專利名稱：電路板和可邊緣裝配的連接器及制造電路板邊緣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板和可裝配至其邊緣的電連接器，并且更具體地涉及用于互連位于電路板上的接地電路總布線和位于連接器上的接地柱的裝置。
在諸如板間互連之類的某些高密度電路板應(yīng)用方式中，相配合的連接器中的一個裝配至電路板之一的邊緣上，而另一連接器或者裝配至該邊緣上或者裝配至另一電路板的表面上。當(dāng)裝配至電路板邊緣時，這些連接器占據(jù)了比其表面裝配結(jié)構(gòu)更小的電路板空間，因此它們更適合于這些應(yīng)用方式。這些類型的連接器的例子公開在分別于1993年4月6日和1992年7月7日授予Korsunky等人的美國專利5199885和5127839中。在這種邊緣裝配的連接器中，信號接觸部件通常具有以兩平行排方式向外延伸的觸腳，其中一排觸腳與電路板一側(cè)上的觸墊相接觸，另一排觸腳與電路板的相對側(cè)上的觸墊相接觸。接地部件如此設(shè)置，即其接地柱向外延伸成一排，此排接地柱位于兩排信號觸腳之間與它們平行。接地柱伸入電路板邊緣處的孔中，并與橫向排列的金屬化通孔接觸，這些金屬化通孔是與電路板上的接地電路總布線互連的。使金屬化通孔中的和觸墊上的焊料熔化，從而在接地柱和觸腳與它們相應(yīng)的孔和觸墊之間實現(xiàn)焊連。
隨著這些電路板上的電路布線變得更密，邊緣裝配的連接器必須相應(yīng)地變得更小，從而要求非常精密的接觸部件。在將連接器裝配至電路板的過程中，對準狀態(tài)的任何變化都會導(dǎo)致接觸部件的損壞。因此，必須精密對準。這就要求電路板邊緣處的孔非常精確地位于兩主表面之間。公知做法是，從電路板邊緣向內(nèi)并穿過金屬化通孔的壁鉆制或穿制或沖制這些孔。這會使絕緣電路板的部分進入金屬化通孔中并影響隨后的焊接工藝，因此必須在焊接之前清除掉這種雜物。另外，這些孔僅有大約0.018平方英寸，使得沖孔工具容易損壞。結(jié)果，要使這些開孔精確定位和定尺寸是困難且高代價的。所需要的是這樣一種途徑，即，使邊緣裝配的連接器的接地柱與電路板的金屬化通孔互連，而且不需要在電路板邊緣上形成孔。
電路板適于接納裝配至其一邊緣上的電連接器。本發(fā)明包括沿所述邊緣界定的開口，開口從邊緣表面向內(nèi)延伸至連通金屬化通孔，且從一個主表面朝另一主表面延伸，或者，開口是完全延伸至另一主表面的槽。連接器的導(dǎo)柱可插入開口中，并被電連接至金屬化通孔，金屬化通孔向內(nèi)與邊緣表面隔開。連接器導(dǎo)柱可能是母線的接地導(dǎo)柱，或者是連接器的信號接觸部件或電源接觸部件的導(dǎo)柱，或者甚至是圍繞連接器的屏蔽部件的導(dǎo)柱。除了通常設(shè)計結(jié)構(gòu)的其它接觸部件外，連接器可能具有這樣一個導(dǎo)柱，此導(dǎo)柱可插入電路板邊緣中的一個槽中，以用于屏蔽或供電。
在一特定實施例中，連接器包括具有觸腳的信號接觸部件和具有導(dǎo)柱的接地部件，觸腳適于連至電路板上的電路布線，導(dǎo)柱適于連至電路板上的接地電路布線。電路板具有一個邊緣和兩個從此邊緣延伸的相對主表面、位于主表面的至少一個上并與電路板上的電路布線電連接的導(dǎo)電觸墊、以及多個鄰近邊緣的金屬化通孔，金屬化通孔基本上正交于主表面并且與電路板上的接地電路布線電連接。在電路板的邊緣上形成有多個槽，這些槽從兩主表面之一向另一主表面延伸或延伸至另一主表面，其中每個槽相交于相應(yīng)的一個孔。每個槽適于接納一個相應(yīng)的導(dǎo)柱，以使導(dǎo)柱之軸基本上平行于兩主表面并介于兩主表面之間，而且諸如通過焊接與相應(yīng)的金屬化通孔電連接。另外，導(dǎo)柱還可沿觸腳排以稍向上傾和稍向下傾交替之方式伸入相應(yīng)槽中，以便在焊接時，這些導(dǎo)柱共同確定一種裝至電路板邊緣的機械固位結(jié)構(gòu)。導(dǎo)柱也可具有全部在一個方向上稍微傾斜的端部。
在另一實施例中，在每個金屬化通孔中固定有一個導(dǎo)電插塞，此插塞包括夾連通過槽插入金屬化通孔的導(dǎo)柱的部分，此時一對彈性臂實現(xiàn)了與導(dǎo)柱的電連接。此后，可將導(dǎo)柱焊連至插塞，以完成電的和機械的連接。
下面參照附圖以舉例方式描述本發(fā)明，附圖中

圖1是采用本發(fā)明的思想形成的電路板和連接器組件的一部分的透視圖;
圖2和3分別是圖1所示的金屬化通孔之一的平面圖和剖視圖，圖3是沿圖2的線3-3截取的剖視圖;
圖4是一個金屬化通孔和一個開口的放大透視圖，其中開口從邊緣延伸至通孔并且部分地從一個主表面向另一主表面延伸;
圖5是與圖3相似的剖視圖，其中，接地觸腳在槽和通孔中交替地上下傾斜;
圖6是圖1所示的電路板的一部分的透視圖，此電路板裝在一個刀具上，以便根據(jù)本發(fā)明切割槽;
圖7和8分別是其中具有一插塞的圖1所示的金屬化通孔之一的平面圖和剖視圖，圖8是導(dǎo)柱插入前沿圖7的線8-8截取的剖視圖;
圖9是與圖8相似的剖視圖，它示出完全插入的導(dǎo)柱;
圖10是在沖壓之后伸仍連在承載帶上的圖7所示插塞的平面圖。
在圖1中示出了邊緣裝配的電連接器10和電路板12的一部分，連接器裝至電路板上。電路板12具有兩個相對的大致平行的主表面14和16，它們從一邊緣18延伸。金屬化電路布線20設(shè)在每一主表面上并端止于多個觸墊22中的任意一個或者多個金屬化通孔24中的任意一個，觸墊22設(shè)在兩個主表面上。在這個例子中，金屬化通孔24連至電路板上的接地電路布線。在邊緣18上如此形成有多個開口，例如槽26，即，每個槽與一個相應(yīng)的金屬化通孔24對準并相交。連接器10包括一個具有接地總線30的殼體28，總線30沿殼體28的縱向中心延伸并帶有導(dǎo)柱32，導(dǎo)柱32從殼體上伸出并穿過相應(yīng)的槽26而伸入相應(yīng)的金屬化通孔24。圖2和3更詳細地示出一個完全插入金屬化通孔24中的導(dǎo)柱32，此導(dǎo)柱至少伸至這種程度，即，所示的頂端50幾乎觸及金屬化通孔的遠側(cè)壁。在接地總線30的每側(cè)，一排上接觸部件34和一排下接觸部件36從殼體28向外伸出，并具有分別與它們相應(yīng)的觸墊22相接觸的觸腳38和40，如圖1所示。
在圖4所示的本發(fā)明另一實施例中，所示的開口27沿電路板邊緣18設(shè)置，此開口27僅部分地貫穿電路板12，從主表面14延伸至剛超過中心平面44，并與通孔24側(cè)邊相交。開口27的側(cè)壁可以是斜切的。
圖5顯示出，當(dāng)導(dǎo)柱32a、32b穿過槽26伸入通孔24時，它們可以稍向上和向下傾斜，并被焊至通孔24;傾斜角可以是例如15°?？梢钥闯?，交替上下傾斜的導(dǎo)柱在焊接時提供了更有效的機械聯(lián)接。導(dǎo)柱也可全部在同一方向上稍微傾斜。
如圖6所示，槽26是借助刀具60切制出的。此刀具包括具有直的背緣64和以離開背緣方式傾斜的前緣66的刀頭62，背緣64大體上平行于金屬化通孔24的軸，這樣前緣和背緣向離開尖頂68的方向發(fā)散。尖頂68小于金屬化通孔的內(nèi)徑，并在前切割緣66接觸金屬化通孔壁之前被插入孔中，以便從內(nèi)向外進行切割。刀頭62的向下表面70形成一個推擠表面，用于將切下的廢屑(未示出)推離電路板。一個切割擋塊76借助未示出的螺絲釘固定至一基板74上。切割擋塊76具有多個?？?8，它們與金屬化通孔對準，當(dāng)將一相應(yīng)刀頭62從其圖6中所示的位置向下壓入相配合的金屬化通孔時，每一?？诘某叽邕m于緊密容納相應(yīng)刀頭62。在刀頭62下移時，它切割下電路板和孔中鍍層的一部分，并將其推入?？?8。隨著刀頭62繼續(xù)下移，切下的廢屑被推入位于?？?8之下的基板74上清理口(未示出)，在此廢屑被除掉。這便在金屬化通孔內(nèi)形成一個沒有雜物的較干凈的槽。由金屬化通孔24形成的開口中填充有合適的焊料84，如圖2、3和5所示。此外，焊料(未示出)還施加于要被焊連至觸腳38和40的觸墊22。
相對置的觸腳38和40之間距稍小于電路板厚度，但各帶有一引導(dǎo)端42，以便當(dāng)連接器移向電路板并與之銜接時，觸腳的導(dǎo)引端部分嚙合電路板邊緣，并以凸輪方式外移，隨后沿電路板表面滑動，直至它們嚙合其相應(yīng)的觸墊22。此外，隨著連接器移向電路板邊緣，導(dǎo)柱32進入其相應(yīng)的開口26并進一步進入金屬化通孔24，在此過程中排擠出少量焊料84(圖2、3和5)。槽26的寬度適于其與導(dǎo)柱32產(chǎn)生輕微的壓配合，以便槽與各導(dǎo)柱之間的摩擦能將連接器10穩(wěn)固定位，直至焊接工序可以完成。在裝配后，此組件要經(jīng)加熱處理使焊料軟熔，以便將每個導(dǎo)柱32和觸腳38、40焊至其相應(yīng)的金屬化通孔24或觸墊22。
注入通孔24的焊料量最好如此控制，即，焊料凹入主表面14、16之內(nèi)，以便當(dāng)按上述方式將連接器10裝配至電路板上時，穿過金屬化通孔24的觸腳38和40將不會粘附起通孔內(nèi)的少量焊料，否則這少量焊料會在相鄰兩觸墊22之間形成一個焊料連條或橋，從而導(dǎo)致短路。
在圖7和8中所示的本發(fā)明的另一實施例中，作為采用焊料的一種變換，金屬化通孔24中設(shè)有一個插塞90。此插塞90包括一圓柱狀部分92，此部分92的外徑適于與金屬化通孔24的內(nèi)徑形成輕微壓配合。配合壓力的大小僅僅足以維持插塞于通孔中，直至連接器10裝配至電路板12上。圓柱狀部分92具有一個細長的開口94，此開口與圓柱之軸平行。細長開口94由兩個直的側(cè)邊棱96和98界定，邊棱96和98向內(nèi)彎折且其間隔小于導(dǎo)柱32的厚度。一對相對置的彈性部件100和102分別從插塞90的相對端104和106以與細長開口94完全相反的方式延伸。彈性爪彼此相對內(nèi)彎并向著細長開口94延伸，爾后每個爪向外彎曲，穿過開口94并進入槽26，如圖8所示。這可保證，當(dāng)插塞90插入金屬化通孔24時，細長開口94與槽26對準。兩個彈性爪100和102分別形成相對的凸表面108和110，這兩個凸表面界定了一個縮頸，并向著細長開口94發(fā)散，最后分別止于自由端112和114，這便為導(dǎo)柱32的插入形成導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。凸表面108和110之間隔小于導(dǎo)柱32的厚度。如圖8所示，在每個彈性爪之內(nèi)表面上鄰近凸表面108和110之處淀積有一個焊料堆116。
當(dāng)導(dǎo)柱32插進槽26時，它楔入兩凸表面108和110之間，并促使它們稍微遠離一些。隨著繼續(xù)插進，導(dǎo)柱的錐狀端頭進入邊棱96和98之間并使它們遠離，從而使圓柱狀部分92貼緊金屬化通孔24的內(nèi)表面。兩邊棱96和98趨于稍微嚙入導(dǎo)柱表面，因此將導(dǎo)柱夾緊并將其固定于槽26中。這可有效地將整個連接器10保持在電路板12上，直至焊接工序結(jié)束。當(dāng)導(dǎo)柱完全插入槽26中時，其尖頂50最好至少靠近圓柱狀部分92的后側(cè)內(nèi)表面，如圖9所示。
圖10中以平面圖的形式示出了插塞90。焊料堆116可采用工業(yè)上所知的任一種厚膜印刷技術(shù)淀積。在焊料軟熔工藝之前，焊料堆中可添加助熔劑。圓柱狀部分92是通過未示出的合適的加工設(shè)備由矩形部分92′卷制成其圓柱狀的，并且向內(nèi)彎折的邊棱界定了細長開口94。應(yīng)注意，插塞連在兩條承載帶118上，在將彈性爪100和102形成其弧形以及制成的插塞90插入金屬化通孔24之前，承載帶118要被切割掉。
本發(fā)明的一個重要優(yōu)點是，以經(jīng)濟的方式在電路板邊緣形成了精確定位的開口，此開口延伸至離開邊緣表面一定距離設(shè)置的金屬化通孔，本發(fā)明不需在邊緣表面鉆或沖孔或者冒在這種孔中遺留雜屑的危險，因而降低了制造產(chǎn)品的成本，并提高了產(chǎn)品的可靠性。
可由在此公開的實施例引出的變化和改進也屬于本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電路板，其一邊緣處裝配一個電連接器，此連接器至少包括具有導(dǎo)柱的接觸部件，導(dǎo)柱適于連至電路板上的電路布線，電路板具有多個通孔，通孔至少部分地從一個主表面延伸至另一主表面并包括導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料沿通孔側(cè)壁設(shè)置并連至電路板上的電路布線，該電路板的特征在于所述電路板的多個所述通孔鄰近所述邊緣且向內(nèi)與所述邊緣隔開一定距離，它們大致垂直于所述主表面，并與所述電路板上的電路布線電連接，它們的中心與所述邊緣表面之間距大于其半徑；在所述電路板的所述邊緣上形成多個開口，這些開口從所述的兩主表面之一至少向另一主表面延伸，其中每個開口相交于一相應(yīng)的所述通孔，同時每個所述開口沿邊緣并平行于主表面的尺寸至少小于所述通孔的直徑，其中每個所述開口適于接納一相應(yīng)的所述導(dǎo)柱，以便導(dǎo)柱之軸基本上平行于所述的兩表面并介于所述的兩主表面之間，而且導(dǎo)柱與其相應(yīng)通孔電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路板，其進一步的特征在于，至少一個所述開口從一個所述主表面延伸并終止于與另一所述主表面隔開一定距離的一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路板，其進一步的特征在于，在所述的多個通孔的每一個中設(shè)置有一個導(dǎo)電的插塞，當(dāng)一個所述導(dǎo)柱插入其相應(yīng)的所述開口中時，插塞適于機械地夾持該所述導(dǎo)柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電路板，其進一步的特征在于，每個所述插塞在其一表面上包括一焊料堆，以便在所述導(dǎo)柱插入所述開口并施加足夠的熱量時，所述焊料堆熔化和流動，從而將所述導(dǎo)柱焊連于其相應(yīng)通孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電路板，其進一步的特征在于，每一所述插塞包括一圓柱狀部分，該部分的尺寸適于與其相應(yīng)的通孔壓配合，該部分具有一個與其相應(yīng)的所述開口對準的細長開口，其中界定所述細長開口的所述插塞之相對邊棱間的距離小于所述導(dǎo)柱的厚度，以便實現(xiàn)所述的夾持，所述插塞包括一對相對置的彈性部件，此對彈性部件從所述細長開口的相對端伸出并穿過所述細長開口，而且會聚構(gòu)成一縮頸，最后止于發(fā)散的自由端，所述彈性部件具有在縮頸處分離開的相對表面，以便以壓配合方式接納所述導(dǎo)柱于其間。
6.一種由電連接器和電路板構(gòu)成的組件，其中連接器裝配至電路板的邊緣，連接器至少包括一個連至電路板上的電路布線的接觸導(dǎo)柱，電路板具有多個通孔，這些通孔至少部分地從一個主表面延伸至另一主表面并包括導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料沿通孔側(cè)壁設(shè)置并連至電路板上的電路布線，所述組件的特征在于所述電路板的多個所述通孔鄰近所述邊緣并向內(nèi)與之隔開一定距離，它們大致正交于所述主表面，并與所述電路板上的電路布線電連接，它們的中心與所述邊緣之間距大于其半徑;所述電路板還包括開口，開口與每個所述通孔相毗連并形成于所述電路板的所述邊緣上，開口從所述兩主表面之一至少向另一主表面延伸，其中一個所述開口與一相應(yīng)的所述通孔相交;與一個相應(yīng)的所述通孔配合的所述至少一個接觸導(dǎo)柱的每一個伸入一個相應(yīng)的開口中，以便所述導(dǎo)柱的軸基本上平行于所述的兩主表面且介于它們之間，而且導(dǎo)柱與其相應(yīng)的通孔電連接。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其進一步的特征在于，所述連接器包括多個所述導(dǎo)柱，而所述電路板包括多個與所述導(dǎo)柱相配合的所述通孔和開口，所述導(dǎo)柱中的交替排列的一部分稍微向所述電路板的所述兩主表面之一傾斜，所述導(dǎo)柱中的交替排列的另一部分向所述兩主表面的另一個傾斜，所述開口從一個所述主表面延伸并終止于與另一所述主表面間隔一定距離并沿所述邊緣交替排列的一端。
8.一種用于將電連接器裝配至電路板邊緣的方法，包括下列步驟(a)提供一個電路板，它具有電路布線、一個邊緣、兩上從所述邊緣延伸的相對主表面、以及鄰近所述邊緣的通孔，通孔中包括連至所述電路布線的導(dǎo)電材料;(b)在所述邊緣上形成多個開口，每個開口從所述主表面之一至少向另一主表面延伸，并與一相應(yīng)的所述通孔相交;(c)提供一個可邊緣裝配的電連接器，此連接器包括具有導(dǎo)柱的接觸部件，導(dǎo)柱向外延伸，且各導(dǎo)柱按與所述開口對應(yīng)之方式隔置;(d)將所述連接器裝至所述電路板的所述邊緣，這是通過將每個所述導(dǎo)柱插入一相應(yīng)的所述開口和其相應(yīng)的所述通孔中實現(xiàn)的，其中導(dǎo)柱的軸基本上垂直于所述邊緣;和(e)在全部所述導(dǎo)柱和相應(yīng)通孔之間形成固定的電連接。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于它在步驟(b)和(d)之間包括下列步驟(c1)提供多個插塞，每個插塞具有一圓柱狀部分，該部分的尺寸適于與一所述通孔壓配合，所述插塞具有一個與其縱軸平行的細長開口并包括一對相對置的彈性部件，該彈性部件具有穿過所述細長開口延伸的自由端;(c2)將所述插塞插入至少一個所述通孔中，并使所述細長開口與所述開口對準;其中步驟(d)包括將一個所述導(dǎo)柱插入一相應(yīng)的所述開口和所述細長開口中，所述開口與裝有所述插塞的一相應(yīng)的所述通孔相連，所述細長開口位于所述的彈性部件對之間，以便所述導(dǎo)柱與界定所述細長開口的兩邊棱以及所述彈性部件對壓配合。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于形成開口的步驟(b)包括將一刀具插入一所述通孔，并從所述孔的內(nèi)側(cè)向所述電路板的所述邊緣進行切割。
全文摘要
本發(fā)明公開了電路板(12)和裝配至其邊緣的電連接器(10)。電路板包括邊緣(18)和從邊緣延伸的具有電路布線(20)的兩個主表面(14，16)。金屬化通孔(24)鄰近邊緣設(shè)置并連接電路板上的電路布線。每個金屬化通孔(24)與諸如槽(26)或部分槽(27)的一開口配合，后者形成于電路板邊緣，以便與孔相交。連接器(10)的導(dǎo)柱(32)最好以壓配合方式伸入開口(26，27)中，此后通過焊接完成導(dǎo)柱與通孔的電連接。
文檔編號H01R31/06GK1108011SQ9411774
公開日1995年9月6日 申請日期1994年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月29日
發(fā)明者I·科森斯基, D·G·格拉比, R·C·克羅茲 申請人:惠特克公司