高密度电连接器
技术领域
本发明涉及一种高密度电连接器,并且特别地,虽然对电连接器来说不是唯一的,该高密度电连接器具有沿大致垂直于压缩方向延伸的传导元件,用于印刷电路板或类似物与可拆接合的印刷电路板之间的压缩连接,其中在接合过程中单个传导元件的运动(沿压缩方向以外的一个方向)非常有限,从而可以提供具有有限“拭接(wiping)”距离的电连接器(即,沿着可拆PCB的传导部分的运动(拭接)距离被最小化)。
背景技术
高密度电连接器通常包括一个具有多个传导元件的壳体,每个传导元件在两个电子装置的电路之间提供相互连接。这些电连接器通常采取线性的、并排排列的方式,具有平行于排列的纵向方向或宽度、平行于压缩尺寸的高度以及垂直于二者的长度。
通常,上述两个电子装置例如是印刷电路板(PCB),其中电连接器设置在一块印刷电路板上。每个传导元件都与那块电路板的电子迹线相接合。另一块电路板与传导元件另一端压缩地接合。通过提供具有可运动压缩接触点的高密度电连接器,可实现两块PCB之间可重复连接。
然而在一些应用中,考虑到空间限制,需要连接器具有较窄的宽度(在接合过程中传导元件压缩移动方向的侧向)。例如在硬盘内部的PCB要与PC的其他电路接合的应用中,穿过硬盘壳体的开口非常狭窄。为了使电连接器的传导元件进入硬盘壳体的内部,连接器的长度需要很窄以配合穿过壳体的开口。另外,这样的电连接器的传导元件应该大致保持在连接器壳体的周界内以防止其接触壳体而可能导致电路短路。例如参考图1,其中示出了已有电连接器的横截面视图,并图示了右手一侧传导元件被偏转并与PCB压缩接合。左手一侧显示了处于未偏转状态的传导元件。可以看出,沿着传导元件上接触点的长度(在水平方向并垂直于压缩方向)的移动距离相对较大,这称为“拭接距离”。在图1所示的示例中,可以看出,传导元件在上接触点处突出于连接器壳体周界的外侧。为避免这种情况,壳体需要具有更大的长度以使其能够容纳传导元件的上接触区域的拭接距离。
固有地,图1中的连接器设计使用了具有一定长度的有效空间,该长度对某些应用来说太宽。
因此,本发明的一个目的是提供一种高密度电连接器,其具有较窄尺寸(垂直于压缩方向)的传导元件,并具有相对现有技术显著降低的拭接距离,或者将至少为公众提供一种可用的选择。
发明内容
因此,本发明的第一方面主要在于一种电连接器,该电连接器用于将第二电子装置选择性地电连接至第一电子装置,其包括:
至少一个传导元件,所述传导元件包括:
a)第一接触区域(用于与所述第一电子装置至少电接触),
b)第一梁区域,其可围绕第一旋转轴线偏转,
c)第二梁区域,其连接到所述第一梁区域,所述第二梁区域可相对于所述第一梁区域围绕第二旋转轴线偏转,以及
d)第二接触区域,其连接到所述第二梁区域,
所述传导元件具有第一偏转阶段以及第二弯曲阶段,第一偏转阶段特征在于弯曲偏转的大部分是围绕所述第一旋转轴线,第二弯曲阶段特征在于弯曲偏转的大部分围绕所述第二旋转轴线发生,
至少一个绝缘元件(下文称为“壳体”),
其中所述传导元件至少部分位于所述壳体附近和内部,
所述传导元件具有第一未偏转状态以及第二偏转状态,其中,二者之间通过所述第二电子装置向所述第二接触区域施加不断增大的压力而过渡,所述第一偏转阶段发生直至所述第一和第二梁区域之间的一点与所述壳体上的一部分接合,之后,仅有第二偏转阶段发生,
由此保持所述第一和第二电子装置之间的电连接,该电连接具有所述第二接触区域的既垂直于所述压缩方向又垂直于所述旋转轴线中至少一个的最小偏转。
优选地,每个所述电子装置具有一个主表面。
优选地,所述壳体的所述部分垂直于所述主表面之一。
优选地,所述主表面相互平行。
优选地,所述第二阶段弯曲仅围绕所述第二旋转轴线发生。
优选地,所述旋转轴线相互平行。
优选地,所述旋转轴线垂直于所述压缩方向并且平行于所述主表面。
优选地,所述传导元件的高度长度纵横比在1至3之间或更大。
优选地,所述高度平行于所述压缩方向。
优选地,所述压缩方向是竖直的。
优选地,所述长度既垂直于所述压缩方向,又垂直于旋转轴线。
优选地,所述传导元件由片材通过面外弯曲形成。
优选地,所述传导元件是由所述片材形成的金属条。
优选地,所述金属是铜合金。
优选地,所述传导元件的所述偏转是弹性的。
优选地,所述壳体为塑料材料模塑件。
优选地,具有多个电连接器。
优选地,所述多个连接器以并排线性排列的方式布置。
优选地,所述传导元件通过倒钩限位形式的滑动接合而安置在所述壳体内部。
优选地,所述第一接触区域还将所述电连接器机械连接到所述第二电子装置。
在第二方面,本发明主要在于一种包含于电子连接器中的传导元件,所述传导元件包括:
a)第一接触区域(用于至少与第一电子装置电接触),
b)第一梁区域,其可围绕第一旋转轴线偏转,
c)第二梁区域,其连接到所述第一梁区域,所述第二梁区域可相对于所述第一梁区域围绕第二旋转轴线偏转,以及,
d)第二接触区域,其连接到所述第二梁区域,
所述传导元件具有第一偏转阶段与第二弯曲阶段,第一偏转阶段特征在于弯曲偏转的大部分是围绕所述第一旋转轴线,第二弯曲阶段特征在于弯曲偏转的大部分围绕所述第二旋转轴线发生,
所述第一偏转阶段发生直至所述第一和第二梁区域之间一点停靠在所述壳体一部分上,之后,仅第二偏转阶段发生,
以保持所述第一和第二电子装置之间的电连接,该电连接具有所述第二接触区域的既垂直于所述压缩方向又垂直于所述旋转轴线中至少一个的最小偏转。
优选地,所述第二弯曲阶段仅围绕所述第二旋转轴线发生。
优选地,所述旋转轴线二者相互平行。
优选地,所述传导元件由片材形成。
优选地,所述传导元件是由所述片材形成的金属条。
优选地,所述金属为铜合金。
优选地,所述传导元件的高度长度纵横比在1至3之间或更大。
优选地,所述高度平行于所述压缩方向。
优选地,所述压缩方向是竖直的。
优选地,所述长度既垂直于所述压缩方向又垂直于旋转轴线。
在另一个方面,本发明主要在于一种用于将第一电子装置电路的至少一个电子迹线和第二电子装置的电路连接起来的压缩连接器,所述压缩连接器包括,
壳体,其安装有至少一个由片状金属材料通过面外弯曲形成的传导元件,其用于限定至少,
a)第一梁区域,其以悬臂的方式固定到所述壳体上,以允许所述第一梁区域的活动端相对于所述壳体弹性偏转,并具有位于所述第一梁区域另一端(优选地位于非活动端)的第一接触区域,用于至少电连接至所述电子装置,
b)第二梁区域,其在其第一端以悬臂的方式从所述第一梁区域的所述活动端伸出,所述第二梁区域包括沿所述梁远离所述第一端设置的第二接触区域,其被设置成通过压缩的方式与所述第一电子装置的电子迹线接合,并可以通过所述迹线偏转,
所述传导元件通过面外弯曲形成,将所述第二梁区域至少部分定位在所述第一梁区域上方向后处,所述第二接触区域被设置为可相对于所述壳体在竖直方向通过所述第一和第二梁区域以复合悬臂方式偏转,
其中,在压缩接合方向的横断方向,由所述第二梁的所述第一接触区域引起的横穿所述电子迹线的拭接动作通过选择合适的所述梁的几何结构被控制在预定限制之内。
优选地,所述偏转在同一平面内。
优选地,所述传导元件的宽度高度纵横比在1至3之间或更大。
优选地,所述高度平行于所述压缩方向。
优选地,所述压缩方向是竖直的。
优选地,所述长度垂直于所述压缩方向并平行于所述偏转平面。
优选地,所述传导元件是由所述片材形成的金属条。
优选地,所述金属为铜合金。
优选地,所述传导元件的所述偏转是弹性的。
优选地,所属壳体是塑料材料模塑件。
优选地,具有多个压缩连接器。
优选地,所述多个压缩连接器以并排线性排列的方式布置。
优选地,所述传导元件通过倒钩限位形式的滑动接合而安置在所述壳体内部。
优选地,所述第一接触区域还将所述电连接器机械连接至所述第二电子装置。
在又一个方面,本发明主要在于一个如前述权利要求任一项所要求保护的电连接器,如同此前参考图2-5所描述的。
在仍然又一个方面,本发明主要在于一个如前述权利要求任一项所要求的传导元件,如同此前参考图2-5所描述的。
附图说明
图1是根据现有技术电连接器的横截面图。
图2是本发明电连接器的传导元件的侧视图。
图3是结合有图2所示传导元件的连接器的横截面图,其中一个PCB被接合并已使传导元件偏转。
图4是连接器的部分截面图,其示出了处于未偏转状态的传导元件,并且
图5是受力图,示出了本发明传导元件一个示例所受的各种力以及相关尺寸。
具体实施方式
现在通过参考附图1-5公开本发明的一个优选实施例。
参考图3,图中示出了电连接器1的横截面视图。横截面图从垂直于电连接器大致延长方向的平面截取。这种类型的电连接器包括至少一组两排的多个沿连接器长度方向延伸的传导元件,如图3所示。这些传导元件以并排的关系或线性排列方式设置,并且每一排相对于中心线A-A与另一排大致成镜像关系。
电连接器1包括壳体2,壳体2通常由塑料材料制成,因此是绝缘的。壳体2包括用于设置单独传导元件3的区域。传导元件具有细长的形状以及较窄的宽度(未示出)。壳体2包括内腔,在该内腔的内部可以设置传导元件。最优选的形式是,壳体为每一个传导元件提供一个内腔。
每个传导元件3由传导金属材料(例如铜合金)制成。所选择的材料是可弯曲但有弹力的类型,于是传导元件的偏转将导致传导元件在与压缩方向相反的方向上产生偏压力。同时理想地,传导元件的材料保持在压力-应变曲线的弹性区域内,这不是必须的。
传导元件3优选在每个传导元件的底部区域4与壳体以永久的方式接合。在底部区域4,传导元件牢固和相对地固定到壳体上。通过带倒钩(barbed)的滑动接合可实现该固定。位于传导元件上的带倒钩的部件使壳体2的内腔的塑料壁变形,并由此附加到壳体2上。对于本领域普通技术人员来说,每个传导元件与壳体的接合的可选择形式是显而易见的。
传导元件(由片材制成)优选地被弯曲以提供它的形状。优选首先模压一片原材料,然后通过面外弯曲(out of plane bending)形成该传导元件。模压形成大致直的和细长的传导元件前体(precursor)的形状,然后通过面外方向弯曲,提供例如图2所示的弯曲形状。
第一接触区域5是传导元件的组成部分,并位于底部区域4的一侧。在图3所示的示例中,第一接触区域5是一块足形区域,其可与第一电子装置(未示出)的电路迹线接合。第一接触区域5可以永久地固定到第一电子装置,例如通过焊接。可选地,第一接触区域5可以非永久方式与第一电子装置的电路迹线接合,例如通过压力连接接合方式。然而在图3所示的示例中,每个元件的第一连接区域5被设计用于与第一电子装置更长久的接合。传导元件的偏转部分从底部区域4伸出并向与第一接触点5相反的方向延伸。偏转部分从底部区域4延伸至第二接触区域6。第二接触区域6设置为当处于非偏转状态时,其从壳体的上边界伸出。当第二接触区域6由于与第二电子装置17接合而产生偏转时,第二接触区域6将向下方运动。传导元件在第二接触区域6处产生的合成的压缩力朝向上方,与第二电子装置17压缩接合产生的方向相反。每个传导元件的可偏转部分包括第一梁区域7和第二梁区域8。第一梁区域7有效地从底部区域4伸出悬臂。由于所选材料固有的弹性以及可偏转的特性,第一梁区域7的偏转可以被限定为围绕旋转中心A,旋转中心A位于底部区域4上或其附近。第一梁区域7从底部区域4沿大致向上但与竖直方向稍成倾斜角度的方向朝着其第二远端延伸,第二梁区域8从第二远端出伸出。
第二梁区域8以悬臂梁的形式伸出并与第一梁区域7接合。然而,由于第一梁区域7围绕其旋转中心A的运动,这种悬臂梁的底部可移动。第二梁区域8除了其底部或旋转中心围绕旋转中心A运动外,梁区域本身可围绕其旋转中心例如旋转中心B移动。由于梁区域8与第一梁区域7之间通过弹性的可变形悬臂接合,梁区域8可以围绕旋转中心B转动。这种转动是由于压力作用在第二接触区域6上而引起的。
在第二电子设备17与传导元件在其第二传导区域6接合过程中,所施加的力大致沿着朝向底部区域4的方向。传导元件的几何结构和刚度被设计使得在第二传导区域6向下移动过程中,将首先引起第一梁区域7围绕其旋转中心A转动。这是传导元件偏转的第一阶段。参考图5,其中所示为图4中梁的结构特征的示意图,从中可发现由于合适的几何结构,围绕底部区域4和第一梁区域7之间的弹性可变形过渡区12的偏转可能小于围绕第一梁区域7和第二梁区域8之间的过渡区的偏转。同时,在运动的第一阶段中,将引起第二梁区域8围绕其主要转动中心B的一些运动,传导元件最主要的运动将围绕转动中心A。
壳体2的运动限制装置16被设置以使在传导元件的偏转运动的第一阶段,一旦第一梁区域7(或其延伸部分)与挡板相接合,这种运动将被中止。在这个位置上,第一梁区域再不能围绕转动中心A偏转,其转动停止。当第二接触区域6还没有完全处于与第二电子装置17充分接合的状况下时,这种梁区域7运动的停止将发生。第二电子装置17继续在朝向传导元件底部区域4的方向上与传导元件接合。一旦梁区域7围绕旋转中心A的转动停止,之后,第二梁区域8将围绕其单独的旋转中心B转动。在接合的第二阶段,第二接触部分6将继续向下朝着底部区域4移动。
在建立接触的第一阶段,第二接触区域6有效地围绕旋转中心A朝着围绕旋转中心A的逆时针方向转动(当观察连接器右手一侧时)。同时将发生第二梁围绕旋转中心B的一些转动,在这个运动的第一阶段过程中,第二接触区域6移动的实际效果是它将朝左运动,或者相对于壳体和/或第二电子装置基本保持静止。
在接合的第二阶段,仅有传导元件的第二梁8移动,并且这种移动是围绕旋转中心B。此时,在该中心处,第二接触区域6将相对于壳体和/或第二电子装置向右(当观察附图中的右边接触元件时)运动或至少保持静止(在水平方向)
本质上,在运动的第一阶段,第二接触区域6的运动将在-X方向(参考图4)上。一旦第一梁区域7与壳体的挡板16接触,运动的第二阶段将发生,其中传导元件的第二接触区域6沿着+X方向运动。第二连接点P的这样的复合运动结果是其在+X方向和-X方向的移动可被限制。通过选择合适的几何结构,在运动的第一阶段,第二接触区域6围绕旋转中心B的运动可通过这样的方式限制,即保证与底部区域4和第一梁区域7之间的过渡区相比,第一梁和第二梁之间的过渡区对于在其接合过程中由第二电子装置施加的力具有有效地更大的刚度。相对于第一梁和第二梁运动的刚度能够通过传导元件的几何结构来提供。由于实际上第一梁和第二梁作为悬臂梁可移动,两个受力形状角(the shape angle to the force)以及梁的长度将决定他们的对运动的刚度。
除了为第二接触区域的移动提供复合运动以保证在+X方向和-X方向移动的受限程度,传导元件还具有狭窄的宽度(在+X方向和-X方向)。
第一梁区域7从底部区域4与竖直方向成锐角伸出。其从底部以大于0度但小于45度的角度延伸出。它从底部区域4以一定角度延伸出,在运动的第一阶段,该角度在第一梁区域7的旋转方向(相对于竖直方向)上。因此,第一旋转区域7的远端被设置(在竖直方向上)为朝向底部区域4的一侧。在第一梁区域7的远端,设置有连接至第二梁区域8的过渡区。第二梁区域8从第一梁区域7延伸出,延伸方向与第一梁区域7的更加接近于竖直延伸相比更为接近水平方向。第二梁区域8从第一梁区域7延伸至第二接触区域6。实际上,由于传导元件的设计,两个梁区域具有不同的移动刚度。刚度由例如梁的轮廓和几何结构以及梁之间的过渡以及与底部之间的过渡这些因素决定。当单独作用时,每个梁区域将沿相对于壳体的不同的方向转动。由于力被施加在接触区域6,每个梁区域在一个方向上以一定大小转动,直到达到力的平衡或者物理挡板16。对每个梁区域的,达到力平衡或者物理挡板的顺序被特殊设计,结果实现了运动的综合效果,并且接触区域6的最终位置被控制并包括在内。物理挡板16的设置使得可以在较大程度上控制接触区域6的最终位置和运动。同时,物理挡板不是必须的,在压缩过程中,它确实提供传导元件的两个截然不同阶段的运动。
传导元件具有直立特征(对于压缩连接的方向)。其宽度(横向于压缩方向)小于其高度,并在优选的形式中,高度与宽度的纵横比大于1.5并优选地大于2。