機械支撐的觸頭和使用該觸頭的電連接器的製作方法

2023-05-20 16:08:56 1

專利名稱：機械支撐的觸頭和使用該觸頭的電連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有改進的機械穩定性的電觸頭。
背景技術：
電連接器包括用於與配合部件的配合觸頭進行電連接的一個或多個觸頭。一種類 型的電連接器是插座連接器，其包括沿著接收配合部件的一部分的槽平行地設置的一排觸 頭。一種具體類型的插座連接器是直插式連接器。直插式連接器接收電路板的一個邊緣， 該電路板在其邊緣上具有與對應的插座觸頭配合的接觸墊。觸頭通過配合界面在電連接器 和配合部件之間傳送電力或數據。已知的電連接器存在缺點。例如，每個觸頭的電氣性能由觸頭的物理特性決定，例 如觸頭的材料類型。觸頭的導電性至少部分地基於觸頭的材料類型。例如，銅是良好的導 體，並且觸頭中的銅的濃度越高，觸頭的導電性越好。然而，銅的濃度高的觸頭通常在機械 上不穩定。在一些具體的應用中，觸頭基本上乃至整個地沿著它們的長度被電連接器的殼 體支撐。因此，由於殼體支撐觸頭，所以觸頭本身不需要機械地穩定。在其他的應用中，觸 頭是獨立式的，並且需要沿著它們的大部分長度支撐它們本身。因此，觸頭由合金製成，該 合金包括低濃度的銅和高濃度的具有較高強度但是較低導電性的其他金屬。電連接器中常 用的材料的一種具體例子是磷青銅，其是具有3. 5%至10 %的錫和高達1 %的有效磷含量 的銅合金。電連接器中常用的材料的另一種例子是鐵修復的錫黃銅。還存在並使用許多其 他材料。這些材料典型地具有純銅的大約10%至18%之間的導電性。隨著向小型化以及性能和通過量的增加的不斷增長趨勢，典型的磷青銅觸頭在功 率和/或數據通過量方面已經被推至它們的極限，具體地是由於將觸頭的尺寸減小以安裝 在更小的電連接器內部。對於觸頭還保留具有高導電性和低阻抗以及為了獨立所需的足夠 的機械穩定性的需要。

發明內容
根據本發明，一種電觸頭包括沿著長度在尾部和頭部之間延伸的導體。該導體具 有內表面和外表面，並且外表面沿著一部分長度限定一配合界面。該尾部適於嚙合第一配 合部件，並且該配合界面適於嚙合第二配合部件。該導體配置為電氣互連第一和第二配合 部件。該電觸頭包括柔性襯底，其具有沿著導體的至少一部分長度延伸的長度。該柔性襯 底具有第一側和第二側，並且第一側固定至導體的內表面。該電觸頭包括機械支撐梁，其具 有沿著導體的至少一部分長度延伸的長度。該機械支撐梁具有內表面和外表面，並且內表 面固定至柔性襯底的第二側的至少一部分。該柔性襯底允許機械支撐梁和導體之間的相對 移動。


圖1是包括一排根據示例性實施方式而形成的觸頭的電連接器的頂部透視圖。
圖2是圖1中所示的一個觸頭的側視圖。圖3是圖2中所示的觸頭的前透視圖。圖4是圖2中所示的觸頭的後透視圖。圖5示出了圖2中所示的觸頭位於偏斜位置，以虛像顯示了觸頭的非偏斜位置。圖6是對於圖1中所示的電連接器的可替換觸頭的側視圖。
具體實施例方式圖1是包括一排根據示例性實施方式而形成的觸頭12的電連接器10的頂部透視 圖。在圖示的實施方式中，電連接器10由插座連接器表示，並且在下文中可以稱為插座連 接器10。觸頭12可以同樣地稱為插座觸頭12。在其他可替換的實施方式中，電連接器10 可以是除了插座連接器以外的不同類型的連接器。因此，提供插座連接器10僅是用於說明 的目的，並且這裡的主題不限於插座連接器。電連接器10包括具有槽16的殼體14，該槽16適於接收具有配合觸頭20和一個 或多個電連接至配合觸頭20的電氣部件21的配合部件18。在圖示的實施方式中，配合部 件18由功率模塊表示，然而配合部件18不限於此。配合部件18包括具有邊緣24的電路 板22。在電路板22的一個或多個側面上在邊緣24或在該邊緣附近提供配合觸頭20。因 此，配合部件18表示能夠與電連接器10配合的直插式部件。在可替換的實施方式中，配合 部件18可以是不同類型的部件，例如插頭連接器，其具有能夠與電連接器10配合的殼體。殼體14包括多個接收單個觸頭12的觸頭通道26(如圖12所示)。觸頭通道26 由殼體14的內壁限定。觸頭通道26沿著槽16的至少一部分敞開，使得當配合部件被接收 在槽16中時，觸頭12可以暴露至配合部件18。可選地，觸頭12可以從觸頭通道26延伸到 槽16中，用於嚙合配合部件18。觸頭12被牢固地保持在觸頭通道26中，並且觸頭12的一 部分定位為遠離殼體14，從而使觸頭12獨立。電連接器10安裝至電路板28。例如通過通孔安裝、表面安裝等等，而將觸頭12單 獨地端接至電路板28。在配合部件18的配合觸頭20和電路板28之間經由觸頭12而創建 一個電路。觸頭12可以是電源觸頭、信號觸頭或接地觸頭。在示例性的實施方式中，一些 觸頭12表示電源觸頭並且一些觸頭12表示信號觸頭。在其他實施方式中，所有觸頭12表 示電源觸頭或者所有觸頭12表示信號觸頭。圖2是一個觸頭12的側視圖，以虛像顯示了殼體14和電路板28。觸頭12具有幾 個層，包括導體40、柔性襯底42和機械支撐梁44。柔性襯底42定位在導體40和機械支撐 梁44之間。導體40包括內表面46和外表面48。外表面48限定了用於與配合部件18配合的 前配合界面60。導體40在通常沿著觸頭12的縱軸50的縱向上沿著長度延伸。在示例性 的實施方式中，導體40由顯示出良好的電氣特性的金屬材料製成。例如，導體40可以由具 有高濃度的銅、例如大於大約30%的銅的合金製成。導體40可以由具有純銅的大約一半導 電性的材料製造。在可替換的實施方式中，導體40可以具有更高的導電性，其接近於純銅 的導電性。在一些實施方式中，導體40可以是純銅。導體40可以由具有穩定特性的材料 製造，在該方面由於導體40在正常操作過程中不能機械地支撐其自身，所以導體40被認為 在機械方面是較弱的。導體40可以不具有對配合部件18的足夠的彈回力，從而在配合至配合部件18時，對配合部件18保持足夠的偏置力。例如，導體40中的銅的濃度可以足夠 高，從而使導體40在與配合部件18配合的過程中在正常操作時不能獨立。對此，不是通過 增加導體40的橫截面積以使導體40脹大，因為這會增加觸頭12的成本，或者改變材料類 型，這可能減少導體40的導電性，而是利用機械支撐梁44以克服導體40的機械缺點。 導體40在其一端包括尾部52，並且在其另一端包括頭部54。尾部52端接至電路 板28。例如，尾部52可以延伸到電路板28的通孔中，並且可以被焊接或壓配在其中。導體40包括基底部56和配合部58。基底部56設置在尾部52和配合部58之間。 配合部58設置在底部56和頭部54之間。導體40也可以包括其他部分。基底部56被牢 固地保持在觸頭通道26中，並且可以嚙合一個或多個限定觸頭通道26的壁。配合部58的 至少一部分限定了配置為與配合部件18的配合觸頭20嚙合並電連接的前配合界面60。導體40的配合部58通常在底部56和頭部54之間向外彎曲。當配合部件18被 接收在槽16中時，這樣的非配合形狀將配合界面60定位在槽16中(如圖1所示)，用於與 配合部件18嚙合。當配合時，配合部58的至少一部分可以由配合部件18而向內朝向縱軸 50彎曲和/或偏斜。配合部58從非配合形狀(如圖2所示)改變形狀至配合形狀(如圖 5所示)，其中在配合形狀下的配合部58更接近於平面。在示例性的實施方式中，頭部54 沿縱軸50基本與底部56對齊。柔性襯底42包括第一側62和第二側64。在示例性的實施方式中，柔性襯底42是 不導電的板或薄膜。柔性襯底42具有厚度65，例如但不限於大約lmil。可選地，柔性襯底 42可以由聚醯亞胺材料或其他相似材料製成。柔性襯底42在通常沿縱軸50的縱向102上沿著長度延伸。第一例62例如通過 使柔性襯底42和導體40相互粘結而固定至導體40的內表面46。可選地，可以在柔性襯 底42和導體40之間使用粘合劑。並且，可以選擇性地放置該粘合劑。第二側64例如通過 使柔性襯底42和機械支撐梁44相互粘結而固定至機械支撐梁44。可選地，可以在柔性襯 底42和機械支撐梁44之間使用粘合劑。並且，可以選擇性地放置該粘合劑。在示例性的 實施方式中，柔性襯底42使導體40與機械支撐梁44電氣絕緣。例如在配合部58偏斜的 過程中，柔性襯底42允許機械支撐梁44和導體40之間的相對移動。柔性襯底42包括基底部66和配合部68。基底部66與導體40的基底部56基本 對齊。配合部68與導體40的配合部58基本對齊。配合部68設置在柔性襯底42的基底 部66和頭部70之間。頭部70通常與柔性襯底42的底端72相對。柔性襯底42也可以包 括其他部分。機械支撐梁44包括內表面74和外表面76。機械支撐梁44在通常沿觸頭12的縱 軸50的縱向102上沿著長度延伸。在示例性的實施方式中，機械支撐梁44由具有與導體 40不同的機械和電氣特性的金屬材料製成。機械支撐梁44由顯示出良好的機械強度特性 的金屬材料製成。例如，機械支撐梁44由磷青銅合金、銅鈹合金、銅鎳矽合金等等製成。機械支撐梁44包括基底部78和配合部80。基底部78與導體40的基底部56基 本對齊。配合部80與導體40的配合部58基本對齊。配合部80設置在基底部78和機械 支撐梁44的頭部82之間。頭部82通常與機械支撐梁44的底端84相對。機械支撐梁44 也可以包括其他部分。在示例性的實施方式中，頭部82提供為接近和/或鄰近殼體14的一個表面，從而相對於槽16支撐觸頭12的頂端。頭部82通常保持為沿縱軸50與基底部78成一直線。配 合部80從縱軸50向外彎曲。圖3是觸頭12的前透視圖。圖4是觸頭12的後透視圖。圖3和4顯示了觸頭12的多個層，其中導體40固定至柔性襯底42的第一側62，並且機械支撐梁44固定至柔性襯 底42的第二側64。導體40具有沿其長度由寬度90和厚度92限定的橫截面。寬度90大於厚度92。 在示例性的實施方式中，寬度90沿長度通常不變，並且厚度92沿長度通常不變。導體40 由板胚衝壓並形成最終的非平面形狀。導體40可以在與柔性襯底42耦合之前或者與柔性 襯底42耦合之後形成最終的形狀。柔性襯底42具有沿其長度由寬度94和厚度65限定的橫截面。寬度94大於厚度 65。在示例性的實施方式中，寬度94沿長度通常不變，並且厚度65沿長度通常不變。機械支撐梁44具有沿其長度由寬度96和厚度98限定的橫截面。寬度96大於厚 度98。在示例性的實施方式中，寬度96沿長度通常不變，並且厚度98沿長度通常不變。機 械支撐梁44由與導體40不同的板胚衝壓而成，其中該板胚由具有不同的機械和電氣特性 的不同材料製成。機械支撐梁44形成的最終的非平面形狀反映了導體40的最終形狀。可 選地，機械支撐梁44和導體40可以同時形成，從而使機械支撐梁44和導體40具有相同的 形狀。可以在導體40形成最終形狀之前將柔性襯底42和/或機械支撐梁44固定至導體 40。在示例性的實施方式中，導體40、柔性襯底42和機械支撐梁44各自的寬度90、 94、96可以近似地彼此相等。在圖示的實施方式中，柔性襯底42的寬度94近似等於寬度 90、96，但是比寬度90、96稍寬。柔性襯底42的附加的寬度可以用於操作觸頭12。圖5示出了觸頭12位於偏斜位置，以虛像顯示了觸頭12的非偏斜位置，以及殼體 14和配合部件18的位置。在操作過程中，當配合部件18裝載在槽16(如圖1所示)中時， 配合部件18嚙合導體40的配合界面60 (如圖2所示)。通過配合部件18將導體40向內 推動。機械支撐梁44為導體40提供機械支撐以保持導體40的大體形狀，並且通常將導 體40對著配合部件18向外推動。機械支撐梁44的基底部78和頭部82由殼體14保持， 並且導體40和機械支撐梁44各自的配合部58、80沿偏斜方向100向內偏斜。例如，可以 相對於殼體14將基底部78保持在適當的位置上，並且頭部82可以沿著殼體14的壁滑動。 殼體14的壁阻礙頭部82的向內移動。偏斜方向100基本上橫切於縱向102。可選地，偏斜 方向100可以垂直於縱向102。當配合部58、80向內彎曲時，配合部58、80從非配合形狀(如虛像所示)改變形 狀至配合形狀，在配合形狀中配合部58、80相對變得更平坦。導體40的配合部58的形狀 可以改變為不同於機械支撐梁44的配合部80。例如，配合部80可以變得比配合部58更平 坦。配合部80可以變得比配合部58更平直。柔性襯底42允許機械支撐梁44和導體40之間的相對移動。例如，可以伸長或操 作柔性襯底42以適應配合部58、80的形狀的改變。圖6是對於電連接器10 (如圖1所示)的可替換觸頭112的側視圖。觸頭112包 括導體114、柔性襯底116和多個機械支撐梁118。機械支撐梁118被間隙119分離。在可替換的實施方式中可以提供任意數量的機械支撐梁118。 導體114包括基底部120和配合部122。配合部122具有配合界面124。在圖示 的實施方式中，機械支撐梁118與導體114的基底部120和配合界面124對齊。基底部1 20 和配合界面124是導體114的具有附加的機械支撐的區域。由於基底部120被接收在觸頭 通道26(如圖2所示)中，所以基底部120具有附加的機械支撐。由於配合部122嚙合配 合部件18 (如圖2所示)並且在嚙合時由於配合部件18而彎曲，所以配合界面124具有附 加的機械支撐。
權利要求
一種電觸頭(12)，其包括沿著長度在尾部(52)和頭部(54)之間延伸的導體(40)，該導體(40)具有內表面(46)和外表面(48)，外表面沿著一部分長度限定配合界面(60)，該尾部適於嚙合第一配合部件(28)，並且該配合界面適於嚙合第二配合部件(18)，該導體配置為電氣互連第一和第二配合部件，該電觸頭的特徵在於柔性襯底(42)，其具有沿著導體的至少一部分長度延伸的長度，該柔性襯底具有第一側(62)和第二側(64)，並且第一側固定至導體的內表面；以及機械支撐梁(44)，其具有沿著導體的至少一部分長度延伸的長度，該機械支撐梁具有內表面(74)和外表面(76)，並且內表面固定至柔性襯底的第二側的至少一部分，其中柔性襯底允許機械支撐梁和導體之間的相對移動。
2.根據權利要求1所述的電觸頭，其中導體、柔性襯底和機械支撐梁具有相等的寬度 (90，94，96)。
3.根據權利要求1所述的電觸頭，其中導體和機械支撐梁由不同的材料製造，從而使 導體的電導率大於機械支撐梁的電導率，並且機械支撐梁的機械強度大於導體的機械強度。
4.根據權利要求1所述的電觸頭，其中機械支撐梁與導體電氣絕緣，並且與第一和第 二配合部件電氣絕緣。
5.根據權利要求1所述的電觸頭，其中機械支撐梁包括兩個機械支撐梁(118)，它們 沿著柔性襯底的長度的不同部分固定至柔性襯底的第二側，這兩個機械支撐梁通過間隙 (119)而彼此分離。
全文摘要
一種電觸頭(12)，其包括沿著長度在尾部(52)和頭部(54)之間延伸的導體(40)。該導體具有內表面(46)和外表面(48)，外表面沿著一部分長度限定一配合界面(60)。該尾部適於嚙合第一配合部件(28)，並且該配合界面適於嚙合第二配合部件(18)。該導體配置為電氣互連第一和第二配合部件。該電觸頭包括柔性襯底(42)，其具有沿著導體的至少一部分長度延伸的長度。該柔性襯底具有第一側(62)和第二側(64)，並且第一側固定至導體的內表面。該電觸頭包括機械支撐梁(44)，其具有沿著導體的至少一部分長度延伸的長度。該機械支撐梁具有內表面(74)和外表面(76)，並且內表面固定至柔性襯底的第二側的至少一部分。該柔性襯底允許機械支撐梁和導體之間的相對移動。
文檔編號H01R13/03GK101859950SQ20101018730
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者史蒂文·J·米勒德, 詹姆斯·A·萊迪, 阿蘭·R·麥克杜格爾 申請人:泰科電子公司