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CN1221237A - 用于连接智能卡的极薄电连接件 - Google Patents

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CN1221237A
CN1221237A CN98125493A CN98125493A CN1221237A CN 1221237 A CN1221237 A CN 1221237A CN 98125493 A CN98125493 A CN 98125493A CN 98125493 A CN98125493 A CN 98125493A CN 1221237 A CN1221237 A CN 1221237A
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CN
China
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shell block
electrical connector
reed
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CN98125493A
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艾尔韦·布里考德
法布里斯·瓦尔切尔
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ITT Manufacturing Enterprises LLC
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ITT Manufacturing Enterprises LLC
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Abstract

本发明提供一种电连接件(40),含有由绝缘材料模制而成的支座(42),其具有上接触平面(46)和若干平行的呈弹性变形簧片(60)状的电导体(44),这些簧片纵向延伸且其中每一个包含:第一端即弯曲的前触点端(62)和第二端即用于连接簧片(60)的后端(68),在靠近其后端处具有用于将簧片(60)紧固到支座(42)的装置,该装置由至少一个侧向挡片(80)构成,其特征在于绝缘支座(42)为一层薄板,并且各侧向挡片(80,82,84)采用卡口式装置固定在支座上与之互补的壳座中。

Description

用于连接智能卡的极薄电连接件
本发明涉及电连接件，尤其是用于连接接触式集成电路卡亦称作智能卡或芯片卡的连接件，其主表面之一具有若干电接触区，它们沿平行于卡片插入读/写设备的方向排列。
更具体来讲，本发明涉及含有由绝缘材料模制而成的支座的那类电连接件，其具有上接触平面和若干平行的呈弹性变形簧片状的电导体，这些簧片纵向延伸且其中每一个包含：第一端即弯曲的前触点端，经支座中的纵向槽突出到接触平面的平面以外；中间段，用于将簧片连接到支座，其前部有部分是在槽中延伸，其后部伸进成形于支座下表面的壳座中；第二端即簧片后连接端，其中每个簧片在靠近其后端处具有用于将簧片紧固到支座的装置，该装置由至少一个侧向挡片构成，其平行于中间连接段延伸并嵌入支座上与之互补的壳座中，挡片从后向前纵向插入壳座中，以便将接触簧片固定到支座上。
在例如第93/15633号法国专利中请或文件WO-A-96/33527中描述了这类连接件的例子。
这些文件中所提出的阻挡装置的设计结构是采用鱼叉形挡片，需要时为了稳固还要使用至少一个其它侧向挡片。
本发明的目的在于提供一种上述类型的新颖连接件，其特征是总体厚度非常小，即连接件所焊接的印刷电路板上表面与智能卡所在平面之间的厚度非常小，智能卡所在平面亦即绝缘支座的上接触面所在平面，该厚度小于0.4毫米，而迄今已知的连接件最小厚度大于1毫米。
该极小厚度是智能卡在应用中的新进展所要求的，例如无线电话、电子钱包等等，它们要求总体尺寸很小，以便能够例如装进衬衫口袋中，并且要求各种元件外形微型化。
特别是在智能卡读卡机中，设备的总厚度是关键，因而需要制造非常薄、但又保有目前市场上连接件特性的连接件，即：
-触点对卡片的导电焊盘即印制线所施加的压力大小约等于每触点0.4牛顿；
-在工作位置触点偏移距离约为0.6毫米；
-采用表面安装元件技术的可能性，以便采用取-放技术将连接件贴放在电路板上；以及
-在表面安装焊接中采用回流工艺的可能性(例如采用红外回流)，即：利用约240摄氏度高温的回流。
根据本发明设计结构的目的还在于提供一种传统通用结构的连接件，即：该连接件含有承载触点的绝缘支座。这是由于绝缘支座是主要元件而不能将它取消，例如当采用将各触点单独焊接到印刷电路板的解决方案时，就无法设想利用连接件的第二元件提供简单的各触点间连接功能。支座对触点具有机械保护功能，能够使触点在印刷电路板上精确定位，最后它还有美观作用。
为此，本发明提供一种上述类型的电连接件，其特征在于：绝缘支座为一层薄板，且各侧向挡片采用卡口式装置固定在与之互补的壳座中。
根据本发明的其它特征：
-各侧向挡片具有前分支和后分支，它们的端部分别嵌入敞口在绝缘支座上表面的和纵向朝后敞口的壳座中，这些分支可纵向朝前插入壳座中；
-各挡片的前分支在中间连接段后部所处平面内纵向朝前延伸，然后向上弯曲从而使其前自由端伸进相应壳座中；
-挡片前分支的前端横边与壳座的前端横向止动表面相接合；
-挡片前分支的后端横边与设置在壳座中的后端横向止动表面相接合，该壳座成形于绝缘支座下表面且垂直向下敞口，接触簧片的中间连接段后部与前分支的后部伸进该壳座中；
-各挡片后分支在中间连接段后部所处平面内延伸，然后向上弯曲从而使其横向自由端伸进相应壳座中；
-挡片上具有横向弹性的前分支的自由端被横向夹紧在其相应壳座中而固定；
-相对于接触簧片的纵向中平面，每个电导体具有对称结构；
-每个簧片后连接端的下表面位于支座下支承面所处平面以上；
-电导体之一在其接触簧片的弯曲前自由触点端附近，具有附加的开关接触簧片，它从弯曲的触点端纵向伸出，并且在接触簧片的工作位置，可与装有连接件的印刷电路板的导电印制线相接合，以便闭合开关电路，用于在装有该连接件的设备中检测卡片是否存在，和/或卡片插入行程是否结束；
-开关簧片的自由端在垂直方向位于弯曲触点端的上表面以下；
-所述导体的接触簧片的前触点端分成两段平行的导线束(strand)，开关簧片伸展在它们之间。
本发明的其它特征和优点将在阅读下述详细说明时显露出来，为便于理解将参照下列附图，附图中：
图1为根据本发明所公开的连接件之实施例的立体透视顶视图；
图2为图1中连接件的立体透视底视图；
图3为图1中连接件的七个元件的分解视图；
图4为连接件绝缘支座的立体透视顶视图；
图5为图4中细部D5的大比例视图；
图6为连接件绝缘支座的立体透视底视图；
图7为图6中细部D7的大比例视图；
图8为连接件导电单元或触点的大比例立体透视顶视图；
图9为图8中触点的立体透视底视图；
图10为触点及其加工边缘的大比例侧视图；
图11为图10的顶视图；
图12为图10的左侧视图；
图13为图1中连接件的纵剖视图，剖过用于挡住排列好的接触簧片的挡片；
图14为图13中细部D14的大比例视图；
图15为图1中连接件的纵剖视图，剖过排列好的接触簧片的纵向中轴线；
图16为图15中细部D16的大比例视图；
图17为与图3相似的分解透视图，图示出触点及其加工端部，并图示出通过纵向插入触点在绝缘支座中的安装固定；
图18为根据本发明所公开的连接件之可选实施例的立体透视顶视图，其包含一个混合触点，该触点能满足用于检测卡片是否存在的开关功能；
图19为图18中细部D19的大比例视图；
图20为图18中连接件的触点之一的大比例立体透视图，该触点具有用于检测卡片是否存在的开关功能；
图21为图20中触点的侧视图；
图22为图21的顶视图；
图23为图22的左侧视图；
图24为图18中连接件的大比例局部顶视图，其中触点处于静止位置；
图25为沿图24中25-25线的细部剖视图；
图26和27为与图24和25相似的视图，图中构成开关的触点处于工作位置；
图28为印刷电路板的透视底视图，该板上表面装有图18中所示的连接件；
图29为图28中细部D29的大比例视图；
图30为图28中印刷电路板的顶视图；
图31为图18中连接件绝缘支座的立体透视顶视图；
图32至35为与图20至23相似的视图，图示出混合触点的一个可选实施例，该混合触点满足用于检测卡片是否存在的开关功能；以及
图36为与图27相似的视图，图示出处于工作位置的图32中的触点。
附图中示出了具有已知通用结构的电连接件40，它一般含有板状绝缘支座42和一组导电单元即触点44，在图示例子中其数目为6个，它们组成三对儿排列好的触点，背对背地固定在支座42上。
绝缘支座42是一块绝缘材料板，由一个上表平面46，亦称作接触面，以及平行于上表面46的下表平面48，亦称作连接件40的支承面所界定。
构成绝缘支座42的平板具有矩形轮廓，具体由两条纵边49和两条横边50定界。
如图3至7中尤其可见，绝缘支座42具有一组6个槽52，它们是纵向走向的弹出槽(emerging slots)，根据已知结构，每个槽允许各触点44的主体部分通过。
每个槽52纵向朝前由横边54定界，其下表面48具有凹槽56，如图7中可见。
每个槽52纵向朝后由后部横边58定界。
根据已知结构，每个触点单元44基本上由通常沿纵向走向的可弹性变形接触簧片60构成，其具有：第一端即前自由端62，在图中所示的静止位置，该端是弯曲的且垂直突出到绝缘支座42的上表面46之上，以便与智能卡(未示出)的芯片上的导电焊盘相接触，其连接件40形成与读/写设备的连接。
前自由端62延伸出中间连接部分，其前部64在槽52中延伸，而其后部66在支座平板42的厚度范围内延伸，如图15中详细可见，以便在接触簧片60的后自由端68结束，该端是用来与印刷电路板所载电路形成电连接的一端。
如图10和15中尤其可见，具有等厚度的簧片60在静止时是弯曲的，使得其中间连接段的前部64向上倾斜，以便经槽52伸出，并且使得后部66为平面且平行于表面46和48。
更具体来讲，后部66伸进成形于支座42下表面48内的壳座70中，该壳座在下表面48垂直向下敞口，其垂直向上的边界则由绝缘支座42的平板形薄区74的下表面72限定而成。
敞口壳座70的侧面边界由对置的两横边76限定，之间隔开的距离显著大于槽52的平均宽度。
如图15和16中尤其可见，壳座70的高度几乎等于构成触点44的材料的厚度，因而等于簧片60的后部66的厚度。
如图16中详细可见，后连接端68的下表面平行于表面46和48水平延伸，但相对于后部66稍稍抬高，使得其下表面76位于支座42的下支承面48所在平面之上，例如偏移0.07毫米，以便接收用于连接每个后连接端68所必需的焊料和印刷电路板上焊盘的厚度，而下表面48始终支承在该板上。
簧片60中间连接段的后部66在绝缘支座42的减薄部分74之下延伸，该部分限定了壳座70的上边界，这一事实确保触点44被垂直向上挡在支座42中。
现将描述各触点44的卡口式阻挡装置，它对各触点44相对于绝缘支座42形成垂直向下的阻挡与纵向定位。
在各图中可见，每个触点44相对于接触簧片60的垂直纵向中平面具有结构对称性。
于是用来紧固并卡住各触点44的装置由对称分布在接触簧片60每一侧的两个挡片80构成，每个挡片具有两个分支，即前分支82和后分支84。
每个前分支82沿中间连接段的前部纵向延伸，并进入后部66所在平面内，然后伸进限定壳座70的支座42之局部74的下表面72两侧之下，其前自由端86垂直向上偏移。
为此，前分支82在其前部具有S形弯曲段88，它经弹出口90伸出，该开口开在槽52两侧延长部分，其外侧由边沿92定界，该边沿92是底面壳座70的边沿76的延长部分。
前分支82的前自由端86伸到绝缘支座减薄底部94之上，该部分94的边界为上表面96，它是上表面46中敞口壳座98的底部，该壳座98位于通道90的延长部分，并由侧表面100和前端横向表面102定界。壳座98也是纵向向后敞口的。
减薄区94的材料厚度等于减薄区74的材料厚度，该厚度相当于绝缘材料制成的支座42的最薄部分。
这样挡片80之前分支82的前自由端86构成凸缘或卡子，其垂直向下卡住挡片80从而卡住触点44，直到其底部小平面104垂直地压在壳座98的底部96上。
借助前端横向小平面108，前端部86还有可能构成触点44的纵向朝前止动装置，这是由于它们与壳座98的小平面102相对接。
前分支82的长度足够使其具有一定的横向弹性，它使触点44能够被安装成轻轻地横向夹在侧表面100之间。
挡片80的每个前分支82纵向朝后的边界由后部横边110限定，在安装位置以及图14中尤其可见，该边沿110延伸在斜坡形卡子112端面的对面，该卡子112成形为突出于壳座70的底面72。
横向表面110与卡子112的前部横向表面114的这种接合能保证纵向朝后挡住触点44，该倾斜轮廓使之易于插入每个触点。
为了对各触点44进行卡口式安装，每个挡片80具有后分支84，该分支从后连接端66并在与之相同的平面内横向延伸，然后借助S形弯曲段116抬高，使得每个后分支84的侧面自由端118伸进壳座120中，该壳座120在靠近绝缘支座后部横边50处成形于上表面46。
敞口于上表面46的每个壳座120朝下是由上平面124定界的，该平面124限定了支座的减薄后部126的上边界，该壳座横向朝前则由前端边沿130定界。
后分支84自由端118的下表面132压在平面124上，并且壳座120在边沿50处纵向朝后敞口，这一实际情况使得有可能将端部118纵向朝前插进壳座120中。
在各触点44的正确位置，端部118还要借助其侧平面140来接合，这是由于它们是通过壳座120的相对侧边之间的滑动配合而嵌入壳座的。
各触点44的阻挡分支80的几何形状与尺寸确定为，保证具有良好的横向与垂直向刚度，并且避免对用于夹持触点44的区域产生任何向前的横向冲击现象，该现象是当智能卡就位时，由触点44的支承力所产生的力矩对智能卡的作用而形成的。
各簧片44的弯曲自由端62轻微压在凹槽56底部，该凹槽成形于槽52前端下表面48处，以便对触点形成机械保护(当卡片C纵向滑动时，为避免卡片前部横边撞上第二触点的前端)或者防止其插入，以及当卡片被不小心操作或者当平行于其平面但却沿横向插入时起保护作用。
由于连接件的这种结构以及总厚度很小，为了使前端62在工作位置时能垂直向下缩进，须要在印刷电路板P上开孔(见图25和27)。
如图中所见，按照‘之形急变’(chicane-)或卡口式安装原理，由绝缘材料制成的支座平板42的几何形状特别简单，其最薄部分厚度不少于0.2毫米，也就是说它们不会小于良好充填加工模具所允许的最小厚度，又具有足够的机械强度。
这种具有等厚度的薄板型支座42的结构具有最优化的机械模制特性，即：没有内部残余应力，并因而在高温回流操作过程中尺寸非常稳定，该操作在采用印刷电路板上表面安装元件的技术时用于焊接连接件。
支座42还具有足够的弹性，保证使连接件在焊接到印刷电路板P后非常耐用，即使当该板遭受扭转或变形时亦如此。
用于制造支座42所需材料的量很少，因此能够使用机械性能高的塑料，而不会提高工件成本。
采用两个对称的侧边挡片80能保证触点44在绝缘支座42中非常稳固，从而当连接件40焊接到印刷电路板P后，能确保触点44正确定位并非常稳固，以防止触点的支承力被连接端68的焊接接头所承受。
触点44是通过按下述方式插入绝缘支座中来装配的。
如图17中可见，触点44是通过将一片导电材料150进行切割与弯曲而制成的，其一部分152构成触点44的连接端，它将三个触点联成一组，以便能将它们沿纵向从后向前同步插入支座42中。
按下述方式完成组装操作。
将两组各三个触点放在绝缘支座42下表面48下面，使得挡片80的前分支82之前端86位于壳座90下方。
然后将两组各三个触点垂直向上抬高，以使触点44的部分66垂直向上压在表面72上。
最后，将两排触点朝着连接件40的中央纵向向前移动，直到将触点扣紧在安装位置，也就是说挡片80前分支82的横向端110越过卡子112。
下一步是将端部152与触点44分开。
现将描述图18等图中图示的可选实施例，其中与上述说明和图示中相等、相似或等效的元件标注为相同的附图标记。
如图18和19中可见，连接件40所装备的6个电触点44之一44′的前端部即触点部分62的结构与另外5个上面已描述过的触点不同。
这是由于这个特殊触点是一个混合触点，使之有可能构成两个分开的半永久性电触点，其具有普通引出端68，该端68与安装有连接件40的印刷电路板P上的导电印制线相连。
除了其前端触点部分62外，触点44′各方面均与其它触点44相同，尤其是其后连接部分和阻挡部分。
按常规，智能卡上带焊盘的第一触点被制成凸形前端部62，而在这里将它分成两个平行的分支162，相当于将前端部62进行叉形分隔，并且在它们之间形成一个槽154，另一个开关触点分支156伸进槽中，该分支156是中间连接段64的延长部分。
当两个前自由触点端分支162的凸面朝上时，分支156在其自由端158具有朝下的凸面，该凸面通常向下延伸，相对于簧片60中间连接段的大致方向形成一个尖角。
前自由端部62分成平行的两段导线束162，当然需要增大槽52′的尺寸，如图24、26和31中详细可见。
在静止位置以及如图25中可见，开关接触簧片或分支156在印刷电路板P上表面160上方垂直延伸，与之相对，电路板P上具有与开关功能相关的导电印制线162。
当水平插入智能卡(未示出)时，也就是说平行于连接件以及卡片的平面插入时，卡片的边沿通过与中间连接段64的倾斜形状相接合使连接件40的第一排触点44挠曲，然后通过与与触点44的端部62的倾斜形状相接合使第二排触点挠曲。
在图中还可见到，开关簧片156的自由端158在垂直方向总是低于导线束162，至少直到分支156的自由端达到低于绝缘支座42上表面46所在平面时为止。
这是因为使该端总是低于卡片所在平面是重要的，从而倘若卡片被平行于其平面插入时，不会遇到被边缘之一卡住该端的风险，
至于触点44’，卡片使其前自由端62,162垂直向下偏转，(在插入行程即安装结束后)亦使开关簧片156垂直向下挠曲，该开关簧片的自由端158与印制线162相接触，以使开关闭合通电，也就是说在印制线162和其上焊有连接端68的焊盘之间形成电连接。
正如已经提到的那样，印刷电路板上所开的孔T便于前端62的挠曲，与触点44′相关的孔T′的尺寸较大些，如图28至30中可见。在图30中还示出了导电焊盘即印制线170，后连接端68与之相连。
当卡片垂直插入时，即沿大致垂直于卡片以及连接件40的平面方向插卡时，这些平面保持相互平行，用于检测卡片是否存在的开关功能由插入结束开关功能来互补，于是有可能保证按规定次序完成智能卡的插卡动作，也就是说一定要先使卡片上的焊盘与端部62相接触，然后在开关簧片156的端部158与印制线162之间形成半永久性开关触点。
当垂直取出卡片时，次序也是确定的且与之相反。
出于工业标准化原因，将混合触点44′普及到连接件的所有触点中是可能的，尽管实际上只用其中之一作为开关来检测卡片是否存在，但这样就能让每个用户根据自己的用途来选择实际起开关作用的触点位置。
附加开关的分支156的弹性使之有可能吸收掉工作位置高度上的偏差、以及混合触点44′的任何超程。其结果使自由端158以一定作用力压在印制线162上，该压力的值处于能够保证形成稳固电接触的范围之内。
为了提高开关簧片156的挠曲能力，减小簧片156的厚度是可能做到的，如图24至27和图36中所示。通过使簧片扁平化所形成的这种减薄，例如将厚度从0.17毫米减到0.12毫米，还使得有可能提高开关分支的机械强度，这是由于金属的局部加工硬化造成的。
通过对扁平化操作加以控制，可以精确地调整作用于该开关触点上的压力，具体来说，该力约等于作用于其它触点上的作用力。
当取出智能卡时，混合触点44′自动恢复到图24中具体示出的其静止位置，借助其可弹性移动部分的弹簧作用，附加的弹性开关簧片即分支156抬高并切断其端部158与印制线162之间的电接触。
在图32至36所图示的可选实施例中，附加开关簧片156从弯曲部分62的前端边沿伸进槽154中，即与上述可选实施例方向相反，其操作在各方面均相同。

Claims (12)

1．一种电连接件(40)，含有由绝缘材料模制而成的支座(42)，其具有上接触平面(46)和若干平行的呈弹性变形簧片(60)状的电导体(44)，这些簧片纵向延伸且其中每一个包含：第一端即弯曲的前触点端(62)，经支座中的纵向槽(52)突出到支座(42)的接触平面(46)的平面以外；中间段，用于将簧片(60)连接到支座(42)，其前部(64)在槽(52)中延伸，其后部(66)伸进成形于支座下表面(48)的壳座(70)中；第二端即簧片(60)后连接端，其中每个簧片(60)在靠近其后端(66,68)处具有用于将簧片(60)紧固到支座(42)的装置，该装置由至少一个侧向挡片(80)构成，其平行于中间连接段(64)延伸并嵌入支座上与之互补的壳座中，挡片从后向前纵向插入壳座中，以便将接触簧片固定到支座上，其特征在于：绝缘支座(42)为一层薄板，并且各侧向挡片(80,82,84)采用卡口式装置固定在与之互补的壳座中。
2．如权利要求1所述的电连接件，其特征在于：各侧向挡片(80)具有前分支(82)和后分支(84)，它们的端部(86,118)分别嵌入敞口在绝缘支座(42)上表面(46)的和纵向朝后敞口的壳座(98,120)中，这些分支可纵向朝前插入壳座中。
3．如权利要求2所述的电连接件，其特征在于：各挡片(80)的前分支(82,86)在中间连接段(64)后部(66)所处平面内纵向朝前延伸，然后向上弯曲从而使其前自由端(86)伸进相应壳座中。
4．如权利要求1和2中任一项所述的电连接件，其特征在于：挡片(80)前分支(82)的前端横边(108)与壳座(98)的前端横向止动表面(102)相接合。
5．如权利要求2至4中任一项所述的电连接件，其特征在于：挡片(80)前分支(82)的后端横边(110)与设置在壳座(70)中的后端横向止动表面相接合，该壳座(70)成形于绝缘支座下表面(48)且垂直向下敞口，接触簧片(62)的中间连接段(64)的后部(66)与前分支(82)的后部伸进该壳座中。
6．如权利要求2至5中任一项所述的电连接件，其特征在于：各挡片(80)后分支(84,118)在中间连接段(64)后部(66)所处平面内延伸，然后向上弯曲从而使其横向自由端(118)伸进相应壳座(120)中。
7．如权利要求2至6中任一项所述的电连接件，其特征在于：挡片上具有横向弹性的前分支(82)的自由端被横向夹紧在其相应壳座(98)中而固定。
8．如上述任一项权利要求所述的电连接件，其特征在于：相对于接触簧片(60)的纵向中平面，每个电导体(44)具有对称结构。
9．如上述任一项权利要求所述的电连接件，其特征在于：每个簧片(60)后连接端(68)的下表面(76)位于支座(42)下支承面(48)所处平面之上。
10．如上述任一项权利要求所述的电连接件，其特征在于：电导体之一(44′)在其接触簧片(60)的弯曲前自由端(62,162)附近，具有附加的开关接触簧片(156)，它从弯曲的触点端纵向伸出，并且在接触簧片(60)的工作位置，可与装有连接件的印刷电路板(P)上的导电印制线(162)相接合，以便闭合开关电路，用于在装有该连接件的设备中检测卡片是否在，和/或卡片插入行程是否结束。
11．如上述权利要求所述的电连接件，其特征在于：开关簧片(156)的自由端(158)在垂直方向位于弯曲的触点端(62)的上表面以下。
12．如上述任一项权利要求所述的电连接件，其特征在于：所述电导体(44′)的接触簧片(60)的前触点端(62)分成两段平行的导线束(162)，开关簧片(156)伸展在它们之间。
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