DE69331346T2

DE69331346T2 - Verbinder hoher Packungsdichte

Info

Publication number: DE69331346T2
Application number: DE69331346T
Authority: DE
Inventors: Raymond Archie Busacco; Chi Shih Chang; Fletcher William Chapin; David William Dranchak; Thomas George Macek; James Ralph Petrozello; George John Saxenmeyer Jr.; Rod Alan Smith
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2013-06-08
Also published as: US5248262A; EP0872914B1; JP2522896B2; DE69323117T2; EP0574793A1; EP0872914A3; DE69331346D1; EP0872914A2; DE69323117D1; EP0574793B1; JPH0689764A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet elektrischer Verbinder und insbesondere auf elektrische Verbinder zum Verbinden von zumindest zwei elektrischen Schaltungsteilen, wie z. B. gedruckten Schaltkarten, Schaltungsmodulen oder dergleichen. Noch genauer, die Erfindung bezieht sich auf Verbinder dieser Art, die in der Umgebung eines informationsverarbeitenden Systems (Computers) benutzt werden können.
Der gegenwärtige Trend beim Verbinderentwurf für diejenigen Verbinder, die in dem Computergebiet benutzt werden, ist es, sowohl Verbindungen hoher Packungsdichte als auch hoher Zuverlässigkeit zwischen verschiedenen Schaltungsvorrichtungen vorzusehen, die wichtige Teile des Computers bilden. Hohe Zuverlässsigkeit für solche Verbindungen ist wesentlich aufgrund eines möglichen Ausfalls des Endproduktes, sollten entscheidende Fehlverbindungen dieser Vorrichtungen auftreten. Darüberhinaus ist es, um eine wirksame Reparatur, einen Ausbau und/oder einen Ersatz verschiedener Komponenten des Systems (d. h. von Verbindern, Karten, Chips, Platinen, Modulen usw.) sicherzustellen, auch sehr erwünscht, dass solche Verbindungen bei einem Endprodukt im Feld trennbar und wiederverbindbar wie auch tolerant gegenüber Staub und faserigen Überbleibseln sind. Solch eine Möglichkeit ist auch während des Herstellungsprozesses für solche Produkte wünschenswert, z. B., um das Testen zu erleichtern.
Auf ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Vorsehen verschiedener Verbindungen wird Bezug genommen als auf ein Verfahren zum Drahtbonden, das das mechanische und thermische Andrücken eines Drahtes aus weichem Metall, z. B. Gold, von einer Schaltung zu einer anderen einschließt. Solches Bonden führt jedoch selbst nicht leicht zu Verbindungen hoher Packungsdichte wegen möglichen Drahtbruchs und der begleitenden mechanischen Schwierigkeit beim Zuführen des Drahtes. Ein anderes Verfahren schließt das strategische Unterbringen von Lotkügelchen oder dergleichen zwischen entsprechenden Schaltungselementen, z. B. Anschlussflecken, ein und das Wiederaufschmelzen des Lotes, um die Verbindung zu bewirken. Während dieses Verfahren sich als äußerst erfolgreich erwiesen hat beim Vorsehen von Verbindungen hoher Packungsdichte für verschiedene Strukturen erlaubt dieses Verfahren keine leichte Trennung und nachfolgende Wiederverbindung. Bei noch einem anderen Verfahren ist ein Elastomer benutzt worden, das darin eine Vielzahl leitender Pfade einschloss, z. B. Drähte mit kleinem Durchmesser oder Reihen leitenden Materials, um die notwendigen Verbindungen zu liefern. Bekannte Verfahren, die solch ein Material benutzen, besitzen typischerweise die folgenden Mängel: (1) eine große Kraft, die pro Kontakt notwendig ist, die einem bestimmten Entwurf innewohnen kann und sich aufgrund der Unebenheit der in ineinandergreifenden Flächen verstärkt, (2) relativ hoher elektrischer Widerstand durch die Verbindung zwischen den zugehörigen Schaltungselementen, z. B. Anschlussflecken, (3) Empfindlichkeit gegenüber Staub, Überbleibseln und anderen Elementen aus der Umwelt, die leicht eine einwandfreie Verbindung nachteilig beeinflussen könnten, und (4) begrenzte Packungsdichte, z. B. aufgrund physischer Begrenzungen spezieller Verbindungsentwürfe. Solche elastomeren Strukturen nach dem Stand der Technik versagen üblicherweise auch, um Verbindungen mit wirksamem Selbstreinigen zu liefern, welche Form der Verbindung in vielen Verbindungssystemen mit hoher Packungsdichte sehr erwünscht ist.
Die Aufmerksamkeit wird gerichtet auf die US-Patentnummern 3 960 423, 3 960 424, 4 295 700, 4 636 018, 4 655 519, 4 793 814 und 5 049 084 für verschiedene Verfahren zum Vorsehen elektrischer Verbindungen für eine Vielfalt elektrischer Schaltungsteile. Wie man beim Lesen dieser Patente einsieht, schließen die darin beschriebenen Verfahren viele der vorerwähnten Nachteile ein, z. B. Nichtwiederholbarkeit, mögliche Fehlausrichtung, geringe Packungsdichte usw., wie auch andere, z. B. relativ komplizierter Entwurf, teuer herzustellen usw.
Im US Patent 5 061 192, übertragen an den gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung, ist ein elektrischer Verbinder zum Verbinden eines Paares von Schaltungsteilen definiert (z. B. Schaltung, Modul und Platine mit gedruckter Schaltung), der eine hohe Zuverlässigkeit, aber trennbare Verbindungen für diese Teile sicherstellt. Der Verbinder schließt einen elektrisch isolierenden (z. B. Kunststoff-) Rahmen ein, der eine interne Öffnung darin definiert. Diese Öffnung wird überbrückt von einer Vielzahl einzelner, federnder Kontaktglieder, die in einer freischwebenden und unterteilten Orientierung innerhalb der Öffnung durch eine Vielzahl von Paaren länglicher, isolierender Glieder (z. B. Polymerstangen) gehalten werden. Jeder der Kontakte ist daher aus dem Rahmen des Verbinders entfernbar, um Reparatur und/oder Ersatz zu erleichtern. Wie beschrieben, ist der Verbinder in der Lage, selbstreinigende Verbindungen vorzusehen, wodurch das Entfernen von Überbleibseln oder anderen Verunreinigungen von den entsprechenden leitenden Kontaktflecken für jedes Schaltungsteil sichergestellt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel schließt der Verbinder einen gemeinsamen Träger ein (z. B. Kunststoff), der darin eine Vielzahl zylindrisch geformter, federnder Kontaktglieder (z. B. Silikon) aufweist, die weiter eine Menge leitender (z. B. metallischer) Teilchen darin einschließen. Um eine selbstreinigende Form des Kontakts mit den entsprechenden leitenden Kontaktflecken sicherzustellen, schließt jedes der Abschlussenden jedes Kontaktgliedes vorzugsweise eine Vielzahl dendritischer, verschachtelter Glieder darauf ein. Dieses Patent wird hier durch Bezugnahme eingegliedert.
Es wird angenommen, dass ein elektrischer Verbinder mit hoher Packungsdichte, der in der Lage ist, wirksame, zuverlässige Verbindungen zu liefern (einschließlich des Lieferns einer selbstreinigenden Art von Verbindung), bei dem solche Verbindungen wiederholbar sind, (so dass die Verbindung und die erneute Verbindung leicht erfolgen können,) und der die anderen vorteilhaften Merkmale liefert, die aus der folgenden Beschreibung klar erkennbar sind, einen bedeutenden Fortschritt in der Technik darstellen würde. Solch ein Verbinder, wie er hier definiert wird, stellt auch eine Verbesserung gegenüber dem Verbinder nach dem US Patent 5 061 192 dar, z. B. durch Eliminieren der Notwendigkeit von länglichen, isolierenden Teilen für das Ausrichten und Arretieren der Kontakte.
US-A-4 655 519 offenbart einen elektrischen Verbinder zum Positionieren zwischen und elektrisch zu verbindenden elektrischen Komponenten. Der elektrische Verbinder schließt ein dielektrisches Gehäuse ein, das Fächer und Kontaktelemente aufweist, die frei in den Fächern angeordnet sind und freitragende Federarme aufweisen, die leitende Kontaktflächen an den freien Enden davon für elektrisches Kontaktieren der leitenden Kontaktflecken oder dergleichen auf den elektrischen Komponenten unterstützen.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Technik der elektrischen Verbinder zu verbessern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Verbinder anzugeben, der in der Lage ist, Verbindungen hoher Packungsdichte einer sehr zuverlässigen und verbesserten Art zu liefern, welche Verbindungen leicht getrennt und wiederholt werden können, wenn das gewünscht wird.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, solch einen Verbinder anzugeben, der relativ billig herzustellen und auch von einem relativ einfachen Aufbau ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verbinder zum elektrischen Verbinden erster und zweiter elektrischer Schaltungsteile nach Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Ausführungsbeispiele davon sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Fig. 1 veranschaulicht in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen elektrischen Verbinder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung vor dem Kontaktieren von Schaltungsteilen (und vor der Bewegung des Positionierungsgliedes),
Fig. 2 ist eine Teilseitenansicht im Schnitt des Verbinders nach Fig. 1 während des Kontaktierens der Schaltungsteile,
Fig. 3 ist eine Seitenansicht im Schnitt eines länglichen, elastischen Schaltungsteiles und Federmittels, das in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt werden kann, in einem entspannten Zustand vor dem seinem Positionieren innerhalb des Gehäuses nach der Erfindung,
Fig. 4 ist eine Seitenansicht im Schnitt des Teils nach Fig. 3 in einer betätigten Position (die übrigen Teile nach der Erfindung sind aus Erläuterungszwecken nicht dargestellt),
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines länglichen, elastischen Schaltungsteils, die eine Vielzahl leitender Elemente veranschaulicht, die darauf im Abstand angeordnet sind, und
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Verbinder nach Fig. 1 in einem verkleinerten Maßstab, die ein Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließt.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf das folgende, bevorzugte Ausführungsbeispiel und die angefügten Ansprüche in Verbindung mit den oben beschriebenen Zeichnungen Bezug genommen.
Alternativ ist es als eine Erweiterung des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels möglich, als Teil des Teiles 115 ein oder mehrere (nicht dargestellte) verbindende Metallteile zwischen benachbarten Elementen einzugliedern, die wie die Elemente 141, 143 und 145 in Fig. 5 in der Lage sind, eine gemeinsame Verbindung zu zwei oder mehr gegenüberliegenden Paaren leitender Kontaktflecken 31 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein metallisches Teil dazu benutzt werden, um so zwei Elemente 141 als Teile davon zu verbinden. Daher ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, Signal- und Stromversorgungsfunktionen unter Benutzen eines einzigen elastischen Schaltungsteils zu kombinieren. Verständlicherweise ist die dielektrische Schicht 119 von genügender Dicke, um die einzelnen Kontaktabschnitte in der gewünschten, Abstände aufweisenden Orientierung zu halten, um eine gesamte, längliche Konfiguration anzunehmen, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.
Wie bei dem elastischen Schaltungsteil 15 liefert das Vorhandensein von Elementen 145, die als eine Masseebene funktionieren, den zusätzlichen Vorteil des die Elemente 143 im Wesentlichen Abschirmens (,wenn als Signalelemente benutzt,) von benachbarten Teilen 115, wodurch mögliche eingekoppelte Störspannungen, die von diesen Teilen 115 erzeugt werden, auf extrem niedrige Pegel verringert werden.
Zusätzlich kann sich bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel die Form der Endstücke 123 und 125 der Elemente 141 nahe an der Spitze des Endteiles verengen, während die Form der schmalen Elemente 143 sich erweitern kann. Dies wird auch aus den gleichen Gründen, die oben genannt wurden, gemacht. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Spitzen eine Breite (Dimension "WTB") von etwa 0,38 mm und eine Dicke (Dimmension "TTB") von etwa 0,035 bis 0,07 mm besitzen.
Die Federmittel 127, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, können entweder teilweise oder vollständig vertikal segmentiert sein, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern (d. h. die Nachgiebigkeit benachbarter Endstücke 123 und 125). In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Federmittel 127 eine Vielzahl einzelner Federelemente umfassen, von denen jedes in der Breite im Wesentlichen gleich ist mit der dielektrischen Schicht 119, die darüber liegt, wie auch mit dem entsprechenden breiteren leitenden Element 141 in dem Gebiet außerhalb des Mittelteils 121. In diesem Gebiet können solche Federelemente mechanisch verbunden sein, um eine längliche, zusammengesetzte Struktur zu bilden wie in dem Fall der Federmittel 27 und aus den gleichen Gründen.
Die Federmittel 127 sollten wie die Federmittel 27 vorzugsweise elektrisch gemeinsam sein für leitende Elemente (145, wenn diese benutzt werden) oder für ein oder mehrere leitende Elemente (141, 143 auf Leistungs- oder Massepotential), vorzugsweise bei einer der oberen bzw. unteren Stellen 129 und 129', um sicherzustellen, dass das Federmittel sich auf einem definierten Spannungspegel befindet und die Leistung von Elementen nicht beeinträchtigt, die benutzt werden, um Signale zu übertragen.
Wichtig ist, dass das Federmittel 127, das bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mechanisch wie ein sich durchbiegender Balken wirkt, einen engen Bereich der Kontaktkraft über einen weiten Bereich der vertikalen Nachgiebigkeit zulässt. Zum Beispiel wird bei einem Ausführungsbeispiel des Verbinders 101 ein Bereich der vertikalen Nachgiebigkeit von größer als 0,5 mm mit weniger als einer zehnprozentigen Änderung der Kraft erreicht. Zum Vergleich, typische vorhandene Verbinder mit flächiger Anordnung haben einen nutzbaren vertikalen Nachgiebigkeitsbereich von weniger als 0,25 mm über einer Kraftänderung von 100-300%. Außerdem gestattet die Benutzung eines Federmittels 127 von der Art eines sich durchbiegenden Balkens die Länge der leitenden Elemente 141, 143 und 145 zu verringern. Dies verbessert sowohl die elektrischen (sowohl vom Standpunkt der Signalübertragung als auch der Stromzuführung) und thermischen Eigenschaften des Verbinders 101.
Es ist auch wichtig zu bemerken, dass die Endstücke 123 und 125 des elastischen Schaltungsteils 115 die maximale Kraft erfahren fast unmittelbar nach dem anfänglichen Kontaktieren der leitenden Kontaktflecken 31 und im Wesentlichen diese gleiche Kraft während des Restes der Betätigung aufrechterhalten. Bedeutsam ist, die Kontaktteile 114 dieses speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung sind in der Lage, einen ersten vorgespannten Zustand einzunehmen vor dem Kontaktieren der Schaltungsteile 33 und 35 (solch eine Vorbelastung wird verursacht durch den Kontakt mit einem Positionierungsglied, wie das genauer unten definiert wird,) und danach sich in eine zweite Position zu bewegen, in der diese Glieder in einem zusammengedrückten Zustand sind. Dies wird durch die folgende Beschreibung besser verstanden. Solch ein Zusammendrücken ist in Fig. 2 dargestellt und tritt auf, nachdem die Kontaktenden 123 und 125 mit den entsprechenden Kontaktflecken 31 in Kontakt gelangt sind. Die Kontaktteile 114 sind so in einem vorgespannten Zustand in Fig. 1 vor solch einem Kontaktieren. Außerdem darf der Verbinder 101 nicht überbelastet werden, um eine minimale Kraft pro Kontakt zu erreichen (das kann der Fall sein für Verbinder mit einer größeren Kraftänderung), wodurch die Erfindung befähigt wird, unnötige Klemmkräfte auf die Schaltungsteile 33 und 35 zu minimieren.
Der Verbinder 101, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, schließt weiter zumindest eines (und vorzugsweise eine Vielzahl) der vorher erwähnten länglichen, elektrisch isolierenden Positionierungsglieder 103 ein. Jedes Positionierungsglied 103 schließt vorzugsweise einen Querschnitt von im Wesentlichen konvexer Form auf einer seiner vertikalen Seiten ein und eine im Wesentlichen konkave Form auf der entgegengesetzten Seite und besteht aus einem Polymermaterial, geeignete Beispiele für solch ein Material sind Vektra, Ryton, Phenol und Polyester. Das Glied 103 wird vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt wie z. B. Gießen oder Spritzguss (Spritzguss erlaubt den modularen Aufbau der Verbinderanordnung, was dazu führt, dass das Gerät an irgendeine Anordnungskonfiguration angepasst werden kann), und wird durch gegenüberliegende Gehäuseendteile 111a und 111c in Position gehalten. Positionierungsglieder 103, von denen jedes gegen ein benachbartes Kontaktteil 114 wirkt, veranlassen die Teile 114, die beschriebene vorgespannte Position einzunehmen (in Fig. 1 unmittelbar vor dem direkten Kontakt mit den Kontaktflecken 31) und sich danach nach links in Fig. 2 zu bewegen, um die Kontaktteile 114 zu befähigen, völlig zusammengedrückt zu werden (Fig. 2). Die Positionierungsglieder 103 sind jedes so entworfen, dass sie ein benachbartes elastisches Schaltungsteil 115 (des Teils 114) anfänglich an zwei äußeren Begrenzungsflächen 105 und einer inneren Begrenzungsfläche 107 berühren, die die elastischen Schaltungsteile leicht ablenken und sie dadurch in einem zentrierten, leicht durchgebogenen, frei schwebenden, vorgespannten Zustand halten vor dem Kontakt mit den Schaltungsteilen 33 und 35. Jedes elastische Schaltungsteil 115 wird durch Reibung zwischen den drei Kontaktflächen (105 und 107) und den gebogenen elastischen Schaltungsteilen gehalten, wie das in Fig. 1 gezeigt ist. Diese leicht gekrümmte Form prädisponiert die Biegungsrichtung der elastischen Schaltungsteile so, dass während der Betätigung des Verbinders 101 alle der elastischen Schaltungsteile sich in der gleichen Richtung verbiegen. In Fällen, in denen ein zusätzlicher Halt des elastischen Schaltungsteils 115 gewünscht wird, können (nicht dargestellte) Nasen, die durch gegenüberliegende Gehäuseendteile 111a und 111c (z. B. durch entsprechende Nuten) aufgenommen werden, als Teil der Ränder des elastischen Schaltungsteils 115 eingeschlossen sein. Außerdem definieren die äußeren Begrenzungsflächen 105 jedes Positionierungsgliedes 103 und der im Wesentlichen konvex geformte Teil des unmittelbar zu seiner Rechten benachbarten Positionierungsgliedes 103 (wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt) ein Paar von Schlitzen 165, durch welche die Endstücke 123 und 125 jedes elastischen Schaltungsteils 115 sich erstrecken.
Die Positionierungsglieder 103 sind, wie in Fig. 6 dargestellt, befestigt an oder bilden einen Teil (Erweiterungen) von gegenüberliegenden Endteilen 111a und 111c des Gehäuses und bewegen sich daher, wenn diese Teile sich bewegen. Solch eine Befestigung kann durch Benutzen eines geeigneten Klebstoffes erreicht werden oder diese Bauteile können durch Pressen in die Teile 111a und 111c eingepasst werden. (Kontakte 114 sind in Fig. 6 aus Gründen der Darstellung nicht gezeigt.) Alternativ können Positionierungsglieder 103 als integrale Teile des Gehäuses geformt werden (z. B. gegossen als entweder ein einzelnes Stück oder, wie oben für den Verbinder 10 beschrieben, als obere und untere Hälften). Obgleich solch ein Aufbau die Möglichkeit des modularen Aufbaus verhindert kann er für diejenigen Ausführungsbeispiele des Verbinders 101 kostengünstiger sein, die in großen Mengen erzeugt werden sollen.
Die gegenüberliegenden Endteile 111a und 111c des Gehäuses, die auch in Fig. 6 dargestellt sind, schließen weiter einen oder mehrere Ausrichtschlitze 187 für die X-Achse, eine Ausrichtfläche 189 für die X-Achse und Vorspannungsmittel 191 ein, die, wenn sie in Verbindung mit dem Ausrichtstift 193 für die X-Achse benutzt werden, die Ausrichtmittel für die X-Achse umfassen, um den Verbinder 101 mit Schaltungsteilen 33 und 35 auszurichten, als auch, um das Teil 33 mit dem Teil 35 auszurichten. Der Stift 193 (und der Stift 197, der unten beschrieben wird,) kann an den Teilen 33 und 35 durch geeignete Mittel, wie einen Klebstoff, Hartlöten und/oder Einpassen durch Reibung, befestigt werden. Das Vorspannungsmittel 191, vorzugsweise eine Schraubenfeder, die eine relativ geringe Federkraft aufweist (z. B. ein Pfund) verglichen mit dem Betrag an Kraft, der benötigt wird, um alle die elastischen Schaltungsteile und Federmittel des Verbinders 101 zu betätigen, positioniert jede Ausrichtfläche 189 für die X-Achse gegen ihren entsprechenden Ausrichtstift 193 für die X-Achse. Das Vorspannungsmittel 191 bringt während der Deaktivierung des Verbinders 101 auch das Gehäuse 111 genau in seine Anfangsstellung (Fig. 1) zurück. Das Gehäuse 111 kann weiter ein oder mehrere (nicht dargestellte) Gegengewichte einschließen, die benutzt werden können, um den minimalen vertikalen Abstand zwischen den Schaltungsteilen 33 oder 35 und den Positionierungsgliedern 103 und dem Rest des Gehäuses 111 zu bestimmen.
Gegenüberliegende Seitenteile 111b und 111d des Gehäuses, die auch in Fig. 6 dargestellt sind, schließen ein oder mehrere Ausrichtschlitze 195 für die Y-Achse ein, die, wenn sie in Verbindung mit dem Ausrichtstift 197 (, der Teil des gleichen Schaltungsteils sein kann, wie oben beschrieben) benutzt werden, das Ausrichtmittel für die Y-Achse umfassen, um den Verbinder 101 im Hinblick auf die Teile 33 und 35 auszurichten, als auch, um das Teil 33 auf das Teil 35 auszurichten. Nachdem die Positionierungsglieder 103 einmal an dem Gehäuse 111 (einschließlich der oben beschriebenen Ausrichtmittel) befestigt worden sind, können elastische Schaltungsteile 115 mit den zugehörigen Federmitteln 127 in die Öffnungen 109 eingesetzt werden, die zwischen den Gliedern 103 definiert sind, um den Zusammenbau des Verbinders 101 zu vollenden, wie das am besten aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist. Da jedes elastische Schaltungsteil 115 durch die entsprechenden äußeren Begrenzungsflächen und die innere Begrenzungsfläche 107 der Glieder 103 (,die mechanisch mit dem Gehäuse 111 vor der Betätigung des Verbinders 101 verbunden sind,) zurückgehalten werden, unterstützt das Gehäuse 111 das Ausrichten der Endstücke 123 und 125 der elastischen Schaltungsteile auf die entsprechenden leitenden Kontaktflecken 31.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verbinders 101 unterscheidet sich das Gehäuse 111 von der gegenwärtigen Technologie nach dem Stand der Technik, da es nicht in einer starren, festgelegten Position während der Betätigung des Verbinders gehalten wird. Während des Gelangens des Verbinders 101 in seine endgültige betätigte Position (Fig. 2), werden die elastischen Schaltungsteile 115 und die Federmittel 127 zusammengedrückt, was die zunehmend gewölbte Gestalt derselben verursacht. Dies beseitigt die auf jedem elastischem Schaltungsteil von der entsprechenden inneren Begrenzungsfläche 107 ausgeübte Kraft und veranlasst jedes Teil 115, auf die entsprechenden zwei äußeren Begrenzungsflächen 105 zu stoßen, was das Gehäuse 111 in der gleichen Richtung verschiebt, in der die elastischen Schaltungsteile sich durchbiegen, wodurch die ungehinderte vertikale Betätigung der elastischen Schaltungsteile 115 und der elektrischen Schaltungsteile 33 und 35 gestattet wird, um so Teil des Verbinders 101 zu bilden, der verständlicherweise dazu dient, die genannten Schaltungsteile miteinander zu verbinden. Das Gehäuse 111 ist daher beweglich als Antwort auf das Zusammendrücken der Kontaktteile 114 in den Öffnungen 109, wobei die Teile 114 gleitend in die Positionierungsglieder 103 des Gehäuses während dieses unter Druck erfolgenden Kontaktierens gelangen. Das Gehäuse dient auch über die Glieder 103 dazu, vor solch einem Zusammendrücken genau in die Kontaktteile 114 der Schaltungsteile einzugreifen, wodurch diese ausgerichtet werden, wenn nötig.
Die Arbeitsweise und die Funktionalität des Verbinders 101 werden stark verbessert durch Zulassen, dass das Gehäuse sich so sowohl während der Betätigung als auch der Deaktivierung des Verbinders bewegt. Zwei Vorteile davon sind die wesentliche Verringerung des Betrags der Kraft, der nötig ist, um den Verbinder zu betätigen, während die Möglichkeit des Zerstörens der Endteile der elastischen Schaltungsteile vermindert wird. Es ist möglich, dass, wenn es dem Gehäuse nicht erlaubt wird, sich während der Betätigung des Verbinders zu bewegen, die Endteile, die bereits einen hohen Reibungskoeffizienten mit den leitenden Kontaktflecken 31 aufweisen, versuchen können, gegen die Kontaktflecken zu reiben, aber wegen der möglichen Störung zwischen den sich auswölbenden Endteilen der elastischen Schaltungsteile und den äußeren Begrenzungsflächen 105 können die Endteile die Tendenz haben, sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Krümmung durchzubiegen.
Um das Kühlen der elastischen Schaltungsteile 115 in dem Gehäuse 111 auch während der Arbeitsweise des Verbinders 101 zu ermöglichen, können ein oder mehrere (nicht dargestellte) Schlitze vorgesehen sein. Vorzugsweise werden diese Schlitze in den Endteilen 111a und 111c des Gehäuses vorgesehen, um es einem flüssigen Kühlmittel (Flüssigkeit oder Gas) zu ermöglichen, leicht durch die parallel ausgerichteten, dicht benachbarten elastischen Schaltungsteile hindurchzufliessen (bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel kann dies die leichte Verschiebung der Ausrichtmittel für die X-Richtung erfordern, um den Fluss des Kühlmittels zu verbessern). Ein bevorzugtes Kühlmittel ist Luft. Es ist auch möglich, Stickstoff und Öl zu diesem Zweck zu benutzen. Es kann erwünscht sein, ein luftdicht verschlossenes System durch die Benutzung von Blasen, Röhren usw. (nicht dargestellt) vorzusehen, wenn Flüssigkeiten als Kühlmittel benutzt werden sollen. Sollte der Verbinder 101 nur als Verbinder für die Stromversorgung benutzt werden, können die Temperaturen um ungefähr 50% verringert werden, wodurch die Arbeitsweise der Erfindung verbessert wird.
Als ein alternatives Ausführungsbeispiel können die Kontaktelemente in den Fig. 1-6 leitende Elemente 141 und 143 (z. B. aus Beryllium-Kupfer) auf nur einer Seite der isolierenden Schicht einschließen. Beryllium-Kupfer ist das bevorzugte Material der leitenden Elemente, da es die elektrischen Funktionen der elastischen Schaltungselemente (z. B. leitende Pfade liefert) durchführt und auch die mechanischen Funktionen der Federmittel 27 liefert (und dadurch die Notwendigkeit für diese eliminiert). Dies vereinfacht die Herstellung der leitenden Mittel, wodurch die Gesamtkosten des Verbinders verringert werden. Daher ist durch den Ausdruck Kontaktteil, wie er bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt wird, gemeint, kombinierte elastische Schaltungs- und Federmittelstrukturen einzuschließen wie auch ein einzelnes Teil, das z. B. aus einem Dielektrikum besteht, das eine Metallschicht darauf aufweist.
Wichtig, Kontaktgeometrien der eindringenden Art, wie z. B. dendritische Elemente 77, sind auf den Endteilen der Kontaktflächen des elastischen Schaltungsteils eingeschlossen, um die Zuverlässigkeit der Verbindungen durch Anbieten von Kontaktredundanz zu verbessern, was wiederum den Kontaktwiderstand verringert, die Verlustwärme und die Temperatur in den Kontakten während des Betriebs. Darüberhinaus können dendritische Elemente 77 Staub durchbrechen, Filme und faserige Überbleibsel, die auf solchen leitenden Kontaktflecken 31 wie denjenigen, die für die Schaltungsteile 33 und 35 dargestellt wurden, vorhanden sein können. Somit ist ein elektrischer Verbinder zum Liefern von Verbindungen hoher Packungsdichte zwischen entsprechenden Vielzahlen leitender Elemente auf gegenüberliegenden Paaren von Schaltungselementen dargestellt und beschrieben worden. Solche Verbindungen sind in einer einfachen Weise durch die Erfindung zu erhalten, die von relativ einfachem Aufbau ist und daher billig herzustellen und zu betreiben ist. Es versteht sich aus dem Vorstehenden, dass die beschriebenen Verbindungen leicht trennbar sind, so dass der Verbinder entfernt und wiedereingesetzt werden kann, falls nötig. Solch eine Möglichkeit ermöglicht das Testen der entsprechenden Schaltungen auf den beschriebenen Schaltungsteilen, falls gewünscht, in einem gesamten Verbindungssystem.
Während das dargestellt und beschrieben wurde, was zur Zeit als bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung betrachtet wird, ist es für die Fachleute naheliegend, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er durch die angefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Verbinder (101) zum elektrischen Verbinden erster und zweiter elektrischer Schaltungsteile (33, 35), wobei der Verbinder umfasst:

ein Gehäuse (111), das angepasst ist, um zwischen den ersten und zweiten elektrischen Schaltungsteilen (33, 35) positioniert zu werden,

längliche, elastische Schaltungsteile (115), die sich in dem Gehäuse (111) befinden und erste und zweite leitende Endstücke (123, 125) einschließen zur Kontaktierung der ersten bzw. zweiten elektrischen Schaltungsteile (33, 35), wenn das Gehäuse (111) zwischen den ersten und zweiten elektrischen Schaltungsteilen positioniert wird,

Positionierungsglieder (103), die zwischen den elastischen Schaltungsteilen angeordnet sind, wobei jedes angepasst ist, um ein benachbartes elastisches Schaltungsteil an zwei äußeren Begrenzungsflächen (105) und einer inneren Begrenzungsfläche (107) zu berühren, wobei die länglichen, elastischen Schaltungsteile (115) dadurch eine erste Position besetzen, während sie in einem vorgespannten Zustand sind und eine erste vorbestimmte Form innerhalb des Gehäuses (111) aufweisen vor dem Kontakt mit den ersten und zweiten leitenden Endstücken (123, 125) und den ersten und zweiten elektrischen Schaltungsteilen (33, 35) und danach eine zweite Position einnehmen, während sie in einem zusammengedrückten Zustand sind und eine zweite vorgegebenen Form aufweisen, die von der ersten Form innerhalb des Gehäuses (111) während der Kontaktierung verschieden ist, wobei alle der länglichen, elastischen Schaltungsteile (115) sich in der gleichen Richtung durchbiegen,

dadurch gekennzeichnet dass,

die elastischen Schaltungsteile Federmittel (127) nach Art sich durchbiegender Träger umfassen, die operativ mit jedem der elastischen Schaltungsteile so verbunden sind, dass sie sich in der gleichen Richtung durchbiegen wie die länglichen, elastischen Schaltungsteile (115) während des Kontaktes,

und wobei das Gehäuse (111) angepasst ist zum Einnehmen erster und zweiter Stellen zwischen den ersten und zweiten elektrischen Schaltungsteilen (33, 35) und das Gehäuse die erste Stelle einnimmt vor der Kontaktierung der ersten und zweiten elektrischen Schaltungsteile durch die ersten und zweiten leitenden Endstücke (123, 125) und zum Bewegen zu der zweiten Stelle während der Kontaktierung, wodurch das Gehäuse in der gleichen Richtung verschoben wird, in der sich die elastischen Schaltungsteile (115) verbiegen.

2. Verbinder nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse zumindest ein Positionierungsglied einschließt, wobei das längliche, zusammendrückbare Kontaktglied während der Kontaktierung der ersten und zweiten leitenden Endstücke und der ersten und zweiten elektrischen Schaltungsteile gleitend in Eingriff mit dem Positionierungsglied gelangt.

3. Verbinder nach Anspruch 2, bei dem das Positionierungsglied zumindest eine gewölbte Fläche einschließt, wobei das Kontaktglied gleitend mit der gewölbten Fläche in Eingriff gelangt.

4. Verbinder nach Anspruch 3, bei dem das Positionierungsglied elektrisch isolierend ist.

5. Verbinder nach Anspruch 3, bei dem die gewölbte Fläche des Positionierungsgliedes im Wesentlichen konkav ist.

6. Verbinder nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse Ausrichtmittel einschließt, das Gehäuse angepasst ist für das Bewegen innerhalb der Ausrichtmittel, um die ersten und zweiten Stellen einzunehmen.

7. Verbinder nach Anspruch 6, weiter einschließend Vorspannmittel zum Vorspannen des Gehäuses in der Richtung der zweiten Stelle innerhalb der Ausrichtmittel.

8. Verbinder nach Anspruch 7, bei dem das Vorspannmittel zumindest eine Feder umfasst.

9. Verbinder nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse elektrisch isolierend ist.

10. Verbinder nach Anspruch 9, bei dem das Gehäuse aus Kunststoff besteht.

11. Verbinder nach Anspruch 1, bei dem das zusammendrückbare Kontaktglied ein elastisches Schaltungsteil umfasst und ein Federmittel, das operativ damit verbunden ist zum Ausüben einer vorbestimmten Kraft gegen das elastische Schaltungsteil, um die ersten und zweiten leitenden Endstücke zu veranlassen, die ersten bzw. zweiten Schaltungsteile zu kontaktieren.

12. Verbinder nach Anspruch 11, bei dem das längliche, elastische Schaltungsteil eine Vielzahl leitender Elemente einschließt, die darauf im Abstand positioniert sind.

13. Verbinder nach Anspruch 12, bei dem die leitenden Elemente die leitenden Endstücke darauf einschließen, wobei die leitenden Elemente eine im Wesentliche gleiche Breite aufweisen.

14. Verbinder nach Anspruch 12, bei dem die leitenden Elemente die leitenden Endstücke darauf einschließen, wobei die leitenden Elemente von im Wesentlichen gleicher Dicke sind.

15. Verbinder nach Anspruch 12, bei dem die leitenden Elemente aus Kupfer bestehen.

16. Verbinder nach Anspruch 11, bei dem das elastische Schaltungsteil eine dielektrische Schicht einschließt.

17. Verbinder nach Anspruch 16, bei dem das dielektrische Material aus einem Polymermaterial besteht.

18. Verbinder nach Anspruch 17, bei dem das Polymermaterial ein Polyimid ist.

19. Verbinder nach Anspruch 11, bei dem das Federmittel metallisch ist.

20. Verbinder nach Anspruch 19, bei dem das Federmittel aus Stahl besteht.

21. Verbinder nach Anspruch 19, bei dem das Federmittel eine Zugfestigkeit einschließt, die wesentlich größer als die Zugfestigkteit des leitenden Elementes ist.

22. Verbinder nach Anspruch 21, bei dem die Zugfestigkeit des Federmittels zumindest das Zweifache der Zugfestigkteit des leitenden Elementes beträgt.

23. Verbinder nach Anspruch 11, bei dem das Federmittel an dem elastischen Schaltungsteil an einen Abstand aufweisenden Stellen befestigt ist und eine Form einschließt, die im Wesentlichen dem Teil des elastischen Schaltungsteiles zwischen den einen Abstand aufweisenden Stellen entspricht, wobei das Federmittel und das elastischle Schaltungsteil einen ersten Abstand dazwischen definieren vor der Kontaktierung der ersten und zweiten leitenden Endstücke des elastischen Schaltungsteiles und der ersten und zweiten Schaltungsteile und einem zweiten engeren Abstand dazwischen während der Kontaktierung.

24. Verbinder nach Anspruch 1, bei dem jedes der leitenden Endstücke eine Vielzahl von Dendriten umfasst.

25. Verbinder nach Anspruch 24, bei dem die Dendriten aus Palladium bestehen.