專利名稱：用于一臺(tái)設(shè)備的兩個(gè)零部件的組裝元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一臺(tái)設(shè)備的兩個(gè)零部件的組裝元件，其中，該組裝元件至少在設(shè)備已裝配好的狀態(tài)與這兩個(gè)設(shè)備零部件形狀閉合地連接。
已知的組裝元件例如是螺釘、鉚釘或夾子，借助它們?cè)谠O(shè)備的兩個(gè)零部件之間尤其建立一種形狀閉合和必要時(shí)還力傳遞的連接。
尤其在半導(dǎo)體電子技術(shù)領(lǐng)域，隨著元器件及裝配工藝的發(fā)展，越來(lái)越大的集成密度日益導(dǎo)致更大功率、更小和更輕的部件及相應(yīng)的設(shè)備。除了對(duì)這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)提出高的質(zhì)量要求外，為了降低成本，設(shè)備的生產(chǎn)和裝配應(yīng)盡可能自動(dòng)化完成。隨著日益發(fā)展的小型化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在這方面面臨的問題是，可供此類設(shè)備零部件組裝和連接用的空間位置越來(lái)越小，或者說越來(lái)越難以接近連接部位。
此外，某些設(shè)備的制造商受法規(guī)的限制被迫召回許多老設(shè)備并提供一些用于處理或改造老設(shè)備的裝置。因此，出自于成本的考慮這些設(shè)備必須能方便地拆卸。
因?yàn)樵S多設(shè)備的制造商迄今還沒有承擔(dān)召回老設(shè)備的責(zé)任，所以只是在產(chǎn)品的開發(fā)改進(jìn)過程中小范圍地引入一些有關(guān)于拆卸設(shè)備零部件的要求。尤其是用于電路板/配備的工藝學(xué)正處于變革之中；產(chǎn)品開發(fā)正日益建立在革新的和高集成的工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，這樣的工藝技術(shù)例如“倒裝法”工藝、“Ball grid-Arrays”工藝、“All layers interconnected via holes”工藝等。在這些新工藝技術(shù)中力求高的集成密度；其結(jié)果是，可供用于組裝、連接和接縫技術(shù)的容積相應(yīng)變小。采用傳統(tǒng)的連接工藝，如螺釘連接、鉚接或夾緊連接，使這種小型化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組裝或拆卸越來(lái)越困難。
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，為尤其這種小型化設(shè)備的組裝提供一種組裝元件，它即使在不可接近和/或小型化的連接部位也能方便地組合和/或拆卸設(shè)備的至少兩個(gè)零部件。在設(shè)備已裝配好的狀態(tài)下，組裝元件應(yīng)保證在至少有待連接的零部件之間的機(jī)械連接。
上述技術(shù)問題通過采取下列措施來(lái)解決組裝元件含有至少一種記憶金屬元件或由這樣的記憶金屬元件構(gòu)成，它在設(shè)備的裝配狀態(tài)或在裝配階段(＝設(shè)備組裝階段)有第一種形狀，而在設(shè)備已裝配好的狀態(tài)下則有第二種保證設(shè)備零部件之間機(jī)械連接的形狀，這種形狀是在設(shè)備組裝前利用記憶金屬元件的記憶特性被銘記下來(lái)的。在這里，機(jī)械連接可以理解成是在每一個(gè)有待連接的設(shè)備零部件與至少一個(gè)記憶金屬元件之間任意的形狀閉合。
采用本發(fā)明的該設(shè)計(jì)所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，通過針對(duì)應(yīng)用情況專門特制的材料特性，可以滿足設(shè)備不同使用壽命階段的要求，其中通過使用至少一個(gè)有記憶特性的元件，可在此元件內(nèi)組合一些功能，如優(yōu)化間距或減弱振動(dòng)。取代昂貴的定距器和/或難以應(yīng)用的螺釘/鉚釘/夾子或卡扣連接(它們?cè)谘b配技術(shù)中全都要求附加的工藝步驟)，按本發(fā)明是通過采用記憶金屬元件，以記憶效應(yīng)為基礎(chǔ)來(lái)調(diào)整形成第二種形狀，在裝配后以簡(jiǎn)單的方式保證期望的形狀閉合以及可能必要的力傳遞，第二種形狀的這一調(diào)整按本身早已公知的方式實(shí)現(xiàn)，亦即通常通過有針對(duì)性地?zé)崽幚韥?lái)完成。
由從屬權(quán)利要求可知按照本發(fā)明的組裝元件其它有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。
例如特別有利的是在設(shè)備的組裝狀態(tài)下由至少一個(gè)記憶金屬元件實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)電連接和/或?qū)徇B接。因?yàn)檎窃诟叨刃⌒突脑O(shè)備中，用于觸點(diǎn)接通的措施和尤其在比較大的熱交換面積上用于散熱的措施有十分重要的意義。而采用按本發(fā)明的組裝元件可按簡(jiǎn)單的方式滿足相關(guān)要求。
此外，比較有利的是，至少一個(gè)有記憶特性的元件具有彈簧、窄條、銷釘或鉚釘?shù)男螤睢＞哂羞@種特殊使用形狀的構(gòu)件可有利地即使在小的空間也能定位在有待連接的零部件之間。
比較有利的是所述記憶金屬元件可與有待連接的其中一個(gè)設(shè)備零部件剛性連接，例如釬焊在此零部件上。這種釬焊連接可有利地與設(shè)備或設(shè)備零部件其他構(gòu)件的釬焊同時(shí)進(jìn)行。這尤其在高度小型化的設(shè)備中有突出的優(yōu)點(diǎn)。
除此之外可以認(rèn)為比較有利的是，為了拆卸設(shè)備，通過在空間上將其中一個(gè)零部件與該記憶金屬元件分離，至少取消在該記憶金屬元件與至少一個(gè)設(shè)備零部件之間的力傳遞。因?yàn)樵谠撚洃浗饘僭c有待連接的零部件之間的形狀閉合和/或力傳遞，通常只不過是通過該記憶金屬元件在施加一個(gè)可能僅僅比較小的壓緊力的情況下貼靠在此零部件上實(shí)現(xiàn)的，所以有可能方便地拆卸，而不必?fù)p壞或破壞此零部件。以此方式還可以將貴重的零部件和/或有記憶特性的元件重復(fù)利用于相同或類似的應(yīng)用目的。由此也開創(chuàng)了無(wú)需對(duì)具有記憶特性的元件與可分開的零部件之間的連接采取機(jī)械干預(yù)進(jìn)行拆卸或自動(dòng)分解的途徑。
優(yōu)選地，所述至少一個(gè)記憶金屬元件作為兩個(gè)設(shè)備零部件之間的定距器。這樣一來(lái)，這些設(shè)備零部件在設(shè)備例如在一外殼內(nèi)部組裝時(shí)只需要松散地互相拼合或上下放置即可；這些零部件在設(shè)備內(nèi)部的最終定位之后借助激活相關(guān)記憶金屬元件的記憶特性形成第二種形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。
但也可以將所述至少一個(gè)記憶金屬元件設(shè)計(jì)為夾緊器，通過它可以在有待連接的設(shè)備零部件之間提供一種夾緊連接。
為了激活所述至少一個(gè)記憶金屬元件的第二種形狀，可為它配設(shè)加熱措施。這種加熱措施比較有利地可以是通過相關(guān)記憶金屬元件的一個(gè)加熱電流或設(shè)置在該記憶金屬元件外部的加熱器。多個(gè)記憶金屬元件的激活并不一定需要同時(shí)進(jìn)行。
所述至少一個(gè)記憶金屬元件可有利地至少部分由鈦鎳合金或鎳錳合金或銅鋁合金制成，其中必要時(shí)還含至少另一種合金成分。上述材料杰出的耐腐蝕性本身意味著一種特殊的性質(zhì)，這種性質(zhì)使得按本發(fā)明的元件有可能應(yīng)用于自行式交通工具如汽車中，或應(yīng)用于其他分散、移動(dòng)的場(chǎng)合和受環(huán)境影響的大氣中。因而也開啟了在這種大氣環(huán)境中制造的途徑。
由其余的權(quán)利要求可知按本發(fā)明的連接元件其他有利的設(shè)計(jì)。
下面參見一些附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，這些附圖分別以斜視圖的方式示意表示具有本發(fā)明組裝元件的一種設(shè)備有利的實(shí)施形式。其中

圖1和2表示一個(gè)相應(yīng)的電子設(shè)備的兩個(gè)不同的組裝狀態(tài)，以及圖3表示此設(shè)備的一種拆卸的可能性。
在這些附圖中相應(yīng)的部分用同樣的附圖標(biāo)記表示。
利用本發(fā)明記憶金屬元件可在一種設(shè)備(優(yōu)選為電子設(shè)備)的各零部件之間創(chuàng)造一種通常至少局部可拆的形狀閉合和必要時(shí)也力傳遞的連接，或建立這樣一種與設(shè)備零部件的連接。所述設(shè)備可尤其是一種其元器件具有高集成度的裝置，例如是手機(jī)、電子筆記本或用于自動(dòng)化技術(shù)或汽車技術(shù)的電子控制器。這種設(shè)備通常具有多個(gè)設(shè)備零部件，如印刷線路插件或電路板、屏蔽板或屏蔽膜，在組裝時(shí)(＝在這些零部件拼合時(shí))，應(yīng)在它們之間形成機(jī)械連接。對(duì)這些連接往往還提出一些特殊的要求，例如設(shè)備零部件相互之間或相對(duì)于另一些設(shè)備零部件如金屬框架或屏蔽板或屏蔽膜有精確的間距和/或散熱。一個(gè)相應(yīng)的電子設(shè)備作為圖示實(shí)施例的基礎(chǔ)。
圖1表示這樣一種總體用2表示的設(shè)備的組裝狀態(tài)(＝組裝過程或組裝階段)。此設(shè)備有一個(gè)外殼3的底部3a以及兩個(gè)裝在底部側(cè)面的側(cè)部3b和3c。這些例如用鋁板或鋼板或塑料如ABS制的外殼部分代表一個(gè)基本外殼單元，它應(yīng)從其向上開口的那一側(cè)裝入扁平的零部件。這些零部件可優(yōu)選地是線路板或印刷線路插件，它們配備各種電子元器件。對(duì)于本實(shí)施例可認(rèn)為是一組件的電路板4a。這些零部件同樣可以是屏蔽板或屏蔽膜，在本實(shí)施例中它們可認(rèn)為是在電路板4a兩(平)側(cè)的屏蔽板4b和4c。這些零部件4a至4c的平面尺寸與外殼底部3a的平面尺寸相配。它們?cè)谟刹糠?a至3c組成的外殼單元內(nèi)部的疊置，按規(guī)定的順序，在沒有止動(dòng)或固定的情況下，沿由箭頭5示意表示的所選擇的裝配或配備方向進(jìn)行。在至少有些板上，在本實(shí)施例中是在屏蔽板4b和4c上，安裝板條狀記憶金屬元件6i和彈簧狀記憶金屬元件7i，例如將它們釬焊在下屏蔽板4b的上側(cè)和上屏蔽板4c的下側(cè)和上側(cè)。記憶金屬元件6i和7i在此時(shí)有預(yù)定的第一種形態(tài)或形狀，在這種形狀不妨礙組裝。等到完成組裝后這些記憶金屬元件應(yīng)不只是用于使板4a至4c彼此之間有一期望的間距。而是還應(yīng)通過它們保證由這些板構(gòu)成的堆疊在完成組裝后在封閉的外殼3內(nèi)部完成固定。也就是說，至少在此狀態(tài)下，在板疊4a至4c與外殼3之間應(yīng)存在一種形狀閉合和優(yōu)選地還存在力傳遞。
按圖2在用一外殼頂部3d封閉外殼3后，記憶金屬元件6i和7i借助一配設(shè)的加熱裝置通過熱處理被激活。這種熱處理通常借助于在外部的加溫或通過元件本身通電流實(shí)現(xiàn)。通電流也可以為各板逐步進(jìn)行。因此，基于這種激活記憶金屬元件處于其第二種形態(tài)或形狀，這種形狀是在將它們裝在相關(guān)的板4b或4c上之前按本身早已公知的方法被銘記下來(lái)的。在圖2中記憶金屬元件6i和7i在它們被激活后用6i′或7i′表示。由圖可見，記憶金屬元件6i′和7i′的這第二種形狀保證了在各相鄰的板4a至4c彼此之間以及相對(duì)于外殼3的底部3a及頂部3d之間的形狀閉合和力傳遞。也就是說，通過激活此元件，實(shí)現(xiàn)了組件電路板4a和屏蔽板4b和4c在外殼3內(nèi)部的自動(dòng)調(diào)整，而無(wú)需從外部在特別不好接近的部位施加任何機(jī)械干預(yù)。
為了拆卸該配備有組件電路板4a和屏蔽板4b和4c的外殼3，將外殼3打開，此時(shí)例如掀開頂部3d以及將側(cè)部3b和3c側(cè)向取走。在這種情況下取消了通過記憶金屬元件6i′和7i′相對(duì)于這些外殼部分的形狀閉合和力傳遞；并且，現(xiàn)在各板4a至4c可取出作它用。
這意味著，例如按法規(guī)的規(guī)定和為了更換或重新裝備功能部件時(shí)的深度拆卸，均可在將外殼部分打開后無(wú)需附加的工作量和無(wú)破壞地予以實(shí)現(xiàn)。
記憶金屬元件6i和7i至少部分用已知的形狀記乙合金之一制造。這些合金例如是鈦鎳合金，其中鈦成分和鎳成分構(gòu)成主要成分以及還可存在另一些合金成分。此外還已知含另一些合金成分的銅鋁合金，其中鋁成分的含量可大于或小于其他合金成分。例如由“Matrerials Science andEngineering”卷A202，1995年，第148至156頁(yè)可知不同組成的鈦鎳合金和鈦鎳銅合金。在“Intermetallics”卷3，1995年，第35至46頁(yè)以及在“ScriptaMETALLURGICA et MATERIALIA”卷27，1992年，第1097至1102頁(yè)中，介紹了特殊的Ti50Ni50-xPdx形狀記憶合金。當(dāng)然還有另一些形狀記憶合金適用于替代鈦鎳合金。例如可考慮使用銅鋁形狀記憶合金。由“Z.Metallkde”卷79，冊(cè)10，1988年，第678至683頁(yè)已知一種相應(yīng)的CuZn24Al3合金。在“Scripta Materialia”卷34，號(hào)2，1996年，第255至260頁(yè)中介紹了另一種銅鋁鎳形狀記憶合金。對(duì)于上面已提及的雙元合金或三元合金，還可以按已知的方法添加其他合金元素，例如Hf、Pd、Au、Pt、Cr或必要時(shí)Ti。例如，此至少另一種成分的摩爾含量低于5％，但也可以與之有很大的差別。在“Transactions of the ASME”卷121，1999年1月，第98至101頁(yè)中提到各種雙元記憶金屬另一些可能的合金成分，它們主要針對(duì)鎳錳合金。
對(duì)于上面已說明的實(shí)施例，可選擇一種鎳鈦鈮形狀記憶合金。相應(yīng)的合金可在市場(chǎng)上買到并例如基于其生產(chǎn)過程有下列特性?shī)W氏體溫度＞+50℃；馬氏體溫度＜-50℃。同時(shí)，取決于生產(chǎn)過程可達(dá)到的滯后范圍(Hysteresebreiten)在-150℃與+100℃之間。在規(guī)定的數(shù)百度的高溫下使相應(yīng)的記憶金屬元件銘記下一種期望的高溫形狀，它可看作是此元件的第二種形狀。當(dāng)冷卻到室溫時(shí)，此第二種形狀轉(zhuǎn)變成原始形狀(＝第一種形狀；參見圖1)。在設(shè)備組裝時(shí)以此記憶金屬元件的原始形狀為基礎(chǔ)。若現(xiàn)在加熱此元件或與此元件連接的屏蔽板或另一個(gè)構(gòu)件到溫度高于記憶金屬的奧氏體溫度，例如加熱到60至80℃，則此元件恢復(fù)變成其所銘記的高溫形狀(＝第二種形狀；見圖2)。此第二種形狀即使在重新冷卻到室溫時(shí)仍然維持，并且基于此特殊金屬的滯后特性只有在更低的溫度下(低于馬氏體溫度)才能使之復(fù)原。
可應(yīng)用于本發(fā)明元件6i，7i的是具有所謂單向效應(yīng)或雙向效應(yīng)的記憶金屬。具有單向效應(yīng)記憶金屬的元件，當(dāng)超過例如處于60°至80°的奧氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，可回記起其在很高的溫度例如約800℃時(shí)所銘記的高溫形狀。此高溫形狀之后即使在冷卻到一個(gè)任意的較低溫度時(shí)，例如冷卻到室溫或低于室溫時(shí)，仍然保持不變。不過這樣一種單向效應(yīng)元件在低溫狀態(tài)，尤其在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，可在另一個(gè)致動(dòng)器例如一個(gè)普通的彈簧作用下變形。然而通過加熱它又可重新具有其所銘記的高溫形狀。具有雙向效應(yīng)記憶金屬的元件通過被加熱也可具有其在很高的溫度下所銘記的高溫形狀。然后，通過一種訓(xùn)練，例如通過在相比之下較冷的(＝不加熱或重新冷卻的)狀態(tài)下進(jìn)行的20至200次變形，因而當(dāng)冷卻到所謂的馬氏體相時(shí)記憶金屬便取其“訓(xùn)練”形狀。這導(dǎo)致這樣一種雙向效應(yīng)元件根據(jù)溫度有不同的變形，亦即要么具有高溫形狀(例如加熱到80℃以上時(shí))要么具有低溫形狀(例如冷卻到-20℃以下時(shí))。換句話說，取決于溫度，雙向效應(yīng)的元件可自動(dòng)具有所銘記的高溫形狀或訓(xùn)練得到的低溫形狀。
上述兩種類型的金屬均可應(yīng)用于按本發(fā)明的元件。這樣，尤其在為了拆卸而打開外殼的情況下，可使各組件、電路板和薄板各自自由放置著。具有單向效應(yīng)的材料有成本優(yōu)勢(shì)。用雙向型材料制的元件則相反，當(dāng)強(qiáng)烈冷卻時(shí)恢復(fù)其原始形狀(＝第一種形狀)，并因而也可在不拆開外殼的情況下取消其在已裝配好狀態(tài)下的力傳遞。
權(quán)利要求
1.一種用于一設(shè)備的兩個(gè)零部件的組裝元件，其中該組裝元件至少在設(shè)備已裝配好的狀態(tài)下與這兩個(gè)設(shè)備零部件機(jī)械地連接，其特征在于該組裝元件至少包含一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)或由它構(gòu)成，該記憶金屬元件-在設(shè)備(2)的組裝狀態(tài)下具有第一種形狀，而-在設(shè)備已裝配好的狀態(tài)下則具有保證設(shè)備零部件(3a-3d、4a-4c)之間機(jī)械連接的第二種形狀，這第二種形狀是在設(shè)備組裝前通過充分利用記憶金屬元件的記憶特性而被該記憶金屬元件所銘記下來(lái)的。
2.按照權(quán)利要求1所述的組裝元件，其特征為在設(shè)備已裝配好的狀態(tài)下，在零部件之間通過所述至少一個(gè)記憶金屬元件形成力傳遞。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的組裝元件，其特征為在設(shè)備的組裝狀態(tài)下，通過所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i)實(shí)現(xiàn)所述機(jī)械連接同時(shí)又實(shí)現(xiàn)所述電連接和/或?qū)徇B接。
4.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為為了拆卸設(shè)備(2)，可取消在所述記憶金屬元件(6i′，7i′)與至少一個(gè)設(shè)備零部件(4a至4d、3a至3c)之間的機(jī)械連接。
5.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)具有彈簧、窄條、銷釘或鉚釘?shù)男螤睢?br> 6.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)與有待連接的設(shè)備零部件之一剛性連接。
7.按照項(xiàng)權(quán)利要求6所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)釬焊在其中一個(gè)設(shè)備零部件上。
8.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)用一種鈦鎳合金或鎳錳合金或銅鋁合金制，它必要時(shí)還含有至少另一種合金成分。
9.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)是單向或雙向型的記憶金屬元件。
10.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)被用作定距器。
11.按照權(quán)利要求1至9之一所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件被用作夾緊器。
12.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝元件，其特征為所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)配備有相應(yīng)的加熱手段。
13.按照權(quán)利要求12所述的組裝元件，其特征為作為加熱手段采用通過所述至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)的加熱電流或在所述記憶金屬元件外部的一個(gè)加熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種至少在設(shè)備(2)已裝配好的狀態(tài)下與兩個(gè)設(shè)備零部件機(jī)械連接的組裝元件。作為組裝元件采用至少一個(gè)記憶金屬元件(6i，7i)，它在設(shè)備(2)組裝狀態(tài)下具有第一種形狀，而在設(shè)備已組裝完成的狀態(tài)下則具有保證設(shè)備零部件(3a－3d、4a－4c)之間機(jī)械連接的第二種形狀，這第二種形狀是在設(shè)備組裝前通過充分利用該記憶金屬元件的記憶特性為該記憶金屬元件所銘記下來(lái)的。
文檔編號(hào)H05K7/12GK1480017SQ01820394
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者斯蒂芬·考茨, 海因茨·澤寧格, 澤寧格, 斯蒂芬 考茨 申請(qǐng)人:西門子公司