DE112007000677T5 - Verbundkontakt für elektrische Feinraster-Verbindungsanordnung - Google Patents
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Abstract
Elektrische
Verbindungsanordnung zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen
auf einem ersten Schaltungsteil mit Anschlüssen auf einem
zweiten Schaltungsteil, wobei die elektrische Verbindungsanordnung
aufweist:
ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken;
mehrere Verbundkontakte, die in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert sind, wobei die Verbundkontakte aufweisen:
ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt und mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt;
eine oder mehrere Polymerschichten, die sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils erstrecken;
ein oder mehrere Koppelmerkmale, die mit dem Gehäuse in Eingriff stehen; und
mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, um mit einem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil mechanisch gekoppelt zu werden.
ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken;
mehrere Verbundkontakte, die in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert sind, wobei die Verbundkontakte aufweisen:
ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt und mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt;
eine oder mehrere Polymerschichten, die sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils erstrecken;
ein oder mehrere Koppelmerkmale, die mit dem Gehäuse in Eingriff stehen; und
mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, um mit einem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil mechanisch gekoppelt zu werden.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Verbundkontakt für eine elektrische Verbindungsanordnung, die ein erstes Schaltungsteil mit einem oder mehreren zweiten Schaltungsteilen elektrisch verbindet, und insbesondere einen Verbundkontakt, der für die mechanischen Eigenschaften des Verbundkontakts primär auf eine oder mehrere Polymerschichten zurückgreift.
- Hintergrund der Erfindung
- Der derzeitige Trend in der Verbindergestaltung für jene Verbinder, die auf dem Gebiet von Computern genutzt werden, besteht darin, zwischen verschiedenen Schaltungsbauelementen Verbinder sowohl mit hoher Dichte als auch mit hoher Zuverlässigkeit vorzusehen. Für solche Verbindungen ist hohe Zuverlässigkeit wesentlich, da es durch falsche Verbindungen von Bauelementen zu potentiellem Systemmausfall kommt. Um ferner Reparatur, Aufrüstung, Testung und/oder Austausch verschiedener Komponenten, z. B. Verbinder, Karten, Chips, Platinen und Modulen, auf effektive Weise zu gewährleisten, ist es überaus erwünscht, daß solche Verbindungen im Endprodukt trennbar und wieder verbindbar sind.
- Stiftverbinder, die in plattierte Durchgangslöcher oder Kontaktlöcher eingelötet sind, zählen zu den in der Industrie heute am stärksten verbreiteten. Stifte am Verbinderkörper werden durch plattierte Löcher oder Kontaktlöcher an einer Leiterplatte eingesetzt und mit Hilfe eines herkömmlichen Mechanismus angelötet. Danach wird ein weiterer Verbinder oder ein verkapptes Halbleiterbauelement eingesetzt und vom Verb inderkörper durch mechanische Pressung oder Reibung festgehalten. Das Zinn-Blei-Legierungslot und zugehörige Chemikalien, die im gesamten Verfahren zum Verlöten dieser Verbinder mit der Leiterplatte verwendet werden, betrachtet man wegen ihrer Umweltauswirkungen zunehmend kritisch. Die Kunststoffgehäuse dieser Verbinder erfahren eine erhebliche Menge thermischer Aktivität während des Lötverfahrens, was die Komponente beansprucht und die Zuverlässigkeit bedroht.
- Normalerweise sind die verlöteten Kontakte am Verbinderkörper die mechanische Stütze für das Bauelement, das durch den Verbinder angeschlossen wird, und unterliegen Ermüdung, Verformung unter Beanspruchung, Lötbrückenbildung und Koplanaritätsfehlern, wodurch es potentiell zu vorzeitigem Ausfall oder Durchgangsverlust kommt. Wird insbesondere der Gegenverbinder oder das Halbleiterbauelement an dem an der Leiterplatte angebrachten Verbinder eingesetzt und davon entfernt, kann die Elastizitätsgrenze an den mit der Schaltungsplatine verlöteten Kontakten überschritten werden, was einen Durchgangsverlust bewirkt. Normalerweise sind diese Verbinder nur wenige Male zuverlässig, wenn Bauelemente eingesetzt und entfernt werden. Außerdem haben diese Bauelemente eine relativ lange elektrische Länge, die die Systemleistung beeinträchtigen kann, besonders für hochfrequente oder leistungsarme Komponenten. Das Raster oder der Abstand zwischen benachbarten Anschlußleitungen von Bauelementen, der mit Hilfe dieser Verbinder hergestellt werden kann, ist wegen der Kurzschlußgefahr ebenfalls begrenzt.
- Ein weiteres elektrisches Verbindungsverfahren ist als Drahtbonden bekannt, das die mechanische oder Thermokompression eines Weichmetalldrahts, z. B. Gold, von einer Schaltung zur anderen beinhaltet. Gleichwohl eignet sich solches Bonden nicht ohne weiteres für hochdichte Verbindungen aufgrund von möglichem Drahtbruch und damit einhergehenden mechanischen Schwierigkeiten bei der Drahthandhabung.
- Eine alternative elektrische Verbindungstechnik beinhaltet das Plazieren von Lötkugeln o. ä. zwischen jeweiligen Schaltungselementen. Das Lot wird aufgeschmolzen, um die elektrische Verbindung zu bilden. Obwohl sich diese Technik bei der Bildung hochdichter Verbindungen für verschiedene Strukturen bewährt hat, ermöglicht diese Technik kein leichtes Trennen und anschließendes Wiederverbinden der Schaltungsteile.
- Ferner wurde ein Elastomer mit mehreren Strompfaden als Verbindungsbauelement verwendet. Die in der Elastomerbahn eingebetteten leitenden Elemente sorgen für eine elektrische Verbindung zwischen zwei gegenüberliegenden Anschlüssen, die mit der Elastomerbahn in Kontakt gebracht sind. Das Elastomermaterial, das die leitenden Elemente abstützt, drückt sich im Gebrauch zusammen, um eine gewisse Bewegung der leitenden Elemente zu ermöglichen. Solche Elastomerverbinder erfordern eine relativ hohe Kraft pro Kontakt, um eine ausreichende elektrische Verbindung zu erreichen, was die Nichtplanarität zwischen Gegenflächen verschlechtert. Allgemein ist die Lage der leitenden Elemente nicht kontrollierbar. Ferner können Elastomerverbinder einen relativ hohen elektrischen Widerstand durch die gegenseitige Verbindung zwischen den zugeordneten Schaltungselementen aufweisen. Die Verbindung mit den Schaltungselementen kann gegenüber Staub, Partikeln, Oxidation, Temperaturschwankungen, Schwingung und anderen Umgebungselementen empfindlich sein, die die Verbindung negativ beeinflussen können.
- Um allgemein für einen überlegenen elektrischen Leistungsweg zu sorgen, sollte der metallische Leiter kurz und vorzugsweise breit sein, um eine induktionsarme Umgebung vorzusehen. Dies wird in einigen traditionellen Kontaktstrukturen sehr schwierig, die gestanztes Metall verwenden, da sehr kleine und breite Kontakte keine große Nachgiebigkeit als Federn haben. Werden Kontakte kleiner und wird der Abstand zwi schen ihnen verkleinert, machen die Merkmale auf den Kontakten sie sehr kompliziert und schwierig herzustellen.
- Die meisten elektrischen Kontakte werden durch Stanzen und Umformen von Metall in genaue Formen hergestellt, wonach sie in ein Isolatorgehäuse aus Kunststoff eingebaut werden. Normalerweise werden diese Kontaktteile in ein Kunststoff- oder Isoliergehäuse eingesetzt, das sie positioniert und sie daran hindert, mit einem freiliegenden Metallabschnitt den eines Nachbarkontakts zu berühren. Gestaltungsmerkmale sind eingebaut, um für Festhalten im Gehäuse zu sorgen oder die Biegeeigenschaften der Federn zu maximieren. Diese Merkmale müssen in traditionelle Kontaktteile selbst eingebaut sein, was oft Änderungen des Querschnitts des elektrischen Pfads oder zusätzliches Metall an Stellen hervorbringt, das Stör- oder Abzweigeffekte zufügen kann, die in der Tendenz die Signalqualität beeinträchtigen.
- Andererseits verwenden traditionelle flexible Schaltungen eine dünne Kupferschicht, die mit einer Schicht aus Polyimid oder Flüssigkristallpolymer gepaart ist. Gerade die Beschaffenheit der Schaltung ist so, daß sie sich biegen und beugen kann, ohne den elektrische Stromkreis zu unterbrechen. Typischerweise lassen sich diese Schaltungen mit enger Toleranz und spezifischen Geometrien recht leicht gestalten, die das elektrische Signal normalerweise nicht erheblich beeinträchtigen. Allerdings sind die Leiterbahnen auf flexiblen Schaltungen zum Gebrauch in herkömmlichen Verbinderanordnungen zu flexibel. Die Leiterbahnen sind zu flexibel, um für ausreichende Normalkraft zu sorgen, um mit den Schaltungsteilen elektrisch verbunden zu bleiben. Würde eine Leiterbahn auf einer flexiblen Schaltung in einem traditionellen Verbinder oder einer traditionellen Buchse verwendet, so würde sich der Kontakt Wegbiegen und nicht wie bei normalen Kontakten zurückfedern, was zu einem offenen Stromkreis führt.
- Kurze Zusammenfassung der Erfindung
- Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen einen Verbundkontakt für eine elektrische Verbindungsanordnung, die ein erstes Schaltungsteil mit einem oder mehreren zweiten Schaltungsteilen elektrisch verbindet. Die Erfindung betrifft auch die Verbundkontakte.
- Die Verbundkontakte weisen ein flexibles leitendes Teil mit mindestens einer laminierten Polymerschicht auf. Vorzugsweise umgibt oder verkapselt die Polymerschicht das flexible leitende Teil mit Ausnahme von freiliegenden Abschnitten, die elektrische Verbindungspunkte mit mindestens zwei externen Schaltungsteilen bilden, z. B. einer Leiterplatte oder einem IC-Bauelement. Alternativ können Seitenkanten des leitenden Teils freiliegen, wenn sie zwischen den Polymerschichten eingefügt sind.
- Die Polymerschichten wirken als Isolatoren und stellen die meisten der mechanischen Eigenschaften bereit, damit der Verbundkontakt in einer traditionellen Buchsen- oder Verbinderanwendung arbeitet. Vorzugsweise liegen nur die gewünschten Bereiche des leitenden Teils zum elektrischen Kontakt frei. Mit diesem Merkmal ist die Notwendigkeit der traditionellen Isoliereigenschaften des Gehäuses beseitigt oder stark verringert, das zum Einsatz kommt, um Kurzschließen der Kontakte zu verhindern.
- Die Polymerschichten können auch aus Materialien mit verbesserter dielektrischer Konstante gegenüber der des traditionellen Kunststoffs bestehen, der für solche Gehäuse verwendet wird. Folglich sieht der resultierende Verbundkontakt eine erhöhte elektrische Leistung entlang dem Strompfad vor. Durch die verringerte Notwendigkeit von Isolierwänden im Gehäuse kann auch die Komplexität und Größe des Gehäuses reduziert sein. Als Ergebnis können die Verbundkontakte in feineren Rastern als herkömmliche Verbinder angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können sich die Verbundkontakte sogar berühren, ohne die elektrische Leistung zu beeinflussen.
- Die von sich aus unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Polymerschichten stützen das ansonsten schwache leitende Teil in spezifischen Bereichen oder mit spezifischen Materialeigenschaften so ab, daß sie für die mechanischen Eigenschaften eher traditioneller Kontakte oder Federn sorgen. Außerdem hindern die Polymerschichten Lot daran, während des Aufschmelzverfahrens durch Dochteffekt über die Länge des leitenden Teils zu kriechen.
- In einer weiteren Ausführungsform kann die Polymerschicht als Hauptausrichtungs- und Grenzflächenabschnitt strukturiert sein, während die freiliegende Metallspitze die leitende Oberfläche des Schaltungsteils einfach kontaktiert. In einer Ausführungsform bildet die Polymerschicht eine mechanische Grenzfläche oder mechanische Verriegelung mit dem Schaltungsteil und/oder dem Gehäuse.
- In der Tendenz sammeln traditionelle Kontaktteile Lot auf der Metallspitze an, was einen Anstieg des Kontaktwiederstands und schließlich schlechten Kontakt bewirken kann. In einer Ausführungsform sehen die Polymerschichten Eingriffsmerkmale vor, die so konfiguriert sind, daß sie eine mechanische Verriegelung, so z. B. eine Einrastbeziehung, mit den Kugeln eines Ball-Grid-Arrays (Kugelgitteranordnung) bilden. Der Kunststoffabschnitt bildet den Großteil der Grenzfläche mit dem Schaltungsteil. Die Eingriffsmerkmale können ein Loch, eine Aussparung, ein Vorsprung, ein Widerhaken auf mechanische Weise oder vielfältige andere Strukturen sein, die das Lötteil mechanisch koppeln oder ergreifen. Die Laschen und/oder die Eingriffsmerkmale können sich zum Eingriff mit dem Lötteil plastisch und/oder elastisch verformen. Das Lötteil kann kugelförmig, würfelförmig, sechseckig sein oder vielfältige andere Formen haben. In anderen Ausführungsformen dient der Eingriff dazu, Komponenten an einer Grenzfläche relativ zueinander zu positionieren.
- In einigen Ausführungsformen sind die freiliegenden Metallspitzen des leitenden Teils mit speziellen Materialien plattiert, um die Effekte von Lotverunreinigung zu reduzieren, z. B. Rhodium. In einer weiteren Ausführungsform kann die freiliegende Metallspitze des leitenden Teils so geformt sein, daß sie einen fokussierten Druckpunkt bildet, um Lot wiederholt zu durchstechen. Die Beschaffenheit des Kunststoffabschnitts des Verbundkontakts sorgt für eine natürliche Maske, die verwendet werden kann, um Plattierung mit Hilfe von alltäglichen Verfahren zu konzentrieren. In einer weiteren Ausführungsform können unterschiedliche Abschnitte des Grundmetalls des leitenden Teils unterschiedlich behandelt sein, indem auf unterschiedliche Abschnitte zu unterschiedlichen Zeiten während des Verfahrens eingewirkt wird, ähnlich wie bei der Herstellung von Leiterplatten.
- Verbundkontakte einiger Ausführungsformen kombinieren die mechanischen Eigenschaften von mindestens zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, um einen Verbundkontakt mit erwünschter Federkraft zu bilden. Beispielsweise sind ein sehr dünnes leitendes Teil und eine sehr dünne Polymerschicht beide sehr flexibel und bilden normalerweise keine guten Federn. Durch Kombinieren der Schichten kommt aber eine Verbundfeder zustande, die anders reagiert. Die Schichten stützen einander ab und können so gestaltet sein, daß die Kombination für eine erwünschte Federkraft sorgt. Optional kann der Verbundkontakt verschiedene Schichten, Geometrien oder Materialien aufweisen, die Biegung zu einem bestimmten Bereich oder in einer bestimmten Richtung mit lokalisierten Schwäche- oder Steifigkeitsbereichen leiten. Da sich Kunststoff ganz anders als Metall biegt, kann sich das Laminat ganz anders biegen und zurückfedern, als das leitende Teil allein.
- Eine Polymerschicht mit spezifischer Form kann an einer strategischen Stelle zugefügt sein, um Biegung in einer speziellen Richtung zu induzieren oder zu hemmen. Eine Federschicht aus Kunststoff kann so geformt sein, daß sie eine erwünschte Biegeeigenschaft und -kraft vorsieht. Zusätzlich kann der Verbundkontakt so geschnitten sein, daß er geteilte Biegung ermöglicht, wobei ein Federteil auf entgegengesetzten Seiten des Kontakts liegt, so daß sich der geteilte Verbundkontakt in Gegenrichtungen biegt. Infolge der Beschaffenheit der flexiblen Kontaktstruktur können mehrere leitende (Kontakt-)Federn gefaltet werden, um mehrere Signalpfade oder Anschlußeingriffsfedern zu erzeugen.
- Der Verbundkontakt ermöglicht, den Weg des leitenden Teils kurz, gerade und breit zu machen, da das Raster zwischen benachbarten Kontakten eine Maximierung der Signalintegrität ermöglicht, während die Polymerabschnitte die mechanischen Halte- oder Federmerkmale enthalten können.
- Vorzugsweise bilden die Verbundkontakte eine Preßsitz-, Verriegelungs- oder Einrastbeziehung mit einem der Schaltungsteile und/oder dem Gehäuse. In einer Ausführungsform weist das Gehäuse mehrere Schichten auf, die mehrere im wesentlichen nichtformbare Durchgangsöffnungen bilden, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken. Eingriffs- oder Verriegelungsmerkmale, die zum Eindrücken oder Einrasten des Verbundkontakts in das Gehäuse verwendet werden, sind vorzugsweise in den Kunststoffabschnitt eingebaut. Mindestens ein Verbundkontakt bildet eine Verriegelungsbeziehung mit einer der im wesentlichen nichtformbaren Durchgangsöffnungen. Die Durchgangsöffnungen sind vorzugsweise in einem zweidimensionalen Gitter zum Eingriff mit verschiedenen Schaltungsteilen angeordnet.
- In einer Ausführungsform ist mindestens eine Schicht oder ein Abschnitt des Gehäuses ein Elastomermaterial, das die Verbundkontakte abstützt. Das Elastomergehäuse kann um die Verbundkontakte geformt oder mit Durchgangsöffnungen ausgebildet sein, in die die Verbundkontakte eingesetzt sind.
- Optional dichtet eine Dichtungsschicht im wesentlichen die Durchgangsöffnungen zwischen den Verbundkontakten und dem Gehäuse entlang der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche ab. Vorzugsweise weist die Dichtungsschicht ein härtbares Polymermaterial auf. In einer Ausführungsform ist darüber eine Polymerschicht geformt, um die Verbundkontakte am Gehäuse zu befestigen.
- In einer Ausführungsform verfügt das leitende Teil über eine erste und eine zweite (Kontakt-)Feder, die eine zwei Schleifen bildende Serpentinenform aufweisen. Die erste Feder ist bevorzugt am Basisabschnitt an einer von der zweiten Feder getrennten Stelle angebracht. In einer Ausführungsform überlappen sich die erste und zweite Feder an einer Stelle zwischen den jeweiligen proximalen Enden und distalen Enden, um eine erste Schleife zu bilden. Die distalen Enden der ersten und zweiten Feder weisen eine zweite Schleife auf. In einer Ausführungsform bilden die distalen Enden der ersten und zweiten Feder eine Schleife, wenn sie mit dem ersten oder zweiten Schaltungsteil in Eingriff stehen.
- Kurze Beschreibung der mehreren Ansichten der Zeichnungen
-
1 ist eine Seitenschnittansicht einer elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
5 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
6 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
7A und7B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. -
8A und8B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. -
9A und9B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. -
10A und10B sind Perspektivansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
11 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
12 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
13 ist eine Seitenschnittansicht der elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
14 ist eine Seitenschnittansicht der alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
15A ist eine Schnittansicht eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn. -
15B ist eine Seitenansicht des Verbundkontakts von15A . -
16 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Nähere Beschreibung der Erfindung
-
1 ist eine Seitenschnittansicht einer Verbindungsanordnung50 mit Verbundkontakten52 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Verbundkontakte52 sind in Schnittansichten von der Seite und von vorn dargestellt. Der Verbundkontakt52 auf der rechten Seite von1 veranschaulicht ein leitendes Teil54 , das an einer ersten und einer zweiten Polymerschicht56 ,58 angebracht ist. Der Verbundkontakt52 auf der linken Seite von1 ist mit entfernter Polymerschicht58 gezeigt. - Im Gebrauch hierin bezeichnet "Polymerschicht" eine oder mehrere Schichten aus einem formbaren Dielektrikum oder einem Isoliermaterial, so z. B. ein Polyethylen, Polyesterverbundstoffe mit leichtem Gewicht, Polyvinylchlorid, Kapton®-Polyimidfilm oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Das leitende Teil kann jedes Material sein, so z. B. Gold, Kupfer oder BeCu.
- In einer Ausführungsform ist das leitende Teil
54 zwischen den Polymerschichten56 ,58 eingefügt, wobei mindestens ein Abschnitt der Seitenkanten des leitenden Teils54 potentiell freiliegend bleib. Beispielsweise können die Seitenkanten eines oder mehrerer der leitenden Teile54 im Bereich88 freiliegen, um sich mit einer Schaltungsschicht86 elektrisch koppeln zu können. Vorzugsweise ist aber das leitende Teil54 zwischen den Polymerschichten56 ,58 mit Ausnahme des freiliegenden ersten Grenzflächenabschnitts60 und zweiten Grenz flächenabschnitts62 im wesentlichen verkapselt oder von ihnen umgeben. - Die Polymerschichten
56 ,58 sind vorzugsweise so verschmolzen oder verbunden, daß sie einem durchgängigen Stück ähneln. Außerdem können die Polymerschichten56 ,58 mit Hilfe von Kleber, mechanischer Verschmelzung, Schmelzen des Grundmaterials oder einer Keimschicht oder auch Abscheidungstechniken gepaart sein, die in Halbleiterverkapselungs- oder Schaltungsfertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Wie später näher diskutiert wird, sorgen die Polymerschichten56 ,58 für gesteuerte oder gestaltete mechanische Eigenschaften, die auf der Grundlage der erforderlichen Geometrien abgewandelt werden können. Das leitende Teil54 kann vor Laminieren oder sogar danach gedruckt, geätzt, lasergeschnitten, gestanzt oder geformt sein, um Merkmale oder Geometrien zu erzeugen, die für die gewünschte Funktion sorgen. In einer Ausführungsform ist das leitende Teil54 direkt auf einer der Polymerschichten56 ,58 gebildet, z. B. durch Drucken oder Ätzen. Danach wird die gegenüberliegende Polymerschicht über dem leitenden Teil54 laminiert. - Der Verbundkontakt
52 kann zur elektrischen Kopplung mit vielfältigen Schaltungsteilen konfiguriert sein, darunter z. B. eine flexible Schaltung, ein Bandkabelverbinder, ein Kabel, eine Leiterplatte, ein Ball-Grid-Array (BGA), ein Land-Grid-Array (LGA), ein Kunststoffchipträger mit Anschlüssen (PLLC), ein Pin-Grid-Array (PGA), eine integrierte Schaltung mit kleinen Außenabmessungen (SOIC), ein Dual-In-Line-Gehäuse (DIP), ein quadratisches, flaches Gehäuse (QFP), ein Chipträger ohne Anschlüsse (LCC), ein Chip-Scale-Package (CSP) oder verkappte oder unverkappte integrierte Schaltungen. - Abschnitte
64 der Polymerschichten56 ,58 bilden Eingriffsmerkmale66 . In der dargestellten Ausführungsform verfügt das Eingriffsmerkmal66 über ein Paar gegenüberliegende Aussparungen68 mit einer Form, die allgemein einer Form einer Lötkugel70 auf dem ersten Schaltungsteil72 entspricht. Wird das erste Schaltungsteil72 zur Verbindungsanordnung50 gedrückt, biegen sich die Eingriffsmerkmale66 nach außen in einer Richtung74 , bis die Lötkugel70 einen Eingriff mit den Aussparungen68 herstellt, z. B. durch Einrasten, Kompression und/oder Verriegeln. Im Gebrauch hierin bezeichnet "Schaltungsteile" z. B. ein verkapptes integriertes Schaltungsbauelement, ein unverkapptes integriertes Schaltungsbauelement, eine Leiterplatte, eine flexible Schaltung, ein "Nacktchip"-(bare die) Bauelement, ein organisches oder anorganisches Substrat, eine starre Schaltung oder jedes andere Bauelement, das elektrischen Strom führen kann. - Im Gebrauch hierin bezeichnen "Verriegelung" und "verriegeln" eine mechanische Kopplung, bei der ein Teil durch ein anderes Teil so eingefangen oder eingeschlossen ist, daß sich mindestens ein Abschnitt eines der Teile mit mindestens einem Freiheitsgrad relativ zum anderen Teil bewegen kann, so z. B. durch Verhaken, Einrasten, nicht festsitzende Preßpassung, Verzinkung. "Verriegelungsmerkmal" bezeichnet eine Struktur zum Verriegeln. Im Gebrauch hierin bezeichnet "Einrasten" Verriegeln durch im wesentlichen elastische Verformung eines Verbundkontakts und/oder eines Gehäuses.
- Da die Lötkugel
70 in die Kunststoffabschnitte64 eingreift, kann die Steckkraft relativ klein sein. Zudem bildet das Kunststoffeingriffsmerkmal66 keine Nut oder beschädigt die Lötkugel70 beim Einsetzen anderweitig. Die Verbundkontakte ermöglichen ein Einsetzverfahren, mit dem das relativ dünne leitende Teil54 wenig oder überhaupt nicht mechanisch beansprucht wird. - Der zweite Grenzflächenabschnitt
62 ist zur elektrischen Kopplung mit Kontaktinseln80 auf dem zweiten Schaltungsteil82 konfiguriert, normalerweise durch Lot. Die Polymerschichten56 ,58 hindern jedes Lot (siehe2 ) um den zweiten Grenzflächenabschnitt62 am Hochkriechen durch Dochteffekt in ein Gehäuse84 . - In der gezeigten Ausführungsform weist das Gehäuse
84 eine Kontaktkoppelschicht86 auf, die einen Eingriff mit einem Koppelmerkmal88 auf dem Verbundkontakt52 herstellt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Koppelmerkmal88 ein schmaler Bereich, der sich mit der Koppelschicht86 verriegelt oder koppelt. Alternativ kann das Koppelmerkmal88 ein Vorsprung, eine unregelmäßige oder asymmetrische Kante oder vielfältige andere Strukturen sein, die geeignet sind, einen Eingriff mit dem Gehäuse84 herzustellen. - Eine Ausrichtschicht
90 dient zum Positionieren des zweiten Grenzflächenabschnitts62 an einer vorbestimmten Stelle, die den Kontaktinseln80 auf dem zweiten Schaltungsteil82 entspricht. Eine Stabilisierschicht92 begrenzt die Auslenkung des Eingriffsmerkmals66 in Richtung74 . Die Schichten86 ,90 ,92 können selektiv verbunden bzw. verklebt oder unverbunden sein, um durchgängiges Material oder trennbare Schichten zu bilden. Im Gebrauch hierin bezeichnet "Verbindung" bzw. "Verklebung" oder "Verbinden" bzw. "Verkleben" z. B. Kleben, Lösungsmittelkleben, Ultraschallschweißen, Thermofusion oder alle anderen Techniken, die zum Anbringen bzw. Befestigen benachbarter Schichten des Gehäuses geeignet sind. - Vorzugsweise ist das Gehäuse
84 primär zur Positionierung und mechanischen Abstützung der Verbundkontakte52 gestaltet. Das Gehäuse84 kann auch verwendet werden, einen Angriffspunkt zum Festhalten oder Induzieren von Biegung zu bilden. In einer alternativen Ausführungsform kann ein monolithisches oder einschichtiges Gehäuse verwendet werden. Die Schichten86 ,90 ,92 können aus der gleichen oder aus mehreren Materialarten aufgebaut sein. Optional sind die Schichten86 ,90 ,92 selektiv laminiert, um Spannung abzubauen, die durch Wärmeausdehnungsdifferenzen verursacht ist. - Das Gehäuse
84 kann aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein, z. B. Kunststoff. Zu geeigneten Kunststoffen zählen Phenolharze, Polyester und Ryton®, zu beziehen von Phillips Petroleum Company. Alternativ kann das Gehäuse84 aus Metall, z. B. Aluminium, mit einer nichtleitenden Oberfläche, z. B. einer anodisierten Oberfläche, aufgebaut sein. Für einige Anwendungen kann das Metallgehäuse für zusätzliche Abschirmung der Verbundkontakte sorgen. In einer alternativen Ausführungsform ist das Gehäuse an die Masse der elektrischen Anlage gelegt, was eine gesteuerte Impedanzumgebung vorsieht. Einige der Verbundkontakte können an Masse gelegt sein, indem sie eine unbeschichtete Oberfläche des Metallgehäuses kontaktieren können. Im Gebrauch hierin bezeichnet "elektrisch isolierendes Verbindergehäuse" oder "Modulgehäuse" ein Gehäuse, das nichtleitend oder im wesentlichen mit einem nichtleitenden Material beschichtet ist, um unerwünschte Leitfähigkeit zwischen den Verbundkontakten und dem Gehäuse wie zuvor diskutiert zu verhindern. - Die einzelnen Schichten
86 ,90 ,92 können geätzt oder abladiert und gestapelt sein, ohne daß teure Formwerkzeuge nötig sind. Die Schichten86 ,90 ,92 können Gehäusemerkmale erzeugen, die ein viel größeres Geometrieverhältnis als das haben, das mit Formen oder Bearbeiten normalerweise möglich ist. Außerdem ermöglichen die Schichten86 ,90 ,92 die Erzeugung von Innenmerkmalen, Hinterschneidungen oder Hohlräumen, deren Herstellung mit Hilfe von herkömmlichen Form- oder Bearbeitungstechniken schwierig oder normalerweise unmöglich ist, hierin als "nichtformbares Merkmal" bezeichnet. Weiterhin ermöglichen die Gehäuse, Versteifungsschichten, z. B. Metall, Keramik oder alternative gefüllte Harze, zuzufügen, um die Ebenheit dort zu wahren, wo sich ein geformtes oder bearbeitetes Teil verziehen könnte. - Die Schichten
86 ,90 ,92 des Gehäuses84 können optional auch Schaltungsaufbauten aufweisen, z. B. gemäß der Offenba rung imUS-Patent Nr. 11/130,494 86 ,90 ,92 oder zwischen ihnen oder zwischen Stiften zugefügt sein, und eindeutige Merkmale, z. B. eingebettete IC-Bauelemente oder HF-Antennen, können optional eingebaut sein. In einigen Fällen können zusätzliche Schichten verwendet werden, um das Einsetzen oder Entfernen von Bauelementen zu unterstützen, z. B. mit ZIF- (steckkraftlosen) oder Abstreifplatten-Betätigungsmechanismen. Folglich kann die Verbindungsanordnung50 auf Wegen verbessert sein, die mit Hilfe von herkömmlichen Form- oder Bearbeitungstechniken unmöglich sind. - In einer Ausführungsform ist die Schicht
86 eine Schaltungsschicht, so z. B. eine Masseebene oder Leistungsebene. Die Schaltungsschicht86 kann optional mit dem leitenden Teil54 nahe dem Koppelmerkmal88 elektrisch gekoppelt sein. Durch selektives Koppeln der Verbundkontakte52 mit der Schaltungsschicht86 kann die Verbindungsanordnung50 für Anschlußfähigkeit sorgen, die mit derzeitigen Verbinderstrukturen nicht ohne weiteres verfügbar ist. - Die Verbindungsanordnung
50 ermöglicht die Erzeugung eines hohen Geometrieverhältnisses durch Löcher und Schlitze mit Innenhohlräumen, die nichtformbare Merkmale haben, um Kontaktbiegezwischenräume bei engem Abstand (Raster) zwischen Kontakten zu ermöglichen. Die Verbindungsanordnung50 bringt 1000–2500 Anschlußstifte im E/A-Bereich mit 1,0 mm Raster und stärker bevorzugt etwa 0,8 Millimeter Raster sowie am stärksten bevorzugt etwa 0,5 Millimeter Raster unter. Solche Feinraster-Verbindungsanordnungen sind für Kommunikations-, Funk- und Speicherbauelemente von besonderem Nutzen. - Die Verbindungsanordnung
50 besitzt die Fähigkeit, die Verbundkontakte52 in tiefere Schichten einzudrücken, um die Verbundkontakte zu positionieren, auszurichten und festzuhal ten sowie die Grenzfläche abzudichten, um beim Aufschmelzen Lot- oder Flußmittel am Kriechen durch Dochteffekt zu hindern. Eine nach dem Einsetzen angebrachte Lötmaske (wie auf Leiterplatten und IC-Gehäusen durchgeführt) kann ebenfalls zugefügt sein, um Lotabscheidungsbildung und Vermeidung des Dochteffekts zu verbessern. - Durch das Laminierverfahren können Versteifungsschichten, Abstandshalter, Schaltungsaufbauten und/oder Schutzschichten der Verbindungsanordnung
50 zugefügt werden. Außerdem ermöglicht das Laminiersystem die Erzeugung von Verbundkontakten mit hohem Geometrieverhältnis, bei denen nahezu 80–90% der physischen Höhe der Kontakte senkrecht zusammengedrückt werden können, sogar in quadratischen Kontaktfedersystemen. Diese billigen, mit hoher Signalleistung arbeitenden Verbindungsanordnungen50 , die niedrige Profile haben und mit der Systemleiterplatte verlötet werden können, sind für Desktop- und mobile PC-Anwendungen besonders nützlich. - Mit Hilfe der Verbindungsanordnung
50 können Hersteller teure IC-Bauelemente beim Systemaufbau installieren, was die Möglichkeit gibt, das System später kundenspezifisch zu gestalten, ohne Austauschleiterplatten im Bestand zu halten. Durch den Einsatz der Verbindungsanordnung50 können neue IC-Bauelemente anfangs eingebaute IC-Bauelemente vor Ort (oder bei OEM) ersetzen, ohne daß das System auseinandergebaut oder die Schaltungsplatine umgearbeitet werden muß. Auch Trends hin zu bleifreier Elektronik verstärken die Attraktivität der Verbindungsanordnung. Der IC-Zulieferer kann die Lötkugeln an seinem Gehäuse oder Bauelement weglassen, um den Bleigehalt zu reduzieren. - Optional können die hier offenbarten Verbindungsanordnungen so gestaltet sein, daß sie mehrere Schaltungsteile aufnehmen, z. B. die austauschbaren Chipmodule, die in den
US-A-5,913,687 ,6,178,629 und6,247,938 offenbart sind, die alle hierin durch Verweis aufgenommen sind. -
2 veranschaulicht eine alternative Verbindungsanordnung100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Gehäuse der Deutlichkeit halber entfernt ist. Jedes der hier offenbarten Gehäuse kann mit der alternativen Verbindungsanordnung100 verwendet werden. Dargestellt sind Verbundkontakte102 in Schnittansicht sowohl von der Seite als auch von vorn. Lot104 verbindet den zweiten Grenzflächenabschnitt106 mit dem zweiten Schaltungsteil108 . Polymerschichten116 ,118 verhindern, daß das Lot104 durch Dochteffekt über die Länge eines leitenden Teils110 kriecht. - In der dargestellten Ausführungsform weist das leitende Teil
110 ein Paar(Kontakt-)Federn112 ,114 auf, die vom zweiten Grenzflächenabschnitt106 weg vorstehen. Vorzugsweise verkapseln oder umgeben die erste und zweite Polymerschicht116 ,118 im wesentlichen das leitende Teil110 mit Ausnahme des ersten Grenzflächenabschnitts120 und des zweiten Grenzflächenabschnitts106 . - Abschnitte
122 der Polymerschichten116 ,118 weisen Eingriffsmerkmale124 auf, die eine einrastende oder verriegelnde Kompressionsbeziehung mit einer Lötkugel126 auf dem ersten Schaltungsteil128 herstellen. In der Ausführungsform von2 biegen sich die Eingriffsmerkmale entlang einer Achse130 nach außen, wenn die Lötkugel126 eingesetzt wird. Die Federn112 ,114 können sich auch zusammen mit den Eingriffsmerkmalen124 biegen. -
3 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung150 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Gehäuse der Klarheit halber weggelassen ist. Dargestellt sind Verbundkontakte152 in Schnittansichten von der Seite und von vorn. Ein leitendes Teil154 ist mit mehreren Öffnungen156 konfiguriert, die zwischen dem ersten Grenzflächenabschnitt158 und dem zweiten Grenzflächenabschnitt160 liegen. Die Öffnungen können durch Stanzen, Ätzen, Laserbohren, Formen und vielfältige andere Verfahren hergestellt sein. In der dargestellten Ausführungsform dienen die Öffnungen dazu, die Flexibilität des leitenden Teils154 im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Grenzflächenabschnitt158 ,160 zu erhöhen. - In der Ausführungsform von
3 dienen Abschnitte162 der Polymerschichten164 ,166 zum Ergreifen und Ausrichten einer Lötkugel168 des ersten Schaltungsteils170 zum ersten Grenzflächenabschnitt158 . Die Lötkugel168 kann mit dem ersten Grenzflächenabschnitt158 durch Lot, Kompression, Leitpaste und vielfältige andere Techniken elektrisch gekoppelt sein. Im Gebrauch hierin bezeichnen "mechanisch koppeln" und "mechanische Kopplung" eine oder mehrere körperliche Strukturen, die dazu dienen, zwei oder mehr Komponenten an einer Grenzfläche relativ zueinander zu positionieren. Zu mechanischer Kopplung gehört sowohl ein verriegelnder als auch ein nichtverriegelnder Eingriff. -
4 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Verbundkontakt202 ist in Schnittansichten von vorn und von der Seite gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform sind ein erster und ein zweiter Grenzflächenabschnitt204 ,206 des leitenden Teils208 zur Festigkeitserhöhung plattiert. Optional ist eine Versteifungsschicht aus Kunststoff212 auf Polymerschichten210 laminiert. - Die freiliegenden Metallspitzen des ersten und zweiten Grenzflächenabschnitts
204 ,206 des leitenden Teils208 sind mit Spezialmaterialien plattiert, um die Effekte von Lotverunreinigung zu reduzieren, z. B. Rhodium. In einer weiteren Ausführungsform kann die freiliegende Metallspitze des leitenden Teils208 so geformt sein, daß sie einen fokussierten Druckpunkt bildet, um Lot wiederholt zu durchstoßen. Die Beschaffenheit der Polymerschichten212 des Verbundkontakts stellt eine natürliche Maske bereit, die verwendet werden kann, um Plattierung mit Hilfe von alltäglichen Verfahren zu konzentrieren. In einer weiteren Ausführungsform können unterschiedliche Abschnitte des Grundmetalls des leitenden Teils208 unterschiedlich behandelt sein, indem auf unterschiedliche Abschnitte zu unterschiedlichen Zeiten während des Verfahrens eingewirkt wird, ähnlich wie bei der Herstellung von Leiterplatten. -
5 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung250 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte252 weisen ein längliches leitendes Teil254 auf, das in einer U-förmigen Konfiguration angeordnet ist. Polymerschichten256 ,258 verkapseln im wesentlichen (Kontakt-)Federn270 ,272 des leitenden Teils254 , wobei sie einen ersten und einen zweiten Grenzflächenabschnitt260 ,262 freiliegend lassen. In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Grenzflächenabschnitt262 eine Schleife aus dem leitenden Material254 auf. Der erste Grenzflächenabschnitt260 entspricht im wesentlichen der Darstellung in1 . - Aussparungen oder Schmalbereiche
264 in den Polymerschichten256 ,258 stellen einen Eingriff mit der Kontaktkoppelschicht266 am Gehäuse268 her, um die Federn270 ,272 des leitenden Teils254 in der gewünschten Orientierung und im gewünschten Abstand festzuhalten. Sobald der Verbundkontakt252 in das Gehäuse268 eingesetzt ist, biegt sich der zweite Grenzflächenabschnitt262 , wenn er an Kontaktinseln280 auf dem zweiten Schaltungsteil282 gedrückt wird. -
6 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Verbundkontakt302 weist eine Polymerschicht304 auf, die mit dem Gehäuse306 in einer Aussparung308 gekoppelt ist. Die Schicht304 erstreckt sich so durch eine Öffnung310 im Gehäuse306 , daß das leitende Teil312 einen Bogen bildet, der sich von einer Unterseite312 zu einer Oberseite314 des Gehäuses306 erstreckt. - Vorzugsweise ist eine zweite Polymerschicht
316 so vorgesehen, daß das leitende Teil312 mit Ausnahme des ersten Grenzflächenabschnitts318 und des zweiten Grenzflächenabschnitts320 im wesentlichen verkapselt ist. Zu beachten ist, daß die Bezeichnungen "untere" und "obere" in diesem Zusammenhang nur zur zweckmäßigen Unterscheidung unterschiedlicher Teile des Kontaktsystems und der Umgebung dienen, in der es verwendet wird. Diese und andere Richtungsbezeichnungen sollen nicht den Schutzumfang der Erfindung so einschränken, daß das Gehäuse in einer speziellen Richtung orientiert sein muß. - In der dargestellten Ausführungsform hat die erste Schicht
304 vorzugsweise einen gewissen Elastizitätsbetrag, um so als Feder zu wirken und den zweiten Grenzflächenabschnitt320 an eine Kontaktinsel322 auf dem zweiten Schaltungsteil324 zu drücken. Vorzugsweise erstreckt sich der erste Grenzflächenabschnitt318 über der Oberseite314 , um mit einem ersten Schaltungsteil326 elektrisch gekoppelt zu sein. In einer Ausführungsform kann der erste Grenzflächenabschnitt318 in einem Loch328 und im Gehäuse306 gleiten. Vorzugsweise sorgen die Schichten304 ,316 für eine Vorspannkraft, um den ersten Grenzflächenabschnitt318 über der Oberseite314 zu halten, was zu einer Druckgrenzfläche mit dem ersten Schaltungsteil326 führt. Somit wirkt der erste Grenzflächenabschnitt318 wie eine Feder, während er das erste Schaltungsteil326 ergreift. -
7A und7B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts350 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. Wie7A am besten zeigt, ist das leitende Teil352 so konfiguriert, daß es für unterschiedliche Biegung über die Länge des Verbundkontakts350 sorgt. In der dargestellten Ausführungsform hat ein oberer Abschnitt354 größere Nachgiebigkeit als ein unte rer Abschnitt356 . Die Form des leitenden Teils352 und der verkapselnden Polymerschichten358 ,360 kann so konfiguriert sein, daß variierende Biege- und Nachgiebigkeitsbeträge entlang jedem Abschnitt dieses Verbundkontakts350 vorgesehen sind. -
8A und8B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts370 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. Ein leitendes Teil372 und Polymerschichten374 ,376 sind mit einem Schmalbereich378 konfiguriert, um eine Mittelbiegeachse für den Verbundkontakt370 vorzusehen. -
9A und9B zeigen Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. Ein leitendes Teil402 ist mit einem Mittelschlitz oder einer Mittelöffnung404 so konfiguriert, daß (Kontakt-)Federn406 ,408 am ersten bzw. zweiten Grenzflächenabschnitt410 ,412 im wesentlichen zusammenkommen. Die Öffnung404 sorgt für erwünschte elektrische Eigenschaften für einige Anwendungen. - Die Verbundkontakttechnologie kann mit vielfältigen anderen Kontaktstrukturen verwendet werden, z. B. denen, die in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 11/253510 mit dem Titel "Fine Pitch Electrical Interconnect Assembly" offenbart sind, die am 19. Oktober 2005 eingereicht wurde und hierin durch Verweis aufgenommen ist.
-
10A und10B veranschaulichen einen alternativen Verbundkontakt450 mit einem komplexen leitenden Zwei-Schleifen-Teil452 , das in Polymermaterial454 eingebettet oder davon umgeben ist. Spitzen456 ,458 des leitenden Teils452 weisen einen ersten Grenzflächenabschnitt auf. Die Spitzen456 ,458 sind wie zuvor diskutiert vorzugsweise plattiert. Ein Bereich460 weist den zweiten Grenzflächenabschnitt auf. - Abschnitte
462 des Polymermaterials454 weisen Laschen464 ,466 auf. Die Laschen464 ,466 verfügen über ein oder mehrere Eingriffsmerkmale468 . Wie10B am besten zeigt, sind die Eingriffsmerkmale468 geeignet, ein Lötteil470 mechanisch zu ergreifen. Das Lötteil470 wird mit dem Abschnitt460 elektrisch gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ergreifen die Laschen464 ,466 das Lötteil470 auf zwei Seiten auf zusammendrückende oder verriegelnde Weise. Die Laschen464 ,466 und Eingriffsmerkmale468 können auf vielfältige Weise konfiguriert sein, z. B. gemäß der Offenbarung in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 11/253510 mit dem Titel "Fine Pitch Electrical Interconnect Assembly", die am 19. Oktober 2005 eingereicht und hierin schon durch Verweis aufgenommen wurde. -
11 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte502 weisen ein längliches leitendes Teil504 auf, das in einer U-förmigen Konfiguration angeordnet ist. Polymerschichten506 ,508 verkapseln im wesentlichen (Kontakt-)Federn510 ,512 des leitenden Teils504 , wobei sie einen ersten und einen zweiten Grenzflächenabschnitt514 ,516 freiliegend lassen. In der gezeigten Ausführungsform können die Polymerschichten506 ,508 jeweils zwei oder mehr Schichten aufweisen. - In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Grenzflächenabschnitt
516 eine Schleife518 aus dem leitenden Material504 auf. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schleife518 eine Ösenstruktur, die sich um mehr als 180 Grad erstreckt. Folglich biegt sich die Schleife518 nach außen, wenn sie mit einem zweiten Schaltungsteil522 in Druckeingriff steht. - Der erste Grenzflächenabschnitt
214 entspricht im wesentlichen der Darstellung in1 mit der Ausnahme, daß sich das leitende Material504 im wesentlichen um den Umfang der Aussparungen524 des Eingriffsmerkmals526 erstreckt. Vorzugsweise hält ein Gehäuse528 die Federn510 ,512 in ei ner allgemein parallelen Konfiguration fest, um den Eingriff der Lötteile530 auf dem ersten Schaltungsteil532 in das Eingriffsmerkmal526 zu erleichtern. -
12 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung550 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte552 weisen ein längliches leitendes Teil554 auf, das in einer U-förmigen Konfiguration angeordnet ist. Polymerschichten556 ,558 verkapseln im wesentlichen (Kontakt-)Federn560 ,562 des leitenden Teils554 , wobei sie einen ersten und einen zweiten Grenzflächenabschnitt564 ,566 freiliegend lassen. In der gezeigten Ausführungsform ist jede der Federn560 ,562 in zwei zusätzliche (Kontakt-)Federn561A ,561B ,561C getrennt (Feder561D nicht gezeigt). - In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Grenzflächenabschnitt
566 eine Schleife568 aus dem leitenden Material554 auf. Der erste Grenzflächenabschnitt564 weist die freiliegenden Spitzen570A ,570B ,570C (Spitze570D nicht gezeigt) der Federn561 auf. In der gezeigten Ausführungsform sind die Spitzen570 in einer allgemein rechteckigen Konfiguration angeordnet. Infolge der flexiblen Beschaffenheit dieses Verbundkontakts552 kann ein Gehäuse572 die Federn561 in vielfältigen Konfigurationen unabhängig positionieren, so daß die Spitzen570 so angeordnet sind, daß sie einen Eingriff mit einer entsprechenden Kontaktfläche574 auf dem ersten Schaltungsteil576 herstellen. -
13 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Verbundkontakte602 sind sowohl in Schnittansicht von der Seite als auch in Schnittansicht von vorn gezeigt. Abschnitte604 von Polymerschichten606 ,608 dienen zum Ausrichten einer Lötkugel610 des ersten Schaltungsteils170 zu den ersten Grenzflächenabschnitten612 . Die Lötkugel610 kann mit dem ersten Grenzflächenabschnitt612 durch Lot, Kompres sion, Leitpaste und vielfältige andere Techniken elektrisch gekoppelt sein. - Die Verbundkontakte
602 liegen in einem Gehäuse614 , das aus einem Elastomermaterial aufgebaut ist. Das Elastomergehäuse614 sorgt für eine Verstärkungskraft außen an den Verbundkontakten602 . Dadurch können die Verbundkontakte602 ohne Ermüdung vielmals betätigt werden. Zudem können die Polymerschicht606 ,608 und/oder das leitende Teil616 extrem dünn und flexibel sein. In Ausführungsformen, in denen die Polymerschichten606 ,608 dünn sind, können ergänzende Verstärkungsschichten618 dem Verbundkontakt602 nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt612 optional zugefügt sein. Die Verbundkontakte602 können in das Gehäuse614 eingesetzt sein, oder das Gehäuse kann optional um die Verbundkontakte602 geformt sein. -
14 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung630 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Gehäuse der Klarheit halber weggelassen ist. Verbundkontakte632 sind in Schnittansichten sowohl von der Seite als auch von vorn gezeigt. Abschnitte634 von Polymerschichten636 ,638 dienen dazu, eine Lötkugel640 des ersten Schaltungsteils170 zu den ersten Grenzflächenabschnitten642 auszurichten. - Die Verbundkontakte
632 sind durch ein Federteil644 abgestützt. Das Federteil644 kann Metall, Polymer oder vielfältige andere Materialien sein. Da das Federteil644 kein Bestandteil der Strombahn ist, wird das Signal bei seinem Durchgang durch das leitende Teil646 nicht beeinträchtigt. In der dargestellten Ausführungsform umgibt das Federteil644 den Verbundkontakt632 über einen Abschnitt seiner Länge. In Ausführungsformen, in denen die Polymerschichten636 ,638 dünn sind, können ergänzende Verstärkungsschichten648 dem Verbundkontakt632 nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt642 optional zugefügt sein. Das Federteil644 kann optional so konfiguriert sein, daß es das Einsetzen der Verbundkontakte632 in ein Gehäuse unterstützt, z. B. mit einer Verjüngung. Alternativ kann das Federteil644 ein Merkmal haben, das den Verbundkontakt632 im Gehäuse orientiert. -
15A und15B veranschaulichen einen alternativen Verbundkontakt650 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie15A am besten zeigt, ist das leitende Teil652 auf die körperliche Mindestgröße verkleinert, die notwendig ist, um das Signal zu führen. Da die Elastizität der Polymerschichten656 ,658 für die meisten der Strukturkennwerte des Verbundkontakts650 sorgt, erfordert das leitende Teil652 keine anderen Merkmale als die zur Signalführung notwendigen. Bevorzugt ist das leitende Teil652 mit niedriger Impedanz z. B. für Mobiltelefon- und drahtlose Chipanwendungen. Beispielsweise ermöglicht das leitende Teil652 die Abstimmung einer Einzelimpedanz des Verbundkontakts650 auf 50 Ohm. -
16 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte702 sind in Schnittansichten sowohl von der Seite als auch von vorn dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Verbundkontakte702 abwechselnd Polymerschichten704 und leitende Teile706 auf. Dadurch ist das Raster der Verbindungsanordnung700 durch die Dicke der Polymerschichten704 und die Dicke der leitenden Teile706 bestimmt. Praktisch ist das Raster nur durch die elektrischen Leistungsanforderungen der Verbindungsanordnung700 begrenzt. - In einer Ausführungsform sind erste und zweite Grenzflächenabschnitte
708 ,710 der leitenden Teile706 optional plattiert, um die Festigkeit zu erhöhen oder die Auswirkungen von Lotverunreinigung zu verringern. In anderen Ausführungsformen kann die freiliegende Metallspitze des leitenden Teils706 so geformt sein, daß sie einen fokussierten Druckpunkt bildet, um Lot wiederholt zu durchstechen. - In der dargestellten Ausführungsform sind die ersten Grenzflächenabschnitte
708 mit Aussparungen712 an einem ersten Schaltungsteil716 elektrisch gekoppelt, und die zweiten Grenzflächenabschnitte710 sind mit Kontaktflächen (Inseln)714 auf einem zweiten Schaltungsteil718 elektrisch gekoppelt. Die Kontaktflächen712 ,714 können mit den Grenzflächenabschnitten708 ,710 durch Lot, Kompression, Leitpaste und vielfältige andere Techniken elektrisch gekoppelt sein. - In einer Ausführungsform ist eine Schicht
720 eine Schaltungsschicht, so z. B. eine Masseebene oder Leistungsebene. Die Schaltungsschicht720 kann optional mit dem leitenden Teil706 eines oder mehrerer der Verbundkontakte702 nahe dem Koppelmerkmal722 elektrisch gekoppelt sein. Durch selektives Koppeln der Verbundkontakte702 mit der Schaltungsschicht720 kann die Verbindungsanordnung700 für Anschlußfähigkeit sorgen, die mit derzeitigen Verbinderstrukturen nicht ohne weiteres zur Verfügung steht. - Die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen dienen nur zur Veranschaulichung, da die Erfindung auf unterschiedliche, aber äquivalente Weise abgewandelt und praktisch umgesetzt werden kann, was dem Fachmann anhand der Lehren hierin deutlich sein wird. Beispielsweise können die hier offenbarten Verbundkontakte und Gehäuse auf vielfältige Weise kombiniert sein. Zudem kann jeder der hier offenbarten Anbringungs- bzw. Befestigungsmechanismen für Lötteile mit jeder der (Kontakt-)Federkonfigurationen der Verbinderteile kombiniert sein. Weiterhin sollen die hier aufgezeigten Einzelheiten des Aufbaus oder der Gestaltung keinen Einschränkungen außer den in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen unterliegen. Daher ist klar, daß die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen abgeändert oder abgewandelt sein können und daß alle derartigen Varianten dem Schutzumfang und Grundgedanken der Erfindung entsprechen sollen.
- Zusammenfassung
- Verbundkontakt für elektrische Feinraster-Verbindungsanordnung
- Offenbart ist eine elektrische Verbindungsanordnung zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen auf einem ersten Schaltungsteil mit Anschlüssen auf einem zweiten Schaltungsteil. Die elektrische Verbindungsanordnung verfügt über ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken. Mehrere Verbundkontakte sind in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert. Die Verbundkontakte weisen ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt sowie mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt auf. Eine oder mehrere Polymerschichten erstrecken sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils. Ein oder mehrere Koppelmerkmale an den Verbundkontakten stellen einen Eingriff mit dem Gehäuse her. Mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, koppelt sich mechanisch mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - US 11/130494 [0057]
- - US 5913687 A [0063]
- - US 6178629 [0063]
- - US 6247938 [0063]
Claims (27)
- Elektrische Verbindungsanordnung zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen auf einem ersten Schaltungsteil mit Anschlüssen auf einem zweiten Schaltungsteil, wobei die elektrische Verbindungsanordnung aufweist: ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken; mehrere Verbundkontakte, die in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert sind, wobei die Verbundkontakte aufweisen: ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt und mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt; eine oder mehrere Polymerschichten, die sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils erstrecken; ein oder mehrere Koppelmerkmale, die mit dem Gehäuse in Eingriff stehen; und mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, um mit einem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil mechanisch gekoppelt zu werden.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist, die mehrere im wesentlichen nichtformbare Durchgangsöffnungen bilden, die sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstrecken.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist, die mehrere im wesentlichen nichtformbare Durchgangsöffnungen bilden, und mindestens ein Verbundkontakt eine Verriegelungsbeziehung mit mindestens einer der im wesentlichen nichtformbaren Durchgangsöffnungen aufweist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Verbundkontakte mit mindestens einer Schicht des Gehäuses mit Hilfe einer Druckkraft, Lot, einer Keilverbindung, eines leitenden Klebers, einer Ultraschallverbindung, einer Drahtverbindung, einer mechanischen Kopplung zwischen den Verbundkontakten und dem ersten Schaltungsteil und/oder einer die Verbundkontakte mit dem Gehäuse koppelnden überformten Schicht gekoppelt sind.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Durchgangsöffnungen in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist und mindestens eine der Schichten eine Schaltungsschicht aufweist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist und mindestens eine der Schichten eine Schaltungsschicht aufweist, die mit mindestens einem der Verbundkontakte elektrisch gekoppelt ist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist und mindestens eine der Schichten eine Schaltungsschicht aufweist, die mit mindestens einem der Verbundkontakte nahe dem Mittelabschnitt elektrisch gekoppelt ist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Koppelmerkmal auf mindestens einem Verbundkontakt eine Verriegelungsbeziehung mit dem Gehäuse herstellt.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt des Gehäuses ein Elastomermaterial aufweist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Schicht des Gehäuses ein Elastomermaterial aufweist, das um mehrere der Verbundkontakte geformt ist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Polymerschichten die leitenden Teile im wesentlichen umgeben.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die leitenden Teile zwischen gegenüberliegenden Polymerschichten liegen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt von Seitenkanten der leitenden Teile freiliegt.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale ein Paar gegenüberliegende Laschen aufweisen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale ein Loch, eine Aussparung, einen Vorsprung oder einen Widerhaken in mechanischer Kopplung mit dem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil aufweisen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale eine Verriegelungsbeziehung mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil aufweisen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale eine Kompressionsbeziehung mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil aufweisen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mechanische Kopplung zwischen den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil und dem ersten Grenzflächenabschnitt des Verbundkontakts die einzige Einrichtung zur elektrischen Kopplung ist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale in einen Eingriff mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil plastisch verformt werden.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale in einen Eingriff mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil elastisch verformt werden.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale primär die Polymerschichten aufweisen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse auf dem ersten Schaltungsteil Lötteile aufweisen und die Eingriffsmerkmale einen Verriegelungseingriff mit dem Lötteilen aufweisen.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der zweite Grenzflächenabschnitt eine Schleife aufweist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Verbundkontakt eine Masseebene aufweist.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das leitende Teil eine Form aufweist, die für vorbestimmte mechanische Eigenschaften sorgt.
- Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem Federteil, das mindestens den Mittelabschnitt der Verbundkontakte umgibt.
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
US78403006P | 2006-03-20 | 2006-03-20 | |
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PCT/US2007/064298 WO2007109608A2 (en) | 2006-03-20 | 2007-03-19 | Composite contact for fine pitch electrical interconnect assembly |
Publications (1)
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DE112007000677T5 true DE112007000677T5 (de) | 2009-02-19 |
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Family Applications (1)
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