CN1387284A - 电气接触器和使用电气接触器的电气连接装置 - Google Patents

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Abstract

使用细小的金属颗粒粉末作为材料并且通过金属注射成型方法来制成的接触器。该接触器具有基本上为长方形的基座部分,以及从基座部分上表面的一端向上倾斜延伸的弹性臂,该弹性臂以悬臂梁的形式支撑。弹性臂连接到基座上的部分,即固定端部分,具有相对较大的长方形横截面。横截面的垂直和水平尺寸向着弹性臂的末端部分逐渐减小。电气触点部分形成在该臂的末端处。

Description

电气接触器和使用电气接触器的电气连接装置
技术领域
本发明涉及一种电气接触器和使用该接触器的电气连接装置，尤其是涉及一种用于和线路板电连接的、通过金属注射成型(金属粉末注射成型)方法形成的电气接触器，以及使用该接触器的电气连接装置。
背景技术
一般情况下，通过对一金属板进行冲压，然后形成冲压件，来制造电气接触器。然而，使用这种方法形成具有所需要的横截面的电气接触器是困难的，例如，在垂直和水平方向上逐渐变化的横截面。在使用模铸方法的情况下，使模铸的接触器具有需要的横截面形状变得相对容易一些。然而，采用模铸方法，制造小的接触器是困难的，并且还存在尺寸精度下降的问题。
作为解决这些问题的一种制造方法，可以使用金属注射成型(MIM)法。金属注射成型法(以下称作MIM法)是这样一种方法：使金属的细小颗粒粉末和热塑性粘结剂形成可塑体，然后射入注射成型机的金属模具内，形成具有所需形状的产品。该方法被公知地用作成批生产具有相对复杂的三维形状的金属产品。作为该MIM方法的一个例子，已知在公开号为JP5-(1993)-198225的日本未审专利中公开了一种线路布线件。
该线路布线件包括：形成为板状骨架的导电线路；多个长方形的板状焊片引出线，在导电线路的两面上垂直地凸出设置。
上述的线路布线件的焊片引出线相对于导电线路垂直地形成，当与一个连接件连接时，其结构不能利用焊片引出线的弹性。因此，通过弹性接触而将该线路布线件连接到线路板上或者将该线路布线件放置在两线路板之间，然后将压力施加到与线路板相关的焊片引出线上，从而形成电气连接是不可能的。另外，在焊片引出线之间的设定间隔(间距)较大，焊片引出线不能形成具有很高密度的结构。
发明内容
本发明已经基于上述各方面的考虑而进行设计，本发明的一个目的是提供一种具有较窄间距的电气接触器，它能够以最短的电距离(electrical distance)连接各个元件，不仅非常结实，而且具有弹性；以及还要提供一种使用该接触器的电气连接装置。
本发明的另一个目的是提供一种电气接触器，它在形状设计方面具有较高的自由度，还提供使用该接触器的电气连接装置。
本发明的第一种电气接触器是使用金属注射成型法模制导电性金属粉末而制得的电气接触器，其包括：基座部分；支撑部分；从所述的基座部分经过支撑部分倾斜地延伸的弹性臂，弹性臂具有形成在其一部分上的电气触点部分。
该臂的截面在靠近基座的部分制造的较大，在其末端制造的较小。
本发明的第二种电气接触器用和第一种一样的方法制得。在第二种电气接触器中，电气接触器材料的杨氏模量最好在10.8×104～20.6×104N/mm2(11000～21000kg/mm2)范围内。应注意：这里的杨氏模量是指金属材料的垂直弹性系数。
本发明的第三种电气接触器用和第一种一样的方法制得。在本发明的第三种电气接触器中，用来构成该电气接触器的粉末最好是含铁金属的金属粉末。优选科瓦铁镍合金(KovarTM)和不锈钢。这些含铁的接触器最好镀覆一层贵重金属。
本发明的第四种电气接触器用和第二种一样的方法制得。在本发明的第四种电气接触器中，用来构成该电气接触器的粉末最好是含铁金属的金属粉末。优选科瓦铁镍合金(KovarTM)和不锈钢。这些含铁的接触器最好镀覆一层贵重金属。
本发明的第五种电气接触器用和第一种一样的方法制得。然而，在本发明的第五种电气接触器中，一对弹性臂从基座部分以相反的方向延伸设置。
本发明的第六种电气接触器用和第二种一样的方法制得。然而，在本发明的第六种电气接触器中，一对弹性臂从基座部分以相反的方向延伸设置。
本发明的第七种电气接触器用和第三种一样的方法制得。然而，在本发明的第七种电气接触器中，一对弹性臂从基座部分以相反的方向延伸设置。
发明的第八种电气接触器用和第四种一样的方法制得。然而，在本发明的第八种电气接触器中，一对弹性臂从基座部分以相反的方向延伸设置。
本发明的第一种电气连接装置包括：多个本发明的第一、第二、第三或者第四种电气接触器；设置有所述的多个电气接触器的线路板，该多个电气接触器布置在所述线路板的至少一面上；其中所述的多个电气接触器的基座部分连接到所述的线路板上，从而所述的多个电气接触器排列在线路板上，形成一矩阵。
本发明的第二种电气连接装置包括：多个本发明的第五、第六、第七或者第八种电气接触器；绝缘支座，它具有多个贯穿其主表面并以矩阵形式排列的接触器容纳槽；其中所述的多个电气接触器被夹持在所述的接触器容纳槽内，从而所述的弹性臂的电气触点部分从所述的主表面伸出。
由于本发明的电气接触器使用金属注射成型方法通过模制导电性金属粉末而制造，并且它包括：基座部分；支撑部分；从所述的基座部分经过支撑部分倾斜延伸的弹性臂，该弹性臂具有形成在其一部分上的电气触点部分，使得其在形状设计方面具有较高的自由度成为可能。另外，使电气接触器制造得非常结实并且具有弹性。
在电气接触器的杨氏模量位于10.8×104～20.6×104N/mm2(11000～21000kg/mm2)范围内的情况下，接触器的弹性臂能够获得合适的弹性。
另外，在粉末是含铁的金属粉末的情况下，接触器可以获得合适的强度。
由于本发明的第一种电气连接装置包括：多个本发明的第一、第二、第三或者第四种电气接触器；具有所述的多个电气接触器的线路板，所述多个电气接触器布置在该线路板的至少一面上；其中所述的多个电气接触器的基座部分与所述的线路板连接，从而所述的多个电气接触器排列在线路板上，形成一矩阵，这样就能够以最短的电距离(electrical distance)并以窄的间距连接各个元件。
由于本发明的第二种电气连接装置包括：多个本发明的第五、第六、第七或者第八种电气接触器；绝缘支座，它具有多个贯穿其主表面并以矩阵形式排列的接触器容纳槽；其中所述的多个电气接触器被夹持在所述的接触器容纳槽内，从而所述的弹性臂的电气触点部分从所述的主表面伸出，这样就能够以最短的电距离并以甚至更窄的间距连接各个元件。另外，由于这些接触器在支座的内部受到保护，接触器只有很小的损坏可能。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的电气接触器的透视图；
图2是带有图1的电气接触器的、模制的成型产品位于金属模内的平面图；
图3是本发明的第二实施例的电气接触器的透视图；
图4是具有多个焊接到线路板上的图3的电气接触器的电气连接装置的剖面图；
图5是一电气连接装置的透视图，它具有设置到线路板一表面上的多个电气接触器；
图6是一电气连接装置的平面图，它具有图3的电气接触器的另一种排列布置；
图7A是根据本发明的第三实施例的电气接触器的平面图；图7B是侧视图，图7C是其正视图；
图8是另一电气连接装置的透视图，多个图7的电气接触器排列在其上面；
图9A是根据本发明的第四实施例的电气接触器的透视图；图9B是侧视图，图9C是其正视图，图9D是其平面图；
图10是使用图9的电气接触器的电气连接装置的剖面图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细描述本发明的电气接触器(以下称作接触器)和使用电气接触器的电气连接装置(以下称作连接装置)。图1是根据本发明第一实施例的电气接触器的透视图，图2是带有这些电气接触器的、模制的成型产品位于金属模内的平面图。首先，参考图1进行描述。
接触器1包括：基本上为长方形的基座部分2，弹性臂6(以下称作臂)，它从基座部分2的上表面4的一端向其另一端倾斜延伸。臂6沿着中心轴线8略微弯曲地延伸，该中心轴线8沿着基座部分2的纵向方向延伸。作为臂6的支撑部分的固定端部分10，它具有长方形形状的较大横截面。另外，在臂6和基座部分2的上表面4之间的连接部分形成弯曲面12和14，从而施加到臂6上的力并不集中作用在固定端部分10上。臂6在朝向末端16的方向上其横截面尺寸逐渐变小，因此当其弯曲时，施加到臂6上的力的分配能够接近一致。
电气触点部分18(以下称触点部分)一体地形成在末端16处。触点部分18由靠下的圆柱形部分20和从臂6上突出的圆锥部分22构成。圆锥部分22的尖顶18a是与线路板(未示出)相接触的触点，以此在线路板上形成一电气连接。按照尖顶18a的形状，能够增加与之形成电气连接的线路板之间的接触压力。当如箭头24所示，从上面下压尖顶18a时，由于弹性变形，臂6能够朝向基座部分2弯曲。这将在后面描述。
接触器1具有极小的尺寸。例如，它能被这样成形：基座部分2具有0.5mm的长度，0.3mm的宽度以及0.1mm的高度。臂6相对上表面4的凸出量可以是0.5mm，臂6的宽度可以是0.1mm，圆锥部分22的高度可以是0.15mm。
接下来，将简要描述模制接触器1的方法。一种作为材料的细小金属颗粒粉末与热塑性粘结剂相混合，然后注射成型。粘结剂被从成型产品中去除，然后成型产品被烧结，以便硬化金属。作为传统的MIM方法，该过程是公知的，因此省略其详细说明。
接下来将参考附图2来描述从金属模中取出成型产品30。接触器1的基座部分2通过连接部分34一体地连接到正方形框架32上。基座部分2和连接部分34经机械切割然后被分开，从而获得四个接触器。所得到的接触器1的金属材料的弹性系数(杨氏模量)是10.8×104～20.6×104N/mm2(11000～21000kg/mm2)。
优选材料和其杨氏模量列表如下：
磷青铜：10.8×104N/mm2(11000kg/mm2)
铍青铜：12.7×104N/mm2(13000kg/mm2)
科瓦铁镍合金(KovarTM)：14.7×104N/mm2(15000kg/mm2)
不锈钢：19.1×104N/mm2(19500kg/mm2)
冷轧钢：20.6×104N/mm2(21000kg/mm2)
接下来参考附图3来描述根据本发明的第二实施例的接触器。图3是根据本发明第二实施例的接触器100的透视图。接触器100包括：基座部分102；臂106，它在基座部分的上面经过一固定端部分(支撑部分)110倾斜延伸。臂106从椭圆形基座部分102的接近中心部位处沿着中心轴线延伸，从箭头125的方向即从其侧面看，臂形成大致为“S”形的弯曲形状。臂106的截面大致上是圆形，在固定端部分(支撑部分)110具有较大的截面面积，在末端116具有较小的截面面积。从固定端部分110到末端116，横截面面积逐渐减小。触点部分118以大致上球状的形状形成在末端116处。球形的触点部分118具有相对容易制造的好处。当如箭头124所示从上面下压触点118时，臂106向下弯曲，也就是说，以在第一实施例中相同的方式，通过弹性变形朝向基座部分102弯曲。
接下来参考附图4～附图6来描述固定到线路板上的第二实施例的接触器100。图4是具有多个焊接到线路板120a上的接触器的电气连接装置(以下称作连接装置)150的横截面图。然而，关于接触器100，没有用剖面表示。图5是具有排列在线路板120b一个表面上的多个接触器100的连接装置160的透视图。在图4和图5中，略去了线路板的导电衬垫。图6是接触器100具有另一种排列方式的连接装置170的平面图。
如图4中所示，连接装置150包括由陶瓷等形成的线路板120a和多个排列在其两面上的接触器100所构成。接触器100通过将它们的基座部分102焊接到线路板120a上，从而固定到线路板上。多个接触器100以矩阵形式规则排列，如图5中所示。形成在线路板120a的导电衬垫(未示出)上、用来固定接触器100的焊接条，在图4中用元件122表示。
在图4所示的实施例中，(连接装置150所要连接的)其他的线路板130和140被设置在连接装置150的两面上，并且以这样的状态连接：如箭头124所示，该连接装置受到线路板130和140的压力。此时，线路板130和140的凸起132和142分别接触到接触器100的触点部分118。
图5表示了连接装置160，它具有设置在线路板120b一侧的多个接触器100。在该实施例中，电气/电子部分安装在与设置有接触器的面124相反的面126上。接触器100以与图4中相同的方式连接到其他线路板(要被连接的连接装置)上。在图4和5中示出的实施例中，每行接触器100的臂106排列在基本上相同的同一平面内。
在图6中示出的连接装置170中，每行接触器100以相同的角度方向排列在线路板120c上。在该实施例中，画出了椭圆形的导电衬垫128，形成在线路板120c上，每个接触器100焊接到这些导电衬垫128上。应当注意，通过形成在导电衬垫128内的孔129，接触器连接于线路板120c另一面上的导电线路。
接下来参考附图7A、7B、7C及图8来描述根据本发明第三实施例的接触器。图7A是接触器200的平面图，图7B是其侧视图，图7C是其正视图。图8是表示多个接触器200排列状态的透视图。
接触器200包括：长方形基座202；固定端部分，即从基座部分202延伸的支撑部分210；以及与支撑部分210相连续的臂206。支撑部分210从基座部分202的上表面204向上延伸，然后以和基座部分202基本平行的方向水平延伸，之后一边弯曲一边再向上延伸。臂206与支撑部分210连续并一体地形成，臂206以对角向上的关系直线地延伸超出基座部分202。一个大致球形的触点部分218一体地形成在臂206的末端。基座部分202是长方形的，支撑部分210和臂206沿着连接其对角的对角线延伸。支撑部分210和臂206的横截面大致是圆形，在支撑部分210处截面面积较大，向着末端部分216截面面积减小。即臂216在形状上是逐渐变细的。
如图8中所示，根据另一实施例的连接装置180，通过将多个接触器200以矩阵形式排列在线路板120d上而构成。在此，邻近的接触器200排列成这样：其基座部分202彼此相对的边是平行的。通过这样的排列，多个接触器200被有效地彼此贴近布置，具有较高的密度。应注意，在图中仅示出了某些接触器200的基座部分202。在排列接触器200后，触点部分218被设定在同一平面内，并且能够和另一线路板(未示出)相接触。
上述的接触器1，100和200成形为极小的三维形状，通过使用MIM方法具有良好的弹性性能。因此，便于避免应力集中，同时也缩短了电距离。另外，由于接触器1、100和200的高密度排列，也由于接触器1、100和200的长臂所提供的弹性，连接装置150、160、170和180在其电气连接方面获得较高的可靠性。进一步地，增加了接触器形状设计的自由度，以及与从一板状材料经冲压形成的接触器的情况相反，使用MIM方法可以优化其尺寸。
接触器1、100和200由诸如科瓦铁镍合金(KovarTM)和不锈钢之类的含铁的金属粉末形成，其表面用诸如金、银或钯之类的贵重金属镀覆。通过这种结构进行电气连接，以便使电流通过已经镀覆有一层具有低电阻的贵重金属的接触器的表面。因此，对于高频电流的传输来说，这种接触器是较好的。
接下来参考附图9A、9B、9C及图9D来描述根据本发明第四实施例的接触器。图9A是接触器300的透视图图，图9B是侧视图，图9C是其正视图，图9D是其平面图。接触器300包括：基座302；一对臂306，它们经过支撑部分310以相反的方向倾斜延伸，并且成为所谓的插入型接触器。基座部分302成形为长方形块，向内倾斜的引导面307成形在下边缘处。当接触器300压装进入连接装置190时，这些引导面307用来引导，这些将在后面描述。另外，啮合凸起350形成在基座部分302的两侧面305上。啮合凸起包括在其最外部位置处的平啮合表面352和从啮合表面352向下连续延伸的斜面354。
支撑部分310形成在基座部分302的表面356上。臂306在支撑部分310上连续形成。两臂以相反的方向延伸，同时彼此面对向内弯曲。臂306在它们的末端彼此具有最大的距离。然而，从图9C和图9D中可以看出，这一对臂306在同一平面内延伸。每个臂306的末端作为连接另一连接装置的电气触点部分318。
基座部分302的宽度W1(图9C，图9D)具有大于支撑部分310和臂306的宽度W2的尺寸。在本实施例中，臂306的截面大致是椭圆形，但可以成形为另外所需的形状，比如圆形，或者圆形和椭圆形的结合。此外，截面尺寸也可以成形为这样：在靠近支撑部分310的地方较大，朝向末端316逐渐变小。
接下来，参考图10来描述使用多个接触器300的连接装置190。图10是连接装置190的剖面图。连接装置190由一绝缘的板状支座(绝缘支座)358构成。该支座358由合成树脂形成，在它的主表面360的两个面(360a，360b)之间设有多个接触器容纳槽(以下称作容纳槽)362，每个容纳槽362由以下部分构成：凹槽362a，从主表面360a向内延伸到支座358的大约2/3厚度处，从而容纳接触器300的基座部分302；贯穿的凹槽362b，用来容纳臂306。凹槽362a比凹槽362b宽，也就是说，凹槽362a的宽度略微大于基座部分302的宽度W1，贯穿凹槽362b的宽度略微大于臂306的宽度W2。
接触器300的基座部分302位于凹槽362a处，其引导面307朝下地从主表面360a插入，直到其到达阻止面366为止。基座部分302的上表面364被一夹具(未示出)压住，以便在插入期间使接触器300压配合进入凹槽362内。基座部分302的啮合凸起350通过斜面354的引导插入到凹槽362a内，同时(通过界面啮合)压靠在凹槽362的内壁上，并且在基座部分302紧靠着阻止面366的位置处进行啮合。在接触器300处于完全被支座358夹持的位置时，臂306的末端，也就是电气触点部分318，从相应的主表面360(360a和360b)伸出。因此，如果作为连接装置190即将与其连接的其他线路板(未示出)设置在支座358的两面上，那么电气触点部分318将与其他线路板的触点(未示出)电接触，同时朝着贯穿凹槽362b向内弯曲。因为如上所述臂306的宽度W2略小于贯穿凹槽362b的宽度，臂306将在贯穿凹槽362b内自由弯曲。应注意，可以采用臂306的末端延伸超出电气触点部分318的结构，以便该延伸部分进入贯穿凹槽362b且由此而被引导。
如上所述，当使用MIM方法将其制造的较厚时，接触器300的基座部分302能够被给予很大的强度。结果，就不必象在传统的插入型接触器中那样，从侧面压配合到支座中，并且使从支座358的主表面360a进行压配合成为可能。该容纳凹槽362可以以较高密度的矩阵形式彼此邻近形成。在该实施例的情况下，容纳凹槽362以交错矩阵的形式形成，以便宽的凹槽362不会彼此邻近，形成有效的高密度的排列。因此，获得了接触器300能够高密度地排列在单一一个支座358内的结果。

Claims (7)

1、一种电气接触器，使用金属注射成型方法通过模制导电性金属粉末来制造，它包括：
一个基座部分；
一个支撑部分；以及
一个从所述的基座部分经过支撑部分倾斜延伸的弹性臂，该弹性臂具有形成在其一部分上的电气触点部分。
2、如权利要求1所述的电气接触器，其特征在于，电气接触器材料的杨氏模量最好在10.8×104～20.6×104N/mm2(11000～21000kg/mm2)范围内。
3、如权利要求1所述的电气接触器，其特征在于，所述的粉末是含铁金属的金属粉末。
4、如权利要求2所述的电气接触器，其特征在于，所述的粉末是含铁金属的金属粉末。
5、如权利要求1、2、3和4中任一项所述的电气接触器，其特征在于，所述的弹性臂以一对的形式从基座部分以相反的方向延伸形成。
6、一种电气连接装置，包括：
多个如权利要求1、2、3和4中任一项所述的电气接触器；以及
一个设置有多个所述电气接触器的线路板，该多个电气接触器布置在线路板的至少一面上；其特征在于，
所述的多个电气接触器的基座部分连接到所述的线路板上，从而所述的多个电气接触器以矩阵形式排列在线路板上。
7、一种电气连接装置，包括：
多个如权利要求5所述的电气接触器；以及
一个绝缘支座，它具有多个贯穿其主表面并以矩阵形式排列的接触器容纳槽；其特征在于，
所述的多个电气接触器被夹持在所述的接触器容纳槽内，从而所述弹性臂的电气触点部分从所述的主表面伸出。
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