在基片上安装电气插座的方法 本发明总体涉及到在基片上安装电气插座，特别涉及到在诸如电源、手持万用表、示波器、时域反射仪等电子仪器中所使用的电路板上安装香蕉式插座。
香蕉式引线在电子工业的测试工作中被用来连接设备与信号。一般的香蕉引线是在装有香蕉插头的每一端端接着一条导线。香蕉插头上有一个被筒形弹簧包住的细长的导电探针部分，探针部分可以插入仪器中的香蕉插座内。香蕉插座上有一个可以接触到筒形弹簧的导电套筒，并且将电绝缘材料包在导电套筒的底部和外表面上。
为了防止危险的触电事故，Underwriters Laboratories也就是UL已经为电子测试及其测试设备(UL1244)制订了各种绝缘标准，其确立了导电件与使用者之间的最小距离。满足这种标准的香蕉式引线具有一个用来封闭香蕉插头的圆筒形遮板。遮板是用绝缘材料制成的一种薄壁的圆筒，它在同心设置于遮板内部的插头和使用者之间提供了最小的隔离距离。对应地香蕉插座包括一个绝缘材料的外环，它确定了一个与绝缘的导电套筒同心的环形孔。将插头的遮板装入插座的环形孔中，使插头与导电套筒形成电接触。
香蕉插座的导电套筒通常具有从套筒上延伸的电引线，引线暴露在插座的底部。电引线的长度使其能够插入一个诸如电路板的基片中的导电孔中。设在基片上的线路将导电孔和导电套筒连接到基片上的附加电路上。此类香蕉插座的一个特殊问题是这种插座限制和控制了电路板在所有手持电子仪器设备中的位置，这样也就限制了仪器的整体结构。例如，至少是在仪器上装有插座的位置处，插座的高度限制了仪器的最小厚度。如果要想使仪器的厚度小于相关插座的最小厚度，就需要采用具有不同表面高度的更复杂的外壳结构。另一方面，如果选用扁平面的外壳，则内部电路的结构就会变得更加复杂和昂贵。例如，如果将显示器直接安装到电路板上，则可能需要厚度与插座高度相符的常规显示器。反之，如果显示器的厚度与插座高度不符，就需要用导电接触元件或是电缆将显示器连接到电路板上，这样就会增加仪器的造价。同样与大多数手持电子仪器相关的按钮和按键也会遇到电路板位置的问题。
上述的插座-电路板的另一个定位问题是如何从主电路板上拆卸插座。插座可以通过插座引线和电路板之间的焊接连线单独连接到主电路板上。也可以将插座栓接在电路板或是仪器壳上，用引线连接插座和电路板。也可以将插座装在一个独立的电路板上，并且通过插座引线和主电路板之间的焊接连线电连接到主电路板上，或是在电路板之间采用某种形式的互连。尽管这种方式为设计者解决了插座-电路板的定位问题，但是会增加仪器的零部件和造价。
需要一种将诸如香蕉插座等的电气插座安装到诸如电路板等的基片上的方法，但是不应该限制上述的插座-电路板的结构。这种安装方法不应该增加仪器的零部件和造价，并且应该能够适合自动化的电路板制造工艺。该方法还应该具有灵活性，以便将电气插座定位于电路板内的任何高度处。此外，该方法还应该具有灵活性，以便于将具有电气插座的电路板装在仪器外壳内部的任何位置。
因此，本发明的一个目的就是提供一种将电气插座安装在基片上的方法，该安装方法能够适合诸如波焊等等自动化电路板制造工艺。
本发明的另一目的是提供一种将电气插座安装在基片上的方法，这种方法不会明显地增加电子测量仪器的零部件和造价，该仪器设备例如为手持数字万用表，时域反射仪，示波器等等。
本发明的又一目的是提供一种将电气插座安装在基片上的方法，这种方法便于在电子测量仪器内部使基片定位，该仪器设备例如为手持数字万用表，时域反射仪，示波器等等。
将电气插座安装在基片上的方法包括将电气插座安放在基片的孔上的步骤，该电气插座具有局部围绕导电件的绝缘材料主体，该导电件具有可变形的电引线，绝缘材料的主体在其外表面上形成有支撑肋以将插座支撑在孔上，电引线与基片上的电触点实现电连接。电引线固定于电触点，插座插入基片中。固定步骤还包括焊接步骤，其中焊接步骤的优选实施例还包括波焊步骤。波焊步骤还包括将焊剂施加到基片上的步骤以及在焊接步骤之前加热基片的步骤。插入步骤还包括当将插座插入孔中时使电引线变形的步骤。插入步骤还包括使形成于绝缘体外表面上的支撑肋受到剪切或变形的步骤和使定位肋的肩部抵靠着基片定位的步骤。或者，插入步骤还可包括使形成在绝缘体外表面上的支撑肋变形的步骤和使定位肋的肩部抵靠着基片定位的步骤。
参照附属的权利要求书和附图可以从以下的详细说明中了解本发明的目的、优点及其新颖的特征。
图1A-1D是在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中所采用的电气插座中的导电件的四个实施例的透视图。
图2A-2D是在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中所采用的电气插座的四个实施例的透视图。
图3是在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中所采用的电气插座的第一商用实施例的透视图。
图4是在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中所采用的电气插座的第二商用实施例的透视图。
图5是在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中安装在电路板上的电气插座的透视图。
图6是安装在电路板上的并且运行通过在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中所采用的波流焊接装置的本发明电气插座的侧剖视图。
图7是一个电路板的透视图，用来表示在按照本发明将电气插座安装于基片上的方法中插在电路板中的电气插座。
按照本发明的将电气插座安装在基片上的方法涉及一种电气插座，它具有可变形的电引线和形成于插座外表面上的支撑肋和定位肋。插座安放在基片上的孔中，该基片例如为电路板等。电气插座在此被描述为一种香蕉式插座，其用来插入相配合的香蕉式插头。然而，按照本发明的将电气插座安装在基片上的方法并不限于香蕉式插座，包括可变形电引线和支撑肋及定位肋的其他类型的电气插座也可采用而并未脱离附属权利要求的范围。以下描述的是包括可变形电引线和支撑肋及定位肋的电气插座的几个实施例。
图1A-1D表示在按照本发明将电气插座安装在基片上的方法中所使用的电气插座中导电件10的四个实施例的透视图。在图1A中，导电件10包括一个导电部件12和一个从导电部件12上延伸的可变形的电引线14。香蕉式插座的导电部件12是一个细长的管状导体。导电件10最好是用顺序冲模以一种四向滑动工艺(four slide process)制成，该工艺在四个不同方向上进行弯曲操作。或者是用冲压工艺或是类似的成形工艺来制作导电件。如图中所示，细长管状导体12的内部有一个缝隙16，但是导体12同样也可以构成一个没有缝隙16的完整的圆筒导体。细长管状部分的长度范围是0.600英寸，其内径的范围是0.160英寸。电引线14的第一部分18从管状导体上向外延伸，其第二部分20与第一部分18大体上垂直。第二部分20靠近并且基本上平行于管状导体12，并且具有一个可以插入诸如电路板等基片的导电孔或是触点中的锥形端19。如图中所示，电引线14的第二部分20有一个可选择的精压变形22。以下还要详细说明精压变形22的功能。
图1B表示导电件10的另一实施例的透视图，它具有从管状导体12上延伸的第一和第二可变形的电引线24和26。电引线24、26和上述电引线一样具有第一和第二部分18、20。电引线24和26的第一部分18各自构成一个从管状导体12的一端向外延伸的第一段28，并且与管状导体12大体上平行。第二段30沿离开管状导体12的方向延伸，并且大体上与第一段28垂直。电引线24和26的第二部分20基本上垂直于第一部分18的第二段30，并且靠近且大体上平行于管状导体12。在这种结构中，导电件10的长度在0.720英寸的范围内，第一段28的长度大约在0.061英寸的范围内，第二段30的长度大约在0.253英寸的范围内。在这种结构中，第二部分20的长度在0.659英寸的范围内。引线24和26彼此之间成角度，引线24和26之间的角度α的范围是63°。为导电件10的各个元件给定的尺寸是针对给定结构来举例的，在不脱离权利要求书所限定的本发明范围的情况下也可以采用其他的尺寸。另外，电引线24和26的第一部分18的结构也可以改成在本申请的附图中所示的各个实施例中的任何一种电引线的第一部分18的结构。
图1C表示导电件10的另一实施例的透视图。导电部件12是用两个相对的细长弧形导体32和34构成的，每个细长弧形导体32和34上有一个由其延伸的可变形的电引线36和38。每个引线36和38具有第一和第二部分18和20，图中的第一部分具有第一和第二段28和30。图1D表示导电件10的另一实施例的透视图，它的细长管状导体12带有由其延伸的可变形电引线14。电引线14具有第一和第二部分18和20，该第二部分20与前述的那部分20不同，该图1D中的第二部分20是U形的。U形的第二部分20具有大体上平行于并且靠近于管状导体12的第一和第二支脚40和42，支脚42的位置比支脚40更加远离管状导体12。电引线14的支脚42延伸越过细长管状导体12的端部，以便使引线14的锥形端19能够插入基片上的导电孔中。
导电件10优选是用镀镍的黄铜制成的，黄铜的厚度在0.015英寸的范围内，镀镍层的厚度在0.00025英寸的范围内。镀镍的工艺最好是采用硫酸电镀(sulfimate plating)工艺，当然也可以采用电解电镀或是无电极电镀等其他电镀工艺。用硫酸电镀工艺获得的镀镍层的电阻要比使用其他工艺大约小十倍，并且为通过导电件12流通的高电流提供了良好的阻抗匹配。其他类型的导电材料也可以用来构成导电件10，也可以采用其他的镀层，诸如镀银或是镀金，这些问题不超出权利要求书要求保护的范围。
图2A到2D是按照本发明将电气插座安装在基片上的方法中所使用电气插座50的四个实施例的透视图。图2A-2D所示的电气插座50采用了图1A-1D中所示的各种导电件10。在图2A中，用一个电绝缘材料52的主体包裹住导电件10的细长管状导体12的外表面54。包裹的绝缘材料52总体延伸越过导电件10的顶部，在绝缘材料52的主体内部形成凹陷的导体10。绝缘材料52的主体具有一个外表面56，在该外表面56上面形成有支撑肋58和定位肋60。支撑肋58和定位肋60是围绕着绝缘体52的周边总体均匀分布的，并且在轴向上对准管状导体12。在图2A-2D所示的结构中，肋58和60相叠置地被垂直布置在外表面56上。支撑肋58朝着引线14的锥形端19布置在绝缘体52上。或者是使肋58和60彼此偏离地布置在外表面56上。在绝缘体52的外表面56上靠近可变形电引线14的位置可以设置一个工具肋62，以便于使用工具。由于绝缘体52的尺寸公差要比引线14的尺寸公差更加精确，因而肋62的尺寸要比引线14的宽度更宽。
图2B表示电气插座50的另一实施例的透视图，在其中用绝缘材料52的主体包裹住图1B的导电件10。电气插座50上具有延伸通过绝缘体52的可变形的电引线24和26，将工具肋62靠近引线24和26设置在绝缘体52的外表面上。在绝缘体的外表面56上形成支撑肋58和定位肋60。绝缘材料52的主体还包括一个基座64，包裹的绝缘材料从基座上延伸。绝缘体52还包括从基座64上朝着与包裹材料相反的方向延伸的一个突出部66。突出部66的底部顶住装有电气插座50的电子仪器壳体，在将香蕉引线插头插入插座50的过程中为插座50提供支撑。突出部66上可以包括一个缝隙68，用来将导线引入电子仪器内部。
图2C表示电气插座50的另一实施例的透视图，在其中用绝缘材料52的主体局部包裹住图1A的导电件10。电气插座50上具有可变形的电引线14，引线14上带有精压的变形22。绝缘体的外表面56上设有支撑肋58和定位肋60。图2D表示电气插座50的又一实施例的透视图，在其中用绝缘材料52的主体局部包裹住图1D的导电件10。电引线14上U形的第二部分20的支脚40和42靠近于并且基本上平行于绝缘体52，并且使支脚42比支脚40离绝缘体52更远。支脚42延伸越过绝缘体52的端部，以便将引线14的锥形端19插入基片上的导电孔中。绝缘体52之外表面56上的支撑肋58和定位肋60与前面的实施例是相反的，以便对应于锥形端19的定位。
绝缘材料52的主体最好是用被称为Staynl的高温尼龙材料制成的，或是采用其他的可成形高温绝缘材料。有一种具体的高温尼龙是由Ashland Chemical，Dublin，OH的一个子公司General Polymers制造和销售的TW341。采用高温材料制作绝缘材料52的主体可以用诸如波焊等等自动化的焊接工艺将电气插座50固定在一个基片上。
图3示出按照本发明将电气插座安装在基片上的方法中所使用的电气插座70的第一商用实施例。电气插座70具有一个导电件72，它的导电部件74居中地设在插座70内部。在本实施例中，导电部件74的结构是一个细长的管状导体，它有一个可变形的电引线76从管状导体74延伸。电引线76的第一部分78从管状导体74上向外延伸，其第二部分80从第一部分上延伸并且靠近于且基本上平行于管状导体74。电引线76的第一部分上的第一段82从管状导体74的一端向外延伸，并且与导体74平行。第二部分84从第一部分82上大体上垂直地延伸。引线76的第二部分80的端部86是锥形的，以便于插入电路板一类的基片上的导电孔或是触点中。附图1A-1D中所示的上述任何一种导电件10都可以用于图3实施例中的导电件72，这没有超出附属权利要求书的范围。
电气插座70具有一个绝缘材料的主体86，它包括一个基座88，使绝缘材料90从基座88上延伸，并且其外表面92包住细长的管状导体74。在这一最佳的商用实施例中，包裹材料90的大体平滑表面延伸越过管状导体74的顶部，形成一个凹陷的导体。绝缘材料94的外环从基座88上延伸，在隔离的导体74和外环94之间形成一个居中的环形孔95。外环94在靠近形成肩部99的顶部处具有薄薄的内表面97。设在电子仪器壳内侧的一个对应的环与薄薄的内表面97和肩部99配合，在电气插座和电子仪器壳之间形成密封。在绝缘材料94的外环的外表面96上设有支撑肋98和定位肋100。支撑肋98和定位肋100被垂直定位在外环94的外表面96上，将支撑肋98设在定位肋100上面。在外表面96上还可以形成附加的支撑肋102。或者是使肋98和100彼此偏离地布置在外表面96上。在外环94的外表面96上靠近可变形电引线76的位置可以设置一个工具肋104，以便于使用工具。由于绝缘体86的尺寸公差要比引线76的尺寸公差更加精确，因而肋104的尺寸要比引线76的宽度更宽。有一个可选择的突出部106在与包裹材料90和外环94相反的方向上从基座88延伸。突出部106的底部顶住装有电气插座70的电子仪器壳，在将香蕉引线插头插入插座70的过程中为插座70提供支撑。基座88还可以用来支撑电子仪器内部的电气插座70。突出部106上可以包括一个缝隙108，用来将导线引入电子仪器内部。
在本实施例中，电气插座70的总体长度范围是1.200英寸，外环94的外表面96的直径范围是0.535英寸。围住细长管状导体74的包裹材料90的长度范围是0.76英寸，其直径范围是0.251英寸。薄薄的内表面97处的环形孔的直径范围是0.474英寸，从肩部99到环94的顶端是0.116英寸。环形孔的直径范围是0.379英寸。支撑肋98从外环94的顶端以下大约0.195英寸处开始延伸，其长度大约是0.247英寸。肋98的宽度大约是0.162英寸，其倾斜的顶面从表面96上向外延伸大约0.17英寸。肋的主体从顶面斜削到定位肋100处的大约为0.012英寸的厚度。附加支撑肋102的起始处距环94顶端的距离和肋98一样，并且和肋98一样具有相同倾角的顶面、宽度以及顶面厚度。肋102从顶面斜削到插座的基座上，在此处肋102与表面96大体上齐平。
定位肋100从环94的顶端下面大约0.442英寸处开始，从肋98的端部到环94的底部的长度是0.277英寸。肋100的宽度大约是0.045英寸，并且从表面96向外延伸大约0.034英寸，构成一个肩部110。工具肋104的长度大约是0.245英寸，其宽度大约是0.080英寸，并且从表面96向外延伸大约0.075英寸。突出部106从基座88上向下延伸大约0.358英寸，其厚度大约是0.070英寸。
电气插座70最好是用注射模塑工艺制成，在导电件74的外周形成绝缘材料的主体86。细长管状导体74被放在注射模塑工具的一个销上。将工具封闭后在工具中注入熔化的绝缘材料，使其在导电件74周围成形，并且符合工具的构形。在绝缘材料固化之后打开工具，拆下制成的零件并且将下一个导电件放入工具中。在通过注射模塑工艺制成的电气插座70上，基座88是用包围着导体74和外环94的包裹材料整体形成的。插座70上可能包括的突出部106与基座构成一个整体。
图4是按照本发明将电气插座安装在基片上的方法中所使用的电气插座120的第二商用实施例。电气插座120的整体尺寸与插座70相同。电气插座120是由一个导电件122构成的，它的导电部件123包括一个与细长管状导体126轴向对齐并且从电气上隔离开的挠性弹簧导体124。用一个绝缘材料的主体128围住导电部件123，绝缘材料的中心突起部130有一个包住导电部件123的中心孔132。绝缘材料134的外环围住中心突起部130，在突起部130和外环134之间形成一个环形孔136。在外环134的外表面138上形成支撑肋140和定位肋142。中心孔132具有第一和第二直径，在中心突起部的内表面上形成一个肩部144。细长管状导体126被紧密地容纳在孔132中，并且顶住肩部144。
挠性弹簧导体124上有一个可变形的电引线，其第一部分从弹簧导体124上向外延伸通过绝缘材料128，其第二部分基本上平行于管状导体126并且靠近外环134。细长管状导体126上具有由第一部分148和第二部分150构成的一个可变形的电引线146。第一部分148的第一段152从导体126的一端延伸，并且与导体126大体上平行。第二段154从第一段152上大体上成直角地延伸通过绝缘材料的主体128。第二部分150具有锥形的端部156，以便于插入电路板中的导电孔中。
在绝缘材料主体128的一端设有一个槽158，用来容纳一个单独设置的基座160。通过声波焊接或是其他固定方法将基座160固定在槽158中，例如可以采用粘合剂胶粘、零件的卡扣配合等等方法。基座160包括一个突出部162，其功能与前述实施例中的突出部106相同。突出部162最好能与基座160形成一个整体，但也可以是独立的，并且通过声波焊接、胶粘、或是其他固定方法固定在基座160上。
上文中给出的尺寸是针对这种电气插座的所述商用实施例而言的，根据特定的设计要求也可以采用其他的尺寸。例如，为电气插座70设计的结构是为了采用波焊一类的自动化焊接工艺将插座安装在诸如电路板的一个基片中。在图5中表示了一个电路板170的透视图，在板上设有用来安放电气插座70的孔172。电路板170的厚度范围是0.062英寸。电气插座70的支撑肋98与电路板170啮合，并且将插座支撑在孔172中。将插座70的可变形电引线76插在设置于电路板170上的导电孔174或是触点中。从板的另一侧暴露出大约0.050英寸的引线76。将诸如继电器176和音频振荡器178等等其他电子器件安装在电路板上以便进行波焊工艺。在电路板上还表示了采用回流焊接工艺预先安装到电路板上的其他电子器件，例如集成电路180等等。按照本发明的电气插座安装方法的特征在于各部件安装在电路板170的在装好的电子仪器中将会变平的相反侧上。这使得电路板定位在更靠近于仪器壳体前面的位置。因而，这降低了仪器中的仪器按钮、旋转开关以及显示器的结构复杂性。
在图6中表示了部分通过一台波焊机190的电路板170沿着A-A’线的一个侧剖视图，电焊机可以采用由Electrovert，Camdonton，MO制造和销售的Ultrapak 450。电路板170被装在一个传送系统192上面运送通过电焊机。开始，电路板通过波焊机190中的焊剂台，在此焊剂被施加到电路板170上的焊点处，例如导电孔174和引线76的端部。然后，电路板在经过焊接波之前受到加热。通过挡板198和200所构成的通道196泵入液体焊料194，并且在挡板顶端产生焊接波202。电路板170通过焊接波202，用焊接波冲刷电路板170的下侧面，使焊料淀积在焊点上，并且将电引线76连接在电路板170上的触点174上。某种形式的重物例如棒条可被置于电气插座70的顶部上以确保引线或插座本身在焊接波202的压力作用下不会被推出其相应的孔174外。然后，电路板170运行通过一清洗台，在此将多余的焊剂从电路板170上去除。
电路板170的底部与Ultrapak 450波焊机190的挡板196，200之间的距离大约是0.3125英寸，这一距离在图中用“b”来表示。距离“b”以及电路板170的厚度为电气插座70各个尺寸的两个确定因素。例如，引线76第二部分80的长度与支撑肋96在插座70上的起始位置相结合，应该能使得电引线76的端部在电路板170的下侧面暴露出0.050英寸的标准尺寸。另外，为了使插座70通过波焊机190的挡板198，200，插座70在电路板170下侧面暴露出的最大距离应该小于0.3125英寸。如果电路板的厚度是0.062英寸，这意味着暴露在电路板170下侧面的插座70的端部从支撑肋98的起始处算起就不能超过0.3745英寸。为了满足公差和放置引线的要求，需要根据电路板的厚度和使用的波焊机的型号来改变电气插座70的尺寸。
图7是一个电路板210的透视图，用来表示插在电路板210中的电气插座212和214。图中的电气插座216已经被安装在电路板210上并且已经在板210上定位。插座216的可变形电引线218已经被焊接在电触点220上，并且用插座216上的支撑肋224将插座支撑在电路板210的孔222上面。对于插入的电气插座212，施加在插座212上的向下的压力使可变形电引线226和228向上弯曲。当插座212被推入孔230中时，插座212上的支撑肋会受到电路板的孔230的剪切或挤压。继续对插座212向下施压可以使定位肋234上的肩部232接触到电路板210。当定位肋234的肩部232相对于电路板210被定位时，就可以使插座212对准电路板210。插入的电气插座214示出可变形电引线236和238的另一种弯折的形式。如上文中所述，在可变形电引线的第二部分引线上具有一个精压的变形。这一精压变形构成了一个弯折点，使引线236和238从插座214上向外弯折而不是向上弯曲。
上文描述了将电气插座安装在基片上的方法，该电气插座具有从插座延伸的可变形的电引线以便与基片实现电连接。绝缘材料的主体局部围绕着导电件的导电部件，该导电部件连接于电引线，该绝缘主体具有支撑肋和定位肋。安装电气插座的步骤包括将电气插座安放在基片的孔上，支撑肋将插座支撑在孔上，电引线与基片上的电触点实现电连接。电引线固定于电触点，插座插入孔中。固定步骤还包括焊接步骤，其中优选的焊接方法是波焊。波焊步骤还包括将焊剂施加到电路板上的步骤、在波焊步骤之前加热电路板的步骤以及在焊接后清洗电路板的步骤。按照本发明安装电气插座的方法可利用手动焊接实现，其中插座被置于电路板的孔中，电引线通过手动焊接固定于电路板的电触点，并且插座插入电路板中。插入步骤还包括当将插座插入电路板中时使电引线变形的步骤和剪切或挤压支撑肋的步骤。插入步骤还包括使定位肋的肩部抵靠着基片定位的步骤。在附加的权利要求书中限定了本发明的上述及其他特征。