專利名稱：在接合區(qū)建立電接觸的裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿兩金屬表面之間的接合區(qū)建立均勻分布的電接觸的技術(shù)。
當(dāng)在不同金屬表面之間建立電接觸時，通常需要獲得預(yù)定接觸表面的導(dǎo)電性的均勻分布，并需要保證這種分布在相關(guān)設(shè)備的壽命內(nèi)保持不變。例如，這種需要在諸如計算機、無線電裝置和雷達(dá)裝置之類的設(shè)備中的電磁輻射屏蔽應(yīng)用中尤為明顯。在這些設(shè)備中，屏蔽裝置通常具有帶蓋金屬盒之形狀，該盒包圍電子設(shè)備并使電磁場短路，以避免由于電磁感應(yīng)引起的相互干擾。在高頻時，電磁輻射可很容易地透過金屬盒中的接合區(qū)，導(dǎo)致有害的衰減。為防止此問題，以短路沿接合區(qū)的電磁場之方式設(shè)置和分布沿接合區(qū)的電接觸是必要的。存在的問題是，電接觸通常僅產(chǎn)生于沿接合區(qū)長度的特定點處。在這些點處，常用螺釘或其它緊固件施加集中的壓力，以便表面的細(xì)微部分穿透氧化層和染污層并形成直接的金屬連接。在高頻時，為獲得良好的衰減特性，沿接合區(qū)按給定的密度設(shè)置這些接觸點是必要的。每個接觸點之間的距離必須隨輻射頻率的逐步升高而減小，此距離可按公知的輻射物理原理計算。導(dǎo)電性的均勻分布常借助由粘成氈的金屬絲或金屬箔條構(gòu)成的封殼實現(xiàn)，所述封殼已被加工成能沿接合區(qū)的長度獲得周期性的彈性部分。為實現(xiàn)彈性的和導(dǎo)電的封裝功能，包括金屬或碳填充物的橡膠封裝也被采用。盡管有這些屏蔽裝置，但在設(shè)備的使用壽命內(nèi)在不同條件下均維持有效的屏蔽效能常常是困難的。
螺釘沿接合區(qū)的布局和螺釘緊固的均勻度，對所得到的屏蔽效果有非常顯著的影響。例如，蓋殼的材料厚度對于維持接合壓力有很顯著的影響，而此壓力是實現(xiàn)均勻分布的接觸及屏蔽的一個先決條件。易形成氧化的表面層的材料是非常不利的，因為缺乏可穿透這些表面層的條件。這類表面層的穿透需要更高的接合壓力或者要求接合表面包含諸如金、銅或銀之類的貴金屬。從結(jié)構(gòu)和技術(shù)角度看，那些不易氧化的金屬有一個嚴(yán)重的缺點，因為它們既重又貴。而(例如)鋁合金的電鍍或涂敷既復(fù)雜又存在質(zhì)量問題。如果要電接觸鋁，必需穿透非常硬的氧化鋁表面層，這要求采用非常高的沖制壓力。如果要電接觸許多這類點或位置，總體接合壓力將非常高。當(dāng)采用這些建立方法時，在獲得這種接觸點的同時會產(chǎn)生一個嚴(yán)重的問題。除此之外，鑒于技術(shù)和經(jīng)濟兩方面的原因，希望使用低價的和輕質(zhì)的材料，且僅使用不多的緊固件。
本發(fā)明涉及一種用于在接合區(qū)建立電接觸的裝置，并且還涉及制造這種裝置的方法。本發(fā)明的裝置的目的是要解決與采用現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的前述問題。
本發(fā)明的裝置包括一個部件，此部件沿接合區(qū)的長度以短間距切入相鄰金屬表面內(nèi)，其中接合表面和此接觸形成部件由粘連至表面的塑料固位并防止氧化。制造此裝置的方法使得能結(jié)合密封施加很大的接合壓力，這使得能有效地穿透氧化層，在除去接合壓力之前，接觸形成部件預(yù)拉伸并由塑料固位于此預(yù)拉伸狀態(tài)。
該裝置解決了與在大表面上建立電接觸有關(guān)的幾個問題，諸如穩(wěn)定接觸問題，甚至在電接觸部分具有小的材料厚度的情況下也是如此。另外，接觸部分能防氧化和環(huán)境影響，而且即使在表面被彎曲和表面形狀改變的情況下，電接觸部分仍保持固位。該裝置成本低且制造簡單，所采用的材料便宜且有益于環(huán)境。
現(xiàn)參照優(yōu)選實施例并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)行描述。
圖1是本發(fā)明的裝置的一實施例的透視圖;
圖2是本發(fā)明的裝置的一實施例的剖視圖;
圖3是本發(fā)明的裝置的一實施例的剖視圖;
圖4是本發(fā)明的裝置的一實施例的剖視圖;
圖5示出在用于制造本發(fā)明的裝置的一方法中所用的設(shè)備，所述裝置呈其制造過程中的狀態(tài)。
下面參照附圖描述本發(fā)明的一實施例的各種變化。所述實施例可以不同方式變化，并且僅受權(quán)利要求書之范圍限定。
圖1示出兩金屬板1和2，它們最好具有0.01-0.5mm的厚度，并且通過塑料夾層3互相定位。塑料夾層3緊緊粘連至板1和2上，并且可以由熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂，或熱塑性樹脂，如離子鍵樹脂構(gòu)成。離子鍵樹脂的一個例子是商業(yè)上可得到的樹脂Surlyn R，它由用羧基改性的聚乙烯構(gòu)成，所述羧基已與鋅離子連在一起，以便獲得交聯(lián)。交聯(lián)鍵在200℃可逆地分離，并且在此溫度之上該材料變?yōu)闊崴苄缘?，隨后便具有與金屬表面形成良好粘結(jié)的反應(yīng)作用，從而粘連至板1和2以及電接觸形成部件4上。電接觸形成部件4由截面尺寸為0.1×1mm的金屬帶或條構(gòu)成。此帶繞其長軸扭曲，這樣其最大截面尺寸將按0.5扭轉(zhuǎn)周期之間隔以與板1和2之平面成直角取向，成直角取向處位于所述間隔之間的平面的位置上。由中間的塑料夾層3構(gòu)成的板1和2之間的接合寬度或深度5遠(yuǎn)小于金屬帶4的最大截面尺寸，而此帶的硬度大于板1和2的硬度，其中位于相對于板1和2之平面成直角的位置附近的那些部分形成表面穿透部件6，此部件沿接觸形成部件4的長度周期性構(gòu)成，并穿透板1和2的平面表面。接合深度5遠(yuǎn)大于接觸形成部件4的最小截面尺寸，并在沿接觸形成部件之長軸居中地位于穿透部件6在部件4上的穿透點之間的那些點處形成位于板1和2間的接觸位置，在這些接觸位置處，接觸形成部件4的截面大體平行于板1和2取向，接觸形成部件4完全為塑料夾層3包圍，而且在這些點處板1和2未被穿透，因此，借助其粘合性，接合深度5中的塑料夾層3具有最大能力將板1和2以及接觸形成部件4互連。在表面穿透部件6附近的那些位置，即接觸形成部件4穿透板1和2的位置，板1和2與接觸形成部件4的表面穿透部件6中的金屬相互交切并且還穿透氧化層，由此形成的金屬接觸點由塑料夾層3機械性地固位，以避免不良接觸，同時，塑料夾層3還保護(hù)接觸點使之免受氧化作用的影響。
通過改變構(gòu)成接觸形成部件4的扭曲金屬帶的螺距，在表面穿透部件6上形成所要求的密度的電接觸點是可能的，所要求的密度與給定電磁輻射頻率下的特定衰減有關(guān)。這樣形成的連接組合成一排均勻分布的電接觸點，并將未受影響且具有最大機械強度的中間表面留在板1和2內(nèi)，同時，連接點由塑料夾層3固位和防氧化，因此，采用簡單手段提供了具有所要求的機械和電氣特性的高質(zhì)量連接。
進(jìn)一步改善電接觸的長期可靠性的一個技術(shù)特征是，構(gòu)成接觸形成部件4的金屬帶在形成表面穿透部件6的那些點處相對于板1和2具有約90度的變化的鄰界角，這使得當(dāng)表面穿透部件6穿透板1和2的表面時，板1和2以圍繞接觸形成部件4的縱軸扭曲之方式彈性定位。當(dāng)通過使塑料夾層3呈固態(tài)而使接合部分5固位時，由于在固化過程中保持了連接壓力，因此由表面穿透部件6產(chǎn)生的扭曲力得以保持，也就是說，當(dāng)施加一彈力使表面穿透部件偏向接觸表面時，表面穿透部件6將位于接合部分5中。由于塑料3具有較高的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)塑料冷卻時在接合部分5中由塑料3產(chǎn)生的收縮力，使這種偏移進(jìn)一步增大。當(dāng)接合部分遭受不同的機械力時，接觸形成部件4向板1和2上的接觸點的這種偏移對于維持良好電接觸而言是非常值得注意的。
圖2是本發(fā)明的裝置的一種變化結(jié)構(gòu)的剖視圖，其中，板1已被連至比其厚得多的金屬件8上。此圖中示出，接觸形成部件4在9、10處分別以90度角和45度角設(shè)置，在位置11處接觸形成部件4平行于板1和金屬件8的接合表面。所示的位于其不同角度9、10和11的接觸形成部件4與參照圖1描述的結(jié)構(gòu)相同。當(dāng)位于90°角9時，接觸形成部件4的穿透部件6將穿透板1，并在金屬件8中形成一個小的壓痕。當(dāng)接觸形成部件位于45°角10時，此部件將斜交金屬件8，如標(biāo)號12所示，因此，在這部分的接觸形成部件4滑入金屬件8上的配合凹口12中。這個較小的穿透深度12通過如下事實補償，即，接觸形成部件的斜穿鏟除掉氧化層，因此提供了較大的接觸表面。
板1、接觸形成部件4和金屬件8由塑料夾層3固定于彼此相互關(guān)聯(lián)的位置，這種固位是如此實現(xiàn)的，接觸形成部件4(尤其是在其斜置的那些點處，比如角度10相應(yīng)的那些點處)和板1將位于一個下沉的(downwardly sprung)位置，這有助于實現(xiàn)安全和穩(wěn)固的接觸功能。金屬件8可由不同金屬聯(lián)合構(gòu)成，甚至采用薄銅箔和玻璃纖維加強塑料的迭層，如采用電子電路板上使用的迭層，效果也是相同的。
圖3示出本發(fā)明的裝置的一種變型，其中，兩塊薄板1和2已借助其間的塑料夾層3以及接觸形成部件4彼此固位，接觸形成部件4由扭曲的金屬帶或條構(gòu)成，這與圖1所示的接觸形成部件相似。在圖3所示的實施例中，已完全穿透板1和2的部件4的那些表面穿透部件6被弄彎，如標(biāo)號25和26所示，這進(jìn)一步提高了所實現(xiàn)的接觸的機械強度和電效率。
圖4為本發(fā)明的裝置的一實施例的剖面圖，其中，一個由0.015mm厚的鋁片1和0.1mm厚的聚乙烯片27組成的迭層與另一個由鋁片2和聚乙烯片28組成的迭層相連接，與圖1所示的接觸形成部件結(jié)構(gòu)相同的接觸形成部件4置于連接處。此剖面圖示位于螺旋線結(jié)構(gòu)的與鋁片1和2成直角的那部分處的接觸形成部件4，在此位置接觸形成部件4構(gòu)成表面穿透部件6。迭層結(jié)構(gòu)中的聚乙烯片27和28熔焊或熔融在一起，并形成密連的塑料片，這使得接合區(qū)和部件4固位，并能防止接觸形成部件4的表面穿透部件6以及表面穿透部件6的鄰接鋁片1和2的表面氧化。
在附圖中未示出的另一實施例中，在接合部分5的表面上按給定的平均分布量以無序或有序之方式布置有多個表面穿透部件6。在這個實施例中，表面穿透部件6沒有機械連接裝置，但是按照將這些部件加至接合表面之一的方法布局。例如，此實施例中的表面穿透部件6可具有切制成的小彈性元件的形狀，它們的功能與其它實施例中相同。
下面借助圖5所示的裝置，以一個示范性實施例之方式展示根據(jù)本發(fā)明制造用于在連接處建立電接觸的裝置的方法。
在圖5中，根據(jù)與參照圖4描述的結(jié)構(gòu)相同的原理，由鋁片1和2與聚乙烯片27和28組成的兩迭層通過中間的接觸形成部件4相連接。為清楚起見，片1、2;27、28的厚度和接觸形成部件4的厚度不是等比例繪出的，而是相對于此裝置的其余部分大大夸張的。片迭層1和27與另一片迭層2和28連接，并采用接觸形成部件4實現(xiàn)電接觸，接觸形成部件4具有與參照圖1描述的接觸形成部件相同的結(jié)構(gòu)。在制造過程中，本發(fā)明的裝置借助一液壓活塞19被夾持在兩個平底金屬塊13和14之間，所述活塞在此裝置上施加(例如)200N/cm2的表面壓強。金屬塊13和14中設(shè)有電熱元件15和16以及水冷管道17和18。
本發(fā)明的裝置按下列方法制造片迭層1和27以及片迭層2和28連同置于其間的接觸形成部件4首先被放置在金屬塊13和14之間。在此步驟中，由液壓活塞19產(chǎn)生的壓強可忽略不計，金屬塊13和14的溫度大約為20℃。隨后，借助加熱元件15和16，將金屬塊13和14的溫度升至150℃，其中的熱量傳導(dǎo)至片迭層1和27以及迭層2和28，這導(dǎo)致聚乙烯片27和28軟化至高粘度。此后，采用液壓活塞19加壓，使金屬塊13和14在迭層1、27和2、28上施加100-200N/cm2的表面壓強。在此步驟中，聚乙烯片27和28表面彼此對應(yīng)，接觸形成部件4穿透聚乙烯片27和28表面。在此溫度下，聚乙烯不會達(dá)到能從接合區(qū)域流溢出的粘稠程度。因此，鋁片1和2之間的距離基本保持不變。在兩聚乙烯片27和28表面間形成熔合連接，從而形成實際上均勻的接合。加壓減少了任何氣體夾附?，F(xiàn)在形成表面穿透部件6的接觸形成部件的垂直部分穿透氧化層和鋁片1和2的表面。根據(jù)所述鋁片1和2的厚度和硬度，表面穿透部件6完全穿透鋁片并撞擊金屬塊13和14的表面，表面穿透部件6將折彎，如圖3中所示。另一方面，如果一軟襯墊，例如紙墊，放置于鋁片1和2與金屬塊13和14之間，表面穿透部件6在鋁片1和2外側(cè)將不會折彎，如圖1中所示。
表面穿透部件6的非按與鋁片1和2的表面成90°角精確取向的那些部分將被向一側(cè)拱出。在此制造步驟中，通過向金屬塊13和14中的管道17和18中噴入冷卻水，使該裝置冷卻。此后，接合部分中的聚乙烯片27和28將變硬并形成均勻連接，它使鋁片1和2固定在一起，并使接合部分中的接觸形成部件4的偏彈(spring-biassing)作用成為永久的。
制造該裝置的設(shè)備可以多種不同的方式加以改變。例如，加熱和冷卻可采用金屬塊中的熱和冷空氣實現(xiàn)，或者采用超聲波加熱。壓強的施加也可以不同方式實現(xiàn)。
本發(fā)明并不局限于前面描述的和圖示的示范性實施例，在權(quán)利要求之范圍內(nèi)可做出各種變換。
權(quán)利要求
1.一種用于在金屬表面接合區(qū)建立電接觸的裝置，它用以實現(xiàn)沿接合區(qū)的均勻分布的導(dǎo)電性，其特征在于，兩金屬表面(1，2)間的接合區(qū)(5)中填充有塑料(3)，塑料粘連至金屬表面(1，2)；接合區(qū)(5)內(nèi)還包括一個電接觸形成部件(4)，后者包括多個表面穿透部件(6)，部件(6)的確定部分處切透金屬表面(1，2)，以便按這樣的方式在金屬表面(1，2)間形成電接觸，即，表面穿透部件(6)所處的接觸位置以可控方式沿接合區(qū)(5)分布，表面穿透部件(6)上的接觸位置通過塑料層(3)防止氧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，在接合區(qū)(5)中的塑料(3)為熱塑材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，接觸形成部件(4)構(gòu)造成沿接合區(qū)(5)的整體范圍延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，接觸形成部件(4)構(gòu)造成沿接合區(qū)(5)的整體范圍延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，接觸形成部件(4)由一金屬條構(gòu)成，此金屬條被加工成這樣，即，在所形成的接合區(qū)(5)內(nèi)沿條之縱軸按預(yù)定間隔分布的穿透部件(6)切入金屬表面(1，2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，接觸形成部件(4)由一金屬帶或條構(gòu)成，此帶或條繞其縱軸如此扭曲，以便當(dāng)被置于接合區(qū)(5)中時，它能在沿其長軸的每半個扭轉(zhuǎn)周期內(nèi)切入金屬表面(1，2)，在沿接觸形成部件(4)的縱軸的其余位置上，金屬表面(1，2)是未受切制的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，在接合區(qū)(5)中的塑料(3)由離子鍵塑料構(gòu)成。
8.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的裝置的方法，其特征在于，在塑料(3)為液態(tài)時，對其間置有塑料層(3)和接觸形成部件(4)的金屬表面(1，2)施加過壓，此過壓是沿與金屬表面(1，2)的平面成直角的方向施加的;在存在殘留過壓的條件下，使塑料(3)變?yōu)楣虘B(tài)，以便接觸形成部件(4)的表面穿透部件(6)能保持機械性地偏置的接觸壓力，這種壓力永久地維持在此裝置中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在接合區(qū)建立電接觸的裝置以及制造該裝置的方法。此裝置包括一個容于兩金屬表面(1，2)間的接合區(qū)(5)中的電接觸形成部件(4)，電接觸要在表面(1，2)間建立；其中接合區(qū)(5)和接觸形成部件(4)由塑料(3)固定在一起并被保護(hù)。此裝置是這樣制造的對接合區(qū)加壓，使接觸形成部件(4)的表面穿透部件(6)拱出；在保持壓力的同時，使塑料(3)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，以便在此裝置中永久地維持表面穿透部件(6)對金屬表面(1，2)的偏彈作用。
文檔編號H01R4/24GK1106197SQ9419014
公開日1995年8月2日 申請日期1994年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月24日
發(fā)明者K-E·里布 申請人:艾利森電話股份有限公司