具有微結(jié)構(gòu)化觸頭元件的電插接型連接器的制造方法
【專利摘要】一種電插接型連接器具有導(dǎo)電觸頭元件，該觸頭元件具有接觸表面，所述接觸表面具有微結(jié)構(gòu)。
【專利說明】具有微結(jié)構(gòu)化觸頭元件的電插接型連接器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1所述的電插接型連接器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中已知很多種構(gòu)造的電插接型連接器。電插接型連接器設(shè)置成連接至合適的插接型連接器配合件以產(chǎn)生電連接。電插接型連接器一般具有導(dǎo)電的觸頭元件，當(dāng)插接型連接器連接至插接型連接器配合件時(shí)，該觸頭元件與插接型連接器配合件的觸頭元件接觸。插接型連接器的觸頭元件通常構(gòu)造為接觸插針，并且插接型連接器配合件的觸頭元件構(gòu)造為接觸彈簧。在插接型連接器和插接型連接器配合件的連接狀態(tài)下，接觸彈簧施加彈性力至接觸插針，以確保接觸彈簧和接觸插針之間的可靠的導(dǎo)電連接。
[0003]已知的電插接型連接器的觸頭元件通常具有涂覆有錫的接觸表面。在插接型連接器第一次連接至插接型連接器配合件的過程中，由于接觸彈簧施加至接觸插針的彈性力，錫經(jīng)常被從涂覆有錫的表面部分地剝離。這產(chǎn)生的缺點(diǎn)是，為了將插接型連接器連接至插接型連接器配合件必須施加很大的插入力。此外，磨損引起接觸表面中的一個(gè)或兩個(gè)的改變會(huì)不利地增加觸頭元件之間的過渡電阻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電插接型連接器。通過具有權(quán)利要求1的特征的插接型連接器實(shí)現(xiàn)了該目的。從屬權(quán)利要求中列出了優(yōu)選的發(fā)展例。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的電插接型連接器具有導(dǎo)電的觸頭元件，該觸頭元件具有接觸表面。在該情形中，接觸表面具有微結(jié)構(gòu)(microstructure)。當(dāng)插接型連接器連接至插接型連接器配合件時(shí)，通過所述微結(jié)構(gòu)有利地減小了觸頭元件的接觸表面和插接型連接器配合件的觸頭元件的接觸表面之間的支撐面。從而減小了作用在接觸表面之間的摩擦力，這有利地減小了將插接型連接器連接至插接型連接器配合件所需的插入力。接觸表面之間的支撐面減少的同時(shí)，增加了接觸表面之間的接觸位置，這有利地降低了接觸表面之間的過渡電阻。根據(jù)本發(fā)明的插接型連接器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過微結(jié)構(gòu)化降低了接觸表面的磨損。
[0006]在電插接型連接器的一個(gè)有利的實(shí)施例中，接觸表面具有錫或銀、或錫或銀的合金。錫、銀以及它們的合金有利地具有良好的電氣和機(jī)械特性，從而制成了耐用的接觸表面。
[0007]在電插接型連接器的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，觸頭元件包括銅或銅合金，并涂覆有錫或涂覆有銀、或涂覆有錫/銀合金。因而，觸頭元件有利地具有低歐姆電阻。此外，在涂覆錫或涂覆銀操作、或在包括銅或銅合金的觸頭元件的涂覆操作過程中，有利地形成了較硬的金屬間相化合物(intermetallic phase),其在觸頭元件的微結(jié)構(gòu)化過程中部分地形成在接觸表面的表面，從而插接型連接器配合件的觸頭元件能夠更容易地在觸頭元件的接觸表面上滑動(dòng)。
[0008]在電插接型連接器的一個(gè)實(shí)施例中，接觸表面具有突出部和凹部。因而，有利地減小了插接型連接器的觸頭元件的接觸表面和插接型連接器配合件的觸頭元件的接觸表面之間的支撐面。
[0009]在電插接型連接器的一個(gè)發(fā)展例中，潤滑劑被布置在至少一個(gè)凹部中。由于在接觸表面的一個(gè)或多個(gè)凹部中設(shè)置有潤滑劑，因而，有利地額外減小了將插接型連接器連接至插接型連接器配合件所需的插入力。
[0010]在電插接型連接器的一個(gè)實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)形成了至少部分周期性的構(gòu)造。因而，所述微結(jié)構(gòu)能夠有利地以簡單的方式制造，并具有可復(fù)制的特性。
[0011]在電插接型連接器的一個(gè)有利的實(shí)施例中，所述周期性的結(jié)構(gòu)在至少一個(gè)方向上具有的周期長度在I微米至100微米的范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示，這個(gè)數(shù)量級大小的周期結(jié)構(gòu)對接觸表面的機(jī)械和電氣特性有利地帶來了明顯的改進(jìn)。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述周期長度在2微米至30微米的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地在大約10微米的范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)大約10微米的尺寸是有利的。
[0012]在電插接型連接器的一個(gè)實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)具有鱗片狀(scale-like)結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鱗片狀結(jié)構(gòu)有利于構(gòu)成微結(jié)構(gòu)，其特別適用于改善接觸表面的電氣和機(jī)械特性。
[0013]在電插接型連接器的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)通過對所述接觸表面的激光或電子束加工操作而制成。使用激光或電子束加工操作，能夠有利地以精確和可復(fù)制的方式在非常短的時(shí)間周期內(nèi)對較大的接觸表面區(qū)域進(jìn)行微結(jié)構(gòu)化。
[0014]在電插接型連接器的一個(gè)實(shí)施例中，所述觸頭元件為接觸插針。因?yàn)樵谶B接過程中，插接型連接器配合件的接觸插針在接觸插針的接觸表面的較寬的區(qū)域上滑動(dòng)，因而對接觸插針的接觸表面微結(jié)構(gòu)化特別有用。
[0015]在電插接型連接器的另一個(gè)實(shí)施例中，觸頭元件為接觸彈簧。接觸彈簧的接觸表面的微結(jié)構(gòu)化也有利地改善了接觸彈簧的機(jī)械和電氣特性。
[0016]在電插接型連接器的一個(gè)發(fā)展例中，其具有多個(gè)觸頭元件。因?yàn)閷⒉褰有瓦B接器連接至插接型連接器配合件所需的插入力根據(jù)要連接的觸頭元件的數(shù)目變化，因而，通過對觸頭元件的接觸表面微結(jié)構(gòu)化導(dǎo)致的插入力的減小特別顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]以下將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中:
[0018]圖1為兩個(gè)插接型連接器連接過程中的接觸插針和接觸彈簧的示意圖；
[0019]圖2為第一微結(jié)構(gòu)化的接觸表面的平面圖；
[0020]圖3為第二微結(jié)構(gòu)化的接觸表面的平面圖；以及
[0021]圖4為第三微結(jié)構(gòu)化的接觸表面的平面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1非常示意性地以及部分剖視地示出了兩個(gè)插接型連接器連接過程中這些插接型連接器的部件。
[0023]圖1示出了第一插接型連接器100的第一觸頭元件110。該第一觸頭元件110構(gòu)造為接觸插針，并在圖1中以剖視圖方式示出。該第一觸頭元件110導(dǎo)電，并包括基底材料130和涂層140，其中涂層140布置在基底材料130的表面上?；撞牧?30可以例如是銅或銅合金。涂層140可以例如具有錫、銀或錫、銀的合金和/或其它元素。涂層140可以例如借助于熱浸鍍錫涂敷至基底材料130。涂層140的遠(yuǎn)離基底材料130朝向的表面形成了第一接觸表面120。
[0024]圖1還示出了第二插接型連接器200的第二觸頭元件210的一部分。第二插接型連接器200構(gòu)造為第一插接類型連接器100的插接型連接器配合件，并設(shè)置為連接至第一插接型連接器100。所述第二觸頭元件210具有第二接觸表面220，當(dāng)?shù)谝徊褰有瓦B接器100和第二插接型連接器200連接時(shí)，該第二接觸表面220接觸所述第一接觸表面120。第二插接型連接器200的第二觸頭元件210構(gòu)造為接觸彈簧，并且能夠在限定范圍內(nèi)彈性變形。
[0025]如果第一插接型連接器100和第二插接型連接器200連接，如圖1所示，第二插接型連接器200的第二觸頭元件210碰觸第一插接型連接器100的第一觸頭元件110，以產(chǎn)生第一觸頭元件110和第二觸頭元件210之間的導(dǎo)電連接。在第一插接型連接器100和第二插接型連接器200連接的過程中，第一插接型連接器100的第一觸頭元件110沿著第一相對插入方向111相對于第二插接型連接器200的第二觸頭元件210移動(dòng)。第二插接型連接器200的第二觸頭元件210沿著第二相對插入方向211相對于第一插接型連接器100的第一觸頭兀件110移動(dòng),其中該第二相對插入方向211定向?yàn)橄喾从诘谝幌鄬Σ迦敕较颉?br> [0026]在第一插接型連接器100和第二插接型連接器200連接時(shí)，由于第二觸頭元件210的第二接觸表面220施加至第一觸頭元件110的第一接觸表面120的壓力，摩擦力作用在第一接觸表面120和第二接觸表面220之間，并且必須被克服。相對于常規(guī)插接型連接器，為了減小連接插接型連接器100、200所需的插入力，第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120具有以下詳述的微結(jié)構(gòu)。該微結(jié)構(gòu)150通過對第一接觸表面120進(jìn)行微結(jié)構(gòu)化而形成。在插接型連接器100、200的連接過程中，沿著第一接觸表面120滑動(dòng)的第二觸頭元件210使第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150部分地變平，從而在插接型連接器100、200連接后，保留了部分變平的微結(jié)構(gòu)160。
[0027]在一個(gè)替代實(shí)施例中，第二插接型連接器200的第二觸頭元件210的第二接觸表面220也可以設(shè)置有微結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120也可以設(shè)置有微結(jié)構(gòu)150。然而，在該實(shí)施例中，也可以省去第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150。不過，該實(shí)施例存在以下缺點(diǎn):由于第二觸頭元件210的彎曲構(gòu)造，與第一觸頭元件110的第一接觸表面120接觸的第二觸頭元件210的第二接觸表面220的一部分顯著地小于與第二觸頭元件210的第二接觸表面220接觸的第一觸頭元件110的第一接觸表面120的一部分。因而，相比第一觸頭元件110的第一接觸表面120的微結(jié)構(gòu)，第二觸頭元件210的第二接觸表面220的微結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的連接插接型連接器100、200所需插入力的減小較為不顯著。
[0028]圖2為第一微結(jié)構(gòu)化的接觸表面300的示意圖。在一個(gè)實(shí)施中，圖1的第一觸頭元件110的第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150可以以與該第一微結(jié)構(gòu)化的接觸表面300相同的方式構(gòu)造。
[0029]第一微結(jié)構(gòu)化接觸表面300具有以周期性的方式規(guī)則布置的多個(gè)鱗片(scale) 330ο相互鄰近的鱗片330彼此部分地疊蓋(overlap)。因而，鱗片330中的每個(gè)具有凸起和凹陷區(qū)域。鱗片330的疊蓋相鄰的鱗片330的部分形成了突出部310。鱗片330的鄰接被相鄰的鱗片330疊蓋的相應(yīng)的鱗片330的區(qū)域的部分形成了凹部320。突出部310在垂直于第一微結(jié)構(gòu)化接觸表面300的方向上高于所述凹部320。突出部310和凹部320之間的高度差可以在幾百納米和幾微米之間的范圍內(nèi)。
[0030]在第一微結(jié)構(gòu)化接觸表面300的橫向方向上，鱗片330具有鱗片尺寸331。因而，由鱗片330形成的第一微結(jié)構(gòu)化接觸表面300的周期性的結(jié)構(gòu)在至少一個(gè)橫向空間方向上具有對應(yīng)于該鱗片尺寸331的周期長度。鱗片尺寸331優(yōu)選地在I微米至100微米之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體的優(yōu)選方式中，鱗片尺寸331在2微米至30微米之間，特別優(yōu)選地在大約10微米的范圍內(nèi)。
[0031]圖3為示例性第二微結(jié)構(gòu)化的接觸表面400的示意圖。圖1的第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150可以以與該第二微結(jié)構(gòu)化的接觸表面400相同的方式構(gòu)造。
[0032]第二微結(jié)構(gòu)化接觸表面400具有規(guī)則的圖案，其具有周期性的突出部410和凹部420。凹部420構(gòu)造為圓盤狀孔。突出部410在垂直于第二微結(jié)構(gòu)化接觸表面400的方向上高于所述凹部420。在第二微結(jié)構(gòu)化接觸表面400的平面上，兩個(gè)相鄰的凹部420在至少一個(gè)空間方向上具有孔間距421。因而，由突出部410和凹部420形成的第二微結(jié)構(gòu)化接觸表面400的周期性的結(jié)構(gòu)在至少一個(gè)橫向空間方向上具有對應(yīng)于該孔間距421的周期長度。孔間距421，例如也可以在I微米至100微米之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在2微米至30微米大小的級別上，特別優(yōu)選地在大約10微米的范圍內(nèi)。突出部410在垂直于第二微結(jié)構(gòu)化接觸表面400的方向上相對于凹部420的高度又可以從幾百納米至幾微米。
[0033]圖4示出了示例性的第三微結(jié)構(gòu)化接觸表面500。圖1的第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150能以與該第三微結(jié)構(gòu)化的接觸表面500相同的方式構(gòu)造。
[0034]第三微結(jié)構(gòu)化接觸表面500具有規(guī)則的周期性的條狀結(jié)構(gòu)，其具有周期性的相互交替的凹陷和凸起。凸起形成了突出部510。凹陷形成了凹部520。每個(gè)凹部520布置在兩個(gè)突出部510之間。每個(gè)突出部510布置在兩個(gè)凹部520之間。兩個(gè)相繼的凹部520具有相對于彼此的凹陷間距511。凹陷間距511優(yōu)選地具有I微米至100微米之間的尺寸，優(yōu)選地在2微米至30微米范圍內(nèi)的尺寸，特別優(yōu)選地在大約10微米的范圍內(nèi)。凸起或突出部510可以具有如凹陷或凹部520 —樣的相同寬度。然而，凹陷或凹部520也可以構(gòu)造為比所述凸起或突出部510寬或窄。突出部510相對于凹部520的高度可以在幾百納米至幾微米之間的范圍內(nèi)。
[0035]第三微結(jié)構(gòu)化接觸表面500的突出部510和凹部520的延伸方向可以定向成與第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一相對插入方向111平行或垂直或成任意其它角度。
[0036]第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150可以例如以與圖2的第一微結(jié)構(gòu)化接觸表面300相同的方式、圖3的第二微結(jié)構(gòu)化接觸表面400相同的方式或圖4的第三微結(jié)構(gòu)化接觸表面500相同的方式構(gòu)造。然而，微結(jié)構(gòu)150也可以不同地構(gòu)造。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)150通過使用激光或電子束對第一接觸表面120微結(jié)構(gòu)化而形成。有利地，通過使用激光或電子束，能夠在非常短的時(shí)間段內(nèi)對很大的接觸表面進(jìn)行微結(jié)構(gòu)化。
[0037]在第一觸頭元件110產(chǎn)生后，第一觸頭元件110的第一接觸表面120可以設(shè)置有微結(jié)構(gòu)150。不過，可替代地，第一觸頭元件110也可以由已經(jīng)預(yù)先設(shè)置微結(jié)構(gòu)150的條狀材料制成。在該制造方法中，例如，條形的基底材料130可以首先設(shè)置有熱浸鍍錫形成的涂層140。稍后形成第一接觸表面120的涂層140的表面隨后借助于激光或電子束設(shè)置微結(jié)構(gòu)150。接著由條形材料制成第一觸頭元件110。
[0038]由于第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120上存在微結(jié)構(gòu)150，當(dāng)?shù)谝徊褰有瓦B接器100連接至第二插接型連接器200時(shí)，第一插接型連接器100的第一觸頭元件110的第一接觸表面120和第二插接型連接器200的第二觸頭元件210的第二接觸表面220之間的支撐面減少。因此，連接插接型連接器100、200所需的插入力被減小。而且，由于微結(jié)構(gòu)150，當(dāng)插接型連接器100、200連接時(shí)，減小了第一接觸表面120上的錫的磨損和錫蓄積(鏟雪效應(yīng))。連接插接型連接器100、200所需的插入力也因而被減小。
[0039]在將例如包含錫的涂層140涂敷至例如包含銅的基底材料130的過程中，由基底材料130與涂層140的材料的結(jié)合部分地形成了金屬間相化合物，該金屬間相化合物具有比涂層140的材料更高的硬度。這特別地適用于當(dāng)涂層140借助于熱鍍錫涂敷至基底材料130時(shí)。在制造所述微結(jié)構(gòu)150的過程中，較硬的金屬間相化合物部分地出現(xiàn)在第一接觸表面120。這導(dǎo)致第一觸頭元件110的第一接觸表面120可以更好地在第二觸頭元件210的第二接觸表面220上滑動(dòng)。連接插接型連接器100、200所需的插入力也因而被減小。第一接觸表面120微結(jié)構(gòu)化后仍然保留在第一接觸表面上的涂層140的材料(例如錫)在插接型連接器100、200的連接過程中還用作潤滑劑，其致使第二觸頭元件210的第二接觸表面220更容易地在第一觸頭元件110的第一接觸表面120上滑動(dòng)。連接插接型連接器100、200所需的插入力也因而被減小。
[0040]第一接觸表面120的微結(jié)構(gòu)150中形成的凹部320、420和520也能夠用于接收另外的潤滑劑。例如，該潤滑劑可以通過被刷在設(shè)置有微結(jié)構(gòu)150的第一接觸表面120上而被引入凹部320、420和520。潤滑劑例如可以是油、油脂、膏劑或諸如石墨的固態(tài)潤滑劑、CNT,Graphene MoS2以及它們的混合物。布置在凹部320、420及520中的潤滑劑致使當(dāng)插接型連接器100、200連接時(shí)，第二觸頭元件210的第二接觸表面220可以更容易地在第一觸頭元件110的第一接觸表面120上滑動(dòng)，從而進(jìn)一步減小了連接所需的插入力。
[0041]布置在第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150還使得，當(dāng)插接型連接器100、200連接時(shí)，增加了第一接觸表面120和第二接觸表面220之間的接觸位置的數(shù)目。這是因?yàn)榧词箾]有設(shè)置微結(jié)構(gòu)的接觸表面在微觀尺度上也不是平的。由于增加了第二觸頭元件210的第二接觸表面220和第一觸頭元件110的第一接觸表面120之間的接觸位置的數(shù)目，第一觸頭元件110和第二觸頭元件210之間的過渡電阻被減小。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝挥|頭元件110的第一接觸表面120上的微結(jié)構(gòu)150以與圖4的第三微結(jié)構(gòu)化接觸表面500相同的方式構(gòu)造時(shí)，過渡電阻的減小特別明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種電插接型連接器(100，200)，具有導(dǎo)電的觸頭元件(110，210)，該觸頭元件具有接觸表面(120，220，300,400, 500)，其特征在于 所述接觸表面(120，220，300，400，500)具有微結(jié)構(gòu)(150)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電插接型連接器(100，200)， 所述接觸表面(120，220，300，400，500)具有錫或銀、或錫或銀的合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電插接型連接器(100，200)， 所述觸頭元件(110，210)包括銅或銅合金，并涂覆有錫或涂覆有銀、或涂覆有錫/銀合金。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的電插接型連接器(100，200)， 所述接觸表面(120，220，300，400，500)具有突出部(310，410，510)和凹部(320，420，520)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電插接型連接器(100，200)， 潤滑劑被布置在至少一個(gè)凹部(320，420，520)中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的電插接型連接器(100，200)， 所述微結(jié)構(gòu)(150)形成了至少部分周期性的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電插接型連接器(100，200)， 所述周期性的結(jié)構(gòu)在至少一個(gè)方向上具有的周期長度(331，421，511)在I微米至100微米之間的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的電插接型連接器(100，200)， 所述微結(jié)構(gòu)(150)具有鱗片狀的結(jié)構(gòu)(330)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的電插接型連接器(100，200)， 所述微結(jié)構(gòu)(150)通過對所述接觸表面(120，220，300，400，500)的激光或電子束加工操作而制成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的電插接型連接器(100)， 所述觸頭元件(I1)為接觸插針。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的電插接型連接器(200)， 所述觸頭元件(210)為接觸彈簧。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的電插接型連接器(100，200)， 所述插接型連接器(100，200)具有多個(gè)觸頭元件(I 10，210)。
【文檔編號】B32B15/01GK104321937SQ201280062221
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月16日
【發(fā)明者】R.布盧門沙因, H.施米特 申請人:泰科電子Amp有限責(zé)任公司