DE3151933C2 - Elektrischer Verbinder - Google Patents

Abstract

Der erfindungsgemäße Verbinder weist eine dielektrische Matrix (1) mit zwei Oberflächen (2 und 3) auf, die zu den zu verbindenden stromführenden Elementen, beispielsweise zu den Kontaktflächen (14) der Mikroschaltungen (15), gerichtet sind. In der Matrix (1) sind mindestens zwei parallellaufende Reihen der Kontakte (4) derart angeordnet, daß deren Enden (5 und 6) an die entsprechenden Oberflächen (2 und 3) geführt sind. Die Kontakte (4) in jeder Reihe sind erfindungsgemäß als federnde Drahtstücke (7) ausgebildet und miteinander elektrisch verbunden. Die Kontakte (4) in jeder Reihe können auch als gelochte Lamellen (10) ausgeführt werden. Der erfindungsgemäße Verbinder eignet sich besonders gut für den Einsatz in der funkelektronischen und funktechnischen Industrie, beispielsweise als Verbinder für Mikroschaltungen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbinder der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5 vorausgesetzten Art.

Die Erfindung kann in der elektrotechnischen, funktechnischen sowie funkelektronischen Industrie eingesetzt werden, insbesondere dort, wo eine hochzuverlässige, stoßfeste elektrische Verbindung erforderlich ist.

Der erfindungsgemäße Verbinder eignet sich besonders vorteilhaft für die Montage von IC-Kristallen in anschlußlosen Gehäusen auf Leiterplatten bzw. Substraten von hybridintegrierten Schaltkreisen, in Flüssigkristallanzeigeteilen für digitale elektronische Uhren sowie in unterschiedlichen Meß- und Prüfgeräten.

Der Trend zur Miniaturisierung und Erhöhung der Betriebssicherheit der Verbindungsvorrichtungen führte zur Entwicklung unterschiedlicher Verbinder auf der Basis von elastischem Dielektrikum mit eingepflanzten elektrisch leitenden Abschnitten (Kontakten), deren Abmessungen, Form und Anordnung in breiten Grenzen variierbar sind.

Es ist z. B. ein Verbinder für Mikroschaltungen bekannt, der eine elastische Matrix aus polymerem Dielektrikum mit zwei gegenüberliegenden Flächen darstellt, in welcher parallellaufende S- bzw. V-förmige metallische Einzelkontaktstreifen mit an deren beiden Enden als Mikrokugeln ausgeführten Kontakten angeordnet sind (GB-PS 13 41 037, FR-PS 20 91 247). Die als Mikrokugeln ausgeführten Kontakte stehen über der Oberfläche der polymeren dielektrischen Matrix vor bzw. liegen an dieser. Die Wirkungsweise des Verbinders besteht im folgenden: Der Verbinder wird zwischen den Kontaktflächen der Mikroschaltungen angeordnet und zusammengedrückt, so daß eine elektrische Verbindung durch das Andrücken der als Mikrokugeln ausgeführten Kontakte an die entsprechenden Kontaktflächen der Mikroschaltungen entsteht.

Da dabei ein einzelner (punktförmiger) Kontakt entsteht, der eine hochpräzise Anordnung des Verbinders zwischen den Kontaktflächen der Mikroschaltung erfordert (selbst der geringste Anordnungfehler verursacht das Ausbleiben der elektrischen Verbindung), wird die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung in

großem Maße beeinträchtigt.

Beim Auftreten von Schwingungen, Schiefmontage, Überlastung bzw. beim Betrieb des bekannten Verbinders im UHF-Gebiet bleibt der Kontakt beispielsweise zwischen den entsprechenden Kontaktflächen der Mikroschaltungen aus, da hier ein Einzelkontakt vorliegt, was die Zuverlässigkeit des bekannten Verbinders beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Verbinder der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, dessen Betriebssicherheit durch die Einführung einer zusätzlichen elektrischen Verbindung zwischen den Kontakten einer Kontaktreihe erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 5 gelöst.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verbinders läßt sich die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung durch die Sicherung eines elastischen Mehrpunktkontaktes erhöhen.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung nach dem Patentanspruch 2 werden die bauliche Gestaltung des Verbinders vereinfacht und dessen Fertigungsgerechtheit gewährleistet.

Die gekrümmte Ausbildung der federnden Drähte nach Patentanspruch 3 sichert eine erhöhte Elastizität der Kontakte bei deren Berührung mit den stromführenden Elementen.
Durch eine Ausgestaltung der Erfindung nach dem Patentanspruch 4 lassen sich die Zuverlässigkeit des Verbinders erhöhen und darüber hinaus eine relativ einfache Trennung der stromführenden Elemente erzielen, wozu die Druckbeanspruchung abzunehmen ist.
Eine Ausgestaltung der zweiten Alternative der Erfindung nach dem Patentanspruch 6 gewährleistet ebenfalls eine hohe Kontaktsicherheit und -gute und vereinfacht darüber hinaus die Fertigung des Verbinders.

Eine gekrümmte Ausbildung der Lamellen nach dem Patentanspruch 7 erhöht die Elastizität der Konstruktion.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 eine Gesamtperspektivansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders in teilweisem Schnitt, vergrößert;

F i g. 2 eine Abwandlung des Verbinders nach Fig. i;

F i g. 3 eine Gesamtansicht eines erfindungssgemäßen elektrischen Verbinders, der zwischen den Kontaktflächen der Mikroschaltungen angeordnet und zusammengedrückt ist;

Fig.4 den Schnitt IV-IV durch Fig.3, vergrößert; und

F i g. 5 ein Diagramm, das die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders veranschaulicht.

Wie es in F i g. 1 gezeigt ist, enthält der erfindungsgemäße elektrische Verbinder eine elastische dielektrische Matrix J. die zwei gegenüberliegende Oberflächen 2 und 3 aufweist. In einzelnen Ausführungsvarianten ist auch eine andere Anordnung der Oberflächen 2 und 3, beispielsweise senkrecht zueinander, möglich. Die Matrix 1 wird gewöhnlich aus Makromoleku'arverbindungen hergestellt, die die Eigenschaften von Vulkanisaten — Elastizität und Federung — aufweisen. Der erfindungsgemäße Verbinder schließt ferner mindestens zwei parallellaufende Reihen der Kontakte 4 ein, die zwischen den Oberflächen 2 und 3 derart angeordnet sind, daß die einen Enden 5 der Kontakte 4 in der Nähe der Oberfläche 2 und die anderen Enden 6 in der Nähe der Oberfläche 3 liegen. Die Kontakte 4 jeder Kontaktreihe sind erfindungsgemäß als federnde Drahtstücke 7 ausgeführt, die miteinander elektrisch verbunden sind. In einzelnen Ausführungsvarianten kann die elektrische Verbindung der Kontakte 4 durch mindestens ein Drahtstück 8 erfolgen. Der Durchmesser der Drahtstükke 7 und 8 beträgt in der Regel 1 bis 50 μίτι. Die Drahtstücke 7 sind als parallellaufende Reihen angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Reihen 0,01 bis 0,5 mm und darüber beträgt. Die Drahtstücke 8 kreuzen sich mit den Drahtstücken 7 in der Ebene jeder der parallelen Reihen in einem beliebigen Abstand, wobei ein Abstand von 1 bis 50 μΐη zu empfehlen ist. Die Drahtstücke 7 und 8 können aus einem der folgenden Metalle: Gold, Silber, Platin, Paliadium, Nickel, Kupfer, Eisen sowie aus Metallegierungen, plattierten Metallen und mit Dielektrikum beschichteten Metallen hergestellt werden.

Durch diese Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders wird eine stetige elektrische Verbindung entlang jeder der parallelen Reihen der Kontakte und eine nichtstetige zwischen den parallelen Reihen der Kentakte gesichert, da diese durch die Schichten der dielektrischen Matrix getrennt sind. Die elektrische Verbindung wird durch mehrere als parallele Reihen angeordnete elektrisch leitende Kontakte erzeugt, die in der Anzahl von bis zu 1000 Stück je 1 mm² vorhanden sind. Dadurch werden eine hohe Kontaktsicherheit und -gute gewährleistet.

Wie es aus Fig. 1 gut ersichtlich ist, können die Drahtstücke 7 und 8 zwecks Erhöhung der Federung und Elastizität gekrümmt, beispielsweise wellenförmig, ausgebildet werden.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung können an den Oberflächen 2 und 3 Einsenkungen 9 vorgesehen werden, in welche die Enden 5 und 6 der Kontakte 4 herausgeführt sind. Im normalen Zustand sind die Enden 5 und 6 in den Einsenkungen 9 versenkt, so daß der Verbinder keinen Strom leitet, aber beim Zusammendrücken des Verbinders wird die elastische dielektrische Matrix 1 (Fig. 4) zusammengepreßt, und die linden 5 und 6 liegen nun an deren Oberfläche.

Durch die Einsenkungen 9 lassen sich die Lebensdauer des Verbinders erhöhen und eine rehtiv einfache Trennung der stromführenden Elemente durch Änderung der Druckbeanspruchung erzielen.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner einen elektrischen Verbinder vor, in welchem die parallellaufenden Reihen der Kontakte 4 zusammen mit den verbindenden Drahtstücken 8 durch federnde Lamellen 10 (F i g. 2) mit Löchern 11 ersetzt sind. In der bevorzugten

ίο Ausführungsvariante können die Kanten der Lamellen 10 von der Seite der Oberflächen 2 und 3 an den Linien verlaufen, welche die Löcher 11 durchkreuzen. Db dabei entstehenden Ansätze 12 und 13, die in der Nähe der Oberflächen 2 und 3 liegen, dienen in diesem Fall, entsprechend, als Enden 5 und 6. Die genannten Ansätze 12 und 13 können erfindungsgemäß ebenfalls in den Einsenkungen 9 liegen. Die Löcher 11 in den Lamellen 10 dienen zur Bildung einer einheitlichen dielektrischen federnden Matrixgruppe und zur Sicherung der Lamellen 10 in der genannten Matrixgruppe. In einzelnen Ausführungsvarianten können die Lamellen 10 zwecks Erhöhung der Federung der Konstruktion ebenfalls gekrümmt ausgeführt werden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verbinders besteht im folgenden. Der Verbinder wird beispielsweise zwischen den Kontaktflächen 14 der Mikroschaltungen 15 untergebracht wie es in Fig.3 gezeigt ist. Im normalen Zustand sind die Enden 5 und 6 in den Einsenkungen 9 vertieft, die an den zu den Kontaktflächen 14 gerichteten Oberflächen 2 und 3 liegen, so daß der Verbinder keinen Strom leitet. Beim Anlegen einer Druckbeanspruchung, was in F i g. 4 schematisch durch Pfeile ρ gezeigt ist, wird die elastische Matrix 1 zusammengepreßt, die Enden 5 und 6 der Kontakte 4 treten aus den Einsenkungen 9 heraus und schließen dabei die gegenüberliegenden Kontaktflächen 14 der Mikroschaltungen 15. Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Verbinders zu veranschaulichen, dient das in F i g. 5 gezeigte Diagramm. Dieses Diagramm zeigt aus Bequ^mlichkeitsgründen die minimale Zahl der Kontakte, und zwar zwei Kontakte 4| und 4₂. welche erfindungsgemäß miteinander elektrisch verbunden sind (diese Verbindung ist bedingt durch eine über Punkte C\ und C₂ verlaufende Gerade gezeigt). Die einen Enden a\ und ;i₂ der Kontakte 4| und 4? sind zur Kontaktfläche A und die anderen Enden b\ und O₂ der Kontakte 4, und 4₂ zur Kontaktfläche ß gerichtet.

Aus dem gezeigten Diagramm ist ersichtlich, daß beim Ausbleiben der Berührung des Kontakts 4| mit

so einer der gegenüberliegenden Kontaktflächen B, was beispielsweise durch Schwingungen, Schiefmontage. Überlastung u. ä. verursacht werden kann, beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verbinders eine zuverlässige Verbindung der Kontaktflächen A und B gesichert

ii bleibt, da das elektrische Signal in diesem Fall über den

Ähnlich sieht es auch in dem Fall aus. wenn in einer Reihe mehr als zwei Kontakte vorhanden sind, die nicht durch einen, sondern durch mehrere Leiter verbunden sind. Es ist hervorzuheben, daß, je mehr Leiter die Kontakte verbinden, desto zuverlässiger der Verbinder selbst ist. In der erfindungsgemäßen Ausführung des Verbinders ist außerdem das Zusammenschalten der benachbarten Kontaktflächen ausgeschlossen, da diese

b") Kontaktflächen voneinander durch mindestens eine Schicht des Dielektrikums der Matrix getrennt sind, was seinerseits eine hohe Kontaktsicherheit bei Verschiebungen. Schwingungen und Überlastungen gewährlei-

stet und das Zusammenschalten nicht von beliebigen, sondern nur der gegenüberliegenden Kontaktflächen ermöglicht, was vor allem beim Einsatz des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders in unterschiedlichen Prüfgeräten von besonderer Bedeutung ist.

Somit bietet der erfindungsgemäße Verbinder die Möglichkeit, das elektrische Leitvermögen und den Mehrpunktkontakt an kleindimensionierten Kontaktflächen mit großer Zuverlässigkeit zu sichern, und der Verbinder kann bei der Entwicklung prinzipiell neuer Konstruktionen verwendet werden, darunter auch für die bei hohen Stromdichten, beispielsweise im UHF-Gebiet, arbeitenden Einrichtungen.

Der erfindungsgemäße Verbinder sichert bis zu 1000 Kontakte je 1 mm-, dabei beträgt der Widerstand der Verbindung lediglich 10-- bis 10^" Ω. Der Verbinder zeichnet sich durch eine geringe Masse und Abmessungen aus. Der erfindungsgemäße Verbinder ist außerdem preisgünstig, was ebenfalls ein wichtiger Vorteil ist.

Oben sind nur einige konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung angeführt, welche verschiedene Änderungen und Ergänzungen zulassen, die für den Fachmann auf dem betreffenden Gebiet der Technik offenkundig sind. Die Erfindung bleibt deshalb nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt, es sind auch Änderungen möglich, wobei der Erfindungsinhalt im Rahmen der Patentansprüche erhalten bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Verbinder, der eine dielektrische elastische Matrix enthält, die

zwei Oberflächen und

zumindest einige Kontakte hat, die elektrisch verbunden und in der Matrix so angeordnet sind, daß ihre Enden an die Oberflächen der Matrix geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4) in parallelen Reihen angeordnet sind und die Kontakte (4) jeder Reihe in Form von Stürkcn (7) eines federnden Drahtes ausgebildet und

untereinander elektrisch verbunden sind, aber die Reihen untereinander elektrisch isoliert sind.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke (7) des federnden Drahtes in jeder Reihe der Kontakte (4) untereinander zumindest durch ein Stück (8) eines federnden Drahtes verbunden sind.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stücke (7, 8) der federnden Drähte gekrümmt ausgebildet sind.

4. Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (5,6) der federnden Drahtstücke (7) in Einsenkungen

(9) angeordnet sind, die an den entsprechenden Oberflächen (2,3) der Matrix (1) ausgeführt sind.

5. Elektrischer Verbinder, der eine dielektrische elastische Matrix enthält, die zwei Oberflächen und zumindest zwei parallele Kontaktreihen aufweist, die so in der Matrix angeordnet sind, daß ihre Enden an die Matrixoberfläche geführt sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kontakte (4) jeder Reihe in Form von federnden gelochten Lamellen (10) ausgebildet sind.

6. Elektrischer Verbinder nadi Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten jeder Lamelle

(10) von Seiten der Oberflächen (2,3) der Matrix (1) entlang der Linien verlaufen, die die Löcher (11) kreuzen, und mit ihnen entsprechenden Kanten (12, 13) bilden, die sich in Einsenkungen (9) befinden.

7. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (10) gekrümmt ausgebildet sind.