相比，接插件的平底面为触头区域提供了对焊剂及其它沾染物的阻挡屏障，而在常规设计中，接插件下面是空的，用以容纳引针厚度和弯曲半径。

对于板对板、夹层式接插件系统的用途来讲，要求接插件是级联的。这可能是由于需要容纳的引针数超出单独接插件或工艺的设计能力，或者是为给其它非稳定的板对板式结构提供稳定性。在任何一种情况下，做到这一点的最大困难在于：如何容易地确保两个接插件之间的尺寸偏差不超过它们之间允许的配合公差。一种显而易见的方法是通过外部工具仔细地紧固两个接插件，以保证两个接插件之间的正确相互关系。这在成本不是主要问题的小批量生产情况下可容易地实现，但在必须建立并维持多个紧固夹具的大批量用途中，可以证明很难做到或较昂贵。另一种方法是通过一个或多个连接杆将两个接插件模塑在一起，这适用于很大批量的用途中，可以证实这种加工方法用于这种用途是正确的，但是在相对小批量的用途或在接插件之间间隔能变的情况下，这种方法只具有有限的用途。当它们插到一起时，固定不变的杆件还会干扰线路板组件任一侧的其它装置。

解决这个问题的另一种方法将是用一个外部模塑的互连杆，该杆可用做一次性使用的紧固夹具。借助锁住装置或通过与接插件触头的简单摩擦配合，可将该杆优选地装在接插件壳体的顶部。在接插件触头上方由此所形成的顶盖可被用做为机械手自动安装时的抓取顶盖，并作为防止触头污染的保护装置。该顶盖/紧固夹具在焊接之后可被除去并回收利用。这些紧固夹具可以相对便宜地被模塑成多种不同的长度和间隔，并且可在各种常规构造中制造出来。

已被描述的电接插件是致密、小型及机械上坚固的，并且能够被高效且经济地加以制造，它将得到人们的赏识。

尽管对本发明连同不同附图的优选实施例已经进行了描述，但应当理解，只要不背离本发明，可使用其它类似的实施例或对所描述的实施例进行更改与增加，来实现与本发明相同的功能。因此，本发明并不局限于任何单独的实施例，而是按照所附权利要求的陈述，对本发明的广度与范围加以解释。

Claims (32)

1.一种电接插件，它包含：

(a)第一元件，其包括：(i)至少一个绝缘侧支承装置；(ii)一个绝缘中央侧支承装置；(iii)导电装置，该装置具有：第一长度段，固定在绝缘侧支承装置上；第二长度段，固定在绝缘中央支承装置上；外露的第三长度段，置于上述第一长度段和上述第二长度段之间；以及

(b)第二元件，其包括：(i)至少一个绝缘支承装置；(ii)导电装置，该装置具有：第一长度段，固定在绝缘支承装置上；外露的第二长度段，该段与第一元件中外露的第三长度段相接触。

2.如权利要求1所述的电接插件，其特征在于：第一元件的导电装置为刀口式构件。

3.如权利要求2所述的电接插件，其特征在于：第二元件中导电装置为悬臂梁构件。

4.如权利要求3所述的电接插件，其特征在于：第一长度段至少部分埋于绝缘侧支承装置中，并且第三长度段至少部分埋于绝缘中央支承装置中。

5.如权利要求4所述的电接插件，其特征在于：第二元件的第一长度段至少部分埋于绝缘支承装置中。

6.如权利要求1所述的电接插件，其特征在于：第一元件之导电装置的第一段具有从其绝缘侧支承装置中伸出的接线焊料末端。

7.如权利要求6所述的电接插件，其特征在于：第二元件之导电装置具有从其绝缘支承装置中伸出的接线焊料末端。

8.如权利要求5所述的电接插件，其特征在于：第一元件是插头。

9.如权利要求8所述的电接插件，其特征在于：第二元件是插座。

10.如权利要求9所述的电接插件，其特征在于插头还包含：(iv)第二绝缘侧支承装置，位于与上述第一绝缘侧支承装置对置处；(v)导电装置，该装置具有：至少部分埋于上述第二绝缘侧支承装置中的第一长度段、至少部分埋于上述中央绝缘支承装置中的第二长度段和置于上述第一长度段和上述第二长度段之间的外露的第三长度段。

11.如权利要求1所述的电接插件，其特征在于插座还包含：(iii)第二绝缘侧支承装置，位于与第一绝缘支承装置对置处；(iv)第二导电装置，该装置具有：第一长度段，至少部分埋于第二绝缘支承装置中；外露的第二长度段，与第二侧向段导电装置之外露的第三长度段相接触。

12.如权利要求11所述的电接插件，其特征在于：第一元件的导电装置之第一段具有从其绝缘侧支承装置中伸出的接线焊料末端。

13.如权利要求12所述的电接插件，其特征在于：第二元件的导电装置具有从其绝缘支承中伸出的接线焊料末端。

14.如权利要求11所述的电接插件，其特征在于：插头的第一和第二绝缘侧支承装置是细长的且处于相互平行位置。

15.如权利要求14所述的电接插件，其特征在于：插头的绝缘中央支承装置是细长的，置于上述第一和第二绝缘侧支承装置之间并与它们平行。

16.如权利要求13所述的电接插件，其特征在于：从绝缘中央支承装置向上向外伸出的对置的导电装置被埋在对置的侧支承装置中。

17.如权利要求14所述的电接插件，其特征在于：多个大体平行的导电装置从绝缘中央支承装置伸出到第一绝缘侧支承装置，多个大体平行的导电装置从绝缘中央支承装置伸出到第二绝缘侧支承装置。

18.如权利要求15所述的电接插件，其特征在于：插座的绝缘支承装置是细长的，并且处于相互平行的位置。

19.如权利要求16所述的电接插件，其特征在于：插头的第一和第二绝缘侧支承装置分别重叠在插座的第一与第二绝缘支承装置之上，插头的绝缘中央支承置于插座的第一与第二绝缘支承装置之间。

20.如权利要求17所述的电接插件，其特征在于：插座的第一与第二导电装置分别从其第一与第二绝缘支承装置向上向内伸出，分别与插头的第一与第二导电装置相接触。

21.如权利要求18所述的电接插件，其特征在于：从插座的第一绝缘支承向上向内伸出的多个导电装置与上述第一导电装置相互平行，从插座的第二绝缘支承向上向内伸出的多个导电装置与上述第二导电装置相互平行。

22.用于制造电接插件用插座的塑模，它包含：

(a)第一构件，具有平面部分和中央突起，该中央突起具有中央表面和对置的侧表面；以及

(b)第二构件，具有平面部分和一对儿对置的内部侧突起，以及一对儿对置的外部侧突起，所述第二构件能够重叠在所述第一构件之上，使得所述每个对置的内部侧突起位于第一构件中央突起的对置侧表面附近，所述每个对置的外部侧突起靠近第一构件的平面部分，从而在上述第一与第二构件之间形成中央空腔和对置的侧空腔。

23.如权利要求20所述的塑模，其特征在于：一对儿导电构件中的每一个具有内、外接线端，并置于第一与第二模构件之间，从而使内接线端位于中央空腔中；上述每个导电构件置于第一模构件中央突起之对置侧表面之一与第一构件的内部侧突起之一之间并与它们相接触，然后穿过侧空腔之一，置于第一模构件的平面部分和外部侧突起之一之间并与它们相接触。

24.如权利要求21所述的塑模，其特征在于：第一模构件中有一对儿对置的引针夹持孔，它们位于第二模构件之外部突起的外侧。

25.如权利要求22所述的塑模，其特征在于：导电构件向外伸出，使得外接线端位于所述引针夹持孔的外侧。

26.如权利要求23所述的塑模，其特征在于：导电构件固定在第一模构件装置的引针夹持孔内。

27.如权利要求20所述的塑模，其特征在于：第一模构件中央突起的中央表面是平的，而上述突起的侧表面是倾斜的。

28.用于制造电接插件之插座的方法，包含以下步骤：

(a)制造塑模，该塑模包括：

(i)第一模构件，具有平面部分和中央突起，该中央突起具有中央表面和对置的侧表面，以及

(ii)第二模构件，具有中央部分、一对儿对置的内部侧突起、一对儿对置的外部侧突起，所述第二模构件能够重叠在所述第一模构件之上，使得所述每个对置的内部侧突起位于第一模构件中央突起之对置侧表面附近，所述每个对置的外部侧突起靠近第一模构件的平面部分，从而在上述第一与第二模构件之间形成中央空腔和对置的侧空腔；

(b)然后，将一对儿对置的具有内、外接线端的导电构件置于所述第一与第二模构件之间，从而各内接线端在中央空腔中相互间隔开，所述每个导电构件置于第一模构件中央突起的对置侧表面之一与第一模构件的内部侧突起之一之间，并与它们相接触，然后穿过侧空腔之一，再插入第一模构件的平面部分与外部侧突起之一之间，并与它们相接触；以及

(c)然后，所述侧空腔至少部分地充注液体聚合模塑料，让所述模塑料固化，从而形成对置的固体绝缘侧支承结构，每个该结构中埋有上述导电构件之一。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于：在步骤(c)中，中央空腔亦至少部分地充注聚合模塑料。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于：聚合模塑料为液晶聚合物。

31.一种用于电接插件中的插头，该插头包括：(i)至少一个绝缘侧支承装置；(ii)一个绝缘中央支承装置；(iii)导电装置，该装置具有：第一长度段，固定在绝缘侧支承装置上；第二长度段，固定在绝缘中央支承装置上；外露的第三长度段，置于上述第一长度段与上述第二长度段之间；以及

32.一种用于电接插件中的插座，该插座包括：(i)至少一个绝缘支承装置；(ii)导电装置，该装置具有固定在绝缘支承装置上的第一长度段和外露的第二长度段。

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