轮胎中电连接的刚度增强.pdf

本发明提供了一种抗应力的电连接以及一种制造这种电连接的方法。通过一种使连接对机械应力，例如导体相对于电路的移动或旋转，更具抵抗性的方式将电线或其它导线连接至电路。在导线周围以及导线与电路的连接处附近配备一种材料，使得在连接点附近产生一个柔性减弱或刚度增强的区域。在一些实施例中，导线可以卷绕成线圈或做成其它形状，以提供承受机械应力的额外能力。在其它实施例中，可以提供附加元件以帮助控制连接点附近的刚度。

1.  一种在轮胎衬板中建立抗疲劳的电连接的方法，包括如下步骤：
提供电导体，该导体至少有一端配置为与电路进行连接；
提供至少包括一个连接点的电路；
连接上述电导体的至少一端到至少一个连接点；以及
将上述电导体和上述电路包围应力还原材料，使得提供一个过渡区域，其中施加于电导体的应力随着至少一个连接点的距离而变化，
从而应力还原材料分散了施加于电导体上的应力，形成了轮胎衬板。

2.  如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述应力还原材料黏附于所述电导体的步骤。

3.  如权利要求1所述的方法，其中所述应力还原材料由弹性材料组成。

4.  如权利要求3所述的方法，其中所述弹性材料由橡胶组成。

5.  如权利要求4所述的方法，其中一部分橡胶包括轮胎的一部分。

6.  如权利要求1所述的方法，其中所述电路包括印刷电路板。

7.  如权利要求6所述的方法，其中所述包围步骤包括将所述应力分散材料黏附于所述印刷电路板。

8.  如权利要求1所述的方法，其中所述连接步骤包括将所述电导体焊接至所述电连接点。

9.  如权利要求1所述的方法，其中所述电导体包括盘绕的线圈。

10.  如权利要求9所述的方法，其中沿预定长度在所述电导体的至少一部分上包覆绝缘外套。

11.  一种在轮胎衬板中建立电路抗应力的电连接的方法，包括：
提供能够分散机械力的弹性材料；
提供安装在支撑物上的电路，该电路具有至少一个连接点；
靠近所述至少一个连接点放置一根电导体，该电导体具有第一端和第二端；
以相对于所述支撑物固定所述第一端的方式，将所述电导体的第一端连接至所述电路连接点；以及
将所述弹性材料附于所述支撑物和所述电导体，
从而所述弹性材料为所述电导体提供了一个过渡区域，使得电导体沿着从其第二端到其第一端与所述电路的连接点的方向的可动性得以减弱。

12.  如权利要求11所述的方法，进一步包括黏附所述电导体至所述弹性材料的步骤。

13.  如权利要求11所述的方法，其中所述电导体还包括盘绕的线圈。

14.  如权利要求13所述的方法，其中所述盘绕的线圈还包括包覆有黄铜的钢。

15.  如权利要求11所述的方法，其中所述弹性材料为橡胶。

16.  如权利要求15所述的方法，其中部分橡胶包括轮胎的一部分。

17.  如权利要求11所述的方法，其中所述电路的至少一部分位于所述支撑物上。

18.  一种在轮胎衬板中的电路的耐久连接，包括：
支撑了至少一部分电路的衬底；
具有至少一个连接至所述电路的连接部分的导体；以及
置于所述连接部分附近并且包围所述导体的弹性材料，所述弹性材料连接于所述衬底，并且配置使得当所述导体的所述端头沿着所述导体向所述电路的方向移动时，该弹性材料能逐渐限制所述导体的运动，形成轮胎衬板。

19.  如权利要求18所述的耐久连接，其中所述弹性材料黏附于所述导体的至少一部分上。

20.  如权利要求19所述的耐久连接，其中所述导体包括盘绕的线圈。

21.  如权利要求20所述的耐久连接，其中所述衬底包括印刷电路板，所述电路板含有至少一部分所述电路。

22.  如权利要求21所述的耐久连接，其中所述弹性材料由人造橡胶组成。

23.  如权利要求20所述的耐久连接，其中所述导体的线圈沿导体长度的方向有多种螺距，并且紧邻所述连接部分的线圈螺距比离所述连接部分较远处的线圈螺距大。

24.  如权利要求18所述的耐久连接，进一步包括：
第二导体，其至少一部分与所述第一导体的连接部分共同连接至所述电路，所述第二导体连接至所述弹性材料，
从而所述第二导体与弹性材料相配合，以限制所述第一导体的运动。

25.  如权利要求24所述的耐久连接，其中所述第二导体包括预定长度的电线，并且所述第二导体在所述第二导体的中间部分连接至所述电路。

26.  如权利要求24所述的耐久连接，其中所述第二导体包括从其连接部分至其端部分的第一导体的一部分，其中第二导体位于与所述第一导体方向基本平行的平面内。

27.  如权利要求26所述的耐久连接，其中所述第一导体包括盘绕的线圈，并且所述第二导体的一部分位于邻近所述连接部分的所述第一导体线圈中。

28.  如权利要求24所述的耐久连接，其中所述第二导体包括连接至所述印刷电路板的突出部。

29.  如权利要求28所述的耐久连接，其中所述第一导体是盘绕的线圈，其中所述第一导体的线圈位于基本上包围所述突出部。

30.  轮胎衬板包括：
具有至少一个电组件的电路；
具有预定长度的电导体，包括一个连接至所述至少一个电组件的连接部分；以及
使应力分散的材料，包围所述电路和所述电导体，
从而应力分散材料分散施加于电导体和连接点上的应力，以减少应力对电导体和连接点造成的破坏，并形成轮胎衬板。

31.  如权利要求30所述的轮胎衬板，其中所述电导体包括盘绕的线圈。

32.  如权利要求30所述的轮胎衬板，其中所述应力分散材料黏附于所述电导体和所述电路。

33.  如权利要求31所述的轮胎衬板，其中所述导体的线圈在导体的长度方向包括很多螺距，并且其中紧邻所述连接部分的线圈螺距比离连接部分较远处的线圈螺距大。

34.  如权利要求30所述的轮胎衬板，进一步包括：
第二导体，其至少一部分与所述第一导体的连接部分共同连接至所述电路，所述第二导体黏附于所述应力分散材料，
从而所述第二导体与应力分散材料相配合，限制所述第一导体的运动。

35.  如权利要求34所述的轮胎衬板，其中所述第二导体包含预定长度的电线，并且其中所述的第二导体在其中间部分连接至所述的电路。

36.  如权利要求34所述的轮胎衬板，具中所述第二导体包括从其连接部分至其端部分的第一导体的一部分，其中第二导体位于与所述第一导体方向基本平行的平面内。

37.  如权利要求36所述的轮胎衬板，其中所述第一导体包括盘绕的线圈，并且所述第二导体的一部分位于所邻近所述连接部分的述第一导体线圈中。

38.  如权利要求34所述的轮胎衬板，其中所述第二导体包括连接至所述印刷电路板的突出部。

39.  如权利要求38所述的轮胎衬板，其中所述第一导体是盘绕的线圈，其中所述第一导体的线圈位于基本上包围所述突出部。

40.  一种提供耐久电连接的方法，包括：
提供电导体，其至少一端配置为与电路进行连接；
提供电路；
连接所述电导体的所述至少一部分至电路；以及
采用应力分散材料包围所述电导体和所述电路，
从而应力分散材料分散施加于电导体和连接点上的应力，以减少应力对电导体和连接点造成的破坏。

41.  如权利要求40所述的方法，进一步包括将所述应力分散材料与所述电导体粘结的步骤。

42.  如权利要求40所述的方法，其中所述应力分散材料由弹性材料组成。

43.  如权利要求42所述的方法，其中所述弹性材料由橡胶组成。

44.  如权利要求43所述的方法，其中部分橡胶包括轮胎体的一部分。

45.  如权利要求40所述的方法，其中所述电路包括印刷电路板。

46.  如权利要求45所述的方法，其中所述包围步骤包括将所述应力分散材料黏附于所述印刷电路板。

47.  如权利要求40所述的方法，其中连接所述电导体部分的步骤包括焊接所述电导体至所述电路。

48.  如权利要求40所述的方法，其中所述电导体包含盘绕的线圈。

49.  如权利要求48所述的方法，其中沿预定长度在所述电导体的至少一部分上包覆绝缘外套。

50.  如权利要求48所述的方法，其中所述导体的线圈在导体的长度方向包括很多螺距，并且其中紧邻所述连接部分的线圈螺距比离连接部分较远处的线圈螺距大。

轮胎中电连接的刚度增强
相关申请的交叉引用
本申请是2004年4月19日申请的、美国专利申请序列号为10/827,593、发明名称为“抗应力电连接”的部分延续申请，并要求了其优先权。
技术领域
本发明涉及一种抗应力或抗疲劳的电连接，以及制造该抗应力或抗疲劳的电连接的方法。尤其是，本发明以使得连接对例如由导线相对于电路的移动或旋转而造成的机械应力的破坏更有抵抗力的方式提供了一种导线和电路之间的连接。在本发明中，导线周围配上了一种材料，使得在连接点周围形成了一个柔性降低或刚度增强的区域。在一些实施例中，导线也可以被盘绕或者做成其它形状，使其无误地具有附加的调节机械应力的能力。
背景技术
由于电路用在可能存在特定的物理、化学和电气等因素的各种环境下，因此电路需要受到保护或者是设计成能够承受上述环境中的各种因素。本发明主要涉及物理因素如导致疲劳的机械应力，该应力通过物理断裂或者减弱电路的特定部分而依次引起电路故障。这类故障的典型位置是在或靠近电线、导线或其它导线与电路的连接点。在导线和相连的电路彼此相对移动或者旋转的情况下，导线可能在其与电路的接点或者靠近该接点的地方产生集中的机械应力和/或疲劳。机械应力如反复的弯曲或者扭转可能导致导线的弱化直到发生断裂。
图1和图2给出了所述问题的实施例。在图1中，导线20通过焊接点24与印刷电路板22相连。当导线20扭转(如箭头A所示)、反复弯曲(如箭头B和C所示)、或者处于拉伸或压缩(如箭头D所示)时，在接点26或者靠近接点26的地方出现应力的集中。随着时间的推移，当导线20处于反复的机械循环所引起的应力集中时，导线20可能最终因为反复变形或循环移动而弱化。结果，导线20可能会在接点26或者靠近接点26的地方发生疲劳故障(或断裂)。相似地，在图2中，导线20通过物理连接器28与印刷电路板22相连，该连接器28将导线20挤压或夹紧在曲面30和32之间来确保其连接。此外，当导线20遭受各种如箭头A、B、C和D所示的力时，导线20可能因为反复的变形在接点34或者靠近接点34的地方变弱甚至断裂。因此，迫切需要一种能更好的抵抗各种力和尽可能少承受疲劳故障的电连接
发明内容
本发明的各种特点和优点将在下面的说明书中阐述出，或者可以从说明书中体现出。
本发明提供了一种电连接，以及一种制造这种电连接的方法，用来抵抗当电线或导线扭转或者连接到电路导致反复的弯曲时可能产生的机械应力。通常说来，本发明给出了一种材料，该材料在导线和相关电路板的周围并且在电路的连接点附近的区域形成一个柔性减弱或刚度增强的区域。材料是经过挑选且与导线匹配的，所以它能分散一些由于导线相对于衬底或者其它表面的运动或者扭转引起的机械应力，上述衬底或其它表面上有连接到导线的电路。在靠近与电路连接的位置提供一个刚度增强/柔性减弱的区域，通过应力在导线端部和周围材料中进一步地分散，导线与电路接点处的应力集中最小化(甚至消除)。这样，就实现了在一定的机械应力下的更坚固的连接。在一些实施例中，导线可以被盘绕或者是以其它形状吸收和分散机械力。许多材料可以用来产生在导线附近的刚度增强区域，在本文中给出了一些有代表性的例子。本发明所选的具体实施例和方法，包括优选的，是对本解释的概述，并不是对发明的限制。
本发明的一个实施例中，提供了一种产生抗疲劳的电连接的步骤，其中，具有至少一端的电导线被配置用于与电路相连。靠近电导线该端点长度的预定区域作为应力分散区域。使用在电导线预定的长度上地应力分散材料形成应力分散区域，在一些情况下应力分散材料用在整个电导线上。应力分散区域可以由多种方式产生并且可能包含多种技术例如多种粘接形式，如胶合和粘结应力分散材料和/或特殊的机械连接方法。电导线的端部和电路相连，这样的连接可能包括焊接或者机械连接，如压接。优选的，电导线粘结在沿着导线预定长度的应力分散材料上，优选弹性材料。多种弹性材料可以采用，例如包括使用橡胶或其它弹性材料。为了进一步加强电路的抗应力，导线可以被盘绕或者由其它有助于缓解应力的形状的导线构成。
在本发明的另一典型方法中，提供了一种给电路装配抗应力电连接的步骤。该步骤包括提供一种能够分散机械力的弹性材料，它完全包围印刷电路板和第一端与印刷电路板上的连接点相连的电导线。弹性材料是粘在印刷电路和电导线上的，如可以使用粘合剂。电导线的第一端以固定相对于印刷电路板第一端的方式连接到电路上。这样，弹性材料为电导线提供了一个过渡区域，使导线沿着端部以沿导线朝着电路方向移动的可动性逐渐减小。
本发明还提供了抗应力电连接实施例。在本发明的一个具体实施例中，电路提供了一种耐久的连接，包括支持至少一部分电路的衬底。包括一个导线，它至少有一个连接端与电路相连。弹性材料被放置在连接端附近，并包围导线的预定部分。弹性材料连接于衬底，并被配置得能逐渐限制导线沿着端部以沿导线朝着电路方向移动的可动性。
另一具体实施例中，本发明给固定在印刷电路板上的电路提供了抗应力的电连接，包括一个分散应力的过渡区域。提供的导线有一个第一端，靠近第一端的部分导线被盘绕，同时置入可分散应力的材料中。导线连接点包围至少一部分应力分散材料，并且物理地接触并限制导线在一个靠近它的第一端的位置以提供电连接。应力分散材料粘结在印刷电路板上，这样电导线基本上不能相对于电路移动。应力分散材料被配置以在靠近第一端围绕导线的位置提供了刚度增强区域。
参照下面的说明和所附的权利要求，将能更好的理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点。随附的附图，一起构成了这个说明的一部分，图示了发明的具体实施例，并且和说明书一起，用来解释本发明的原理。
附图说明
参照附图，说明书中提出了完整并能够公开本主题的内容，包括直接与现有普通技术相比的最好模式。其中：
图1示出了导线焊接到印刷电路板的电连接的实施例；
图2示出了导线机械连接到印刷电路板的电连接的实施例；
图3示出了本发明的一个具体实施例的横截面；
图4示出了图3中具体实施例部分的放大平面图；
图5-10示出了根据本发明的多种消除应力方法的实施例。
本说明书和附图重复使用的附图标记代表本发明中相同或者相似的特征或元件。
具体实施方式
下面详细给出发明的实施例，附图中示出了一个或者更多的例子。每个例子都以解释发明的方式给出，并不意味本发明仅限于此。例如，作为一个实施例的部分进行说明或描述的特征可以与另一实施例一起使用得到第三个实施例。本发明包括这些和其它的修正和变化。
图3和图4分别给出了本发明的一个具体实施例的截面图和局部平面示意图。该具体的示意图表示了一种轮胎衬板(tire patch)，它可以用来放置与一个轮胎相连的轮胎电子元件。如图所示，在印刷电路板48上安装有一个具体的轮胎电子电路元件36，该组合装在弹性的轮胎衬板40上。在这一实施例中，电导线38通过焊点50、焊垫51和多个端子37与电路元件36相连。电导线38可以被盘绕，也可以为轮胎电子元件组成一个双极天线，仅作为一个例子，这样可以组成射频识别(RFID)装置。电导线38通过固定在焊点50中的至少部分线圈39与电子电路36可靠相连。电导线38的一部分没有焊死，而是与印刷电路板48相邻。电导线38的这一部分处于区域5内。特别地，没有固定在焊点50上，但靠近印刷电路板48的这部分线圈被包围在弹性材料形成衬板40中。在区域5内的这部分电导线38线圈，在弹性材料形成衬板40的限制下，可以收缩、拉伸或者旋转以进一步减少电导线38进入焊区的接点处的应力集中。通过给出如区域5所示的结构，电导线38保持靠近与弹性材料形成衬板40连接的脊状支撑结构。另外，弹性材料形成衬板40可以直接与电导线38相连，这样组合可产生一个刚度增强区域。尽管示出的是螺旋形的，为了提高对应力造成的损坏的抵抗力，电导线38也可以是其它形状(例如，不限于此)，如正弦形。
轮胎衬板的特定方面本身对整体减小应力提供了很重要的设计理念。例如，在轮胎环境下，轮胎电子元件装置，如举例说明的RFID装置可能安装在轮胎的机械活动区域。设计轮胎衬板时，在厚度和表面区域上选择尽可能小的尺寸，使得衬板更适用，同时减小施加在包含电子装置和连接器上的应力，以及施加在可能用来将轮胎衬板固定到轮胎的粘合剂上的应力。从图3和图4中可以看到该理念的一个非限制性的例子，其中电导线38可以代表一个1mm厚的天线结构。在这个例子中，弹性轮胎衬板40用来装天线的部分的厚度可能是2mm厚或更低，这使得弹性材料大约高于或低于天线0.5mm，这样既能支撑天线，又能保护其免受轮胎的化学物质或松动物体的袭击。如果任何组件需要超过2mm高，那么这类组件需要一个如图3中的42所示的弹性材料的陡斜边的小的“台”46支撑。在构成与本发明相关的轮胎衬板时，在两个或者多个橡胶表面相遇的地方，如图3中的42和44所示，最好合并成至少一个半径为2mm的弯曲面，以防止应力累积的破坏。
图5到10提供了根据本发明使用电连接的6个减小应力方法的实施例的图示。这些实施例的共同特征都包括印刷电路板48，正如在任何一个电子装置中都可能找到的、电导线38以及包围弹性材料外壳40。弹性材料可以是橡胶或者其它具有合适的属性的弹性材料。采用在此公开的技术，所属领域的普通技术人员可以理解，多种材料都可以用来做外壳40的弹性材料。外壳40可以形成部分或者整个轮胎衬板，或者是轮胎结构的邻近部分。
作为这些特例，导线或其它电导线38通过焊点50与印刷电路板48上的一个组件(未示出)相连。虽然每个实施例中都用焊点50来连接电导线38和印刷电路板48，但应该理解为其它连接技术也是可以采用的，如图2中所示的压接方法。尽管许多连接方法可以用在本发明中，但所有说明的实施例共有的原则概念在于，在电连接周围提供在应力分散材料中的刚度增强。尽管印刷电路板48被用来例证这些特殊具体实施例，但实际上本发明并不限于用在电路板上。例如，本技术可以用在单个电导线与不需要依附于印刷电路板上的单个电气组件的连接上。最后，对于这里每一个实施例，尽管弹性外壳40总作为一个围绕具体实施例说明的组件的椭圆形区域的示例，外壳40依然是遵照上文图3和图4中讨论到的原则设计的。
现在参看图5，示出了包围在印刷电路板48和电导线38外的弹性外壳40。电导线38通过由倾斜的侧壁54组成的凹进区域52内的焊点50与印刷电路板48相连。在凹进区域52内包含的和形成部分外壳40的弹性材料与凹进区域52的侧壁54一起，在焊点50附近形成了一个刚度增强区域。另外，如图5所示，电导线38被盘绕起来，与弹性材料40以及附近的倾斜的侧壁54一起形成了与图4中所描述的相似的应力逐渐减小区域。
现在参看图6，所示的是本发明的另一个实施例。在这个实施例中，在印刷电路板48中有一个凹口56，提供附加的硬化电线58，并且沿着电导线38焊接。附加的硬化电线58从凹口56延伸一段距离进入弹性材料外壳40中，并因此有助于形成刚度增加区域，而且这样在电导线38和印刷电路板48的在外壳40内的连接点产生附加的应力减小。
如图7所示的本发明的实施例是对图6实施例的变化，以在盘绕的电导线38的焊点50附近的线圈38’部分具有比电导线38的更远的38”部分更大的螺距的方式提供硬化电线58的功能，也就是单位长度内有更多的匝数。在靠近焊接点的区域单位长度更高的线圈匝数在焊点50周围的区域通过弹性外壳材料的相互作用，即外壳材料在围绕焊接点50比围绕电导线38的更远的38”部分有一更大数量的线圈匝数，而提供了一个刚度增加区域，通过逐渐减小电导线38沿着过渡区域的可动性，任何施加在电导线38上的应力都被分散到它的整个长度上，而不是集中在一个特殊位置，如连接点50。结果，电导线38在连接点50上或其附近的局部应力减小或者消除，同时连接点50上出现断裂或者弱化的可能性也减小或者排除。需要理解的是，尽管说明的实施例以两个不同螺距的区域38’和38”为特征，也可以提供两个以上的这样的区域，实际上螺距可以在电导线38的整个长度上连续改变。
现在参看图8，所示为本发明的另一实施例。在所示实施例中，附加的硬化由从印刷电路板48的一部分延伸出来的突出物60提供。突出物60是这样配置的以使一个或者多个与电导线38相关的线圈装配到突出物60上，并且通过焊点50与之相连。与前面所讨论的实施例一样，电导线38部分线圈内的突出物的存在与周围的弹性材料40一起产生了一个刚度增强区域，并因此具有分散施加在电导线38上的应力的作用，其中主要是在焊点50处。
图9仍为本发明另一具体实施例，与图6所示的实施例有些相似。不同之处在于，与采用有些类似于图6所示的硬化电线58的方法相比，本实施例使用了一根硬化的电线62。同时在本实施例中，将电导线38的一部分伸直，并将伸直后的电线与电导线38的一个线圈的至少一部分焊接至电路板48，从而实际形成硬化电线62。与本发明的图6的实施例中所示的硬化电线58的方法相似，电导线38的伸直部分与周围的弹性材料一起提供一个刚度增强的区域。
最后看图10，图10仍是本发明的另一具体实施例，其特点类似于前面几个实施例。与图9所示的实施例相似，本发明的本实施例使用了电导线38的伸直部分64。本实施例还与图8所示的实施例相似，将电导线38的伸直部分64置于电导线38一端的线圈之中。当焊接至图中印刷电路板48上的位置时，与本发明的图8实施例中所示的突出物60方法相似，伸直的部分64与周围的弹性材料一起提供一个刚度增强的区域，分散任何局部施加的力。
尽管本发明的许多具体实施例已经单独地特别阐述过，对于每个具体实施例还可以应用其它的理念。例如，正如前面讨论过的，通过改变电导线38的几何结构或形状可以进一步增强抵抗应力的能力。另外，电导线38可以由增强焊点50弹性的材料制造。仅仅作为例子，导电聚合物、钢、不锈钢、弹簧钢和包覆了黄铜的弹簧钢已经被申请人发现能用于制造导电且有弹性的电导线38。然而，根据在此公开的内容，可以理解在本领域很多其它材料和形状也可以作为普通技术被采用。另外，如果用于弹性外壳40的材料能导电，或者对电导线38的导电性有负面影响，那么可以给电导线38周围包上绝缘外套。仅仅作为例子，现在使用含很少或不含碳黑的绝缘橡胶来提供这种外套。
最后，如果外壳40的弹性材料实际黏附于不同的组件上，那么将非常有益，也就是说，比如将弹性材料黏附于电导线38，只要电导线38不在弹性材料中滑动，就能增加沿着电导线38长度方向的应力分散性。而且，黏附弹性材料于印刷电路板，尤其是在焊点50的区域，将使施加的外力更加均衡的分布，因而极大的降低应力对焊点50和轮胎电子元件中其它组件造成危害的可能性。
使用在此开的内容，本领域普通技术人员可以认识到存在落入所附权利要求范围内的本发明的其它实施例。事实上，本领域熟练技术人员都应当能认识到，在不脱离权利要求的范围和精神的情况下，在此描述的连接和方法都能够修改和改变。即，本发明包括权利要求范围内的修改、变化及其等价物。