CN1934753A - 包覆成型的电连接器 - Google Patents

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Abstract

一种电连接器包括电接触件和包覆成型的壳体。电接触件包括合金材料制成的导电基底和至少一层位于基底的第一部分上的密封覆层。密封覆层包括铬和/或锌。包覆成型的电连接器壳体被包覆成型到密封覆层上的第一部分的至少一部分上。密封覆层防止在接触件和包覆成型的壳体之间的结合处形成通道，用于防止蒸气和/或液体和/或其它流体流动穿过结合处。

Description

包覆成型的电连接器
技术领域
本发明涉及电连接器，并且更具体的是涉及一种具有包覆成型壳体的电连接器。
背景技术
制造在苛刻的环境中特别是汽车中使用的电气壳体的一种方法是利用多种工程树脂中的一种使金属的电流输送元件包覆成型，所述元件通常称为终端；由此制造具有整体电连接器的电气壳体。然而，包覆成型本身不能产生极好的密封装置。随着模制后塑料的冷却和收缩，会在金属和塑料之间形成微小的间隙，流体会吸入或泄漏到其中。在需要与环境隔离的情况中，例如对于燃料箱电连接器，昂贵的辅助操作例如灌封或者垫圈是必须的。
已经开发出一种称为A2处理的方法作为用于湿度敏感的塑料表面安装包装的干填自由溶液。不象大部分的引线框架表面处理，A2是超薄的无机覆层，该覆层被电镀沉积在金属表面上以提供用于聚合物粘附的联结。美国专利No.5,343,073中公开了集成电路(IC)封装中的引线框架，其具有铬和锌合金覆层。美国专利No.5,728,285公开了一种A2处理，但是在电路板上的半导体中作为保护覆层；不是在电连接器中并且不是用于提供密封功能。
需要一种用于改善金属到塑料的粘附的方法以改善密封，并且有助于使装置满足政府对于碳氢化合物蒸气排放的苛刻的规定。需要一种处理来改善包覆成型的电连接器中的模制树脂到金属电流输送元件的粘附。期望增强的粘附能够极大地改善密封。在燃料凸缘的情形中，需要减少碳氢化合物蒸气到环境的泄漏。通常在包覆成型电连接器的情况中，需要去除昂贵的辅助灌封操作。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种电连接器，该连接器包括电接触件和包覆成型壳体。电接触件包括合金材料制成的导电基底和基底的第一部分上的至少一个密封覆层。密封覆层包括铬和/或锌。包覆成型的电连接器壳体被包覆成型在密封覆层上的第一部分的至少一部分上。密封覆层防止在接触件和包覆成型壳体之间的结合处形成通道，用于防止蒸气流动穿过该结合处。
根据本发明的另一个方面，提供一种燃料箱电连接器，该电连接器包括多个电接触件，每个电接触件包括铜合金制成的基底元件、具有位于基底上的密封覆层的第一部分、和至少一个具有位于基底上的锡覆层的第二部分。所述至少一个第二部分包括接触件的适用于与第二电连接器形成电连接的接触区域。密封覆层包括电镀沉积的无机覆层。包覆成型的电连接器壳体已经被包覆成型在第一部分的至少一部分上。密封覆层位于接触件和包覆成型壳体之间的结合处。每一个第二部分的至少一部分与用于与第二电连接器形成电接触的结合处间隔开。壳体适用于连接到燃料箱壳体。
根据本发明的一种方法，提供一种制造电连接器的方法，该方法包括下列步骤：将无机覆层电镀沉积到多个电接触件的第一部分；将接触件的第二部分镀上锡；并且将聚合物壳体包覆成型到接触件上。壳体被包覆成型在接触件上，同时在壳体与接触件之间的结合处具有无机覆层，以在结合处形成壳体与接触件之间的密封。当包覆成型后壳体冷却时，无机覆层提供粘附和密封，从而由此防止在包覆成型壳体中在结合处形成通道或裂缝。
附图说明
本发明的上面的方面和其它特征将在下面的说明中与附图一起进行说明，附图中：
图1是包括电连接器的燃料箱凸缘的透视图，所述电连接器结合了本发明的特征，
图2是在图1所示的燃料箱凸缘中使用的电连接器子配件；
图3是在图2所示的电连接器子配件中使用的电接触件中的一个的透视图；和
图4是图2所示的电连接器子配件的一部分的部分横截面视图。
具体实施方式
参考图1，其中示出了凸缘装置10的透视图，凸缘装置10结合了本发明的特征，装置10示出为连接到燃料箱14的壳体12。虽然本发明将参考附图中所示的典型实施例进行描述，但应当理解，本发明可以体现为许多可替换形式的实施例。另外，可以使用任何适合的尺寸、形状或类型的元件。本发明特别适用于汽车燃料箱。虽然本发明的特征参考与燃料箱一起使用进行描述，但本发明的特征可用于任何适合类型的适用于容纳液体或气体的容器，或者应用到在两个用于保持独立的区域之间的任何适合的隔离物处。
凸缘装置10通常包括框架16和电连接器部分18。电连接器部分18与框架16通过凸缘装置10形成电连接器。在这个实施例中，框架16形成电连接器的一部分，并且更具体的是，形成电连接器的壳体的一部分。框架16优选由整体的模制塑料件或者聚合物元件构成。框架16包括管部21-23。管部21-23在框架的第一侧24和框架的相对的第二侧26之间延伸，并且从第一侧24延伸到第二侧26。管部21-23提供了在第一侧24和第二侧26之间的穿过框架16的管道。管部20-23还形成了用于将流体/蒸气/空气管道或管(未示出)连接到其处的安装凸缘。
同样参考图2，电连接器部分18包括电连接器子配件28。框架16优选被包覆成型在子配件28上。子配件28通常包括电接触件30和子配件壳体32。电连接器子配件28包括四个电接触件30。然而在可替换实施例中，可以设置多于或少于4个的接触。在所示的实施例中，电连接器部分18具有电连接器壳体，所述壳体由框架16的一部分和子配件壳体32形成。
同样参考图3，其中示出了一个电接触件30。在这个实施例中，电连接器30包括一个第一中间部分34和两个第二连接部分36、38。第二连接部分36包括凸出的接触部分，所述凸出的接触部分适用于可拆地连接到相配合的电连接器(未示出)的接触件的凹入的接触部分。配合的电连接器(未示出)适用于被插入到连接器接纳区域40(见图1)中，区域40由框架16形成在电连接器部分18处。第二连接部分36延伸到连接器接纳区域40中，如图1所示。第二连接部分38位于第一中间部分34的与第二连接部分36相反的一侧上。第二连接部分38适用于被卷曲到导线42(见图2)的导电体上。在这个实施例中，电接触件30包括大致的L形。然而，在可替换实施例中，电接触件可包括任何适合类型的形状。
同样参考图4，每个电接触件30通常包括基底44、密封覆层46和接触部分覆层48。基底44包括导电基底，例如由铜合金制成的金属基底。在一个优选实施例中，基底包括CA19700铜合金。然而，在可替换实施例中，对于导电基底可以使用任何适合类型的导电材料。
密封覆层46位于第一中间部分34上。在一个优选实施例中，覆层46被电镀沉积在第一部分34上。覆层46优选包括铬和/或锌的A2处理。在一种类型的优选实施例中，覆层46包括铬和锌。特别的是，覆层46优选与在美国专利No.5,343,073中所描述的铬和锌的外层相同，该专利在此整体引为参考。A2处理是超薄无机覆层，该覆层被电镀沉积在金属表面上从而为聚合物粘附提供联结。已经发现，除了为聚合物粘附提供较好的联结，A2处理还能够提供电接触件和包覆成型的聚合物壳体之间的增强的密封功能。在这个实施例中，在子配件壳体32被包覆成型在接触件30上之前，覆层46例如通过电镀直接施加到基底44。
美国专利No.5,343,073仅使用了A2处理用于粘附。美国专利No.5,728,285仅使用了A2处理作为保护覆层。已经发现，A2处理可用于在密封结合处提供增强的密封功能，以提高电接触件和包覆成型的电连接器壳体之间的密封效率，其方式是通过防止当包覆成型之后壳体在冷却时在包覆成型的壳体中形成裂缝或间隙。
覆层46优选包括铬、锌或它们的混合物。最优选的是铬和锌的混合物。覆层是薄的，优选在从大约10到大约1000埃之间的量级。更优选的是，厚度在从大约10到大约100埃之间，并且最优选的是从大约40到大约80埃之间。覆层46提供抗氧化能力，并且提高了到聚合物树脂的粘附，而不会显著降低引线接合的强度或者不利地影响随后的装配操作。覆层46可通过任何适合的技术施加，例如浸镀、电镀或金属包覆(cladding)。
优选的覆层可以通过任何传统的方法沉积，并且可以是铬和锌的同时沉积的层或者顺序沉积的层。沉积覆层的一种优选方法在美国专利No.5,022,968中公开，该专利在此整体引为参考。该专利公开了一种包括铬和锌的用于防锈目的的涂覆层。该涂覆层从基本的含水电解液被电解沉积，所述电解液含有氢氧离子，从大约0.07克/升到大约7克/升，锌离子，以及从大约0.1克/升到大约100克/升的溶于水的六价铬盐，其中锌离子或铬(VI)离子或者两者的浓度都小于1.0克/升。涂覆层具有超过大约4∶1的锌-铬比率。一种分析试样具有5种原子百分比：Cr，21％Zn，56％O，16％C和1％Cu。
基底壳体32优选由醛缩醇制成。同样公知为聚醛树脂、聚氧化甲撑(POM)或聚甲醛的醛缩醇是一种高性能的工程聚合物。由于它的高强度、模量、以及对冲击和疲劳的抵抗能力，它用作节省重量的金属代替物。首先在50年代末发展的醛缩醇可作为一种均聚物(例如Dupont Delrin)或共聚物(例如Ticona’s Celcon)获得。在一个优选实施例中，壳体32由均聚物醛缩醇制成，例如Dupont销售的DELRIN。
子配件壳体32包括包覆成型壳体。更具体的是，子配件壳体32被包覆成型在接触件30上。在子配件壳体32被包覆成型在接触件上之前，接触件30优选例如通过卷曲连接到导线42的导体。子配件壳体32优选被包覆成型在导线42和它们在第二连接部分38处连接上。这在导线42与接触件的连接处提供了包覆成型安装。
位于接触件30的相对端的第二连接部分36、38在其上具有接触部分覆层48。在一个优选实施例中，接触部分覆层48包括锡。接触部分覆层48优选选择性地仅在第二连接部分36、38处沉积在接触件30上。锡是相对柔软的材料。它将移动从而使得氧化物将在与配合的导电体连接的过程中破裂，以允许良好的电连接。因此，在接触件的连接区域需要接触件上的锡制的覆层。
过去，电接触件需要经过热锡镀(HTD)，热锡镀基本覆盖整个接触件。这是相对廉价的方法以允许接触区域被锡覆盖，用于良好的配合导电体连接目的。然而，已经发现，由于锡的柔软特性，将聚合物壳体包覆成型在完全用锡涂覆的接触件上会使得间隙或通道形成在包覆成型的壳体和锡之间。在一个可替换实施例中，锡以外的材料可用于接触部分覆层。
对于本发明，接触部分覆层48没有施加到接触件30的第一中间部分34。如图4所示，当子配件壳体32被包覆成型在接触件30上时，壳体被包覆成型在第一部分34上的密封覆层46上。第一部分34包括多个凹槽或槽50。设置这些凹槽50以建立包覆成型的壳体32和接触件30之间沿着第一部分34的弯曲路径。这个弯曲路径有助于形成接触件30和壳体32之间的密封，以防止液体或蒸气在包覆成型的壳体与接触件的结合处之间流动。密封覆层46位于结合处。
在壳体32被包覆成型在接触件30上之后，壳体32将冷却。过去，在这个冷却阶段，裂缝和间隙将在与接触件的结合处形成在壳体32中。然而已经发现，密封覆层46的施加基本可以防止当包覆成型壳体32冷却时形成这些裂缝和间隙。因此，在壳体和接触件之间在密封覆层46处提供增强的密封。
对于电连接器例如与汽车燃料箱一起使用的电连接器来说，提供接触件和包覆成型的壳体之间的密封特别适合。所述密封可以防止燃料蒸气在接触件和电连接器壳体之间穿过电连接器泄漏到燃料箱的外部。通过使用这个方法，不再需要增加另外的部件，例如另外的密封元件或灌封材料。密封功能可以仅通过接触件30和包覆成型的壳体32提供，不需要任何另外的部件。
在图2所示的电连接器子配件28中，子配件壳体32的外部包括凹槽52和脊部54。框架16优选包覆成型在子配件壳体32上。凹槽52和脊部54提供了框架16和子配件壳体32之间的弯曲路径，以便同样防止燃料蒸气在两个元件的结合处在两个元件之间流动。
通常，在具有电连接器的一种类型的传统燃料凸缘密封装置中，该装置使用粘结剂的辅助注入操作以增强密封，能够提供大约为10-5到大约10-6立方厘米/秒的泄漏率。进行测试以确定本发明的泄漏率。测试设备在样品的一侧上使用真空，并且在样品的另一侧上使用压力大约为2.35psi的氦气。O形环密封件设置在具有试验夹具的样品上以密封具有试验夹具的样品。下面的表格示出了对于50个样品(编号为1-50)的试验结果。
  样品编号   包覆成型注射   包覆成型腔   预成型注射   预成型腔   泄漏率   注释
  1   24   4B   2   A4   6.8E-06
  2   25   1B   1   A6   9.2E-06
  3   25   2B   1   A7   7.3E-06
  4   23   1B   4   A1   9.2E-06
  5   24   3B   1   A8   7.3E-06
  6   17   1B   3   A6   7.3E-06
  7   18   3B   3   A8   1.1E-05
  8   19   1B   5   A8   4.9E-06   密封表面-A-上有疵点
  9   22   3B   4   A4   1.0E-05
  10   20   4B   4   A3   1.1E-05
  11   16   3B   6   A3   8.5E-06   利用可获得的橡胶帽(仅一个)启动
  12   18   4B   2   A1   9.3E-06
  13   19   2B   5   A7   1.2E-05
  14   21   1B   2   A2   8.5E-06   切换回到生产帽(production cap)
  15   22   4B   4   A2   1.2E-05
  16   23   2B   3   A5   8.6E-06
  17   21   2B   2   A3   1.2E-05
  18   20   3B   5   A5   1.0E-05
  19   17   2B   3   A7   1.0E-05
  20   16   4B   5   A6   1.1E-05
  21   6   2B   6   A6   7.5E-06
  22   6   1B   6？9   A8   7.3E-06
  23   10   3B   9   A7   5.0E-06
  24   11   2B   7   A5   1.4E-05
  25   8   3B   9   A1   7.3E-06
  26   10   4B   8   A2   8.4E-06
  27   11   1B   9   A3   7.5E-06
  28   12   4B   8   A4   6.6E-06
  29   12   3B   8   A1   3.9E-06
  30   14   4B   7   A6   7.6E-06
  31   13   2B   7   A7   7.0E-06
  32   13   1B   7   A6   5.4E-06
  33   14   3B   6   A4   2.0E-06   利用手帕清洁检测器上的O形环
  34   15   1B   6   A2   3.7E-06
  35   15   2B   6   A1   4.5E-06
  36   1   2B   12   A5   2.6E-06
  37   7   1B   10   A6   5.7E-06
  38   3   1B   11   A3   2.8E-06   预成型中引线附近的污染
  39   3   2B   11   A4   2.6E-06
  40   2   4B   12   A7   6.4E-06
  41   2   3B   12   A8   1.0E-05   检测样品41之后，再次用手帕清洁检测器上的O形环
  42   4   3B   11   A1   2.5E-07
  43   5   2B   10   A7   1.2E-07
  44   7   2B   9   A5   1.1E-07
  45   8   4B   9   A4   3.5E-07
  46   6   3B   10   A5   7.7E-07
  47   6   4B   10   A8   4.0E-07
  48   5   1B   9   A2   4.2E-07
  49   4   4B   11   A2   4.7E-07
  50   1   1B   12   A6   5.5E-07
                    统计   1.9E-05
                    均值   6.3E-06
                    最大值   1.4E-05
                    最小值   1.1E-07
                    均数   7.1E-06
                    Sigma   3.9E-06
                    中间值+3Sigma   1.9E-05
样品编号是对于样品(检验50个样品)的识别标号。包覆成型注射是对于用于形成凸缘装置的包覆成型部分的模具的部分指定编号。每个包覆成型模具具有多个腔，用于在一次成型注射过程中形成多个凸缘装置。包覆成型腔区分样品从中取出的包覆成型注射腔。预成型注射是对于用于形成凸缘装置的预成型部分的模具的部分指定编号。每个预成型模具具有多个腔。预成型腔指定预成型部分从中取出的预成型注射腔。泄漏率单位是立方厘米/秒。
从样品1-41的泄漏率中可以看出，泄漏率与传统的燃料凸缘基本相同，大约10-5到10-6立方厘米/秒，传统的燃料凸缘使用辅助的注入操作以密封凸缘。然而，本发明可以提供相同的密封性能，而不需要进行辅助密封操作。另外，在样品41之后清洁检测器上的O形环之后，注意到产生较低的泄漏率；在大约10-7立方厘米/秒的量级。应当认为，在样品1-41的测试过程中，灰尘污点可能已经在O形环密封件上，并且本发明的使用能够提供大约10-6到10-7立方厘米/秒的量级的泄漏率。这将允许结合了本发明的特征的连接器或电子模块被用于满足未来可能颁布的更加苛刻的环境要求，例如燃料箱的碳氢化合物的排放。
应当注意，本发明的特征可以用于需要与环境隔离的任何电子模块，并且本发明可以实现这样的功能，而不需要灌封材料。应当理解，上述说明仅是对本发明的说明。在不脱离本发明的情况下，本领域的普通技术人员可以作出各种改变和修改。因此，本发明用于覆盖所有这些落入权利要求范围内的可替换方案、修改和变化。

Claims (20)

1.一种电连接器，包括：
电接触件，包括导电基底和至少一层位于基底的第一部分上的密封覆层，其中密封覆层包括铬和锌中的至少一种；和
包覆成型的电连接器壳体，其已经被包覆成型在密封覆层上的第一部分的至少一部分上，其中密封覆层防止在所述接触件和包覆成型壳体之间的结合处形成通道，用于防止蒸气流动穿过所述结合处。
2.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，导电基底包括铜合金。
3.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，壳体包括醛缩醇。
4.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，密封覆层包括铬和锌。
5.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，密封覆层包括基底上的电镀沉积的覆层。
6.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，还包括镀在基底的至少一个第二部分上的锡。
7.如权利要求6所述的电连接器，其特征在于，锡不位于密封覆层和基底之间。
8.一种包括如权利要求1所述的电连接器的燃料箱电连接器，其中壳体的尺寸和形状被设计成安装到燃料箱壳体。
9.一种燃料箱电连接器，包括：
多个电接触件，每个电接触件包括铜合金制成的基底元件、具有位于基底上的密封覆层的第一部分、和至少一个具有位于基底上的锡覆层的第二部分，其中所述至少一个第二部分包括适用于与第二电连接器形成电连接的接触件的接触区域，并且其中密封覆层包括电镀沉积的无机覆层；和
包覆成型的电连接器壳体，其已经被包覆成型在第一部分的至少一部分上，其中密封覆层位于接触件和包覆成型的壳体之间的结合处，其中每个第二部分的至少一部分位于与用于与第二电连接器形成电接触的结合处间隔开的位置上，并且其中壳体适用于连接到燃料箱壳体。
10.如权利要求9所述的燃料箱电连接器，其特征在于，所述电镀沉积的无机覆层包括铬和锌中的至少一种。
11.如权利要求10所述的燃料箱电连接器，其特征在于，所述电镀沉积的无机覆层包括铬和锌。
12.如权利要求9所述的燃料箱电连接器，其特征在于，所述壳体包括醛缩醇。
13.如权利要求9所述的燃料箱电连接器，其特征在于，锡不位于密封覆层和基底之间。
14.如权利要求9所述的燃料箱电连接器，其特征在于，锡选择性地被电镀到基底上。
15.一种制造电连接器的方法，包括下列步骤：
将无机覆层电镀沉积到多个电接触件的第一部分；
将接触件的第二部分镀上锡；和
将聚合物壳体包覆成型到接触件上，其中壳体被包覆成型在接触件上，同时在壳体与接触件之间的结合处具有无机覆层以在结合处形成壳体和接触件之间的密封，并且其中在包覆成型后壳体冷却时，无机覆层提供粘附和密封，以便因此基本防止在包覆成型的壳体中在结合处形成通道或裂缝。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，无机覆层包括铬和锌中的至少一个。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，无机覆层包括铬和锌。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，锡不位于电接触件的无机覆层和基底之间。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，锡被电镀到接触件的基底上。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，聚合物材料包括被直接包覆成型到无机覆层上的醛缩醇。
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