Fpc微連接器及其製造方法
2023-05-25 21:55:21
專利名稱：Fpc微連接器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種用於柔性印刷電路電纜的微連接器(稱為FPC微連接器)。
背景技術：
近年來的電子裝置和設備正在「更薄」和「更輕」需求的概念下發展，並且已經嘗試在裝置和設備中高組裝密度地安裝電子元件。實現該高組裝密度的主要技術之一是在各種裝置和設備的安裝中使用具有柔性特性的柔性印刷電路電纜(以下簡稱為FPC電纜)。
用於FPC電纜的微連接器已經使得電纜組件以諸如彎曲、扭曲的柔性彎曲布線並三維空間安裝，並且滿足對於「更薄」和「更輕」的裝置及設備的需求。根據這種特徵，已經在要求輕且薄的商業產品(例如，可攜式電話)中採用FPC電纜作為連接裝置。在參考文獻1中公開了FPC微連接器的示例。
參考文獻1日本專利特開，2001-210349圖7(a)至7(c)表示傳統連接器10的剖視圖。圖7(a)表示在將FPC電纜30插入到連接器10之前的物理狀態。圖7(b)表示在將FPC電纜30插入到連接器10之後的狀態，而圖7(c)表示在FPC電纜30通過設置在連接器10中的槓桿(lever)22夾緊之後的狀態。
如圖7(a)所示，殼體25具有在上部分中的開口、在兩側(圖中繪製了單側)中的側壁26以及如同在梳形齒之間間隙的許多狹縫(未在圖中示出)。與所述狹縫結合成單個單元的殼體安裝在印刷電路板29上，許多如同梳形齒的接觸件14插入到這些狹縫中。
接觸件14的接觸片17和固定片18從上側和下側夾緊凸出部27，而接觸件14的彈性支撐部15的端子部分20基本形成為柱形。槓桿22可在端子部分20的周圍沒有幹涉的情況下轉動，該端子部分20在彈性支撐部15的端子部分20處形成為大致柱形。在接觸片17的上表面上，接觸器部分19與形成在FPC電纜30的背面上的接觸端子31電接觸。
在FPC電纜30被放置在殼體25上的預定位置之後沿著圖7B所示的箭頭方向轉動槓桿22時，FPC電纜30被固定在其中接觸端子31(見圖6)與接觸器部分19接觸的物理狀態中。
如圖8所示，接觸端子31以0.3mm的間距布置在FPC電纜30的背面上，從而接觸端子31與接觸件14的接觸片17的接觸器部分19接觸。已經採用高精度擠壓成形和蝕刻圖案成形來製造FPC微連接器，並且最小成形間距P可小到0.1mm。由於蝕刻工藝，接觸端子31在邊緣處的最終形式是圓形的。
然而，在近年來的具有內置相機、移動通訊服務和網際網路通訊的可攜式電話的繁榮和普及中，根據對裝置的高速操作和高集成化的需要，置入FPC電纜中的導線的數量趨於增加。結果，存在這樣的問題，即，傳統的FPC微連接器不能容納在諸如可攜式電話的裝置的有限內部空間中。
為了滿足可攜式電話應用的要求，從而保持高度電絕緣，即使對於相鄰端子之間變窄也不會在導線之間發生短路，並因此滿足端子接觸的高可靠性和高性能的可攜式電話的需求，一直希望有大容量FPC微連接器。
因此，對超小型FPC連接器(其支撐朝向多功能和高性能發展的電子裝置)、具有多個微連接端子的印刷電路板和具有高密度接觸端子的FPC電纜具有強烈的需求。
發明內容
本發明涉及一種連接FPC電纜和印刷電路板的連接器，該連接器優選地包括絕緣體，其保持槓桿，其中該絕緣體引導FPC電纜；印刷電路板，在其背面上具有多個微接觸端子；以及FPC電纜，在其一端部具有多個微接觸片。
「高密度」是指接觸端子的間距P被設置為小於0.1mm，而「微連接器」接觸端子並連接以高密度排列的裝置。
根據該連接器，可使FPC電纜直接連接在印刷電路板上，並且在很大的程度上增加連接端子，從而可使FPC電纜的寬度縮小。不需要用於傳統技術的傳統部件，且可使整個連接器的高度縮小到傳統連接器的一半大小。因此，可提供高密度的FPC微連接器。
涉及本發明連接器的FPC電纜的接觸端子優選地直接與形成在印刷電路板上的接觸端子相連。
換言之，通過將與FPC電纜的接觸端子相對應的接觸端子布置在印刷電路板的上表面上，微連接器的主體包括作為夾緊槓桿和絕緣體的兩個部件，從而可實現連接器主體的半個高度，很大程度地減少了用於成形工藝和組裝工藝的加工步驟，從而可提供超小型FPC微連接器，並且縮短了電子線路。
對於涉及本發明的連接器，形成在FPC電纜上的多個超小型接觸端子的截面形狀在接觸表面處形成為弧形截面形狀。
由於接觸表面形成為弧形截面形狀，因此可將實際的接觸部分限制於形成在接觸端子片的兩側邊緣中的兩個邊緣處。當接觸端子按壓另一接觸片時，該接觸端子的側邊緣彈性變形，並且將另一接觸端子上的氧化覆蓋膜切入該接觸端子的金屬表面中。因此，可確定地進行接觸，並且可靠性可以是傳統接觸的兩倍。
本發明提供了在FPC電纜上製造多個微接觸端子以電連接FPC和印刷電路板的製造方法。該製造方法的特徵在於包括第一步驟，使用厚感光樹脂(或稱為「光刻膠」)進行紫外線平版印刷，作為所謂的光刻工藝；以及進行微電鍍工藝的第二步驟。
根據本發明，其將進行紫外線平版印刷的第一步驟與進行微電鍍的第二步驟結合起來使用，可形成通過傳統工藝不能製造的超小間距。因此，本發明有利於增加FPC電纜的接觸端子的數量，而這在電子裝置中實現多功能是需要的。通過本發明易於實現在其中信號線(SG)和地線(GND)交錯布置的無線電頻率信號傳輸的應用，並且可獲得高可靠性。
圖1是表示涉及本發明的FPC微連接器的示意性立體圖；圖2(a)是表示其中從印刷電路板上移除了微連接器殼體的物理狀態的另一示意性立體圖；圖2(b)是沿著圖2(a)中所示的剖切線B-B剖取的、與印刷電路板接觸的FPC的放大剖視圖；圖3(a)是在將FPC電纜插入到FPC微連接器中之前的物理狀態的剖視圖；圖3(b)是在將FPC電纜插入到FPC微連接器中之後的物理狀態的剖視圖；圖3(c)是將FPC電纜7插入到涉及本發明的FPC微連接器中並通過槓桿按壓FPC電纜的物理狀態的剖視圖；圖4(a)是FPC電纜的左手側示意圖；圖4(b)是FPC電纜的俯視圖；圖4(c)是FPC電纜的主視圖；圖4(d)是在圖4(a)中所示的部分D的放大視圖；圖4(e)是在兩端具有接觸端子的FPC電纜的俯視圖；圖4(f)是該FPC的主視圖；圖5是表示形成在FPC電纜上的接觸端子的示意性立體圖；圖6是表示在FPC電纜上的接觸端子的說明性示意圖；圖7(a)是表示傳統連接器在將FPC電纜插入其中之前的物理狀態的剖視圖；圖7(b)是表示傳統連接器在將FPC電纜插入其中時的物理狀態的示意性剖視圖；圖7(c)是表示傳統連接器當通過安裝於連接器的槓桿夾緊FPC電纜時的物理狀態的示意性剖視圖；和圖8是沿著線C-C剖取的放大視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發明的實施例。
如圖1所示，FPC微連接器1包括絕緣體2、槓桿3、在其背面上具有微接觸片的印刷電路板5、以及在其端部和背面上具有微接觸端子8的FPC電纜7。
如圖2(a)和圖2(b)所示，在其上焊接並裝配有電子部件的印刷電路板5具有微接觸片6，這些微接觸片使得連接片在微成形工藝中單獨形成。微接觸片6的表面為平坦表面。然而，形成在FPC電纜7的背面上的微接觸端子8具有在剖視圖中的弧形截面形狀，並且微接觸端子8在兩條直線處接靠微接觸片6，所述直線為微接觸端子8的邊緣沿橫向的兩個端部處的端線。由於微接觸端子8邊緣的兩條端線將覆蓋微接觸片6的氧化膜或自然氧化層切入該接觸端子8中並且與之牢固地接觸，因此在微接觸片6和微接觸端子8之間的電接觸具有為傳統接觸兩倍多的高可靠性。
由於大的絕緣性能導致狹窄間距鋪設電纜，因此可通過將終止於微接觸端子8的、用於信號線(SG)和地線(GND)的線路交錯配置而構造成無線電頻率傳輸電路。通過該結構，即使在相鄰接觸端子之間的間距較小，也可獲得高可靠性和大線路容量的FPC微連接器，並且因此可應用於可攜式電話，用於實現高性能。在本實施例中相鄰接觸端子之間的間距是0.04mm。
絕緣體
如圖3(a)中所示，絕緣體2引導在印刷電路板5上的FPC電纜7並且將該FPC電纜7保持在預定位置，從而微接觸端子8與形成在印刷電路板5上的微接觸片6確實接觸。
絕緣體2由絕緣材料製成並構成FPC微連接器的主體。
用於本實施例的絕緣體2的物理尺寸沿著FPC電纜7的深度為6mm、沿著FPC電纜7寬度方向的寬度為10mm、並且從印刷電路板5的高度為0.9mm。
絕緣體2的軸線支撐部2a與槓桿3的圓柱形凹部3a配合，並且保持槓桿3圍繞軸線支撐部2a的旋轉運動。槓桿3具有凸輪機構的一部分，從而在槓桿3的外表面和印刷電路板5或微接觸片6的相對表面之間的間隙隨槓桿3的轉角變化，並且該間隙足夠大，以在槓桿3被推到如圖3(a)中所示的釋放位置時不會妨礙FPC電纜7的插入。
絕緣體在面向印刷電路板5的背面中具有扁平基座2b。該扁平基座2b例如通過粘結劑固定在印刷電路板5上。絕緣體2具有兩個沿著FPC電纜7插入方向的壁2c，並且製成用於每個壁2c的凹槽2d，從而將FPC電纜7引導至絕緣體2中，這便於FPC電纜7相對於高度方向(FPC電纜7的厚度)和寬度方向進行定位，因此可實現在插入到絕緣體中時FPC電纜7的正確定位。
此外，如圖1所示，在頂部扁平部分2e和壁2c之間形成有凹槽2f，從而通過向下推動槓桿3而可使槓桿3將FPC電纜7彈性地推靠在印刷電路板5上。
槓桿3
槓桿3是一臂長僅為5mm的小部件。槓桿3由形成在絕緣體2的端線處的軸線支撐部來支撐，並可旋轉運動地安裝。在預定位置處將FPC電纜7插入到絕緣體2中之後，槓桿3可推動微接觸端子8，從而通過向下轉動槓桿3使該微接觸端子8與形成在印刷電路板5上的微接觸片6可靠地接觸，槓桿3圍繞軸線支撐部2a進行轉動，從而FPC電纜7的暴露於連接器的絕緣體2的外側的部分由槓桿3覆蓋。
在本實施例中，槓桿3的轉動範圍相對於FPC電纜7的平面表面優選為0度至110度，但可以是0度到90度。
絕緣體2被固定在印刷電路板5的上表面上，但並不完全覆蓋待與形成在FPC電纜7上的微接觸端子8相接觸的微接觸片6，從而使微接觸片6的某些部分向外暴露。
FPC電纜
下面說明FPC電纜7。
如圖4(b)所示，FPC電纜7具有薄帶的形狀且寬度為8mm。FPC電纜7由薄膜製成，其上形成有電纜線和電路，並且在其上覆蓋有另一薄膜，因此該FPC具有抗彎曲、重疊、摺疊和扭曲的耐久性。
如圖4(d)所示，在FPC電纜7的背面上，尤其在其端子處，FPC電纜7的端子部分的表面面向形成在印刷電路板5上的微接觸片6，且沿著FPC電纜的寬度方向具有以預定間距(對於本發明，間距P等於0.04mm(40微米))形成的200個微接觸端子8。
與寬度和該FPC電纜7相同的傳統柔性扁平電纜(該間距為0.3mm(300微米))相比較，傳統的柔性扁平電纜具有25個接觸端子。然而，本實施例提供了200個微接觸端子8，線路密度提高為原來的八倍。因此，可使連接器的寬度充分變窄，從而可進一步使所述裝置小型化和減輕重量。
微接觸端子
形成在FPC電纜7上的微接觸端子8面向微接觸片6並且與之接觸，從而在FPC電纜7和印刷電路板5之間形成電連接。
在本實施例中，使用具有大體帶狀的FPC電纜7，並且微接觸端子8具有弧形截面形狀。
微接觸端子8沿著FPC電纜7的寬度方向以預定間距設置在FPC電纜7的背面上，其以與微接觸片6相同的數量形成，從而當該FPC電纜7和印刷電路板5之間形成電接觸時形成一對一的對應連接。
如圖4(b)和圖5所示，微接觸端子8具有與微接觸片6相似的形式，換言之，其基本為帶狀，其沿著FPC電纜7的長度具有足夠的長度，以獲得與微接觸片6滿意的電接觸。微接觸端子8的寬度製造得小於微接觸片6的寬度，從而確保微接觸端子8與微接觸片6電接觸。
如圖2(b)、圖4(d)和圖5所示，形成在FPC電纜7的背面表面上的微接觸端子8具有弧形形狀，並且微接觸端子8的突出邊緣8a將微接觸片6上的氧化覆蓋膜切入其金屬表面中。
換言之，沿寬度方向的微接觸端子8的邊緣形成突出邊緣8a。因此，當槓桿3被向下推動以使槓桿3圍繞軸線支撐部2a轉動時，形成在印刷電路板5上的微接觸片6首先接觸突出邊緣8a，並且形成在FPC電纜7上的微接觸端子8推靠微接觸片6，以與其形成接觸。
如圖6所示，當施加向下推壓FPC電纜7至印刷電路板5的壓力F時，微接觸端子8的突出邊緣8a以其略微變形的方式沿著其寬度方向溝刨微接觸片6的表面。
因此，即使阻礙電接觸的氧化層形成在微接觸片6的表面上，也可在形成於FPC電纜7上的微接觸端子8和形成於印刷電路板5上的微接觸片6之間確實獲得電接觸，這是因為當突出邊緣8a溝刨微接觸片6的表面時，形成在微接觸端子6兩側上的突出邊緣將覆蓋並存在於微接觸片6表面上的氧化層切開一通路。
換言之，突出邊緣8a通過在圖3中所示的槓桿壓靠在微接觸片6上而彈性變形並且溝刨形成在微接觸片6上的薄氧化層，因此本發明的機構可作為電連接器系統提供確實的電接觸。
優選地通過蝕刻工藝以及附加的電鍍工藝形成微接觸端子8。當通過蝕刻工藝形成微接觸端子8時，微接觸端子8的邊緣在這種蝕刻工藝期間被倒圓(參考在圖8中所示的「R」，該圖為一傳統連接器系統)。另一方面，當採用附加的電鍍工藝處理微接觸端子8時，微接觸端子8的兩個邊緣變成為具有85到88度稜角的突出邊緣8a。微接觸端子8的接觸表面變成為具有弧形形式。
FPC微連接器的接觸操作
參照圖3來說明FPC微連接器1的操作。
如圖3(a)所示，首先向上轉動FPC微連接器1的槓桿3經過垂直角度(90度)到110度的傾斜角。由於槓桿3的相對側面的半徑隨轉角而變化，從而形成偏心凸輪的一部分，因此槓桿3的面向FPC電纜7的最低表面不會接觸插入到絕緣體2中的FPC電纜7的表面。
如圖3(b)所示，從圖3(b)的右手側插入FPC電纜7直到FPC電纜7的末端接觸止動件4，然後向下推動圍繞軸線支撐部2a轉動的槓桿3，直到該槓桿已經如圖3(c)中所示被向下拉。槓桿3的面向FPC電纜7的最低表面下降，從而與FPC電纜7沒有間隙，這是由於槓桿3的相對側面的半徑隨轉角而變化。
換言之，如圖3(c)所示，當槓桿3被向下拉並設置成在水平位置中抵靠FPC電纜7時，可使FPC電纜7上的微接觸端子8壓靠在印刷電路板5上的微接觸片6，從而通過由絕緣體2的頂部扁平部分2e產生的彈性彈簧力而在它們之間形成可靠的電接觸。
在槓桿3的這種設置中，通過突出邊緣8a溝刨微接觸片6的表面(因為微接觸端子8在兩側具有突出邊緣8a)而使存在於微接觸片6的表面上的氧化層被切出一通路。結果，FPC電纜7上的微接觸端子8進行可靠的電接觸，並因此可在它們之間獲得充分的電連接。
製造方法
下面將說明製造方法。
第一步驟是使用厚感光樹脂進行紫外線照相蝕刻。該工藝是在電鍍於銅箔板(為簡便簡稱為板)的銅箔表面上均勻塗覆感光樹脂，該銅箔板待製造成印刷電路板，在90℃溫度下烤乾該板，並且通過與在該板上的感光樹脂接觸的光掩模暴露於紫外光。在通過紫外光曝光之後，該樹脂被顯影以形成轉印到電路圖案的圖案。通過阻止蝕刻的顯影的樹脂圖案來進行轉印。未蝕刻部分成為電路圖案。這基本與用於本發明的微製造工藝相同。
代替在板上塗覆樹脂，可使用感光幹膜來形成蝕刻圖案。該UV光為紫外光。
第二步驟是微電鍍沉積工藝，其為電鍍的本質特性之一。如圖4(d)所示，該技術最終在微接觸端子8的截面中形成弧形形狀。
用於本發明的這種電鍍為電解電鍍。對於初級電鍍，可在用於電路構圖的銅箔上電鍍鎳。最終精加工可為鍍金。對於該製造方法，微接觸端子8的間距可以為小於0.1毫米或小到40微米，從而提供一種克服了傳統微連接器的局限的製造方法。
儘管已經公開了本發明的專利實施例，但本領域的技術人員應理解，在不脫離由所附權利要求指明的本發明的範圍的情況下，可對其進行改變和修改。
例如，在上述討論中，已經討論了在其一端部處具有微接觸端子的FPC電纜，而該FPC電纜可在其兩端部處都具有微接觸端子。
已經討論了微接觸端子具有突出邊緣，但是優選的是，在印刷電路板上的微接觸片交錯地具有突出邊緣。
正如所說明的一樣，本發明的微連接器可減少FPC電纜的寬度，這是由於FPC電纜通過微連接器連接到印刷電路板上，從而可大量地增加連接的數量。或者，使用傳統的連接器，與傳統的連接器相比，微連接器1可提供連接器物理尺寸一半的高度。
根據與形成在FPC電纜上的微連接端子8對應的微連接片6的設置位置，可提供超小型FPC微連接器，其最終高度可減小到一半高度，且可極大地縮短成形工藝和組裝工藝的步驟，還縮短了電路，這是由於FPC微連接器包括槓桿和絕緣體。
由於FPC電纜7上的微接觸端子8的接觸表面是彎曲的，且微接觸端子8的兩個邊緣進行電接觸，因此可靠性可提高兩倍。
根據本發明，通過結合進行傳統的紫外線照相蝕刻平版印刷的第一步驟和進行附加電鍍工藝的第二步驟，可製造具有超小間距的電金屬端子，從而可提供用於多功能需求解決方案的端子數量和密度的增加。
工業適用性通過交錯地布置彼此高度絕緣的信號線和地線可便於實現無線電頻率電路，並且可應用於各種應用。
通過交錯地布置彼此高度絕緣的信號線和地線，即使線路間隔非常小，也可以製造待用於可攜式電話的、支持高度可靠使用的高容量FPC微連接器。
權利要求
1.一種微連接器，其包括絕緣體，其保持槓桿；印刷電路板，在其背面上具有多個微接觸端子；以及FPC電纜，在其一端部具有多個微接觸片，其中所述絕緣體引導所述FPC電纜。
2.根據權利要求1所述的微連接器，其特徵在於，所述多個微接觸端子與所述微接觸片接觸。
3.根據權利要求1所述的微連接器，其特徵在於，所述多個微接觸端子具有弧形截面形狀。
4.根據權利要求2所述的微連接器，其特徵在於，所述多個微接觸端子在與所述微接觸片的接觸表面處具有弧形截面形狀。
5.一種用於根據權利要求1的微連接器的製造方法，其包括使用厚感光樹脂進行紫外線平版印刷的第一步驟，和進行微電鍍工藝的第二步驟。
全文摘要
一種用於FPC連接的微連接器(1)，其包括絕緣體(2)，其夾緊保持槓桿(3)；印刷電路板(5)，其上安裝有絕緣體(2)並具有微連接端子(6)；以及FPC電纜(7)，其定位在微連接器(1)處，且直接連接到該印刷電路板的微連接端子(8)布置在該FPC電纜(7)上。
文檔編號H05K3/40GK1742524SQ200380109110
公開日2006年3月1日 申請日期2003年12月18日 優先權日2003年1月23日
發明者平井幸廣 申請人:日本先進裝置株式會社