Разъем для гибких печатных схем

 

Область использования изобретения: изобретение относится к области электронной и вычислительной техники, приборостроения и может быть использовано для разъемного пылевлагозащитного экранированного соединения гибких печатных плат или кабелей. Сущность изобретения: разъем содержит основание 1 с ориентирующими элементами 2 для совмещения наложенных друг на друга контактных ламелей 8, 9 гибких печатных схем 4, 5, в том числе и с экранирующими слоями 18, 19, эластичный упругий элемент 16 и прижимную пластину 17. Сопряженные контактные ламели 8, 9 гибких печатных схем 4, 5 расположены непосредственно на основании 1, имеющим зубчатый рельефный, например, треугольный профиль 3 с не менее, чем двумя ребрами, ориентированными поперек контактных ламелей 8, 9, а эластичный упругий элемент 16 расположен сверху на сопряженных контактных ламелях 8, 9. Геометрия ребра в виде треугольного профиля 3: шаг ребер t = 1 - 2 мм, соответственно глубина канавки h = 0,2 - 0,5 мм. Площадь эластичного упругого элемента 16 перекрывает площадь соединения контактных ламелей 8, 9 по периметру. Эластичный упругий элемент 16 выполнен из токопроводящего эластичного материала и контактирует с экранными слоями 18, 19 каждой из соединяемых гибких печатных схем 4, 5. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое устройство относится к области радиоэлектроники, электронной техники, вычислительной техники, приборостроения и может быть использовано для разъемного пылевлагозащитного экранированного соединения гибких печатных плат или кабелей.

Известен узел соединения контактов гибких печатных схем (H01R9/09, а.с. SU N 1375057, 1982 г.), выполненных на фольгированной медью полиимидной пленке, в котором с целью повышения надежности соединения на гибкие контактные элементы каждой гибкой печатной схемы установлены жесткие контактные элементы, спаянные между собой. Для изоляции контактных элементов и одновременно для защиты места соединения используют электроизоляционный элемент, в качестве которого применяется пленка ПКС-171.

Недостатком этого узла является неразъемность соединения гибких печатных схем и, как следствие, низкая ремонтопригодность, неудобство и сложность расчленения соединенных блоков аппаратуры в процессе эксплуатации. Зачастую при разработке радиоэлектронной аппаратуры требуется обеспечить простое и надежное разъемное электрическое соединение гибких печатных схем или кабелей, в том числе экранированных при минимально возможных габаритах с минимальным и стабильным контактным сопротивлением.

Разъемный контактный узел (H05K1/11, H01R9/09, а.с. SU N 1255022, 1984 г. ), содержащий гибкую печатную плату с рядом расположенных проводников и жесткую печатную плату для распайки проводов кабеля, закрепленную на основании с помощью упругого эластичного элемента и установленный на основании блок фиксации гибкой печатной платы, выполненный в виде рамки с продольным пазом и цилиндрическим упругодеформируемым элементом, расположенным в продольном пазу рамки с возможность взаимодействия с поверхностью гибкой печатной платы со стороны противолежащей поверхности с печатными проводниками. С целью повышения надежности контактирования разъемный контактный узел содержит планку с изолирующей поверхностью и продольным пазом, расположенную между гибкой печатной платой и жесткой печатной платой, а выполненное в планке продольное окно совпадает с продольным окном рамки, при этом рамка, гибкая печатная плата, цилиндрический упругодеформируемый элемент и планка соединены между собой винтами в пакет, образуя блок фиксации, который поджат к основанию прижимными винтами с гайками.

Для обеспечения надежного контакта печатных проводников гибкой печатной платы и жесткой печатной платы, после прижима узла фиксации, гибкую печатную плату дополнительно прижимают к жесткой печатной плате рядом упорных винтов через цилиндрический упругодеформируемый элемент. Затем упорные винты фиксируют контргайками.

Недостатком этого разъемного контактного узла является значительное усилие прижатия упорными винтами упругого элемента передающего давление по поверхности контакта соприкасающихся гибкой и жесткой печатных плат. Усилие прижатия упругого элемента достигается за счет усложнения контактного узла, содержащего блок фиксации с большим количеством деталей, прижимных и упорных винтов, что, в конечном счете, увеличивает массу и габариты устройства, делая его громоздким.

Кроме того, недостатком рассматриваемого контактного узла является различие величин электрических сопротивления контактных пар из-за неравномерности контактного давления передаваемого цилиндрическим упругодеформируемым элементом на гибкую печатную плату. Эта неравномерность контактного давления создается упорными винтами дополнительно прижимающими через цилиндрический упругий элемент гибкую печатную плату к жесткой печатной плате. Локальное давление от упругого элемента под каждым упорным винтом будет больше, чем в промежутках между ними. Соответственно, электрическое сопротивление контактных пар под упорными винтами будет меньше, чем у контактных пар, расположенных в промежутках между упорными винтами.

К числу недостатков данного контактного узла следует отнести также незащищенность места соединения от воздействия пыли и влаги, что не способствует надежности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является беспаяное соединение для изогнутой печатной платы (пат. США N 4832609, H01R9/09, 1989 г.), содержащее жесткое непроводящее основание с протяженным углублением (пазом), в котором расположен упругий элемент из силиконовой резины, взаимодействующий с гибкой печатной схемой, контактные ламели которой сопрягаются с контактными ламелями жесткой печатной платы, установленной поверх гибкой печатной платы, и прижатой винтами к жесткому основанию. Поджатие соприкасающихся между собой контактных ламелей гибкой и жесткой печатных плат осуществляется давлением упругого элемента сжимаемого за счет упругих свойств жесткой печатной платы. При этом для обеспечения одинакового контактного сопротивления каждой из контактных пар вдоль упругого элемента по ширине соединяемых гибкой и жесткой печатных плат, на дне углубления (паза) зацело с основанием выполнено ребро по выпуклой кривой соответствующей упругой линии жесткой печатной платы, изогнутой под действием сжатого упругого элемента. При небольшой ширине соединяемых печатных плат, когда прогиб жесткой печатной платы незначителен ребро может быть выполнено без выпуклости, т.е. прямым.

Недостатком этого устройства является невозможность его использования для соединения гибких печатных схем, для реализации которого обязательно требуется введение в конструкцию жесткого прижимного элемента (пластины, зажима), деформирующего упругий элемент и соединяемого с жестким основанием.

Кроме того, недостатком рассматриваемого беспаяного узла, даже при введении в его конструкцию жесткого прижимного элемента для соединения гибких печатных схем, является зависимость сопротивления контактируемых пар ламелей от давления обусловленного деформацией упругого элемента, прижимающего соединяемые печатные платы друг к другу.

Давление передаваемое развитой поверхность упругого элемента контактным ламелям гибких печатных схем при заданной деформации упругого элемента будет тем меньше, чем больше площадь упругого элемента. Большая деформация упругого элемента под ребром вызывает большее локальное давление и соответственно меньшее контактное электрическое сопротивление.

Недостатком рассматриваемого беспаяного узла соединения является также незащищенность места соединения от внешних воздействия: пыли и влаги.

Во всех вышеупомянутых устройствах нет надежного экранирования разъема для соединения экранированных гибких печатных схем.

Задача предлагаемого устройства повышение надежности контактирования за счет обеспечения стабильности контактного сопротивления, пылевлагозащищенности, а также экранирования места соединения и уменьшения его габаритов.

Вышесказанное достигается тем, что в разъеме для соединения гибких печатных схем, содержащем основание с ориентирующими элементами для совмещения, наложенных друг на друга контактных ламелей гибких печатных схем, в том числе и с экранирующими слоями, эластичный упругий элемент и прижимную пластину, вышеуказанные контактные ламели гибких печатных схем расположены непосредственно на основании, имеющем зубчатый рельефный профиль с не менее, чем двумя ребрами ориентированными поперек контактных ламелей, а эластичный упругий элемент расположен сверху на сопряженных контактных ламелях. Причем рельеф основания имеет профиль, например, зубчатый треугольный, геометрия которого: шаг ребер t и глубина канавки h определяются областью упругой деформации гибких печатных схем.

Кроме того, в месте соединения контактных ламелей гибких печатных схем площадь упругого элемента перекрывает площадь соединения по периметру, а эластичный упругий элемент выполнен из токопроводящего эластичного материала и контактирует с экранными слоями каждой из соединяемых гибких печатных схем.

В отличие от рассмотренных технических решений, расположение сопряженных контактных ламелей гибких печатных схем непосредственно на рельефном основании и прижимаемых наложенным сверху упругим элементом вызывает существенно большее контактное давление на верхушках ребер при небольших усилиях прижатия. Экспериментально установлено, что имеется пороговое значение давления передаваемое упругим элементом, при превышении которого контактное сопротивление остается в пределах среднеквадратичного отклонения практически постоянным при заданной площади перекрытия контактных ламелей для данного материала покрытия контактных ламелей.

Для исключения повреждений контактных ламелей, обеспечения стабильности контактного сопротивления разъема и простоты изготовления рельеф основания имеет, например, зубчатый треугольный профиль, геометрия которого: шаг ребер t и глубина канавки h определяется областью упругой деформации контактных ламелей. Рассматривая участок контактной ламели, опирающийся на два соседних ребра с шагом t, как балку с распределенной нагрузкой лежащей на опорах, определим наибольший прогиб середины участка контактной ламели, т.е. глубину канавки h зубчатого рельефного профиля основания по известному выражению упругой деформации: h=5qt⁴/384EJ, см, где q 1 кгс/см распределенная нагрузка, создаваемая упругим элементом, определяется экспериментально; t 0,1^oC0,2 см шаг ребер, задается конструктивно; E 1,2·10⁶ кгс/см² модуль упругости материала ламели (медь); I=ab³/12, см⁴ момент инерции сечения ламели с характерными размерами: a 0,05 см минимальная ширина ламели; b 0,002 см толщина ламели.

Подставляя значение шага ребер t 0,1 см и ширины ламели 0,05 см в вышеприведенное выражение, получим глубину профиля h ≈0,3 мм. Из приведенного выражения следует, что с увеличением шага t величина упругой деформации ламели резко увеличивается. Тем не менее, исходя из необходимости уменьшения габаритов разъема, геометрия зубчатого рельефного профиля определяется из условия: шаг ребер t 1-2 мм, а соответственно глубина канавки h 0,2 0,5 мм. Соблюдение этого условия исключает остаточные деформации контактных ламелей даже при превышении порогового значения давления упругого элемента. В этом случае гибкие печатные схемы могут повторять профиль основания, но испытывают при этом только упругие деформации и после расчленения разъема остаются плоскими.

Упругий элемент, полностью перекрывая площадь соединения по периметру, предотвращает доступ пыли и влаги к месту контакта, повышая надежность соединения.

Упругий элемент, выполненный из токопроводящего материала и соприкасающийся с экранными слоями гибких печатных схем, обеспечивает непрерывную экранировку места соединения.

На фиг. 1 представлены конструктивные элементы предлагаемого разъема для соединения гибких печатных схем. На фиг. 2 продольный разрез для гибких печатных схем.

На основание 1 с ориентирующими элементами 2 и зубчатым рельефным профилем, например, треугольным, 3 устанавливаются соединяемые гибкие печатные схемы 4 и 5, содержащие печатные проводники 6 и 7, заканчивающиеся контактными ламелями 8 и 9, расположенные на гибких полимерных пленках 10 и 11. Печатные проводники 6 и 7 гибких печатных схем покрыты защитной полимерной пленкой 12 и 13. Ориентация и совмещение контактных ламелей 8 и 9 гибких печатных схем 4 и 5 может осуществляться, например, с помощью отверстий 14 и 15 и ориентирующих элементов штырей 2. Сверху устанавливается упругий элемент 16 и прижимная пластина 17. Усилие F передается через прижимную пластину 17 на упругий элемент 16, благодаря упругой деформации которого, оно воздействует на контактные ламели 8 и 9, прижимая их друг к другу.

На продольном разрезе показан разъем для гибких печатных схем, в частности, содержащих экранные слои 18 и 19, которые контактируют с упругими элементами 16, выполненными из токопроводящего эластичного материала, тем самым обеспечивая непрерывную экранировку места соединения.

Кроме того, края 20 упругого элемента 16 перекрывают края 21 защитных слоев гибких печатных схем, обеспечивая пылевлагозащиту места соединения.

Гибкие печатные схемы изготавливаются на основе металло-полимерных структур, выполненных методом поочередного горячего прессования тонких ≈30^oC40 мкм полиимидных пленок и тонкой ≈18 мкм медной фольги с последующим получением требуемого рисунка печатных проводников и контактных ламелей методом фотохимического травления. Медные контактные ламели покрыты тонким ≈3 мкм слоем благородного металла: золота или палладия. В качестве упругого элемента может быть использована резина, в том числе и токопроводящая, не содержащая в своем составе серы. Основание с зубчатой рельефной поверхностью может быть выполнено как отдельно в случае соединения гибких печатных кабелей, так и является неотъемлемой частью корпуса блока, где устанавливается гибкая печатная схема. Материал основания и прижимной пластины может быть выполнен как из токопроводящего, так и изоляционного материала, при необходимости с токопроводящим покрытием, поскольку соприкасается с диэлектрическими полимерными пленками гибких печатных схем. Усилие прижима F может быть обеспечено различными средствами: винтами, пружиной, клиньями и т.п. поэтому в конструкции разъема не показаны.

Формула изобретения

1. Разъем для гибких печатных схем, содержащий основание с ориентирующими элементами для совмещения наложенных одни на другие контактных ламелей, соединяемых гибких печатных схем, в том числе и с экранирующими слоями, которые расположены на основании, эластичный упругий элемент, размещенный в месте соединения контактных ламелей соединяемых гибких печатных схем, и прижимную пластину, установленную на эластичном упругом элементе с возможностью поджима к основанию, отличающийся тем, что основание выполнено с рельефной зубчатой поверхностью с не менее двумя ребрами, образованными вершинами зубьев, ориентированных поперек контактных ламелей, причем совмещенные контактные ламели соединяемых гибких печатных схем расположены непосредственно на рельефной зубчатой поверхности основания, а эластичный упругий элемент расположен на совмещенных контактных ламелях.

2. Разъем по п.1, отличающийся тем, что ребра рельефной зубчатой поверхности основания выполнены в виде треугольного профиля, при этом шаг t размещения ребер равен 1-2 мм, а глубина h канавки 0,2 0,5 мм.

3. Разъем по п. 1, отличающийся тем, что площадь эластичного упругого элемента больше площади места соединения контактных ламелей соединяемых гибких печатных схем.

4. Разъем по п. 1, отличающийся тем, что эластичный упругий элемент и основание выполнены из токопроводящего материала, при этом указанные эластичный упругий элемент и основание расположены с обеспечением контактирования с экранными слоями соединяемых гибких печатных схем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2