边缘连接的印刷电路板 【发明领域】
本发明一般涉及印刷电路板，尤其涉及将印刷电路板连接到其它电子装置。
【发明背景】
印刷电路板典型地用于提高计算机的性能和存储容量。印刷电路板通常包括一块硬基板，上面设置一个或多个集成电路和/或其它电子电路。众所周知，通过使一块印刷电路板具有几个插脚，另一块印刷电路板具有容纳这些插脚的插口，就可以将印刷电路板电连接到电子装置，诸如另一块印刷电路板。典型地用模压金属弹簧来保证在插脚和插口之间保持良好的电接触。一般情况是每个插脚配一只弹簧。
然而，当插脚数增加时，采用这些模压金属弹簧就变得日益昂贵了。插脚数及由此而所需的弹簧数典型地在几个和68个之间，但也可能增加到几百个。这样，尽管减小插脚尺寸及插脚之间的空间具有许多优点，但由于制造和安装如此多的微小弹簧，且每个弹簧仍必须有足够的强度保证插脚与其插口之间良好的电接触，故这种减小由于有一定的难度和较高的成本，实现起来可能很复杂。
印刷电路板可以应用于集成电路卡，后者日益广泛地用于便携式计算机。集成电路卡包括个人计算机(PC)卡和灵巧卡(smartcards)。有两种基本形式的PC卡：输入/输出(IO)卡和存储器卡。在便携式电子装置例如便携式计算机中，存储器卡用以存储数据。存储器卡可用于提高计算机的主存储量，或者，可用来存储与一个特定课题有关的信息，例如，可用于医院设备存储患者的医疗记录。存储器卡典型地包括至少一块内含只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)地集成电路芯片。此种卡的主要优点在于，通过利用上述类型的多插脚连接器，它们可以方便地在电子装置上插拔。
为了有效使用，该卡连接器必须能经受许多次插拔。某些标准化组织制定的性能要求典型地为10,000次插拔。因此，希望能有一种既符合这些要求又具有简单和可靠设计的印刷电路板连接器。
发明概述
本发明包括拥有两个主表面和一个接触边缘、能够弹性变形的印刷电路板。至少一个主表面上的导电线路在印刷电路板的接触边缘处形成导电区(pad)。沿着接触边缘的两个主表面之间形成板内间隙。该间隙允许板作弹性变形，由变形形成一个力，它将使主表面偏向其未变形时的位置。也可以将诸如弹性体的一个偏置件设置在该间隙内，进一步偏置该主表面。
在本发明的一个实施例中，导电线路和接触区设置在印刷线路板两主表面。因变形而产生的力使两排接触区相互偏离。通过将印刷线路板压入电连接到其它装置的两行端头插脚之间，可以将其连接到另一个电子装置，使板上的接触区与端头插脚电连接。在本发明的另一个实施例中，印刷线路板包括一个插脚引导组件，其中，接触边缘设置在该组件内，该组件结构成引入另一电子装置的导电插脚与接触区电接触。
【附图说明】
图1是根据本发明的印刷电路板的部分俯视示意图；
图2A，2B和图3是图1所示电路板不同实施例的横截面侧视示意图；
图4是图1所示电路板插入电连接器插口的横截面侧视示意图；
图5是用于本发明一个实施例的插脚引导组件的剖视图；
图6是带有插脚引导组件的图1所示电路板插入电连接器插口的横截面侧视示意图；
图7是根据本发明另一个实施例，将带有插脚引导组件的印刷电路板插入电连接器插口的横截面侧视示意图；
图8是根据本发明另一个实施例的印刷电路板的俯视示意图。
详细描述
图1表示根据本发明的印刷电路板10。印刷电路板10包括基板12，它有第一组导电线路14，引导到第一组导电接触区16，后者沿着板12一个主表面的接触边缘18设置。在印刷电路板10的另一主表面上还可以设置第二组导电线路24，它被引导到同样沿着接触边缘18设置的第二组导电接触区26。印刷电路板10可以包括一个或多个安装其上的集成电路芯片(未图示)，并可以包括在集成电路卡内(也未图示)。
图2A和2B表示印刷电路板10的横截面侧视示意图。图2A中，板12的两个主表面之间具有空隙22，主表面沿着板的接触边缘18延伸。空隙22的深度最好稍大于接触区16和26的长度，这样，两组接触区可以由空隙隔开。空隙22具有截面为矩形的一个开口，它相对恒定地贯穿其深度到达板12，所以，空隙每一侧的板厚也是相对恒定的。
图2B所示为另一种结构的空隙。空隙27呈锥形，故空隙开口的矩形横截面面积相对接触边缘18的横截面逐渐变小，而空隙每一侧板12的厚度却相对接触边缘逐渐增加。本领域的熟练人员将发现其它的空隙尺寸和形状也能用，各种形状都将影响到板12支承接触区16和26这部分的弹力和强度。
在一个实施例中，空隙可以充填一个偏置件28，如图3所示。偏置件28也可以用来充填图2所示板12的空隙27。最好，还可以在接触边缘18处将板12的两个主表面用环氧树脂胶合在一起，便于将板插入电连接器插口(以下将作讨论)。
板10可以电连接到另一个电子装置，例如另一印刷电路板或其它电路，如下所述。图4所示为具有电连接器插口30的电子装置(未图示)。插口30具有第一排端头插脚32和第二排端头插脚34。该两排端头插脚32和34对应于两组接触区16和26。当板10插入端头插脚32和34之间时，接触边缘18被压紧，由此减小了空隙22的宽度，并由此减小了两组接触区16和26之间的距离。板12依靠其内在弹力阻止这种压紧。这样就提供了板12和插口30之间的适贴配合，保证在接触区16和26同插脚32和34之间分别有良好的电连接。如果板10的空隙中装有偏置件28，该偏置件也将有助于阻止板12在接触边缘18的变形，由此偏置板的两个主表面相互离开。为了分别保证接触区16和26与端头插脚32和34之间的准确配对，最好采用一种与板10相结合的插脚引导组件40。如图5所示，组件40有两个基本平行的侧壁42和44。侧壁42和44通过两个基本平行的短壁45连接，后者的长度大于板12的厚度。侧壁42和44还通过前壁46连接。前壁46在邻近侧壁44的位置上有一排通孔48，它们沿着侧壁44的长度方向延伸。前壁46在邻近相对侧壁42的位置上具有第二排通孔50，它们沿着侧壁46的长度方向延伸。
组件40配置了两组平行的隆起物62和64，它们分别限定了槽沟52和54。第一组隆起物62和槽沟52设置在面对侧壁44的侧壁42一面上。槽沟52在横向于侧壁42的长度方向上间隔设置。每条槽沟52从一个通孔50延伸到组件40相对前壁46的开口。同样，第二组隆起物64和槽沟54设置在面对侧壁42的侧壁44一面上。槽沟54在横向于侧壁44的长度方向上间隔设置，每条槽沟54从一个通孔48延伸到组件40相对前壁46的开口。隆起物62和64的高度从组件40的前壁46到相对该前壁的开口呈逐渐减小，如5图所示。在另一种方案里，隆起物62和64的高度在组件40之前壁46附近的递减率可以大于开口附近的递减率。
将板10插入组件40，使板的接触边缘18与组件的前壁46接触，如图6所示。板10在组件40内的定位，应能使接触区16和26分别与槽沟52和54对准。板10可以通过常用的方式，例如压紧配合或粘合固定到组件40。板10最好可拆卸地固定到组件40，需要时就可以临时拆下组件，以清洗接触区16和26。
为了将板10电连接到端头30，两排端头插脚32和34必须分别经由组件40内的两排通孔50和48插入。当端头插脚32和34分别进入槽沟52和54时，它们分别被强制与接触区16和26接触。偏置件28作出反应使两组接触区16和26相互偏离，由此保证接触区与端头插脚32和34之间良好的电接触。
组件40有助于保护板10的外层主表面不被端头插脚32和34擦伤。隆起物62和64朝着前壁46的方向递减，这样，在插脚插入组件40的过程中，插脚32和34与接触区16和26的压配合将分别遇到一个增量。组件40还可以为插脚32和34提供机械支承，由此防止插脚在插入期间或插入之后向外偏斜。组件40可以用聚苯硫、聚醚酰亚胺(polyetherimide)或其它工程热塑或热固材料模压制成。
在本发明的另一个实施例中，板10只有一组导电线路14引导到一组接触区16，如图7所示。在该实施例中，组件40’只有一排通孔50引导到槽沟52，端头30只有一排端头插脚32。插脚32经由通孔50插入槽沟52。接触区16通过偏置件28偏向端头插脚32。
图8所示的电路板80表示另一种结构的电路板10。电路板80包括板82和多组导电线路84，后者引导到沿着板82边缘88延伸的多组导电接触区86。每个接触区86通过缝隙90与邻近的接触区隔开，缝隙90允许每个接触区单独偏向端头插脚。缝隙90可以用机械冲压形成，宽约0.35mm，长约4.6mm。在另一种结构中，每个接触区86可以由缝隙90隔开，后者延伸到板80的边缘88前面，即离边缘约0.5mm的位置上。
不可期望将缝隙90设置在每个接触区86之间。缝隙90可以较佳地设置在邻近的接触区86之间，后者可以期望与不同长度或直径的端头插脚配合。
板12最好由一种电绝缘、防断裂和有弹性，同时其刚性足以提供所需偏置的材料制成。适合板12的较佳材料包括玻璃环氧树脂层、聚酰亚胺或其它的电路板叠层材料。板12也可以由多层组成。
也可以期望设置导电通路，用以电连接板12的两个外层主表面。还可期望在板的内部设置导电面，通过上述通路将该导电面电连接到外层主表面。本领域的熟练人员将可发现，板12上可以设置不止一条的接触边缘18，可以在各个位置上设置接触边缘。
适合偏置件28的较佳材料包括合成橡胶、泡沫、海绵、橡胶、金属弹簧、塑料或诸如钢丝绒的金属网状物，以及充填液体或气体的弹性或非弹性球胆(bladder)。最好是那些受压后容易偏斜，当压力解除后能显示良好回弹力的材料。
最好将偏置件28粘合到板12内的空隙。如果需要将偏置件28紧密地结合到板12，可以采用一层薄薄的、合适的粘合剂，诸如丙烯酸盐或硅基粘合剂。还可以期望将粘合剂与偏置件28组合成单一材料，即弹性粘合剂。
偏置件28的合适厚度应选择得能保证在接触区16、26与端头插脚32、34之间分别具有一种过盈配合(interference fit)。例如，在将总层叠厚度为0.2mm的板插入于两排间距1.3mm的端头插脚之间时，偏置件28的厚度较佳地约为1.1mm至8mm，更佳的约为1.3至1.6mm，最佳的约为1.5mm。
例如，端头插脚的直径为0.43mm，两排端头插脚的中心间距为1.27mm，则该两排端头插脚的内侧面之间的间隙将有0.84mm。而接触区、板以及空隙22(或空隙充填时为偏置件28)的复合层必须厚于两排端头插脚内侧面之间的间隙，以便产生一种过盈配合，并随之形成法向力保持电接触。通过增加复合层与端头插脚之间的过盈量、增加偏置件的弹性模数、或增加板料的刚性，可以增大接触区的法向力。接触强度较佳的为每接触区约0.1g—500g，更佳的为每接触区约10g—150g，最佳的为每接触区约85g，所必需的接触法向力将取决于对接触区和插脚所选用的金属镀覆。
当邻近端头插脚32与34之间的间距小得在如此小的区间内采用如此多的常用标称金属弹簧已成问题时，本发明利用边缘连接印刷电路板的优点就更突出了。只要邻近端头插脚的中心间距小于约4mm就能体现这种优点。
在将端头30插入组件40期间，随着端头插脚32和34分别进入槽沟52和54，使端头相对组件运动需要的力将增大，这样，在插入以后，端头插脚将与接触区16和26保持电接触。通过改变接触区16和26的厚度和长度，变换偏置件28的尺寸、位置和弹性模数，或改变隆起物62和64的形状，就可以改变插入的“感觉”。此外，板10的厚度可以朝着接触边缘18递减，通孔48和50可以整形得便于板10插入端头30。本领域的熟练人员将发现，本发明边缘连接的印刷电路板也可以用来将板上的接触区电连接到另一装置诸如另一印刷电路板或液晶显示器的接触区。
接下来将参照以下几个非限定的实例，进一步描述本发明。所有的测量都是近似的。
实例1
根据本发明具有空隙的印刷电路板如下构成。将一条由E.I.DuPont de Nemours公司生产的25微米厚、2.5厘米宽的Tedlar聚氟乙烯(PVF)防粘衬里(release liner)设置在由Allied Signal公司分部Norplex Oak生产的两张89微米厚的Norplex106玻璃环氧聚酯胶片的接触边缘之间。将标准的一盎司铜箔设置在每张环氧聚酯胶片的一面。然后，在真空压力下将环氧聚酯胶片的无铜箔表面层叠在一起。其余的电路板结构采用常规的做法。
然后，修整板的接触边缘，使防粘衬里为1.3厘米宽。然后，通过慢慢地弯曲板的接触边缘去除防粘衬里，由此产生空隙。将一条由Rogers公司生产的类号为4701—59—25045—1648的1.1mm厚、1.3cm宽的Poron尿脘海绵橡胶插入该空隙中。用以形成导电线路和接触区的覆盖层冶金材料为AT&T公司生产的2微米的镍，76毫微米的钯，0.8微米的钯—镍以及76毫微米的金。然后，修整条带使之与板的轮廓匹配。然后，将板插入插脚引导组件并夹持固定。
然后，将板和插脚引导组件连接到由AMP公司生产的类号为175651—2的68端头插脚连接器。经测量，68个触点的初始电阻平均为0.0117欧姆，标准偏差为0.0020欧姆。在手工插拔10,000次以后，经测量，该68个插脚的电阻为0.0133欧姆，标准偏差为0.0023欧姆。这些数据符合个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)制定的有关电阻的2.0标准。
实例2
类似图3具有偏置件28的板10的一种印刷线路板按如下构成。将一层0.25mm厚的玻璃环氧聚酯胶片与Furon公司CHR分部生产的类号为COHRlastic R10480的一种厚1.6mm、宽2.5em的合成橡胶邻近设置。选择玻璃环氧层的厚度，使之与压紧状态下的合成橡胶的厚度相匹配。然后，将厚玻璃环氧层和邻贴的合成橡胶层叠在实例1中所述的89微米玻璃环氧聚酯胶片与1盎司铜箔层之间。然后，修整板的接触边缘，使合成橡胶为1.3cm宽。
实例3
类似图2A中板12的一种电路板可以如下构成。将1.57mm厚的玻璃环氧层削去1.14mm的缝隙，留下0.22mm厚的板的边缘部分。