KR101720938B1 - 복합 원통형 인쇄 회로 기판 연결 부재 - Google Patents
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Abstract
인쇄 회로 기판들을 연결시키기 위한 일체형 기계적 그리고 전기적 커넥터 및 방법 그리고 연결된 인쇄 회로 기판 조립체가 개시된다. 커넥터는 제 1 보어를 한정하는 외부 부재, 및 제 1 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되는 내부 부재를 포함하며, 내부 부재는 제 1 보어의 주변부에서 외부 부재와 억지 끼워 맞춤 관계이고, 내부 부재는 전기 전도체이고, 커넥터는 솔더 리플로우, 웨이브 솔더링 및 압입 끼워 맞춤 중 하나 이상에 의해 각각의 인쇄 회로 기판에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되도록 구성된다.
Description
본 발명은 복합 원통형 인쇄 회로 기판 연결 부재에 관한 것이다.
많은 전기의 또는 전자의 장치들은 다수의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)들("PCBs")을 포함하며, 이는 서로에게 전기적으로 그리고 구조적으로 연결된다. 이러한 구조적 그리고 전기적 연결들은 때때로 고립되어 있으며, 각각은 일반적으로 기계적인 연결 기능 또는 전기적인 연결 기능을 각각 제공한다. 다른 때에는, 구조적이고 전기적인 연결 기능들은 일체형 커넥터로 통합된다.
일부의 일체형 커넥터들은 몰딩된 수지 본체에 부분적으로 쌓여진 전기 전도성 핀(electrically conductive pin)들을 포함한다. 그러나 이러한 커넥터들의 제조는, 예를 들어 맞춤형 다이(die)들을 갖는 스탬핑 프레스(stamping press)들과 같은 장치를 형성하는 특별한 수지 몰딩 및 핀의 사용을 포함한다. 더욱이, 많은 사례들에서 이러한 커넥터들의 설치는 솔더링(soldering) 동안 직면되는 온도들을 견디는 커넥터 본체에서 전문화된 프레스 핀 기술 공정 및 툴링(tooling)의 사용 또는 상대적으로 고가의 온도 저항 수지들의 사용이 요구된다. 예를 들어, 리플로우 솔더링 공정(reflow soldering process)은 때때로 약 260℃ 또는 그 이상의 범위에서의 온도들에 전자 조립체들을 노출한다. 따라서, 인쇄 회로 기판들을 연결시키는 대안적인 커넥터, 시스템 및 방법이 개시되고 설명된다.
본 개시의 더 완벽한 이해를 위해, 인용은 후속하는 상세한 설명 및 첨부 도면들로 구성되어야 한다.
도 1은 예시적인 조립식 커넥터의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 2는 커넥터의 예시적인 외부 부재의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 3은 커넥터의 예시적인 내부 부재의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 4는 두 개의 인쇄 회로 기판들을 상호연결하는 예시적인 조립식 커넥터의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 1은 예시적인 조립식 커넥터의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 2는 커넥터의 예시적인 외부 부재의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 3은 커넥터의 예시적인 내부 부재의 개략적인 사시도를 포함한다.
도 4는 두 개의 인쇄 회로 기판들을 상호연결하는 예시적인 조립식 커넥터의 개략적인 사시도를 포함한다.
당업자들은 도면들에서의 요소들이 단순성 및 명료성을 위해 예시되고 반드시 축적대로 도시되지 않은 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면들에서 사이즈 크기들 및/또는 일부의 요소들의 상대적 위치설정(relative positioning)은 본 발명의 다양한 양태들의 이해를 개선하는데 도움이 되도록 다른 요소들에 상대적으로 과장될 수 있다. 또한, 상업적으로 실현가능한 실시예에서 유용하거나 필요한 통상적이지만 잘 이해된 요소들은 본 발명의 다양한 양태들의 관측을 방해하지 않도록 종종 묘사되지 않는다. 게다가, 일정한 작용들 및/또는 단계들은 발생의 특정한 순서로 설명될 것이거나 묘사될 것이 이해될 것인 반면에 당업자는 순서에 대한 이러한 특이성은 사실상 요구되지 않는 것을 이해할 것이다. 본원에서 사용되는 용어들 및 표현들은 본 명세서에서 특정한 의미들이 다르게 기재된 경우를 제외하고 이들의 상응하는 각각의 조사 및 연구 영역들에 대해 이러한 용어들 및 표현들에 따르는 것과 같이 일반적인 의미를 가진다는 것이 또한 이해될 것이다.
도 1을 참조로 하여, 일 양태에서 커넥터(100)는 외부 부재(102) 및 내부 부재(104)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하고 도 1을 계속하여 참조하면, 외부 부재(102, 300)는 실질적으로 환형 횡 단면을 갖는 개방형 직원 원통형이고, 따라서 적어도 부분적으로 제 1 보어(202)에서 원통형(circular cylindrical) 내부 부재(104, 300)를 수용하도록 구성되는 원통형 제 1 보어(202)를 한정한다. 그러나 다른 예들에서 외부 부재(200) 및 내부 부재(300)는 다른 적합한 형태들, 예를 들어 비-원통형(non-circular cylinder), 다면체(polyhedron), 타원체(ellipsoid) 또는 그 밖의 형태를 가질 수 있다. 유사하게, 제 1 보어(202)는 다른 적합한 형태들, 일 예에서 원형이 아닌 실린더, 다면체, 타원체 또는 그 밖의 형태에 의해 한정될 수 있다. 게다가, 예에서 내부 부재(300) 및 외부 부재(200)의 외부 형태들과 제 1 보어(202)를 한정하는 형태는 서로 유사하고, 다른 예들에서 내부 부재(300) 및 외부 부재(200)의 외부 형태들과 제 1 보어(202)를 한정하는 형태는 필요할 수는 있으나 서로 유사하지 않다. 예를 들어, 외부 부재(200)는 우측 원통형 제 1 보어(202)를 갖는 평행육면체형(parallelepiped)과 비슷하고, 내부 부재(300) 프리즘(prism)과 비슷하다. 더욱이, 공개물은 적합한 형태들이 예를 들어, 전기의 전도(conduction), 열 전도, 열 복사, 대류, 표면 영역, 강성, 또는 그 밖의 요소와 같은 커넥터(100)의 일정한 요소들을 강화시키거나 극대화시키도록 선택될 수 있는 것을 고려한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 일 양태에서 외부 부재(200)는 내부 부재(300)를 수용하도록 구성되고, 내부 부재(300)는 제 1 보어(202)의 횡 단면보다 적어도 부분적으로 더 큰 횡단면을 가진다. 예를 들어, 외부 부재(200)는 압입 끼워 맞춤(press fit) 및 수축 끼워 맞춤(shrink fit) 기술 중 하나 이상의 사용을 통해 내부 부재(300)를 수용하도록 구성된다.
도 2 및 도 3을 계속적으로 참조하고 도 1을 다시 참조하면, 일 양태에서 내부 부재(104, 300)는 제 1 보어(202) 내로 적어도 부분적으로 삽입된다. 일 예에서 내부 부재(104, 300)는 압입 끼워 맞춤(press fit) 및 수축 끼워 맞춤(shrink fit) 기술 중 하나 이상의 사용을 통해 제 1 보어(202) 내로 적어도 부분적으로 삽입된다.
일 양태에서 내부 부재(104, 300)는 외부 부재보다 더 길고, 커넥터(100) 내로 조립될 때 외부 부재(102, 300)의 두 개의 단부(208, 210)들을 넘어 돌출되도록 구성된다. 그러나 , 본 개시는, 내부 부재(104, 300)가 외부 부재(102, 200)와 동일한 길이이거나 보다 더 짧고 그리고 내부 부재(104, 300)는 외부 부재(102, 200)의 두 개보다 많거나 적은 단부들을 넘어(beyond more or less than two ends of the outer member), 예를 들어 외부 부재(102, 200)의 하나, 셋 또는 그 초과의 측부들을 넘어(beyond one, three, or more sides) 돌출하는 예들을 고려한다.
도 4를 참조하고 도 3을 계속하여 참조하면, 일 양태에서 내부 부재(300, 406)의 하나 이상의 단부 섹션이 하나 이상의 인쇄 회로 기판(PCB)(402, 404)에 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 내부 부재(300, 406)의 하나 이상의 단부 섹션은 인쇄 회로 기판(402, 404)의 하나 이상의 표면을 통해 관통하도록 구성된다. 일 예에서, 내부 부재는 테이퍼(302, 408)를 하나 이상의 단부 섹션으로 한정함에 의해 인쇄 회로 기판(402, 406)의 하나 이상의 표면을 통해 관통하도록 구성된다. 또한, 본 개시는 내부 부재의 하나 이상의 단부 섹션이 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404)의 하나 이상의 표면에 근접하게 도달하도록 구성되는 내부 부재(300, 406)를 고려한다. 예를 들어, 내부 부재(300)의 단부 섹션들 중 하나 이상은 인쇄 회로 기판(402, 404) 내로 압입 끼워 맞춤되도록 구성된다. 그러나, 본 개시는 또한 내부 부재(300, 406)의 단부 섹션들 중 하나 이상이 인쇄 회로 기판(402, 404) 내의 보어(412)를 통해 통과하도록 구성되는 예들 및 내부 부재(300, 406)의 단부 섹션들 중 하나 이상이 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402. 404)에 솔더링(solder)되도록 구성되는 예들을 고려한다. 일 예에서, 내부 부재(300, 406)는 적어도 부분적으로 도금(plate)되며, 예를 들어 단부 섹션들 중 하나 이상이 도금되고, 중간 단면이 도금되거나 전체의 내부 부재(300, 406)가 도금된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 일 양태에서 외부 부재(102, 200)가 솔더를 수용하도록 구성된다. 일 예에서 외부 부재가 솔더(solder)를 내부 부재(104)에 인접한 제 2 보어(106, 204) 내로 수용하도록 구성된다. 그러나, 본 개시는 내부 부재에 인접한 보어가 아닌 위치들, 예를 들어 외부 부재(206)의 말단(terminal) 표면, 또는 그 밖의 위치에서 솔더를 수용하도록 구성되는 외부 부재들을 또한 고려한다. 일 예에서 외부 부재는 솔더에 의해 적어도 부분적으로 가용성이 될 수 있거나 그렇지 않으면 하나 이상의 인쇄 회로 기판에 솔더링되도록 구성된다. 그러나, 본 개시는 솔더에 의해 가용적으로 되지 않는 외부 부재들 및 솔더링할 수 없는 외부 부재들을 또한 고려한다.
일 양태에서, 내부 및 외부 부재들은 상이한 재료들을 포함한다. 일 예에서 내부 부재(104, 300)는 구리(copper), 또한 일 예에서 전기 전도체, 열 전도체, 구조적으로 강성 재료, 그 밖의 것과 같은 또 다른 적합한 재료를 포함한다. 일 예에서 외부 부재(102, 200)는 강철(steel), 또는 예를 들어 전기 전도체, 열 전도체, 구조적 강성 재료 또는 다른 재료와 같은, 내부 부재(104, 300)의 재료와 상이한 적합한 재료를 포함한다. 그러나, 본 개시는 동일한 재료, 예를 들어 구리 및 예를 들어 전기 전도체, 열 전도체, 구조적 강성 재료, 또는 다른 재료와 같은, 동일한 카테고리(category)들과 상이한 재료들을 포함하는 내부 부재(104, 300) 및 외부 부재(102, 200)를 또한 고려한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 예에서 커넥터(100)는 후속하는 방법에 따라 조립된다. 외부 부재(200)가 내부 부재(300)를 제 1 보어(202) 내로 삽입하기에 적절한 제 1 보어(202)의 팽창을 달성하는 온도가 되게 한다. 대안적으로, 내부 부재(300)가 제 1 보어(202) 내로 내부 부재(300)를 삽입하기에 적절한 내부 부재(300)의 수축을 달성하는 온도가 되게 한다. 본 개시는 내부 부재(300) 및 외부 부재(200) 모두가 제 1 보어(202) 내로 내부 부재(300)를 삽입하는 결합에 적절한 각각의 내부 및 외부 부재들의 각각의 수축 및 팽창을 달성하기에 적합한 온도들이 되게 하는 것을 또한 고려한다. 일단 충분한 팽창 및/또는 수축이 달성된다면, 내부 부재(300)는 제 1 보어(202) 내로 삽입된다. 내부 부재(104, 300)를 외부 부재(102, 200) 내로 삽입할 때, 조립된 커넥터(100)가 상온(atmospheric temperature)이 되게 하고 각각의 부재들의 각각의 팽창 및/또는 수축은 두 개의 구성 요소들 사이의 압축식 접촉(compressive contact)을 초래한다.
일 양태에서 부재들이 실질적으로 동일한 온도일 때, 내부 부재(104, 300)는 외부 부재(102, 200) 내로 기계적으로 가압된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 일 예에서 내부 부재(300, 406)는 외부 단부(200) 내로 가압하는 것 또는 인쇄 회로 기판(402, 404) 내로 또는 인쇄 회로 기판을 통해 삽입하는 것을 용이하게 하는 테이퍼(302, 408)를 갖는 하나 이상의 단부 가까이에 구성된다.
요약하면, 내부 부재(300)는 외부 부재(200) 내로 가압될 수 있거나 수축 끼워 맞춤 또는 제 1 보어(202)의 주변부에 적어도 부분적으로 외부 부재(200)와 억지 끼워 맞춤(interference fit) 관계인 내부 부재(300)를 위치시키는 다른 적합한 기술을 통해 외부 부재(200) 내로 삽입될 수 있다. 그러나, 커넥터(100)를 조립하는 다른 적합한 방법들은 또한 본 발명의 사상으로부터 벗어남 없이 사용될 수 있다.
조립 후에, 커넥터(100, 414)는 인쇄 회로 기판(402, 404)들을 위한 전기적 및 기계적 연결들로써 사용될 수 있다. 예를 들어, 외부 부재(410)는 내부 부재(406)를 위한 구성 요소를 제한하는 역할을 하고; 하나 이상 그리고 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 회로 기판(402, 404)들에 따라 지지의 역할을 하고; 바람직하다면, 열 흡수원의 역할을 하고; 원형, 직사각형 또는 임의의 다른 적합한 형태이며; 내부 부재와 동일하거나 상이한 재료이며; 예를 들어 리플로우(reflow)와 같은, 솔더링을 용이하게 하도록 솔더를 수용하는 인쇄 회로 기판 경계 표면(206)에 근접하게 제 2 보어(204)(예를 들어, 그루브 또는 내부 제거부(core out))를 선택적으로 한정하며; 및 바람직하다면, 예를 들어 인쇄 회로 기판(402, 404) 패드에 솔더링되는 것에 의해 전기 연결의 역할을 한다. 또한, 내부 부재(406)는 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404) 및 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404)들의 기계적 유지(retention)의 역할을 하며; 전도성이고, 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404) 및 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404)들로의 전기 연결부로서의 역할을 하며; 바람직하다면, 열 흡수원의 역할을 하며; 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404) 및 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404)들 내로 솔더링 되거나 가압될 수 있으며; 및 바람직하게 부분적으로 또는 완전히 도금되거나 도금되지 않는다.
일 양태에서 커넥터(414)는 수동 또는 자동화된 픽 앤 플레이스(pick and place)(그리퍼(gripper)들, 진공(vaccum) 등) 공정들에 의해 인쇄 회로 기판(402, 404) 상에 위치될 수 있다. 더욱이, 커넥터(414)는 하나의 인쇄 회로 기판(402) 내로 가압될 수 있고 이후에 또 다른 인쇄 회로 기판(404)이 가압될 수 있으며; 게다가, 커넥터(414)가 하나의 인쇄 회로 기판(402) 상에 위치될 수 있고 또 다른 인쇄 회로 기판(404)이 커넥터(414)의 자유 단부 상에 위치될 수 있고 조립체가 리플로우(reflow)될 수 있다. 또한, 커넥터(414)가 하나의 인쇄 회로 기판(402) 내로 위치될 수 있고, 웨이브 솔더링(wave solder)되고 이어서 또 다른 인쇄 회로 기판(404)이 커넥터(414)의 자유 단부 상에 위치될 수 있고 웨이브 솔더링될 수 있다. 본 개시는 커넥터를 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404), 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404), 또는 다른 적합한 구성 요소들과 함께 연결하는 상기 방법들의 조합들을 사용하는 것을 또한 고려한다.
일 양태에서, 일체형 커넥터(100)는 후속하는 방법에 따라 구성된다. 두께가 t 인 벽을 가지고 직경 DB 의 제 1 보어(202) 및 직경 DI 를 한정하는 외부 부재(300)가 제공되며, 여기서 DI > DB . 외부 부재(200)는 이의 직경을 DB1 까지 팽창시키기 위한 충분히 높은 온도들로 가열되며, 여기서 DB1 > DI . 외부 부재의 온도는 올라가는 동시에 내부 부재(300)가 외부 부재(200) 내로 삽입된다. 내부 부재(104, 300)가 외부 부재(102, 200) 내로 삽입될 때 커넥터(100)가 δ = DI - DB 의 직경 간섭을 초래하게 냉각된다. 이러한 수축은 부재(102, 104)들 사이의 기계적이고 전기적인 접촉을 유지시키는데 이용된다. 벽 두께 및 다른 기하학적 변수들이 특정된 값들 아래로 남아있는 각각의 구성 요소의 응력 레벨들을 유지시키도록 선택된다.
예를 들어, 내부 부재(104)에 의해 외부 부재(102) 상에 행사되는 압력, PI , 및 외부 부재(102)에 의해 내부 부재(104) 상에 행사되는 압력, PO 는 평형을 만족하도록 동일해야 한다. 또한, 경계부 반경 b는 두 부재(102, 104)들 모두에 대해 포스트 압입(post press) 또는 수축 공정(shrink process)에 대해 공통적이어야 한다. 유사하게, 각각의 모든 응력들은 각각의 부재(102, 104)의 재료(들)의 각각의 항복 응력 아래여야 한다.
따라서, 내부 반경, 즉 외부 부재(102)와 내부 부재(104) 사이의 경계부의 반경이 b 이고 외부 반경, 즉 내부 부재(104)와 외부 부재(102) 사이의 경계부를 둘러싸는 외부 부재(102)의 반경이 c 이고 στ 및 σθ가 각각의 위치에서 각각 반경의 응력들 및 각도의 응력들을 나타내는 커넥터(100)에 대하여:
r=b 인 외부 부재의 내부 표면에서의 응력들은:
및 이고,
r=c 인 외부 부재의 외부 표면에서의 응력들은:
및 이고,
r=b 인 내부 부재의 내부 표면에서의 응력들은:
στ =PO 및 σθ = PO 이고,
r=0 인 내부 부재의 중심에서의 응력들은:
및 σθ = 2PO 이다.
따라서, 내부 부재 및 외부 부재가 상이한 재료들을 포함한다면, 압력 P는:
이며,
P는 압축 및 수축 압력이다;
PO 는 내부 부재 상에 외부 부재의 압력이다;
PI 는 외부 부재 상에 내부 부재의 압력이다;
E0 는 내부 부재의 재료의 탄성의 계수이다;
EI 는 내부 부재의 재료의 탄성의 계수이다;
b는 내부 부재의 외부 반경 및 외부 부재의 내부 반경이다;
c는 외부 부재의 외부 반경이다;
υ0 는 외부 부재의 재료의 푸아송 비(Poisson's ratio)이다;
υI 는 내부 부재의 재료의 푸아송 비이다.
당업자들은 매우 다양한 개선예들, 변형예들, 및 조합들이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 설명된 실시예들과 관련하여 만들어질 수 있고, 이러한 개선예들, 변경예들, 및 조합들이 본 발명의 범주 내에서 존재하는 것으로써 관찰될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 당업자들은 본원에 설명된 접근법들이 또한 상기에 기입된 것들을 제외한 디자인 구성 요소들 및 장치들에 사용될 것임을 이해할 것이다.
도 1을 참조로 하여, 일 양태에서 커넥터(100)는 외부 부재(102) 및 내부 부재(104)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하고 도 1을 계속하여 참조하면, 외부 부재(102, 300)는 실질적으로 환형 횡 단면을 갖는 개방형 직원 원통형이고, 따라서 적어도 부분적으로 제 1 보어(202)에서 원통형(circular cylindrical) 내부 부재(104, 300)를 수용하도록 구성되는 원통형 제 1 보어(202)를 한정한다. 그러나 다른 예들에서 외부 부재(200) 및 내부 부재(300)는 다른 적합한 형태들, 예를 들어 비-원통형(non-circular cylinder), 다면체(polyhedron), 타원체(ellipsoid) 또는 그 밖의 형태를 가질 수 있다. 유사하게, 제 1 보어(202)는 다른 적합한 형태들, 일 예에서 원형이 아닌 실린더, 다면체, 타원체 또는 그 밖의 형태에 의해 한정될 수 있다. 게다가, 예에서 내부 부재(300) 및 외부 부재(200)의 외부 형태들과 제 1 보어(202)를 한정하는 형태는 서로 유사하고, 다른 예들에서 내부 부재(300) 및 외부 부재(200)의 외부 형태들과 제 1 보어(202)를 한정하는 형태는 필요할 수는 있으나 서로 유사하지 않다. 예를 들어, 외부 부재(200)는 우측 원통형 제 1 보어(202)를 갖는 평행육면체형(parallelepiped)과 비슷하고, 내부 부재(300) 프리즘(prism)과 비슷하다. 더욱이, 공개물은 적합한 형태들이 예를 들어, 전기의 전도(conduction), 열 전도, 열 복사, 대류, 표면 영역, 강성, 또는 그 밖의 요소와 같은 커넥터(100)의 일정한 요소들을 강화시키거나 극대화시키도록 선택될 수 있는 것을 고려한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 일 양태에서 외부 부재(200)는 내부 부재(300)를 수용하도록 구성되고, 내부 부재(300)는 제 1 보어(202)의 횡 단면보다 적어도 부분적으로 더 큰 횡단면을 가진다. 예를 들어, 외부 부재(200)는 압입 끼워 맞춤(press fit) 및 수축 끼워 맞춤(shrink fit) 기술 중 하나 이상의 사용을 통해 내부 부재(300)를 수용하도록 구성된다.
도 2 및 도 3을 계속적으로 참조하고 도 1을 다시 참조하면, 일 양태에서 내부 부재(104, 300)는 제 1 보어(202) 내로 적어도 부분적으로 삽입된다. 일 예에서 내부 부재(104, 300)는 압입 끼워 맞춤(press fit) 및 수축 끼워 맞춤(shrink fit) 기술 중 하나 이상의 사용을 통해 제 1 보어(202) 내로 적어도 부분적으로 삽입된다.
일 양태에서 내부 부재(104, 300)는 외부 부재보다 더 길고, 커넥터(100) 내로 조립될 때 외부 부재(102, 300)의 두 개의 단부(208, 210)들을 넘어 돌출되도록 구성된다. 그러나 , 본 개시는, 내부 부재(104, 300)가 외부 부재(102, 200)와 동일한 길이이거나 보다 더 짧고 그리고 내부 부재(104, 300)는 외부 부재(102, 200)의 두 개보다 많거나 적은 단부들을 넘어(beyond more or less than two ends of the outer member), 예를 들어 외부 부재(102, 200)의 하나, 셋 또는 그 초과의 측부들을 넘어(beyond one, three, or more sides) 돌출하는 예들을 고려한다.
도 4를 참조하고 도 3을 계속하여 참조하면, 일 양태에서 내부 부재(300, 406)의 하나 이상의 단부 섹션이 하나 이상의 인쇄 회로 기판(PCB)(402, 404)에 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 내부 부재(300, 406)의 하나 이상의 단부 섹션은 인쇄 회로 기판(402, 404)의 하나 이상의 표면을 통해 관통하도록 구성된다. 일 예에서, 내부 부재는 테이퍼(302, 408)를 하나 이상의 단부 섹션으로 한정함에 의해 인쇄 회로 기판(402, 406)의 하나 이상의 표면을 통해 관통하도록 구성된다. 또한, 본 개시는 내부 부재의 하나 이상의 단부 섹션이 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404)의 하나 이상의 표면에 근접하게 도달하도록 구성되는 내부 부재(300, 406)를 고려한다. 예를 들어, 내부 부재(300)의 단부 섹션들 중 하나 이상은 인쇄 회로 기판(402, 404) 내로 압입 끼워 맞춤되도록 구성된다. 그러나, 본 개시는 또한 내부 부재(300, 406)의 단부 섹션들 중 하나 이상이 인쇄 회로 기판(402, 404) 내의 보어(412)를 통해 통과하도록 구성되는 예들 및 내부 부재(300, 406)의 단부 섹션들 중 하나 이상이 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402. 404)에 솔더링(solder)되도록 구성되는 예들을 고려한다. 일 예에서, 내부 부재(300, 406)는 적어도 부분적으로 도금(plate)되며, 예를 들어 단부 섹션들 중 하나 이상이 도금되고, 중간 단면이 도금되거나 전체의 내부 부재(300, 406)가 도금된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 일 양태에서 외부 부재(102, 200)가 솔더를 수용하도록 구성된다. 일 예에서 외부 부재가 솔더(solder)를 내부 부재(104)에 인접한 제 2 보어(106, 204) 내로 수용하도록 구성된다. 그러나, 본 개시는 내부 부재에 인접한 보어가 아닌 위치들, 예를 들어 외부 부재(206)의 말단(terminal) 표면, 또는 그 밖의 위치에서 솔더를 수용하도록 구성되는 외부 부재들을 또한 고려한다. 일 예에서 외부 부재는 솔더에 의해 적어도 부분적으로 가용성이 될 수 있거나 그렇지 않으면 하나 이상의 인쇄 회로 기판에 솔더링되도록 구성된다. 그러나, 본 개시는 솔더에 의해 가용적으로 되지 않는 외부 부재들 및 솔더링할 수 없는 외부 부재들을 또한 고려한다.
일 양태에서, 내부 및 외부 부재들은 상이한 재료들을 포함한다. 일 예에서 내부 부재(104, 300)는 구리(copper), 또한 일 예에서 전기 전도체, 열 전도체, 구조적으로 강성 재료, 그 밖의 것과 같은 또 다른 적합한 재료를 포함한다. 일 예에서 외부 부재(102, 200)는 강철(steel), 또는 예를 들어 전기 전도체, 열 전도체, 구조적 강성 재료 또는 다른 재료와 같은, 내부 부재(104, 300)의 재료와 상이한 적합한 재료를 포함한다. 그러나, 본 개시는 동일한 재료, 예를 들어 구리 및 예를 들어 전기 전도체, 열 전도체, 구조적 강성 재료, 또는 다른 재료와 같은, 동일한 카테고리(category)들과 상이한 재료들을 포함하는 내부 부재(104, 300) 및 외부 부재(102, 200)를 또한 고려한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 예에서 커넥터(100)는 후속하는 방법에 따라 조립된다. 외부 부재(200)가 내부 부재(300)를 제 1 보어(202) 내로 삽입하기에 적절한 제 1 보어(202)의 팽창을 달성하는 온도가 되게 한다. 대안적으로, 내부 부재(300)가 제 1 보어(202) 내로 내부 부재(300)를 삽입하기에 적절한 내부 부재(300)의 수축을 달성하는 온도가 되게 한다. 본 개시는 내부 부재(300) 및 외부 부재(200) 모두가 제 1 보어(202) 내로 내부 부재(300)를 삽입하는 결합에 적절한 각각의 내부 및 외부 부재들의 각각의 수축 및 팽창을 달성하기에 적합한 온도들이 되게 하는 것을 또한 고려한다. 일단 충분한 팽창 및/또는 수축이 달성된다면, 내부 부재(300)는 제 1 보어(202) 내로 삽입된다. 내부 부재(104, 300)를 외부 부재(102, 200) 내로 삽입할 때, 조립된 커넥터(100)가 상온(atmospheric temperature)이 되게 하고 각각의 부재들의 각각의 팽창 및/또는 수축은 두 개의 구성 요소들 사이의 압축식 접촉(compressive contact)을 초래한다.
일 양태에서 부재들이 실질적으로 동일한 온도일 때, 내부 부재(104, 300)는 외부 부재(102, 200) 내로 기계적으로 가압된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 일 예에서 내부 부재(300, 406)는 외부 단부(200) 내로 가압하는 것 또는 인쇄 회로 기판(402, 404) 내로 또는 인쇄 회로 기판을 통해 삽입하는 것을 용이하게 하는 테이퍼(302, 408)를 갖는 하나 이상의 단부 가까이에 구성된다.
요약하면, 내부 부재(300)는 외부 부재(200) 내로 가압될 수 있거나 수축 끼워 맞춤 또는 제 1 보어(202)의 주변부에 적어도 부분적으로 외부 부재(200)와 억지 끼워 맞춤(interference fit) 관계인 내부 부재(300)를 위치시키는 다른 적합한 기술을 통해 외부 부재(200) 내로 삽입될 수 있다. 그러나, 커넥터(100)를 조립하는 다른 적합한 방법들은 또한 본 발명의 사상으로부터 벗어남 없이 사용될 수 있다.
조립 후에, 커넥터(100, 414)는 인쇄 회로 기판(402, 404)들을 위한 전기적 및 기계적 연결들로써 사용될 수 있다. 예를 들어, 외부 부재(410)는 내부 부재(406)를 위한 구성 요소를 제한하는 역할을 하고; 하나 이상 그리고 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 회로 기판(402, 404)들에 따라 지지의 역할을 하고; 바람직하다면, 열 흡수원의 역할을 하고; 원형, 직사각형 또는 임의의 다른 적합한 형태이며; 내부 부재와 동일하거나 상이한 재료이며; 예를 들어 리플로우(reflow)와 같은, 솔더링을 용이하게 하도록 솔더를 수용하는 인쇄 회로 기판 경계 표면(206)에 근접하게 제 2 보어(204)(예를 들어, 그루브 또는 내부 제거부(core out))를 선택적으로 한정하며; 및 바람직하다면, 예를 들어 인쇄 회로 기판(402, 404) 패드에 솔더링되는 것에 의해 전기 연결의 역할을 한다. 또한, 내부 부재(406)는 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404) 및 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404)들의 기계적 유지(retention)의 역할을 하며; 전도성이고, 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404) 및 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404)들로의 전기 연결부로서의 역할을 하며; 바람직하다면, 열 흡수원의 역할을 하며; 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404) 및 바람직하게는 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404)들 내로 솔더링 되거나 가압될 수 있으며; 및 바람직하게 부분적으로 또는 완전히 도금되거나 도금되지 않는다.
일 양태에서 커넥터(414)는 수동 또는 자동화된 픽 앤 플레이스(pick and place)(그리퍼(gripper)들, 진공(vaccum) 등) 공정들에 의해 인쇄 회로 기판(402, 404) 상에 위치될 수 있다. 더욱이, 커넥터(414)는 하나의 인쇄 회로 기판(402) 내로 가압될 수 있고 이후에 또 다른 인쇄 회로 기판(404)이 가압될 수 있으며; 게다가, 커넥터(414)가 하나의 인쇄 회로 기판(402) 상에 위치될 수 있고 또 다른 인쇄 회로 기판(404)이 커넥터(414)의 자유 단부 상에 위치될 수 있고 조립체가 리플로우(reflow)될 수 있다. 또한, 커넥터(414)가 하나의 인쇄 회로 기판(402) 내로 위치될 수 있고, 웨이브 솔더링(wave solder)되고 이어서 또 다른 인쇄 회로 기판(404)이 커넥터(414)의 자유 단부 상에 위치될 수 있고 웨이브 솔더링될 수 있다. 본 개시는 커넥터를 하나 이상의 인쇄 회로 기판(402, 404), 두 개 또는 그 초과의 인쇄 회로 기판(402, 404), 또는 다른 적합한 구성 요소들과 함께 연결하는 상기 방법들의 조합들을 사용하는 것을 또한 고려한다.
일 양태에서, 일체형 커넥터(100)는 후속하는 방법에 따라 구성된다. 두께가 t 인 벽을 가지고 직경 DB 의 제 1 보어(202) 및 직경 DI 를 한정하는 외부 부재(300)가 제공되며, 여기서 DI > DB . 외부 부재(200)는 이의 직경을 DB1 까지 팽창시키기 위한 충분히 높은 온도들로 가열되며, 여기서 DB1 > DI . 외부 부재의 온도는 올라가는 동시에 내부 부재(300)가 외부 부재(200) 내로 삽입된다. 내부 부재(104, 300)가 외부 부재(102, 200) 내로 삽입될 때 커넥터(100)가 δ = DI - DB 의 직경 간섭을 초래하게 냉각된다. 이러한 수축은 부재(102, 104)들 사이의 기계적이고 전기적인 접촉을 유지시키는데 이용된다. 벽 두께 및 다른 기하학적 변수들이 특정된 값들 아래로 남아있는 각각의 구성 요소의 응력 레벨들을 유지시키도록 선택된다.
예를 들어, 내부 부재(104)에 의해 외부 부재(102) 상에 행사되는 압력, PI , 및 외부 부재(102)에 의해 내부 부재(104) 상에 행사되는 압력, PO 는 평형을 만족하도록 동일해야 한다. 또한, 경계부 반경 b는 두 부재(102, 104)들 모두에 대해 포스트 압입(post press) 또는 수축 공정(shrink process)에 대해 공통적이어야 한다. 유사하게, 각각의 모든 응력들은 각각의 부재(102, 104)의 재료(들)의 각각의 항복 응력 아래여야 한다.
따라서, 내부 반경, 즉 외부 부재(102)와 내부 부재(104) 사이의 경계부의 반경이 b 이고 외부 반경, 즉 내부 부재(104)와 외부 부재(102) 사이의 경계부를 둘러싸는 외부 부재(102)의 반경이 c 이고 στ 및 σθ가 각각의 위치에서 각각 반경의 응력들 및 각도의 응력들을 나타내는 커넥터(100)에 대하여:
r=b 인 외부 부재의 내부 표면에서의 응력들은:
및 이고,
r=c 인 외부 부재의 외부 표면에서의 응력들은:
및 이고,
r=b 인 내부 부재의 내부 표면에서의 응력들은:
στ =PO 및 σθ = PO 이고,
r=0 인 내부 부재의 중심에서의 응력들은:
및 σθ = 2PO 이다.
따라서, 내부 부재 및 외부 부재가 상이한 재료들을 포함한다면, 압력 P는:
이며,
P는 압축 및 수축 압력이다;
PO 는 내부 부재 상에 외부 부재의 압력이다;
PI 는 외부 부재 상에 내부 부재의 압력이다;
E0 는 내부 부재의 재료의 탄성의 계수이다;
EI 는 내부 부재의 재료의 탄성의 계수이다;
b는 내부 부재의 외부 반경 및 외부 부재의 내부 반경이다;
c는 외부 부재의 외부 반경이다;
υ0 는 외부 부재의 재료의 푸아송 비(Poisson's ratio)이다;
υI 는 내부 부재의 재료의 푸아송 비이다.
당업자들은 매우 다양한 개선예들, 변형예들, 및 조합들이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 설명된 실시예들과 관련하여 만들어질 수 있고, 이러한 개선예들, 변경예들, 및 조합들이 본 발명의 범주 내에서 존재하는 것으로써 관찰될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 당업자들은 본원에 설명된 접근법들이 또한 상기에 기입된 것들을 제외한 디자인 구성 요소들 및 장치들에 사용될 것임을 이해할 것이다.
Claims (21)
- 회로 커넥터로서,
내부에 형성된 제 1 보어를 갖는 외부 부재; 및
상기 제 1 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되는 내부 부재를 포함하며,
상기 내부 부재가 상기 제 1 보어의 주변부에서 상기 외부 부재와 억지 끼워 맞춤 관계에 있고,
상기 내부 부재 및 상기 외부 부재는 서로 다른 재료들을 포함하며, 상기 내부 부재는 상기 내부 부재와 상기 외부 부재 사이의 압축식 접촉에 의해 상기 외부 부재에 끼워 맞춰지고, 상기 압축식 접촉은 상기 내부 부재와 상기 외부 부재의 각각의 팽창 또는 수축에 의한 것인,
회로 커넥터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 부재는 제 1 원통형 단면을 포함하는,
회로 커넥터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 원통형 단면은 환형 횡 단면을 가지는,
회로 커넥터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 부재는 내부에 형성된 제 2 보어를 갖고, 상기 제 2 보어는 상기 제 1 보어와 적어도 부분적으로 겹쳐지지 않는,
회로 커넥터.
- 제 4 항에 있어서,
상기 외부 부재가 상기 제 2 보어에서 솔더(solder)를 수용하도록 구성되는,
회로 커넥터.
- 제 5 항에 있어서,
상기 외부 부재는 환형 횡 단면을 갖는 제 2 원통형 단면을 포함하며, 상기 제 2 원통형 단면은 상기 제 2 보어를 한정하는,
회로 커넥터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내부 부재는 제 3 원통형 단면을 포함하는,
회로 커넥터.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 3 원통형 단면은 디스크(disc)형 횡 단면을 갖는,
회로 커넥터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내부 부재는 전기 전도체를 포함하는,
회로 커넥터.
- 제 9 항에 있어서,
상기 전기 전도체가 구리를 포함하는,
회로 커넥터.
- 제 9 항에 있어서,
상기 전기 전도체는 전기 전도성 외부 도금 층을 포함하는,
회로 커넥터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 부재는 열 전도체를 포함하는,
회로 커넥터.
- 제 12 항에 있어서,
상기 열 전도체는 강철인,
회로 커넥터.
- 제 12 항에 있어서,
상기 내부 부재는 적어도 하나의 단부가 테이퍼 형상(taper)인,
회로 커넥터.
- 제 12 항에 있어서,
상기 내부 부재는 인쇄 회로 기판과 결합하도록 구성되는,
회로 커넥터.
- 회로 연결 방법으로서,
인쇄 회로 기판을 제공하는 단계;
커넥터를 제공하는 단계;
상기 커넥터를 상기 인쇄 회로 기판에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결시키는 단계
를 포함하며,
상기 커넥터는 내부에 형성된 제 1 보어를 갖는 외부 부재 및 상기 제 1 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되는 내부 부재를 포함하며, 상기 내부 부재는 상기 제 1 보어의 주변부에서 상기 외부 부재와 억지 끼워 맞춤 관계에 있고, 상기 내부 부재는 전기 전도체이며,
상기 외부 부재는 상기 내부 부재와 다른 재료들을 포함하며, 상기 내부 부재는 상기 내부 부재와 상기 외부 부재 사이의 압축식 접촉에 의해 상기 외부 부재에 끼워 맞춰지고, 상기 압축식 접촉은 상기 내부 부재와 상기 외부 부재의 각각의 팽창 또는 수축에 의한 것인,
회로 연결 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 연결시키는 단계는, 상기 커넥터를 상기 인쇄 회로 기판 내로 적어도 부분적으로 가압하는 단계를 포함하는,
회로 연결 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 연결시키는 단계는, 솔더 페이스트(solder paste)를 상기 커넥터 및 상기 인쇄 회로 기판 중 하나에 적용시키는 단계; 솔더 리플로우(solder reflow)에 의해 상기 인쇄 회로 기판에 상기 커넥터의 솔더링을 용이하게 하도록 상기 인쇄 회로 기판 주위로 상기 커넥터를 배치하는 단계; 및 상기 솔더 페이스트를 리플로우하는 단계를 포함하는,
회로 연결 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 연결시키는 단계는, 상기 커넥터를 상기 인쇄 회로 기판에서의 보어 내로 적어도 부분적으로 삽입시키는 단계; 및 상기 커넥터를 상기 인쇄 회로 기판에 웨이브 솔더링하는 단계를 포함하는,
회로 연결 방법.
- 인쇄 회로 기판 조립체로서,
제 1 및 제 2 인쇄 회로 기판; 및
내부에 형성된 제 1 보어를 갖는 외부 부재 및 상기 제 1 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되는 내부 부재를 포함하는 커넥터
를 포함하며,
상기 내부 부재는 상기 제 1 보어의 주변부에서 상기 외부 부재와 억지 끼워 맞춤 관계에 있고, 상기 내부 부재는 전기 전도체이며,
상기 커넥터는 솔더 리플로우, 웨이브 솔더링 및 압입 끼워 맞춤 중 적어도 하나에 의해 각각의 인쇄 회로 기판에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되고,
상기 외부 부재는 상기 내부 부재와 다른 재료들을 포함하며, 상기 내부 부재는 상기 내부 부재와 상기 외부 부재 사이의 압축식 접촉에 의해 상기 외부 부재에 끼워 맞춰지고, 상기 압축식 접촉은 상기 내부 부재와 상기 외부 부재의 각각의 팽창 또는 수축에 의한 것인,
인쇄 회로 기판 조립체.
- 제 20 항에 있어서,
상기 외부 부재는 열 전도체를 포함하는,
인쇄 회로 기판 조립체.
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