板對板的配合組件的製作方法

2023-06-16 01:22:21

專利名稱：：板對板的配合組件的製作方法
技術領域：
：本發明具體涉及到板對板的電氣連接器，用於相互連接平行的電路板之間的電路。美國專利US5395250號公開了一種封閉配合(blindmatable)的小型連接器，用於相互連接平行電路板之間的電路。這一專利中的連接器包括表面安裝的C形插座觸點，每個觸點上的彈簧臂在平行於外殼安裝面的方向上延伸，並且可以在垂直於配合軸線的方向上彎曲。插頭上具有表面安裝的L形觸點，每個觸點具有一個跨過彈簧臂延伸的支柱，並且在連接器實現配合時與彈簧臂構成彈性偏置嚙合。美國專利US5199884號公開了另一種用於連接平行電路板之間的電路的連接器。這一專利中的表面安裝插座觸點是L形的，它的支柱伸向連接器外殼的配合面。每個表面安裝插頭觸點包括一個基座和一個一端懸空的U形彈簧臂，這一彈簧臂朝著插頭外殼的配合面延伸。在插座和插頭實現配合時，彈簧臂的懸空端與插座觸點的支柱嚙合，並且朝著另一個臂向內移動。隨著小型可攜式計算機等等電氣設備的逐漸小型化，需要一種能按照平行關係在母板和子板之間實現配合的連接器。這樣，在母板上就需要多個連接器才能與子卡上對應的多個互補的連接器實現配合。這些連接器都需要採用＂封閉配合＂。在同時配合的過程中，對齊單個連接器要比對齊多個連接器更容易實現。假定在這些連接器中各電觸點中心線之間的間隔很近，極其重要的是在觸點嚙合之前實現對齊，以免在配合過程中損壞精密的觸點。在準備安裝多個連接器的電路板的製作過程中，首先在電路板的指定位置上為與擬固定於此的各連接器互連的各種連接器設置成排的觸點焊盤。此外，在電路板上還設有尺寸精確的通孔圖形或是其他用來使連接器與板對齊的裝置。電路板是在指定或允許的公差範圍內製作的，以便使成排的觸點焊盤彼此定位，並且使孔的位置與各個排精確地對齊。儘管具有很高的精度，這種現有技術在一個電路板上安裝多個連接器的情況下仍然存在與公差有關的問題。其結果是所有安裝在子卡上的連接器不一定都能與母板上對應的互補連接器精確地對齊。因此，在同時配合兩個板上的多個連接器對時，為了準確地配合，在各個連接器的配合面上設有可以嚙合的對齊特徵，並且迫使各對連接器對齊。在慣用的結構中，這種力最初會作用或傳遞到各個板上的焊接點上。如果在板的配合完成之後一直維持這種施加在焊接點上的應力，經過一定的時間之後，這種力就可能足以使一或多個焊接點斷開，這樣就會損害組件的性能。將圖形設置在電路板上，在各個板上安置和固定各個連接器，其中每一情況都在允許的公差範圍內，但是三者的累加效果影響到多對連接器的配合性能，並且會增加連接器之間出現錯位的機會。因此需要提供一種裝置，用來在觸點配合之前將各對連接器對齊。進而還需要有一種力，在配合完成之後對齊各個連接器，將其與安裝連接器的焊接面隔離。此外，在各個連接器完成配合之後，還希望儘量降低焊接連接點上的應力。本發明的目的是解決多對連接器封閉配合時遇到的問題，使之可以在不損傷觸點的情況下同時實現配合，並且使連接器及其各自的電路板之間的焊接連接點上的應力降到最小。可以配合的各對連接器包括一個具有外殼的插頭連接器，插頭部分在相對的兩側和相對的兩端及其限定的配合面之間延伸，以及一個具有外殼的插座連接器，它的插座部分具有由相對的兩側和相對的兩端所限定的插頭接收腔。插頭和插座部分的形狀和尺寸使其在連接器實現配合時可以整齊地相互固定。該組件的特徵在於插頭和插座部分之一包括至少兩個分開的鎖閂凸塊，它們至少從相對的兩側或是相對的兩端橫向延伸。凸塊上包括面向外側的支撐面，與另一個插頭或是插座部分的支撐面相鄰。另一個插頭或是插座部分包括至少兩個分開的鎖閂接收槽，至少橫靠著與具有凸塊的那個插頭和插座部分的兩側或兩端相對應的兩側或兩端。這種鎖閂接收槽在完全配合時適合接收鎖閂凸塊。在插頭和插座連接器的配合過程中，當插頭部分剛剛進入插座部分時，鎖閂凸塊壓住相鄰的支撐面，並與其形成壓配合，從而使插頭和插座部分的中心部位保持固定，以便抵抗配合期間的橫向作用力。在插頭和插座連接器完全配合的情況下，當凸塊被接收在鎖閂接收槽中時，鎖閂凸塊就會放鬆上述支撐面。在一個實施例中，插頭外殼包括至少從插頭部分相對的兩側或是相對的兩端橫向延伸的鎖閂凸塊，並且在插座外殼上包括與腔底相鄰的鎖閂接收槽，腔底至少橫靠著與插頭部分的兩側或兩端相對應的兩個側壁或兩個端壁。在另一個實施例中，插座連接器上設有伸入空腔的鎖閂凸塊，而插頭連接器上包括用於接收凸塊的對應的槽。本發明還提供了一種組件，它由其上安裝有多對連接器的可以互相連接的電路板組成。本發明提供了一種裝置，用來同時配合多個連接器板組件，並且將表面安裝觸點的焊接連接點上的應力降到最小。本發明進一步為印刷電路板製作過程中的定位公差提供了較大的餘地。如果要在一個印刷電路板上設置多個連接器，並且要使它們與另一個印刷電路板上對應的小型子連接器同時實現配合，本發明還可以為小型子連接器的位置布局提供較大的餘地。以下將要參照附圖用舉例的方式來說明本發明的實施例，在附圖中圖1是本發明的連接器組件的一個透視圖，圖中的插頭和插座是彼此拆開的；圖2是圖1中插頭的配合面的平面圖；圖3是圖1中插頭連接器的一個側視圖；圖4是圖1中插座連接器的配合面的平面圖；圖5是圖1中插座連接器的一個側視圖；圖6是圖1的連接器組件在配合時的平面頂視圖；圖7到9是連接器組件的截面圖，用來表示連接器配合過程中的順序；圖7是一個截面圖，表示插頭和插座在配合之前相互對齊的情況；圖8表示圖7的連接器組件在局部配合時的情況；圖9表示沿著圖6中的9-9線看到的完全配合的組件；圖10用一個部分剖視圖示意性地表示了安裝在各自的電路板上的四個連接器與一個子卡同時配合的情況；圖11是按照本發明另一實施例的連接器組件的透視圖，插座和插頭安裝在各自的電路板上，並且是彼此分開的，在圖中表示了一個板的部分剖視圖；圖12是一個截面圖，表示圖10的插頭和插座在配合之前相互對齊的情況；圖13是按照本發明另一實施例的連接器組件的透視圖，圖中的插座和插頭是彼此分開的；圖14表示圖13實施例的組件在完全配合時的情況。首先參見圖1到6，連接器組件20包括內部設有多個觸點40的一個插頭22，以及內部設有多個觸點70的一個插座50。如圖1到3和6中所示，插頭22包括一個插頭外殼24，它具有相對的配合面26和安裝面28，以及相對的側壁30和端壁32。端壁32進一步包括具有鎖閂凸塊36的凸緣部分34，凸塊36從配合面26附近向外延伸。觸點40是L形的，並且包括具有表面安裝接觸面44的一個基座42和一個支柱46。觸點40被設置在從外殼24的配合及安裝面26，28之間延伸的觸點接收通道38中。插座50包括一個外殼52，它具有相對的配合和安裝面54，56，一個底板或是底壁58，以及相對的側壁62和端壁64，它們共同限定了一個觸點接收腔68。外殼52的底板58上進一步包括多個觸點接收槽60，在其中設置有多個C形的觸點70。插座外殼52進一步包括與橫靠著端壁64的腔底58相鄰的鎖閂接收槽66。槽66的結構在插頭連接器22和插座連接器50完全配合時可以接收插頭連接器22的鎖閂凸塊36。觸點70包括具有表面安裝接觸面74的一個基座72和一個彈簧臂76，在臂的前端具有第一接觸部分78。插座和插頭外殼24，52是用耐高溫材料製作的，例如液晶聚合物一類的材料。選擇的材料必須能夠承受250℃以上的溫度，按照現有技術的紅外線逆流焊接或是其他方法，這是焊接過程中的典型溫度。本實施例中的插頭和插座觸點採用美國專利US5395250中所述的類型。插頭觸點40是用厚度約為0.32mm(0.0126英寸)的磷青銅一類的金屬坯料製成的，最好是將其厚度降低到大約0.23mm，形成觸點的邊沿面。插座觸點70是用厚度約為0.15mm(0.006英寸)的金屬坯料製成的。為了足以承受組件配合過程中出現的正交力，選擇的金屬材料在105-125千p.s.i.的範圍內應該具有很高的抗屈強度。圖7-9表示插頭和插座連接器22，50的配合順序。需要指出的是，在配合時，插頭和插座連接器是分別被安裝在各自的電路板上的。為了便於表示本發明，除了圖9之外，其他圖中都省略了電路板。為了將連接器22，50對齊，各自的外殼24，52最好是具有能夠在觸點40，70配合之前使外殼對齊的特徵。在本發明中，插頭外殼24的端壁32上的凸緣狀部分34被接收在插座外殼52的空腔68中具有相應結構的槽66中。插座外殼52具有導入面69，可以對插頭連接器22的位置起到導向作用，並且在鎖閂凸塊36上具有楔形的導入面37，以便使鎖閂凸塊36與插座外殼52的端壁64按照壓配合的方式嚙合。圖7表示與插座連接器50對齊配合的插頭連接器22。在插頭連接器22與插座連接器50的嚙合過程中，鎖閂凸塊36與端壁的內表面65嚙合，使端壁64如箭頭所示向外稍稍變形到固定的位置，並且使插頭連接器22對準腔68，從而在嚙合之前將觸點40，70對齊。按照本發明，至少有一排觸點是凹進配合面的，以便在各對配合觸點40，70嚙合之前將插頭外殼24接收在插座的腔68中。如圖8中所示，在各個觸點支柱46與配合觸點40，70的彈簧臂76嚙合之前，外殼就已經被準確地定位了。圖9表示了安裝在電路板82上的插頭連接器22，以及焊接在各個電路焊盤84上的觸點40的表面安裝接觸面44。插座連接器50被安裝在電路板88上，並且觸點70的表面安裝接觸面74被焊接在電路焊盤90上。各對插頭和插座連接器22，50被完全地配合，鎖閂凸塊36被接收在鎖閂接收槽66中。外殼24，52不再採用壓配合的方式。如圖8中所示，當連接器22，50以壓配合的方式合到一起時，在表面安裝觸點的焊接連接點上會產生應力。如圖9中所示，當插頭和插座連接器22，50達到完全配合，並且鎖閂凸塊36處在槽66中時，這種應力就可以減輕。各個連接器之間的任何錯位以及由此產生的力被傳遞到插座外殼52的觸點70的變形的彈簧臂76上。這樣，在對齊過程中產生的任何力就不會作用到各個觸點44，74和安裝連接器的電路板上的觸點焊盤84，90之間的焊接連接點上。圖10示意性地表示了安裝在母板110上的多個表面安裝連接器102與安裝在子卡112上的多個插頭連接器104配合的情況，在其中表示了子卡的部分剖視圖。在圖中表示了分別裝在各自的板110，112上的一個連接器102，104，並且表示了焊接在各自的電路板焊盤上的代表性表面安裝觸點。為了便於說明，板上的其他連接器102，104的表面安裝觸點被省略了。這一示意圖表示了製作過程的各個步驟中出現的公差範圍對多對連接器配合性能的影響。各個連接器的電路板觸點焊盤的排列布局，對齊孔或是其他對齊特徵的位置，以及連接器在板上的實際固定位置等中所允許的所有公差都會產生積累的效果。其結果是安裝在子卡上的所有連接器不一定都能與母板上對應的互補連接器精確地對齊。本發明可以減輕與公差積累有關的問題，除了對齊特徵之外，在插頭配合面上提供了鎖閂凸塊36，它可以在配合面上與插座的內壁表面嚙合，與相應的插座壁形成壓配合，並且迫使各對連接器對齊，從而實現準確的配合。在連接器對達到完全配合時，插頭連接器端壁上的楔形鎖閂凸塊36脫離壓配合，並且進入插頭接收連接器的鎖閂接收槽66。這樣，外殼24，52就可以彼此相對地浮動，使為了對齊而施加的任何對齊應力傳遞到彈性接觸彈簧臂或是杆76上，而不會傳遞到焊接連接點上。彈簧臂76比塑性的外殼更容易變形，這樣就能保護焊接的表面安裝接觸部分。傳遞到接觸杆上並使其變形的力可能會使支柱46和杆78的配合面發生移動。如果力的傳遞作用使各個連接器外殼24，52相對於外殼的寬度方向發生了移動，插頭支柱46就會沿著杆78的長度方向移動。由於圖1所示連接器具有的特定結構，在力的傳遞之後，連接器外殼24，52在長度方向上的移動會使一排連接器中的觸點40，70之間的正交力增大，並使連接器另一側上的觸點之間的正交力降低。各個連接器的觸點選用的材料必須能在需要的操作範圍內維持足夠的正交力。彈簧元件的材料必須能在預定的公差範圍內承受一定程度的額外或是小範圍的變形。圖11和12表示連接器對122,150的另一個實施例120，各個連接器安裝在各自的電路板182，188上，並且其表面安裝接觸面144,174分別被固定在電路焊盤184,190上。在本實施例中，插頭122上的鎖閂136被設在側壁130上，而插座連接器152的鎖閂槽166是沿著側壁162設置的。插頭連接器122中的每個觸點140具有一個可變形的杆部分148，它在平行於連接器配合軸線的方向上延伸。在出現變形時，這一桿部分朝著與連接器外殼的寬度平行的方向移動。插座觸點具有一個支柱180。本實施例中的插頭和插座觸點採用美國專利US5199884號中所述的類型。圖13和14表示本發明的另一實施例220，其中的插座連接器250上設有沿著端部伸入腔內的鎖閂凸塊236，並且插頭連接器222上包括對應的槽，用於接收凸塊236。當然，在插頭或是插座一方的觸點上可以具有可變形的杆。另外，插頭和插座雙方都可以具有可變形的杆。最好是有一排或是兩排觸點是凹進各自外殼的配合面的，以便在觸點配合之前將連接器外殼對齊。另外，只要另一電路板上配有與之互相的連接器即可，在一個電路板上可以同時具有插頭和插座連接器。還有一點是顯而易見的，那就是插頭或插座連接器的兩側或兩端可以具有一個以上的凸塊，或是在兩側和兩端都設有凸塊。與此相應，配合的插座或插頭連接器上應該具有對應數量的槽。凸塊和槽的數量及其位置取決於連接器的尺寸和結構。權利要求1.用於連接各個電路板上的電路的一種表面安裝連接器組件(20)，包括一個具有外殼(24)的插頭連接器(22)，插頭部分在相對的兩側(30)和相對的兩端(32)及其限定的配合面之間延伸；以及一個具有外殼(52)的插座連接器(50)，它的插座部分具有由相對的兩側(62)和相對的兩端(64)所限定的插頭接收腔(68)，插頭和插座部分的形狀和尺寸使得它們在連接器實現配合時可以整齊地相互配合；該組件(20)的特徵在於上述插頭和上述插座部分(36，136，236)之一包括至少兩個分開的鎖閂凸塊(36)，它們至少從上述相對的兩側(30，62)或是上述相對的兩端(32，64)橫向延伸，並且包括面向外側的支撐面，它與另一個上述插頭部分和上述插座部分的支撐面相鄰；並且上述插頭和上述插座部分的另一個包括至少兩個分開的鎖閂接收槽(66，166，266)，至少橫靠著與具有上述凸塊(36，136，236)的那個上述插頭部分和上述插座部分之一的上述相對的兩側(30，62)或兩端(32，64)相對應的上述兩側(62，30)或兩端(64，32)，上述鎖閂接收槽(66，166，266)在完全配合時適合接收上述鎖閂凸塊(36，136，236)；在上述插頭和插座連接器的配合過程中，當上述插頭部分剛剛進入上述插座部分時，上述鎖閂凸塊(36，136，236)壓住上述相鄰的支撐面，並與其形成壓配合，從而使插頭和插座連接器(22，50)的中心部位保持固定，以便抵抗配合期間的橫向作用力，在上述插頭和插座連接器(22，50)完全配合的情況下，當上述鎖閂凸塊(36，136，236)被接收在上述鎖閂接收槽(66，166，266)中時，上述凸塊就會放鬆上述支撐面。2.按照權利要求1的表面安裝連接器組件(20)，其特徵是上述鎖閂凸塊(36，136，236)和上述鎖閂接收槽(66，166，266)靠近上述各個插頭和插座部分的相對兩側(30，62)或是相對兩端(32，64)的角落。3.按照權利要求1的表面安裝連接器組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(36，136，236)的上述支撐面是從上述鎖閂面上連續地向前和向內傾斜的。4.按照權利要求1，2或3的表面安裝連接器組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(36)從上述插頭部分的上述相對的兩端(30)橫向延伸，而上述鎖閂接收槽(66)橫靠著上述插座部分的上述兩端(64)。5.按照權利要求1，2或3的表面安裝連接器組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(136)從上述插頭部分的相對的兩側(130)橫向延伸，而上述鎖閂接收槽(166)橫靠著上述插座部分的上述兩側。6.按照權利要求1，2或3的表面安裝連接器組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(236)從上述插座部分的上述相對的兩端橫向延伸，而上述鎖閂接收槽(266)橫靠著上述插頭部分的上述兩端。7.一種用於連接第一電路板和第二電路板的組件，第一電路板具有安裝在分別排列的第一連接器位置上的多個第一連接器；而第二電路板具有安裝在分別排列的第二連接器位置上的多個第二連接器；上述第一和第二連接器可以是可配合的插頭和插座連接器(22，50)對；每個上述插頭連接器(22)具有一個外殼(24)，插頭部分在相對的兩側(30)和相對的兩端(32)及其限定的配合面(28)之間延伸；每個上述插座連接器(50)具有一個外殼(52)，它的插座部分具有由相對的兩側(62)和相對的兩端(64)所限定的插頭接收腔(68)，插頭和插座部分的形狀和尺寸使得它們在連接器實現配合時可以整齊地相互配合；該組件的特徵在於可以配合的插頭和插座連接器(22，50)的每對上述插頭和上述插座部分之一包括至少兩個分開的鎖閂凸塊(36，136，236)，它們至少從上述相對的兩側(30，62)或是上述相對的兩端(32，64)橫向延伸，並且包括面向外側的支撐面，它與另一個上述插頭部分和插座部分的支撐面相鄰；並且上述插頭和上述插座部分的另一個包括至少兩個分開的鎖閂接收槽(66，166，266)，至少橫靠著與具有上述凸塊(36，136，236)的那個上述插頭部分和上述插座部分之一的上述相對的兩側(30，62)或兩端(32，64)相對應的上述兩側(62，30)或兩端(64，32)，上述鎖閂接收槽(66，166，266)在完全配合時適合接收上述鎖閂凸塊(36，136，236)；當上述板的位置被移動到一起，以便同時配合上述各對插頭和插座連接器(22，50)時，上述鎖閂凸塊(36，136，236)在上述插頭部分剛剛進入上述插座部分時壓住上述相鄰的支撐面，並與其形成壓配合，從而使插頭和插座連接器(22，50)的中心部位保持固定，以便抵抗配合期間的橫向作用力，在上述插頭和插座連接器(22，50)完全配合的情況下，當上述鎖閂凸塊(36，136，236)被接收在上述鎖閂接收槽(66，166，266)中時，上述凸塊(36，136，236)就會放鬆上述支撐面。8.按照權利要求7的組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(36，136，236)和上述鎖閂接收槽(66，166，266)靠近上述各個插頭和插座部分的相對兩側(30，62)或是相對兩端(32，64)的角落。9.按照權利要求7的表面安裝連接器組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(36，136，236)的上述支撐面是從上述鎖閂面上連續地向前和向內傾斜的。10.按照權利要求7，8或9的組件，其特徵是上述鎖閂凸塊(36)從上述插頭部分的上述相對的兩端(28)橫向延伸，而上述鎖閂接收槽(66)橫靠著上述插座部分的上述兩端(64)。全文摘要一種連接器組件(20)包括一個插頭連接器(22),它的外殼(24)包括至少從其相對的兩側(30)或是相對的兩端(32)橫向延伸的鎖閂凸塊(36);以及一個互補的插座連接器(50),它的外殼具有一個插頭接收腔(68),外殼(52)包括與腔底(68)相鄰的鎖閂接收槽(66),腔底至少橫靠著與插頭部分的兩側(30)和兩端(32)相對應的兩個側壁(62)或兩個端壁(64)。在插頭和插座連接器(22,50)的初步配合過程中,插頭外殼(24)的鎖閂凸塊(36)壓住相鄰的插座外殼壁面(65),並與其形成壓配合,在插頭和插座連接器(22,50)完全配合的情況下,當鎖閂凸塊(36)被接收在腔槽(66)中時,它就會放鬆上述壁面。文檔編號H01R12/22GK1189251SQ96195061公開日1998年7月29日申請日期1996年6月17日優先權日1995年6月28日發明者D·J·薩默斯,R·S·科雷爾,D·E·德爾英格申請人:惠特克公司