ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится в основном к многовыводным или многоконтактным электрическим соединителям для соединения электрических контактов различных форм. Более конкретно, изобретение относится к электрическим соединителям, принадлежащим к типу газонепроницаемых электрических соединений, предусматривающих пробивку диэлектрика, которые предназначены для осуществления быстрого и недорогого соединения широкой номенклатуры контактов с обычной гибкой схемой, ленточным кабелем или герметизированных жгутом проводов круглого сечения. Наиболее конкретно, изобретение относится к электрическому соединителю, который оканчивается количеством контактов на дюйм, вдвое превышающим соответствующее количество у обычного, прорезающего изоляцию соединителя, и исключает излишнюю пайку мягким припоем/ опрессовку или сварку, обычно связанную с прикреплением контакта соединителя к соединительной схеме.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычные электрические соединители предназначены для соединения схемных токопроводящих дорожек гибкой схемы с системой пружинных контактов. Обычно поверхность гибкой схемы нужно подготавливать перед соединением. Подготовка гибкой схемы обычно включает в себя трудоемкие интенсивные работы по соскабливанию диэлектрика, очистке открытого проводника или провода и последующего припаивания мягким припоем каждого отдельного проводника системы пружинных контактов к каждому проводнику или проводу гибкой схемы. В качестве части причин, по которым многие соединители требуют интенсивной подготовки гибкой схемы, можно отметить, что многие обычные проводники не способствуют операции зачистки, проводимой для очистки проводников гибкой схемы. Некоторые соединители также не обеспечивают газонепроницаемое уплотнение при осуществлении электрического соединения, так что возможен контакт воздуха с проводниками, вызывающий окисление и последующее ухудшение качества соединения вследствие окисления, происходящего на проводниках.
Многие обычные многовыводные соединители содержат охватываемый и охватывающий корпуса, соединяемые друг с другом для закрепления соединений выводов, установленных внутри этих корпусов. Многие соединители требуют приложения усилия значительной величины для полного сцепления многочисленных соединяемых выводов. Соединители с нулевым усилием сочленения одного типа имеют целью уменьшение или исключения усилия, обычно необходимого для осуществления соединения. При уменьшении усилия, в некоторых системах соединителей применяются кулачковые устройства или кулачковые зажимные элементы. Кулачковые зажимные элементы обычно включают в себя одну или несколько поверхностей кулачков на рукоятке или рычаге оператора, который устанавливают в корпус одной из сопрягаемых половинок соединителя. Корпус другой половинки соединителя имеет один или более выступающих роликов, работающих от кулачков, для сцепления с поверхностью кулачка (поверхностями кулачков) таким образом, что при перемещении рычага или рукоятки в желаемом направлении, поверхность кулачка воздействует (поверхности кулачков воздействуют) на ролик, работающий от кулачка (ролики, работающие от кулачков), стягивая половинки соединителя друг с другом и вынуждая надежное сцепление контактов.
Соединители с нулевым усилием сочленения другого типа обычно имеют корпус, в котором множество выводов установлены в виде матрицы в основном параллельных рядов. Чтобы прижать гибкий плоский кабель, гибкую печатную плату и т.п. к контактным частям выводов, применяют активизирующий элемент, такой, как прижимной элемент. Чтобы сохранить относительно малый размер соединителей и свести усилие сочленения, необходимое для соединения выводов, к минимуму, некоторые соединители выполнены с активизирующими элементами или прижимными элементами, которые установлены с возможностью поворота или качания на корпусе и предназначены для перемещения между первыми, открытыми положениями, создающими возможность свободной вставки кабелей в корпуса соединителей, и вторыми, закрытыми положениями для зажима кабелей у контактных частей выводов.
Одной из проблем, связанной с соединителями, имеющими вращающиеся активизирующие элементы, кулачки или прижимные элементы, является склонность прижимного элемента к перемещению обратно в его открытое положение, когда к гибкому плоскому кабелю приложены нежелательные внешние усилия. Гибкий плоский кабель склонен поднимать и поворачивать прижимной элемент, вследствие чего гибкий плоский кабель высвобождается из соединителя и возникает возможность повреждения выводов в процессе извлечения гибкого плоского кабеля из или его отсоединения от соединителя.
Таким образом, существует потребность в недорогом, легко собираемом соединителе, который исключает дорогостоящие, времяемкие операции подготовки, обычно применяемые для изготовления большинства соединителей, и который исключает деформацию на электрическом соединении или непреднамеренное отсоединение за счет надежной блокировки плоского гибкого кабеля, гибкой печатной платы, жгута проводов круглого сечения и т.п. на нужном месте внутри соединителя и получения тем самым газонепроницаемого уплотнения.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основном конкретном варианте осуществления, изобретение представляет собой соединитель, который точно выравнивает каждый контакт с предназначенным для него проводником. Отдельные контакты, по меньшей мере, одного контакта или/ по меньшей мере, одного составного динамического контакта постепенно сцепляются с проводящей схемой (гибким кабелем, гибкой печатной платой, жгутом проводов круглого сечения) и прикладывают достаточное усилие для пробивки диэлектрика схемы, а не ее отдельных проводников, посредством скошенной плоскости для пробивки изоляции на каждом контакте. В первом диапазоне отклонения, контакт (контакты) отклоняется (отклоняются) проводником схемы таким образом, что происходит соскабливание (удаление, отслаивание) всего изолирующего диэлектрика и большей части клея на одной стороне проводящей схемы, но при этом не происходит пробивка проводника.
В одном конкретном варианте осуществления, возможен поворотный кулачок или цилиндр, в который проходит схема. Часть схемы фиксируется в кулачке. Схема может частично входить в кулачок или проходить его насквозь. Когда кулачок или цилиндр поворачивается, совершая свой цикл поворота, проводящая схема наматывается вокруг него, причем этот кулачок или цилиндр включает в себя приподнятые элементы, предназначенные для подъема, по меньшей мере, одного проводника гибкой схемы, обеспечивая электрическое соединение с отклоняемым контактом и последующий подъем этого отклоняемого электрического контакта с переводом его во второй диапазон отклонения. При отклонении с переводом во второй диапазон отклонения, контакт перемещает (контакты перемещают) плоскость для пробивки изоляции, имеющийся в контакте, в нейтральное (нережущее) положение, и это значительно увеличивает контактное усилие на проводнике схемы.
Эта последовательность механических событий переводит выполняемые по выбору концентраторы усилия на контакте (контактах) в соединение высокого давления с проводниками проводящей схемы. Контакт предназначен для приложения достаточного давления между каждым контактом и сопрягаемым с ним проводником для пробивки всего остающегося клея и осуществления контакта “металл - металл” или “чистовая поверхность к чистовой поверхности”. В другом конкретном варианте осуществления, возможен контактный модуль, содержащий, по меньшей мере, один составной динамический контакт, но имеющий часть, активизирующую контакт, вместо кулачка. В любом из этих двух конкретных вариантов осуществления, простой контакт, имеющий плоскость для пробивки изоляции, пробивает верхний слой диэлектрика и отслаивает его от гибкой проводящей схемы таким образом, что между отдельными проводниками гибкой печатной схемы образуется частичное уплотнение.
Поэтому один аспект изобретения заключается в том, чтобы разработать соединительную систему для быстрого и недорогого соединения контактов широкой номенклатуры форм с обычными проводящими схемами, такими, как гибкая схема, ленточный кабель или жгут проводов круглого сечения.
Другой аспект изобретения заключается в том, чтобы предусмотреть поверхность раздела внутри корпуса соединителя, который выполнен с возможностью адаптации к определяемой приложением форме контактов, выходящих из корпуса соединителя. Выходящие контакты могут быть выполнены в виде простого контактного штыря для вставки в печатную плату или сложной пружины, предназначенной для сопряжения с другими соединителями.
Дополнительный аспект изобретения заключается в том, чтобы разработать соединитель, который исключает излишние операции удаления изоляции и очистки проводников гибкой схемы, а также пайки мягким припоем, опрессовки или сварки, которые обычно связаны с прикреплением контакта соединителя к соединительной схеме.
Еще один аспект заключается в том, чтобы разработать уплотняющий механизм, в котором смещенный диэлектрик и клей проводящей схемы прижаты у боковых стенок корпуса соединителя, обеспечивая частичный контакт, для уплотнения проводника. Это уплотнение легко можно сделать постоянным путем нагрева каждого проводника схемы до температуры, которая вызывает течение диэлектрика и тем самым уплотняет поверхность раздела контакта с проводником.
Еще один дополнительный аспект заключается в том, чтобы разработать соединитель, который пробивает верхний слой диэлектрика проводящей схемы, оставляя нетронутым основной ламинированный слой. За счет исключения необходимости удаления или пробивки основного слоя диэлектрика, поддерживается размерная стабильность проводящей схемы и предотвращается разрыв или повреждение проводящей схемы. Кроме того, предотвращается любой риск изменения электрических или диэлектрических параметров проводящей схемы.
Дополнительный аспект изобретения заключается в том, чтобы разработать соединитель, который можно устанавливать на конец гибкой проводящей схемы без предварительного удаления диэлектрика из концевой зоны, который можно устанавливать без применения инструментов и который можно легко соединять с сопрягаемым соединителем минимальными движениями рук и без необходимости визуального контроля места соединения.
Еще один аспект заключается в том, чтобы разработать соединитель, который является относительно простым и недорогим в массовом производстве.
Еще один аспект заключается в том, чтобы разработать соединитель, который придает гибкой схеме такую конфигурацию, что схема не испытывает деформацию и при этом обеспечивается защита электропроводной поверхности раздела контакта с проводником.
Еще один аспект заключается в том, чтобы разработать систему контактов низкого давления, которую можно применять в тех приложениях, где требуется поверхность раздела “золото - золото” или соединитель с нулевым усилием сочленения (НУС). В приложении такого типа, сначала - перед тем, как вставлять схему в соединитель, - нужно удалить с нее изолирующее покрытие для гибких схем.
Примеры других аспектов изобретения будут приведены на рассматриваемых ниже прилагаемых чертежах в подробном описании предпочтительных конкретных вариантов осуществления изобретения, а также в прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1а представлено поперечное сечение на виде с торца с разделением деталей конкретного варианта осуществления соединителя с использованием кулачка.
На фиг.1b представлен вид спереди с разделением деталей соединителя, показанного на фиг.1а.
На фиг.2а представлен вид сверху составного динамического контакта, где показаны - в этом примере - два отдельных контакта, отделенные друг от друга диэлектриком и ламинированные вместе.
На фиг.2b представлен вид сбоку контакта со сжимаемыми пазами и концентраторами усилий, где показан первый диапазон отклонения.
На фиг.2с представлен вид сбоку контакта со сжимаемыми пазами и концентраторами усилий, где показан второй диапазон отклонения при сжатии сжимаемых пазов.
На фиг.3а представлено поперечное сечение активизирующего кулачка и, по меньшей мере, одного контакта, со вставленной схемой.
На фиг.3b представлено поперечное сечение активизирующего кулачка, где показаны различные применяемые системы выравнивания схемы.
На фиг.3с представлен вид сзади активизирующего кулачка, где показано, как схема будет выходить из кулачка в случае, если она должна проходить сквозь кулачок.
На фиг.3d представлен вид с торца активизирующего кулачка.
На фиг.3е представлено сечение, сделанное вдоль линии “А-А”, показанной на фиг.3d, без установленной гибкой схемы.
На фиг.3f представлено сечение, сделанное вдоль линии “А-А”, показанной на фиг.3d, со вставленной гибкой схемой.
На фиг.3g представлен вид сверху гибкой схемы, применяемой с изобретением и имеющей точно расположенные отверстия, проделанные сквозь диэлектрик, разделяющий отдельные проводники схемы, для направления схемы в соединитель.
На фиг.4 представлено поперечное сечение активизирующего кулачка после того, как он повернут, где показано, как контакт пробивает (контакты пробивают) диэлектрическую изоляцию и отслаивает (отслаивают) ее от проводящей гибкой схемы, создавая прямой контакт между контактом (контактами) и проводниками проводящей гибкой схемы. На этом чертеже также показан выполняемый по выбору второй контакт.
На фиг.5а представлен вид сбоку с вырезом конкретного варианта осуществления активизирующего модуля согласно изобретению со вставленным контактом гибкой схемы.
На фиг.5b представлен вид с торца активизирующей части конкретного варианта осуществления, в котором не применяется кулачок.
На фиг.5с представлен вид сбоку активизирующей части конкретного варианта осуществления, в котором не применяется кулачок.
На фиг.5d представлен вид с торца части, служащей опорой контактов, конкретного варианта осуществления, в котором не применяется кулачок.
На фиг.5е представлен вид сбоку части, служащей опорой контактов, конкретного варианта осуществления, в котором не применяется кулачок.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩСТВЛЕНИЯ
Обращаясь теперь к чертежам, отмечаем, что одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы на всех чертежах. В наиболее общем виде, изобретение содержит пружинный контакт, который может иметь скошенную плоскость для пробивки изоляции, которая может пробивать и отслаивать верхний слой диэлектрика гибкой схемы и образовывать газонепроницаемое уплотнение “шероховатость поверхности - шероховатость поверхности”.
Один конкретный вариант осуществления изобретения представляет собой соединитель 10, который имеет три основные части, как показано на фиг.1а, то есть, формованную крышку 12, которая может иметь, по меньшей мере, один встроенный при формовании, посаженный по прессовой посадке, заштампованный при нагревании или прикрепленный иным образом отклоняемый пружинный контакт 14, который может быть одиночным контактом или составным динамическим контактом, по меньшей мере, один свободно плавающий активизирующий кулачок 16, расположенный с возможностью поворота внутри формованной крышки 12, и формованное основание 18. Формованные крышка 12 и основание 18 образуют корпус, в котором установлен с возможностью поворота активизирующий кулачок 16, при этом упомянутый, по меньшей мере, один пружинный отклоняемый контакт 14 выполнен с возможностью соединения, по меньшей мере, с одной проводящей схемой 20, такой как гибкая печатная плата, плоский гибкий кабель или жгут проводов круглого сечения.
Основным элементом изобретения является отклоняемый контакт 14. Контакт 14 имеет геометрическую форму, механическую конструкцию и расположение относительно гибкой проводящей схемы 20, обеспечивающие, когда приложено усилие, достаточную жесткость для принудительного введения в контакт с открытыми проводниками, по меньшей мере, одной проводящей схемы. Если применяется скошенная плоскость 22 для пробивки изоляции, контакт 14 должен быть достаточно жестким для пробивки насквозь верхнего слоя изолирующего диэлектрика 20а, но достаточно гибким для отклонения вдоль проводящего слоя таким образом, чтобы вызывать перемещение контакта 14 по поверхности проводящей схемы и соскабливать верхний слой изолирующего диэлектрика 20а и от 0,0001 дюйма до 0,001 дюйма поверхности проводящего слоя для осуществления надежного электрического соединения, которое является, по меньшей мере, частично уплотненным. Процесс пробивки и соскабливания способствует отклонению пружинного контакта 14, достаточному для создания регулирующего усилия, необходимого для осуществления и поддержания надежного электрического соединения между контактом 14 и проводящим материалом проводящей схемы 20. Как показано на фиг.1b, основание 18 также может включать в себя окно 30 для выравнивания схемы, предназначенное для приближенного первоначального выравнивания проводящей схемы 20 с кулачком 16, когда схема 20 входит в соединитель 10.
Соединитель предназначен для обеспечения простоты сборки. Он может защелкиваться, например, с помощью защелкивающихся механизмов 44, как показано на фиг.1а, и тем самым исключать применение дорогостоящего оборудования для времяемкой сборки с использованием ультразвука или плавления нагревом, обычно необходимого для формирования обычных электрических соединителей. Кроме того, соединитель 10 также можно легко разбирать и ремонтировать, или заменять его части при необходимости. Соединитель 10 может содержать один, два или более одиночных или составных динамических электрических контактов 14 и активизирующих кулачков 16, необходимых для оснащения концов двух или более проводящих схем 20. Кулачок (кулачки) 16 можно формировать, придавая ему (им) разные круглые и овальные формы, чтобы можно было размещать в нем (них) проводящие схемы разной толщины, а также устанавливать в крышке и 12 и основании 18 одного размера все разновидности кулачков 16. Например, кулачок 16 может быть овальным или может быть круглым, или цилиндрическим, с приподнятыми элементами для подъема, по меньшей мере, одного проводника гибкой проводящей схемы с введением его в электрическое соединение с отклоняемым контактом и - когда такой кулачок продолжает поворачиваться - для подъема контакта с переводом его из первого во второй диапазон отклонения.
Как показано, например, на фиг.1a, 1b и 2а, формованная крышка 12 содержит, по меньшей мере, один пружинный контакт 14. Как показано на фиг.2а, пружинный контакт 14 может представлять собой - многочисленные отдельные контакты, наслоенные друг на друга для образования составного контакта. Составной контакт 14 также может быть выполнен из слоев контактов, которые могут быть уложены вертикально или горизонтально и иметь форму, позволяющую удовлетворять требованиям отклонения контакта и прикладываемого давления, накладываемых в любом конкретно выбранном приложении. Промежуток между контактами, их ориентация, конфигурация и запасенная энергия (масса контактов и диапазон отклонения) являются признаками, зависящими от конструкции, и могут быть легко откорректированы для обеспечения соответствия специальным требованиям. Специальные требования могут включать в себя, но не ограничиваться этим, изменение требований к центру промежутка между контактами или к энергии в пределах конкретного соединителя, или соответствие специальным требованиям к диэлектрику, таким как более толстый или более тонкий диэлектрик. Конфигурация контакта (контактов) 14, включая длину, толщину и конструктивное сочленение, в совокупности с механическими преимуществами соединителя 10, а также кулачка 16, позволяют легко адаптировать соединитель 10 для применения с различными проводящими схемами 20.
Независимо от того, является контакт 14 одиночным или составным, он имеет плоскую конструкцию, которая обеспечивает надежное соединение с плотно упакованными проводниками. Для поддержания желаемой запасенной энергии в контакте 14, составной контакт выполняют в виде композиционной ламинированной контактной конструкции, как показано на фиг.2а. Составной динамический контакт представляет собой два или более отдельных контакта, которые ламинированы вместе для создания механически, прочной структуры контактов. Например, контакты толщиной 0,005 дюйма разделены тонкопленочным диэлектриком толщиной примерно 0,001 дюйма с размещением контактов в центрах промежутков величиной 0,006 дюйма. Путем ламинирования двух или более контактов вместе с диэлектриком улучшенной структуры, который, например, создан с частицами, имеющими размер молекул, гранул или волокон, ориентированными с возможностью восприятия перемещения в одном направлении, являющемся предпочтительным по отношению к другому, можно значительно увеличить массу контактов и диапазон отклонения, а также улучшить электрические характеристики, применяя контакты, которые на 50 или более процентов тоньше, чем те, которые необходимы для достижения тех же результатов с помощью отдельных контактов. Слои компонентов составного контакта можно укладывать вертикально или горизонтально для удовлетворения требований к динамике и давлению, накладываемых конкретным приложением. Таким образом, изобретение может обеспечивать получение выводов для плотно упакованных проводников. Применение диэлектрика улучшенной структуры увеличивает прочность составного контакта в процессе ламинирования. На фиг.2а изображен составной динамический контакт, выполненный с возможностью получения выводов для проводников в центрах промежутков величиной 0,006 дюйма.
Материал, толщину и ширину контакта (контактов) 14 выбирают на основании диапазона отклонения и усилия сочленения, требуемых для конкретного приложения. Контакт (контакты) 14 может (могут) быть выполнен (выполнены) из пружинной проволоки или может (могут) быть получен (получены) травлением или штамповкой из пружинного материала. Контакт 14, выполненный способом согласно изобретению, сохраняет контактное давление и обеспечивает его приложение по потребности. Контакт 14 позволяет получить скользящий контакт, когда он соединен с проводником. Отклоняющая способность контакта 14 компенсирует изменения толщины проводящих схем 20, соединяемых с соединителем 10. В составном контакте 14, диэлектрик, способствующий ламинированию отдельных контактов вместе, обеспечивает необходимый изолирующий материал и стабилизирует отдельные контакты, гарантируя тем самым, что отдельные контакты поддерживают свое взаимное расположение, а также соответствуют любым механическим требованиям.
На конце, который соединяет его с электропроводной схемой 20, одиночный или составной отклоняемый контакт 14 может иметь скошенную плоскость 22 для пробивки изоляции, имеющий острую грань, как показано на фиг.1а, 2b, 2с, 3а и 4. Во время соединения, поворачивающийся кулачок 16 поднимает схему 20, заставляя ее сцепляться со скошенной плоскостью 22 для пробивки для изоляции, имеющим общую грань, которая пробивает верхний диэлектрик и клей и отслаивает их от проводящей схемы 20, тем самым открывая проводник схемы и оставляя при этом основной или нижний слой диэлектрика нетронутым. Таким образом, в отличие от обычных, смещающих изоляцию соединителей и контактов, которые пробивают и ослабляют основной диэлектрик схемы, изобретение обеспечивает контакт и способ, поддерживающие структурную целостность слоистой структуры основного диэлектрика схемы за счет образования электрических выводов, связанных с поверхностью каждого проводника.
Кроме того, по выбору, на соединительном конце контакта 14 может быть множество концентраторов 24 усилий, которые сосредотачивают давление на поверхности раздела между пружинным контактом 14 и проводником 20 схемы, что необходимо для пробивки любого остающегося клея, не отслоенного скошенной плоскостью 22 для пробивки для изоляции, а также для соскабливания примерно от 0,0001 до 0,001 дюйма проводящего материала проводника 20 с целью зачистки любых оксидов металлов, таких как оксид олова или меди, которые могут образовываться на проводящем материале, и создания газонепроницаемого электрического соединения “металл - металл” между пружинным контактом 14 и проводящей схемой 20.
По сравнению с обычными контактами и соединителями высокой плотности, составные динамические контакты 14 имеют два или более диапазонов отклонения, А и В, в которых они изгибаются при соединении, как лучше всего показано на фиг.2b и 2с. Усилие, которое прикладывает каждый контакт 14, когда он проходит через диапазоны отклонения, можно регулировать с помощью выполняемых по выбору сжимаемых пазов 26 контакта, также показанных на фиг.2b и 2с. На фиг.1а показан контакт 14 без концентраторов усилий или сжимаемых пазов. Первый диапазон А отклонения обеспечивает усилие, достаточно большое для пробивки и отслаивания диэлектрика проводящей схемы 20, но не для пробивки металлических (например, медных) проводников. Усилие, прикладываемое в первом диапазоне А отклонения, определяется минимальной толщиной контакта, как показано на фиг.2b. Если используются сжимаемые пазы 26, то, когда эти сжимаемые пазы смыкаются, они активизируют запасенную энергию всего контакта 14. В качестве обобщенного примера, отметим, что если тело контакта в два раза толще, чем самая тонкая часть сжимаемого паза, то смыкание паза приблизительно удвоит прикладываемое усилие контакта. Типичное усилие, необходимое для пробивки диэлектрика и отслаивания его от проводника может быть столь малым, как 75 граммов, тогда как с помощью изобретения заявителя можно создавать и поддерживать усилие контакта, составляющее приблизительно 150 грамм, для достижения газонепроницаемого соединения. По меньшей мере, частично уплотненная поверхность раздела контакта 14 с проводником 20 возникает, когда отслоенный смещенный диэлектрик проводящей схемы 20 сжимают вокруг сопрягаемых проводников. Частичное уплотнение образуется из клея и диэлектрика (например, сложного полиэфира) проводящей схемы 20. Уплотнение создается частично за счет свойств гибкости диэлектрика и клея проводящей схемы 20, частично - за счет “памяти”, которой диэлектрик гибкой схемы 20 наделяется во время процесса ламинирования, и частично - за счет “желания” диэлектрика и клея проводящей схемы 20 повторно занять пространство, из которого они были отслоены и в котором теперь находится контакт 14. Это уплотнение легко можно сделать постоянным, нагревая каждый отдельный контакт, имеющийся в контакте (контактах) 14 до температуры, которая вызывает повторное течение (плавление) диэлектрика и тем самым уплотняет поверхность раздела контакта со схемой. Таким образом, диэлектрик вместо соскабливания и утилизации можно, по существу, использовать в месте его нахождения, осуществляя его повторное формирование вокруг вновь создаваемого электрического соединения.
Как описано выше, во время формования можно встроить, по меньшей мере, один составной динамический контакт 14 в крышку 12. Вместе с тем, во время формования можно встроить второй составной динамический контакт 42 в основание 18 таким образом, что составной динамический контакт будет расположен на любой стороне кулачка 16 и будет отстоять от первого контакта примерно на 180 градусов, как показано на фиг.4, для увеличения плотности контактов, которые могут быть подсоединены внутри соединителя 10. На фиг.4 показан выполняемый по выбору расширитель 40 концентрации усилий, который может быть встроен при формовании в контакт 14 и/или 42, или крышку 12 или основание 18 для приложения дополнительного сжимающего усилия, которое помогает контакту 14 пробивать и отслаивать диэлектрик схемы 20.
Как показано на фиг.1а, активизирующий кулачок 16 заключен внутри формованной крышки 12 и основания 18. Располагаясь в крышке 12 и основании 18, кулачок 16 точно выровнен с составным динамическим контактом 14 и во время соединения выравнивает отдельные проводники проводящей схемы 20 с отдельными контактами контакта (контактов) 14. Кулачок 16 поворачивают для осуществления электрического соединения. Кулачок 16 поворачивают, вставляя активизирующий инструмент (не показан) в активизирующее гнездо 32 кулачка, показанное на фиг.1а и 3d. В качестве меры защиты от несанкционированного использования, активизирующее гнездо кулачка может иметь заказную форму, для которой требуется заказной инструмент, так что привести кулачок в действие может только пользователь, имеющий инструмент подходящей формы.
В одном конкретном варианте осуществления изобретения, для формирования электрического соединения схему 20 вставляют в соединитель 10 и приближенно выравнивают с помощью окна 30 для выравнивания схемы в основании 18. Затем схему 20 пропускают в кулачок 16 с помощью прорези или паза 38 для приема схемы, как показано на фиг.1а и 3d. На этом конкретном чертеже паз 38 походит кулачок 16 насквозь. Однако паз 38 не обязательно должен захватывать и удерживать схему 20 внутри кулачка 16. Таким образом, в зависимости от приложения, не обязательно, чтобы прорезь в кулачке 16 была сквозной. Вполне возможно, чтобы прорезь или паз, куда вставляют схему 20, проходил (проходила) сквозь часть кулачка 16, и при этом схема 20 не обязательно должна быть выполнена с возможностью пропускания сквозь кулачок 16, а может быть заключена в пазу или прорези. Схему 20 подают в кулачок 16. Затем кулачок 16 поворачивают, что вызывает наматывание схемы 20 вокруг кулачка 16 и заставляет пружинный контакт 14 вступать в контакт с открытыми проводниками схемы 20, или - если используют контакт 14 со скошенной плоскостью 22 для пробивки изоляции - пробивать диэлектрик 20а схемы 20 и в достаточной мере счищать диэлектрик с клеем, 20а, схемы 20 для раскрытия содержащегося в ней проводника, например медного. Усилие, прикладываемое посредством контакта 14, является достаточно большим, чтобы можно было отслаивать верхний слой диэлектрика с клеем, 20 а, но не пробивать при этом проводник. Контакт просто зачищает поверхность проводника. Ввиду того, что форма кулачка 16 является овальной или обуславливает наличие приподнятых поверхностей, контакт 14 и схема 20 подвергаются сжатию с образованием газонепроницаемого соединения. Вставка схемы 20 в кулачок 16, воздействие кулачка 16, обуславливающее наматывание на него схемы 20 и отслаивание диэлектрика 20а и клея схемы 20 пружинным контактом 14, показано на фиг.3а и 4. Как отмечалось, контакт 14 может иметь или не иметь скошенную плоскость 22 для пробивки изоляции. Случай, в котором плоскость 22 для пробивки изоляции не используется, имел бы место, если бы соединение являлось соединением “золото - золото”. В таком соединении нельзя допускать пробивку и возможное повреждение мягкого золота, так что пришлось бы использовать контакт низкого давления с тупым концом или контакт с нулевым усилием сочленения. В приложении этого типа, изолирующее покрытие гибкой схемы нужно удалять с нее прежде, чем ее будут вставлять в соединитель.
Кроме того, основание 18 способствует получению конструктивной опоры, ориентации составных частей и первоначальному выравниванию схемы 20. Основание 18 ориентирует все компоненты, кулачок 16 и крышку 12 с достижением их надлежащего расположения, и легко защелкивается в крышку 12, не требуя инструментов или специальной квалификации. Как показано на фиг.1а, основание 18 также включает в себя индикатор ориентации кулачка или двухпозиционный замок 28, который переводит кулачок 16 в открытое (с возможностью поворота) или закрытое (без возможности поворота) положение. Как описано выше, окно 30 для выравнивания схемы, предусмотренное в основании 18 и показанное на фиг.1b, обеспечивает первоначальное выравнивание схемы 20 с пазом 38 для приема схемы, имеющемся в кулачке 16. Основание 18 является относительно простым в массовом производстве, а его наружная конфигурация может быть легко изменена для сопряжения с другими промышленно изготавливаемыми проводниками, или может быть выполнена с возможностью взаимоблокировки с другими соединителями 10 согласно изобретению для формирования модульного блока соединителей (не показан). Таким образом, возможны блоки соединителей, имеющие два или более рядов внешних штырей.
Кроме того, соединитель 10 может иметь другие особенности, которые улучшают выравнивание и соединение. Выравнивающие ребра 34, расположенные на кулачке 16, способствуют выравниванию свободно плавающего кулачка 16 с пружинным контактом 14, а также выполняют функцию упрочнения, разделения и выравнивания отдельных контактных штырей контакта 14 в случае, когда они изогнуты или не выравнены или находятся не на надлежащем расстоянии друг от друга. Пространство между выравнивающими ребрами 34 точно соответствует толщине контакта (контактов) 14, тем самым исключая потребность в каком бы то ни было допуске на выравнивание и делая возможным подсоединение тонких линейных проводников. Выполненные при формовании, конические совмещающие или выравнивающие контактные штыри или столбики 36 на кулачке 16 совместно срабатывают при его повороте, блокируя перемещение кулачка 16 для захвата схемы 20, посредством выравнивающих отверстий 48, показанных на фиг.3g и предназначенных для приема выравнивающих штырей 36, и при этом точно выравнивают проводники съемы 20 с выполненным при формовании отклоняемым контактом 14 во время поворота кулачка 16. Выравнивающие отверстия 48 должен создавать в схеме 20 пользователь или изготовитель.
Кулачок 16 также может включать в себя канавки, пазы или желобки 46, выравнивающие проводники и начинающиеся на глубине примерно 0,050 дюйма от поверхности внутри паза 38 для приема схемы и сужающиеся от этой поверхности до глубины, равной или большей, чем глубина желобка ламинирования, находящегося между каждым проводником гибкой схемы 20 и соседним проводником. Выравнивающие канавки или пазы 46 достигают своей максимальной глубины в точке, где схема 20 выходит из кулачка 16 в том конкретном варианте осуществления, когда схема 20 проходит сквозь кулачок 16. Выравнивающие пазы 46 проходят вокруг наружной поверхности кулачка 16 на расстояние, не превышающее 1/8 всей длины окружности кулачка. Глубина выравнивающих пазов 46 уменьшается от точки выхода схемы до тех пор, пока их поверхность не сравняется с наружной поверхностью кулачка. Боковые стенки каждого выравнивающего паза 46 расположены под углом таким образом, что они центруют каждый проводник 20. Выравнивающие пазы 46 проходят внутрь активизирующего кулачка 16, как показано на фиг.3b, 3с и 3е. Выравнивающие пазы 46 предназначены для обеспечения преимущества, заключающегося в наличии желобков ламинирования между каждым проводником схемы 20 и соседними проводниками. Желобки ламинирования создаются в процессе ламинирования, который обеспечивает формирование схемы 20 по мере опрессовки диэлектрика вокруг каждого проводника. Желобки в диэлектрике схемы 20 работают совместно с совмещающими контактными штырями 36, встроенными при формовании в кулачок 16, и выравнивающими отверстиями 48 схемы 20, направляя проводники с достижением надлежащего выравнивания. Выравнивающая система согласно изобретению является избыточной системой, гарантирующей надлежащее выравнивание проводников схемы 20 и контактов 14. Помимо того что они дополнительно способствуют выравниванию, выравнивающие пазы 46 также предотвращают разрыв, повреждение или расцепление при вибрации схемы 20. Таким образом, использование активизирующего кулачка (активизирующих кулачков) 16 и отклоняемого контакта (отклоняемых контактов) 14 способствует точному выравниванию проводников гибкой схемы, содержащей тонкие линейные проводники (т.е. с проводники в центрах промежутков величиной 0,006 дюйма), с их соответствующими контактами. Использование кулачка (кулачков) 16 и его выравнивающих ребер 34, совмещающих контактных штырей 36 и выравнивающих канавок или пазов 46 значительно уменьшает допуски сборки при укладке (или компаундировании).
Во время соединения, как показано на фиг.4, постепенную вставку схемы можно осуществить путем выравнивания вершины кулачка 16 таким образом, что это обеспечивает сопряжение составного динамического контакта 14 с отдельным проводником схемы 20, по одному контакту за раз. Этот способ значительно уменьшает усилие сочленения схемы, потому что сопрягается один проводник за раз, в противоположность сопряжению 40 или более проводников за раз, хотя можно осуществить даже сопряжение 40 и более проводников за раз с помощью соединителя 10. Кроме того, как упоминалось выше, исключается деформация на отдельных контактах и проводниках за счет наматывания схемы 20 вокруг кулачка 16 во время выполнения последовательности соединения. Наматывание схемы 20 вокруг кулачка 16 вызывает блокировку трением или сжатием на схеме 20, выравнивающую механическое напряжение по всей схеме 20 и тем самым защищающую схему 20 от механического напряжения и деформации внутри соединителя 10. Таким образом, поворачиваемый кулачок 16 служит конструктивной опорой схемы 20 и заставляет каждый контакт 14 - одиночный или составной - пробивать диэлектрик схемы 20 (если он нанесен и не образует соединение “золото - золото”) и вступать в контакт с каждым проводником схемы 20. Кроме того, можно изменять форму кулачка 16 для размещения в нем схем 20 разной толщины, но по-прежнему с обеспечением посадки в крышке 12 и основании 18 одного, одинакового размера. В заключение нужно отметить, что кулачок 16 сам может (кулачки 16 сами могут) выравнивать ряд отклоняемых контактов и - сразу же после выравнивания - ориентировать отдельные проводники гибкой проводящей схемы для сопряжения с соответствующими им контактами. Поворот кулачка (кулачков) 16 заставляет гибкую схему входить в зацепление с отклоняемым контактом (отклоняемыми контактами) и завершать электрическое взаимное соединение.
Большинство проводящих схем 20 выполнены с нижним или основным слоем диэлектрика, на который нанесен клей для прикрепления диэлектрика к проводнику, т.е. проводник в этом случае крепится к верхнему слою клея и верхнему слою диэлектрика. При этом не требуется, чтобы соединитель 10 и контакты 14 обеспечивали большое усилие, потому что в соответствии с изобретением пробивается и отслаивается только один (верхний) слой диэлектрика.
Для активизации и прикрепления пружинного контакта (пружинных контактов), в одном конкретном варианте осуществления, описанном выше, можно использовать поворачиваемый кулачок; вместе с тем, в другом конкретном варианте осуществления, соединитель, содержащий пружинный контакт (пружинные контакты), может быть контактным модулем 100, как показано на фиг.5а-5е, а не соединителем с кулачком, крышкой и основанием. Контактный активизирующий модуль 100 выравнивает пружинный контакт 102 со схемой 104 за счет использования встроенного гребня 106, активизирующего контакт (функция этого гребня аналогична выравнивающим ребрам 34 на кулачке 16), паза 108 для выравнивания схемы, а также и конических выравнивающих контактных штырей 110 для надлежащего выравнивания схемы 104. Пружинный контакт 102 изображен со скошенной плоскостью 102 для пробивки изоляции. Пружинный контакт 102 отклоняется, когда схема 105 проходит поверх активизирующего гребня 106, а затем пробивает и отслаивает верхний слой диэлектрика 104а и клея схемы 104, когда эту схема 104 пропускают сквозь контактный модуль 100.
Контакт (контакты) 102, как и в случае контакта 14, может (могут) представлять собой одиночный или составной пружинный контакт со скошенной плоскостью 102а для пробивки изоляции. Контакт (контакты) 102 являются элементами, которые фактически образуют соединение - либо путем пробивки и отслаивания диэлектрика гибкой схемы, либо путем простого вступления в контакт с проводниками этой гибкой схемы. Контакт (контакты) 102 также могут иметь один, выполняемый по выбору, концентратор 112 усилия, который взаимодействует с отклоняющим гребнем 106 для гарантии хорошего контакта между контактом (контактами) 102 и проводниками схемы 104.
Контактный модуль 100 содержит, в частности, часть 114, служащую опорой контактов, в которой заключен (заключены) контакт (контакты) 102 и которая, по выбору, служит для точного выравнивания схемы 104, конические выравнивающие контактные штыри 110, по меньшей мере, одну прорезь 124 для выравнивания модуля и, по меньшей мере, одно блокирующее отверстие 122. Также имеется часть 116, активизирующая контакты, которая содержит совмещающие контактные штыри 118, обеспечивающую приближенную ориентацию схемы 104, гребень 106, активизирующий отклонение, по меньшей мере, один паз 108, выравнивающий схему, и гибкие блокирующие рычаги 120. Рычаги 120 защелкиваются, по меньшей мере, в одно блокирующее отверстие 122 в части 114, служащей опорой контактов, для скрепления друг с другом части 114, служащей опорой контактов, и части 116, активизирующей контакты, с образованием контактного модуля 100.
Последовательность сборки контактного модуля 100 является следующей. Гибкую схему 104 приближенно выравнивают с совмещающими контактными штырями 118 активизирующей части 116 и выравнивают в пазу (пазах) 108, выравнивающем (выравнивающих) схему. Затем активизирующую часть 116 выравнивают с частью 114, служащей опорой контактов, и вставляют в эту часть, используя прорезь (прорези) 124, выравнивающую (выравнивающие) модуль. Конические совмещающие контактные штыри 110 части 114, служащей опорой, также выравнивают схему 104 при вставлении активизирующей части 116 в часть 114, служащую опорой. Вставка активизирующей части 116 заставляет - в этом конкретном примере - плоскость 102а для пробивки изоляции, имеющуюся в контакте (контактах) 102, пробивать диэлектрик схемы 104 и отслаивать диэлектрик 104а, раскрывая тем самым проводник. Затем осуществляют принудительное сжатие контакта (контактов) 102, когда отклоняющий гребень 106 выравнивается с концентраторами 112 усилия, для прижима контакта (контактов) 102 к открытым проводникам схемы 104, при этом создается газонепроницаемое соединение “шероховатость поверхности - шероховатость поверхности”. Активизирующую часть 116 и часть 116, служащую опорой контактов, скрепляют друг с другом посредством рычагов 120 активизирующего модуля 116 и блокирующих отверстий 122 части 114, служащей опорой.
Во всех конкретных вариантах осуществления деформация уменьшается, потому что усилие, необходимое в настоящем изобретении, необходимо для пробивки и отслаивания лишь одного слоя диэлектрика, а не для пробивки самого проводника и не для отслаивания всего диэлектрика.
Многоцелевая функция соединения, выполняемая, по существу, за один непрерывный этап, обладает многими техническими (рассматриваемыми ниже) и экономическими преимуществами. Обычные соединители “высокой плотности” (с контактами, расположенными в центрах промежутков величиной менее 0,040 дюйма) требуют операции удаления покрывающего диэлектрика и пайки мягким припоем или сварки для соединения контактов соединителя с проводником (проводниками) схемы. Процесс прикрепления становится более сложным, когда увеличивается плотность схемы (количество проводников на схему). Типичные проблемы, увеличивающие стоимость прикрепления с помощью соединителя высокой плотности, включают в себя пайку перемычек мягким припоем, нарушение совмещения (выравнивания), отслаивание проводников и холодные паяные стыки. Изобретение исключает все вышеупомянутые проблемы за счет того, что в одном процессе осуществляют пробивка диэлектрика гибкой схемы и создание газонепроницаемого соединения “чистовая поверхность к чистовой поверхности” или “металл - металл” посредством скошенной плоскости для пробивки изоляции, а также применяемых по выбору концентраторов усилий контакта (контактов) 14 или 102. Однако тот же самый пружинный механизм соединения можно использовать с затупленным контактом 14 или 102 для формирования ответственных соединений, например “золото - золото”.
Изобретение координирует выравнивание гибкой схемы высокой плотности, содержащей тонкие линейные проводники, с сопрягаемым составным динамическим контактом. Таким образом, соединитель обеспечивает, по существу, непрерывный процесс создания выводов проводящей схемы и может при этом создавать выводы плотностью до 80 линий на дюйм. Этот процесс, по существу, является двухэтапным процессом, когда применяется конкретный вариант осуществления с кулачком. Сначала осуществляют точное соединение свободно плавающего активизирующего кулачка 16 с пружинным контактом (пружинными контактами) 14 в корпусе, содержащем крышку 12 и основание 18, с помощью сужающихся выравнивающих ребер 34 на кулачке 16. После этого, конические совмещающие контактные штыри 36 кулачка 16 работают совместно с сужающимися пазами 46, выравнивающими проводники и заглубленными в кулачок 16, во время поворота кулачка 16, захватывая схему 20 и точно выравнивая проводники схемы 20 с пружинным контактом 14 крышки 12. Сужающиеся выравнивающие пазы 46 кулачка 16 также блокируют схему 20 на месте для придания устойчивости схеме 20 и получаемому соединению.
В альтернативном варианте выполняют вышеописанную последовательность соединения для конкретного варианта осуществления, в котором используется контактный модуль с активизирующей частью и частью, служащей опорой, и можно заметить, что, при любом конкретном варианте осуществления, удобный гибкий отклоняемый пружинный контакт компенсирует (удобные гибкие отклоняемые пружинные контакты компенсируют) изменения толщины гибкой схемы и обеспечивает (обеспечивают) предсказуемое и надежно выдерживаемое усилие контакта. Простые механические части изобретения гарантируют долгосрочную надежность. Каждый пружинный контакт может быть расположен с возможностью пробивки более одного изолирующего слоя для электронного сопряжения с гибкой схемой, имеющей два или более проводящих слоев. Когда используют кулачок, вершину кулачка и выравнивающие ребра можно выравнивать таким образом, который обеспечивает сопряжение одиночного контакта пружинного контакта с одиночным проводником схемы, имеющимся в гибкой схеме, при этом осуществляется одно соединение за раз. Это соединение по принципу “один за другим” значительно уменьшает требуемое усилие сочленения контактов. Аналогично, отклоняющий гребень активизирующей части контактного модуля можно выравнивать для обеспечения соединения по принципу “один за другим”.
Контакт и кулачок могут (контакты и кулачки могут) иметь отдельные размеры для удовлетворения конкретных электрических нужд, а соединитель может быть выполнен с возможностью размещения в нем более одного пружинного контакта и более одного кулачка. Соединитель, в котором заключен пружинный контакт (заключены пружинные контакты), может быть выполнен с возможностью подсоединения для образования блока соединителей, в зависимости от желаемой задачи или приложения. Такие возможные приложения включают в себя использование гибкой схемы с металлизированными отверстиями для изменения направления сигнала внутри соединителя или в намеченных контрольных точках, при этом к схеме могут быть подсоединены активные и пассивные компоненты, или гибкая схема может быть встроена в единую цепь плавких предохранителей, предназначенных для защиты модулей, которые она соединяет.
Во всех конкретных вариантах осуществления, изобретение обеспечивает получение корпуса для сужающихся или тупых - по выбору - пружинных контактов, а также отклонение пружинного контакта (пружинных контактов), если он является сужающимся (они являются сужающимися), для активизации запасенной в нем (них) энергии с целью пробивки и отслаивания диэлектрика гибкой схемы для осуществления и поддержания надежного электрического взаимного соединения между пружинным контактом и проводниками гибкой схемы. Изобретение позволяет разработать один непрерывный процесс без обязательного соскабливания или иной подготовки гибкой схемы перед введением этой гибкой схемы в пружинный контакт (пружинные контакты).
Вышеизложенное описание изобретения не ограничивается целью его иллюстрации и не предназначено для сужения или ограничения изобретения точными формами его осуществления, описанными выше. Для обычного специалиста в данной области техники будут очевидны многочисленные изменения и модификации описанных здесь конкретных вариантов осуществления в свете вышеупомянутого описания. Объем притязаний изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.
Изобретение относится к электрическому соединителю, обеспечивающему получение соединительной системы, которая соединяет с возможностью разъединения схемные токопроводящие дорожки гибкой проводящей схемы с печатной платой, имеющей соответствующий ряд контактов, без необходимости проведения операций пайки мягким припоем, опрессовки или сварки, или длительной подготовки гибкой схемы перед соединением. В одном варианте осуществления имеется, по меньшей мере, один пружинный контакт, выполненный в крышке, по меньшей мере, один поворачиваемый кулачок и основание с окном для выравнивания схемы, предназначенным для первоначального выравнивания гибкой проводящей схемы, вводимой в соединитель. Крышка и основания защелкиваются друг в друга для заключения в них вращающихся кулачков. При использовании, по меньшей мере, одного кулачка, соединение осуществляют путем подачи схемы в прорезь в кулачке и последующего поворота кулачка для введения схемы в контакт с пружинным контактом, который имеет скошенную изолирующую плоскость. Технический результат - удешевление и упрощение сборки и повышение надежности соединения с созданием газонепроницаемого уплотнения. 8 с. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.
| US 4606594 A, 19.08.1986.SU 406251 A, 08.04.1974.US 5913699 A, 22.06.1999.US 5813877 A, 29.09.1998. |
