Микроразъем

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многопроводным электрическим соединениям, например к микроэлектронике. Цель изобретения - улучшение надежности и снижение габаритов микроразъема. Гибкие шлейфы или гибкий шлейф и жесткая плата с сужением в месте соединения, с размещенными на них топологией проводников и выводами сочленяются жесткими основаниями с помощью винтов с гроверными шайбами по резьбовому отверстию, при этом основания дополнительно фиксируются относительно друг друга с помощью штифтов и штифтового отверстия. При этом зубья вилочной гребенки входят в гнезда, образованные зубьями гнездовой гребенки. Контактные элементы, размещенные на боковых гранях зубьев, приходят в соприкосновение. 7 ил.

Изобретение относится к областям науки и техники, использующим многопроводные электрические соединения, например к микроэлектронике, связи и т.п. преимущественно к технике микроблочных конструкций и к радиоэлектронной аппаратуре (РЭА), использующей разъемы типов РП, РПС, МРН, ГРПМ-1 и др.

Известны разъемы с большим числом контактов (Поляков К.П. Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры. М. Радио и связь, 1982, с. 240), основанные на соединении штырей одной стороны с гнездами другой.

Значительные усилия, требующиеся для введения стержня в гнездо, заставляют делать стержни существенного диаметра, ограничивающего минимальные размеры разъема, хотя токи, протекающие через сигнальные контакты, допускают и много меньшее сечение проводников.

Известен разъем типа ПС, в котором контакты закрепляются на изолирующем твердом основании (стеклотекстолит печатной платы) (см. там же). Такие разъемы допускают двустороннее исполнение и имеют до 70 контактов на вилко-печатной плате.

Однако имеющиеся размеры между контактами (стандарт 4 мм) заставляют делать разъем с существенными габаритами. Например, 60-контактный разъем имеет габариты 135х17х10 мм.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электрический разъем (авт. св. СССР N 1234903, кл. Н 01 R 23/06, 1986), состоящий из двух частей, каждая из которых содержит корпус и клиновидную вкладную гребенку с пружинящими зубьями, выполненными со скосами, которые охвачены контактными элементами, причем скосы зубьев гребенок, принадлежащих различным частям разъема, расположены под углом друг к другу, а высота клиновидной части каждой гребенки меньше толщины соответствующего корпуса на толщину контактных элементов.

Недостатками данного разъема являются большой вес, крупные габариты, ненадежный контакт из-за невозможности компенсировать погрешности в изготовлении сочленяемых зубьев гребенки.

Цель изобретения улучшение надежности и снижение габаритов разъема.

Цель достигается тем, что в микроразъеме, состоящем из вилочной и гнездовой клиновидных вкладных гребенок на жестком основании с размещенными на них контактными элементами, согласно изобретению зубья вилочной гребенки выполнены со скошенными боковыми гранями под углом 70-75^о к основанию, на котором сформированы контактные элементы, зубья гнездовой гребенки образуют ряд двулучевых вилок со скошенными под углом 70-75^о к основанию внутренними боковыми гранями соседних зубьев, содержащими контактные элементы для взаимодействия с вилочной частью, причем зубья в каждой из гребенок в зоне контактирования соединены с плоским жестким прецизионным основанием через пленку упругого эластичного диэлектрика, при этом наименьшая ширина зубьев вилочной гребенки превышает наименьшую ширину гнезда на 0,18 h, где h высота зуба.

Отличительные от прототипа признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен микроразъем с гибкими печатными платами (шлейфами) 1 и 2, на которых нанесена топология проводников 6 с контактными выводами 7, причем шлейфы соединены с основаниями 3 и 4, которые сочленяются винтами 5; на фиг. 2 показан общий вид микроразъема; на фиг. 3 изображены зубья вилочной и гнездовой гребенок в плане; на фиг. 4 изображен микроразъем со шлейфом с боковым расположением выводов; на фиг. 5 вариант микроразъема, где основание имеет удлинение 17 для фиксации разъема в пространстве с помощью отверстий 18; на фиг. 6 изображен вариант соединения жесткой платы 19 с гибким шлейфом 1; на фиг. 7 вариант соединения большого количества контактов с постоянным шагом между винтами.

Микроразъем состоит из вилочной и гнездовой (фиг. 1, 2) вкладных гребенок, выполненных на жестком основании 3, снабженных зубьями вилочной 13 и гнездовой 14 частей. Зубья закреплены на основании 3 через пленку 16 упругого эластичного диэлектрика, например, с помощью клея. Контактные элементы 15 размещены на боковых гранях зубьев вилочной 13 и гнездовой 14 гребенок, скошенных под углом 70-75^о к основанию. Толщина пленки контактного элемента составляет 30-40 мкм.

В основании 4 выполнено резьбовое отверстие 10 для винта 5, снабженного гроверной шайбой 9. В основании 3 выполнено отверстие 12 для штифта 11. Винт и штифт служат для строгой фиксации гребенок в сочлененном положении.

Микроразъем работает следующим образом.

Гибкие шлейфы 1 и 2 (фиг. 1) или гибкий шлейф 1 и жесткая плата 19 (фиг. 6) с сужением 8 в месте соединения, с размещенными на них топологией проводников 6 и выводами 7 сочленяются жесткими основаниями 3 и 4 с помощью винтов 5 с гроверными шайбами 9 по резьбовому отверстию 10, при этом основания дополнительно фиксируются относительно друг друга с помощью штифтов 11 и штифтового отверстия 12. При этом зубья вилочной гребенки 13 входят в гнезда, образованные зубьями гнездовой гребенки 14. Контактные элементы 15, размещенные на боковых гранях зубьев, приходят в соприкосновение. Эластичная упругая пленка 16 обеспечивает надежный контакт по всем зубьям, выбирая дефекты изготовления. Сужение вилки обеспечивает более надежное крепление зубьев вилок.

Выполнение боковых граней вилочной гребенки и внутренних боковых граней гнездовой гребенки под углом =70-75^о к основанию (фиг. 2) вытекает из оптимальных условий выполнения разъединения. Так, при угле, близком к 90^о (более 75^оС), происходит соединение с излишне большим трением при операции разъединения. В технике это свойство металлов широко используется в машиностроении для конусных соединений инструментов (конуса Морзе, нормальные конуса и т. п.). В технике известно, что при некоторой величине угла между соединенными металлическими деталями они остаются в соединенном состоянии без дополнительного усилия.

Свойство такого легкоразъемного соединения широко применяется в машиностроении (см. Общетехнический справочник./Под ред. Е.А. Скороходова, М. Машиностроение, 1989, с. 263) при изготовлении конусных соединений. Это так называемые конуса Морзе (от N 1 до N 5) и нормальные конуса. При конусности 1: 5 ( =11^о2516^'3^'', где =2(90- ) выполняется легкоразъемное соединение, но требуется еще некоторое усилие разъединения. При следующем значении нормального ряда углов (с конусностью 1:1, 866025) разъединение происходит всегда легко, но для соединения двух деталей уже необходимо постоянное усилие (как в муфтах сцепления). Это значение угла и выбрано для данного разъема = 30^о.

При любом большем значении угла для выполнения разъема необходима большая линейная длина, т.е. увеличение габаритов, что нежелательно. При угле, меньшем 70^о, теряется значительная длина и разъем тех же габаритов можно изготовить на меньшее количество контактов.

Выполнение зубьев гребенок согласно формуле изобретения, закрепленных через пленку упругого диэлектрика на жестком основании, позволяет уменьшить габариты и вес микроразъема: в заявляемом микроразъеме контактная зона составляет 312х1000 мкм, а в устройстве по прототипу 2500х5000 мкм. Это связано с ограничениями при изготовлении зубьев гребенки по прототипу.

Расчетным путем доказано, что наименьшая ширина зубьев вилочной гребенки b₁ (фиг. 2) должна превышать наименьшую ширину гнезда b₂ на 0,18 h.

При выборе соотношения размеров вилочной гребенки и ширины гнезда гнездовой гребенки исходят из следующих соображений. Нижняя часть вилочного зуба не может быть меньше b₂, иначе может не быть контакта вовсе. С другой стороны, нижняя часть вилочного зуба не может быть больше b₂[1+2htg(90- )] иначе зуб не войдет в гнездо.

Таким образом, нижняя часть зуба должна иметь размер b₂<b<b[1+2htg(90-)] Кроме того, необходимо некоторое расстояние, на котором происходит выборка дефектов изготовления по разным зубьям, т.е. когда один зуб уже находится в состоянии контакта, а другой еще не вошел в соединение, потому что его нижняя часть получилась в изготовлении несколько меньше.

Для этого нижняя часть зуба выбирается так, чтобы соединение началось после того, как зуб пройдет 1/3 часть длины зуба, т.е. его нижняя часть определяется из соотношения b₁=b₂+2h 1/3 tg(9-75^o)=b₂+0,18 h.

Это условие обеспечивает надежный контакт боковых граней зубьев независимо от дефектов их изготовления.

При необходимости снижения интенсивности вибрации основание изготовляется с удлинением 17, которое посредством отверстий 18 и другим способом укрепляется на корпусе РЭА (фиг. 5). Вариант исполнения, изображенный на фиг. 4, позволяет узким шлейфам с микроразъемом выполнять многоконтактное соединение, имеющее протяженную длину контактной зоны.

Многоконтактные разъемы, изготовленные согласно заявленному решению, исключают ряд элементов, вносящих дополнительную ненадежность, что имеет место в техническом решении по прототипу. Так, при наличии 50 контактов необходимо 50 таких элементов.

При незначительной вероятности отказа каждого элемента соединения (пайки) общая вероятность отказа увеличивается пропорционально.

В заявляемом техническом решении элементы, вносящие некоторую вероятность отказа, отсутствуют полностью.

Формула изобретения

МИКРОРАЗЪЕМ, состоящий из вилочной и гнездовой клиновидных вкладных гребенок на жестком основании с размещенными на них контактными элементами, отличающийся тем, что, с целью улучщения надежности и снижения габаритов, жесткое основание снабжено пленкой из упругого эластичного диэлектрика, зубья вилочной гребенки выполнены со скошенными боковыми гранями под углом 70 - 75^o к основанию, на которых размещены контактные элементы, зубья гнездовой гребенки образуют ряд двулучевых вилок со скошенными под углом 70 - 75^o к основанию боковыми гранями соседних зубьев, содержащими контактные элементы для взаимодействия с вилочной частью, причем зубья каждой из гребенок при контактировании взаимодействуют с плоским основанием через упомянутую пленку упругого эластичного диэлектрика, при этом наименьшая ширина зубьев вилочной гребенки превышает наименьшую ширину гнезда на 0,18 h, где h высота зуба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7