DE10063251A1

DE10063251A1 - Drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte

Info

Publication number: DE10063251A1
Application number: DE10063251A
Authority: DE
Inventors: Daniel A Lawlyes; Jay L Kelly; Anthony Raschilla
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: PEAKS ISLAND LLC, DOVER, US
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: US6565365B2; DE10063251B4; US6309224B1; US20010031569A1

Abstract

Eine drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte weist ein Gehäuse (12), eine Leiterplatte (14), einen Steckkontakt (16) mit hoher Dichte, ein Steckergehäuse (18) und mehrere Nadelkontakte (20) auf. Die Leiterplatte (14) weist mehrere Laminatschichten (26) und Reihen von Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung auf, die auf diesen Laminatschichten (26) angeordnet sind. Mehrere Drahtkontakte (32) verlaufen zwischen einzelnen Nadelkontakten (20) und einzelnen Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung. Durch eine Erhöhung der Dichte des Steckkontaktes (16) mit hoher Dichte und einer Verkleinerung der Distanz zwischen den Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung und den Nadelkontakten (20) wird eine kleinere, leichtere, billigere und gegen Schwingungen resistente Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte zur Verfügung gestellt.

Description

Die Erfindung betrifft grundsätzlich eine Steckkontaktanordnung mit ho her Dichte und insbesondere Verbesserungen bei einer drahtkontaktierten Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte.

Steckkontakte mit hoher Dichte sind sowohl in der Elektronikindustrie als auch in der Automobilindustrie bekannt. In beiden Industriezweigen muß das Erfordernis komplexer elektrischer Verbindungen mit einer stets wachsenden Notwendigkeit zur Miniaturisierung von Größe und Gewicht aller Teile vereinbart werden. Diese Anforderungen haben zu der Ent wicklung von Steckkontakten mit hoher Dichte geführt. In Steckkontakten mit hoher Dichte findet eine große Zahl von individuellen elektrischen Verbindungen in Steckerteilen reduzierter Größe Platz. Obwohl die Ent wicklungen von Steckkontakten mit hoher Dichte zu bekannten Verbesse rungen in der Kontaktdichte geführt haben, war die Minimierung ihrer Größe bisher durch die Möglichkeit, solche Steckkontakte an den elek trisch anzubindenden Leiterplatten zu befestigen, begrenzt.

Jede einzelne elektrische Verbindung in einem Steckkontakt mit hoher Dichte muß einen eigenen elektrischen Weg zu der Leiterplatte besitzen. Bekannte Methoden zur Bildung solcher Wege, wie z. B. Lötverbindungen, begrenzen oft Layout und Größe der Steckkontakte mit hoher Dichte. Elektrische Verbindungen, die durch Löten oder andere herkömmliche Methoden geschaffen werden, benötigen Flächen, die ein zu dichtes Nebeneinanderplatzieren der einzelnen Verbindungen in dem Steckkontakt mit hoher Dichte bekanntermaßen verhindern. Bekannt ist jedoch eine Verbindungsmethode, die sehr dünne Verbindungen zur Leitungsbildung zwischen dem Steckkontakt mit hoher Dichte und der Leiterplatte ver wendet. Die Methode ist unter dem Namen Drahtkontaktierung ("wire bonding") bekannt. Die durch Drahtkontaktierung gebildeten elektrischen Leitungen haben sehr kleine Querschnittsflächen und können dicht ne beneinander plaziert werden. Wegen dieser Eigenschaften eignet sich die Drahtkontaktierung gut für den Einsatz in Steckkontakten mit hoher Dichte.

Obwohl sich Drahtkontakte aufgrund ihrer Dimension natürlicherweise für den Einsatz in Steckkontakten mit hoher Dichte eignen, besitzen sie zusätzliche Eigenschaften, die zu einer eingeschränkten Verwendung und einer begrenzten Größe und Dichte der Steckkontakte mit hoher Dichte, in denen sie eingesetzt werden, geführt haben. Die dünnen Metallbögen, die durch die Drahtkontaktierung gebildet werden, zerbrechen leicht, wenn die Entfernung zwischen den Verbindungspunkten zu groß wird oder die Bögen eine zu große vertikale Entfernung überbrücken. Diese Eigenschaft schränkt die Verwendung von Drahtkontakten in Anwendungen ein, wel che Vibrationen ausgesetzt sein können. Anwendungen in Industriezwei gen wie der Automobilindustrie setzen oft voraus, daß ihre elektrischen Komponenten Bedingungen mit starken Schwingungen aushalten, was den Einsatz langer Drahtkontakte ausschließt.

Um die Empfindlichkeit langer Drahtkontakte gegenüber Schwingungen zu reduzieren, kann in Steckkontakten mit hoher Dichte, die solchen Be dingungen ausgesetzt werden, bekanntermaßen die Zahl der Stiftreihen auf zwei beschränkt werden. Obwohl dies die Länge der Drahtkontakte begrenzt, werden längere Steckkontakte benötigt, damit eine bestimmte Zahl von elektrischen Verbindungen Platz findet. Da Größe und Dichte solcher Steckkontakte oft eine entscheidende Eigenschaft ist, sind solche Lösungen unerwünscht. Steckkontakte mit hoher Dichte mit drei und vier Verbindungsreihen benötigen oft von beiden Seiten des Steckkontaktes mit hoher Dichte Leitungen zur Leiterplatte. Dies schränkt die Größe und die Flexibilität im Design solcher Steckkontakte ein und macht solche Lö sungen für viele Anwendungen unerwünscht.

Eine andere Möglichkeit, den Mangel an Schwingungsresistenz von Drahtkontakten auszugleichen, ist die Verwendung komplexer Kontaktde signs. In einem Steckkontakt mit hoher Dichte mit gewöhnlichem Kon taktdesign werden nadelartige Elemente eingesetzt. Um den Drahtkontakt zu schaffen, muß es einen freien Weg vom Ende dieser Nadeln zur Leiter platte geben. Die Aufnahme dieser Leitungen schränkt die Geometrie und die Größe solcher mehrreihigen Steckkontakte ein. Eine bekannte Metho de, solche Leitungen aufzunehmen, bedient sich versetzter Abstände zwi schen den Kontaktreihen. Dies ist aber unerwünscht, da auf diese Weise für eine gegebene Anzahl an Kontakten eine größere Fläche benötigt wird.

Bei einer anderen bekannten Methode werden die Verbindungspunkte auf senkrecht zueinander stehenden Flächen angeordnet. Dieses verringert zwar die Länge der Drahtkontakte, erhöht aber gleichzeitig ihre vertikale Entfernung und kann daher unerwünschte Vibrationseigenschaften ha ben. Außerdem können auf diese Weise hergestellte Steckkontakte mit hoher Dichte teuer und schwer herzustellen sein.

Es besteht daher ein Bedarf an Steckkontakten mit hoher Dichte, bei de nen sich die positiven Eigenschaften der Drahtkontaktierung nutzen las sen, um ein Verbindungsmuster mit hoher Dichte zu schaffen, und mit denen sich gleichzeitig die schlechten Vibrationseigenschaften, die Be schränkungen in der Größe und die Herstellungskosten, die mit bekann ten Designs verbunden sind, eliminieren lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drahtkontaktierte Steck kontaktanordnung mit hoher Dichte zu schaffen, welche die Kontaktdichte erhöht. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde eine draht kontaktierte Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte zu schaffen, welche die Empfindlichkeit der Anordnung gegenüber Vibrationen, die Größe der Anordnung und die Herstellungskosten der Anordnung reduziert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine drahtkontaktierte Steckkontaktanord nung mit hoher Dichte vorgesehen. Die drahtkontaktierte Steckkontaktan ordnung mit hoher Dichte weist ein Steckergehäuse mit mehreren Nadel kontakten auf. Jeder Nadelkontakt weist ein freies Ende für die elektri sche Kommunikation mit einer äußeren Quelle und ein Kopfende für die elektrische Kommunikation mit einer Leiterplatte auf.

Die drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte weist weiterhin eine Leiterplatte mit mehreren Laminatschichten auf. Mehrere Plättchen zur Drahtkontaktierung bilden die Signalkontakte für die Na delkontakte. Die Plättchen zur Drahtkontaktierung sind auf zumindest zwei der Laminatschichten derart angeordnet, daß die Entfernung zwi schen jedem einzelnen Plättchen zur Drahtkontaktierung und seinem ent sprechenden Nadelkontakt minimiert ist. Durch die Anordnung von Gruppen von Plättchen zur Drahtkontaktierung auf getrennten Laminat schichten können die Plättchen zur Drahtkontaktierung dicht nebenein ander und in großer Nähe zu ihren entsprechenden Nadelkontakten ange ordnet werden.

Die drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte weist au ßerdem mehrere Drahtkontakte auf. Die Drahtkontakte verbinden jeden einzelnen Nadelkontakt mit seinem entsprechenden Plättchen zur Draht kontaktierung. Die Drahtkontakte führen vom Kopfende des Nadelkon takts zu seinem entsprechenden Plättchen zur Drahtkontaktierung und sorgen für die elektrische Kommunikation zwischen diesen Elementen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprü chen, der Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsge mäßen drahtkontaktierten Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Steck kontaktes mit hoher Dichte von Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungs form eines erfindungsgemäßen Steckkontaktes mit hoher Dichte;

Fig. 4A eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen draht kontaktierten Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte; und

Fig. 4B eine schematische Querschnittsdarstellung der in Fig. 3 ge zeigten drahtkontaktierten Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte, wobei die Zeichnung einen einzelnen Drahtkontakt zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen drahtkon taktierte Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte. Die offenbarte drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte dient be vorzugt für den Einsatz in elektrischen Anwendungen in Automobilen. Die offenbarte drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte ist für einen Gebrauch in Verbindung mit Motor- und Getriebesteue rungsmodulen vorgesehen. Die offenbarte drahtkontaktierte Steck kontaktanordnung 10 mit hoher Dichte kann aber auch in einer Vielzahl von elektrischen Anwendungen innerhalb und außerhalb der Automobil industrie verwendet werden.

Die drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte weist ein Gehäuse 12, eine Leiterplatte 14 und einen Steckkontakt 16 mit hoher Dichte auf. Der Steckkontakt 16 mit hoher Dichte ist mit Hilfe eines Kleb stoffs am Gehäuse 12 befestigt. Obwohl der Steckkontakt 16 mit hoher Dichte bevorzugt mit Klebstoffen befestigt wird, gibt es auch andere be kannte Methoden zur Befestigung des Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte am Gehäuse, um während einer erfindungsgemäßen Benutzung der drahtkontaktierten Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte eine si gnifikante Bewegung des Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte zu vermei den.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte. Der Steckkontakt 16 mit hoher Dichte weist ein Steckergehäuse 18 und mehrere Nadelkontakte 20 auf. Zur elektrischen Verbindung mit einer Quelle außerhalb der drahtkontak tierten Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte ist das Steckergehäu se 18 an den freien Enden 21 der Nadelkontakte 20 bevorzugt als Stecker ausgebildet, was die Verbindung des Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte mit einer Buchse 22 (Fig. 3) erleichtert. Bei einer weiteren Ausführungs form kann der Steckkontakt 16 mit hoher Dichte als Buchse 22 ausgebil det sein, um auf diese Weise den Austausch mit einer äußeren Quelle über einen Stecker zu erlauben. Obwohl der Steckkontakt 16 mit hoher Dichte als mit Nadelkontakten 20 versehen beschrieben ist, kann auch eine Vielzahl anderer bekannter Kontaktierungsmethoden für hohe Dich ten verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht einer drahtkontaktierten Steckkontaktanord nung 10 mit hoher Dichte. Die Basis 24 des Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte liegt grundsätzlich in derselben Ebene wie die Leiterplatte 14. Die Leiterplatte 14 weist mehrere Laminatschichten 26 auf. Die Ausführungs form ist mit zwei Laminatschichten 26 gezeigt, jedoch können bei weiteren Ausführungsformen auch mehr oder weniger Schichten verwendet wer den. Die Plättchen 28 zur Drahtkontaktierung sind in Reihen entlang der Leiterplatte 14 angeordnet. Bei einer Ausführungsform sind die Plättchen 28 zur Drahtkontaktierung vorzugsweise in zwei Reihen angeordnet, ob wohl sie auch in mehr oder weniger Reihen angeordnet sein können. Durch die Anordnung einzelner Reihen von Plättchen 28 zur Drahtkon taktierung auf separaten Laminatschichten 26 können die Plättchen 28 zur Drahtkontaktierung dicht nebeneinander und nahe am Steckkontakt 16 mit hoher Dichte angeordnet werden. Bei gewöhnlichen Drahtkon taktanordnungen könnten die Plättchen 28 zur Drahtkontaktierung nicht so dicht angeordnet werden, da sich ihre elektrischen Leitungen durch die Leiterplatte hindurch gegenseitig stören würden. Aufgrund der Laminat schichten 26 können die elektrischen Leitungen ohne gegenseitige Stö rung übereinander verlaufen.

Aus der Basis 24 des Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte stehen die Kopfenden 30 der Nadelkontakte 20 hervor. Die Nadelkontakte 20 können in dem Steckkontakt 16 mit hoher Dichte in mehreren Reihen angeordnet sein. Anders als bei bekannten Steckkontaktdesigns mit hoher Dichte, bei denen die Dichte der Anordnung der Nadelkontakte 20 durch die Fähig keit zur Kontaktbildung zwischen Nadelkontakten 20 und Leiterplatte 14 begrenzt ist, zeichnet sich die erfindungsgemäße Ausführungsform durch eine höhere Dichte der Nadelkontaktanordnung 20 aus. Eine bevorzugte Ausführung weist vier Reihen und sechzehn Spalten von Nadelkontakten 20 auf, wobei aber andere Reihen- und/oder Spaltenzahlen möglich sind. Aufgrund der erfindungsgemäß großen Nähe der Nadelkontakte 20 zuein ander und der dichten Anordnung der Plättchen 28 zur Drahtkontaktie rung, welche sich außerdem nahe bei den Nadelkontakten 20 befinden, genügen kurze Drahtkontakte 32, um die Kopfenden 30 der jeweiligen Na delkontakte 20 mit ihrem entsprechenden Plättchen 28 zur Drahtkontak tierung zu verbinden. Die vorliegende Ausführungsform weist bevorzugt eine Reihe von Plättchen 28 zur Drahtkontaktierung für jeweils zwei Rei hen von Nadelkontakten 20 auf, wobei andere Reihenverhältnisse möglich sind. Die resultierende drahtkontaktierte Steckkontaktanordnung 10 mit hoher Dichte weist daher eine größere Anzahl an Nadelkontakten 20 in einem kleineren Steckergehäuse 18 auf, während durch die reduzierte Drahtkontaktlänge 32 bessere Schwingungseigenschaften erreicht werden. Da beide Enden des Drahtkontaktes 32 im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind (vgl. Fig. 4), verkürzt sich der Bogen des Draht kontaktes 32, was bekanntermaßen zu einer verbesserten Unempfindlich keit gegenüber Schwingungen führt. Da ferner zur Beschränkung der Länge der Drahtkontakte 32 kein komplexes Steckkontaktdesign 16 mit hoher Dichte benötigt wird, kann außerdem eine Kostenersparnis gegen über bekannten Designs erreicht werden.

Die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Drahtkontakte 32 bestehen vorzugsweise aus Aluminiumdrähten mit einem Durchmesser von etwa 0,010 inch. Bei anderen Ausführungsformen ist aber auch eine Vielzahl von Drahtkontakten aus anderem Material und mit anderem Durchmesser denkbar. Außerdem sind die Nadelkontakte 20 bei der vor liegenden Ausführungsform bevorzugt in einem Gitter mit einem Gitterab stand von etwa 2,54 mm angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen können andere Muster und Dichten verwendet werden. Die vorliegende Ausführungsform schafft eine schwingungsresistente, vierreihige draht kontaktierte Steckkontaktanordnung, die um 43% kleiner ist als her kömmliche Designs. Die Reduzierung der Größe des Steckkontaktes 16 mit hoher Dichte kann zu einer Reduzierung des Gewichts der gesamten Steckkontaktanordnung mit hoher Dichte führen. Die verbesserte Kon taktdichte, Unempfindlichkeit gegenüber Schwingungen, Größe, Gewicht und Kostenersparnis, die mit dieser Erfindung einhergeht, macht sie für eine Reihe von elektronischen Anwendungen geeignet.

Claims

1. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte mit:
einem Steckergehäuse (18);
mehreren Nadelkontakten (20) in dem Steckergehäuse (18), wobei jeder Nadelkontakt (20) ein Kopfende (30) und ein freies Ende (21) aufweist;
einer Leiterplatte (14) mit mehreren Laminatschichten (26);
mehreren Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung, wobei jedes Plätt chen (28) zur Drahtkontaktierung einen Signalkontakt für einen der Nadelkontakte (20) bildet, wobei die Plättchen (28) zur Drahtkon taktierung auf zumindest zwei Laminatschichten (26) derart ange ordnet sind, daß die Entfernung zwischen den Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung und den Nadelkontakten (20) minimiert ist; und
mehreren Drahtkontakten (32), wobei jeder Drahtkontakt (32) das Kopfende (30) eines Nadelkontaktes (20) mit einem der Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung verbindet.

2. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Nadelkontakte (20) in vier Reihen angeordnet sind.

3. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung in zwei Reihen an geordnet sind.

4. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei die Nadelkontakte (20) in regelmäßigen Abständen innerhalb des Steckergehäuses (18) angeordnet sind.

5. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei für jeweils zwei Reihen von Nadelkontakten (20) jeweils eine Reihe von Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung vorgesehen ist.

6. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei das Steckergehäuse (18) und die Leiterplatte (14) beide an ei nem Komponentengehäuse (12) befestigt sind.

7. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1, wobei das Kopfende (30) jedes Nadelkontaktes (20) im wesentlichen in derselben Ebene wie die Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung liegt.

8. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 1 zur Verwendung in elektrischen Systemen von Automobilen.

9. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte mit:
einem Steckergehäuse (18);
mehreren Kontakten (20), die innerhalb des Steckergehäuses (18) gebildet sind;
einer Leiterplatte (14) mit mehreren Laminatschichten (26);
mehreren Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung, wobei jedes dieser Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung einen Signalkontakt (20) für einen dieser Kontakte bildet, wobei diese Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung auf zumindest zwei Laminatschichten (26) derart an geordnet sind, daß die Entfernung zwischen den Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung und den Kontakten (20) minimiert ist; und
mehreren Drahtkontakten (32), wobei jeder Drahtkontakt (32) einen der Kontakte (20) mit einem der Plättchen (28) zur Drahtkontaktie rung verbindet.

10. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 9, wobei die Kontakte (28) in vier Reihen angeordnet sind.

11. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 9, wobei die Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung in zwei Reihen an geordnet sind.

12. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 9, wobei die Kontakte (20) in regelmäßigen Abständen innerhalb des Steckergehäuses (18) angeordnet sind.

13. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 9, wobei für jeweils zwei Reihen von Kontakten (20) jeweils eine Reihe von Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung vorgesehen ist.

14. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 9, wobei das Steckergehäuse (18) und die Leiterplatte (14) beide an ei nem Komponentengehäuse (12) befestigt sind.

15. Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte nach Anspruch 9, wobei die Kontakte (20) Nadelkontakte sind.

16. Ein Verfahren zur Bildung einer Steckkontaktanordnung (10) mit hoher Dichte mit einem Komponentengehäuse (12), einem Stecker gehäuse (18), mehreren Kontakten (20) innerhalb dieses Steckerge häuses (18), einer Leiterplatte (14) mit mehreren Laminatschichten (26), mehreren Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung, die auf den Laminatschichten (26) angeordnet sind, und mehreren Drahtkon takten (32), mit den Schritten:
Befestigen des Steckergehäuses (18) und der Leiterplatte (14) an dem Komponentengehäuse (12) derart, daß das Steckergehäuse (18) und die Leiterplatte (14) in derselben Ebene liegen;
Anordnen der Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung auf den Lami natschichten (26) derart, daß die Entfernung zwischen den Plätt chen (28) zur Drahtkontaktierung und den Kontakten (20) minimiert ist;
Verbinden jedes einzelnen Kontaktes (20) mit einem der Plättchen (28) zur Drahtkontaktierung.