管式电路接插件

本发明涉及一种管式电路接插件，或者，更具体地说，涉及一种用于对例如液晶显示器与控制它的电路板之间、两个显示器之间、或两个电路板之间实行电连接的橡胶基管式电路接插件，并且还涉及制造上述管式接插件的独特的方法。

如所周知，现代的各种各样的电气和电子仪器是通过将多个工作元件例如液晶显示模块和具有控制该工作元件的电路的电路板组装起来而制成的。工作元件的电极端子与电路板之间的电连接通过采用电路接插件(以下简称为接插件)来实现。虽然公知已有各种类型的接插件并在现有技术中应用，但是，最广泛应用的接插件是一种橡胶基的接插件，这种接插件利用橡胶制件的弹性性能保证电极端子之间电接触的可靠性。例如，一种称为“斑纹”型的橡胶基接插件是一种整体的长形件，它具有由沿长度方向交替层迭的多层电绝缘橡胶与多层导电橡胶组成的层迭结构，上述的导电橡胶是一种与导电粉末例如导电碳黑和银粉相混合而形成黑-白条形外观的复合橡胶。

在上述的“斑纹”型接插件中，形成导电层的复合橡胶通常体积电阻系数较高，所以这种类型的接插件不能十分满意地用于例如连接18级或更高级的彩色液晶显示器模块与单色液晶显示器模块时要求低电阻的电极端子之间的电连接，因为液晶显示器的性能可能受接触电阻的影响而发生变化。除非将接触电阻控制到可忽略不计的程度。在连接等离子显示模块时通过每个导电层的电流大到超过例如10mA的情况下。也不适合采用上述的“斑纹”型接插件，因为高电阻会使内部发热而使温度升高。

另外，构成“斑纹”型接插件的橡胶层具有较高的橡胶硬度，所以难以在电极端子与接插件的导电层之间获得可靠的电连接，除非将它们之间的接触压力过分地增大到可能使连接的电路板由于接触压力太大而出现翘曲或者说变形的程度，这就降低了采用上述接插件进行电连接的稳定性。当然，上述问题可通过增大电路板之基板的厚度以承受大的接触压力来解决，然而，这种方法不能经常采用，因为增大电路板厚度的另一方面则要求减小工作元件(例如在要求体积十分紧凑且重量要轻的移动电话中使用的液晶显示模块)的厚度。另外，当形成“斑纹”型接插件的导电层的导电橡胶是与银粉混合的复合橡胶时，有时会在电极之间发生银原子的电迁移现象而引起金属银在电极表面上沉积，从而降低上述接插件的电连接可靠性。

因此，本发明的目的是解决现有技术中的橡胶基电路接插件(更具体地说是“斑纹”型接插件)的问题和缺点，提供一种改进的橡胶基电路接插件，该接插件能以较低的电阻和高的可靠性和稳定性在相对设置的两排电极端子之间实行电连接。

于是，本发明的橡胶基电路接插件基本上是一种整体的管件，它由一个作为芯管的长形的电绝缘橡胶管体与多个在上述芯管上形成的并按固定间距沿轴向排列的环绕芯管的导电环形区组成，上述的相邻的导电环形区由介于它们之间的环形绝缘区互相隔开。

在本发明的第一方面，所发明的管式电路接插件具有：(A)一种作为芯管的电绝缘橡胶型材料的长形管体；和(B)多个在芯管上形成的并按固定间距沿芯管的轴线方向排列的环绕该芯管的环形双层结构包覆层，相邻的环形包覆层由在它们之间形成的环形槽互相隔开，上述环形槽的深度到达芯管的表面，以保证各环形包覆层之间处于非接触状态，其特征在于，每个环形的双层结构包覆层由下列组成：一个用高导电性和高抗氧化性的金属材料例如金制成的作为接触层的最外层；和一个介于上述芯管的表面与上述接触层之间以便将接触层固定在芯管上的基层，该基层由与上述芯管和接触层相容的材料例如合成树脂或除金之外的金属材料制成。

在本发明的第二方面，相邻两个导电材料(例如金)的环形接触层之间的绝缘通过一种聚硅烷化合物的环形涂层来保证，而不用上述的环形槽。

虽然是随意的，但是最好在包覆层上沿管体径向相对的侧面线粘贴一对长形的增强橡胶条，以改善搬运的安全性。

上述的按本发明第一方面的橡胶基接插件可以例如按照由下列步骤组成的方法来制备：(a)在一种长形的电绝缘的橡胶型材料的芯管(A)的整个表面上用一种制造双层包覆层的基层的材料例如合成树脂形成一个涂层；(b)通过按固定间距部分地去除上述涂层(去掉深度达到使芯管的表面裸露出来)而留下环形的基层的方法形成多个宽度恒定的环形槽；和(c)在上述环形基层的表面上形成一种用作接触层的高导电性金属材料例如金的环形镀层。

当进行上述(a)步骤的橡胶管体是一种连续长度的橡胶管时，经过步骤(c)后的管体就是一种首-尾相接的多个单件长度的接插件的连续体，所以在步骤(c)后要继续将管体切成单件长度的接插件。

下面参看附图详细说明本发明，附图中：图1是本发明的橡胶基管式接插件的透视图，图中仅示出具有5个环形包覆层的部分，沿管体的径向相对的轴向侧线上粘贴有两条增强橡胶条；图2A～2F以工件的透视图的形式简单地分别示出制备本发明的橡胶基管式接插件的步骤；图3A和3B以工件的透视图的形式简单地分别示出制备本发明的带有一对增强橡胶条的橡胶基管式接插件的步骤；图4是采用本发明的橡胶基管式接插件置于两排电极端子之间组装的两个电路板的简单剖视图；图5A～5F分别用工件的透视图简单示出按照本发明的第二方面制备本发明的橡胶基管式接插件的步骤。

首先参看图1说明本发明的橡胶基管式接插件的典型实施例。图1仅示出只具有5个环形包覆层61-65的整个接插件本体4的一部分。但是，单个接插件本体4可能具有几十个甚至更多个的环形包覆层6。如图1所示。本发明的橡胶基接插件4是一种由弹性绝缘橡胶(例如硅橡胶)制成的用作芯管1的圆筒形长形管体1构成的整体，在芯管1上并围绕芯管1按固定间距形成5个宽度恒定的环形包覆层61-65(有时删去芯管1端部的包覆层61)。构成每个相邻的环形包覆层对即61与62、62与63、63与64、64与65的包覆层6分别由介入的环形槽51-54将它们互相隔开并保持电绝缘，在环形槽51-54中露出由绝缘橡胶材料制成的芯管1的表面，就是说，环形槽51-54的深度到达芯管1的表面。虽然在图1未清楚地示出，但是，每个环形包覆层61-65都具有双层结构，其基层位于绝缘芯管1之表面与由高导电性和高抗氧化性金属材料(例如：金)制成的最外面的接触层之间。至于基层材料，没有特殊的限制，可以从树脂型材料(包括人造塑性树脂)和金属材料(例如镍)中选择，只要该材料既能与芯管1相容又能与接触层相容，并具有良好的可承受因夹在电路板之间而引起的接插件本体4的变形的弹性变形性能即可。

芯管1的尺寸当然取决于所规定的接插件4的具体用途。在一个典型的实施例中，芯管1的外径不超过6mm，其壁厚为0.5～3mm。最好为0.5～2.5mm。当芯管1的壁厚太大时，管式接插件4会过度地反抗沿径向的压缩变形，从而降低环形包覆层6的金属接触层与电路板的电极端子之间的电接触的可靠性，除非过度地增大接触压力。如果芯管1的壁厚太小，管式接插件4的机械强度自然会降低，保证电连接可靠性的弹性性能也会降低。

制造芯管1的橡胶型材料的实例有：丁二烯基合成橡胶(如：丁二烯-苯乙烯共聚物橡胶、丁二烯-丙烯腈共聚物橡胶、和丁二烯-异丁烯共聚物橡胶)；氯丁橡胶；氯乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物橡胶；聚氨脂橡胶；硅橡胶；和碳氟化合物橡胶，其中，硅橡胶最好，它具有优良的性能如：耐热性、耐寒性、抗化学性、耐气候性和电绝缘性，以及对人体的安全性。

制造芯管1的橡胶型材料的橡胶硬度应为30°H～80°H，最好为40°H～60°H(按照JIS A级)。当橡胶硬度太高时，管式接插件4的刚性太大，抗压缩变形的能力太强，因而降低其电连接的可靠性。但是，如果橡胶硬度太低，橡胶受到的永久压缩的程度就增大，从而降低管式接插件的耐久性。

下面参看图2A～2F说明制备上述的橡胶基管式接插件4的程序。图中以工件的透视图示出在芯管1上按各步骤作业的方式。

图2A是上面所述的作为芯管的由绝缘的橡胶型材料制成的圆筒形管体1的透视图，这种管体1可以是长度连续的管，或单个接插件的单件长度的管。图2B是同一管体的透视图。但是在其中插入了一根心轴10(最好是金属心轴)，以便于随后在管体1的表面上进行作业。

如图2C所示，在本发明方法的步骤(a)中，在管体1的整个表面除了其端面外部做出基层2，该基层2位于芯管1之表面与接触层3之间(所述接触层3与基层2结合构成包覆层6)，可用树脂材料或金属材料制成。适合于制作基层2的树脂材料的实例有：ABS树脂、聚丙烯、聚乙烯、和尼龙，以及各种玻璃纤维增强塑性树脂，从随后的步骤中用电镀法形成接触层3的效率考虑，上述的被称为金属-电镀类的ABS树脂和聚丙烯树脂最好。用上述树脂材料制成的基层2的厚度为0.5～20μm，当基层2的厚度太大时，其强度和刚性会高到降低其随芯管1变形的性能，并可能在其内部产生裂纹。如果基层2的厚度太小，有时会在薄的基层2中出现针孔，更不用说会增加其厚度的不均匀性。

下一步骤(b)是做出沿芯管1的轴向呈固定间距分布的环形槽5(如图2D所示)。该环形槽5可通过采用例如YAG激光束将上述树脂材料的基层2切去或者说刮削掉(深度多达20μm以露出芯管1的表面)而形成。每个环形槽5的宽度例如为50μm，这一宽度足以保证随后在各个基层2上形成的并与其一起构成包覆层6的接触层3之间的电绝缘。

在紧接上述步骤(b)的步骤(c)中，在各个由步骤(b)形成的环形槽5隔开的树脂材料制的环形基层2上做出用作接触层的金属镀层3(如图2E所示)而形成一个由基层2与接触层3组成的双层结构的包覆层6。

形成接触层3的金属材料应选用那些对化学腐蚀和氧化具有高的抗力和稳定性且体积电阻系数低的金属，在这些方面最佳的金属是金。作为基层2上的接触层的金属镀层3的厚度应为0.01～50μm。当该厚度太大时，会使镀层3的刚性太大而使其不能很好地随芯管1在两个电路板之间的压缩作用下的弹性变形而变形可能产生裂纹。如果金属镀层3的厚度太小，除了可能使镀层厚度不均匀外，有时还会使镀层3内出现针孔。

通过图2E所示的步骤(c)的加工后的管体4若除去心轴10(如图2F所示)便可作为接插件来使用。但是，最好在除去心轴10之前在管体4上粘上两条增强橡胶条7，7(见图3A)，该两橡胶条7，7设置在管体4的径向相对两侧且沿轴向延伸的线上，其目的是方便搬运管式接插件并提高接插件安装在两排电极端子之间的可靠性。心轴10拆去后如图3B所示。

增强橡胶条7，7采用例如拉平或者说展开的方法在低收缩的塑料树脂的基体薄膜上形成一层高硬度橡胶而制成。上述基体薄膜可以是聚酯树脂(如：聚对苯二甲酸乙酯、聚对苯二甲酸丁酯和聚乙烯腈)和聚酰亚胺树脂。高硬度橡胶可以是氯丁橡胶、硅橡胶、聚异丁烯橡胶、丁基橡胶、碳氟橡胶和尿烷橡胶，其中，硅橡胶最佳，因为它具有良好的承受不利环境条件的耐气候性和高的力学性能。

增强橡胶条7，7的材料的橡胶硬度应为60°H～90°H，最好为70°H～80°H(按照JIS A级)。橡胶硬度太高会增大对接插件的压缩载荷，而橡胶硬度太低会使其外表发粘，滑动性降低，从而降低装配工作效率。虽然增强橡胶条7，7的厚度根据管式接插件4的大小而定，但是，从接插件的两侧粘贴增强橡胶条7，7后尺寸的增大程度考虑，橡胶条7，7的厚度通常为50～500μm，最好为80～150μm。

下面更详细地说明制备本发明的管式接插件的程序。

首先，用挤压机将一种通过在混炼机中捏合而增塑的电绝缘的橡胶化合物挤压成型为一种管状制品，该制品在规定温度下加热一段规定的时间而硬化，形成一种如图2A所示的固化橡胶的管体1；该管体1可以是连续长度的管。或者，根据需要切成单件长度的管段。在固体橡胶管体1的孔内插入一根作为管体1的转轴的金属心轴10(如图2B所示)之后，将管体1安装在丝网印刷机上，并在转动和沿轴向移动的情况下涂上塑性树脂基涂层组分而形成一层均匀的塑性树脂涂层2，如图2C所示。

然后，对上述的外表面上涂有均匀涂层2的作为芯管的管体1进行如图2D所示的加工步骤，将基层2分成多个由环形槽5隔开的环形基层2，上述的环形槽5是通过用合适的工具例如YAG激光切割机(图中未示出)沿整个环区去掉涂层留下基层2而形成的，它们沿轴向按固定的间距分布在管体1上。重要的是要通过合理地控制YAG激光切割机的加工条件包括例如输出功率(此值为1～600瓦，最好为300～600瓦)、照射时间(此值为每条环形槽5为0.05～3.0秒)和激光束直径(此值为20～50μm)，使涂层2的去除深度达到裸露出芯管1的表面。

当激光输出功率太小时，不能达到良好的工作效率，当然，当激光输出功率太大时，固化橡胶芯管1的表面所承受的能量密度很大，可能导致橡胶的老化和变质。

当激光束对每个单一环形槽5的每次加工周期的照射时间太短时，涂层2的去除就不完全，但若照射时间太长，就不可避免地发生芯管1的固化橡胶的老化或变质而使其失去弹性。

当激光束的直径太大时，每个环形槽5的宽度会相应地增大，所以要在基层2上形成的接触层3的宽度便相应地减小(假设间距相同)。当激光束的直径太小时，就不能在一次照射激光束时形成所需宽度的环形槽5，故必需对管体1照射几圈，所以工作效率就降低。

最后，在每个环形基层2上形成一层作为接触层的金属导电镀层3，这就完成了分别由基层2和接触层3组成的包覆层6。接触层3的电镀金属最好是金，因为它具有高的金属导电性和能经受大气下的氧化和各种化学物质的腐蚀的十分高的稳定性。这时带有多个环形包覆层6的管体4仍然由心轴10支承(如图2E所示)，然后从管体4抽去心轴10，这就制成了本发明的管式接插件，如图2F所示。

虽然如上所述是否粘贴胶条是任意的，但是，为了便于管式接插件的搬运，带有多个由环形槽5隔开的环形包覆层6的管体4(此时仍由心轴10支承着，如图2E所示)最好在其表面上沿径向相对的两侧线和轴向延伸地粘贴一对增强橡胶条7，7(如图3A所示)，然后抽去心轴10，便完成了本发明的增强的管式接插件，如图3B所示。上述的每条增强橡胶条7，7可以通过在管体4的两侧线上粘贴一种未固化的橡胶条，然后使这种未固化的橡胶条固化而与管体4成为一个整体而形成。

按上述方法制成的本发明的管式接插件4可用作一种高可靠性的大电流的电路接插件，因为它采用体积电阻系数低和稳定性很高的金形成具有双层结构的包覆层6的接触层，所以上述接插件没有电迁移和电解腐蚀现象，用它可在多排电极端子之间获得良好且可靠的电连接，即使在芯管1的橡胶硬度高而使接触压力较小的情况下也是如此，所以，本发明的管式接插件4可以在即使是十分紧凑和比较脆弱的仪器例如移动电话中使用而不会出现由于接触压力所造成的电路板变形或翘曲的麻烦。

图4示出本发明的在两排电路板11、12的电极端子11A、12A之间分别与其实行电连接的具有增强橡胶条7，7的管式接插件4的剖视图。该管式接插件4在沿上下方向的中等压力下，变成高度由两个位于电路板11、12之间的撑条13、13限定的椭圆形，从而在芯管1足够的弹性变形的作用下，通过双层结构的包覆层6的接触层3在电极端子11A、12A之间形成可靠的电连接。由于金的接触层3的厚度小，且金具有跟随底层变形的良好形变性能，故接触层3不会受到因芯管1变形造成的任何不利的影响，或者，从另一方面来看，芯管1的弹性不受金接触层3的影响。

另外，管式接插件4在压力的作用下变成椭圆形也具有增大电极端子11A、12A与用于电连接的接触层3之间的接触表面积的作用。

正如上面所详述的那样，包覆层6具有一种由合成树脂的基层2与金制的接触层3组成的双层结构，因此，这种结构的一种可能变化是基层2不用合成树脂而用金属或其他导电材料制成，上述的金属和其他导电材料包括非金的金属例如银、铂、铜、铁、钴、铝、不锈钢、钛、锌等，以及导电的金属氧化物和碳化物例如：氧化锡、氧化铟、碳化钨、碳化钽、碳化钛等，只要这些材料能具有与固化橡胶的芯管1的表面和与在其上面形成的金接触层3的良好连接强度即可。这类材料的基层2的厚度为0.01～50μm。

除了采用导电材料作为介于芯管1与金接触层3之间的基层2的材料之外，本发明的管式接插件4也可按制备由合成树脂形成基层2的管式接插件4同样的方法来制备。

根据本发明的第二方面(制备管式接插件4的步骤示于图5A～5F)，将电绝缘的橡胶型材料的芯管1(见图5A)支承在心轴10上，并首先涂上一层聚硅烷化合物，在芯管1的整个外表面上形成一层均匀的涂层20。上述的聚硅烷化合物是一种有机硅聚合物，它在各种有机溶剂中具有良好的溶解性，并具有良好的抗氧等离子的性能和稳定性。尤其是，上述聚硅烷化合物适合于采用紫外光按图形照射而制作布线图案，在各种类型的聚硅烷化合物中，具有线性分子结构的聚苯基硅烷最适用于本发明。用聚硅烷化合物形成的涂层20干燥后的厚度应为0.1～20μm。当聚硅烷层20的厚度太大时，涂层20的刚性会增大而降低随芯管1变形的适应性。聚硅烷化合物层20可以通过在芯管1之表面涂上聚硅烷化合物溶于有机溶剂中的溶液然后干燥而制成。

在芯管1的整个外表面涂上聚硅烷层20(图5B)后下一步是用紫外线按图形有选择地照射围绕芯管1的环形区上的聚硅烷层20，由于聚硅烷化合物在氧化气氛中被紫外光照射后会分解成二氧化硅，故选择性地照射聚硅烷层20的步骤可通过使紫外光透过带有多个槽15A的遮光板15来完成，上述的槽15A可以是按所需间距排列的直线式的或波形的槽(如图5C所示)，与此同时，芯管1借助于插入芯管1的心轴10而绕轴线转动，这样，聚硅烷化合物转变为二氧化硅，从而环绕芯管1形成多个分别位于两个环形聚硅烷层20之间的环形的二氧化硅层20A(见图5D)。

金的接触层30不是在未转变成二氧化硅层的环形聚硅烷层20上形成，而是在聚硅烷已通过合适方法转变成二氧化硅层20A而除去聚硅烷后的环形区上形成(见图5E)。

最后(尽管是任选的)，在抽去心轴10之前，在上述制得的管式接插件40的一侧或两侧分别粘贴上增强橡胶条7(图5F)。

下面通过实例更详细地说明本发明的橡胶基管式电路接插件及其制备方法。

实例1

将一种硅橡胶(KE 151U，Shin-Etsu化学公司的产品)置于混练机中与固化剂捏合及混合而增塑，将经过增塑的硅橡胶组分挤压成外径为3.4mm、内径为2.0mm的连续长度的管子，该管子在195℃的热空气炉内进行固化处理3分钟。再将上述经过固化的连续长度的硅橡胶管切割成每段300mm的单件长度的管段1。将一根长400mm、直径为2.1mm的不锈钢心轴10插入上述的300mm长的管体1的孔内，通过心轴10将管体1安装在印刷机上，并在绕轴线转动和沿轴向移动的情况下涂上塑性的含树脂的涂层，然后进行干燥，制成一层厚度为10μm的均匀的塑性树脂涂层2。

下一步，通过光点直径为50μm的YAG激光束在环形区中选择性地去除作为基层2的塑性树脂层而形成沿芯管1的轴向分布的宽50μm、深20μm、等间距为0.1mm的多个环形槽5，在环形槽5中裸露出芯管1的底层橡胶层。YAG激光机的工作输出功率为600瓦，制备每条环形槽5的工作时间为0.5秒。

被50μm宽的环形槽5隔开而分成各为50μm宽的环形区的塑性树脂层2分别进行两次电镀，首先镀一层厚度为1μm的镍，然后镀一层厚度为0.5μm的金，而形成接触层3。

用相同的硅橡胶(上述的KE 151U)分别制成宽度为1mm、厚度为0.1mm的未固化的硅橡胶条，将它们粘贴在芯管1的径向相对的两侧上，然后在185℃热处理30分钟，使上述硅橡胶组分固化成橡胶硬度高达JIS A级80°H的固化硅橡胶，用作增强橡胶条7，7。最后，从管体4抽去不锈钢心轴10，然后沿轴线方向切割成各自长度为10mm的单件，用作本发明的一种电路接插件。

实例2用硅橡胶化合物(KE 151U 100，Shin-Etsu化学公司的一种产品)按照与实例1大致相同的方法制成一根外径为3.0mm、内径为2.0mm的连续长度的未固化的硅橡胶管，并在195℃的热空气炉中固化处理3分钟，制成一种连续长度的固化的硅橡胶管体。

将上述连续长度的管切割成每段300mm长的单件管体，将由插入芯管1中的直径为2.1mm长度为400mm的不锈钢心轴10支承的上述300mm长的芯管1置入溅射装置的真空室内，并在绕心轴10转动和沿轴向移动的情况下在芯管1的整个外表面上花1000秒的时间形成一层用作基层2的厚度为30nm的导电的氧化铟喷镀涂层。

随后的制备本发明管式电路接插件的程序与实例1所述的大致相同，包括形成用作基层2的与实例1尺寸相同并按相同间距排列的环形槽5的步骤、形成镀层厚度与实例1相同的镍和金的双镀层的步骤，以及在管体4的径向相对的外表面上粘贴两条增强橡胶条7，7然后将管体4切成10mm长的单件的步骤。

实例3用与实例1相同的硅橡胶化合物制备一种外径为3.4mm、内径为2.0mm的连续长度的未固化的硅橡胶管，并在195℃的热空气炉中加热3分钟进行固化处理。将已固化的连续长度的硅橡胶管切成每根长度为300mm的管段。

将一根长度为400mm、直径为2.1mm的不锈钢心轴10插入作为芯管1的上述300mm长的管体的孔内，然后，在芯管1的整个外表面上均匀地涂上具有线性分子结构的聚苯硅烷涂层组分，然后在120℃干燥10分钟，形成聚苯硅烷涂层20。

然后在带有宽度为0.05mm、固定间距为0.1mm的槽15A的遮光板15(见图5C)的保护下并在芯管1绕心轴10转动的情况下用从低压汞灯发出的波长为254nm的紫外光对上述的聚苯硅烷涂层20的环形区进行照射，照射时间为10分钟，使照射区的聚苯硅烷分解，并转变为二氧化硅，从而形成多个宽度分别为0.05mm、形状为波环形、并保持互相平行的环形二氧化硅层20A。

将已按上述方法形成多个环形二氧化硅层20A的管体1浸入贵金属盐的溶液中，以便在二氧化硅层20A上沉积贵金属胶体粒子，然后，对上述管体进行化学镀层处理，以便在带有贵金属胶体粒子的二氧化硅层20A的表面上形成一种厚度为1μm的镀镍层，然后在该镀镍层的表面上形成一层厚度为0.5μm的镀金层，用作接触层30。

随后的制备本发明的单件长度的管式电路接插件的程序大致与实例1相同，包括下列步骤：在管体的径向相对的侧面上粘贴增强橡胶条7，7，将不锈钢心轴10抽出管体，以及将300mm长的管体40切成各自长度为10mm的单件接插件。