DE68911271T2

DE68911271T2 - Elektrische Verbindereinheit.

Info

Publication number: DE68911271T2
Application number: DE68911271T
Authority: DE
Inventors: William Louis Brodsky; Wesley John Buyck; Alan Douglas Knight
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1988-11-03
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2009-08-12
Also published as: KR900008724A; HK79894A; CN1042452A; EP0366885B1; KR920007537B1; EP0366885A2; JPH067500B2; CN1022719C; US4902234A; JPH02129869A; MY105024A; CN2054214U; DE68911271D1; EP0366885A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbindereinheiten und insbesondere auf solche Einheiten, bei denen wenigstens zwei Schaltungen elektrisch verbunden sind. Die Erfindung bezieht sich ganz speziell auf solche Einheiten, bei denen auf eine oder beide Schaltungskomponenten (z B. Leiterplatten, flexible Kabel) äußerer Druck ausgeübt wird, um die Verbindung zu bewirken.
Die Verwendung elektrischer Verbindereinheiten zum Zweck der Verbindung unterschiedlicher Schaltungsbausteine ist natürlich bekannt, wofür in den folgenden Patenten und Veröffentlichungen verschiedene Beispiele angeführt und beschrieben werden:
US-A-3 861 135, US-A-3 883 213, US-A-3 971 610, US-A-4 184 729, US-A-4 602 317
IBM Technical Disclosure Bulletin:
Bd. 18, Nr. 2 (7/75), S. 340; Bd. 22, Nr. 2 (7/79), S. 444, 445; und Bd. 25, Nr. 7A (12/82), S. 3438-3441.
Beim Entwurf von Verbindereinheiten, bei denen ein direkter Kontakt zwischen den einzelnen elektrischen Leitern (z. B. Leiterplattenbahnen, Kontaktstifte usw.), die wie im Fall der vorliegenden Erfindung einen Teil der zu verbindenden Schaltungsbausteine ausmachen, gewünscht wird, wird auf einen zuverlässigen Kontaktdruck für ausreichende Zeit Wert gelegt, der in der Lage ist, möglicherweise ungünstigen Umgebungsbedingungen (z. B. Hitze, Feuchtigkeit) standzuhalten. Übermäßiger Druck kann zur Folge haben, daß verschiedene Komponenten der Einheit (insbesondere die Leiter) beim Zusammenbau und/oder während des Betriebs beschädigt werden. Des weiteren ist das Aufbringen des Drucks zuvor typischerweise mittels relativ großer Komponenten (z. B. Verbindergehäuse), die zur Herstellung dieser Einheiten gebraucht wurden, bewerkstelligt worden, was unnötig zu deren Kosten beiträgt. Wenn solche Einheiten ungünstigen Umgebungsbedingungen wie den oben erwähnten ausgesetzt waren und diesen nicht standhalten konnten, hat solches Versagen zu Problemen wie Kontaktkorrosion, vermindertem Kontaktdruck, erhöhten Wartungskosten usw. geführt.
Die anspruchsgemäße Erfindung löst das Problem, die Technik elektrischer Verbindereinheiten zu verbessern und eine elektrische Verbindereinheit zur Verfügung zu stellen, die auf zuverlässige Art einen tadellosen, wirksamen Kontaktdruck liefert und die unter relativ ungünstigen Umgebungsbedingungen wie großer Hitze und Feuchtigkeit funktionsfähig ist.
Diese und andere Aufgaben werden gemaß eines Gesichtspunkts der Erfindung erreicht, indem eine elektrische Verbindereinheit geliefert wird mit einem ersten Schaltungsteil mit einer Vielzahl darauf befindlicher elektrischer Leiter, einem zweiten Schaltungsteil, ebenfalls mit einer Vielzahl darauf befindlicher Leiter, einem Druck ausübenden Teil zur Aufbringung eines vorbestimmten Drucks gegen den zweiten Schaltungsteil, um so einen elektrischen Kontakt zwischen entsprechenden Leitern der zwei Schaltungsteile herzustellen, und mit Mitteln, um das Druck ausübende Teil gegen das zweite Schaltungsteil zu drücken, so daß die Ausübung der genannten Kraft bewirkt wird. Das Druck ausübende Teil umfaßt eine im wesentlichen starre Grundplatte, eine Vielzahl komprimierbarer Elemente, die auf einer ersten Seite der Grundplatte angebracht sind, um die gewünschte Kontaktkraft zu liefern, wenn sie komprimiert sind, und ein elastisches Teil, das auf der zweiten Seite der Grundplatte angebracht ist, um Unterschiede in den Oberflächenerhebungen des ersten und/oder zweiten Schaltungsteils (z. B. der darauf befindlichen Leiter) auszugleichen.
Gemäß eines weiteren Gesichtspunktes der Erfindung wird eine elektrische Verbindereinheit mit ähnlichen Komponenten wie bei der zuvor erwähnten Einheit zur Verfügung gestellt, außer daß das zweite Schaltungsteil der Einheit nur einen einzelnen Leiter (z. B. einen Masseleiter) umfaßt, und das entsprechende Druck ausübende Teil dient dann dazu, einen solchen Druck auszuüben, daß dieser einzelne Leiter mit der definierten Vielzahl von Leitern des ersten Schaltungsteils in Kontakt tritt.
Die Verbindereinheit gemäß der Erfindung liefert einen tadellosen, zuverlässigen Kontaktdruck von relativ geringer Größe, indem wirksame Materialien eingesetzt werden, die relativ billig sind und die ungünstigen Umgebungsbedingungen wie übermäßige Hitze und Feuchtigkeit widerstehen können. Es besteht die Überzeugung, daß eine solche Verbindereinheit einen deutlichen Fortschritt in der Technik darstellen würde.
Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie eine Verbindereinheit liefert, die, neben weiteren, die verschiedenen, hier beschriebenen Eigenschaften besitzt und doch in relativ großer Stückzahl (z. B. Massenproduktion) hergestellt werden kann, wodurch die Gesamtkosten im Vergleich zu vielen anderen Verbindereinheiten gemäß dem Stand der Technik verringert werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zusammen mit anderen Aufgaben und Vorteilen in der folgenden Offenbarung bevorzugte Ausführungsbeispiele in Verbindung mit folgenden Abbildungen beschrieben:
FIG. 1 ist ein seitlicher Aufriß der elektrischen Verbindereinheit in auseinandergezogenem Format gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei das beschriebene Mittel zum Anpressen des Druck ausübenden Teils gegen das zweite Schaltungsteil der Erfindung ausgeschlossen ist (die Einheit umfaßt das Druck ausübende Teil und das Gehäuseteil der FIG. 3 bzw. 4);
FIG. 2 ist ein seitlicher Aufriß der Einheit aus FIG. 1, wenn sie montiert ist, der zusätzlich die zuvor erwähnten Anpreßmittel enthält;
FIG. 3 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Druck ausübenden Teils gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
FIG. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseteils, das zusammen mit dem Druck ausübenden Teil, das in FIG. 3 abgebildet ist, verwendet werden kann;
FIG. 5 ist ein seitlicher Aufriß des Druck ausübenden Teils im Querschnitt gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
FIG. 6 ist eine Teilansicht im Querschnitt, die die Ausdehnung eines der komprimierbaren Elemente der Erfindung bei seiner Kompression zeigt;
FIG. 7 ist eine Teilansicht im Querschnitt, die eine abwechselnde Anordnung von Leitern zeigt, die zusammen mit dem ersten (oder zweiten) Schaltungsteil verwendet werden können;
FIG. 8 ist eine Teilansicht im Querschnitt, die ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zweiten Schaltungsteils zeigt, das dazu geeignet ist, in der vorliegenden Erfindung eingesetzt zu werden, wobei das zweite Schaltungsteil einen einzigen Leiter enthält, der dazu ausgelegt ist, mit der Vielzahl elektrischer Leiter des ersten Schaltungsteils gleichzeitig einen Kontakt herzustellen; und
FIG. 9 ist eine graphische Darstellung, die kompressive Spannungsmessungen über der Zeit auf verschiedenen Temperaturstufen an den komprimierbaren Elementen aus einem bevorzugten Material (Silicongummi), wie es hier aufgezeigt wird, zeigt, wobei die Messungen an den Elementen bei etwa dreißig (30) Prozent Kompression durchgeführt worden sind.
FIG. 1 zeigt eine elektrische Verbindereinheit 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das beschriebene Mittel zur Sicherung der Einheit im zusammengedrückten Zustand ausgeschlossen ist. Dieses Mittel wird in FIG. 2 gezeigt und wird hier weiter unten näher beschrieben. Die Einheit 10 umfaßt einen ersten Schaltungsteil 13 mit einer Vielzahl darauf befindlicher elektrischer Leiter 15, einen zweiten Schaltungsteil 17 mit einer Vielzahl darauf befindlicher Leiter 19 und einen Druck (oder eine Kraft) ausübendes Teil 21 zur Aufbringung eines vorbestimmten Drucks (oder einer vorbestimmten Kraft) von relativ geringer Größe gegen eines der Schaltungsteile (Schaltungsteil 17 in FIG. 1), die ausreicht, um die jeweiligen Leiter 15 und 19 der Schaltungsteile 13 bzw. 17 miteinander auf tadellose, wirksame Weise in Kontakt zu bringen. Wie hier zu entnehmen ist, sorgt das Teil 21 für einen tadellosen elektrischen Kontakt zwischen den jeweiligen Leitern, während es gleichzeitig unterschiedliche Oberflächenerhebungen bei einem/beiden der Schaltungsteile 13 und 17 ausgleicht. Insbesondere stellt die Erfindung ungeachtet Unterschieden in der Dicke der Leiter und/oder der Grundplatte, auf der sie angeordnet sind, tadellose Verbindungen zwischen den Leitern sicher. Wie weiter zu entnehmen ist, ist die Erfindung in der Lage, diesen vorbestimmten Druck ungeachtet ungünstiger Bedingungen wie relativ großer Hitze und/oder Feuchtigkeit, denen die Erfindung ausgesetzt sein kann, über einen relativ ausgedehnten Zeitraum auszuüben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das erste Schaltungsteil 13 eine Leiterplatte mit einem relativ starren isolierenden Substrat 23. Das Substrat 23 besteht bevorzugt aus einem bekannten Material (z. B. Epoxidharz) und enthält die beschriebenen Leiter 15, die auf dessen erster Oberfläche 25 angeordnet sind. Jeder Leiter 15 ist, wie abgebildet, von flacher Form und besteht aus einem fehlerfreien, metallischen, leitenden Material (z. B. Kupfer). Jeder Leiter 15 ist auf der Epoxidharzplatte 23 angeordnet, wobei bekannte Verfahren aus der Leiterplattentechnik angewendet werden, so daß eine nähere Beschreibung als nicht notwendig erachtet wird. Bei einem erfindungsgemäßen Beispiel weist das Substrat 23 eine Dicke von etwa 1,58 mm (0,062 Inch) auf, während jedes der leitenden Kupferteile 15 eine mittlere Dicke von ungefähr 25,4 um (0,001 Inch) besitzt. Definitionsgemäß ist jeder Leiter 15 im wesentliche flach geformt und bildet so einen "metallischen Kontaktpunkt", zu dem eine Verbindung hergestellt wird. Wie unten beschrieben wird, wird eine solche Form (flach) auch für die Leiter 19 des zweiten Schaltungsteils der Erfindung bevorzugt. Demgemäß sorgt die Erfindung in der hier dargestellten Weise für eine tadellose Verbindung zwischen einander gegenüberliegenden, relativ flachen metallischen Leitern. Es ist jedoch selbstverständlich, daß alternative Entwürfe für die beschriebenen Leiter (15, 19) verwendet werden können, wofür ein Beispiel ein leitender Stift ist (z. B. wie in FIG. 7 abgebildet und hier weiter unten beschrieben).
Das Schaltungsteil 17 umfaßt vorzugsweise ein flexibles Substrat 27, auf dessen oberer Oberfläche 29 die beschriebenen Leiter 19 angeordnet sind. Wie ausgeführt, sind die Leiter 19 vorzugsweise auch von im wesentlichen flacher Form und bestehen in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Kupfer und sind unter Anwendung bekannter Leiterplattenverfahren auf das Substrat 27 aufgebracht. Das entsprechende flexible Substrat besteht in diesem Beispiel aus elektrisch isolierendem Material (Polyimid) und besitzt eine Dicke im Bereich von etwa 50,8 um (0,002 Inch) bis etwa 127 um (0,005 Inch), womit die gewünschte Flexibilität für diese Komponente sichergestellt wird.
Wie ausgeführt, umfaßt die Verbindereinheit 10 weiter das zuvor erwähnte Druck (oder Kraft) ausübende Teil 21, das, wie in der in FIG. 1 dargestellten Ausrichtung gezeigt wird, im wesentlichen unter der flexiblen Schaltung 17 angeordnet ist und gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung so ausgelegt ist, daß es sich physikalisch an die Schaltung 17 anlegen kann, um es gleichmäßig gegen das starre Schaltungsteil 13 zu drücken, wenn die Einheit 10 vollständig zusammengefügt ist (FIG. 2). Teil 21, wie auch in FIG. 3 gezeigt (das Teil ist in FIG. 3 aus darstellungstechnischen Gründen umgedreht) umfaßt eine im wesentlichen starre Grundplatte 31, eine Vielzahl komprimierbarer Elemente 33, die auf einer ersten Seite 35 der Platte 31 angeordnet sind, und ein elastisches Teil 37, das im wesentlichen auf der Seite der Grundplatte 31 angebracht ist, die den Elementen 33 gegenüberliegt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Grundplatte 31 aus Aluminium und besitzt eine Dicke von ungefähr 1,27 mm (0,050 Inch). Da die Platte 31 aus Metall ist und die genannte Dicke aufweist, liefert sie die für die Erfindung notwendige materielle Festigkeit, ist aber im Betrieb auch eindeutig zu leichter Biegung (oder Krümmung) fähig. Insbesondere dient die Platte 31 dazu, daß sich die einzelnen Drücke über sie verteilen, die von jedem der komprimierbaren Elemente 33 ausgeübt werden, wenn die Elemente zusammengedrückt sind (wie in FIG. 2), um einen vereinten, einheitlichen Druck gegen die flexible Schaltung 17 auszuüben. Während dieser Kompression dient das elastische Teil 37 dazu, jedwede Unterschiede in den Oberflächenerhebungen bei den beschriebenen Schaltungsteilen 13 und/oder 17 auszugleichen.
Es ist zum Beispiel auch möglich, ein anderes Material als Aluminium für die erfindungsgemäße Grundplatte 31 zu verwenden. Weitere mögliche Materialien umfassen Kunststoff und Stahl.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung enthält die Einheit 10 auch ein elektrisch isolierendes (z. B. Kunststoff) Gehäuse 41 (siehe auch FIG. 4), das für die Aufnahme des Teils 21 ausgelegt ist. Wie abgebildet, enthält das Gehäuse 41 eine Vielzahl von Öffnungen 43, wobei jede dazu ausgelegt ist, ein entsprechendes der komprimierbaren Elemente 33 aufzunehmen. Das Teil 21 wird, wie in FIG. 3 dargestellt, umgedreht (siehe Pfeil), um diese Positionierung zu erreichen. Im nicht zusammengedrückten Zustand (vor einer solchen Positionierung) ist jedes der kompressiblen Elemente 33 wesentlich kleiner als die entsprechende Öffnung 43 dargestellt, in der es plaziert werden wird, wodurch die nötige Ausdehnung (FIG. 6) jedes dieser Elemente beim Zusammenfügen ermöglicht wird. Diese Ausdehnung wird auch in der Querschnittsansicht von FIG. 2 dargestellt. Bei besonderer Berücksichtigung von FIG. 6 führt diese nach außen gerichtete Ausdehnung zu einer im wesentlichen vollständigen Ausfüllung der jeweiligen Öffnung 43 durch das entsprechende Element.
Die erfindungsgemäße Einheit (und die sich ergebende Kompression der Elemente 33, um die notwendigen Drücke aufzubringen) kann unter Verwendung jedes von verschiedenen Verfahren erreicht werden, wobei ein Klammerteil 51 (FIG. 2) ein repräsentatives Beispiel darstellt, das insbesondere dazu ausgelegt ist, die äußeren Oberflächen des starren Schaltungsteils 13 und das Gehäuse 41 zu umklammern. Die Klammer 51 dient somit dazu, das erste und zweite Schaltungsteil, das komprimierte Druck ausübende Teil und das isolierende Gehäuse zwischen sich aufzunehmen. Wie ausgeführt, stellt die Klammer 51 nur eines von mehreren Verfahren dar, um die vier zuvor erwähnten Elemente aufzunehmen. Weitere Verfahren, einschließlich einer einfachen Plazierung des ersten Schaltungsteils 13 auf einer Oberfläche in einem geeigneten Gehäuse oder dergleichen und der Aufbringung eines(r) nach unten oder ähnlich gerichteten Drucks oder Kraft gegen die äußere Oberfläche des Gehäuses 41, sind mittels der Lehren der Erfindung leicht möglich, so daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt ist. Eine weitere Beschreibung wird deshalb als nicht notwendig angesehen.
Wie in den Abbildungen gezeigt wird, ist jedes der komprimierbaren Elemente von zylindrischer Form. Wie hier deutlich wird, bilden Form und Wahl des Materials für jedes dieser Elemente wesentliche Merkmale der Erfindung, um die hier beschriebenen Ergebnisse zu erzielen. Bei Verwendung einer zylindrischen Form wird ein sich ergebender Formfaktor als das Verhältnis der Fläche einer belasteten Oberfläche (d. h. 61 in FIG. 3) zur Größe der freien Oberfläche des Elements (die keiner Last ausgesetzt ist) definiert. In dem in FIG. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt der Bereich der zylindrischen Seiten jedes Elements die freie Fläche dar, wobei die Last auf die Oberfläche 61 ausgeübt wird. Der Formfaktor wird insofern als bedeutsam angesehen, als ein größerer Formfaktor bei gleicher Kompression dazu führt, daß größere Reaktionskräfte wirken. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt jedes der komprimierbaren Elemente eine Gesamthöhe (H in FIG. 3) im Bereich von etwa 2,54 mm (0,100 Inch) bis etwa 10,16 mm (0,400 Inch) und einen äußeren Durchmesser von etwa 0,635 mm (0,250 Inch). In einem Beispiel hat die Kompression von insgesamt vier Elementen 33 auf etwa 15 Prozent bis etwa fünfunddreißig Prozent der ursprünglichen Höhe zu einem Gesamtdruck des Druck ausübenden Teils 21 im Bereich von etwa 0,69 (zehn) bis etwa 2,07 bar (dreißig PSI) geführt. In einem besonderen Beispiel wurden insgesamt achtundachtzig Leiter 19 auf der flexiblen Schaltung 17 benutzt, um eine entsprechende, annähernd gleiche Zahl von Leitern auf dem starren Schaltungsteil 13 zu kontaktieren. In diesem Beispiel war jedes von zwölf Elementen 33 um etwa vierundzwanzig Prozent seiner ursprünglichen Höhe zusammengedrückt, und der sich ergebende Gesamtdruck auf den Leitern 19 lag bei etwa 3,04 bar (vierundvierzig PSI). Es wird deutlich, daß die Zahl der komprimierbaren Elemente 33, die erforderlich ist, um den gewünschten Anpreßdruck zu erzeugen, wesentlich kleiner ist als die entsprechende Anzahl von Kontakten auf jedem der beschriebenen Schaltungsteile. Durch Versuche und Benutzung der Formfaktoren und besonderer Materialien, die hier beschrieben worden sind, ist auch festgestellt worden, daß die optimale Leistung zwischen etwa zwanzig und dreißig Prozent Kompression der Elemente 33 erzielt wird, obwohl diese Elemente, wie angegeben, in der Lage sind, einen Gesamtdruck größer als etwa 3,04 bar (vierundvierzig PSI) (z. B. 3,45 bar (fünfzig PSI)) auf das elastische Teil 37 auszuüben.
Obige Zahlenangaben sind nur beispielgebend und somit nicht als Einschränkung für die Erfindung aufzufassen. Insbesondere sind zusätzliche Kombinationen möglich, die von den Anforderungen an das Gesamtsystem abhängen.
Um die angemessene Zahl komprimierbarer Elemente und die entsprechenden Eigenschaften des Teils 21 zu bestimmen, wird eine Übersicht über die Abmessungen der Kontaktbereiche (Feld), die Gesamtzahl der geforderten Kontakte (und ihre individuellen Abstände), den erforderlichen Kontaktdruck (oder die Kraft) und die erlaubte Betriebstoleranz gemacht. Mit diesen Informationen wird die Kontaktfläche in ein Gitter aufgeteilt, und die Bestimmung wird anhand der entlang der X- und Y-Achse erforderlichen Felder durchgeführt, wobei jedes dieser Felder dazu bestimmt ist, eines der komprimierbaren Elemente 33 aufzunehmen. Somit ist jedes Element dafür vorgesehen, die vorgegebene Kraft für die entsprechende Vielzahl von Kontakten innerhalb des vorgegebenen Feldes zu liefern. Aus dieser Zahl von Kontakten und der geforderten Kontakt-Normalkraft wird die Gesamtkraft für jedes Element bestimmt. Aus den Daten des für die Erfindung bevorzugten Materials (wie es unten definiert wird, und das einen bevorzugten Arbeitsbereich zwischen etwa zwanzig Prozent und dreißig Prozent Kompression hat), die vorgegebenen Systemtoleranzen einbeziehend, werden die Gesamthöhe und der Kompressionsabstand für jedes Element 33 bestimmt. Mit den zuvor erwähnten Informationen wird die folgende Gleichung angewandt, die aus einer Kurvenanpassung und Transformationen der unten definierten Materialdaten (d. h. bei fünfundzwanzig Prozent Kompression) abgeleitet ist:
Elementkraft = R² (120,5 R/H + 430),
wobei die Elementkraft die erforderliche Kraft (Pound), R der Radius des zylindrischen Elements (Inch) und H dessen Höhe (Inch) ist. Aus dieser Formel wird der Elementradius (R) bestimmt. Aus diesem Ergebnis und der Kenntnis des gewünschten Elementabstands, der Elementabmessungen, der aufgebrachten Kraft und der angenommenen oder erlaubten Abweichung wird die Gesamtgröße der kraftverteilenden Grundplatte 31 bestimmt. Dies ist ausschließlich eine Kraft der Materiallösung, die vom gewünschten Material (z. B. Aluminium oder Stahl) für Platte 31 abhängt und bestimmt werden kann, indem bekannte Trägerformen oder dergleichen benutzt werden. Die Größe des elastischen, Erhebungen ausgleichenden Teils 37 kann danach bestimmt werden, indem eine vorgegebene Abweichung von der Ebene (z. B. fünfundzwanzig Prozent der Gesamtdicke dieses Teils) angesetzt wird.
Wie angeführt, ist die richtige Auswahl eines geeigneten elastischen Materials für die komprimierbaren Elemente 33 gemäß der Erfindung entscheidend, um die gewünschten Ergebnisse einer langen Aufrechterhaltung der Spannung, eines relativ geringen Drucks (wie hier beschrieben) und einer Betriebsfähigkeit bei relativ hohen Temperaturen und relativ hoher Feuchtigkeit zu erreichen. Ein bevorzugtes Material, das für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ausgesucht ist, ist Polysiloxangummi geringer Verdichtungsverformung, das bei der Dow Corning Corporation erhältlich ist und unter dem Namen Silastic LCS-745U (Silastic ist eine registrierte Schutzmarke der Dow Corning Corporation) verkauft wird. Dieses reine Elastomer mit geringem Modul zeigt eine fünfundsiebzig- bis fünfundachzigprozentige Aufrechterhaltung der restlichen Kompressionsspannung, wenn es mit konstanter Verformung bei einer erhöhten Temperatur (z. B. 100 ºC) für eine ausgedehnte Zeitspanne belastet wird. Diese Ergebnisse sind außerdem zusätzlich zu denen, die für weitere Messungen bei anderen Temperaturen erhalten worden sind, in FIG. 9 dargestellt. FIG. 9 zeigt diese Daten, wie sie mit zylindrischen, komprimierbaren Elementen erhalten worden sind, die die zuvor erwähnten Abmessungen besitzen und um etwa dreißig Prozent der ursprünglichen Höhe komprimiert sind.
Das zuvor erwähnte Silicongummi, das für jedes der komprimierbaren Elemente 33 benutzt wird, ist bei der Dow Corning Corporation in der Grundform erhältlich. Nachdem es unter Druck vulkanisiert ist, sind diese Teile über einen Temperaturbereich von etwa -73º Celsius (C) bis +250 ºC brauchbar (betriebsfähig) und besitzen die so sehr gewünschten Eigenschaften guter Reversibilität (Hitzebeständigkeit), geringer Verdichtungsverformung und gute Widerstandsfähigkeit gegenüber heißem Ölen, Wasser und Dampf. Das beschriebene Silicongummi besitzt nach dem Pressen im Härtemeßgerät eine Härte (Shore A) von 52, eine Zugfestigkeit von etwa 57,2 bar (830 PSI) und eine Bruchdehnung von etwa 260 Prozent.
Im Ausführungsbeispiel der FIG. 3 wird jedes Silicongummielement 33 auf der Aluminiumgrundplatte 35 befestigt gezeigt (z. B. durch Benutzung eines geeigneten Klebers (z. B. auf Siliconbasis)). Alternativ können die Elemente 33 und die erfindungsgemäßen elastischen Elemente 37 während des Pressens auf die Platte 35 vulkanisiert werden. Dieses alternative Ausführungsbeispiel wird in FIG. 5 gezeigt. Das bevorzugte elastische Material für das Teil 37 in FIG. 3 ist ebenfalls das zuvor erwähnte Silicongummi, wobei das Material mit dem zuvor erwähnten Kleber an der anderen Seite der Platte 31 befestigt wird. In dem in FIG. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen sowohl die Elemente 33 als das Teil 37 aus demselben Material (vorzugsweise Silicongummi) und sind als eine zusammenhängende Einheit geformt, die die Aluminiumplatte 35 einschließt. Diese Erfindung schließt auch ein, das Teil 33 wie oben beschrieben an der Platte 31 zu befestigen und anschließend das elastische Teil 37 über die Platte und die befestigten Teile zu ziehen. Die vollständige Einschließung der Platte 31 ist vom betrieblichen und/oder herstellungstechnischen Standpunkt wünschenswert.
In FIG. 7 werden wechselnde Ausführungsbeispiele für die Leiter zum Gebrauch zusammen mit dem ersten Schaltungsteil 13 gezeigt. Insbesondere sind diese Leiter mit metallischen Stiften 71 dargestellt, von denen jeder einen Kopfteil 73, der mit den entsprechenden Leitern des flexiblen Substrats 17 in Kontakt gebracht wird, und einen hervorstehenden Teil 75 umfaßt, der sich in das isolierende Substrat 23 hinein erstreckt (z. B. um einen Kontakt zu einer entsprechenden internen oder externen Leiterbahn 77 herzustellen). Der Kopfteil 73 jedes Stifts kann im wesentlichen von flacher Gestalt sein (wie abgebildet), um so eine ähnliche Form zu liefern wie die oben beschriebenen "metallischen Kontaktpunkte". Weitere Formen des Kopfteils 73 sind ebenfalls möglich, einschließlich solcher mit Vorsprüngen usw.. Das für jeden Stift 71 bevorzugte metallische Material ist Kupfer oder eine Kupferlegierung (z. B. Beryllium-Kupfer oder Phosphorbronze).
In FIG. 8 wird ein alternatives Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung gezeigt, bei dem das beschriebene zweite Schaltungsteil 17' im Gegensatz zu den einzelnen Leitern, wie sie in den FIG. 1 und 2 abgebildet sind, nur einen einzigen, ausgedehnten elektrischen Leiter 19' umfaßt. Das Ausführungsbeispiel gemäß FIG. 8 dient zur elektrischen Verbindung zwischen den einzelnen Leitern 15 eines ersten Schaltungsteils, wie es hier beschrieben ist, mit einem gemeinsamen, einzelnen Leitungsbahn (z. B. Masse). Wie beim Ausführungsbeispiel der FIG. 1 kann das isolierende (z. B. Polyimid) Substrat 27 der flexiblen Schaltung 17' auf der äußeren Oberfläche des elastischen Teils 37 befestigt werden (z. B. mittels eines geeigneten Klebers). Der einzelne Leiter 19' kann aus bekanntem leitendem Material (z. B. Kupfer, Chrom-Kupfer-Chrom) bestehen und auf das Substrat 27 aufgebracht werden, indem in der Technik bekannte Verfahren eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG. 8 dient das Teil 21 dazu, seine vereinte Kraft gegen den einzelnen Leiter auszuüben, um den Kontakt mit jedem der beschriebenen metallischen Kontaktpunkte 15 sicherzustellen.
Damit ist eine elektrische Verbindereinheit gezeigt und beschrieben worden, bei der ein tadelloser, wirksamer Kontakt zwischen einer Vielzahl von elektrischen Leitern hergestellt wird, wozu ein Druck ausübendes Teil benutzt wird, das als Bestandteil eine Vielzahl von komprimierbaren Silicongummielementen einschließt, die in der Lage sind, relativ hohen Temperaturen und ungünstigen Betriebsbedingungen zu widerstehen, um auch dann noch einen wirksamen, gleichmäßigen, vorbestimmten Druck geringer Größe sicherzustellen. Die Erfindung erreicht dies auf einfache, relativ kostengünstige Weise. Das beschriebene Material aus Silicongummi ist ein geformtes Elastomer, und es ist auch zugleich für die Verwendung als elastischer Teil des erfindungsgemäßen Druck ausübenden Teils geeignet, wodurch Aufbau und Betrieb der Erfindung weiter vereinfacht werden. Wie sich versteht, umfaßt die Erfindung in Verbindung mit einzelnen, deutlich größeren ersten und/oder zweiten Schaltungsteilen auch die Verwendung von mehr als einem Druck ausübendem Teil, um so eine größeren Gesamtaufbau einzuschließen, bei dem mehrere Schaltungsteile verbunden werden. Weiterhin umfaßt die Erfindung die Verwendung solcher Druck ausübender Teile in einem solchen größeren Gesamtaufbau, in dem Schaltungsteile verschiedener Art verwendet werden.

Claims

1. Elektrische Verbindereinheit (10) mit

einem ersten Schaltungsteil (13), das eine Vielzahl elektrischer Leiter (15) enthält;

einem zweiten Schaltungsteil (17), das eine Vielzahl elektrischer Leiter (19) oder einen einzelnen, länglichen elektrischen Leiter (19') enthält;

einem Druck ausübenden Teil (21), um auf das zweite Schaltungsteil einen vorbestimmten Druck auszuüben, damit jeder der elektrischen Leiter bzw. der einzelne, längliche elektrische Leiter des zweiten Schaltungsteils mit einem entsprechenden der elektrischen Leiter des ersten Schaitungsteils in elektrischen Kontakt gebracht wird, wobei der Druck ausübende Teil eine im wesentlichen starre Grundplatte (31), eine Vielzahl komprimierbarer Elemente (33), die auf einer ersten Seite (35) der Grundplatte angebracht sind, um im zusammengedrückten Zustand den vorbestimmten Druck auszuüben, und ein elastisches Teil (37) enthält, das auf einer zweiten Seite der Grundplatte angebracht ist, um Unterschiede in Oberflächenerhebungen beim ersten und/oder zweiten Schaltungsteil auszugleichen, während der vorbestimmte Druck auf das zweite Schaltungsteil ausgeübt wird; und

Mittel (51), um das Druck ausübende Teil gegen das zweite Schaltungsteil zu drücken, um die Kompression der komprimierbaren Elemente und die Ausübung des vorbestimmten Drucks zu bewirken.

2. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 1, wobei das erste Schaltungsteil ein im wesentlichen starres Substrat (23) umfaßt, wobei die Vielzahl elektrischer Leiter (15) des ersten Schaltungsteils auf dem Substrat angeordnet ist.

3. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der elektrischen Leiter des ersten Schaltungsteils einen elektrischen Stift mit einem Teil enthält, der in dem im wesentlichen starren Substrat liegt.

4. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Schaltungsteil (17) ein flexibles Substrat (27) einschließt, wobei jeder der elektrischen Leiter (19) bzw. der einzelne, längliche, elektrische Leiter des zweiten Schaltungsteils auf dem flexiblen Substrat angeordnet ist.

5. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der elektrischen Leiter der ersten und/oder zweiten Schaltungsteils einen metallischen Kontaktpunkt umfaßt.

6. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druck ausübende Teil (21) im wesentlichen den Druck darauf verteilt, der von jedem der komprimierbaren Elemente ausgeübt wird, wobei die komprimierbaren Elemente (33) den Druck auf die Grundplatte (31) ausüben, wenn diese Elemente zusammengedrückt sind.

7. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 6, wobei die Grundplatte aus Aluminium besteht.

8. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die komprimierbaren Elemente auf der ersten Seite der Grundplatte mit einem Abstand voneinander angeordnet sind.

9. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der komprimierbaren Elemente aus einem elastischen, elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Silicongummi, besteht.

10. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der kompressiblen Elemente im wesentlichen von zylindrischer Form ist.

11. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Druck, der von den komprimierbaren Elementen aufgebracht wird, in einem Bereich von etwa 0,69 (10) bis etwa 3,45 bar (50 PSI) liegt.

12. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 11, wobei die komprimierbaren Elemente den Druck liefern, wenn sie in einem Bereich von etwa fünfzehn bis etwa fünfunddreißig Prozent ihrer ursprünglichen Höhe zusammengedrückt sind.

13. Elektrische Verbindereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Gehäuseteil (41) enthält, wobei sich jedes der komprimierbaren Elemente, die auf der Grundplatte angebracht sind, in dem Gehäuse befindet.

14. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 13, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von darin befindlichen Öffnungen (43) enthält und jedes der komprimierbaren Elemente in einer entsprechenden Öffnung im Gehäuse liegt.

15. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 14, wobei jede der Öffnungen wesentlich größer ist als das entsprechende komprimierbare Element, wenn die kompressiblen Elemente im nicht komprimierten Zustand sind, wobei die Elemente die entsprechenden Öffnungen im wesentlichen vollständig ausfüllen, wenn sie zusammengedrückt sind.

16. Elektrische Verbindereinheit gemäß Anspruch 15, wobei das Mittel, mit dem das Druck ausübende Teil gegen das zweite Schaltungsteil gedrückt wird, eine Klammervorrichtung umfaßt, die das Gehäuseteil und das erste Schaltungsteil aneinanderfügt, um das zweite Schaltungsteil dazwischen einzuklemmen.