撓性磁性互連的制作方法
【專利摘要】公開了一種撓性磁性互連。在一個實(shí)施例中,一種裝置,包括具有一個凹槽的模塊。一磁性結(jié)構(gòu)在所述凹槽內(nèi)可移動,且一撓性電路與所述模塊相配合以將所述磁性結(jié)構(gòu)保持于所述凹槽內(nèi)。所述磁性結(jié)構(gòu)的移動由所述磁性結(jié)構(gòu)與一個外部磁性結(jié)構(gòu)之間的磁吸合引起。所述撓性電路包括一個柔性觸點(diǎn),其形狀雖磁性結(jié)構(gòu)的運(yùn)動而改變。
【專利說明】撓性磁性互連
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2009年2月2日提交的申請?zhí)枮?1/206, 609的美國臨時申請的權(quán)益, 該申請的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。本申請還要求2009年10月20日提交的申請?zhí)?為61/279, 391的美國臨時申請的權(quán)益,該申請的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明主要涉及電連接器,更具體地說,涉及撓性磁性互連。
【背景技術(shù)】
[0004] 電性互連,例如在單個的電子和照明模塊間形成更大的系統(tǒng),一般使用傳統(tǒng)的連 接器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),例如插針、插座、壓力連接,和其他商品化的連接器類型用于實(shí)現(xiàn)板到板、板 到電纜、組件到板和電纜到電纜或者其他可分離的連接器。焊接或?qū)щ娬澈蟿┛尚纬筛?久的電子互連。這些連接方法有許多限制,包括成本、不易操作的裝配工藝、笨重的外觀、 尺寸大、互連模塊的形狀和大小限制、易碎、對準(zhǔn)公差、不易移動擴(kuò)展裝配的單個組件、易損 壞。因此,需要一個能用于電性和機(jī)械連接這些類型的模塊的穩(wěn)健的系統(tǒng)。
[0005] 其他的連接器也有缺陷。例如,傳統(tǒng)的插針和插座型的互連方法受限于可能的形 狀和配套裝配方法的說明。因此,需要提供模塊的電性和/或機(jī)械連接的系統(tǒng)和/或方法, 所述模塊在各項(xiàng)實(shí)施例中舉例說明,具有一個或多個如下特性:相對便宜、耐用、小型化、體 積小、易裝配和拆卸、作為擴(kuò)展陣列的一部分易重新裝配、機(jī)械自支撐(即不需要額外的擴(kuò) 展部分維持接觸力),易適合于能裝配進(jìn)各種各樣的擴(kuò)展組件的不同形狀和大小的模塊。
[0006] 傳統(tǒng)的"分離"磁力固持型連接器利用插針或離散金屬和相鄰的磁性觸點(diǎn)固持連 接器。在一些傳統(tǒng)的連接器中,為了形成電性連接,必須克服彈簧觸點(diǎn)的接觸插入力或預(yù)加 載特性。另外,即使在多觸點(diǎn)位點(diǎn)和陣列上,零插入力電性連接一般需要二級箝位或其他方 法形成電性連接。在陣列觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中,一些連接器系統(tǒng)應(yīng)用分散力和使用彈性或彈簧元件 克服機(jī)械公差差異,并在觸點(diǎn)對陣列中形成單個的觸點(diǎn)對力。需要一個連接器系統(tǒng)克服一 個或更多個上述缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是克服至少一個上述問題和/或滿足至少一個上述需要。
[0008] 在此揭示涉及柔性磁性互連的裝置、系統(tǒng)和方法,涉及撓性磁性互連。在一個實(shí)施 例中,裝置由具有凹槽的模塊組成。磁性結(jié)構(gòu)在凹槽內(nèi)可移動,撓性電路和模塊配合以保持 凹槽內(nèi)的磁性結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施例中,通過磁性結(jié)構(gòu)和外部磁性結(jié)構(gòu)間的磁引力移動磁性 結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施例中,撓性電路包括柔性觸點(diǎn),通過磁性結(jié)構(gòu)的移動改變形狀。
[0009] 在一個實(shí)施例中,系統(tǒng)由一第一模塊和一第二模塊組成。第一模塊包括一第一磁 性結(jié)構(gòu)和一撓性電路,第二模塊包括一第二磁性結(jié)構(gòu)和一電路。第一磁性結(jié)構(gòu)在第一模塊 內(nèi)可移動。第一磁性結(jié)構(gòu)和第二磁性結(jié)構(gòu)間的磁引力導(dǎo)致第一模塊的撓性電路改變形狀。 在一個實(shí)施例中,磁引力保持第一模塊的撓性電路和第二模塊的電路機(jī)械互相接觸。在一 個實(shí)施例中,在第一模塊的撓性電路和第二模塊的電路間形成電性連接。在一個實(shí)施例中, 隨著第一模塊和第二模塊相對互相移動維持電性連接。
[0010] 在一個實(shí)施例中,一個方法包含以下步驟:(1)提供包含一第一磁性結(jié)構(gòu)和一第 一撓性電路的第一模塊,其中,所述第一磁性結(jié)構(gòu)在第一模塊中可移動;(2)應(yīng)用磁力從而 移動第一磁性結(jié)構(gòu)和臨時改變第一撓性電路的形狀。
[0011] 在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例包括由兩個或多個用磁力形成電性連接的模塊組 成的系統(tǒng)。磁力也能用于輔助模塊間的機(jī)械連接和/或?qū)⑵浞湃肫渌Y(jié)構(gòu)。所述模塊包括 具有光源的模塊和不包括光源的模塊。不包括光源的模塊用于提供和其他模塊電性和/或 機(jī)械連接。組合多個模塊產(chǎn)生相當(dāng)大的平面或三維結(jié)構(gòu)。
[0012] 在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,磁力來自永久磁鐵與其他永久磁鐵的引力,或 者來自永久磁鐵與非永久磁鐵的磁性材料的引力。
[0013] 在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,磁性結(jié)構(gòu)能直接置于柔性電觸點(diǎn)之后。在本項(xiàng) 揭示中,磁性結(jié)構(gòu)由永久磁鐵或和永久磁鐵吸引的材料組成。在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施 例中,柔性觸點(diǎn)由含有金屬電路的撓性印刷電路和在電子絕緣底面的一個或更多平面上形 成的觸點(diǎn)組成。在此揭示方法和系統(tǒng)的另一個實(shí)施例中,模塊包括撓性印刷電路一側(cè)上的 LED和其他的電子元件以及另一側(cè)上的電觸點(diǎn)、具有能容納LED的凹槽和其他電子元件的 導(dǎo)光管,對于磁性結(jié)構(gòu),其中撓性印刷電路應(yīng)用于導(dǎo)光板的外緣或邊緣。在實(shí)施例中,柔性 觸點(diǎn)的邊緣粘于模塊的外表面,模塊被膠合提供密封結(jié)構(gòu),其中只有外周的觸點(diǎn)電路暴露 于外部環(huán)境中。在柔性觸點(diǎn)與模塊的邊緣大致齊平的實(shí)施例中構(gòu)建平面系統(tǒng),其中和所有 相鄰模塊連接的模塊能沿垂直于平面的方向移動,而不移動其他模塊。在具有大致齊平表 面觸點(diǎn)的實(shí)施例中,相對于照明模塊的比例形成照明模塊間很小的物理分隔。
[0014] 在此揭示方法和系統(tǒng)的另一個實(shí)施例中,模塊由在一維或多維中自由旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn) 的柔性觸點(diǎn)和磁性結(jié)構(gòu)組成。這樣的移動有利于抵消多個互連模塊間的機(jī)械差異或移動, 防止模塊間持續(xù)的機(jī)械接觸。揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,模塊由磁性結(jié)構(gòu)和柔性觸點(diǎn)組 成,允許模塊相對互相旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn),不需要破壞模塊間的電性連接。
[0015] 在此揭示提供的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,模塊由磁性結(jié)構(gòu)和柔性觸點(diǎn)組成,在多 于一個方向提供同步的電性和機(jī)械連接,或連接多于兩個模塊。
[0016] 在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,柔性觸點(diǎn)由金屬箔或金屬絲組成。術(shù)語"撓性電 路",用于本公開的目的,包括具有在不導(dǎo)電撓性基底上的導(dǎo)電線的撓性印刷電路和導(dǎo)電撓 性膜,后者例如包括碳或金屬的導(dǎo)電填料的金屬箔或撓性薄膜。應(yīng)理解,說明撓性印刷電路 的實(shí)施例也說明了替代印刷撓性電路的其他類型的撓性電路的實(shí)施例。應(yīng)理解,說明非撓 性印刷電路的撓性電路的實(shí)施例也說明了包括撓性印刷電路的其他類型的撓性電路的實(shí) 施例。對于在特定應(yīng)用中被考慮的撓性電路的"撓性"意味著它能由來自另一個模塊或外 部來源的磁力下磁性結(jié)構(gòu)的運(yùn)動介導(dǎo)移動。除了和撓性印刷電路一起用的金屬電路,導(dǎo)電 聚合物、油墨或其他導(dǎo)電薄膜能用于制作柔性觸點(diǎn)。任何形式的柔性觸點(diǎn)能被機(jī)械支持或 者整合入印刷電路板,后者包括聚合的、環(huán)氧樹脂的、陶瓷的或其他在電子封裝中已知的材 料。用于本揭示的目的,"柔性觸點(diǎn)"是指有足夠撓性在特定的設(shè)計實(shí)施中校準(zhǔn)機(jī)械誤差的 觸點(diǎn),其通過統(tǒng)一或變形來改變形狀以克服機(jī)械分離。揭示實(shí)施例中使用的磁性結(jié)構(gòu)能夠 改變形狀影響柔性觸點(diǎn)對的觸點(diǎn)的幾何形狀和相關(guān)的赫茲應(yīng)力。通過柔性觸點(diǎn)的變形,磁 性結(jié)構(gòu)的形狀至少臨時有助于赫茲接觸應(yīng)力屬性。粗糙、永久變形的其他結(jié)構(gòu)和附加的連 接于觸點(diǎn)表面的傳導(dǎo)材料被合并到一個或更多的觸點(diǎn)表面有助于赫茲接觸應(yīng)力屬性,如電 子互連工藝中已知。由于磁性結(jié)構(gòu)不需要直接參與電傳導(dǎo),不需要應(yīng)用任何金屬涂層或限 制磁性結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電的。磁力和電傳導(dǎo)的分離允許擴(kuò)展磁性結(jié)構(gòu)的使用,其在系統(tǒng)中和多個 電-絕緣觸點(diǎn)對相關(guān)聯(lián)。
[0017] 用于本揭示的目的,柔性觸點(diǎn)不需要可逆彈性的特性。其形狀的變化由磁性結(jié)構(gòu) 的移動造成,所述磁性結(jié)構(gòu)包括永久元件和臨時元件。本揭示的實(shí)施例包括在接觸中對機(jī) 械蠕變或模塊變化不敏感的觸點(diǎn)。為了利用柔性進(jìn)行連接,在接合對中至少一個觸點(diǎn)為柔 性觸點(diǎn)而另一個觸點(diǎn)可以是非柔性或剛性的觸點(diǎn)。接合對的兩個不需要都為柔性觸點(diǎn)。
[0018] 用于本揭示的目的,術(shù)語"模塊"應(yīng)理解意味著系統(tǒng)的任意單個元件,通過磁力能 電性或機(jī)械連接成單獨(dú)的單元。"系統(tǒng)"由兩個或更多的連接在一起的模塊組成。"照明模 塊"應(yīng)理解為含有發(fā)射電磁能的元件的模塊。所述元件為包裝或不包裝的發(fā)光二極管或 LED,具有無機(jī)或有機(jī)活性元件,燈或電致發(fā)光材料或任何其他具有電光能轉(zhuǎn)換的材料或元 件。和照明模塊相關(guān)聯(lián)的電磁能譜不限于可見區(qū),而是能由可見區(qū)范圍之外的頻率的電磁 能組成。"照明系統(tǒng)"含有至少一個在磁力下和另一個模塊連接的"照明模塊";其他模塊不 必是"照明模塊"。非"照明模塊"的模塊的例子包括電源或數(shù)據(jù)連接器,和用于擴(kuò)展任意系 統(tǒng)電子和/或機(jī)械延伸的模塊。
[0019] 如工藝中已知,磁力存在于磁鐵對間和磁鐵和與磁鐵相吸的材料間。磁鐵和與磁 鐵相吸的材料包括稀土和鐵磁材料。稀土磁鐵包括釹和杉鈷合金。鐵磁材料包括鐵、鎳、鈷、 釓和由這些材料組成的合金,例如鐵鎳鈷。極點(diǎn)或磁鐵的性質(zhì)也已知,是指從鑄塑或燒結(jié)的 材料或填充合成橡膠或聚合物的磁粉形成磁鐵的能力。結(jié)果,用于本揭示的目的,術(shù)語"磁 性結(jié)構(gòu)"或"磁性材料"應(yīng)理解為包括磁鐵或與磁鐵相吸的材料。用于本揭示的目的的磁性 結(jié)構(gòu)包括至少一個磁鐵和至少一個鐵磁材料的組合。在這樣組合中的鐵磁材料用于影響磁 鐵的磁通線的分布。在這樣組合中的鐵磁材料也用于改變觸點(diǎn)的幾何形狀。雖然在圖中沒 有特別注明,應(yīng)理解除了"永久磁鐵",通過磁感應(yīng)產(chǎn)生的"臨時磁鐵"能產(chǎn)生磁力,能和說明 的柔性觸點(diǎn)一起使用。除非特別注明磁極的方向,應(yīng)理解磁吸引產(chǎn)生電性接合對的兩個磁 性結(jié)構(gòu)的至少一個或另一個是磁鐵。由于接合對中磁鐵結(jié)構(gòu)的可互換性,應(yīng)理解用于本發(fā) 明的目的描述的接合對中一個磁性結(jié)構(gòu)是磁鐵,另一個是等價結(jié)構(gòu)的磁性材料,其中,兩邊 的磁性結(jié)構(gòu)的材料可轉(zhuǎn)換。另外,在此實(shí)施例中討論的磁性材料能用磁鐵替代,如果接合對 中的磁鐵中的一個可自由重定向磁極產(chǎn)生吸力,或通過其他方法機(jī)械定向,使相鄰的磁極 間存在磁吸引。
[0020] 在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,不需要剛性印刷電路板、剛性或彈性電觸點(diǎn)結(jié) 構(gòu)、剛性電觸點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)或外殼。另外,撓性印刷電路板和其他柔性觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計易于自 定義,獨(dú)立地來自于模塊更大機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這種容納變化的能力允許設(shè)計和加工的靈 活性。由于電觸點(diǎn)接合對能獨(dú)立設(shè)計其功能,能提高對少數(shù)設(shè)計元件組成的不同復(fù)合裝配 進(jìn)行設(shè)計、裝配和設(shè)計的效率。能在撓性印刷電路的嵌套或"排版"、機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配成模塊和 限定零件數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)化中獲得成本效率。
[0021] 在一個優(yōu)選應(yīng)用中,在獨(dú)立的照明裝置或模塊間的電性互連的方法和系統(tǒng)用于利 用磁力進(jìn)行平面和三維結(jié)構(gòu)的組裝的裝配。單個的模塊實(shí)際上可以是任意平面或復(fù)合三維 的形狀。所述模塊利用磁性結(jié)構(gòu)和柔性電觸點(diǎn)板提供電性接觸力。磁力也能用于機(jī)械固持 模塊成所需形狀?;ミB方法和系統(tǒng)允許模塊裝配、拆卸和重組進(jìn)擴(kuò)展結(jié)構(gòu),不需要在單個模 塊上校準(zhǔn)機(jī)械公差。本揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例能用于裝潢和建筑上的照明和標(biāo)志。也能 應(yīng)用于電子封裝和系統(tǒng)裝配的其他范圍。
[0022] 在此揭示的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,平面照明模塊能從大表面和小表面發(fā)射光, 如需要模塊為部分通透,可使用便宜的頂部發(fā)射LED或直接芯片附著LED。模塊容易自定義 包含的LED的數(shù)量、觸點(diǎn)板排列、輔助電子元件等等。使用導(dǎo)光管、"直接"可視光源或空腔 的模塊。照明模塊包含反射元件、散射元件或影響來自光源的光的性質(zhì)、方向和顏色的其他 的合適的薄膜或特征。
[0023] 在此揭示方法和系統(tǒng)的實(shí)施例中,單個的照明模塊能和另一個連接,形成自支撐 的二或三維照明系統(tǒng)。這些系統(tǒng)設(shè)計成像直鏈或二維帷幕或其他三維結(jié)構(gòu)一樣垂直懸掛。 模塊具有連續(xù)圓形對稱的觸點(diǎn),當(dāng)維持電性或機(jī)械接觸時,能繞軸線旋轉(zhuǎn)。模塊也能具有觸 點(diǎn)陣列,當(dāng)一個模塊相對于相鄰的模塊翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)時提供不同的連接。單個的模塊也能機(jī) 械連接,或機(jī)械和電性連接專門提供電力或信號和機(jī)械支持的一、二或三維模塊。觸點(diǎn)到模 塊能設(shè)計成電絕緣的,直到應(yīng)用和鄰近的模塊接觸來源的磁力。
[0024] 說明本揭示發(fā)明概念的實(shí)施例中,實(shí)際上能產(chǎn)生和互連成任意形狀(正方形、梯 形、三角形、曲線形、球體、鑲嵌圖案、三維形狀(角狀、管狀等等))。模塊能設(shè)計成易分離和 重組,包括從一個陣列中移動模塊而不拆開多個模塊的能力。當(dāng)模塊裝配成陣列時,模塊陣 列是自支撐的。由于模塊通過磁力和另一個吸合,并通過磁力實(shí)現(xiàn)的電性連接,不需要外部 應(yīng)力和機(jī)械力(和相關(guān)的機(jī)械零件應(yīng)用和維持這樣的力)實(shí)現(xiàn)模塊間的電性連接。
[0025] 在一個說明性的實(shí)施例中,多個模塊間的電性和機(jī)械互連包括來自磁鐵或位于撓 性電路的觸點(diǎn)板后的磁鐵的磁力。這個結(jié)構(gòu)提供直接在兩個模塊的觸點(diǎn)對接觸面上的接觸 力的元件。柔性觸點(diǎn)能在具有照明或其他電子元件的撓性印刷電路上固有形成,或產(chǎn)生于 和基板相連的可分離的撓性接觸元件。通過本揭示發(fā)明的概念,用于本揭示目的的觸點(diǎn)板 指在模塊間形成電觸點(diǎn)的位置。
[0026] 以下結(jié)合圖示說明詳細(xì)解釋本發(fā)明的其他的目的、特征、實(shí)施例和/或優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1是平面照明模塊的立體示意圖,用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例;
[0028] 圖2是圖1所述平面照明模塊的分解圖;
[0029] 圖3是圖1所述平面照明模塊的俯視圖;
[0030] 圖4是圖1所述平面照明模塊的側(cè)視圖,和圖3方向一致;
[0031] 圖5是圖4沿C-C線的剖面圖;
[0032] 圖6是四個平面照明模塊陣列的立體示意圖;
[0033] 圖7是圖6所述陣列的俯視圖;
[0034] 圖8是圖6所述陣列的側(cè)視圖,和圖7方向一致;
[0035] 圖9是圖8沿A-A線的剖面圖;
[0036] 圖10是圖9沿B-B線詳細(xì)放大的剖面圖;
[0037] 圖11是電子模塊的立體示意圖,用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例;
[0038] 圖12是圖11所述電子模塊的分解圖;
[0039] 圖13是說明電子模塊陣列中優(yōu)選的電性連接的結(jié)構(gòu)示意圖,和圖11所示電子模 塊相似;
[0040] 圖14是部分拆卸的電子模塊的俯視立體示意圖,用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例;
[0041] 圖15是圖14所示電子模塊的仰視立體示意圖;
[0042] 圖16是未互連的兩個電子模塊的部分剖視圖;
[0043] 圖17是和圖16相似的剖視圖,其中,兩個電子模塊互相接近;
[0044] 圖18是和圖16和17相似的剖視圖,其中,兩個電子模塊物理互連;
[0045] 圖19是和圖18相似的剖視圖,其中,兩個電子模塊相對翻轉(zhuǎn)或傾斜;
[0046] 圖20為電子模塊的立體示意圖,用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例;
[0047] 圖21為圖20所述電子模塊的分解圖;
[0048] 圖22是電性或機(jī)械連接的兩個電子模塊的立體圖;
[0049] 圖23是兩個電性和機(jī)械連接的電子模塊的側(cè)視圖;
[0050] 圖24是圖23部分放大剖視圖;
[0051] 圖25是互相連接的兩個電子模塊的部分剖視圖,其中,一個模塊包括可移動的永 久磁鐵,另一個模塊包括固定的鐵磁板;
[0052] 圖26是互相連接的兩個電子模塊的部分剖視圖,其中,一個模塊包括可移動的鐵 磁元件,另一個模塊包括固定的永久磁鐵;
[0053] 圖27是電性互連的三個電子模塊的部分剖視圖;
[0054] 圖28是互相遠(yuǎn)離的一個電子模塊和一個薄膜模塊組件的部分剖視圖;
[0055] 圖29是和圖28相似的剖視圖,其中,在所述電子模塊和薄膜模塊組件間相成物理 和電性連接;
[0056] 圖30是具有多個圓柱形磁鐵的一個電子模塊的分解立體示意圖,作為本發(fā)明的 另一個優(yōu)選實(shí)施例;
[0057] 圖31是具有特別形狀磁鐵的一個電子模塊的立體示意圖,作為本發(fā)明的另一個 優(yōu)選實(shí)施例;
[0058] 圖32是具有連續(xù)的撓性條狀觸點(diǎn)的一個電子模塊的立體示意圖,作為本發(fā)明的 另一個優(yōu)選實(shí)施例;
[0059] 圖33是具有多個交錯排列觸點(diǎn)的一個電子模塊的立體示意圖,作為本發(fā)明的另 一個優(yōu)選實(shí)施例;
[0060] 圖34是非簡單平面幾何形狀的一個電子模塊的立體示意圖;
[0061] 圖35是一個陣列模塊實(shí)施例的仰視分解立體不意圖;
[0062] 圖36是圖35所述陣列模塊的俯視分解立體示意圖;
[0063] 圖37是圖35和圖36所述陣列模塊的組裝仰視分解立體示意圖;
[0064] 圖38是圖35-37所述陣列模塊的組裝俯視分解立體示意圖;
[0065] 圖39是和優(yōu)選底板陣列相連的優(yōu)選陣列模塊的立體示意圖;
[0066] 圖40是和多個表面相接觸的陣列模塊的分解立體示意圖;
[0067] 圖41是圖40所述陣列模塊的俯視立體示意圖;
[0068] 圖42是圖40所述陣列模塊的仰視立體示意圖;
[0069] 圖43是陣列模塊的優(yōu)選三維組裝示意圖;
[0070] 圖44是一個優(yōu)選電子模塊的仰視分解立體示意圖;
[0071] 圖45是圖44所述電子模塊的俯視分解立體示意圖;
[0072] 圖46是連接有圖44和45的電子|旲塊的一個優(yōu)選底板基底的俯視立體不意圖;
[0073] 圖47是連接有圖44和45的電子|旲塊的圖46的優(yōu)選底板基底的仰視立體不意 圖;
[0074] 圖48是具有弧形側(cè)面的模塊陣列的立體示意圖;
[0075] 圖49是形成弧形表面的三角形模塊的立體示意圖;
[0076] 圖50是和鐵磁底板相連的多個照明模塊的立體示意圖;
[0077] 圖51是多個球形模塊的立體示意圖;
[0078] 圖52是有凸緣和一個獨(dú)立塊狀的多個模塊的立體示意圖;
[0079] 圖53是用電子模塊形成的復(fù)雜的幾何形狀結(jié)構(gòu)的立體示意圖;
[0080] 圖54是一個管狀照明模塊的前視立體示意圖;
[0081] 圖55是圖54所述管狀照明模塊的后視立體示意圖;
[0082] 圖56是圖54所述管狀照明模塊的分解前視立體示意圖;
[0083] 圖57是圖54所述管狀照明模塊的分解后視立體示意圖;
[0084] 圖58是互連的三個管狀照明模塊的立體示意圖;
[0085] 圖59是一個選擇性轉(zhuǎn)換模塊的前視立體示意圖;
[0086] 圖60是圖50所述選擇性轉(zhuǎn)換模塊的后視立體示意圖;
[0087] 圖61是圖59所述選擇性轉(zhuǎn)換模塊的分解前視立體示意圖;
[0088] 圖62是圖59所述選擇性轉(zhuǎn)換模塊的分解后視立體示意圖;
[0089] 圖63是圖59所述選擇性轉(zhuǎn)換模塊的部分前視立體示意圖;
[0090] 圖64是圖59所述選擇性轉(zhuǎn)換模塊的部分后視立體示意圖;
[0091] 圖65是兩個互連的選擇性轉(zhuǎn)換模塊的立體示意圖;
[0092] 圖66是由管狀模塊、球形模塊和類似于盤狀的模塊組成的結(jié)構(gòu)的立體示意圖;
[0093] 圖67是連接有照明模塊的鐵磁墊板的部分示意圖;
[0094] 圖68是具有撓性磁性互連器的模塊化逆光板的立體示意圖;
[0095] 圖69是圖68所述逆光板的分解立體示意圖;
[0096] 圖70是互連的三個模塊化逆光板的立體示意圖;
[0097] 圖71是根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的一個照明模塊的俯視立體示意圖;
[0098] 圖72是圖71所述照明模塊的仰視立體示意圖;
[0099] 圖73是圖71所述照明模塊的俯視分解立體示意圖;
[0100] 圖74是四個互連的照明模塊的俯視立體示意圖;
[0101] 圖75是四個互連的照明模塊的仰視立體示意圖;
[0102] 圖76是兩個重疊的互連照明模塊的剖視示意圖;
[0103] 圖77是根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的一個模塊的俯視立體示意圖;
[0104] 圖78是圖77所述模塊的仰視立體示意圖;
[0105] 圖79是圖77所述模塊的俯視分解立體示意圖;
[0106] 圖80是互相相鄰放置,但是不和一個鐵磁底板組件連接的四個底板模塊的仰視 立體示意圖;
[0107] 圖81是放置接近于鐵磁底板組件的四個底板模塊的俯視立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0108] 在一些實(shí)施例中,在本揭示中提供的模塊化電性互連方法和系統(tǒng)利用永久磁鐵結(jié) 合撓性電路基底或位于剛性基底上的柔性觸點(diǎn)。當(dāng)配合時,撓性/柔性電觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)際上 位于相對模塊的永久磁鐵間或一個模塊上的磁鐵和相對模塊上的鐵磁材料間。相鄰模塊的 相對磁鐵的吸引(或者磁鐵和鐵磁區(qū)域)壓縮撓性電路的觸點(diǎn)板,產(chǎn)生用于電性互連的接 觸力,也提供一些吸引力機(jī)械固持模塊。這些模塊形成的系統(tǒng)易于并能可逆裝配。對于這 個連接系統(tǒng)的合理功能不需要接觸系統(tǒng)的彈性。磁力持續(xù)地壓縮電觸點(diǎn),在接觸系統(tǒng)中不 需要通過元件的彈性或支撐材料的結(jié)構(gòu)性產(chǎn)生和維持接觸壓力??梢允歉鞣N各樣形狀的永 久磁鐵、鐵磁材料和撓性電路觸點(diǎn),其中一些在以下說明。這些說明不意味著限定揭示的一 般的發(fā)明概念,而只是提供本發(fā)明概念如何應(yīng)用的說明。
[0109] 參照圖1和2,用于討論的目的,這個實(shí)施例描述了一個平面照明模塊9 (其中圖2 是圖1的分解圖),含有一個通透的模塑的棱鏡/導(dǎo)光管結(jié)構(gòu)1,包括反射/漫射裝置2,當(dāng) 來自光源或例如LED來源的光直接進(jìn)入棱鏡/導(dǎo)光管1時定向光到可見方向(一般垂直于 模塊表面)。
[0110] 反射/漫射裝置2包括凹陷、刻面、周期或隨機(jī)的粗糙度或任何其他在幾何形狀或 結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)的變化干擾獨(dú)特的光線傳播。反射/漫射裝置能通過在結(jié)構(gòu)表面或在容腔 中的兩種媒質(zhì)間的界面上改變光學(xué)特征或幾何形狀重定向光。任何大小、方向或分布的鏡 子、棱鏡、凹陷、凸起和光柵以及不均勻的折射指數(shù)特征的復(fù)合材料,都是反射/漫射裝置 的典型實(shí)施例。由于空氣泡或顆粒,例如金屬、金屬氧化物、硬脂酸鹽、包括滑石或分布于已 知工藝中的另一個材料的其他混合物的礦物質(zhì),反射/漫射裝置能產(chǎn)生光的漫射散射。反 射/漫射裝置也包括在特定方向或優(yōu)選角度或方向的范圍內(nèi)用于重定向光的結(jié)構(gòu)和材料。
[0111] 圖2中的棱鏡/導(dǎo)光管1有LED提供三個LED 3的口袋的空腔4,和足夠大能容納 圓柱形永久磁鐵6的六個磁鐵凹槽5??涨?比磁鐵6稍大,使磁鐵6能繞著垂直于磁盤的 軸自由旋轉(zhuǎn),并在口袋內(nèi)三維自由翻轉(zhuǎn),但是受觸點(diǎn)板8的位置限制。如此圖所示,磁盤磁 鐵6的平面和圓形弓背平行。和磁盤平面垂直的方向和圓柱體的對稱軸平行。
[0112] 還包括一個撓性印刷電路組件7,由含有電路的例如聚酰亞胺或聚酯的基底材料 裝配,電路在一系統(tǒng)和/或平行的電子結(jié)構(gòu)內(nèi)連接到LED 3,和/或其他例如限電電阻器的 電子元件。
[0113] 撓性電路7包括位于其外表面的觸點(diǎn)板8,和永久磁鐵6相對放置。觸點(diǎn)板8裝配 在撓性電路上,鍍有鎳、金、銅為基底的鈀或其他在印刷電路工藝中的已知材料。按照已知 工藝,觸點(diǎn)表面處理成具有粗糙度或其它元件或涂層以增加接觸可靠性。
[0114] 通過使用壓力敏感粘合劑、熱活化粘合劑、溶劑粘合、和/或機(jī)械方法例如袢扣、 插針、熱熔、或其他粘合劑或機(jī)械方法,撓性電路組件7能和導(dǎo)光管1的垂直邊沿粘合。撓 性電路的一個末端可選擇地或另外和撓性電路的另一個末端粘合,通過產(chǎn)生的壓縮力使其 固持在邊沿上。通過這些方法的任何一種固定撓性電路到導(dǎo)光管的一個表面或多個表面, 觸點(diǎn)板懸掛于磁鐵之上,在口袋中自由移動,LED的光輸出定向進(jìn)入導(dǎo)光管。
[0115] 圖3顯示模塊9的俯視圖。圖4顯示圖3所述模塊9的側(cè)視圖。圖5顯示圖4沿 C-C線的剖視圖,并說明六個磁鐵6 (觸點(diǎn)板8位于相鄰于磁鐵6的撓性電路7的外表面)。 在這張圖的實(shí)施例中,磁鐵是軸向磁化的,意味著每個磁鐵6的平圓面有相對的磁極。磁鐵 6位于導(dǎo)光管結(jié)構(gòu)1中,使磁極交替方向繞著模塊周邊移動。三個LED 4定向光進(jìn)入導(dǎo)光管 1〇
[0116] 在圖5中,只顯示磁鐵遠(yuǎn)離接觸表面的極性。應(yīng)理解每個磁盤的相對面應(yīng)有和顯 示所相對的極性。(也能使用徑向磁化、圓柱形、球形或其他形狀的磁盤磁鐵,只要它們位于 提供吸引的磁力的地方。)
[0117] 當(dāng)兩個模塊互相接近,互相相對的不同模塊的磁鐵6的N和S極被彼此的磁引力 拉到一起。同時,磁鐵6在口袋5中自由移動,因此在撓性印刷電路組件7的配套的觸點(diǎn)板 8和電性和機(jī)械連接的相鄰模塊間施加力。實(shí)際上,磁鐵和撓性印刷電路的觸點(diǎn)板8 -起壓 縮,提供觸點(diǎn)板間的機(jī)械和電性接觸,并對齊觸點(diǎn)板和模塊。然而,撓性電路和磁性元件有 足夠的柔性允許在磁力下的自我調(diào)節(jié),并有足夠的撓性下調(diào)整相鄰模塊間的公差。另外,薄 的撓性印刷電路(例如0. 0005到0. 003英寸厚的聚酰亞胺或聚酯基底材料,和將近0. 0005 到0. 001英寸厚的銅)的使用允許觸點(diǎn)板在多個平面內(nèi)通過稍微撓曲或彎曲改變形狀,而 在相鄰模塊的板間維持可靠的電持續(xù)。磁性結(jié)構(gòu)的柔性和移動使對電性互連的平移或角度 位移不敏感,一般在典型的插針和葉片或插針和插座連接器中是不允許的。
[0118] 圖6顯示四個連接的模塊9的陣列18。圖7顯示圖6所述陣列18的俯視圖。圖 8顯示圖7的側(cè)視圖。圖9顯示所述陣列18的剖視圖。圖9顯示每個模塊9的相鄰面的配 對磁鐵6通過撓性印刷電路組件7的對面的磁鐵和觸點(diǎn)8的機(jī)械和電性連接。同時在圖9 指出磁鐵的范例磁極性(標(biāo)為"η"和"s"),和定向光輸出10進(jìn)入導(dǎo)光管的LED 3。
[0119] 如圖6-10所示,由適用于導(dǎo)光管的邊緣的撓性電路的厚度形成相鄰模塊內(nèi)的導(dǎo) 光管的分隔。如果這個電路被嵌入并對齊于導(dǎo)光管的上邊緣和下邊緣,模塊間的導(dǎo)光管能 直接互相接觸,產(chǎn)生幾乎持續(xù)的照明系統(tǒng)。如現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例,使用圍繞導(dǎo)光管的附加的 框架不是必須的,如電插針、榫舌、袢扣或搭接一個模塊到相鄰模塊插座的口袋。因此,這個 系統(tǒng)中的照明模塊能和板裝配,在任何方向互相靠近,提供一個模塊的觸點(diǎn)緊接著第二個 模塊的觸點(diǎn)放置的清晰的軌跡。
[0120] 具體地說,圖6-9中顯示的中心板能從和系統(tǒng)垂直的系統(tǒng)中移除,而不需要移除 任何周圍的模塊。很明顯這種從延伸平面系統(tǒng)的垂直移除采用一致的和配對模塊的邊緣對 齊的觸點(diǎn),而不依賴于有線型的邊緣。更多的柔性系統(tǒng)幾何形狀,包括像鎖的拼圖片形狀的 模塊和多角度面的模塊,能以等效模式從系統(tǒng)組件的中間移除。
[0121] 圖10顯示磁鐵6 (沿圖9的線B-B)施加力于兩個模塊的撓性電路7和觸點(diǎn)8上 的詳細(xì)剖視圖(沿著圖9的B-B線)。
[0122] 在上述實(shí)施例中,由于磁鐵和磁極受限于和模塊表面垂直的方向(自對齊磁鐵實(shí) 施例稍后描述),當(dāng)連接相鄰模塊時,模塊必須定向使相鄰永久磁鐵的極性如圖9的實(shí)施例 中所示對齊N-S極。一般地,通過磁鐵和它們的磁極在這些模塊中如何定向的選擇,磁極方 向的相吸/相斥性質(zhì)用于限定某個模塊可能的配對。通過口袋空腔相對磁鐵的空隙的限定 實(shí)現(xiàn)維持極性于所需的方向。也能用粘合劑將磁鐵粘合于觸點(diǎn)的后側(cè),用球形磁鐵維持所 需的方向。在這種情況中,磁鐵的移動依賴于觸點(diǎn)和任何支撐的撓性基底的柔性。由于相 斥的磁力將柔性觸點(diǎn)拉進(jìn)口袋空腔,這樣的磁鐵的粘合劑粘合強(qiáng)調(diào)不和相鄰的具有相同極 性方向的觸點(diǎn)建立電性連接。
[0123] 前述只是磁鐵、撓性電路和觸點(diǎn)形狀排列的一個實(shí)施例。直徑1/16英寸和1/16 英寸厚小型的圓柱形釹鐵硼磁鐵足夠在相鄰的模塊間產(chǎn)生將近80克每磁鐵對的接觸和固 持力。0.125英寸直徑的球形磁鐵產(chǎn)生160克每對的接觸力。如果預(yù)設(shè)模塊的形狀和所需 排列,每個模塊最少需要兩個觸點(diǎn)以可靠的電性連接物理固持模塊于系統(tǒng)中。
[0124] 已經(jīng)構(gòu)建典型的平面模塊,對于許多連接/斷開循環(huán)易分離和耐用,使其有助于 例如娛樂、游戲和其他需要時常重新配置的應(yīng)用。另外,模塊也能從陣列中移除,不需要拆 卸多個陣列部件。對于需要限定配對方向的傳統(tǒng)連接器一般不可能實(shí)現(xiàn)。在此揭示的一些 實(shí)施例中是可能實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)樵谝粋€或多個模塊中完整的接觸系統(tǒng)實(shí)際上直到裝配時才對 齊或稍微形成凹槽。
[0125] 例如,圖7中模塊陣列能夠通過在圖的平面上移動集合模塊裝配。然而,即使是中 心模塊能被垂直移動于裝配平面,而不需要移動周圍的模塊。如果非平面元件固定于觸點(diǎn) 表面,移動中心模塊稍微困難些。這些非平面元件能用于影響模塊的機(jī)械對齊限定電性連 接方向,提供更多的機(jī)械穩(wěn)定性,或者在裝配時產(chǎn)生接觸消磁。雖然如此,移除中心模塊需 要移動相鄰模塊,只是足夠消除任何物理干擾,而不是完全移除其他模塊。
[0126] 以上說明討論的平面模塊具有在一個方向纏繞模塊周邊的撓性電路和相關(guān)的電 子元件。然而,包括柔性觸點(diǎn)和/或電子元件的電路也能延伸到模塊的其他表面。圖11和 12顯示有正方形構(gòu)型的通用電模塊11的實(shí)施例,由具有磁鐵固持元件14A的框架14和磁 鐵6組成,撓性電路組件12用粘合劑或其他粘合方法粘于其上。撓性電路組件包括觸點(diǎn)8 和電路驅(qū)動和調(diào)控位于模塊內(nèi)的元件13。在本實(shí)施例中的互連方法和之前描述三角形照明 模塊9 一樣。
[0127] 如之前討論,框架14是一個通透的導(dǎo)光管結(jié)構(gòu)。(在本發(fā)明中,"通透"意味著包 括以所需波長傳播光的任何材料,無論其是否吸收或分散任何部分的光譜。)框架14也可 以由不以所需波長傳播光的不透明材料制成。對于一個照明模塊,不透明(即不通透)材 料不得不在光源和可視方向間移除。在這個情況中的框架由一個中空盒或外圍支架組成, 支撐撓性電路、柔性觸點(diǎn)、磁鐵和電子元件??蚣苡刹牧匣蚴褂媚芴峁╊~外的功能或制造優(yōu) 點(diǎn)的方法裝配。例如,框架14由模塑的聚合物或非磁性材料構(gòu)造,例如鋁、銅或鎂??蚣?4 能用于大功率元件的散熱(例如密集包裝或大功率的LED)。通過使用一般撓性電路工業(yè)常 用的銅平面和熱焊和熱傳導(dǎo)粘合劑,撓性印刷電路12能提供非常有效的導(dǎo)熱性到框架14。 雖然圖未示,觸點(diǎn)板、LED和/或其他電子元件也能位于這個模塊的更小的邊緣。在這個實(shí) 施例中需要框架14中的凹槽。明顯地,其他光學(xué)的或電子元件,例如包括反射器或漫射器, 能夠整合到照明模塊內(nèi)影響光的特性或提供額外的電控。雖然撓性電路組件顯示覆蓋所有 除了電子模塊的一個表面,在本揭示中不限制多少個表面或延伸的任何包括一部分撓性電 路組件的表面。
[0128] 圖13顯示圖11的多個模塊在陣列19中如何連接的示意圖,模塊間平行電性連 接,從電源17供應(yīng)電到陣列的單一模塊中。在撓性印刷電路上裝配的電路元件15和16連 接到電源17的兩個終端(例如,直流電的陽極和陰極),通過觸點(diǎn)8(這里顯示為正方形模 塊的每個面的兩個分散的觸點(diǎn)),應(yīng)用常用電壓穿過元件3 (例如,LED)。當(dāng)然,觸點(diǎn)的數(shù)量、 大小和形狀,模塊和電性互連的形狀幾乎可以是無窮數(shù)量的構(gòu)型。對于LED,布線使裝置線 性或平行排列,并能利用現(xiàn)有技術(shù)的DC和AC驅(qū)動電壓。
[0129] 圖14和15說明構(gòu)建撓性磁性互連模塊的另一個方法。模塊能由一致的撓性觸點(diǎn) 構(gòu)建,柔性觸點(diǎn)由相鄰的傳統(tǒng)剛性印刷電路板、剛性撓性電路板、陶瓷基底或模塑的互連設(shè) 備("MID")支撐,而不是一個可分離的框架和撓性印刷電路?;?8A包括許多電路、裝 置24和例如LED的照明元件??梢允歉鞣N各樣的構(gòu)建方法。
[0130] 一個構(gòu)建方法的實(shí)施例包括一個具有口袋19的可分離的電子基底(PCB,剛性撓 性,陶瓷,MID) 18A構(gòu)成,口袋19含有磁鐵20和/或鐵磁螺線管。這些凹槽應(yīng)位于基底的 任何地方,例如沿著邊緣、在遠(yuǎn)離邊緣的相對面間延伸,和不通過厚度延伸的閉孔。鐵磁螺 線管和/或磁鐵螺線管20被置于這些凹槽中。柔性觸點(diǎn)21含有凹槽固持磁鐵結(jié)構(gòu)的螺線 管。
[0131] 這些柔性觸點(diǎn)由包括電性互連板22的撓性印刷電路組成,當(dāng)焊接、傳導(dǎo)性粘合 齊U、各向異性的電粘合劑、機(jī)械夾鉗或其他電性裝配方法裝配時,電性互連板22和電性基 底的配對的基底板23連接。這些柔性觸點(diǎn)包括沒有絕緣基底或方式的金屬箔和金屬絲,但 能電性連接到電性基底。
[0132] 當(dāng)分離部件24A到基底18A的一個或多個延伸表面的特定區(qū)域時,撓性觸點(diǎn)21能 包覆于邊緣和/或應(yīng)用到表面。無論是包覆于基底的一個邊緣或粘貼到一個面,撓性觸點(diǎn) 能在單個觸點(diǎn)的附近延伸。可以是多個連接方向,允許堆?;ミB、相鄰互連和角度或環(huán)接互 連。如前所述,撓性觸點(diǎn)21也可由金屬箔或其他導(dǎo)電薄膜組成。
[0133] 另一個實(shí)施例的裝配方法包括在基底制作時將撓性觸點(diǎn)整合入電路基底的裝配。 例如,一般在PCB工業(yè)的"剛性-撓性"板的制作中,在制作時整合撓性層到電性基底中。 包括撓性電路層的這些基底形成撓性順應(yīng)觸點(diǎn),而不需要單獨(dú)的應(yīng)用方法。留下凸出于剛 性-撓性板邊緣的袢扣來"合攏"以圈閉磁性結(jié)構(gòu)或螺線管,或者加入一個單獨(dú)的機(jī)械元件 固持磁性結(jié)構(gòu)。在電路裝配和分層過程中完全圈閉磁性螺線管是可行的。
[0134] 當(dāng)觸點(diǎn)對由磁鐵和磁性材料組成時,通常不關(guān)心磁極的排列。在一些應(yīng)用中,需要 在配對觸點(diǎn)對的每一個模塊中含有磁鐵,但是不限定磁鐵的方向。一個模塊的磁性撓性互 連的實(shí)施例包括在模塊裝配進(jìn)系統(tǒng)時自對齊的磁鐵。當(dāng)在每個觸點(diǎn)對中裝配單個模塊和裝 配模塊到系統(tǒng)陣列中時,這種自對齊的特性消除磁鐵的N-S極的定向需要。自對齊的方法 允許模塊多方向和多角度電性和機(jī)械連接,不需要定向相鄰互連中的磁極。自對齊磁鐵也 能夠環(huán)接電性和機(jī)械互連。
[0135] 圖16-18顯示了自對齊的磁性螺線管??蚣?5 (或PCB基底)有一個口袋,磁鐵 26在其中自由旋轉(zhuǎn)。撓性電路27包括位于相鄰磁性螺線管26的區(qū)域內(nèi)的撓性電路的外表 面的觸點(diǎn)板29。在這個說明的實(shí)施例中,磁鐵是正方體或圓柱形,但對于自對齊應(yīng)用這不是 必要條件。
[0136] 當(dāng)模塊28沒有和另一個連接(圖16),磁鐵和它們的n-s極在模塊口袋中隨機(jī)定 向。當(dāng)模塊接近另一個時(圖17),磁鐵自由旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn),允許磁極自動對齊,并施加力到撓 性、一致的觸點(diǎn)29上。柔性觸點(diǎn)將和在磁吸引下面向其他模塊的側(cè)面的磁鐵的形狀一致。 觸點(diǎn)的一致性依賴于金屬和任何支撐基底的厚度和材料性質(zhì)。為了修飾觸點(diǎn)柔性,觸點(diǎn)板 區(qū)域和撓性基底被裝飾或切割或整合其他各種材料、厚度和幾何形狀。模塊被磁力拉到一 起,電觸點(diǎn)被對面模塊的磁鐵的磁力壓縮(圖18)。這允許配對部分充分的翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn),需 要配對表面的非平面性和低公差,因此對于接觸系統(tǒng)行使功能不需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)械公差或材 料的彈性。當(dāng)模塊翻轉(zhuǎn)或傾斜時,磁鐵維持觸點(diǎn)板上的壓力(圖19)。圖16-19說明示意了 根據(jù)兩個模塊的相對位置撓性電路的形狀怎樣變化。當(dāng)模塊分離足夠距離時(圖16),磁 力太小不足以改變撓性電路的形狀。如果撓性觸點(diǎn)接觸而沒有任何實(shí)際上相對的位移(圖 18),沒有磁力導(dǎo)致磁性結(jié)構(gòu)的移動改變撓性電路的形狀。然而,當(dāng)在撓性電路間有個小的 間隔(圖17),或在撓性電路間未對齊(圖19),撓性電路的形狀將發(fā)生變化。由于裝配時 模塊位置的變化或由于裝配后的振動或其他的移動,這些形狀上的變化只是臨時的。
[0137] 撓性印刷電路能稍微彎曲和變形提供容納公差和不同的非平面的數(shù)量的能力。如 前所述,柔性觸點(diǎn)和磁鐵形狀略微一致,當(dāng)磁鐵彼此最接近時存在最大的接觸力,并壓縮柔 性觸點(diǎn)。圓柱形或正方形磁鐵形狀受益于用于電性接觸的較高的赫茲應(yīng)力而壓縮撓性印刷 電路觸點(diǎn)。相對于兩個平面觸點(diǎn),一個彎曲觸點(diǎn)和一個平面觸點(diǎn)間的任何接觸的赫茲應(yīng)力 更高。
[0138] 自對齊的磁鐵不限定于圓柱形或正方形。任何允許磁鐵定向和旋轉(zhuǎn)簡單的形狀或 復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)被設(shè)計用于自定向。例如,一個"啞鈴"形狀的磁鐵,徑向磁化,能垂直地、 水平地或以任何角度定向,和一個或多個觸點(diǎn)板形成連接??梢苿拥拇盆F(或以下描述的 鐵磁結(jié)構(gòu))能由撓性電路捕獲于凹槽中,和/或由不干擾電性連接的機(jī)械方法固持。
[0139] 根據(jù)圖20-24,顯示了另一個實(shí)施例的具有自對齊磁鐵的模塊30,顯示的結(jié)構(gòu)提 供鉸鏈的模塊系統(tǒng),功能和鉸鏈相似。在這個實(shí)施例中,磁鐵口袋31延伸到類似于插槽的 結(jié)構(gòu)中能接近模塊和框架的多個面,撓性印刷電路33的觸點(diǎn)32同樣延伸到另外的面/表 面。
[0140] 類似于前面的實(shí)施例,非磁性的框架或印刷電路基底34含有口袋31容納磁鐵35。 在這個實(shí)施例中的自對齊磁鐵35是圓柱形磁鐵,徑向磁化(橫跨端面方向)。在圖中箭頭 標(biāo)記"η"示意北極方向。當(dāng)模塊不是電性或機(jī)械互連,磁鐵在口袋31中自由旋轉(zhuǎn),然后隨 機(jī)松散的位于口袋31中。
[0141] 包括觸點(diǎn)32、電路和元件36印刷電路組件33粘貼于框架34??蚣?4是一個導(dǎo) 光管結(jié)構(gòu),電子元件包括光源形成照明模塊。撓性印刷電路板比較說明可以是不同的大小 或形狀。
[0142] 圖20顯示有兩個相對側(cè)面的組裝的模塊,每一個為半圓柱形,含有觸點(diǎn)32。當(dāng)兩 個模塊沿著觸點(diǎn)的邊緣互相靠近時,磁鐵旋轉(zhuǎn)對齊N-S磁極,將模塊拉到一起,在每個模塊 的撓性印刷電路上相鄰的電觸點(diǎn)板32間施加接觸力。圖21顯示模塊30的分解示意圖。
[0143] 圖22顯示兩個電性和機(jī)械連接在一起的模塊的分解示意圖。圖23顯示兩個磁性 互連模塊30的側(cè)視圖。圖24是圖23顯示的每個磁性互連模塊30的部分放大剖視圖。
[0144] 在圖24中,自對齊磁鐵35通過互相的吸引自動旋轉(zhuǎn),以在撓性印刷電路組件33 的觸點(diǎn)32間施加接觸力。注意這個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)容許模塊超過180度環(huán)接,而仍然維持電 性連接和機(jī)械固持。撓性電路上缺少任何電子元件時,上面的互連系統(tǒng)提供產(chǎn)生電性接觸 的方法,作為可分離的電連接器的一部分,能應(yīng)用于便攜式電子裝置。
[0145] 顯然使用揭示的發(fā)明概念,一些其他的邊緣結(jié)構(gòu)是可能的,例如半徑和刻面邊允 許裝配其他的角結(jié)構(gòu)。撓性印刷電路的使用允許這樣的彎曲和刻面邊包覆位于多個平面和 彎曲表面的觸點(diǎn)。
[0146] 雖然撓性電路包覆于模塊的大平面,也能夠選擇性或另外包覆于和圖1顯示相似 的小平面邊,或和圖11或15中顯示的包覆于模塊。電子元件可位于撓性電路上的任何地 方。另外,三維模塑互連裝置("MID")基底有柔性的三維電路,如描述的含有應(yīng)用的柔性 觸點(diǎn)和一個或更多的磁性互連。
[0147] 其他說明的不同實(shí)施例包括使用不同構(gòu)型的永久磁鐵組合鐵磁材料。例如,在圖 25中,只有模塊36A中的一個磁鐵40用于和模塊41形成連接。模塊41包括鐵磁板37,置 于模塊的撓性電路38和觸點(diǎn)板39之后。因此磁鐵40被吸到第二個模塊41上的鐵磁板 37。磁吸引電性和機(jī)械連接兩個模塊。磁鐵在框架42中自定向、漂浮或固定,簡單的正方 形或圓柱形不是必須的。
[0148] 雖然在之前的實(shí)施例中只顯示一個電性觸點(diǎn)對,由一個磁鐵對壓縮兩個磁鐵或一 個磁鐵和一個鐵磁元件形成,由單一的磁性對產(chǎn)生的磁力也可能形成多個電性觸點(diǎn)。另外, 在圖25中的說明能被復(fù)制形成線性和x-y陣列的觸點(diǎn)。此外,磁性螺線管可以是各種各樣 的形狀。雖然永久磁鐵能形成不同形狀,沖壓和其他的金屬形成鐵磁或其他磁性材料的操 作提供成本或設(shè)計優(yōu)勢。單一的鐵磁元件能成型成所需的觸點(diǎn)幾何形狀,和相鄰模塊的多 數(shù)的單個磁鐵一起。一般如前所述,磁鐵和鐵磁材料和圖25中所顯示相比可逆。即螺線管 40可以是鐵磁的,圓盤37可以是永久磁鐵。
[0149] 圖26說明另一個具有第一模塊43的互連對的電性觸點(diǎn)結(jié)構(gòu),包括可移動的鐵磁 元件44,和包含于第二模塊46中的永久磁鐵45吸合。第二模塊由導(dǎo)光管、框架、PCB、剛性 柔性板或MID組成。永久磁鐵45可以是固定的或自由移動的。例如,基底36可以是一個 和撓性電路47粘合的框架,或者是一個具有嵌入式的永久磁鐵材料和薄(?0. 0004-0. 01 英寸厚)覆蓋電路層的剛性PCB。
[0150] 各種各樣的線性或陣列可移動的鐵磁元件44能用于構(gòu)建具有大量電性觸點(diǎn)的電 連接器??梢圆眉翳F磁元件44的形狀增強(qiáng)例如說明的半球形區(qū)域的接觸應(yīng)力。例如,在螺 線管和觸點(diǎn)間具有相對較好的強(qiáng)度的大面積陣列能用永久磁鐵和圓柱形鐵磁螺線管構(gòu)建。
[0151] 例如,0. 4英寸長X 0. 044英寸直徑的圓柱形鐵磁螺線管陣列,有0. 123x 0. 087英 寸的空隙,置于兩層0. 003"的聚酯撓性電路材料的0. 062"x 1"正方形厚等級M2 Nd-Fe-B 磁鐵的頂部,在整個85個觸點(diǎn)對的完整陣列中產(chǎn)生測定為76-81克每觸點(diǎn)的接觸力。根據(jù) 之前的實(shí)施例,電性互連的至少一個側(cè)面包括撓性電路元件48,并且觸點(diǎn)板49在磁力下壓 縮和固持。除了支撐柔性聚合物基底的金屬觸點(diǎn),柔性觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以是一個局部的自支撐 金屬結(jié)構(gòu)(例如金屬絲或金屬箔),可移動,并在磁性吸合對間的磁力的壓力下影響連接。
[0152] 圖27顯不多個模塊51的系統(tǒng)的另一個實(shí)施例,每一個具有自對齊正方形或徑向 極化圓柱形磁鐵50、撓性電路54、柔性觸點(diǎn)板52和導(dǎo)光管或框架53。當(dāng)獨(dú)立的模塊靠近 時,自對齊磁鐵在互相的磁吸合下自由定向其極性。注意磁鐵50C同時吸合到其他模塊中 的磁鐵50A和磁鐵50B。結(jié)果,磁鐵50C同時在兩個垂直方向和模塊形成一個電性和機(jī)械連 接。雖然所說明的觸點(diǎn)冶金在所有三個模塊間顯示通常的電線路徑,通過電絕緣模塊的不 同面上有接觸電路,在模塊間可能有單獨(dú)的電路連接。
[0153] 因?yàn)樵谒鰩缀涡螤钪性黾拥拈g隔距離,磁鐵50B也可以被吸合到磁鐵50A,但是 吸合力比和磁鐵50C的吸合少。和圖20-24中顯示半圓柱形觸點(diǎn)板一起,繞著一個平行于 磁軸的軸,能同時裝配三個或更多的模塊到系統(tǒng),其中模塊沒有以正確的角度和另一個定 向。一個選擇性實(shí)施例在多個同時的、有鐵磁螺線圈的觸點(diǎn)幾何圖形中替代一個或多個磁 鐵。由于磁極在鐵磁材料中感應(yīng),即使當(dāng)它們固定位置時鐵磁元件磁性自對齊。
[0154] 圖28和29說明一個實(shí)施例在裝配模塊作用之上允許整體的觸電轉(zhuǎn)換。這樣一個 設(shè)計的應(yīng)用在觸點(diǎn)上提供電壓或只有當(dāng)另一個模塊被粘合時提供其他可選擇的電氣性能。 在這個實(shí)施例中,互連模塊的至少之一包括柔性膜型觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換。不像在一般鍵盤中使用的 膜轉(zhuǎn)換,這個膜在觸點(diǎn)位置的柔性表面的內(nèi)部和外部間有電氣連接。
[0155] 根據(jù)圖28和29,膜模塊組件55包括膜轉(zhuǎn)換組件56,由絕緣墊片分隔的第一電路 層57和第二電路層58組成,所述第一電路層是柔性的,包括第一電路層外部觸點(diǎn)64A和第 一電路層內(nèi)部觸點(diǎn)64B。第二電路層58包括第二電路層內(nèi)部觸點(diǎn)58A。在這個實(shí)施例中, 膜組件56位于鐵磁底座60之上,當(dāng)模塊61置于(或接近)膜模塊55之上時,永久磁鐵62 被吸合到鐵磁底座60上,壓縮第一電路層57的膜轉(zhuǎn)換組件56,同時在第一電路層外部觸點(diǎn) 64A和模塊觸點(diǎn)63間形成電性接觸,通過改變第一電路層57的形狀驅(qū)動膜電路56,使第一 電路層內(nèi)部觸點(diǎn)64B和第二電路層內(nèi)部觸點(diǎn)58A由磁鐵62和鐵磁底座60間的磁力接觸和 壓縮。
[0156] 如圖28所示,缺少模塊61時在觸點(diǎn)64B、64A和58A間沒有電氣接觸。這意味著 在供應(yīng)于第二電路層58上和觸點(diǎn)58A上的電壓不會出現(xiàn)在外部觸點(diǎn)64A上,直到粘合模塊 61時發(fā)生磁吸合。在某些應(yīng)用中對于安全或其他考慮這種電絕緣是必須的。這樣的觸點(diǎn)可 以是線性的、擴(kuò)展陣列或粘合到三維元件。壓縮撓性電路的膜轉(zhuǎn)換的整體結(jié)構(gòu)能用相同的 方法實(shí)現(xiàn),提供膜轉(zhuǎn)換和鍵盤螺線管。注意膜觸點(diǎn)幾何形狀也可以是非平面的,并應(yīng)用于分 散的模塊和底板。
[0157] 圖30顯示自對齊磁鐵的另一個結(jié)構(gòu)。在這幅圖中,多個具有徑向磁化的輻射末端 的圓柱形磁鐵65形成一個柔性"鏈",適用于應(yīng)用接觸力到多個觸點(diǎn)66或擴(kuò)展的撓性印刷 電路組件67的擴(kuò)展線性觸點(diǎn)。磁鐵松散地裝進(jìn)合適的模塊69的框架70內(nèi)的狹槽68,如前 所述固持。磁鐵不是直接在撓性電路的柔性觸點(diǎn)之后,提供另外的機(jī)械力一起固持模塊。
[0158] 和本發(fā)明概念一致的許多其他結(jié)構(gòu)的磁鐵和觸點(diǎn)是可行的。圖31的模塊72和圖 30相似,但是有一個特別形狀的磁鐵72,具有整體的觸點(diǎn)凸起裁剪觸點(diǎn)板幾何形狀。如圖 所示,其他的元件,例如包括凹槽允許磁鐵自身的(和可塑的磁鐵材料)其他的柔性,或固 持或限制磁鐵在空腔68中的移動。這樣的磁鐵螺線管可以被燒結(jié)、模塑、超模塑等,以提供 自定義的形狀。
[0159] 使用標(biāo)準(zhǔn)的柔性印刷板和機(jī)械處理技術(shù),幾乎不限定互連模塊的觸點(diǎn)形狀、觸點(diǎn) 數(shù)量和電性排列。圖32顯示具有連續(xù)的柔性條觸點(diǎn)74的模塊73。圖33顯示多個交錯排 列的觸點(diǎn)75。如前所述,接頭能被包覆在模塊的多個表面。根據(jù)圖28中說明的實(shí)施例可以 構(gòu)建復(fù)合的三維模塊76,其在多個復(fù)合的彎曲表面具有不同的柔性觸點(diǎn)77。由于可通過光 刻或印刷技術(shù)產(chǎn)生撓性電路花紋,因此需要最小的工藝裝備,以改變照明或其他模塊的互 連電路。
[0160] 雖然上述討論的描述和說明大多數(shù)是平面和規(guī)則幾何形狀,互連方法不限于簡單 的平面幾何形狀。方法也允許具有彎曲側(cè)面的平面形狀和具有多個形狀的鑲嵌形狀的組 件,圖34所示實(shí)施例中的復(fù)合的彎曲模塊,可以被裝配進(jìn)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。包括來自導(dǎo)光 管或框架的任意光源和觸點(diǎn)的電路的單獨(dú)裝配提供模塊和系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。在一個裝配 的系統(tǒng)陣列中可以存在超過一種類型的模塊。模塊可以是許多不同的尺寸。取決于應(yīng)用, 可以選擇永久磁鐵的數(shù)量和大小提供電性接觸和系統(tǒng)機(jī)械穩(wěn)定性所需的磁力。容易包括輔 助機(jī)械固持和定位特性。
[0161] 圖35-39說明一個實(shí)施例,含有一個局部陣列類型的互連,具有類似于圖28和29 中所示功能的膜,或作為一個簡易的定向接觸力/調(diào)控分布裝置到一個或更多的模塊。圖 35是局部陣列模塊78的仰視分解立體圖。圖37是局部陣列模塊78的裝配仰視立體圖。 圖36是俯視分解圖。圖38是裝配俯視立體圖。模塊78由包含電性元件80和柔性觸點(diǎn)板 81的撓性電路元件79、永久正方形磁鐵82、框架83和導(dǎo)光管或外蓋84組成。注意框架83 和導(dǎo)光管84可以如前實(shí)施例所述的單一的一片通透材料構(gòu)成。如前所述,有19個觸點(diǎn)板 和相關(guān)的磁鐵排列于二維陣列中。
[0162] 圖39顯示連接到典型的底板陣列85的局部陣列模塊78。陣列模塊可以裝配到如 前所述的膜轉(zhuǎn)換組件,或非膜組件。在這個實(shí)施例中,底板陣列85可以是和鐵磁底座粘合 的撓性電路,或具有鐵磁底座或嵌入的印刷電路板。磁性互連系統(tǒng)的柔性緩和了之前大的 局部陣列電性連接的特性問題,例如機(jī)械互連所需的大的壓縮力、銷和插座的易碎性、典型 互連的共面要求。通過19個磁鐵每一個提供的磁力,撓性電路的19個柔性觸點(diǎn)81的每一 個和底板陣列85的觸點(diǎn)板配對。由于19個位置的每一個形成接觸力,能在陣列中添加觸 點(diǎn),不需要降低接觸力或接觸可靠度。由于不需要應(yīng)用外部的壓縮力或使用彈性膜分散應(yīng) 力,模塊78的形狀和觸點(diǎn)的分布比傳統(tǒng)觸點(diǎn)陣列更少限制。另外,導(dǎo)光管或框架能由各種 各樣的材料制成,包括易碎的或極軟材料(具有能在柔性非平面形狀中形成的相關(guān)能力), 包括不影響電性接觸可靠性的低密度橡膠或聚合泡沫。例如,前述的說明能用于照明或標(biāo) 志,其中發(fā)光元件是LED或其他光源。由于不需要外部的機(jī)械機(jī)制提供陣列的接觸力,照明 模塊能位于底板陣列上,使相鄰模塊的導(dǎo)光管84互相接觸。
[0163] 作為這個實(shí)施例的擴(kuò)展,圖40-43說明一個局部陣列模塊86,包括在各種各樣的 可以需要或不需要底板陣列的三維結(jié)構(gòu)中適合裝配的多個表面上的觸點(diǎn)87。圖40是模塊 的分解立體圖,顯示折疊的撓性電路88,其中元件可在圖中的內(nèi)部(不可見)表面上。磁 鐵90可松散地包含于框架89的口袋中。圖41是在多個表面上包含觸點(diǎn)的陣列模塊的俯 視立體圖,圖42是仰視立體圖。
[0164] 圖43說明通過如前所述的磁性互連,電性或機(jī)械連接的局部陣列模塊86的三維 組件187的實(shí)施例。這樣的三維互連不限于任何特定形狀的模塊,可包括自對齊磁鐵、固定 磁鐵和鐵磁結(jié)構(gòu)的組合。
[0165] 圖44-47說明具有分散粘合的模塊91的模塊化磁性底板。圖44是所述模塊91 的仰視分解立體圖。圖45是所述模塊91的俯視分解立體圖,其中,在基本的照明模塊結(jié)構(gòu) 中,包括撓性電路92 (在其外表面上有環(huán)形觸點(diǎn)94),至少一個光源94 (例如LED和任何相 關(guān)的電路和電性兀件),每個模塊至少一個磁鐵95,和一個磁性外殼/鏡頭96。所述外殼/ 鏡頭96由單片任意形狀或顏色的通透的聚合物模塑,包括其他光學(xué)結(jié)構(gòu)或元件。在這個實(shí) 施例中,單一的磁鐵95貫穿環(huán)形觸點(diǎn)93的內(nèi)部和外部。
[0166] 圖46和47所示的底板基底196構(gòu)建自包括粘合于鐵磁底板99的配對接頭98 (和 環(huán)形模塊觸點(diǎn)93相容)的薄的電路基底97。模塊91通過磁力吸合和固持于底板基底97。 磁力提供柔性模塊觸點(diǎn)93和基底觸點(diǎn)98間的電性接觸力。和底板196粘合的模塊91具 有電力和/或其他控制功能。底板基底196可以在許多形式的陣列或預(yù)設(shè)花紋中構(gòu)建,可 以具有定位的網(wǎng)格100幫助定位粘合模塊91,如圖46所示。
[0167] 底板基底也可以是之前描述的膜結(jié)構(gòu),當(dāng)模塊和每個接頭裝配時,使基底觸點(diǎn)只 能電性連接。這個實(shí)施例可以以非常小的規(guī)模構(gòu)建(例如,用單個LED構(gòu)建0. 125英寸直 徑的模塊)。如其他實(shí)施例所示,也能轉(zhuǎn)換永久磁鐵和鐵磁到互連的任何一個側(cè)面。底板基 底196或磁性螺線管95的觸點(diǎn)表面能凸出或形成非平面表面進(jìn)一步調(diào)整接觸應(yīng)力和赫茲 接觸壓力。
[0168] 圖48說明包含和圖1-9模塊相似結(jié)構(gòu)的彎曲側(cè)面102的模塊的電性互連系統(tǒng)陣 列101。和前期的實(shí)施例的線性邊緣相似,撓性電路可易于應(yīng)用到彎曲表面。對齊邊緣于這 些平面模塊102,可易于從固持的裝配陣列垂直插入或移除模塊,與裝配系統(tǒng)陣列101的尺 寸無關(guān)。在這個實(shí)施例中,通過和模塊102之一的電路粘合的電纜,提供電力103到一個模 塊。當(dāng)裝配到陣列101時,其他的模塊102持續(xù)供電。
[0169] 圖49顯示了柔性磁性互連能適用于彎曲表面,在等邊三角形模塊104的互連陣列 105中描述。由于在柔性的適合的觸點(diǎn)的固有的接觸變形,具有連續(xù)的垂直和平行的配對面 的模塊104能在多個平面中稍微傾斜,而維持電性和機(jī)械連接。按照這樣的三角形模塊的 功能標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建和測試每個側(cè)面有兩個觸點(diǎn),2. 5英寸邊長,0. 210英寸厚的等邊三角形。然 后,描述其功能。在模塊104對間的五個角度相似的角,每個模塊有涉及模塊104表面的垂 直的接觸邊,如前所述被證明能維持電性和機(jī)械連接。
[0170] 圖50說明照明模塊106的自支撐性質(zhì)。圖50也說明從一個或更多的邊緣電力條 107提供電力和電性連接的能力,在相鄰的傾斜模塊之間,允許許多持續(xù)的和半持續(xù)的陣列 構(gòu)建和照明系統(tǒng)應(yīng)用。另外,通過磁吸合在垂直或水平平面上,鐵磁底板能夠固持模塊機(jī)械 支撐平面照明模塊。在這個模式中,平面照明傾斜系統(tǒng)易于重排,能夠和例如干擦寫板的磁 鐵板一起或和包括鐵磁填料的磁性涂料一起安裝在墻上或在櫥柜下。模塊也可以粘于澆鑄 的鐵或鋼框架,或應(yīng)用于冰箱、工具或其他制造設(shè)備表面。
[0171] 雖然圖50顯示了完全規(guī)定組件外邊界的配電架,從圖48的說明,應(yīng)理解對于分布 到其他模塊106,電力連接只需要應(yīng)用于單個的模塊106。結(jié)果,系統(tǒng)能用應(yīng)用電力裝配到 和一個或更多的特定電力模塊或帶接觸的任意數(shù)量的板。在圖13所示的平行排列的供應(yīng) 電力的多個電路,提供富余或更高的電流容量。模塊也可以是混合的形狀和尺寸,電源板可 以是彎曲的,例如現(xiàn)有技術(shù)中和一個或更多磁鐵基底粘合的撓性電路。此外,一個或更多的 模塊可包括感應(yīng)的檢波器消除和電源直接的物理連接。
[0172] 圖51說明一系列堆棧式連續(xù)的球形照明模塊108,包括環(huán)形柔性磁性觸點(diǎn)109。這 些三維模塊的形成和功性是圖44和45中討論的模塊91直接的延伸,除了模塊108沒有粘 合到圖46的底板上。在這個實(shí)施例中,模塊108也可用環(huán)形觸點(diǎn)幾何圖形在多個表面上和 另一個連接。
[0173] 圖52顯示了有凸緣和獨(dú)立封閉幾何形狀的模塊110。圖52的模塊電性和磁性互 連。整合其他的輔助機(jī)械和定位特性以降低對于觸點(diǎn)磁力的依賴,支撐這些模塊110在一 起,例如銷和插座、按鈕、榫舌和狹槽、楔形榫頭等。
[0174] 圖53顯示了形成含有復(fù)合面的復(fù)雜的幾何形狀結(jié)構(gòu)111的能力,從一系列柔性磁 性互連幾何形狀片112開始構(gòu)建。
[0175] 圖54-58顯示了管狀照明模塊113,互相或和其他形狀配對片裝配。圖54顯示管 狀照明模塊113的前視立體圖,而圖55顯示管狀照明模塊113的后視立體圖。相似地,圖 56是管狀照明模塊113的分解前視立體圖,而57是分解后視立體圖。
[0176] 根據(jù)圖56和57,管狀照明模塊113包括通透的管狀頂部外殼114、底部外殼 115 (典型地,一個注射模塑通透聚合物)、含有元件和光源117的撓性電路116、環(huán)形頂部觸 點(diǎn)板118、環(huán)形底部觸點(diǎn)板119、永久磁鐵120和鐵磁盤121。當(dāng)裝配時,鐵磁盤121位于外 殼115的末端(或接近末端),和磁鐵120的末端相對。撓性電路觸點(diǎn)板119位于鐵磁盤 121的外表面。磁鐵120松散地位于空腔122中,包括在其上方的撓性電路環(huán)形觸點(diǎn)板118 和圈閉磁鐵120。
[0177] 整合機(jī)械固持元件123A和123B (在這個實(shí)施例中說明是一個可分離的整體地模 塑凸起螺紋123A和配對凹槽123B),當(dāng)互連時進(jìn)一步定位和固持管狀模塊。由于柔性觸點(diǎn) 和磁性互連提供真正的電性連接,機(jī)械固持元件只需要粗略地定位和固持管狀模塊。換句 話說,不像傳統(tǒng)的接觸系統(tǒng),外殼不需要產(chǎn)生或克服彈簧機(jī)械力以提供電性接觸力。
[0178] 圖58顯示三個管狀的互連照明模塊113。環(huán)形觸點(diǎn)幾何形狀不需要每個模塊沿著 組件的長軸的特定方向和模塊電性連接。
[0179] 應(yīng)注意鐵磁盤121可以是永久磁鐵,磁性螺線管可以是鐵磁部分。每個組件中應(yīng) 存在一個或更多的螺線管。只有在螺線管的上方需要撓性電路,電路的其他部分可以是剛 性印刷電路板或其他電性基質(zhì)或部分。
[0180] 圖59-65中所示的實(shí)施例和圖54-58中所示實(shí)施例相似,包括分段的柔性磁性觸 點(diǎn)結(jié)構(gòu),允許在模塊內(nèi)選擇性轉(zhuǎn)換。圖59和60分別是選擇性轉(zhuǎn)換模塊124的前視和后視 立體圖。圖61是所述選擇性轉(zhuǎn)換管狀照明模塊124的分解前視立體圖,圖62是所述選擇 性轉(zhuǎn)換管狀照明模塊124的分解后視立體圖。
[0181] 根據(jù)圖61和62,模塊124包括通透的管狀頂部外殼125、一個底部外殼126 (典型 地,注射模塑聚合物)、含有元件和光源128的撓性電路127 (在這個實(shí)施例中撓性電路顯示 纏繞的,為了提供光源的360度的照明)、分段頂部觸點(diǎn)板130、分段底部觸點(diǎn)板131、多個永 久磁鐵132 (位于分段觸點(diǎn)板130之后)和鐵磁盤133 (包括小凹槽134和磁鐵132 -起在 連接時提供制動作用)。
[0182] 當(dāng)裝配時,鐵磁盤133粘合于外殼126,撓性電路觸點(diǎn)板131粘合于鐵磁盤134之 上。圖63和64分別顯示底部外殼126裝配撓性電路127、磁盤133和磁鐵132的前視和后 視立體圖。
[0183] 根據(jù)圖61和62,磁鐵132松散地位于空腔135中,包括在其上方的撓性電路分段 觸點(diǎn)板118和圈閉磁鐵120。如之前討論的實(shí)施例,能整合機(jī)械固持元件例如凸起螺紋136A 和凹槽138B,當(dāng)裝配時粗略地定位和固持管狀模塊124。
[0184] 圖65顯示兩個互連的管狀可轉(zhuǎn)換照明模塊124。通過旋轉(zhuǎn)一個管狀模塊124旋轉(zhuǎn) 不同的電性接觸結(jié)構(gòu),使不同組的分段觸點(diǎn)(130,131)由柔性磁性互連對齊和驅(qū)動。這樣 的選擇性轉(zhuǎn)化對每一個模塊124或互連模塊124的不同的調(diào)控和操作模式有利。在組件的 兩個末端上提供軸向的極性磁鐵,如前描述用于限定特定觸點(diǎn)對的連接。
[0185] 圖66顯示了結(jié)構(gòu)140,包括管狀模塊137、球形模塊138和盤狀模塊139。結(jié)構(gòu)140 能用于顯示目的、游戲等等。
[0186] 圖67顯示了使用照明模塊141AU41B和141C連同鐵磁底板一起形成用于裝飾或 功能目的的自定義的可配置的照明,例如在櫥柜下照明。在一個薄的鐵磁片142上粘合(例 如,撓性印刷電路層壓到鐵磁底板)電力供應(yīng)電路143A(陽性電極)和143B(陰性電極) 允許模塊141AU41B和141C磁性互連到底板,而同時形成電性連接用于提供電力到一個或 多個模塊141AU41B和141C。安裝電力供應(yīng)電路的陽性電極143A和陰性電極143B,分別 暴露陽性電極143C和暴露陰性電極143D,使模塊141C可電性連接到這些電極以提供電力 到模塊141C。應(yīng)理解,模塊141AU41B和141C可提供電力到相鄰的、不直接連接到電力供 應(yīng)電路電極143A和143B的模塊。如圖所示,模塊141A供應(yīng)電力到141B。
[0187] 在相鄰模塊間的柔性磁性互連中使用的相同磁鐵能用于固持模塊到鐵磁底板 142。在一個實(shí)施例中,增加磁吸合到鐵磁底板142的其他分散的磁鐵可添加到模塊141中。 使用包括粘合應(yīng)用或?qū)訅旱借F磁底板的便宜薄電路的粘合底板的薄鋼板,鐵磁底板盤142 很容易安裝。鋼板可被切割或打孔,以有助于根據(jù)需要定制。作為一個選擇,包括鐵磁微粒 的涂漆能應(yīng)用到表面,薄電路能黏附到這個鐵磁涂層形成鐵磁底板142。在其他實(shí)施例中, 鐵磁底板142也可以用含有薄電路的塑料磁性板替代,容易用剪刀切割。
[0188] 圖68-70顯示了一個利用柔性磁性互連的模塊化逆光板144。導(dǎo)光管145由例如 丙烯酸的通透聚合物模塑,含有重疊區(qū)域151A和末端重疊區(qū)域151B的光源,當(dāng)模塊144被 互連時,屏蔽相鄰模塊的光源150。一般地,有一個不通透的白色或金屬的反射器(圖未示) 位于導(dǎo)光管145的背面。當(dāng)模塊裝配進(jìn)陣列時,這個不通透的反射器屏蔽任何來自光源150 的不需要的光。其他的屏蔽技術(shù)也能在封閉不需要的光中應(yīng)用,例如涂層或在光源上使用 不通透的膠帶。
[0189] 導(dǎo)光管145的前面和/或后面具有分級紋理,例如凹槽、印刷擴(kuò)散點(diǎn)、壓花點(diǎn)等等, 在獨(dú)特的光分布中擴(kuò)散/折射/反射光到可視的方向。導(dǎo)光管145包括固持永久磁鐵147, 但是允許磁鐵移動的元件146和含有觸點(diǎn)板149、元件和LED 150的撓性電路。一般地,導(dǎo) 光管145包括沿著一條邊的光源150,和在光源150附近的低密度的分級反射/折射/擴(kuò)散 元件。采用合適的例如附著粘合的方法將撓性電路148粘合于導(dǎo)光管145。
[0190] 這個實(shí)施例顯示允許連接到兩個觸點(diǎn)板149的單一形狀的磁鐵147。當(dāng)逆光板144 被互連時(見圖70),重疊末端151B和151A屏蔽相鄰模塊的光源。這種互連方法和結(jié)構(gòu)比 其他構(gòu)建這種模塊的可能方法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如,典型的設(shè)計方法可以利用粘合光源 的剛性PCB,"榫舌" PCB觸點(diǎn)在兩個相鄰邊上,彈簧觸點(diǎn)在其他兩個相鄰邊上。這種PCB和 傳統(tǒng)的觸點(diǎn)方法利用更多的PCB材料,很大地限制嚙合榫舌和凹槽觸點(diǎn)的方向和裝配和方 法。此外,機(jī)械觸點(diǎn)易受損傷,需要所有元件緊密公差確保正確的功能。使用柔性磁性互連, 不需要緊密公差,模塊可以以任何序列連接(它們甚至提供垂直從陣列移除模塊的能力), 需要非常小的電路區(qū)域。
[0191] 圖71-76顯示了另一個適合逆光和其他應(yīng)用的照明模塊152的實(shí)施例。圖71是 照明模塊152的俯視立體圖,圖72是照明模塊152的仰視立體圖。此外,圖73是所述照明 模塊152的俯視分解圖。
[0192] 如圖71-73所示,照明模塊152包括非常薄(?0.04英寸厚)和柔性的導(dǎo)光管 153,可以由低硬度通透合成橡膠制成,例如干凈的PVC薄膜或如丙烯酸的剛性通透聚合 物。導(dǎo)光管153可以從板材料印花或壓印,或者可以是被注模成型的。照明模塊152使用 導(dǎo)光管153,在其頂和/或底表面具有合適的擴(kuò)散/反射結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(通常是分級紋理或 白色印刷點(diǎn),在光源末端低密度)。撓性電路154包括例如位于撓性電路154上的LED 155 的光源,和導(dǎo)光管153的一邊一致。其他的照明模塊152的元件包括頂部垂直觸點(diǎn)板156、 和撓性電路粘合的鐵磁盤157 (可選擇的,鐵磁盤157可以粘合于擴(kuò)散器和/或?qū)Ч夤埽?底部觸點(diǎn)板158位于撓性電路154上磁鐵盤157相對的位置。此外,照明模塊152有口袋 159 (在導(dǎo)光管153中)松散地圈閉磁鐵160。也可整合擴(kuò)散板161或其他亮度增強(qiáng)薄膜以 增加光輸出效率。撓性電路154粘合于導(dǎo)光管153,使磁鐵160被圈閉到相鄰頂部觸點(diǎn)板 156的口袋159中。
[0193] 圖74和75分別顯示了四個連接的照明模塊152的俯視和仰視立體圖。為了機(jī)械 和電性互連多個模塊152,相鄰模塊的對邊簡單地重疊,磁鐵160吸合到重疊末端的鐵磁盤 157的。這說明柔性頂部觸點(diǎn)156和底部觸點(diǎn)158被壓縮(或變形),從而機(jī)械和電性連接 相鄰模塊152。
[0194] 為了在正交方向的連接,含有觸點(diǎn)163的撓性電路材料的簡易的母線板162可以 被插入到連接的模塊152間,母線板觸點(diǎn)163被壓縮和電性連接到頂部和底部觸點(diǎn)156和 158。這樣的母線結(jié)構(gòu)能整合到底座撓性電路154。撓性電路154可以是各種構(gòu)型,以增加 材料的效率,甚至可以是折疊設(shè)計,以便于實(shí)際上利用線性撓性電路輪廓線。這個實(shí)施例可 以是薄和柔性的,擴(kuò)展陣列能包覆于復(fù)合表面。
[0195] 圖76顯示了整個重疊觸點(diǎn)區(qū)域(母線板162未顯示,導(dǎo)光管的光束傳播由箭頭標(biāo) 注)的剖視圖。重疊區(qū)域屏蔽相鄰模塊152的觸點(diǎn)和光源,提供相同的照明可視表面,沒有 中斷或熱斑。
[0196] 圖77-81顯不了模塊的另一個實(shí)施例,和圖71-76顯不模塊的實(shí)施例相似;然而, 其被電性粘合到含有鐵磁底板或鐵磁元件的電極。圖77是底板模塊166的俯視立體圖,圖 78是底板模塊166的仰視立體圖,顯示底部觸點(diǎn)165 (和磁鐵160位于觸點(diǎn)板165之后)。 圖79顯示了底板模塊166的俯視分解圖。
[0197] 根據(jù)圖77-79,底板模塊166包括導(dǎo)光管153、光學(xué)擴(kuò)散板161、磁鐵160、包括 LED155 (位于撓性電路的內(nèi)表面,在說明中以虛線的橢圓標(biāo)注)的撓性電路164和位于模塊 166的底面和磁鐵160對齊的觸點(diǎn)板165。在這個實(shí)施例中,磁鐵160可以固持于盲孔,從 導(dǎo)光管153的背面插入。這個組件以合適的機(jī)械和/或粘合方法組裝。
[0198] 圖80顯示了四個底板模塊166的仰視立體圖,互相相鄰放置,重疊結(jié)構(gòu)還沒有連 接到鐵磁底板168上(圖81)。圖81顯示了鐵磁底板組件167,由鐵磁條或板168組成,觸 點(diǎn)板170粘合于薄電路168。
[0199] 薄電路69可以是撓性電路或例如環(huán)氧玻璃的薄的層壓材料,可以是持續(xù)的或所 顯示的分段的條。例如印花和獨(dú)立的電極的桿能被用于代替圖示的底板168。
[0200] 提供底板觸點(diǎn)板170,和底板模塊166的觸點(diǎn)板165對齊。當(dāng)?shù)装迥K166置于鐵 磁底板組件167上時,磁鐵160被吸合到鐵磁板168上,壓縮模塊觸點(diǎn)板165和鐵磁底板觸 點(diǎn)板170,產(chǎn)生電性接觸和機(jī)械固持。每個模塊有許多觸點(diǎn),觸點(diǎn)可以是各種幾何形狀。
[0201] LED 155可以是頂部發(fā)射,撓性電路164可折疊成右角結(jié)構(gòu)定向光到圖77-81所示 導(dǎo)光管153的邊緣中。可選擇地,LED 155可以是側(cè)面發(fā)射,其中,撓性電路164中的折疊 不是必須的。圖71-73和77-79的設(shè)計的變化包括含有光源的兩個相鄰邊緣的重疊。
[0202] 前述實(shí)施例和討論描述了通過直接壓縮永久磁鐵間和/或永久磁鐵和鐵磁元件 間的撓性印刷電路觸點(diǎn)元件形成電性接觸。然而,電性接觸也能通過壓縮不直接相鄰或磁 性材料間的觸點(diǎn)元件實(shí)現(xiàn)。例如,觸點(diǎn)凸起、柔性頁膜或應(yīng)用到柔性或半剛性印刷電路的分 散的觸點(diǎn),在觸點(diǎn)區(qū)域包括或不包括聚合基底,甚至當(dāng)這些元件沒有直接位于相鄰的磁性 吸合元件。在機(jī)械觸點(diǎn)表面下延伸的觸點(diǎn)元件能被壓縮,電性接觸能由觸點(diǎn)表面的其他位 置的磁吸合建立。觸點(diǎn)板下的狹縫、袢扣和/或其他中間柔性底板材料或其他的元件能被 整合到觸點(diǎn)元件調(diào)整觸點(diǎn)板的撓曲度/柔順度。
[0203] 可以利用撓性印刷電路、半撓性印刷電路和組合剛性撓性電路和傳統(tǒng)的PCB,和電 路印花金屬結(jié)構(gòu)。
[0204] 能利用廣泛范圍的磁鐵材料,包括稀土磁鐵、"塑料"稀土磁鐵、燒結(jié)的和澆鑄的高 能磁鐵例如Nd-Fe-B和鋁鎳鈷合金。使用多個磁鐵,選擇性的磁化磁鐵條(例如塑料磁鐵) 結(jié)合合適形狀的觸點(diǎn),以允許模塊被置于多個隨機(jī)位置(例如,兩個正方形模塊能沿著相 鄰邊置于任何地方)。磁鐵和鐵磁元件可被用其他材料涂層。例如聚合物控制磨損、摩擦、 電性絕緣、電性傳導(dǎo)或?yàn)榱烁倪M(jìn)功能和/或成本修飾基本磁鐵的形狀。
[0205] 可以通過液體粘合、溶劑粘合、熱焊或熱鉚固粘合撓性電路到銷或其他元件上,機(jī) 械聯(lián)鎖到銷、狹槽或袢扣、壓力敏感粘合劑、熱塑性粘合劑(熱熔化液體、膠帶等等),環(huán)氧 或其他熱塑或熱固的膠帶或液體、熱粘合、超聲波粘合等等。電路和觸點(diǎn)板涉及模塊的主體 可以稍微凹陷,導(dǎo)致在磁力下觸點(diǎn)的移動。結(jié)果,在之前描述圖30的延伸膜中的觸點(diǎn)66或 圖36的膜81中等價的觸點(diǎn)能夠凹陷到膜平面的頂面之下。
[0206] 本發(fā)明可應(yīng)用于其他區(qū)域,其中,需要非平面的包裝,例如(軍事應(yīng)用例如導(dǎo)彈) 結(jié)構(gòu)的天線屏蔽器或模塊化天線。
[0207] 本發(fā)明具體地可應(yīng)用于裝潢和功能性照明應(yīng)用,提供了一些內(nèi)容寬泛的發(fā)明概念 的說明性實(shí)施例。在裝潢和功能性照明應(yīng)用中可以使用各種不同的方法擴(kuò)散、反射或優(yōu)先 地定向光。包括在三維激光卷雕刻或散射元件、模塑元件、印刷或其他表面裝飾方法、膜內(nèi) 裝飾、反射薄膜或印刷等等的前和/或后面有激光雕刻的導(dǎo)光管。由于模塊可以是通透的 (從多個表面可見),只有在表面或內(nèi)部的一部分有可見的花紋,模塊的多個層面可以被堆 ?;蛑糜诨ハ嘀?,形成有不同的花紋和顏色的三維結(jié)構(gòu)。
[0208] 當(dāng)裝配時,可以構(gòu)建自支撐的大塊的模塊化元件??梢允褂幂S向磁性連接的模塊, 不用于合適的電性接觸、或其他機(jī)械聯(lián)鎖和鍵控法。
[0209] 由于本發(fā)明允許機(jī)械柔性電性互連,模塊的裝配也具有靈活性,允許例如類似于 帷幕的可移動結(jié)構(gòu)的獨(dú)特應(yīng)用,裝配可以是包覆到復(fù)合的表面上,維持電性和機(jī)械互連。在 模塊線性鏈的情況中,在連接邊緣使用單一的磁鐵可以允許模塊的旋轉(zhuǎn)。在這個幾何形狀 下提供多個電性接觸需要具有合適的對于允許角度的范圍環(huán)形對稱性的觸點(diǎn)幾何形狀。
[0210] 本發(fā)明也可用于電性和機(jī)械互連柔軟的、低密度的材料,例如合成橡膠或軟塑料 (例如,在彎曲式照明應(yīng)用的結(jié)構(gòu)中,其中,使用柔軟的光傳播聚合物)。由于本發(fā)明的柔性 基底可以是半通透的,因此例如銦錫氧化物的半通透的電導(dǎo)體是有效的,通過撓性電路的 元件,來自一個模塊的光可以傳播到相鄰的模塊。
[0211] 雖然討論集中于導(dǎo)致模塊間的電性接觸的磁力,磁力也能用于粘合模塊的一個陣 列到支撐的鐵磁或磁性表面。例如,照明模塊的平面陣列可固持于鐵磁材料條的位置,在單 個模塊的磁鐵的磁吸合的影響下形成水平的表面。當(dāng)然,具有足夠的磁力,模塊陣列是可移 動的固定于鐵磁條,后者固定于例如墻或天花板的垂直或水平的表面。由于觸點(diǎn)內(nèi)的柔性, 對于固定模塊陣列到平面表面沒有限制。維持電性接觸時單個模塊的相對大小和移動范 圍,將決定支撐基底到能被粘合的模塊陣列的最小局部彎曲度。
[0212] 本發(fā)明的多個實(shí)施例已被描述。應(yīng)理解,結(jié)合本發(fā)明的一個實(shí)施例描述的概念可 以與結(jié)合本發(fā)明的另一個實(shí)施例(或其他實(shí)施例)所描述的概念相結(jié)合。
[0213] 以上描述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,很容易想到其 他替代的技術(shù)。因此,應(yīng)理解只要不違背其精神和中心特性,本發(fā)明也體現(xiàn)于其他特定形式 的發(fā)明里。因此,本文對優(yōu)選實(shí)施例和其他實(shí)施例包括說明的所有方面,不予限定,本發(fā)明 不限定于所給的細(xì)節(jié)描述。
【權(quán)利要求】
1. 一個裝置,其特征在于包括: 一有凹槽的模塊; 一在所述凹槽內(nèi)可移動的磁性結(jié)構(gòu); 一撓性電路,和所述模塊配合以將所述磁性結(jié)構(gòu)保持在所述凹槽中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述磁性結(jié)構(gòu)包括一永久磁鐵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述磁性結(jié)構(gòu)包括一鐵磁材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述磁性結(jié)構(gòu)的移動是由所述磁性結(jié)構(gòu) 和一個外部的磁性結(jié)構(gòu)間的磁吸合引起的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置,其特征在于,所述磁吸合導(dǎo)致所述磁性結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述磁性結(jié)構(gòu)和所述撓性電路直接接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述撓性電路包括一柔性觸點(diǎn),且所述柔 性觸點(diǎn)的形狀隨所述磁性元件的移動而改變。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置,其特征在于,所述磁性結(jié)構(gòu)粘合于所述撓性電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置,其特征在于,所述柔性觸點(diǎn)有赫茲接觸應(yīng)力性質(zhì),且所 述磁性結(jié)構(gòu)的形狀有助于所述赫茲接觸應(yīng)力性質(zhì)。
10. -個系統(tǒng),其特征在于包括: 一第一模塊,包括一第一磁性結(jié)構(gòu)和一撓性電路,其中,所述第一磁性結(jié)構(gòu)在所述第一 模塊中可移動; 一第二模塊,包括一第二磁性結(jié)構(gòu)和一電路,其中,所述第一磁性結(jié)構(gòu)和所述第二磁性 結(jié)構(gòu)間的磁吸合導(dǎo)致所述第一模塊的撓性電路改變形狀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其特征在于,所述磁吸合保持所述第一模塊的撓性 電路和第二模塊的電路互相機(jī)械接觸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第一模塊的撓性電路和所述第二 模塊的電路間形成一電性連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,當(dāng)所述第一模塊和第二模塊相對互相 移動,所述電性連接被維持。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng),其特征在于,當(dāng)所述第一模塊和所述第二模塊相對 互相移動時,所述第一模塊的撓性電路和所述第二模塊的電路中的至少一個改變形狀。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于,作為電性連接的一部分,所述第一磁性 結(jié)構(gòu)和所述第二磁性結(jié)構(gòu)中的至少一個不導(dǎo)電。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第二磁性結(jié)構(gòu)在所述第二模塊中 可移動,其中,所述第二模塊的電路包括一撓性電路,且所述第一個磁性結(jié)構(gòu)和所述第二磁 性結(jié)構(gòu)間的磁吸合導(dǎo)致所述第二模塊的撓性電路改變形狀。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于還包含: 一第三模塊,包括一第三磁性結(jié)構(gòu)和一撓性電路,其中,所述第三磁性結(jié)構(gòu)和所述第一 磁性結(jié)構(gòu)和第二磁性結(jié)構(gòu)中的至少一個之間的磁吸合保持所述第三磁性結(jié)構(gòu)的撓性電路 和所述第一模塊的撓性電路和所述第二模塊的電路中的至少一個接觸。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng),其特征在于,所述第三模塊的撓性電路和所述第一 模塊的撓性電路和所述第二模塊的電路中的至少一個之間形成電性連接。
19. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其特征在于,當(dāng)足夠分離所述第一模塊和所述第二 模塊時,所述第一撓性電路恢復(fù)其原始形狀。
20. -個方法,其特征在于包括以下步驟: 提供一第一模塊,包括一第一磁性結(jié)構(gòu)和一第一撓性電路,其中,所述第一磁性結(jié)構(gòu)在 所述第一模塊內(nèi)可移動; 應(yīng)用磁力,引起所述第一磁性結(jié)構(gòu)移動,以及引起所述第一撓性電路臨時改變形狀。
【文檔編號】H01R11/30GK104115335SQ201080006988
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日:2009年2月2日
【發(fā)明者】查爾斯·阿爾伯特·魯?shù)衔鳡? 丹尼爾·約翰·惠特爾 申請人:艾派克斯技術(shù)股份有限公司