CN1262538A - 压接触接头 - Google Patents

Abstract

压接触接头用于两个相对的电路板上几组电极端子之间电连接。接头包括一对细长的三角形的横截面的橡胶支承元件,各元件的平侧面按位移配置粘接到一起并留下未粘接区以及将平行排列的金属丝列以规则的节距夹入支承元件之间粘接界面上。当接头插入电路板之间时,形成两个细长空间,各被支承元件的侧面、金属丝列和电路板限定,在压缩条件下金属丝的端点回弹与电路板上的电极端子接触。还公开了压接触接头的制备方法。

Description

压接触接头

本发明涉及一种新型压接触接头，它可用于小型电子仪表中电路板之间的电连接，典型地包括移动电话，或者特别适用于固定电路板上电极端子之间和TAB(胶带自动粘接)型的柔性电路板上电极端子之间的电连接，以及涉及接头的制备方法。

业已知道，压接触接头分为几种类型，包括橡胶接头，金属丝接头，金属丝基体接头和U形金属丝接头。这些不同类型的接头每种都需要具有对装配误差和低传导电阻补偿的适应性。上述橡胶接头具有由导电层和绝缘层交替组成的结构，绝缘层为似橡胶材料，如硅橡胶。这种橡胶接头的制备方法是在平面上按层叠方向切割具有两种类型橡胶板交替层叠结构的橡胶块以及纵切这些切片成接头条材。金属丝接头的制备方法是切割由两张绝缘橡胶板之间夹入一列以均匀节距排列的金属丝的复合体成为条材，切割方向垂直于金属丝的铺设方向。

金属丝基体接头的制备方法是切割绝缘橡胶层和金属丝列交替层叠块为切片，金属丝列在相同方向上铺设和每列夹在两个相邻的橡胶层之间，方向与橡胶板平面垂直，每个切片纵切为适当的宽度。U形金属丝接头的制备方法是在一张绝缘橡胶板表面上相互平行排列一组金属丝，并保持规则的节距以形成含有金属丝的板材，该板材放入具有U形横截面的金属模的模腔内和成型，随后用绝缘橡胶充填模腔从而使接头具有一组暴露在绝缘橡胶体外表面上的金属丝。

压接触接头已在近年使用，除了在大规模集成和印刷电路板之间的电连接或两个印刷电路板之间的电连接使用外，还可使用于以移动电话为代表的小型通讯设备的电路板之间的电连接，或者说更适合于固定电路板上一组电极端子之间和TAB(胶带自动粘接)型的柔性电路板上一组电极端子之间的电连接。对于压接触接头非常重要的是在这样的用途中通过接头在各组电极端子之间的电连接应完好无损，即使使用很小的接触压力，因为在小型通讯设备的壳体或电路板内可能出现其他缠绕或扭曲，这些设备如此紧凑和重量轻，不能承受大的接触压力。

上述类型压接触接头在使用于极小型的通讯设备的电路板之间的电连接时，每种都存在若干问题。例如橡胶接头时常遇到的麻烦是数字信号的延迟或传输损失，它是导电橡胶层电阻较大的后果，因此橡胶接头不能使用于小型通讯设备电路板之间的连接，它可能引起设备的性能受损。

每种其他类型的使用金属丝作为导体的压接触接头都不是绝对不适用于小型通讯设备的电路板之间的电连接，因为当每根金属丝处于倾斜配置或具有弯曲形状时会降低接触压力。然而，这些类型的接头最终需要的接触压力取决于作为基体材料橡胶的硬度和接头本身的尺寸，即接触面积，因此，单独上述金属丝的倾斜配置或弯曲形状常常不足以充分保证电连接的低接触压力。

为了解决上述问题，理想的方法是使用降低硬度的橡胶，减少接触面积或增加压缩量。然而，低硬度的似橡胶材料也具有其它问题，例如永久压缩变形增加和热变性率或弹性疲劳增加。压接触接头的接触面积不能降低至足够小以及使用带有极小接触面积压接触接头产生了操作适应性差的严重缺点。当压接触接头的压缩量减少时，安装误差不能再被吸收，导致通过接头的电连接损坏。

由上述考虑可得出结论，在降低接触载荷条件下实现安装误差吸收的方法仅能是使用辅助元件，例如具有开口空间的橡胶板或橡胶管以减少接触面积。伴随使用这种辅助元件产生的严重问题是连接高度需要大量增加和组成设备的元件数目需要大量增加。

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，提供一种在低的接触载荷下具有可靠性的小型通讯设备的电路板之间电连接用的新型和改进的压接触接头，它不会影响操作适应性和设备装配工作引起的安装误差的吸收能力，以及不会增加组成设备的零件数目和提供制备这种压接触接头的方法。

因此，本发明提供一种压接触接头用于两个相对的电路板上各组电极端子之间的电连接，它在接触压力下插入两个电路板之间，它呈整体的细长棒体和具有：

(a)一对第一支承元件和第二支承元件，每个元件具有大致三角形的横截面的细长棒形和由绝缘橡胶制成，以及每个元件与另一个元件以一个侧面按位移配置相互粘接，当接头插入第一和第二电路板之间时，第一支承元件与第一电路板接触，而第二支承元件与第二电路板接触，其界面相对于支承元件和电路板的接触面倾斜；以及

(b)平行排列的一组导电丝列，夹在第一和第二支承元件之间的界面之间，每根丝延伸至达到第一和第二电路板上的电极端子，铺设方法是沿支承元件的表面呈倾斜方向，而第一和第二支承元件相对于第一和第二支承元件之间界面的中心线对称设置，其第一细长空间被第一支承元件、丝列和第一电路板限定，第二细长空间被第二支承元件、丝列和第二电路板限定。

下面通过附图和实施例详细说明本发明，附图中：

图1和图2为本发明压接触接头插入两个电路板之间分别处于非压缩状态以及处于压缩状态时的横截面图。

图3和图4分别为本发明压接触接头的前视图和横截面图。

图5为制备本发明压接触接头使用的导电板材的平面视图。

图6为模压制备本发明压接触接头内第一和第二支承橡胶元件用的金属模的横截面图。

图7为本发明压接触接头制备过程中第一和第二支承元件的横截面图。

图8为本发明压接触接头制备过程中保持在夹具内的中间体图。

图9为由夹具内取出的中间体图。

图10为图9所示中间体的修边说明图。

图11为按图10修边后获得的本发明接头的横截面图。

图12和图13分别为具有新月形横截面的支承元件的本发明压接触接头的前视图和横截面图。

图14和图15分别为具有L形横截面的支承元件的本发明压接触接头的前视图和横截面图。

以下参见附图介绍本发明的一些最佳实施例，但无论如何，这些实施例不应限制本发明的范围。

本发明压接触接头的第一实施例示于图1至4，其中图1和2示出插入两个相对的电路板12、13之间的压接触接头11处于非压缩状态(图1)和压缩状态(图2)。假设电路板12为柔性电路板，而电路板13为固定电路板。

压接触接头11由一组金属丝4和一对绝缘橡胶支承元件6，7组成，每个支承元件为具有大致三角形横截面的细长棒体。支承元件6，7以其侧面6A，7A按错列或位移配置粘接到一起，并沿中线P夹入一列金属丝4，当接头被放置在电路板13上时每根金属丝相对于由上至下方向倾斜从而使接头11插入两个电路板12，13之间时其一端与第一电路板12的电极端子12A接触，而另一端与第二电路板13的电极端子13A接触。

如图1所示，支承元件6，7的粘接侧面6A，7A并不是相互完全粘接，而是相互位移使金属丝列4仅在其中部夹入支承元件6，7之间，以及金属丝4仅在侧面6A的下部与第一支承元件6粘接和仅在侧面7A的上部与第二支承元件7粘接。

当压接触接头11插入两个电路板12，13之间时每根金属丝4在其上端和下端相应与电极端子12A和13A接触，形成具有三角形横截面的第一细长空间14，它被第一电路板12、第一支承元件6和金属丝列4的上部限定，金属丝4仅在侧面7A与第二支承元件7粘接，而形成的也具有三角形横截面的第二细长空间15被第二电路板13、第二支承元件7和金属丝列4的下部限定，金属丝4仅在侧面6A与第一支承元件6粘接。

金属丝4相互并行排列，沿棒元件6或7纵向的垂直方向铺设，规划间距至少0.02mm以形成金属丝列，如上所述它夹在第一和第二支承元件6，7，的侧面6A，7A之间，其方式使金属丝4以其上端和下端与第一电路板12上的一个电极端子12A和第二电路板13上的一个电极端子13A接触，从而当接头11插入电路板12，13之间时建立起电极端子12A和13A的电连接。

当按图2箭头F，F所示对第二电路板13向下施加压力F时，每个第一和第二橡胶支承元件6，7产生这种方式的塑性变形，使电路板12，13之间的距离缩小，同时使电路板12或13和相对于电路板12，13表面倾斜铺设的金属丝4之间的夹角α减小。希望在压缩状态下夹角α为30至60°，更希望为约45°，以防止支承橡胶元件6，7扭曲以及吸收接头的横向压缩位移。当压接触接头11在压缩状态插入电路板12，13之间时，在电极端子12A，13A及金属丝4端点之间获得更高的电连接可靠性，这是由于在压缩状态下支承橡胶元件6，7的弹性回弹而引起接触压力增高。

金属丝4由耐腐蚀金属制成，如不锈钢、磷青铜、铍青铜等，最好表面镀一层耐腐蚀金属如金以进一步改善耐腐蚀性。每根金属丝的横截面尺寸为由0.01至0.5mm，最好为0.02至0.5mm。当可能具有矩形横截面的金属丝4的直径或厚度太小时，其易碎性可能降低接头11的使用寿命，而当导电金属丝4的厚度太大时，则由于丝的整体刚性不能降低压缩载荷F来建立可靠的电连接。

图3和4示出接头11的前视图和横截面图。其每个支承橡胶元件6，7是由如硅橡胶的绝缘橡胶制成的，具有优良的耐气候性、耐热性、耐化学性、耐老化性和电绝缘性，它为具有大致三角形横截面的细长棒形。形成支承元件6，7的似橡胶材料具有硬度为JIS标准由10°H至70°H，最好为由30°H至60°H。当似橡胶材料如硅橡胶的橡胶硬度太低时，甚至在完全固化后橡胶元件6，7的表面触感粘附性会在接头11的压接触和操作时引起滑动行为问题。另一方面，当似橡胶材料的硬度太高时，有可能出现缺陷，虽然可根据横截面形状在电极端子12A，13A和金属丝端点之间建立可靠的电连接，但仅能依靠不适当地增加接触压力F。

下面参见图5至9，详细介绍上述压接触接头的典型制备方法。

首先，将导电板材1用蚀刻法在矩形框区2内以规则的节距加工出一组凹槽3，从而保留未蚀刻的导电金属丝4，它们在凹槽3之间呈格形平行排列，呈规则节距的凹槽3可保持金属丝4(图5)之间的绝缘。导电板材1是由耐腐蚀金属如不锈钢制成，或者在蚀刻处理后表面上镀耐腐蚀的金。

金属模5的模腔5A(图6)用来充填固化的橡胶组分，然后将它在金属模5内在压缩条件下加热和固化为具有大致三角形横截面的固化硅橡胶棱柱形棒元件，作为图7所示第一和第二支承元件6，7。支承元件6，7的横截面可以如图13所示呈新月形或如图15所示呈L形，作为图4所示支承元件6，7的大致三角形横截面的改型。

在此之后，第一和第二支承元件6、7的平后面6A，7A涂复硅基胶粘剂，并且支承元件6，7保持在夹具9，10内，按错列或位移配置将涂胶表面6A，7A粘接到一起，并将导电丝列4以其中部夹在两者之间，使用夹具9，10(图8)使其保持对称形式以获得仍带有导电板材1(图9)的框形部分2的本发明压接触接头11的中间体8。

以下最后的步骤是按上述获得的中间体8的修边和由夹具9，10取出，取出的方式是用适当的切割机，如激光束切割机L(图10)沿支承元件6，7的周边切割金属丝4，以清除导电板材1的框边部分2来获得最终的压接触接头11(图11)。如果需要，可将这种方式获得的细长棒体形接头11进一步切割分成具有较小单位长度的一组切片，方法是沿棒元件11的纵向垂直于纵向切割。

按上述方式制备的压接触接头11可按图1和2所示方法使用，插入两块相对的电路板12，13之间，在适当的接触压力下使电极端子12A，13A与导电金属丝4的端点接触以建立相应电极端子之间的电连接。

当具有上述细长结构的压接触接头被插入图1所示第一电路板12和第二电路板13之间时，形成每个具有大致三角形横截面的空腔14，15，一个空腔被第一电路板12、第一支承元件6的侧面和导电金属丝列4所限定，而另一个空腔被第二电路板13、第二支承元件7的侧面和导电金属丝列4所限定。

如图2所示施加力F对着第二电路板13压下第一电路板12时，每个支承元件6，7产生塑性变形和具有大致三角形横截面的空腔14，15也被压扁，使导电金属丝4的端点沿电极端子12A，13A表面滑动，保持与相应电路板12，13的电极端子12A，13A的接触，从而提高了弹性变形引起支承元件6，7弹性回弹条件下电连接的可靠性。利用本发明压接触接头11独特的结构，支承元件6，7的橡胶硬度不需要如使用橡胶制件弹性回弹的普通压接触接头那样特别低，从而使制造支承元件6，7的橡胶材料具有优良的低永久压缩变形和高温下似橡胶弹性损失较低的敏感性和易于操作。

此外，本发明压接触接头11获得的电连接的可靠性不受对着第二电路板压下第一电路板压下量的影响，其优点是接头11的任何安装误差易于被吸收，从而减少了电连接故障引起的麻烦。加以不需要辅助零件来安装本发明压接触接头，因而降低了连接高度。每根导电金属丝4沿全长被支承元件6，7支承，使其避免了任何的收缩变形，从而消除了碎裂的麻烦以及甚至在重复压缩力F作用下改进了电连接的可靠性。

制造支承元件6，7的似橡胶材料希望为具有橡胶硬度按JIS标准为10°H至70°H的硅橡胶。与普通有机橡胶比较，硅橡胶的优点是由于在分子结构中没有任何非饱和链而具有高的化学稳定性，力学性能对温度的低依赖性，低的永久压缩变形，高的耐热性和良好的电绝缘性。

虽然本发明压接触接头的上述说明仅涉及具有大致三角形横截面的细长棒体形的支承元件6，7，但支承元件6，7的横截面可以有各种改型，例如，如图12和13所示，每个绝缘橡胶支承元件6，7可以具有新月形横截面和导电金属丝4可以具有弯曲的S形(图13)。图14和图15示出另一种支承元件6，7的横截面改型，每种具有L形横截面，当它们粘接到一起时(图15)合成显示支承元件6，7的X形横截面。

在每种改型方案中希望导电金属丝的铺设方向与电路板12，13表面形成由30°至60°夹角，在图所示压下条件下更希望为约45°。导电丝4的角度限制也适用于图13所示改型，其导电丝4为S形，以导电丝本身的方向表示导电丝4上端点和下端点连接线的方向。

以下用实例较详细地介绍本发明压接触接头。

实例1

参见图5至11介绍压接触接头的制备程序。首先，将厚度20μm和宽度30mm×100mm的不锈钢板材进行蚀刻处理以形成一组凹槽3，这些凹槽的节距为0.07mm，处于被宽度10mm框围绕的宽度10mm×80mm面积内，这样就保留一组每根长度10mm的导电金属丝列4，它们平行排列在凹槽3之间形成格形的金属丝列。金属模5的模腔5A单独用加有固化剂的硅橡胶组分KE 151U(Shin-Etsu Chemical Co.公司的产品)充填。合上金属模5以便在压缩条件下在120℃固化硅橡胶5min使固化的硅橡胶第一和第二支承元件6，7具有橡胶硬度50°H，这些支承元件为带有平面6A，7A(图7)的大致三角形横截面的细长棒形体。

其次，将上述每个具有大致三角形横截面的所获支承元件6，7的相应平面6A，7A涂覆硅基胶粘剂KE 1800 TA/TB(Shin Etsu ChmicalCo.公司产品)厚度为20μm，以及将它们按位移配置粘接到一起，并使用粘接夹具9，10(图8)插入导电丝列4以获得本发明压接触接头的中间体8(图8和9)。

由粘接夹具9，10取出的中间体8进行修边以清除突出于支承元件6，7周边的导电金属丝部分和导电金属板1的框部2，方法是使用激光切割机L(图10)切割以获得图3和4所示细长棒形的压接触接头11，然后将它分割成单位长度的接头。

实例2

每个支承元件6，7具有图12和13所示新月形横截面的本发明压接触接头的制备方法实质上与实例1相同，其不同之处是用厚度50μm的磷青铜板材代替不锈钢板材制造导电板材1。凹槽3的成形节距为1.0mm，以及支承元件6，7具有新月形横截面和由硅橡胶组分KE 151 U(Shin Etsu Chemical Co.公司的产品)制成，以获得按JIS标准橡胶硬度50°H的固化的硅橡胶。

实例3

每个支承元件6，7具有图14和15所示L形横截面的压接触接头的制备方法实质上与实例2相同，其不同之处是使用硅橡胶组分KE 961U(Shin Etsu Chemical Co.公司的产品)代替KE 151 U以获得具有橡胶硬度60°H的固化的硅橡胶支承元件6，7，以及使用铍青铜代替磷青铜制造导电板材1。

Claims (8)

1.一种压接触接头，用于相对的第一和第二电路板的电极端子之间电连接，它在施加的接触压力下插入两个电极板之间，它呈细长的整体棒形和具有：

(a)一对第一支承元件和第二支承元件，每个元件由绝缘橡胶制成和呈具有大致三角形横截面的细长棒体形和以每个第一和第二支承元件的一个侧面按位移配置粘接到一起，当接头插入第一和第二电路板之间时，第一支承元件与第一电路板接触以及第二支承元件与第二电路板接触，而其界面相对于支承元件与电路板的接触面倾斜；以及

(b)平行排列的一组导电丝列，夹在第一和第二支承元件之间的粘接界面处，每根丝延伸至达到第一和第二电路板上的电极端子，铺设方法是沿垂直于第一和第二支承元件纵向呈倾斜方向，而第一和第二支承元件相对于第一和第二支承元件之间界面的中心线对称设置，而第一细长空间被第一支承元件、丝列和第一电路板限定，第二细长空间被第二支承元件、丝列和第二电路板限定。

2.按照权利要求1所述的压接触接头，其特征在于每根导电丝在垂直于丝列平面方向上的直径或厚度在0.01至0.5mm范围内。

3.按照权利要求1所述的压接触接头，其特征在于导电丝是由金属或合金制成的。

4.按照权利要求3所述的压接触接头，其特征在于导电丝是由具有耐腐蚀电镀层的金属或合金制成的。

5.按照权利要求1所述的压接触接头，其特征在于制造第一和第二支承元件的橡胶具有按JIS标准30°H至60°H的橡胶硬度。

6.按照权利要求1所述的压接触接头，其特征在于制造第一和第二支承元件的橡胶为硅橡胶。

7.按照权利要求1限定的两个电路板之间电连接用压接触接头的制备方法，它包括下列步骤：

(A)压缩成型一个橡胶混合物以获得具有大致三角形横截面的细长棒作为第一和第二支承元件；

(B)用蚀刻处理金属板的方法在板的框形边区围绕的矩形区内以规则的节距成形平行排列的一组金属丝列；

(C)在按步骤(A)制备的每个支承元件的一个侧面涂覆胶粘剂；

(D)将支承元件的涂胶面按位移配置粘接，并在支承元件之间粘接界面上夹入按步骤(B)制备的一组金属丝列，金属丝仍被金属板材的框形边区围绕；以及

(E)沿支承元件的周边切割金属丝以清除框形金属板材。

8.使用权利要求1限定的压接触接头的相对的第一和第二电路板的几组电极端子的电连接方法，它包括下列步骤：

(1)将压接触接头插入电路板之间，使导电丝的端点与第一和第二电路板的电极端子接触；以及

(2)在第一和第二电路板之间施加压缩力，其压缩量使导电丝列与电路板表面形成的夹角为30°至60°。

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