DE4319081A1 - Elektrisches Verbindersystem mit hoher Dichte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elek­ trisches Verbindersystem mit hoher Dichte, das spe­ ziell geformte Kontakte in einem eine Vielzahl von Kontakten aufweisenden Verbinder sowie speziell ge­ formte leitfähige Kontaktflächen für Bauteile und Schaltungen beinhaltet, die durch einen derartigen Verbinder miteinander verbunden werden.

Der Bedarf für höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten macht eine höhere Dichte in Gehäusen elektronischer Bauteile, Zwischenverbindungsschaltungen, Verbindern und Kontakten dafür zwingend notwendig. Dies ist direkt bedingt durch die nachteiligen Auswirkungen auf Signale aufgrund elektronischer Parameter sowie Kapazität, Induktivität, Widerstand und die resul­ tierenden Impedanzen, die Verzögerungen und Verzer­ rungen der Impulsformen verursachen, wodurch sich die Möglichkeit für die Entstehung von Fehlern und die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen bei der Signalübertragung und beim Signalempfang erhöhen. Indem man Elemente kleiner ausbildet und enger beab­ standet, lassen sich die Signalwege reduzieren, wo­ durch wiederum die Auswirkungen solcher Parameter auf die Signale vermindert werden.

Aus diesem Grund ist die Mittenbeabstandung bei elektronischen Baueinheiten, die Bauteile und Schal­ tungen beinhalten, von ca. 2,5 mm (0,100 Inch) auf ca. 1,25 mm (0,050 Inch) reduziert worden, wobei die Mittenbeabstandungen in der letzten Zeit auf ca. 1,0 mm (0,040 Inch) oder sogar weniger herabgedrückt worden sind. Die weitergehende Entwicklung der Foto­ lithografie als Herstellungsverfahren hat eine be­ trächtliche Reduzierung von Bauteilen und Schaltun­ gen hinsichtlich ihrer Beabstandungen ermöglicht, und zwar viel mehr als bei zugehörigen Gehäuse­ elementen, wie Verbindern für Kontakte, die typischerweise durch Stanzen und Formen aus Metall­ blech hergestellt sind. Dies ist zum Teil bedingt durch die Notwendigkeit, daß Verbinder und Kontakte Toleranzschwankungen bei Bauteilen und Schaltungs­ platten durch Kontaktfederauslenkung und einen Schleifeffekt auf dem Kontakt Rechnung tragen müssen. Die Notwendigkeit für eine engere Mitten­ beabstandung steht somit im Konflikt zu der Notwen­ digkeit für eine gewisse Länge des Federarms, um eine Auslenkung und einen Schleifvorgang zu erleich­ tern. Die Notwendigkeit für eine gewisse Federarm­ länge steht außerdem im Konflikt zu der Minimierung elektrischer Parameter, insbesondere hinsichtlich der Kapazität. Es besteht daher ein echtes Problem hinsichtlich der Erzielung eines Kompromisses zwischen der Realität bei der Herstellung von Ver­ bindern und Kontakten, Systemen zum Miteinanderver­ binden von Bauteilen und Schaltungen, und der Not­ wendigkeit für höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und höhere Geschwindigkeitsimpulse bei kürzeren An­ stiegszeiten und kürzerer Dauer.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines elektrischen Verbindersystems mit hoher Dichte, das verbesserte Übertragungseigen­ schaften aufweist und einen Verbinder, Kontakte so­ wie Kontaktflächen für Bauteile und Schaltungen in neuartiger Weise schafft. Ein weiteres Ziel der Er­ findung besteht in der Schaffung eines Verbinders mit Kontakten mit sehr engen Mittenbeabstandungen, bei denen eine beträchtliche Auslenkung und ein be­ trächtliches Schleifen auf dem Kontakt erfolgt, um praktikable Herstellungs-, Montage- und Funktions­ toleranzen für die Verbindung der Bauteile und Schaltungen miteinander zu gewährleisten. Noch ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung einer ver­ besserten Zwischenverbindung für planare Vorrich­ tungen wie z. B. Kontaktsteg- Gitteranordnungen sowie Schaltungen dafür, sowie für bloße integrierte Schaltungs-Chips an sich.

Die vorliegende Erfindung erreicht die vorstehend genannten Ziele durch Schaffung eines Systems, das einen Verbinder und Kontakte beinhaltet, zusammen mit der Ausbildung von Kontaktflächen auf Bauteilen und Schaltungen, die die Packungsdichte optimieren, während sie eine Kontaktauslenkung und eine Schleif­ wirkung zum Verbinden der Bauteil-Kontaktflächen mit den Schaltungs-Kontaktflächen gewährleisten. Der erfindungsgemäße Verbinder beinhaltet ein dünnes flexibles dielektrisches Element mit einer oberen und einer unteren planaren Oberfläche und mit Be­ festigungseinrichtungen in Form von Öffnungen bei einem Ausführungsbeispiel oder in Form von Vor­ sprüngen bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wo­ bei die Befestigungseinrichtungen in Mittenbeabstan­ dungen angeordnet sind, die mit den Mittenbeabstan­ dungen der miteinander zu verbindenden Kon­ taktflächen der Bauteile und der Schaltungen kompa­ tibel sind. Außerdem ist angrenzend an die Befesti­ gungseinrichtungen eine Mehrzahl von Öffnungen in dem dielektrischen Element vorgesehen, wobei durch die Befestigungseinrichtungen je ein Kontakt po­ sitioniert wird, der einen mit der jeweiligen Be­ festigungseinrichtung zusammenwirkenden und mit die­ ser in Eingriff stehenden zentralen Bereich und we­ nigstens zwei obere federnd nachgiebige Kontaktarme aufweist, die Kontaktspitzen besitzen, welche sich durch die Öffnungen hindurch über die obere Ober­ fläche des dielektrischen Elements hinauserstrecken, um mit einer Bauteil-Kontaktfläche elektrischen Kon­ takt herzustellen. Weiterhin beinhaltet der Kontakt wenigstens zwei federnd nachgiebige Kontaktarme mit Kontaktspitzen, die sich von dem zentralen Bereich des Kontakts nach unten erstrecken, um an Kon­ taktflächen einer Schaltung anzugreifen. Der erfin­ dungsgemäße Kontakt ist im wesentlichen sternförmig ausgebildet, wobei sich die oberen und unteren fe­ dernd nachgiebigen Kontaktarme von dem zentralen Bereich des Kontakts radial nach außen erstrecken und jeder der Arme bei einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel eine sich verjüngende Geometrie und sich durch das Material, aus dem der Kontakt ge­ stanzt ist, ergebende Materialeigenschaften besitzt, so daß sich der Kontakt durch Kompression der Kon­ taktflächen von Bauteil und Schaltung in Richtung aufeinander zu verformen läßt. Die oberen und unte­ ren Kontaktarme sind derart ausgebildet, daß sie ausgeglichene bzw. gleiche obere und untere Kräfte schaffen, um Verwindungs- oder Verdrehungsbelastun­ gen auf das dielektrische Element auszuschließen, wodurch sich dieses Element dünn und flexibel aus­ bilden läßt und sich dadurch eine Verbesserung in der Höhe im Vergleich mit gewissen anderen Typen von Verbinderkontakten erzielen läßt. Beim Zusammen­ schließen von Bauteil und Schaltung werden die Kon­ takte gebogen, so daß die Enden unter zunehmenden senkrechten bzw. normalen Kräften verlagert werden und auf den Kontaktflächen einen Schleifvorgang aus­ führen, um dadurch eine einen niedrigen Widerstand aufweisende, stabile elektrische Grenzfläche zu schaffen, wobei der Schleifvorgang das Entfernen von Fragmenten von diesen Oberflächen gewährleistet. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Kontakt eine zentrale Erhebung, die reibungsschlüssig in eine zentrale Öffnung in dem dielektrischen Element paßt, um den Kontakt relativ zu diesem in Position zu halten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel beinhaltet der Kontakt eine Öffnung, durch die sich ein in dem dielektrischen Element ausgebildeter Vor­ sprung hindurcherstreckt und durch mechanische oder unter Wärmeeinwirkung erfolgende Verformung an dem Kontakt verriegelt ist. Bei noch einem weiteren Aus­ führungsbeispiel besitzt der Kontakt in seinem zen­ tralen Bereich Laschen, die sich durch die Be­ festigungsöffnungen in dem dielektrischen Element hindurcherstrecken und zum Verriegeln des Kontakts an dem Befestigungselement verformt sind. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel besitzt der Kon­ takt eine zentrale Öffnung, durch die hindurch ein Niet angebracht wird, der den Kontakt mit dem di­ elektrischen Element verriegelt.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Kontakt durch Stanzen und Formen aus dünnem leit­ fähigen Edelmetall-Vorratsmaterial gebildet, so daß er in Verbindung mit edelmetallplattierten Kon­ taktflächen von Bauteil und Schaltung verwendet wer­ den kann.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines elektrischen Verbinders mit ho­ her Dichte, der eng voneinander beabstandete elek­ trische Kontakte beinhaltet, die von einem dielek­ trischen Element getragen sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Kontakte in beträchtlicher Weise auslenken bzw. biegen lassen und einen Schleifvorgang ausführen, wenn die Kon­ taktflächen eines Bauteils und einer Schaltung bzw. Schaltungsplatte dadurch miteinander verbunden wer­ den. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verbinders für Kontaktsteg-Git­ teranordnungen und Schaltungen hierfür mit verbes­ serten Übertragungseigenschaften.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung wer­ den im folgenden anhand der zeichnerischen Darstel­ lungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher er­ läutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine beträchtlich vergrößerte Perspektiv­ ansicht des erfindungsgemäßen Verbinders unter Darstellung eines dielekrischen Ele­ ments, das eine Mehrzahl von Kontakten ent­ hält;

Fig. 2 eine Perspektivansicht unter Darstellung des dielektrischen Elements des erfindungs­ gemäßen Verbinders ohne Kontakte;

Fig. 3 eine Perspektivansicht unter Darstellung eines teilweise ausgeformten Kontakts gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Perspektivansicht unter Darstellung des Kontakts der Fig. 3 in seinem vollstän­ dig ausgeformten Zustand;

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Sei­ tenansicht des erfindungsgemäßen Kontakts in Relation zu Bauteil- und Schaltungskon­ taktflächen in einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand;

Fig. 6 eine Draufsicht unter Darstellung der An­ ordnung und Geometrien von Kontaktflächen von Bauteil und Schaltung bei einem Aus­ führungsbeispiel der Mittenbeabstandung zwischen den Kontaktflächen;

Fig. 7 eine Ansicht zur Darstellung der Anordnung und der Geometrie von Kontaktflächen bei einer alternativen Ausführungsform der Mit­ tenbeabstandung zwischen den Kon­ taktflächen;

Fig. 8 eine Draufsicht unter Darstellung von Kon­ takten in Relation zu Kontaktflächen bei noch einer weiteren Geometrie und Beabstan­ dung;

Fig. 9 eine im Schnitt dargestellte Seitenaufriß­ ansicht zur Darstellung des Angreifens ei­ nes Kontaktspitze an einer Kontaktfläche sowie des durch die Verbindung des Kontakts mit der Kontaktfläche auftretenden Schleif­ effekts;

Fig. 10 eine im Schnitt dargestellte Seitenaufriß­ ansicht unter Darstellung eines Kontakts und eines dielektrischen Elements bei einem alternativen Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 eine im Schnitt dargestellte Seitenaufriß­ ansicht unter Darstellung des Kontakts und des dielektrischen Elements bei einem wei­ teren alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 12 eine Perspektivansicht unter Darstellung eines Kontakts und eines dielektrischen Elements bei noch einem weiteren alterna­ tiven Ausführungsbeispiel.

In bezug auf die nachfolgende Beschreibung der Er­ findung versteht sich, daß das erfindungsgemäße Ver­ bindungssystem die Schaffung einer elektrischen Zwi­ schenverbindung zwischen Bauteilen und Schaltungen umfaßt, wie z. B. zwischen integrierten Schaltungs­ bauteilen mit einer Kontaktsteg-Gitteranordnung und gedruckten Schaltungen, die zur Aufnahme einer An­ zahl solcher Bauteile ausgelegt sind, wobei deren Verbindung miteinander Schaltungsfunktionen für Com­ puter und dergleichen schafft. Die Erfindung schafft einen Verbinder, der zwischen die planaren Kon­ taktflächen eines Bauteils und die planaren Kon­ taktflächen von Schaltungen paßt, die in diesem durch ein Verbindergehäuse gehalten sind. Solche Gehäuse sind allgemein bekannt, wobei diesbezüglich auf die US-PS′en 4 927 369, 4 957 800 und 4 969 826 Bezug genommen wird, wobei deren Offenbarungen durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldungen gemacht werden, und zwar als Beispiele von Gehäusen für Träger, die zur Aufnahme von Chip­ trägern und Bauteilen mit Verbindungssteg-Gitter­ anordnungen zur Verbindung mit Kunststoff- oder Keramikmaterial-Bauteilen und/oder Platten ausgelegt sind. Im Gebrauch wird der nachfolgend zu beschrei­ bende Verbinder in dem Gehäuse plaziert, wobei das Schaltungsbauteil oben auf einen derartigen Verbinder gesetzt wird und ein oberer Bereich des Gehäuses gegen das Bauteil geschlossen wird, um dieses Bauteil in Richtung auf den Verbinder zu drücken und wiederum die Kontakte des Verbinders gegen Kontaktflächen einer Schaltung zu drücken, auf der das Gehäuse und das Bauteil angebracht sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Verbinder 10 in einer gegenüber seiner tatsächlichen Größe stark vergrößerten Form dargestellt; der Ver­ binder 10 beinhaltet ein dünnes flexibles dielek­ trisches Element 12, das in verschiedenen Ausfüh­ rungsbeispielen bspw. aus einem folienartigen oder flachstückartigen Material wie Kapton, Mylar oder verschiedenen anderen Formen dielektrischer Materia­ lien durch Stanzen oder andere Profilgebungsverfah­ ren wie Laserablösung oder Ätzen, gebildet sein kann. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das dielek­ trische Element 12 durch Stanzen und Formen in der in Fig. 2 gezeigten Weise mit Sätzen von Öffnungen ausgebildet, wobei jeder Satz eine zentrale Öffnung 14 mit daran angrenzenden Öffnungen 16 und 18 bein­ haltet, welche in Mittenbeabstandungen angeordnet sind, die den Mitten von Kontaktflächen eines Bau­ teils und Kontaktflächen einer Schaltung entspre­ chen. Diese Mitten sind durch die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gitter hindurchgehend gezeigt, wobei es sich versteht, daß dieses Gitter schräg bzw. per­ spektivisch dargestellt ist und normalerweise qua­ dratisch ausgebildet wäre. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, beinhalten Kontakte 20 einen zentralen Befesti­ gungsbereich 22 mit einem Durchmesser, der reibungs­ schlüssig in die Öffnung 14 in dem Element 12 paßt. Der zentrale Bereich 22 beinhaltet eine zentrale Öffnung oder Bohrung 24 und besitzt eine Wandstärke 26, wobei sich eine Mehrzahl von Kontaktarmen 28, 32, 36 und 40 von dem zentralen Bereich 22 radial nach außen erstreckt. Fig. 3 zeigt den Kontakt 20 in einem teilweise ausgeformten Zustand, wobei der Kon­ takt vorzugsweise durch Stanzen und Formen aus einem flachen leitfähigen Material mit Federeigenschaften gebildet ist, wie z. B. aus Legierungen mit einem hohen Palladiumgehalt oder den härteren Formen von Phosphorbronze oder aus Berylliumkupfer, wobei die Arme ein Profil besitzen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, und der zentrale Bereich 22 durch dieses Stan­ zen und Formen in allgemein bekannter Weise wirksam gezogen ist. Fig. 4 zeigt den Kontakt 20 in seiner endgültigen Konfiguration, in der die Arme 28 und 32 nach oben geformt sind und die Arme 36 und 40 nach unten geformt sind. Wie am besten in den Fig. 3 und 4 und auch in Fig. 1 zu sehen ist, besitzt jeder der Kontaktarme eine Kontaktspitze, die in einer Kantenfläche endet. Dabei handelt es sich bei dem Arm 28 um die Fläche 30, bei dem Arm 32 und die Flä­ che 34, bei dem Arm 36 um die Fläche 38 und bei dem Arm 40 um die Fläche 42. Die die Flächen 30 und 34 beinhaltenden Kontaktspitzen erstrecken sich nach oben, um an einer Kontaktfläche eines Bauteils anzu­ greifen, und die die Flächen 38 und 42 tragenden Kontaktspitzen erstrecken sich nach unten, um an der Kontaktfläche einer Schaltung anzugreifen. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, sind die Kontakte 20 innerhalb des Elements 12 derart positioniert, daß sich die Kontaktarme 28 und 32 durch die Öffnungen 16 und 18 hindurch über die obere Oberfläche des Elements 12 hinaus nach oben erstrecken, während sich die Kon­ taktarme 36 und 40 über die untere Oberfläche dieses Elements hinaus nach unten erstrecken.

Fig. 5 zeigt im unteren Bereich die Kontakte 20 in einem nicht-druckbeaufschlagten Anfangszustand und im oberen Bereich in einem druckbeaufschlagten Zu­ stand, wobei das Element 12 in Fig. 5 nicht darge­ stellt ist. In Fig. 5 ist ein Bereich eines Bauteils 50 gezeigt, das eine planare Kontaktfläche 54 an der unteren Oberfläche des Bauteils beinhaltet, die mit einem leitfähigen Durchgang bzw. Durchkontakt 56 verbunden ist, der sich senkrecht zur unteren Fläche des Bauteils erstreckt. Es versteht sich, daß ein Bauteil, wie z. B. das Bauteil 50, hunderte von Kon­ taktflächen 54 aufweisen könnte, wobei die Durchkon­ takte 56 Verbindungen mit innerhalb des Bauteils bzw. der Baueinheit 50 vorhandenen Schichten her­ stellen, die wiederum mit Speicher- und Logikvor­ richtungen verbunden sind, die zur Schaffung der gewünschten Funktion des Bauteils verschaltet sind. Unter dem Bauteil 50 ist eine Schaltung 58 positio­ niert, die Teil einer Schaltungsplatte oder einer Schaltungsstruktur sein kann, die eine obere planare Oberfläche mit einer Kontaktfläche 60 aufweist, die mit einem Durchkontakt 62 in Verbindung steht, der wiederum mit Leiterbahnen innerhalb des Körpers des Bauteils verbunden ist, die zu anderen Bauteilen führen, um das Bauteil 50 in wirksamer Weise mit anderen solchen Bauteilen zu verbinden. Es versteht sich wiederum, daß die Schaltungen 58 hunderte oder tausende von Kontaktflächen 60 in über die obere Oberfläche verteilten Anordnungen enthalten könnten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die seitlichen Kräfte aufgrund der Reibung des Wisch- bzw. Schleifeffekts der Kontakte aufgehoben werden, da diese Kräfte parallel zu der Ebene der Vorrichtungen 50 und 58 einander direkt entgegengesetzt sind; die auf einen Kontakt W wirkende seitliche Kraft beträgt netto Null. Bei der Möglichkeit von tausenden von in der in Fig. 5 dargestellten Weise beaufschlagten Kontakten 20 wird dies zu einem wichtigen Vorteil.

Die Kontaktflächen 54 und 60 werden typischerweise durch fotolithografische Verfahren gebildet, und zwar entweder durch Ätzen oder durch additive Ver­ fahren unter Verwendung verschiedener Formen von Kupfer, auf das Nickel und Edelmetall, wie Gold oder Legierungen davon, die sich galvanisch abscheiden und/oder stromlos abscheiden lassen, aufplattiert ist, wobei weiterhin auch ein im Siebdruckverfahren erfolgendes Aufbringen des leitfähigen Materials möglich ist, das z. B. bei keramischen Substraten gesintert oder gebrannt werden kann. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind die Kontakte 20 in einer derarti­ gen Ausrichtung positioniert, daß die Kontaktspitzen an den äußeren Rändern der Kontaktflächen angreifen, wobei die Kontaktspitzen 38 und 42 an den Kon­ taktflächen 60 angreifen und die Kontaktspitzen 30 und 34 an den Kontaktflächen 54 angreifen. Wie wei­ terhin in Fig. 5 zu sehen ist, führt das Schließen des Bauteils 50 gegen die Schaltung 58, wie dies z. B. durch Schließen eines Gehäuses wie den in den vorstehend genannten Patenten beschriebenen Gehäu­ sen, erfolgt, zu einer Kompression bzw. Druckbeauf­ schlagung der Kontakte 20 durch Biegen der Kontakt­ arme, wobei auf die Verlagerung der Kontakte aus der im unteren Bereich der in Fig. 5 dargestellten Posi­ tion in die im oberen Bereich der Fig. 5 darge­ stellte geschlossene Position erfolgt. Es ist auch zu erkennen, daß die Kontaktspitzen nach außen ver­ lagert werden und durch die Kontaktspitzen ein Wischeffekt bzw. Schleifeffekt auf den Kon­ taktflächen ausgeführt wird. Fig. 9 zeigt die Kon­ taktspitze 42 des Kontaktarms 40 in einer anfäng­ lichen Position, bei der es sich um die im unteren Teil der Fig. 5 gezeigte Position handelt und die in Fig. 9 in gestrichelten Linien dargestellt ist, wo­ bei die druckbeaufschlagte Position der Kontakt­ spitze 42, wie sie in Fig. 5 oben dargestellt ist, in Fig. 9 in durchgezogenen Linien dargestellt ist.

Es ist zu erkennen, daß die Kontaktspitze nach außen verlagert wird, wodurch in der Oberfläche der Kon­ taktfläche 60 eine geringfügige Vertiefung entsteht, wie sie bei dem Bezugszeichen 61 dargestellt ist, wobei diese Vertiefung 61 das Ergebnis eines Polier- oder Schleifvorgangs wiedergibt, der sich aufgrund der senkrechten Kraft F ergibt, mit der die Kontakt­ spitze nach unten gegen diese Fläche gedrückt wird und mit der die Kante der Fläche 42 unter der Ein­ wirkung der senkrechten Kraft die Oberfläche entlang­ gedrückt wird. Dieser Wisch- bzw. Schleifeffekt hat wiederholt gezeigt, daß sich dadurch eine verbesser­ te elektrische Verbindungsfläche bilden läßt, da sich Schichten und Oxidationsprodukte, Bruchstücke, Isolierungs- und Staubpartikel sowie Schmierer über den mikroskopischen Plattieröffnungen wegwischen lassen, wodurch sich eine stabile elektrische Grenz­ fläche mit niedrigem Widerstand zwischen dem Kontakt und der Kontaktfläche gewährleisten läßt.

Eine geeignete Auslenkung der Kontaktfeder bzw. des Kontaktarms zur Erzielung einer angemessenen norma­ len bzw. senkrechten Kraft F, wie sie in Fig. 9 ge­ zeigt ist, sowie eines angemessenen Schleifeffekts auf den Kontaktflächen ist zur Erzielung einer guten Verbindung notwendig. Es ist auch ratsam, Herstel­ lungstoleranzen der Kontakte, Bauteile, Schaltungen und der Kontaktflächen derart Rechnung zu tragen, daß auf jeden Fall eine angemessene Kraft und ein angemessener Schleifeffekt trotz geringfügiger Schwankungen bei dem Abstand der Kontaktflächen zwi­ schen den Bauteilen und den Schaltungen erzielt werden. Fig. 8 zeigt die Kontakte 20 auf Kon­ taktflächen 60′ mit einer herkömmlichen quadrati­ schen oder rechteckigen Geometrie zentriert. Bei der Darstellung in Fig. 8 handelt es sich um eine Ver­ sion des erfindungsgemäßen Kontakts mit Abmessungen von Spitze zu Spitze in der Größenordnung von etwas mehr als ca. 1,3 mm (0,053 Inch), wobei die Abmes­ sungen der Kontaktfläche ca. 1×1 mm (0,040×0,040 Inch) betragen und zwar bei Anordnung in einem Ra­ ster von 1,2 mm. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 8 zu erkennen ist, ist sehr wenig Raum, im wesentlichen sogar eine unzulängliche Beabstandung, zwischen den Kontaktflächen 60′ vorhanden, um auf der Oberfläche befindliche Leiterbahnen zwischen diesen Kon­ taktflächen zu ermöglichen. Die Erfindung faßt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbinders in bezug auf rechteckig ausgebildete Kontaktflächen der in Fig. 8 gezeigten Art ins Auge, da es viele Syste­ me gibt, die solche Kontaktflächen verwenden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel faßt die Er­ findung eine Anordnung der Kontaktflächengeometrie und der Kontaktflächenbeabstandung ins Auge, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Wie dort zu sehen ist, besitzen die Kontaktflächen 54 und 60 eine Länge, die beträchtlich größer ist als die sich von den Durchkontakten 56 und 62 in Richtung auf das Zentrum der Kontaktflächen erstreckende Breite. Außerdem verjüngen sich die Kontaktflächen von den Durchkon­ takten weg nach außen und besitzen eine Länge, die durch die für den Kontakt hinsichtlich der Auslen­ kung bzw. Biegung und des Wischeffekts bestehenden Bedürfnisse bestimmt ist, wobei die Breite der Kon­ taktflächen geeigneterweise reduziert ist, um eine Verbesserung bei der Mittenbeabstandung zu ermögli­ chen. Beim Vergleichen der Anordnung der Fig. 6 mit der Anordnung der Fig. 8 ist erkennbar, daß zwischen den sich bei der in Fig. 6 gezeigten Kontaktflächen­ geometrie ergebenden Kontaktflächen mehr Raum vor­ handen ist als bei der in Fig. 8 gezeigten Kon­ taktflächengeometrie. Die Form der Kontaktflächen 54 und 60 zusätzlich zu der Reduzierung der plattierten Bereiche und der Erzielung der Möglichkeit einer gesteigerten Dichte ermöglicht die Schaffung eines sich verjüngenden Bereiches, der ausreichend ist, um die geringe Stromdichte durch die Kontaktflächen allgemein aufrechtzuerhalten, sowie die Schaffung einer Fläche, die ausreichend ist, um den Toleranzen der Kontakte 20 und der Positionierung derselben durch das Element 12 Rechnung zu tragen. Fig. 7 zeigt Kontaktflächen 54 und 60 in einem 1-mm-Raster, wodurch mit derselben Kontaktflächengeometrie sowie mit derselben Fläche eine sehr beträchtliche Er­ höhung der Dichte erzielt wird. Wie weiterhin in Fig. 7 gezeigt ist, ist es möglich, Kontaktleiter­ bahnen 62 zu wenigstens vier Reihen von Kon­ taktflächen auf derselben Fläche vorzusehen, während dies bei der in Fig. 8 gezeigten Kontaktflächen­ konfiguration bei Erweiterung derselben auf vier Reihen nicht möglich ist.

Außerdem ist auf die Länge des Kontaktstromweges bei Verwendung der vorliegenden Erfindung hinzuweisen, wobei sich diese Längen zwischen den Spitzen einan­ der benachbarter Kontaktarme, wie z. B. zwischen dem Kontaktarm 28 und dem Kontaktarm 40 erstreckt und nicht diagonal durch die Sternform des Kontakt ver­ läuft.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besaßen die Kontaktflächen 54 und 60 eine Gesamtlänge in der Größenordnung von ca. 2,12 mm (0,0837 Inch), wobei diese Längen mit einer Mittenbeabstandung von ca. 1 mm (0,40 Inch) verwendet wurden. Diese Kon­ taktflächen besaßen eine maximale Breite von ca. 0,049 mm (0,0196 Inch). Die Kontaktflächen wurden zusammen mit einem Kontakt 20 verwendet, dessen Kon­ taktarme im flachen Zustand eine Länge von Spitze zu Spitze von ca. 2,12 mm (0,0837 Inch) besaßen, wobei die Enden einen Radius von ca. 0,10 mm (0,0040 Inch) besaßen, wobei die Mittenbeabstandung ca. 1,9 mm (0,0757 Inch) betrug. Die Verjüngung dieser Kontakte und zwar gemessen auf der Grundlage einer durch die Mitte des Kontakts und der Kontaktarme verlaufenden Linie, verlief in einem Winkel von 8,858 Grad. Diese Art der Verjüngung schafft ein gleichmäßiges Span­ nungsniveau über die gesamte Länge des Kontaktarms, wobei es sich um ein wünschenswertes Merkmal han­ delt, das sich jedoch auch durch andere Geometrien erzielen läßt. Kleinere Kontaktversionen, einschl. einer Gesamtabmessung von ca. 1,36 mm (0,0537 Inch), kamen ebenfalls zur Erzielung höherer Dichten bei einer entsprechenden Reduzierung der Kontaktflächen­ größe zum Einsatz. Diesbezüglich ist hinzuweisen auf die Flexibilität bei der in den Fig. 6 und 7 gezeig­ ten Kontaktflächengeometrie hinsichtlich der Verwen­ dung in einem 1-mm-Raster oder 1,2-mm-Raster.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung lag die Dicke des Kontakts in der Größenordnung von 0,45 mm (0,018 Inch) bei einem Material mit Eigenschaften ähnlich denen von Berylliumkupfer, oder dem Material PALINEY 7 oder PALINEY 6 von der Firma J.M. Ney Co. in Bloomfield, Connecticut 06062. Bei der Kontakt­ version mit einer Gesamtabmessung von ca. 2,12 mm (0,0837 Inch) wurden die Kontaktarme derart geformt, daß sie im von Kontaktspitze zu Kontaktspitze unbe­ lasteten Zustand, wie er in Fig. 5 unten gezeigt ist, in vertikaler Richtung eine Abmessung in der Größenordnung von 1,04 mm (0,0412 Inch) besaßen, während diese Abmessung im geschlossenen, kompri­ mierten Zustand, wie er in Fig. 5 oben gezeigt ist, in der Größenordnung von 0,44 mm (0,0173 Inch) lag.

Dies führte zu einem Kontaktschleifeffekt in der Größenordnung von 0,18 mm (0,007 Inch) für jede Kon­ taktspitze. Kontaktschleifeffekte im Bereich zwi­ schen etwas mehr als 0,025 mm (0,001 Inch) bis zu 0,25 mm (0,01 Inch) sind in wirksamer Weise verwen­ det worden. Senkrechte Kontaktkräfte im Bereich zwi­ schen 25 und 100 Gramm sind zur Schaffung zuverläs­ siger, dauerhafter Verbindungen mit geringem Wider­ stand bei Verwendung von Edelmetall, wie Gold oder Legierungen davon, verwendet worden. Kontakte der beschriebenen Art sind dazu ausgelegt, beträchtliche Strompegel von bspw. bis zu 2 Ampere aufzunehmen.

Fig. 10 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das dielektrische Element 12 eine Öffnung 14 aufweist, durch die hindurch ein Niet 13 eingepaßt ist, wobei sich der Niet durch eine Öffnung 21 in einem Kontakt 20′ hindurcher­ streckt. In Fig. 10 bezeichnen mit Strichindex ver­ sehene Bezugszeichen entsprechende Teile der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Der Niet 13 kann aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein, wobei er in axialer Richtung in geeigneter Weise verformt wird, um einen Kopf zu bilden, durch den der Kontakt 20′ an dem Element 12 verriegelt wird. Eine weitere Alternative ist in Fig. 11 in bezug auf ein dielek­ trisches Element 12′ gezeigt, das derart geformt ist, daß es Öffnungen 16 und 18 aufweist, wobei an­ statt der zentralen Öffnung 40 ein Vorsprung 13′ vorgesehen ist, der entweder mechanisch derart ver­ formt oder unter Wärmeeinwirkung derart ausgebildet wird, daß der eine Öffnung 21′ aufweisende Kontakt 20′ an dem Element 12′ verriegelt wird. Die übrigen Teile des Kontakts 20′ sind wie die vorstehend be­ reits beschriebenen Teile ausgebildet, wobei die Bezugszeichen in Fig. 10 entsprechender Weise mit Strichindex versehen sind.

Fig. 12 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Kontakt 20′′ in Relation zu einem di­ elektrischen Element 12′′ mit einer Reihe von äuße­ ren Öffnungen 16 und 18 sowie weiteren Öffnungen 15 dargestellt ist, durch die hindurch von dem Kontakt 20′′ weggeformte Laschen 22′ gepaßt sind, wobei die übrigen, mit entsprechenden Bezugszeichen versehenen Elemente gegenüber der Darstellung in Fig. 12 mit doppeltem Strichindex versehen sind. Die Erfindung faßt die Ausbildung des Kontakts 20 in zweistückiger Form ins Auge, wobei jedes Teil eine Öffnung in der Mitte besitzt und die beiden Teile Kontaktarme tra­ gen und zur Bildung einer Sternform zusammengebaut werden.

Man nimmt an, daß die Erfindung, die den Verbinder, die Kontakte und die Kontaktflächengeometrie von Bauteil und Schaltung beinhaltet, ein Gleichgewicht zwischen dem in sich vorhandenen Konflikt zwischen der Notwendigkeit für elektronische Baueinheiten mit hoher Dichte und der Notwendigkeit zur Minimierung der Effekte von Kapazität, Induktivität und Wider­ stand und der daraus resultierenden Impedanzen sowie der Notwendigkeit einer beträchtlichen Federaus­ lenkung und eines beträchtlichen Schleifeffekts auf den Kontaktflächen schafft, so daß sich eine be­ deutsame und beträchtliche Verbesserung der Packungsdichte ergibt.

Claims (11)

1. Elektrischer Verbinder zur Verwendung bei der Verbindung leitfähiger Kontaktflächen (54) von Bau­ teilen (50) mit leitfähigen Kontaktflächen (60) von Schaltungen (58) mit enger Mittenbeabstandung zur Schaffung einer hohen Packungsdichte, mit einem dün­ nen dielektrischen Element (12) mit einer oberen und einer unteren planaren Oberfläche, und mit Befesti­ gungseinrichtungen (14) in Mittenbeabstandungen, die mit den Mitten der miteinander zu verbindenden Kon­ taktflächen kompatibel sind, wobei durch jede Be­ festigungseinrichtung ein Kontakt (20) positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Ele­ ment (12) eine Mehrzahl von Öffnungen (16, 18) der jeweiligen Befestigungseinrichtung (14) benachbart aufweist, daß der Kontakt (20) einen mit der jewei­ ligen Befestigungseinrichtung (14) zusammen­ wirkenden, mit dieser in Eingriff stehenden zentralen Bereich (22), wenigstens zwei obere federnd nachgiebige Kontaktarme (28, 34) mit Kon­ taktspitzen (30, 34), die sich zur Herstellung eines Kontakts mit einer Bauteil-Kontaktfläche (54) durch die Öffnungen (16, 18) hindurch über die obere Ober­ fläche des dielektrischen Elements (12) hinauser­ strecken, sowie wenigstens zwei untere federnd nachgiebige Kontaktarme (36, 40) mit Kontaktspitzen (38, 42), die sich von der jeweiligen Befestigungs­ einrichtung (14) nach unten zu einer Kontaktfläche (60) der Schaltung (58) erstrecken, aufweist, wobei sich die oberen und die unteren federnd nachgiebigen Kontaktarme von dem zentralen Bereich radial nach außen erstrecken und derartige Geometrien und Mate­ rialeigenschaften aufweisen, daß sie sich durch Ver­ lagerung des Bauteils in Richtung auf die Schaltung biegen und dadurch im wesentlichen gleiche obere und untere senkrechte Kontaktkräfte zwischen den Kon­ taktspitzen und den Kontaktflächen entwickeln, wobei dazwischen ein Schleifeffekt auftritt, um dadurch eine geringen Widerstand aufweisende, stabile elek­ trische Grenzfläche mit minimaler Belastung des di­ elektrischen Elements (12) zu schaffen.

2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (20) in der Draufsicht ein im wesentlichen sternförmiges Profil besitzt.

3. Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Kontaktarme (28, 32, 36, 40) zur Schaffung einer zunehmenden Kraft pro Einheit der Auslenkung der Kontaktarme von der Mitte in Richtung auf die Kontaktspitzen verjüngen.

4. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontaktarme (28, 32, 36, 40) in Richtung auf diejenigen Kontaktflächen gekrümmt sind, an denen sie angreifen, so daß sie sich mit der Tendenz zum Flachmachen der Kontaktarme leichter biegen lassen.

5. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontakte (20) durch Stanzen und Formen aus leitfähigem Vorratsmaterial mit Federeigenschaften gebildet sind.

6. Verbinder nach einem der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dielek­ trische Element (12) aus Kunststoff-Flachmaterial gebildet ist, das ein Profil zum Definieren der Öff­ nungen (16, 18) durch Stanzen, Laserablösen, chemi­ sches Ätzen oder dergleichen besitzt.

7. Verbinder nach einem der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ spitzen (30, 34, 38, 42) Kanten aufweisen, die zum Hervorrufen eines Schleifeffekts auf den Kon­ taktflächen (54, 60) geformt sind, während die Kon­ takte (20) mit diesen Kanten über die Kontaktflächen schleifen.

8. Verbinder nach einem der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (20) aus einer Edelmetallegierung gebildet sind.

9. Verbinder nach einem der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befesti­ gungseinrichtung eine Öffnung (14) beinhaltet, und daß der zentrale Bereich (22) des Kontakts wenig­ stens einen Vorsprung mit derartigen Abmessungen besitzt, daß er in die Öffnung hineinpaßt und den Kontakt (20) in dem dielektrischen Element (12) in seiner Position festhält.

10. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es sich bei der Befestigungseinrichtung um einen Vorsprung (13′) handelt und daß der zentrale Bereich des Kontakts eine Öffnung (21′) beinhaltet, durch die sich der Vorsprung (13′) hindurcher­ streckt, um den Kontakt (20′) an dem dielektrischen Element (12′) in Position zu halten.

11. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungseinrichtung eine Öffnung (14) beinhaltet, und daß der Kontakt (20′) eine Öff­ nung (21) aufweist, wobei ein Niet (13) durch die Öffnungen hindurchgeführt ist, um den Kontakt (20′) an dem dielektrischen Element (12′) zu verriegeln.