DE102019130780A1

DE102019130780A1 - Mehrfachverbinder, Baugruppenverbindung und Verfahren sowie Vorrichtung zur Herstellung eines Mehrfachverbinders

Info

Publication number: DE102019130780A1
Application number: DE102019130780.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Dandl; Andreas Gruber
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2021094369A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachverbinder (4) zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen (2, 3). Der Mehrfachverbinder (4) weist einen Verbinderkörper (5) mit einer ersten Verbindungsfläche (6) und mit einer zweiten Verbindungsfläche (7) auf. Der Mehrfachverbinder (4) weist außerdem eine Mehrzahl elektrischer Kontaktelemente (8) auf, die sich zumindest von der ersten Verbindungsfläche (6) zu der zweiten Verbindungsfläche (7) durch den Verbinderkörper (5) erstrecken. Die Kontaktelemente (8) bilden im Bereich der Verbindungsflächen (6, 7) Kontaktabschnitte (9) zur elektrischen Kontaktierung von korrespondierenden Gegenkontaktelementen (10) der jeweils zugeordneten Baugruppe (2, 3) aus. Die Kontaktelemente (8) weisen außerdem jeweils zumindest einen elastischen Abschnitt (14) auf, der ein Einfedern des Kontaktelements (8) entlang der Längsachse (L) des Kontaktelements (8) ermöglicht. Erfindungsgemäß weist der Verbinderkörper (5) mehrere aufeinander gestapelte, miteinander verbundene Folienelemente (11) auf, wobei jeweils zumindest zwei der Folienelemente (11) ein Folienpaar (12) bilden, und wobei zwischen den zwei aufeinander gestapelten Folienelementen (11) wenigstens eines der Folienpaare (12) zumindest eines der Kontaktelemente (8) verläuft. Das Folienpaar (12) bildet für jedes der Kontaktelemente (8) einen korrespondierenden Kanal aus, in welchem das Kontaktelement (8) eingelegt ist. Die Kanäle sind durch Nuten (13) in wenigstens einem der Folienelemente (11) des Folienpaares (12) und/oder durch Ausnehmungen (21) in einer zwischen den Folienelementen (11) des Folienpaares (12) angeordneten Zwischenfolienstruktur (18) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachverbinder zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen, aufweisend einen Verbinderkörper und eine Mehrzahl elektrischer Kontaktelemente, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ferner eine Baugruppenverbindung, aufweisend eine erste elektrische Baugruppe, eine zweite elektrische Baugruppe, sowie einen Mehrfachverbinder zur elektrischen Kontaktierung der Baugruppen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Mehrfachverbinders, welcher zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen ausgebildet ist.
Mehrfachverbinder sind zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen, insbesondere zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen diversen elektrischen Baugruppen, bekannt. Die Mehrfachverbinder stellen dabei in der Regel eine Vielzahl von Einzelverbindungen zur Übertragung unterschiedlicher elektrischer Daten- und/oder Versorgungssignale zwischen den Baugruppen her. Nicht selten werden mehrere hundert unabhängige Einzelverbindungen zwischen den Baugruppen benötigt, beispielsweise zwischen zwei elektrischen Leiterplatten („Printed Circuit Boards“, PCBs) oder einer Leiterplatte und einer integrierten Schaltung („Integrated Circuit“, IC).
Auch beim Testen von elektrischen Baugruppen, beispielsweise beim Testen von bestückten oder unbestückten Leiterplatten oder auch von integrierten Schaltungen (beispielsweise eines oder mehrerer Halbleiterchips im Waferverbund oder eines Halbleiterchips in seinem Chipgehäuse) werden Mehrfachverbinder eingesetzt.
Die zunehmende Miniaturisierung und Erweiterung des Funktionsumfangs von elektrischen Baugruppen, beispielsweise von integrierten Schaltungen, bedingt eine immer enger stehende Anordnung der Kontaktelemente eines Mehrfachverbinders. Eine Anforderung an Mehrfachverbinder ist es demnach, eine hohe Anzahl Kontaktelemente bei kleinem Rastermaß („Pitch“) bereitzustellen. Gleichzeitig ist es mitunter auch erforderlich, Mehrfachverbinder in hohen Stückzahlen und damit möglichst wirtschaftlich im Rahmen einer Massenproduktion herzustellen.
Zur Herstellung eines Interposers wird in der Praxis beispielsweise eine Kunststoffplatte zunächst mit mehreren zueinander benachbarten, vertikalen Durchführungen versehen, in die in einem weiteren aufwändigen Fertigungsschritt jeweils einzelne Kontaktelemente in diskreten Arbeitsvorgängen eingeführt und befestigt werden.
Einen beispielhaften, gattungsgemäßen Mehrfachverbinder beschreibt die Druckschrift US 2003/0008535 A1 . Zur Herstellung des Mehrfachverbinders wird in der US 2003/0008535 A1 vorgeschlagen, einzelne Kontaktelemente zunächst durch ein Metallpulverspritzgussverfahren herzustellen und anschließend in ausreichend großer Zahl an einem Verbinderkörper bzw. an einer Kunststoffplatte des Mehrfachverbinders beidseitig zu befestigen und die sich gegenüberliegenden Kontaktelemente durch diskrete Durchkontaktierungen in dem Verbinderkörper elektrisch miteinander zu verbinden.
Dieser Herstellungsprozess erfordert vergleichsweise viele diskrete Arbeitsschritte und ist zur Herstellung eines Mehrfachverbinders mit vielen hundert Einzelkontakten, insbesondere für eine Massenproduktion des Mehrfachverbinders, wirtschaftlich ungeeignet. Ferner ist das minimal erreichbare Rastermaß dieses Herstellungsverfahrens stark beschränkt.
In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Mehrfachverbinder zur Verfügung zu stellen, der insbesondere eine Vielzahl von Einzelverbindungen mit engem Rastermaß bereitstellt und vorzugsweise kostengünstig und prozesssicher herstellbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppenverbindung mit einem Mehrfachverbinder zur Verfügung zu stellen, der insbesondere eine Vielzahl von Einzelverbindungen mit engem Rastermaß bereitstellt und vorzugsweise kostengünstig und prozesssicher herstellbar ist.
Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachverbinders zur Verfügung zu stellen, das sich vorzugsweise kostengünstig und prozesssicher durchführen lässt, um insbesondere einen Mehrfachverbinder mit einer Vielzahl von Einzelverbindungen mit engem Rastermaß bereitzustellen.
Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung für ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachverbinders bereitzustellen.
Die Aufgabe wird für den Mehrfachverbinder mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Baugruppenverbindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung des Mehrfachverbinders wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 17 und betreffend die Vorrichtung durch Anspruch 25 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Es ist ein Mehrfachverbinder zur elektrischen Kontaktierung zwischen elektrischen Baugruppen vorgesehen. Der Mehrfachverbinder kann dabei insbesondere zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Baugruppen vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist der Mehrfachverbinder zur elektrischen Kontaktierung, insbesondere zur Verbindung, von genau zwei elektrischen Baugruppen vorgesehen; grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass der Mehrfachverbinder mehr als zwei elektrische Baugruppen kontaktiert und/oder miteinander verbindet, beispielsweise drei elektrische Baugruppen, vier elektrische Baugruppen, fünf elektrische Baugruppen, sechs elektrische Baugruppen oder noch mehr elektrische Baugruppen. Sofern nachfolgend von genau zwei Baugruppen gesprochen wird so ist dies nicht einschränkend zu verstehen sondern soll lediglich dem besseren Verständnis dienen.
Der Mehrfachverbinder kann ausgebildet sein um mehrere, vorzugsweise jeweils voneinander unabhängige, einzelne elektrische Verbindungen zwischen den Baugruppen herzustellen. Beispielsweise kann der Mehrfachverbinder ausgebildet sein, um verschiedene Datenverbindungen mit jeweils einem Datenkanal oder mehreren Datenkanälen und/oder um verschiedene Versorgungssignale zur Übertragung verschiedener elektrischer Ströme bei unterschiedlichen Spannungen zwischen den Baugruppen zu ermöglichen.
Bei einer elektrischen Baugruppe kann es sich grundsätzlich um eine beliebige elektrische Baugruppe handeln. Beispielsweise kann es sich bei einer der Baugruppen oder bei beiden Baugruppen um eine elektrische Leiterplatte, vorzugsweise bestückt mit einem oder mehreren elektrischen Bauelementen, handeln. Es kann es sich bei einer der Baugruppen oder bei beiden Baugruppen auch um eine beliebige aktive oder passive Schaltung, insbesondere um eine in einem Schaltungsgehäuse angeordnete aktive oder passive elektrische Schaltung, beispielsweise um ein Modul einer Basisstation eines Mobilfunksystems oder um ein Antennenmodul / eine Antenne, handeln. Beispielsweise kann es sich bei einer der Baugruppen oder bei beiden Baugruppen auch um eine integrierte Schaltung, vorzugsweise um einen Halbleiterchip in einem Chipgehäuse, handeln. Bei einer elektrischen Baugruppe oder bei beiden Baugruppen kann es sich im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls sogar um ein elektrisches Kabel oder um einen elektrischen Steckverbinder handeln.
Die miteinander elektrisch zu verbindenden Baugruppen können insbesondere auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste elektrische Baugruppe als Halbleiterchip und die zweite elektrische Baugruppe als Leiterplatte ausgebildet ist, wobei der erfindungsgemäße Mehrfachverbinder zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlüssen des Chipgehäuses und der Leiterplatte verwendet werden kann.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann vorgesehen sein, dass der Mehrfachverbinder zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem oder mehreren Halbleiterchips und einer Einrichtung zum Testen des oder der Halbleiterchips verwendet wird.
Vorzugsweise wird der Mehrfachverbinder als Interposer verwendet.
Grundsätzlich sind die möglichen Verwendungen des nachfolgen beschriebenen Mehrfachverbinders allerdings vielfältig. Die Erfindung ist nicht auf eine der genannten Verwendungen beschränkt.
Erfindungsgemäß weist der Mehrfachverbinder einen Verbinderkörper mit einer ersten Verbindungsfläche und mit einer zweiten Verbindungsfläche auf.
Die jeweilige Verbindungsfläche kann zur elektrischen Kontaktierung bzw. zur Herstellung der elektrischen Verbindung dienen. Die Verbindungsfläche ist vorzugsweise eben. Die Verbindungsfläche kann ggf. aber auch stufig ausgebildet sein.
Die Verbindungsflächen sind vorzugsweise der jeweils zugeordneten Baugruppe zugewandt, wenn der Mehrfachverbinder elektrisch mit der Baugruppe oder den Baugruppen verbunden ist. Die Verbindungsflächen sind besonders bevorzugt parallel zu einer korrespondierenden Verbindungsfläche der zugeordneten Baugruppe ausgerichtet, wenn der Mehrfachverbinder elektrisch mit der Baugruppe oder den Baugruppen verbunden ist.
Sofern der Mehrfachverbinder zur Kontaktierung von mehr als zwei Baugruppen vorgesehen ist, kann die Anzahl Verbindungsflächen entsprechend erhöht sein. Beispielsweise kann auch eine dritte Verbindungsfläche, eine vierte Verbindungsfläche, eine fünfte Verbindungsfläche, eine sechse Verbindungsfläche oder noch mehr Verbindungsflächen vorgesehen sein. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Verbindungsflächen der Anzahl der zu kontaktierenden (beispielsweise miteinander zu verbindenden) Baugruppen, wobei grundsätzlich aber auch mehrere Baugruppen, beispielsweise zwei Baugruppen, über eine gemeinsame Verbindungsfläche durch den Mehrfachverbinder kontaktiert werden können.
Erfindungsgemäß weist der Mehrfachverbinder außerdem eine Mehrzahl elektrischer Kontaktelemente auf, die sich zumindest von der ersten Verbindungsfläche zu der zweiten Verbindungsfläche durch den Verbinderkörper erstrecken. Die Kontaktelemente bilden im Bereich der Verbindungsflächen Kontaktabschnitte zur elektrischen Kontaktierung von korrespondierenden Gegenkontaktelementen der jeweils zugeordneten Baugruppe aus.
Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement kann grundsätzlich eine beliebige Dimension aufweisen. Beispielsweise kann das Kontaktelement aber eine Dicke von 1,0 mm oder weniger, vorzugsweise 0,5 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,3 mm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,2 mm oder weniger, beispielsweise auch 0,1 mm oder weniger, aufweisen.
Vorzugsweise sind die Kontaktelemente zu den Verbindungsflächen orthogonal ausgerichtet.
Die Kontaktelemente können entlang des kürzest möglichen Weges von der ersten Verbindungsfläche zu der zweiten Verbindungsfläche verlaufen.
Es kann vorgesehen sein, dass alle Kontaktelemente zueinander parallel verlaufen. In Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung kann aber auch eine winklige Anordnung der Kontaktelemente zueinander vorgesehen sein.
Vorzugsweise sind die Kontaktelemente in der jeweiligen Verbindungsfläche gemäß einem Rastermaß angeordnet, das dem Rastermaß der korrespondierenden Gegenkontaktelemente der jeweils zugeordneten Baugruppe entspricht.
Der Mehrfachverbinder kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl Kontaktelemente aufweisen, beispielsweise auch nur zwei Kontaktelemente. Bevorzugt werden allerdings mehr als zwei Kontaktelemente verwendet, beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, zwanzig, dreißig, vierzig, fünfzig, sechzig, siebzig, achtzig, neunzig, einhundert, zweihundert, dreihundert, vierhundert, fünfhundert, tausend oder noch mehr Kontaktelemente. Der erfindungsgemäße Mehrfachverbinder eignet sich ganz besonders zur Verwendung mit einer großen Zahl an Kontaktelementen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente jeweils zumindest einen elastischen Abschnitt aufweisen, der ein Einfedern des Kontaktelements entlang der Längsachse des Kontaktelements ermöglicht.
Vorzugsweise weisen die Kontaktelemente jeweils zwei elastische Abschnitte auf, vorzugsweise im Bereich beider Enden des Kontaktelements, um ein beidseitiges Einfedern entlang der Längsachse des Kontaktelements zu ermöglichen.
Das Kontaktelement kann ausgehend von den vorderen Enden der Kontaktabschnitte entlang der Längsachse des Kontaktelements definiert komprimierbar sein.
Die Elastizität bzw. Deformierbarkeit des elastischen Abschnitts oder der elastischen Abschnitte des Kontaktelements kann derart gewählt sein, dass sich das Kontaktelement bei einem mechanischen Verbindungsvorgang mit einem oder mehreren Gegenkontaktelementen einer der Baugruppen (oder beiden/allen Baugruppen) ausreichend reversibel entlang seiner Längsachse komprimieren kann, ohne eine (irreversible) plastische Verformung zu erfahren.
Durch den elastischen Abschnitt können zu erwartende Toleranzen bei der Positionierung des Mehrfachverbinders zwischen den Baugruppen ausgeglichen und toleranzbedingte Beschädigungen der Kontaktelemente vermieden werden. Durch die Elastizität des Kontaktelements in dem elastischen Abschnitt kann zwischen den Baugruppen und dem Mehrfachverbinder ein ausreichender Kontaktdruck realisierbar sein, um mechanische Toleranzen und ggf. Vibrationen während der Signalübertragung zu kompensieren.
Vorzugsweise ist die Elastizität des elastischen Abschnitts entlang der Längsachse des Kontaktelements größer als die Elastizität des restlichen Kontaktelements, insbesondere größer als die Elastizität des Kontaktelements in den Kontaktabschnitten und/oder größer als die Elastizität des Kontaktelements in ggf. zwischen den Kontaktabschnitten und dem elastischen Abschnitt angeordneten Zwischenabschnitten.
Vorzugsweise weist zumindest die Hälfte aller Kontaktelemente des Mehrfachverbinders, besonders bevorzugt die Mehrzahl aller Kontaktelemente des Mehrfachverbinders, den wenigstens einen elastischen Abschnitt auf. Ganz besonders bevorzugt weisen alle Kontaktelemente des Mehrfachverbinders den wenigstens einen elastischen Abschnitt auf.
Das Kontaktelement kann - bis auf dessen elastischen Abschnitt - vorzugsweise starr bzw. anelastisch ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die Kontaktelemente bzw. die Kontaktabschnitte ausgebildet, um keine kraftschlüssige Verbindung mit einem der Gegenkontaktelemente der zugeordneten Baugruppe in der Art einer Steckverbindung einzugehen. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente bzw. die Kontaktabschnitte ausgebildet, um keine formschlüssige Verbindung mit einem der Gegenkontaktelemente der zugeordneten Baugruppe in der Art einer Steckverbindung einzugehen.
Bei der Verbindung zwischen einem jeweiligen Kontaktelement und einem Gegenkontaktelement handelt es sich vorzugsweise nicht um eine Steckverbindung.
Es kann vorgesehen sein, dass der Mehrfachverbinder Kontaktelemente mit unterschiedlicher Bauart aufweist, beispielsweise mit unterschiedlichen Dicken, Elastizitätseigenschaften und/oder Ausprägungen der Kontaktabschnitte und elastischen Abschnitte.
Die Kontaktelemente sind bevorzugt einteilig ausgebildet, können ggf. aber auch mehrteilig ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der Verbinderkörper mehrere aufeinander gestapelte, miteinander verbundene Folienelemente aufweist. Jeweils zumindest zwei der Folienelemente bilden ein Folienpaar, wobei zwischen den zwei aufeinander gestapelten Folienelementen wenigstens eines der Folienpaare zumindest eines der Kontaktelemente verläuft.
Bei einem Folienelement im Rahmen der Erfindung handelt es sich insbesondere um eine Folie, beispielsweise ein Kunststoffblatt, mit zwei sich gegenüberliegenden Hauptflächen und - verglichen mit den Hauptflächen - sehr dünnen Seitenflächen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Folienelement um eine Folie gemäß dem herkömmlichen Sprachgebrauch.
Vorzugsweise sind die Folienelemente elektrisch nicht leitend, besonders bevorzugt aus einem Kunststoff ausgebildet. Die Folienelemente können beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem sonstigen Kunststoff ausgebildet sein. Gegebenenfalls können auch Duroplaste zur Ausbildung der Folienelemente vorgesehen sein. Ferner können auch Elastomere zur Ausbildung der Folienelemente vorgesehen sein, insbesondere wenn der spätere Verbinderkörper zusätzlich fixiert bzw. mechanisch stabilisiert wird.
Bei einem Folienelement kann es sich auch um eine Keramikfolie bzw. um eine flache Keramikschicht handeln. Die Keramikfolie kann optional einseitig oder beidseitig mit einer Kunststoffschicht und/oder einer Metallschicht bedampft sein. Durch die Verwendung einer Keramikfolie kann die mechanische Stabilität des Verbinderkörpers verbessert sein. Ferner können die elektrischen Eigenschaften der Keramik ggf. vorteilhaft in dem Verbinderkörper verwendet werden.
Grundsätzlich kann es sich bei einem Folienelement auch um eine Verbundfolie aus mehreren einzelnen Folienschichten handeln. Beispielsweise kann ein metallisch beschichtetes Kunststofffolienelement von Vorteil sein, um eine Schirmung des Mehrfachverbinders bereitzustellen. Durch die Verwendung einer metallischen Beschichtung kann beispielsweise eine Schirmung zwischen Kontaktelementen unterschiedlicher Höhenlagen bzw. Zeilen und/oder eine Schirmung des Mehrfachverbinders gegenüber angrenzenden elektrischen Komponenten bereitgestellt und damit insbesondere die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Mehrfachverbinders verbessert werden.
Eine Schirmung kann beispielsweise auch bereitgestellt werden, indem zwischen einzelne Folienelemente oder zwischen Folienpaaren von Folienelemente metallische Blechbahnen eingefügt werden.
Ein erfindungsgemäßes Folienelement kann grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann das Folienelement aber eine Dicke von 5 mm oder weniger, vorzugsweise 1 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 mm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,4 mm oder weniger, beispielsweise auch 0,1 mm oder noch weniger, aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass Folienelemente mit unterschiedlichen Dicken verwendet werden, um die Flexibilität bei der Ausbildung des Verbinderkörpers und des gewünschten Rastermaßes zu erhöhen. Vorzugsweise sind die Dicken der Folienelemente, insbesondere aller Folienelemente, die miteinander Folienpaare bilden, jedoch identisch.
Der Verbinderkörper kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl aufeinander gestapelte Folienelemente aufweisen, beispielsweise auch nur zwei Folienelemente. Bevorzugt werden allerdings mehr als zwei Folienelemente verwendet, beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, zwanzig, dreißig, vierzig, fünfzig, sechzig, siebzig, achtzig, neunzig, einhundert, zweihundert, dreihundert, vierhundert, fünfhundert, tausend oder noch mehr Folienelemente.
Es kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, dass einzelne mit ihren Hauptflächen aneinander angrenzende bzw. aufeinander gestapelte Folienelemente kein Folienpaar ausbilden bzw. dass zwischen miteinander verbundenen Folienelementen kein Kontaktelement angeordnet ist. Hierdurch kann die Flexibilität bei der geometrischen Ausbildung des Verbinderkörpers und des gewünschten Rastermaßes erhöht sein.
Es kann vorgesehen sein, dass Folienelemente genau ein Folienpaar mit einem angrenzenden Folienelement ausbilden oder zwei Folienpaare mit zwei angrenzenden Folienelementen ausbilden. Beispielsweise können drei Folienelemente zwei Folienpaare miteinander ausbilden, indem jeweils die äußeren beiden Folienelemente mit dem mittleren Folienelement jeweils ein Folienpaar ausbilden.
Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl Folienpaare vorgesehen sein, beispielsweise auch nur ein Folienpaar. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Folienpaare vorgesehen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, zwanzig, dreißig, vierzig, fünfzig, sechzig, siebzig, achtzig, neunzig, einhundert, zweihundert, dreihundert, vierhundert, fünfhundert, tausend oder noch mehr Folienpaare.
Neben den aufeinander gestapelten Folienelementen und den zwischen den Folienpaaren angeordneten Kontaktelementen kann der Verbinderkörper auch noch weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise weitere Folien (z. B. auch die nachfolgend noch erwähnte Zwischenfolienstruktur) oder weitere Kontaktelemente, die nicht unbedingt dem zuvor genannten Aufbau bzw. der zuvor genannten Zusammensetzung entsprechen. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung besteht der Verbinderkörper allerdings ausschließlich aus den gestapelten Folienelementen und den dazwischen angeordneten Kontaktelementen (gegebenenfalls aber noch mit einer jeweiligen Kleberschicht zwischen den Folienelementen).
Erfindungsgemäß bildet das Folienpaar bzw. bilden die Folienpaare für jedes der Kontaktelemente einen korrespondierenden Kanal aus, in welchem das Kontaktelement eingelegt ist. Die Kanäle sind durch Nuten in wenigstens einem der Folienelemente des Folienpaares und/oder durch Ausnehmungen in einer zwischen den Folienelementen des Folienpaares angeordneten Zwischenfolienstruktur ausgebildet.
Die Nut kann bevorzugt nur in einem der Folienelemente eines jeweiligen Folienpaares ausgebildet sein. Die Nut kann allerdings auch in beiden Folienelementen eines jeweiligen Folienpaares ausgebildet sein.
Die Zwischenfolienstruktur kann mehrere Foliensegmente aufweisen, die vorzugsweise in einem geeigneten Raster bzw. in einer geeigneten Anordnung auf zumindest eines der ein Folienpaar bildenden Folienelemente aufgelegt sind derart, dass die foliensegmentfreien Bereiche bzw. die Lücken zwischen den Foliensegmenten die Kanäle für die Kontaktelemente ausbilden.
Die Foliensegmente der Zwischenfolienstruktur können zunächst über Verbindungsstege miteinander verbunden sein, was im Rahmen der Herstellung ein Aufbringen auf ein Folienelement erleichtern kann. Die Verbindungsstege können später ggf. entfernt werden. Die Zwischenfolienstruktur kann aber auch aus mehreren einzeln vorliegenden Foliensegmenten ausgebildet werden.
Die Zwischenfolienstruktur bzw. deren Foliensegmente können aus einer Folie (gemäß der vorstehenden Definition) ausgestanzt sein.
Die Zwischenfolienstruktur bzw. deren Foliensegmente können aus demselben Material wie die Folienelemente bestehen, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Eigenschaften und Ausgestaltungen der Folienelemente, die vorstehend und nachfolgend genannt werden können auch für die Zwischenfolienstruktur vorteilhaft vorgesehen sein sofern dies technisch nicht ausgeschlossen ist.
Vorzugsweise ist auch die Zwischenfolienstruktur elektrisch nicht leitend, besonders bevorzugt aus einem Kunststoff ausgebildet. Die Zwischenfolienstruktur kann beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem sonstigen Kunststoff ausgebildet sein. Gegebenenfalls können auch Duroplaste zur Ausbildung der Zwischenfolienstruktur vorgesehen sein. Ferner können auch Elastomere zur Ausbildung der Zwischenfolienstruktur vorgesehen sein, insbesondere wenn der spätere Verbinderkörper zusätzlich fixiert bzw. mechanisch stabilisiert wird.
Grundsätzlich kann es sich auch bei der Zwischenfolienstruktur um eine Verbundfolie aus mehreren einzelnen Folienschichten handeln, insbesondere aus Kunststoffschichten, Metallschichten, Keramikschichten und/oder Kohlefaserschichten. Beispielsweise kann die Zwischenfolienstruktur aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff ausgebildet sein. Beispielsweise kann auch ein metallisch beschichtetes Kunststoff- oder Keramikfoliensegment von Vorteil sein, um eine Schirmung des Mehrfachverbinders bereitzustellen. Durch die Verwendung einer metallischen Beschichtung kann beispielsweise eine Schirmung zwischen Kontaktelementen unterschiedlicher Höhenlagen bzw. Zeilen und/oder eine Schirmung des Mehrfachverbinders gegenüber angrenzenden elektrischen Komponenten bereitgestellt und damit insbesondere die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Mehrfachverbinders verbessert werden.
Die Zwischenfolienstruktur kann grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann die Zwischenfolienstruktur aber eine Dicke von 5 mm oder weniger, vorzugsweise 1 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 mm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,4 mm oder weniger, beispielsweise auch 0,1 mm oder noch weniger, aufweisen. Vorzugsweise entspricht die Dicke der Zwischenfolienstruktur genau oder zumindest annähernd der Dicke des Kontaktelements das in den mit der Zwischenfolienstruktur ausgebildeten Kanal eingelegt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass Zwischenfolienstrukturen mit unterschiedlichen Dicken verwendet werden, um die Flexibilität bei der Ausbildung des Verbinderkörpers und des gewünschten Rastermaßes zu erhöhen. Vorzugsweise sind die Dicken der Zwischenfolienstrukturen, insbesondere aller Zwischenfolienstrukturen, die in verschiedenen Höhenlagen des Verbinderkörpers vorgesehen sind, jedoch identisch.
Vorzugsweise sind die Kontaktelemente derart in die korrespondierenden Kanäle eingelegt, dass das jeweilige Folienpaar durch die Aufnahme des Kontaktelements keine Wölbung ausbildet.
Erfindungsgemäß lässt sich durch die Schichtung der einzelnen Folienelemente in vorteilhafter Weise ein dreidimensionaler Mehrfachverbinder bzw. ein dreidimensionaler Verbinderkörper (insbesondere ein Interposer) mit vorzugsweise einer Vielzahl von Kontaktelementen realisieren. Das erfindungsgemäße Schichtprinzip ermöglicht es dabei, die Kontaktelemente eng beabstandet bzw. mit sehr kleinem Rastermaß kostengünstig in den Verbinderkörper einzubringen. Gleichzeitig kann erfindungsgemäß ein Mehrfachverbinder in besonders hoher Qualität bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche an verschiedenen Seiten des Verbinderkörpers angeordnet sind.
Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass die Verbindungsflächen auf derselben Seite des Verbinderkörpers angeordnet sind. Die entsprechende Seitenfläche kann dann in mehrere Bereiche eingeteilt werden, die die Verbindungsflächen, beispielsweise die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche, ausbilden.
Auch eine Ausgestaltung des Verbinderkörpers, wonach mehrere Verbindungsflächen an einer gemeinsamen ersten Seite und zumindest eine weitere Verbindungsfläche an einer von der ersten Seite verschiedenen, zweiten Seite angeordnet ist, kann vorgesehen sein.
Es können anwendungsspezifisch bedingt durch die zu verbindenden elektrischen Baugruppen beliebige Kombinationen und Anzahlen von Verbindungsflächen an dem Verbinderkörper vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche an sich gegenüberliegenden Seiten des Verbinderkörpers angeordnet sind.
Der Mehrfachverbinder kann dann vorzugsweise zwischen den elektrischen Baugruppen angeordnet werden. Jede der Baugruppen kann optional eine geeignete Kontaktkraft auf den Mehrfachverbinder aufbringen, um die elektrische Verbindung in Kombination mit den einfedernden Kontaktelementen besonders vibrationssicher auszubilden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche an über eine gemeinsame Kante aneinander angrenzenden Seiten des Verbinderkörpers angeordnet sind. Vorzugsweise verläuft die erste Verbindungsfläche in diesem Falle orthogonal zu der zweiten Verbindungsfläche.
Es kann auch eine Kombination aus an gegenüberliegenden Seiten des Verbinderkörpers angeordneten Verbindungsflächen und aneinander angrenzenden Verbindungsflächen des Verbinderkörpers vorgesehen sein, insbesondere wenn mehr als zwei elektrische Baugruppen miteinander verbunden werden sollen.
Der Mehrfacherbinder kann gegebenenfalls an zumindest einem oder an beiden/allen Baugruppen befestigt sein, beispielsweise über eine Rastverbindung mit einer Gehäusekomponente der Baugruppe(n) mechanisch verbunden sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Folienelemente und/oder die Zwischenfolienstrukturen des Verbinderkörpers zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise sind alle aneinander angrenzenden Folienelemente und/oder Zwischenfolienstrukturen vollflächig stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere ultraschallverschweißt, lasergeschweißt, heißverstemmt und/oder verklebt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeweils genau zwei der Folienelemente des Verbinderkörpers eines der Folienpaare bilden.
Es kann im Rahmen der Erfindung auch die optional zwischen den Folienelementen eines Folienpaares vorhandene Zwischenfolienstruktur als Teil des jeweiligen Folienpaares angesehen werden. Das Folienpaar kann in diesem Falle auch als Folienverbund bezeichnet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktelemente jeweils zwischen den einander zugewandten Hauptflächen der ein Folienpaar bildenden Folienelemente verlaufen.
Mit den „Hauptflächen“ eines Folienelements sind dabei die verglichen mit den dünnen Seitenflächen der Folie sehr großen Oberflächen der Folie zu verstehen. Vorzugsweise verlaufen die Hauptflächen der Folienelemente orthogonal zu den Verbindungsflächen des Verbinderkörpers.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente aus der jeweiligen Verbindungsfläche herausragen.
Der Mehrfachverbinder kann die Baugruppen hierdurch auf besonders robuste Weise kontaktieren, beispielsweise wenn ggf. Toleranzen zu erwarten sind. Insbesondere die Kombination von herausragenden Kontaktabschnitten mit dem erfindungsgemäßen elastischen Abschnitt kann eine besonders sichere und robuste, beispielsweise vibrationssichere, elektrische Kontaktierung der Baugruppen gewährleisten.
Das Kontaktelement, insbesondere der elastische Abschnitt des Kontaktelements, kann derart ausgebildet sein, dass sich die Kontaktabschnitte jeweils zumindest so weit reversibel in den Verbinderkörper in Längsrichtung einschieben lassen, bis diese koplanar mit der jeweiligen Verbindungsfläche verlaufen. Insbesondere hierdurch kann der Mehrfachverbinder vorteilhaft gegen Beschädigungen der Kontaktelemente durch unerwartet hohe Kontaktkräfte geschützt sein.
Auch wenn es bevorzugt sein kann, wenn die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente aus den Verbindungsflächen herausragen, kann es im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente nicht aus der jeweiligen Verbindungsfläche herausragen bzw. koplanar zu der jeweiligen Verbindungsfläche verlaufen. Auch eine nach innen versetzte Ausgestaltung der Kontaktabschnitte kann vorgesehen sein, wobei die Gegenkontaktelemente dann in den Verbinderkörper zumindest teilweise eindringen können, um den elektrischen Kontakt herzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente als abgerundete Kontaktköpfe, Kontaktstifte und/oder Lötflächen ausgebildet sind.
Abgerundete Kontaktköpfe können beispielsweise von Vorteil sein, um eine Abweichung in der Planarität zwischen den elektrischen Baugruppen auszugleichen. Die abgerundeten Kontaktköpfe können beispielsweise halbkugelförmig oder halbellipsoidförmig ausgebildet sein.
Sofern Kontaktköpfe zur Ausbildung der Kontaktabschnitte vorgesehen sind, können die Kontaktköpfe beispielsweise ausgebildet sein, um mit Kontaktköpfen oder mit Flachkontakten, beispielsweise Kontaktpads, der korrespondierenden Gegenkontaktelemente der jeweils zugeordneten Baugruppe verbunden zu werden.
Sofern eine der Baugruppen mit dem Mehrfachverbinder (fest) verbunden werden soll, kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass Kontaktstifte zur Ausbildung der Kontaktabschnitte mit den Gegenkontaktelementen, beispielsweise Kontaktpads, der entsprechenden Baugruppe verlötet werden bzw. verlötet sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Kontaktabschnitte, vorzugsweise beide Kontaktabschnitte, elastisch ausgebildet oder elastisch gelagert sind. Beispielsweise können gefederte Kontaktköpfe oder gefederte/elastische Kontaktstifte vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Kontaktelement unterschiedliche Kontaktabschnitte aufweist. Beispielsweise kann ein Kontaktelement einen Kontaktkopf im Bereich der ersten Verbindungsfläche und einen Kontaktstift im Bereich der zweiten Verbindungsfläche aufweisen. Es sind beliebige Kombinationen möglich.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass unterschiedliche Kontaktelemente des Verbinderkörpers unterschiedlich ausgebildete Kontaktabschnitte aufweisen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine erste Gruppe von Kontaktelementen abgerundete Kontaktköpfe und eine zweite Gruppe von Kontaktelementen Kontaktstifte aufweist. Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen von Kontaktabschnitten und Kontaktelementen möglich.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Mehrfachverbinder über die Kontaktabschnitte einer der Verbindungsflächen unmittelbar mit einer der Baugruppen verbunden ist. Beispielsweise kann der Mehrfachverbinder mit einer seiner Verbindungsflächen unmittelbar an einer Leiterplatte angebunden und mit der elektrischen Schaltung der Leiterplatte verbunden sein, beispielsweise durch Verlöten oder Verpressen der Kontaktelemente der entsprechenden Verbindungsfläche mit Gegenkontaktelementen der Leiterplatte. Die zweite Verbindungsfläche kann dann beispielsweise mit Kontaktabschnitten versehen sein, die ein Einstecken (oder ein sonstiges Verbinden) einer weiteren elektrischen Baugruppe ermöglichen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elastische Abschnitt zwischen den beiden Kontaktabschnitten des Kontaktelements ausgebildet ist und/oder dass die Kontaktabschnitte des Kontaktelements einen jeweiligen elastischen Abschnitt aufweisen.
Ein zwischen den Kontaktabschnitten angeordneter elastischer Abschnitt (vorzugsweise genau ein elastischer Abschnitt) kann sich besonders gut zur Verwendung mit einem linear bzw. geradlinig durch den Verbinderkörper verlaufenden Kontaktelement eignen.
Der elastische Abschnitt der Kontaktelemente kann sich vollständig zwischen den Kontaktabschnitten erstrecken und unmittelbar an beide Kontaktabschnitte angrenzen. Der elastische Abschnitt kann allerdings auch nur an einen der Kontaktabschnitte unmittelbar angrenzen oder an keinen der Kontaktabschnitte angrenzen.
Vorzugsweise ist der elastische Abschnitt mittig zwischen den beiden Kontaktabschnitten angeordnet und von den Kontaktabschnitten beabstandet, insbesondere wenn das Kontaktelement geradlinig zwischen sich gegenüberliegenden Verbindungsflächen verläuft.
Der elastische Abschnitt der Kontaktelemente kann sich grundsätzlich entlang der vollständigen Wegstrecke des Kontaktelements zwischen den Verbindungsflächen durch den Verbinderkörper erstrecken. Der elastische Abschnitt der Kontaktelemente ist vorzugsweise allerdings kürzer als die Wegstrecke des Kontaktelements zwischen den Verbindungsflächen und besonders bevorzugt mittig in dem Verbinderkörper zwischen den Verbindungsflächen angeordnet, insbesondere wenn das Kontaktelement geradlinig zwischen sich gegenüberliegenden Verbindungsflächen verläuft.
Sofern das Kontaktelement einen komplexeren Verlauf aufweist, beispielsweise wenn die Verbindungsflächen nicht an gegenüberliegenden Seiten des Verbinderkörpers angeordnet sind oder wenn das Rastermaß zwischen den Verbindungsflächen unterschiedlich ausgestaltet ist, kann sich zumindest ein elastischer Abschnitt im Bereich jedes Kontaktelements hingegen besser eignen, um das erfindungsgemäße Einfedern zu gewährleisten.
Der Fachmann vermag den einen oder die mehreren elastischen Abschnitte an einer nahezu beliebigen axialen Position des Kontaktelements vorzusehen, die anwendungsspezifisch vorteilhaft erscheint.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elastische Abschnitt der Kontaktelemente einen wellenförmigen Verlauf, vorzugsweise in der Art einer linearen Wellenfeder, aufweist.
Grundsätzlich kann eine beliebige Ausgestaltung, die ein Einfedern des Kontaktelements entlang seiner Längsachse (vorzugsweise orthogonal zu der entsprechenden Verbindungsfläche) ermöglicht, vorgesehen sein.
Die Kontaktelemente können zwischen den Kontaktabschnitten und dem elastischen Abschnitt angeordnete Zwischenabschnitte aufweisen, die besonders bevorzugt starr bzw. anelastisch ausgebildet sind.
Der elastische Abschnitt des Kontaktelements ist vorzugsweise vollständig innerhalb des Verbinderkörpers angeordnet bzw. ragt zu keiner der Verbindungsflächen aus dem Verbinderkörper heraus (außer der Kontaktabschnitt bildet selbst den elastischen Abschnitt aus).
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein zwischen den beiden Kontaktabschnitten verlaufender, innerer Abschnitt der Kontaktelemente ein elektrisches Bauelement ausbildet oder ein elektrisches Bauelement aufweist.
Bei einem geeigneten elektrischen Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Widerstand, vorzugsweise einen ohmschen Widerstand, eine Induktivität bzw. eine Spule, eine Kapazität bzw. einen Kondensator, ein Halbleiterbauelement (z. B. eine Diode oder einen Transistor) und/oder eine integrierte Schaltung handeln. Grundsätzlich kann ein beliebiges elektrisches Bauteil vorgesehen sein. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass ein Kontaktelement in seinem inneren Abschnitt mehrere elektrische Bauelemente aufweist, die miteinander verschaltet sind.
Somit können bereits einfache Signalverarbeitungen bzw. Modifikationen bei der Signalübertragung innerhalb des Mehrfachverbinders für die einzelnen Verbindungen vorgesehen sein, beispielsweise eine Filterfunktion und/oder eine Impedanzanpassung zwischen den elektrischen Verbindungen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass ein zwischen den beiden Kontaktabschnitten verlaufender, innerer Abschnitt der Kontaktelemente ausgebildet ist, um eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem weiteren inneren Abschnitt eines weiteren Kontaktelements herzustellen.
Das Kontaktelement kann somit in der Art einer Durchkontaktierung ausgebildet sein, um eine elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Höhenebenen bzw. zwischen verschiedenen Kontaktelementen verschiedener Folienpaare des Mehrfachverbinders herzustellen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere oder alle der Kontaktelemente in einer Reihe nebeneinander in einem gemeinsamen Folienpaar angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass mehrere oder alle der Kontaktelemente in dem Verbinderkörper auf unterschiedlichen Höhenebenen angeordnet und hierzu auf mehrere Folienpaare verteilt sind.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Verbinderkörper vornehmlich flach ausgebildet ist. Der Verbinderkörper kann beispielsweise nur ein Folienpaar aufweisen, zwischen dem alle der genannten Kontaktelemente nebeneinander angeordnet sind. Der Mehrfachverbinder bzw. die Kontaktelemente des Mehrfachverbinders können somit einzeilig angeordnet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Verbinderkörper vornehmlich flach ausgebildet ist, indem mehrere Folienpaare vorgesehen sind, zwischen denen jeweils nur wenige, beispielsweise nur genau eines der Kontaktelemente angeordnet ist. Die Kontaktelemente des Mehrfachverbinders können somit in nur einer Spalte untereinander angeordnet sein, beispielsweise indem die Anzahl Folienpaare der Anzahl Kontaktelemente entspricht.
Besonders bevorzugt ist allerdings ein Mehrfachverbinder vorgesehen, bei dem die Kontaktelemente in einer Zeilen- und Spaltenanordnung (entsprechend einer Matrix) verteilt sind. Es können somit mehrere Folienpaare vorgesehen sein, zwischen denen jeweils mehrere Kontaktelemente nebeneinander angeordnet sind. Somit ist besonders bevorzugt eine dreidimensionale Rasteranordnung der Kontaktelemente vorgesehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kanal und das Kontaktelement ausgebildet sind, um das Kontaktelement in dem Kanal (in Längsrichtung bzw. entlang der Längsachse des Kontaktelements) formschlüssig gegen Auszug aus dem Verbinderkörper zu sichern.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in dem Kanal (bzw. in der Nut oder in der Ausnehmung) einer oder mehrere Stege, Nasen oder sonstige Vorsprünge ausgebildet sind, die in korrespondierende Rücksprünge in dem Kontaktelement eingreifen. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Kontaktelement einen oder mehrere Stege, Nasen oder sonstige Vorsprünge aufweist, die in korrespondierende Rücksprünge des Kanals eingreifen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Kanal an seinen Enden im Bereich der Verbindungsflächen breiter ausgebildet ist als in einem dazwischen liegenden, mittleren Bereich. Korrespondierend hierzu kann das Kontaktelemente im Bereich seiner Kontaktabschnitte breiter ausgebildet sein als in einem dazwischen liegenden Abschnitt (beispielsweise dem elastischen Abschnitt), um einen beidseitigen Formschluss in Längsrichtung der Kontaktelemente in dem Kanal bereitzustellen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente in der ersten Verbindungsfläche gemäß einem ersten Rastermaß angeordnet sind und in der zweiten Verbindungsfläche gemäß einem zweiten (vorzugsweise von dem ersten Rastermaß verschiedenen) Rastermaß angeordnet sind.
Somit kann in vorteilhafter Weise ein sogenannter „Space-Translator“ realisiert werden, um verschiedene Rastermaße verschiedener elektrischer Baugruppen durch den Mehrfachverbinder aneinander anzugleichen. Somit kann der Mehrfachverbinder beispielsweise die Rastermaße zweier Leiterplatteninterfaces oder eines Halbleiterchips oder Chipgehäuses und einer Leiterplatteninterface aneinander angleichen.
Auch das Routing bzw. die Pinbelegung des Interfaces kann durch den Mehrfachverbinder zwischen verschiedenen elektrischen Baugruppen anpassbar sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Verbinderkörper an wenigstens einem Stützkörper befestigt ist oder zumindest teilweise in wenigstens einem Stützkörper aufgenommen ist, um den Verbinderkörper mechanisch zu stabilisieren.
Der Verbinderkörper bzw. die geschichteten Folienelemente können beispielsweise an ihren Rändern durch jeweils einen aus Kunststoff ausgebildeten Stützkörper verstärkt werden, der vorzugsweise tiefgezogen oder in einem Spritzgussverfahren gefertigt wird. Der Stützkörper kann stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Verbinderkörper befestigt werden, beispielsweise mit dem Stützkörper verpresst oder verklebt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Baugruppenverbindung, aufweisend eine erste elektrische Baugruppe und/oder eine zweite elektrische Baugruppe, sowie einen Mehrfachverbinder zur elektrischen Kontaktierung der Baugruppen, insbesondere zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Baugruppen.
Der Mehrfachverbinder ist vorzugsweise ausgebildet wie vorstehend und nachfolgend beschrieben.
Die Baugruppenverbindung kann grundsätzlich auch noch mehr als zwei elektrische Baugruppen aufweisen die durch den Mehrfachverbinder kontaktiert werden (und beispielsweise in beliebigen Kombinationen miteinander verbunden werden), beispielsweise drei elektrische Baugruppen, vier elektrische Baugruppen, fünf elektrische Baugruppen, sechs elektrische Baugruppen oder noch mehr elektrische Baugruppen.
In vorteilhafter Weise kann eine Baugruppenverbindung mit einem Mehrfachverbinder bereitgestellt werden, der sich durch eine hohe Anzahl Einzelkontakte bzw. Kontaktelemente bei einem kleinen Rastermaß auszeichnet und der selbst in hohen Stückzahlen wirtschaftlich herstellbar ist.
Der Mehrfachverbinder kann zur Verbindung mit den korrespondierenden Gegenkontaktelementen der jeweils zugeordneten Baugruppe an der entsprechenden Verbindungsfläche einen beliebigen Rasterabstand zwischen den einzelnen Kontaktelementen ausbilden, beispielsweise einen Rasterabstand von 10 mm oder weniger, vorzugsweise 5 mm oder weniger, besonders bevorzugt 1 mm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,6 mm oder weniger, noch weiter bevorzugt 0,4 mm oder weniger, beispielsweise auch 0,1 mm oder weniger, ausbilden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachverbinders, welcher zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen (insbesondere zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Baugruppen) ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, parallel oder sequentiell mehrere Kontaktelemente in einen mehrere aufeinander gestapelte, miteinander verbundene Folienelemente aufweisenden Verbinderkörper des Mehrfachverbinders einzubringen. Die Kontaktelemente werden dabei derart in den Verbinderkörper eingebracht, dass in Verbindungsflächen des Verbinderkörpers jeweilige Kontaktabschnitte der Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung von korrespondierenden Gegenkontaktelementen angeordnet sind und dass zumindest ein elastischer Abschnitt der Kontaktelemente ein Einfedern der Kontaktelemente entlang der Längsachse der Kontaktelemente ermöglicht. Die Kontaktelemente werden dabei in jeweilige Kanäle von aus zumindest zwei Folienelementen gebildeten Folienpaaren eingebracht, die durch Nuten in wenigstens einem der Folienelemente des Folienpaares und/oder durch Ausnehmungen in einer zwischen den Folienelementen des Folienpaares angeordneten Zwischenfolienstruktur ausgebildet werden, und wobei die Folienelemente zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Vorzugsweise werden die Kontaktelemente im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen Verbinderkörper eines vorstehend und nachfolgend beschriebenen Mehrfachverbinders eingebracht.
Es können vorzugsweise die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen sein:

a) Einbringen, insbesondere Einlegen, wenigstens eines der Kontaktelemente in den Kanal (die Nut oder die Ausnehmung) eines der Folienelemente, wobei sich der Kanal von einer ersten Seite des Folienelements bis zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite des Folienelements erstreckt; und
b) Erzeugen eines Folienpaares durch Aufbringen eines weiteren Folienelements auf der Hauptfläche des mit dem Kontaktelement bestückten Folienelements, um einen mehrere aufeinander gestapelte Folienelemente aufweisenden Verbinderkörper auszubilden, der eine mit den ersten Seiten der Folienelemente zusammenfallende, erste Verbindungsfläche und eine mit den zweiten Seiten der Folienelemente zusammenfallende, zweite Verbindungsfläche ausbildet.

Es kann vorgesehen sein einen Mehrfachverbinder, beispielsweise einen Interposer, aus einzelnen Schichten von Folienelementen aufzubauen. Die einzelnen Schichten bzw. die einzelnen Folienelemente werden vorzugsweise präzise übereinandergelegt und miteinander verbunden. Zwischen den einzelnen Laminatschichten können die elektrischen Leiter bzw. die Kontaktelemente in Kavitäten bzw. Nuten/Ausnehmungen eingelegt sein.
In besonders vorteilhafter Weise können erfindungsgemäß Mehrfachverbinder mit engem Rastermaß vergleichsweise einfach realisiert werden, insbesondere da die „Fertigungsrichtung“, entlang der die Stapel aus Folienelementen aufgebaut werden, orthogonal zu der späteren „Arbeitsrichtung“, d. h. der Längsrichtung der Kontaktelemente, verläuft.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Folienelemente aufeinander gestapelt werden, um den Verbinderkörper schichtweise zu fertigen, wobei die Kontaktelemente während des Stapelns der Folienelemente in die Kanäle der Folienpaare eingelegt werden.
Die Realisierung des erfindungsgemäßen Schichtprinzips ermöglicht vorteilhaft einen kontinuierlichen, insbesondere parallelisierbaren Fertigungsprozess. Beispielsweise können mehrere Folienelemente mehrerer Mehrfachverbinder oder mehrerer Höhenebenen eines Mehrfachverbinders vorteilhaft durch paralleles bzw. gemeinsames Stanzen und/oder Zuschneiden vorbereitet werden (zum Beispiel auf Größe zugeschnitten bzw. gestanzt werden, ggf. sogar bei gleichzeitigem Einarbeiten bzw. Ausbilden von Nuten). Ferner kann ein paralleles Einbringen mehrerer Kontaktelementen in Folienelemente mehrerer Mehrfachverbinder oder mehrerer Höhenebenen eines Mehrfachverbinders vorgesehen sein. Selbst das nachfolgend noch beschriebene Laminieren bzw. das stoffschlüssige Verbinden der einzelnen, bestückten Folienelemente kann vorteilhaft in einem gemeinsamen Arbeitsgang möglich sein.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Mehrfachverbinder mit insgesamt N Höhenebenen („Zeilen“) durch paralleles Fördern von N die Kontaktelemente einer Höhenebene führenden Metallbändern und 2N oder N+1 Folienelementen hergestellt wird.
Wie bereits angedeutet können ggf. sogar mehrere Mehrfachverbinder gleichzeitig hergestellt werden, wenn mehrere aneinandergereihte Folienelemente und mehrere aneinandergereihte Gruppen von Kontaktelementen einer Höhenebene gleichzeitig gefördert werden. Vorzugsweise kann am Ende des Fließprozesses eine Vereinzelung der Mehrfachverbinder mittels diskreter Schnitt- und/oder Stanzprozesse erfolgen.
In vorteilhafter Weise kann durch die erfindungsgemäße Schichtung der einzelnen Folienelemente zu Folienpaaren ein Kanal (eine Nut oder eine Ausnehmung) in zumindest einem ein Folienpaar bildenden Folienelement zu einer Durchführung abgeschlossen werden, durch die ein jeweiliges Kontaktelement verläuft. Die Notwendigkeit, für jedes einzelne Kontaktelement eine jeweilige Bohrung in dem Verbinderkörper vorzusehen, kann dadurch entfallen. Ferner kann es einfacher sein, die Kontaktelemente in die Kanäle (vorzugsweise gemeinsam) einzulegen als die Kontaktelemente später - wie im Stand der Technik - einzeln in die Bohrungen einzuführen.
Vorzugsweise wird jeweils ein einteiliges oder mehrteiliges Kontaktelement in den korrespondierenden Kanal eingelegt.
Vorzugsweise werden Folienelemente mit identischer Geometrie verwendet. Es können aber auch Folienelemente mit unterschiedlichen Geometrien, beispielsweise unterschiedlichen Schichtdicken oder unterschiedlichem Flächenformat, vorgesehen sein, um noch komplexere Mehrfachverbinder zu realisieren. Auch die Verwendung von Verbundfolien kann vorgesehen sein.
Die Folienelemente können über jeweilige Verbindungsstreifen miteinander verbunden werden. Die Folienelemente können beispielsweise aus einer „Endlosfolie“ hergestellt und für das Verfahren zum Herstellen des Mehrfachverbinders bereitgestellt werden. Dies gilt analog auch für die Zwischenfolienstru ktu r.
Die Verbindungsstreifen können nachfolgend entfernt werden, beispielsweise indem der Verbinderkörper auf seine endgültige Form zugeschnitten oder ausgestanzt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen durch das Aufbringen der Zwischenfolienstruktur auf wenigstens einem der Folienelemente des Folienpaares erzeugt werden.
Es können somit beispielsweise zunächst Foliensegmente der Zwischenfolienstruktur gemeinsam oder nacheinander auf eines der Folienelemente aufgebracht werden. Durch die zwischen den Foliensegmenten entstehenden „Lücken“ können schließlich die Kanäle entstehen, in die anschließend die Kontaktelemente eingelegt werden können. Um den Kanal nach oben abzuschließen kann ein weiteres Folienelement auf die Zwischenfolienstruktur aufgebracht werden, wodurch schließlich auch ein Folienpaar komplettiert wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere oder alle der Kontaktelemente in einer Reihe nebeneinander in ein gemeinsames Folienpaar eingebracht werden. Der Mehrfachverbinder kann somit mehrere Spalten von Kontaktelementen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mehrere Folienpaare erzeugt werden, um mehrere Kontaktelemente in dem Verbinderkörper auf unterschiedlichen Höhenebenen zu verteilen. Der Mehrfachverbinder kann somit mehrere Zeilen von Kontaktelementen aufweisen.
Vorzugsweise wird ein Mehrfachverbinder erfindungsgemäß mit mehreren Spalten und mit mehreren Zeilen von Kontaktelementen hergestellt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte des Einbringens des wenigstens einen Kontaktelements in den Kanal eines Folienelements sowie der Verfahrensschritt des Erzeugens eines Folienpaares durch Aufbringen eines weiteren Folienelements (und optional das Aufbringen der Zwischenfolienstruktur zwischen den Folienelementen des Folienpaares) mehrfach wiederholt werden, um mehrere Kontaktelemente in dem Verbinderkörper auf unterschiedlichen Höhenebenen bzw. Zeilen zu verteilen.
Es kann optional vorgesehen sein, dass zwischen Folienpaaren weitere Folienelemente eingebracht werden, zwischen denen kein Kontaktelement vorgesehen ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere über einen Trägerstreifen verbundene Kontaktelemente gemeinsam in mehrere Kanäle eingebracht bzw. eingelegt werden.
Vorzugsweise können die Kontaktelemente somit zunächst über einen Trägerstreifen miteinander verbunden oder bereits entsprechend hergestellt werden. Die Kontaktelemente können für das Verfahren zum Herstellen des Mehrfachverbinders beispielsweise als Kontaktelemente-„Endlosstreifen“ vorliegen.
Der Trägerstreifen kann nachfolgend entfernt werden, beispielsweise indem der Verbinderkörper auf seine endgültige Form zugeschnitten oder ausgestanzt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktelemente aus einem Blechwerkstoff ausgestanzt werden.
Bei dem Blechwerkstoff kann es sich insbesondere um ein Walzwerkerzeugnis aus Metall handeln, dessen Breite und Länge sehr viel größer ist als dessen Dicke. Vorzugsweise handelt es sich bei einem Kontaktelement somit um ein Metallblech mit vorzugsweise näherungsweise „zweidimensionalen“ Dimensionen.
Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das Kontaktelement rund ausgebildet ist, beispielsweise aus einem Draht ausgebildet ist. Das Kontaktelement kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das Kontaktelement eines oder mehrere elektrische Bauteile bzw. Bauelemente aufweist (Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten, Halbleiterfunktionalitäten, etc.).
Das Kontaktelement kann beispielsweise auch mikromechanisch hergestellt werden. Beispielsweise kann das Kontaktelement durch einen additiven oder subtraktiven Prozess hergestellt werden (zum Beispiel durch einen LIGA-Prozess, einen 3D-Druckprozess oder einen MID („Molded Interconnect Devices“) - Prozess). Grundsätzlich kann das Kontaktelement beliebig hergestellt, beispielsweise auch fließgepresst, tiefgezogen oder gedreht werden.
Es kann vorgesehen sein, die Kontaktelemente zumindest teilweise mit zumindest einem ein Folienpaar bildenden Folienelement zu verkleben und/oder zu verschweißen. Vorzugsweise wird das Kontaktelement, insbesondere dessen elastischer Abschnitt, allerdings nicht mit einem Folienelement verklebt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kanäle durch das Einprägen von Nuten in wenigstens einem der Folienelemente des Folienpaares erzeugt werden.
Die Nuten in den einzelnen Folienschichten bzw. Folienelementen können beispielsweise mittels einer Prägewalze in die Folienelemente eingebracht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Folienelemente durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Heißverstemmen und/oder Verkleben der Hauptflächen der Folienelemente (zumindest bereichsweise) stoffschlüssig verbunden werden.
Vorzugsweise werden die Folienelemente jeweils einzeln stoffschlüssig miteinander verbunden. Grundsätzlich können aber auch mehrere Folienelemente gleichzeitig miteinander verbunden werden; in besonderen Ausnahmefällen gegebenenfalls sogar alle Folienelemente gleichzeitig in einem gemeinsamen Prozess.
In vorteilhafter Weise können die Kunststofffolien stoffschlüssig miteinander laminiert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen zur Herstellung eines Mehrfachverbinders, welcher zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen (insbesondere zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Baugruppen) ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Mehrfachverbinder ausgebildet wie vorstehend und nachfolgend beschrieben.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, um einen Fließprozess bzw. eine Fließfertigung (auch unter den Begriffen kontinuierliche Fertigung/Montage oder „continuous motion“ bekannt) zu ermöglichen, wodurch eine einfache Automatisierung und deutliche Steigerung des Produktionsvolumens bzw. des Durchsatzes ermöglicht wird.
Hierdurch kann eine deutliche Senkung der Stückkosten pro Mehrfachverbinder möglich sein.
Es kann somit beispielsweise vorgesehen sein, einen Mehrfachverbinder aus mehreren geschichteten Folienelementen aufzubauen, die miteinander laminiert werden bzw. stoffschlüssig miteinander verbunden werden. An mindestens einer Hauptfläche bzw. Oberfläche der einzelnen Folienelemente kann ein Kanal oder können mehrere benachbart zueinander verlaufende Kanäle ausgebildet werden. In die einzelnen Kanäle der einzelnen Folienelemente können die korrespondierenden Kontaktelemente, vorzugsweise gemeinsam, eingefügt werden.
Auf vorteilhafte Weise kann erfindungsgemäß beispielsweise ein Interposer auf Basis einer Laminatbauweise bereitgestellt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung eines vorstehend und nachfolgend beschriebenen Mehrfachverbinders zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen elektrischen Baugruppen, vorzugsweise zwischen genau zwei elektrischen Baugruppen.
Besonders bevorzugt kann der Mehrfachverbinder als Interposer zum Kontaktieren oder Testen von integrierten Schaltungen und/oder Leiterplatten verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Mehrfachverbinder kann beispielsweise vorteilhaft zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Leiterplatten von Basisstationen von Mobilfunksystemen verwendet werden.
Wie bereits erwähnt kann der Mehrfachverbinder auch vorteilhaft zum Testen von integrierten Schaltungen oder zum Testen von Leiterplatten verwendet werden. Beispielsweise kann der Mehrfachverbinder zum Testen einer sich noch in einem gemeinsamen Verbund auf einem Wafer befindlichen integrierten Schaltung oder zum Testen einer bereits vereinzelten integrierten Schaltung oder zum Testen einer bereits in einem Schaltungsgehäuse aufgenommenen integrierten Schaltung verwendet werden.
Der Mehrfachverbinder kann außerdem besonders vorteilhaft zur Verbindung zwischen zwei elektrischen Leiterplatten verwendet werden und damit bekannte Board-zu-Board-Verbinder (auch als BTB-Verbinder bekannt) mit diskreten Kontakten ersetzen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines Verfahrens gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen, wenn das Programm auf einer Steuereinrichtung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Mehrfachverbinders ausgeführt wird.
Die Steuereinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebige weitere Einrichtung zur Implementierung der Steuereinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer.
Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder beschrieben wurden, sind selbstverständlich auch für die Baugruppenverbindung, das Verfahren, die Vorrichtung, das Computerprogrammprodukt und die erfindungsgemäße Verwendung vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder genannt wurden, auch auf die Baugruppenverbindung, das Verfahren, die Vorrichtung, das Computerprogrammprodukt und die erfindungsgemäße Verwendung bezogen verstanden werden - und umgekehrt.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielswiese ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1 % oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:

1 eine erfindungsgemäße Baugruppenverbindung mit einer ersten elektrischen Baugruppe, einer zweiten elektrischen Baugruppe und einem erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder;
2 einen Mehrfachverbinder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung;
3 eines der Folienelemente des Verbinderkörpers des Mehrfachverbinders der 2 in einer Draufsicht auf eine der beiden Hauptflächen, mit in der Hauptfläche des Folienelements eingeprägten Nuten zur Aufnahme von Kontaktelementen;
4 das Folienelement der 3 in einer Seitenansicht;
5 die Kontaktelemente einer gemeinsamen Höhenlage des Mehrfachverbinders der 2 in einer Draufsicht, mit zwei Kontaktabschnitten und einem dazwischenliegenden, elastischen Abschnitt;
6 das Folienelement der 3 mit den in die Nuten eingelegten Kontaktelementen der 5 in einer Draufsicht;
7 den Mehrfachverbinder der 2 in einer Seitenansicht auf eine der Verbindungsflächen;
8 einen erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht auf eine der Verbindungsflächen;
9 mehrere über jeweilige Verbindungsstreifen miteinander verbundene Folienelemente gemäß 3 in einer Draufsicht;
10 mehrere über einen Trägerstreifen miteinander verbundene Kontaktelemente einer jeweiligen gemeinsamen Höhenlage gemäß 5 in einer Draufsicht;
11 die in die Folienelemente der 9 gemeinsam eingelegten Kontaktelemente der 10 in einer Draufsicht;
12 einen Stapel mehrerer Folienelemente und Kontaktelemente, mit den jeweiligen Verbindungsstreifen und Trägerstreifen für einen Mehrfachverbinder gemäß 2 in einer perspektivischen Darstellung;
13 mehrere über einen Trägerstreifen miteinander verbundene Kontaktelemente einer jeweiligen gemeinsamen Höhenlage mit in den Kontaktabschnitten der Kontaktelemente angeordneten elastischen Abschnitten in einer Draufsicht;
14 einen erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit Verbindungsflächen mit verschiedenen Rastermaßen in einer Draufsicht;
15 den Mehrfachverbinder der 14 in einer perspektivischen Darstellung;
16 mehrere über jeweilige Verbindungsstreifen miteinander verbundene Folienelemente für einen Mehrfachverbinder gemäß 14 in einer Draufsicht auf eine der beiden Hauptflächen, mit in der Hauptfläche des Folienelements eingeprägten Nuten zur Aufnahme von Kontaktelementen;
17 mehrere über einen Trägerstreifen miteinander verbundene Kontaktelemente einer jeweiligen gemeinsamen Höhenlage für einen Mehrfachverbinder gemäß 14 in einer Draufsicht, mit an die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente angrenzend angeordneten elastischen Abschnitten;
18 eine beispielhafte Zusammenstellung verschiedener Kontaktelemente in einer Draufsicht;
19 einen erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel mit orthogonal zueinander angeordneten Verbindungsflächen in einer perspektivischen Darstellung;
20 mehrere über jeweilige Verbindungsstreifen miteinander verbundene Folienelemente für einen Mehrfachverbinder gemäß 19 in einer Draufsicht auf eine der beiden Hauptflächen, mit in der Hauptfläche des Folienelements eingeprägten Nuten zur Aufnahme von Kontaktelementen;
21 mehrere über einen Trägerstreifen miteinander verbundene Kontaktelemente einer jeweiligen gemeinsamen Höhenlage für einen Mehrfachverbinder gemäß 19 in einer Draufsicht, mit an die Kontaktabschnitte der Kontaktelemente angrenzend angeordneten elastischen Abschnitten;
22 einen Stapel mehrerer Folienelemente und Kontaktelemente, mit den jeweiligen Verbindungsstreifen und Trägerstreifen für einen Mehrfachverbinder gemäß 19 in einer perspektivischen Darstellung;
23 ein Folienelement für einen Mehrfachverbinder mit einer auf das Folienelement aufgebrachten Zwischenfolienstruktur zur Ausbildung von Ausnehmungen zwischen einzelnen Foliensegmenten der Zwischenfolienstruktur in einer Draufsicht;
24 ein Folienpaar aus zwei Folienelementen und einer zwischen den Folienelementen angeordneten Zwischenfolienstruktur gemäß 23 in einer Seitenansicht;
25 einen Verbindungskörper mit einer zwischen den ein Folienpaar bildenden Folienelementen angeordneten Zwischenfolienstruktur, die leitfähige und isolierende Foliensegmente aufweist um die Kontaktelemente jeweils in der Art einer Koaxialleitung elektrisch abzuschirmen;
26 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrfachverbinders mit einigen beispielhaften Verfahrensschritten; und
27 eine erfindungsgemäße Baugruppenverbindung zur elektrischen Kontaktierung von mehr als zwei elektrischen Baugruppen über an derselben Seite des Verbinderkörpers angeordnete Verbindungsflächen.

1 zeigt eine Baugruppenverbindung 1, aufweisend eine erste elektrische Baugruppe 2, eine zweite elektrische Baugruppe 3 sowie einen Mehrfachverbinder 4 zur elektrischen Kontaktierung der Baugruppen 2, 3. Der Mehrfachverbinder 4 dient dabei insbesondere zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Baugruppen 2, 3.
Bei den elektrischen Baugruppen 2, 3 kann es sich beispielsweise um in einem jeweiligen Gerätegehäuse aufgenommene elektrische Schaltungen, um mit jeweiligen elektrischen Schaltungen bestückte Leiterplatten, um integrierte Schaltungen und/oder um Schaltungsgehäuse zur Aufnahme und Anbindung an eine jeweilige integrierte Schaltung handeln. Grundsätzlich sind beliebige Arten von Baugruppen in beliebigen Kombinationen möglich. Der Mehrfachverbinder 4 kann beispielsweise als Interposer oder Board-zu-Board-Verbinder eingesetzt werden.
Ein Mehrfachverbinder 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt.
Der Mehrfachverbinder 4 weist einen Verbinderkörper 5 mit einer ersten Verbindungsfläche 6 und mit einer zweiten Verbindungsfläche 7 auf. Die Verbindungsflächen 6, 7 sind an sich gegenüberliegenden Seiten des Verbinderkörpers 5 angeordnet. Grundsätzlich können die Verbindungsflächen 6, 7 aber auch auf derselben Seite des Verbinderkörpers 5 angeordnet sein, was nachfolgend noch anhand des Ausführungsbeispiels der 27 beschrieben wird.
7 zeigt eine Draufsicht auf eine der Verbindungsflächen 6, 7.
Der Mehrfachverbinder 4 weist außerdem eine Mehrzahl elektrischer Kontaktelemente 8 auf (vgl. beispielsweise 5), die sich von der ersten Verbindungsfläche 6 zu der zweiten Verbindungsfläche 7 durch den Verbinderkörper 5 erstrecken. Im Bereich der Verbindungsflächen 6, 7 weisen die Kontaktelemente 8 jeweilige Kontaktabschnitte 9 zur elektrischen Kontaktierung von korrespondierenden Gegenkontaktelementen 10 der jeweils zugeordneten Baugruppe 2, 3 auf.
Wie sich besonders gut an 2 und 7 erkennen lässt, weist der Verbinderkörper 5 mehrere aufeinander gestapelte, zumindest teilweise stoffschlüssig miteinander verbundene Folienelemente 11 auf. Dabei bilden jeweils zwei der Folienelemente 11 ein Folienpaar 12, zwischen deren einander zugewandten Hauptflächen die Kontaktelemente 8 verlaufen.
Es ist vorgesehen, dass die Folienpaare 12 für die Kontaktelemente 8 jeweils korrespondierende Kanäle ausbilden. In den Ausführungsbeispielen der 2 bis 22 werden die Kanäle als Nuten 13 in wenigstens einem der Folienelemente 11 des Folienpaares 12 ausgebildet. Die in den 23 bis 25 gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Kanäle, die allerdings erst später beschrieben wird.
Wie bereits erwähnt kann jedes der Kontaktelemente 8 somit in eine korrespondierende Nut 13 eingebracht sein, die in zumindest einem der Folienelemente 11 - im in den 2 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel in beiden Folienelementen 11 - eines der Folienpaare 12 ausgebildet ist.
Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung ist eines der Folienelemente 11 in 3 in einer Draufsicht und in 4 in einer Seitenansicht gezeigt. 5 zeigt die Kontaktelemente 8 einer Höhenlage / Zeile bzw. die Kontaktelemente 8, die gemeinsam zwischen zwei der Folienelemente 11 bzw. in einem Folienpaar 12 eingelegt werden. In 6 sind die Kontaktelemente 8 in ihrem in die Nuten 13 eines der Folienelemente 11 eingelegten Zustand gezeigt.
Die Kontaktelemente 8 bilden zwischen den beiden Kontaktabschnitten 9 einen elastischen Abschnitt 14 aus (vgl. insbesondere 5). Der elastische Abschnitt 14 weist in den Ausführungsbeispielen beispielhaft einen wellenförmigen (sinusförmigen) Verlauf auf, in der Art einer linearen Wellenfeder. Durch den elastischen Abschnitt 14 ist es möglich, Toleranzen bei der mechanischen Verbindung zwischen dem Mehrfachverbinder 4 und den Baugruppen 2, 3 vorteilhaft auszugleichen, indem die Kontaktelemente 8 in Längsrichtung bzw. entlang der Längsachse L entsprechend komprimierbar sind. Ein weiterer Vorteil des elastischen Abschnitts 14 ist es, dass die Kontaktelemente 8 aufgrund des elastischen Abschnitts 14 „floaten“ können, d. h. sich bei der Verbindung mit den Gegenkontaktelemente noch verschieben/ausrichten lassen, was ebenfalls zum Ausgleich von Toleranzen vorteilhaft sein kann.
Grundsätzlich kann sich der elastische Abschnitt 14 vollständig zwischen den Kontaktabschnitten 9 erstrecken oder von den Kontaktabschnitten 9 beabstandet sein. Der elastische Abschnitt 14 kann insbesondere mittig zwischen den Kontaktabschnitten 9 angeordnet sein, wie in 5 dargestellt. Der zwischen den Kontaktabschnitten 9 und dem elastischen Abschnitt 14 verlaufende Bereich des Kontaktelements 8 kann als Zwischenabschnitt bezeichnet werden, kann allerdings auch als Teil des jeweiligen Kontaktabschnitts 9 betrachtet werden.
Es kann auch mehr als ein elastischer Abschnitt 14 vorgesehen sein, insbesondere ein elastischer Abschnitt 14 für jeden der Kontaktabschnitte 9. Diese Variante ist im Rahmen der späteren Ausführungsbeispiele noch im Detail beschrieben.
Zur Kontaktierung der Gegenkontaktelemente 10 der jeweiligen Baugruppe 2, 3 ragen die Kontaktabschnitte 9 im Ausführungsbeispiel aus der jeweiligen Verbindungsfläche 6, 7 heraus (vgl. beispielsweise 2 oder 6). Grundsätzlich kann allerdings auch eine koplanare Ausgestaltung vorgesehen sein, wonach die Kontaktabschnitte 9 bündig mit der jeweiligen Verbindungsfläche 6, 7 abschließen (vgl. 25). Sogar eine nach innen versetzte Ausgestaltung der Kontaktabschnitte 9 kann vorgesehen sein, wobei die Gegenkontaktelemente 10 der Baugruppen 2, 3 dann zumindest teilweise in die jeweilige Verbindungsfläche 6, 7 eindringen können.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 12 und 19 bis 22 weisen die Kontaktabschnitte 9 der Kontaktelemente 8 abgerundete Kontaktköpfe auf. Grundsätzlich können die Kontaktabschnitte 9 allerdings beliebig ausgebildet sein, beispielsweise auch als Kontaktstifte (vgl. 13 bis 18).
Um das Kontaktelemente 8 in dem Kanal bzw. in der Nut 13 in Längsrichtung bzw. entlang der Längsachse L des Kontaktelements 8 formschlüssig gegen Auszug aus dem Verbinderkörper 5 zu sichern, kann der Kanal bzw. kann die Nut 13 einen Rücksprung aufweisen und z. B. in einem mittleren Bereich dünner ausgebildet sein als in den äußeren Bereichen an den Verbindungsflächen 6, 7, wodurch die Kontaktköpfe der Kontaktelemente 8 einen Formschluss mit der Nut 13 erzeugen können und die Kontaktelemente 8 nach dem Verbinden der Folienelemente 11 nicht mehr aus dem Kanal bzw. aus der Nut 13 entnehmbar sind.
Zur Verstärkung des Verbinderkörpers 5 kann in einer optionalen Ausgestaltung wenigstens ein Stützkörper 15 vorgesehen sein. In 2 ist an einer an die Verbindungsflächen 6, 7 angrenzenden Seitenfläche des Verbinderkörpers 5 ein Stützkörper 15 beispielhaft strichliniert angedeutet. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der Verbinderkörper 5 zumindest teilweise in wenigstens einem Stützkörper aufgenommen ist. Durch den wenigstens einen Stützkörper 15 kann der Verbinderkörper 5 mechanisch stabilisiert werden, beispielsweise wenn die gestapelten Folienelemente 11 nicht bereits selbst eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen beispielhafte Mehrfachverbinder 4, deren Kontaktelemente 8 in Zeilen und Spalten angeordnet sind, in der Art einer Matrix. Grundsätzlich kann allerdings auch vorgesehen sein, dass ein Mehrfachverbinder 4 im Rahmen der Erfindung lediglich Kontaktelemente 8 in einer Zeile aufweist, die nebeneinander in korrespondierende Kanäle bzw. Nuten 13 lediglich eines Folienpaares 12 eingebracht sind. Ein Mehrfachverbinder 4 kann somit grundsätzlich auch lediglich ein Folienpaar 12 aufweisen. Entsprechend kann es auch vorgesehen sein, dass ein Mehrfachverbinder 4 pro Folienpaar 12 lediglich ein einziges Kontaktelement 8 aufweist und somit mehrere einzelne Kontaktelemente 8 aufeinandergestapelt und durch die dazwischenliegenden Folienelemente 11 voneinander getrennt sind.
Im Gegensatz zu dem in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass lediglich eines der Folienelemente 11 eines Folienpaares 12 eine Nut 13 zur Aufnahme eines entsprechenden Kontaktelements 8 aufweist, wie dies in 8 dargestellt ist. Somit können einzelne Folienelemente 11 auch mit zwei weiteren Folienelementen 11 jeweils ein Folienpaar 12 ausbilden. Dabei handelt es sich um eine bevorzugte Variante, da das Einprägen der Nut 13 dann nur in eine der beiden Folienelemente 11 eines Folienpaares 12 erfolgen muss, was die Herstellung weiter vereinfachen kann. Auch die in den 14 bis 22 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen beispielhaft ein Folienpaar 12 mit lediglich einer Nut 13 in einer der beiden das Folienpaar 12 bildenden Folienelemente 11 auf.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen Folienpaaren 12 noch weitere Folienelemente 11 angeordnet sind, ohne dass diese mit anderen Folienelementen 11 ein Kontaktelement 8 oder mehrere Kontaktelemente 8 einschließen, wie ebenfalls in 8 angedeutet. Dies kann beispielsweise zur flexibleren Anpassung des Rastermaßes der Verbindungsflächen 6, 7 dienen. Zur besseren Anpassung des Rastermaßes kann auch vorgesehen sein, dass Folienelemente 11 mit verschiedenen Dicken verwendet werden.
Wie bereits erwähnt kann der elastische Abschnitt 14 des Kontaktelements 8 grundsätzlich an einer beliebigen, geeigneten Position entlang der Längsachse L des Kontaktelements 8 angeordnet sein.
13 zeigt beispielhaft Kontaktelemente mit einem starren mittleren Abschnitt und zwei elastischen Abschnitten 14 die im Bereich der Kontaktabschnitte 9 um den mittleren Abschnitt herum angeordnet sind. Im Beispiel der 13 bilden die elastischen Abschnitte 14 unmittelbar den Kontaktabschnitt 9 aus. Es kann aber beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die elastischen Abschnitte 14 jeweils an die Kontaktabschnitte 9 angrenzen bzw. in die Kontaktabschnitte 9 übergehen, wie dies in den 17, 18 und 21 demonstriert ist.
Auf die exakte Ausgestaltung, Verteilung und Anzahl elastischer Abschnitte 14 kommt es erfindungsgemäß nicht an. Der oder die elastischen Abschnitte 14 sollten allerdings ein geeignetes Einfedern des Kontaktelements 8 entlang seiner Längsachse L ermöglichen.
Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Mehrfachverbinders 4 kann auch die Angleichung verschiedener Rastermaße der miteinander zu verbindenden Baugruppen 2, 3 sein. Ein entsprechender Mehrfachverbinder 4, der auch als „Space-Translator“ bezeichnet werden kann, ist in den 14 bis 17 gezeigt.
Wie besonders gut anhand von 14 erkennbar ist, weist die erste Verbindungsfläche 6 des Verbinderkörpers 5 ein erstes Rastermaß auf (vgl. erster Abstand D₁ zwischen den Kontaktelementen 8 der ersten Verbindungsfläche 6), wohingegen die zweite Verbindungsfläche 7 ein zweites Rastermaß aufweist (vgl. zweiter Abstand D₂ zwischen den Kontaktelementen 8 der zweiten Verbindungsfläche 7).
Entsprechende Folienelemente 11 mit Kanälen (beispielhaft abermals durch entsprechende Nuten 13 gebildet) sind in 16 gezeigt. 17 zeigt die korrespondierenden Kontaktelemente 8 zur Angleichung des Rastermaßes, die in die Nuten 13 der Folienelemente 11 der 16 eingelegt werden können.
Die Kontaktelemente 8 können also grundsätzlich eine beliebige Komplexität aufweisen und müssen entlang ihrer Längsachse L nicht unbedingt einem streng linearen Verlauf folgen wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. Um einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen von Kontaktelementen 8 darzustellen, ist in 18 eine beispielhafte Kombination verschiedener Kontaktelemente 8 gezeigt.
Beispielsweise kann ein Kontaktelement 8 vorgesehen sein, das ein elektrisches Bauelement 16 aufweist (z. B. einen Widerstand, eine Induktivität, eine Kapazität, ein Halbleiterbauelement oder eine integrierte Schaltung). Das Kontaktelement 8 kann grundsätzlich sogar mehrere miteinander verschaltete elektrische Bauelemente 16 aufweisen. In 18 ist beispielhaft ein Kontaktelement 8a mit einem zwischen den beiden Kontaktabschnitten 9 angeordneten elektrischen Bauelement 16 gezeigt.
Es kann auch vorgesehen sein, Kontaktelemente 8b (vgl. 18) zu verwenden, die mehr als zwei Kontaktabschnitte 9 aufweisen, z. B. vier Kontaktabschnitte 9, insbesondere zwei Kontaktabschnitte 9 pro Verbindungsfläche 6, 7. Ein derartiges Kontaktelement 8b kann beispielsweise durch zwei einzelne Kontaktelemente 8 ausgebildet sein, die elektrisch miteinander verbunden sind, wie dies in dem mittleren Abschnitt des Kontaktelements 8b der 18 gezeigt ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass ein Kontaktelement 8 ausgebildet ist, um eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem weiteren Kontaktelement 8 einer anderen Höhenebene des Verbinderkörpers 5 herzustellen, in der Art einer Durchkontaktierung. Ein entsprechendes Kontaktelement 8c ist ebenfalls beispielhaft in 18 gezeigt. Das Kontaktelement 8c weist in seinem mittleren Abschnitt eine (vorzugsweise) parallel zu den Verbindungsflächen 6, 7 und orthogonal zu den Hauptflächen der Folienelemente 11 verlaufende Kontaktspitze 17 auf die ausgebildet ist, um die über dem Kontaktelement 8c verlaufenden Folienelemente 11 zu durchstechen um ein entsprechend höherlagiges Kontaktelement 8 zu kontaktieren.
Schließlich können auch Kontaktelemente 8 verwendet werden, um die Pinbelegung zwischen den Verbindungsflächen 6, 7 anzugleichen. Beispielhaft zeigt 18 ein Kontaktelement 8d um zwei Leitungen zwischen den Verbindungsflächen 6, 7 zu vertauschen.
Es können auch Dummy-Kontaktelemente 8e vorgesehen sein, beispielsweise wenn einzelne Gegenkontaktelemente 10 der entsprechenden Baugruppe 2, 3 nicht vorhanden sind, nicht belegt sind oder nicht elektrisch angebunden werden sollen.
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen waren die Verbindungsflächen 6, 7 stets an sich gegenüberliegenden Seiten des Verbinderkörpers 5 angeordnet um die erste Baugruppe 2 mit der zweiten Baugruppe 3 zu verbinden. Dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen. Die Verbindungsflächen 6, 7 können insbesondere auch an über eine gemeinsame Kante aneinander angrenzenden Seiten des Verbinderkörpers 5 angeordnet sein, insbesondere an zueinander orthogonal erlaufenden Seiten, wie dies beispielhaft in dem in den 19 bis 22 gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
19 zeigt den winkligen Mehrfachverbinder 4 in perspektivischer Darstellung. Die zur Ausbildung eines geeigneten Verbinderkörpers 5 vorteilhaft verwendbaren Folienelenente 11 sind in 20 und entsprechend korrespondierende Kontaktelemente 8 in 21 gezeigt. 22 zeigt schließlich einen aus den Folienelementen 11 und den Kontaktelementen 8 gebildeten Stapel.
Die Verbindungsflächen 6, 7 können grundsätzlich an beliebigen Seiten des Verbinderkörpers 5 vorgesehen sein. Auch die Verwendung von mehr als zwei Verbindungsflächen 6, 7 zur elektrischen Kontaktierung von mehr als zwei Baugruppen 2, 3 ist im Rahmen der Erfindung möglich.
Eine vorstehend bereits angedeutete weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Kanäle in den Folienpaaren 12 zum Einbringen der Kontaktelemente 8 ist in den 23 und 24 gezeigt. Es kann dabei vorgesehen sein, auf zumindest einem der ein Folienpaar 12 bildenden Folienelemente 11 eine Zwischenfolienstruktur 18 aufzubringen. Die Zwischenfolienstruktur 18 kann beispielsweise mehrere Foliensegmente 19 umfassen. 23 zeigt eine Draufsicht auf ein Folienelement 11 (zur besseren Darstellung strichliniert und kreuzschraffiert dargestellt), auf dem eine Zwischenfolienstruktur 18 aufgebracht, beispielsweise aufgelegt, wurde. Die einzelnen Foliensegmente 19 sind durch Trägerstreifen 20 miteinander verbunden um das Aufbringen der Zwischenfolienstruktur 18 zu vereinfachen - dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Zwischen den Foliensegmenten 19 verbleiben schließlich Ausnehmungen 21, die die Kanäle zum Einbringen der Kontaktelemente 8 ausbilden.
In 24 ist zur weiteren Verdeutlichung der Aufbau eines einzelnen Folienpaares 12 mit der Zwischenfolienstruktur 18 gezeigt. Die Zwischenfolienstruktur 18 befindet sich nach dem Zusammenfügen der Folienelemente 11 zwischen den beiden Folienelementen 11. Der Trägerstreifen 20 ist zur besseren Darstellung ausgeblendet. Vorzugsweise werden noch die Kontaktelemente 8 in die Ausnehmungen 21 eingelegt bevor das Folienpaar 12 durch Aufbringen des zweiten Folienelements 11 komplettiert wird (ebenfalls nicht dargestellt).
Um zu demonstrieren wie vielfältig der erfindungsgemäße Mehrfachverbinder 4 verwendbar sein kann zeigt 25 einen Mehrfachverbinder 4 mit einem besonders komplexen Verbinderkörper 5. Die einzelnen Kontaktelemente 8 sind dabei vergleichbar mit einer Koaxialleitung elektrisch abgeschirmt. Der Mehrfachverbinder 4 ist damit in der Art eines koaxialen Mehrfachverbinders 4 ausgebildet. Hierdurch kann der Mehrfachverbinder 4 eine besonders gute elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen und/oder sich gut zur Übertragung von hochbitratigen Datensignalen bzw. zur Übertragung von Signalen für die Hochfrequenztechnik eignen.
Abermals bilden jeweils zwei Folienelemente 11 ein Folienpaar 12. Zwischen den Folienelementen 11 ist wiederum eine Zwischenfolienstruktur 18 vorgesehen, deren Aufbau allerdings komplexer ist als in den 23 und 24 gezeigt. Grundsätzlich kann die Zwischenfolienstruktur 18 im Rahmen der Erfindung elektrisch leitende Foliensegmente 19a (z. B. Metallfoliensegmente 19a) und elektrisch nicht leitende Foliensegmente 19b (z. B. Kunststofffolienelemente 19b) aufweisen. In 25 sind die Foliensegmente 19a, 19b in einer geeigneten Weise derart kombiniert, dass sich der quasi-koaxiale Aufbau des Mehrfachverbinders 4 ergibt. Die mittleren nicht leitenden Foliensegmente 19b bilden schließlich den Kanal für das Kontaktelement 8. Die Kontaktelemente 8 sind in 25 nur vereinfacht als koplanare Kontaktstifte angedeutet. Grundsätzlich kann aber ein beliebig ausgebildetes Kontaktelement 8 für den koaxialen Aufbau vorgesehen sein.
Es sei betont dass 25 nur eines von vielen komplexeren Beispielen eines erfindungsgemäßen Mehrfachverbinders 4 zeigt. Ferner sei erwähnt, dass sich der Mehrfachverbinder 4 auch dann für die Hochfrequenztechnik eignen kann, wenn der Mehrfachverbinder 4 keinen koaxialen bzw. quasi-koaxialen Aufbau aufweist. Beispielsweise kann auch eine differentielle Signalführung durch den Mehrfachverbinder 4 eine hochbitratige Datenübertragung gewährleisten. Grundsätzlich können selbstverständlich beliebige Signale mit beliebiger Signalübertragungsart durch den Mehrfachverbinder 4 übertragen werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachverbinders 4. Ein beispielhafter Verfahrensablauf ist in 26 dargestellt. Das Verfahren kann in einer geeigneten Vorrichtung 22 ausgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln vorgesehen sein.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 kann vorgesehen sein, die Kontaktelemente 8 aus einem Blechwerkstoff auszustanzen.
Die Kontaktelemente 8 können dabei derart ausgestanzt werden, dass diese über einen Trägerstreifen 20 (vgl. z. B. 10, 13, 17 und 21) miteinander verbunden sind. Im Gegensatz zu beispielsweise der Ausgestaltung der 10 kann ggf. auch vorgesehen sein, dass der Trägerstreifen 20 lediglich einseitig an den Kontaktelementen 8 befestigt ist, wie in 13 gezeigt. Durch die Verwendung eines Trägerstreifens 20 können die miteinander verbundenen Kontaktelemente 8 später besonders vorteilhaft in einem gemeinsamen Vorgang in die jeweiligen Kanäle bzw. in die Nuten 13 oder in die Ausnehmungen 21 eingelegt werden.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2, der ggf. parallel zu dem ersten Verfahrensschritt S1 ausgeführt werden kann, kann vorgesehen sein, die Folienelemente 11 auszubilden.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Folienelemente 11 aus einer Kunststofffolie ausgestanzt oder ausgeschnitten werden, wobei mehrere Folienelemente 11 optional über Verbindungsstreifen 24 (vgl. z. B. 9, 16 und 20) miteinander verbunden sein können. Die Folienelemente 11 können somit als Endlosfolie für das Verfahren verwendet werden.
Die wenigstens eine Nut 13 kann in zumindest einer der Hauptflächen der Folienelemente 11 beispielsweise durch eine Prägewalze oder ein sonstiges Prägeverfahren oder auch durch ein subtraktives Verfahren eingebracht werden.
Anstelle durch eine Nut 13 kann ein Kanal wie bereits beschrieben auch unter Verwendung der Zwischenfolienstruktur 18 realisiert werden. Hierzu kann die Zwischenfolienstruktur 18 wie auch die Folienelemente 11 beispielsweise zunächst aus einer Kunststofffolie ausgestanzt oder ausgeschnitten werden, wobei vorzugsweise Trägerstreifen 20 verbleiben, die die einzelnen Foliensegmente 19 zunächst noch miteinander verbinden (vgl. 23). Auch die Zwischenfolienstruktur 18 kann somit vorzugsweise als „Endlosfolie“ hergestellt werden.
Der erste Verfahrensschritt S1 und der zweite Verfahrensschritt S2 sind im Rahmen der Erfindung optional.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem dritten Verfahrensschritt S3 vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Kontaktelemente 8 in einen der Kanäle (beispielsweise in eine der Nuten 13 in einer Hauptfläche eines der Folienelemente 11) eingebracht bzw. eingelegt wird. Vorzugsweise können mehrere Kontaktelemente 8 gleichzeitig in korrespondierende Kanäle eingebracht bzw. eingelegt werden. Auf diese Weise können auch mehrere Mehrfachverbinder 4 gleichzeitig hergestellt werden. Das Prinzip wird beispielsweise anhand der 9 bis 11 verdeutlicht. Die über den Trägerstreifen 20 miteinander verbundenen Kontaktelemente 8 der 10 werden gemeinsam in die über die Verbindungsstreifen 24 verbundenen Folienelemente 11 der 9 eingelegt, wie in 11 dargestellt.
Anschließend kann in einem vierten Verfahrensschritt S4 ein Folienpaar 12 durch Aufbringen eines weiteren Folienelements 11 auf der Hauptfläche des mit dem Kontaktelement 8 bestückten Folienelements 11 erzeugt werden. Hierdurch können mehrere aufeinandergestapelte Folienelemente 11 den dargestellten Verbinderkörper 5 ausbilden.
Es können insbesondere mehrere Folienpaare 12 erzeugt werden, um mehrere Kontaktelemente 8 in dem Verbinderkörper 5 auf unterschiedlichen Höhenebenen zu verteilen. Der dritte Verfahrensschritt S3 und der vierte Verfahrensschritt S4 können hierzu beispielsweise mehrfach wiederholt werden. 12 zeigt beispielhaft einen entsprechenden Stapel von Folienpaaren 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft parallelisierbar sein. Beispielsweise können gleichzeitig mehrere Mehrfachverbinder 4 ausgebildet werden, wie in den 9 bis 12 angedeutet. Ferner können mehrere Höhenebenen von Folienelementen 11 und Kontaktelementen 8 in einer entsprechenden Vorrichtung 22 bereits parallel und mit gleicher Geschwindigkeit übereinander verlaufend geführt werden.
In einem fünften Verfahrensschritt S5 können die Folienelemente 11 zumindest teilweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden, vorzugsweise durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Heißverstemmen und/oder Verkleben der Hauptflächen der Folienelemente 11. Vorzugsweise werden die Folienelemente 11 während des Stapelns nacheinander miteinander verbunden. Somit können die Verfahrensschritte S3 bis S5 in einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechend mehrfach wiederholt werden. Es kann gegebenenfalls aber auch vorgesehen sein, mehr als zwei Folienelemente 11 gleichzeitig miteinander stoffschlüssig zu verbinden.
In einem sechsten Verfahrensschritt S6 können schließlich einzelne Verbinderkörper 5 bzw. einzelne Mehrfachverbinder 4 passgenau ausgeschnitten bzw. ausgestanzt werden, beispielsweise aus einem Endlosband. Bezogen auf die Darstellungen der 9 bis 12 können damit beispielsweise drei Mehrfachverbinder 4 gleichzeitig hergestellt werden.
Der sechste Verfahrensschritt S6 sind im Rahmen der Erfindung optional.
Es sei betont dass der vorstehend beschriebene Verfahrensablauf lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Insbesondere können einzelne Verfahrensschritte entfallen, in der Reihenfolge vertauscht oder in weitere Einzelschritte untergliedert werden. Einzelne Verfahrensschritte können außerdem auch kombiniert werden. Ferner können weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein.
Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, zunächst den Verbinderkörper 5 ohne die Kontaktelemente 8 durch Stapeln und Verbinden der Folienelemente 11 (und ggf. der Zwischenfolienstrukturen 18) aufzubauen und erst anschließend die Kontaktelemente 8 in die Kanäle einzuführen.
Schließlich zeigt 27 noch beispielhaft einen erfindungsgemäßen Mehrfachverbinder 4, bei dem die Verbindungsflächen 6, 7 an derselben Seite des Verbinderkörpers 5 angeordnet sind. Die entsprechende Seitenfläche ist dabei in mehrere Bereiche unterteilt, die die Verbindungsflächen 6, 7 ausbilden. Grundsätzlich können beliebig viele Verbindungsflächen auf der gemeinsamen Seitenfläche verteilt sein. Die Verbindungsflächen können beliebig über die Seitenfläche verteilt sein.
Eine Anordnung der Verbindungsflächen 6, 7 auf derselben Seite des Verbinderkörpers 5 kann sich beispielsweise gut zum Testen von integrierten Schaltungen eignen, die sich noch im Waferverbund befinden. Der Mehrfachverbinder 5 kann dann auf die freiliegenden Kontaktpads der Halbleiterchips mit einem entsprechend geeigneten Kontaktdruck aufgelegt werden. Das Einfedern der Kontaktelemente 8 kann dabei eine stabile Kontaktierung sicherstellen, wobei gleichzeitig eine Beschädigung der Halbleiterchips, insbesondere der Kontaktpads, ausgeschlossen werden kann. Der Mehrfachverbinder 4 kann für diese Anwendung außerdem ausgebildet sein, um eine elektrische Verbindung der zu testenden Schaltungen mit einem Testsystem herzustellen, um Testsignale des Testsystems an die einzelnen Schaltungen und die Ausgangssignale der integrierten Schaltungen an das Testsystem weiterzuleiten. Das Testsystem kann dabei beispielsweise über eine Kabelverbindung, eine Steckverbindung oder ebenfalls durch die Kontaktierung über eine Verbindungsfläche mit dem Mehrfachverbinder 4 verbunden sein, insbesondere über eine Verbindungsfläche, die an einer der in 27 dargestellten Seite gegenüberliegenden Seite des Verbinderkörpers 5 angeordnet ist.
Durch einen derartigen Mehrfachverbinder 4 können auf vorteilhafte Weise mehrere integrierte Schaltungen gleichzeitig kontaktiert werden, wodurch sich die Testdauer auf dem Wafer deutlich verringern kann. Eine Reduzierung der Testdauer ist dabei insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen bei einer Massenfertigung von integrierten Schaltungen erstrebenswert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2003/0008535 A1 [0008]

Claims

Mehrfachverbinder (4) zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen (2, 3), aufweisend a) einen Verbinderkörper (5) mit einer ersten Verbindungsfläche (6) und mit einer zweiten Verbindungsfläche (7); und b) eine Mehrzahl elektrischer Kontaktelemente (8), die sich zumindest von der ersten Verbindungsfläche (6) zu der zweiten Verbindungsfläche (7) durch den Verbinderkörper (5) erstrecken, wobei die Kontaktelemente (8) im Bereich der Verbindungsflächen (6, 7) Kontaktabschnitte (9) zur elektrischen Kontaktierung von korrespondierenden Gegenkontaktelementen (10) der jeweils zugeordneten Baugruppe (2, 3) ausbilden, und wobei die Kontaktelemente (8) jeweils zumindest einen elastischen Abschnitt (14) aufweisen, der ein Einfedern des Kontaktelements (8) entlang der Längsachse (L) des Kontaktelements (8) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinderkörper (5) mehrere aufeinander gestapelte, miteinander verbundene Folienelemente (11) aufweist, wobei jeweils zumindest zwei der Folienelemente (11) ein Folienpaar (12) bilden, und wobei zwischen den zwei aufeinander gestapelten Folienelementen (11) wenigstens eines der Folienpaare (12) zumindest eines der Kontaktelemente (8) verläuft, und wobei das Folienpaar (12) für jedes der Kontaktelemente (8) einen korrespondierenden Kanal ausbildet, in welchem das Kontaktelement (8) eingelegt ist, und wobei die Kanäle durch Nuten (13) in wenigstens einem der Folienelemente (11) des Folienpaares (12) und/oder durch Ausnehmungen (21) in einer zwischen den Folienelementen (11) des Folienpaares (12) angeordneten Zwischenfolienstruktur (18) ausgebildet sind.
Mehrfachverbinder (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsfläche (6) und die zweite Verbindungsfläche (7) an verschiedenen Seiten des Verbinderkörpers (5) angeordnet sind.
Mehrfachverbinder (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsfläche (6) und die zweite Verbindungsfläche (7) an sich gegenüberliegenden Seiten des Verbinderkörpers (5) angeordnet sind.
Mehrfachverbinder (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsfläche (6) und die zweite Verbindungsfläche (7) an über eine gemeinsame Kante aneinander angrenzenden Seiten des Verbinderkörpers (5) angeordnet sind.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienelemente (11) des Verbinderkörpers (5) zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils genau zwei der Folienelemente (11) des Verbinderkörpers (5) eines der Folienpaare (12) bilden, wobei die Kontaktelemente (8) jeweils zwischen den einander zugewandten Hauptflächen der ein Folienpaar (12) bildenden Folienelemente (11) verlaufen.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktabschnitte (9) der Kontaktelemente (8) aus der jeweiligen Verbindungsfläche (6, 7) herausragen.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktabschnitte (9) der Kontaktelemente (8) als abgerundete Kontaktköpfe, Kontaktstifte und/oder Lötflächen ausgebildet sind.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Abschnitt (14) zwischen den beiden Kontaktabschnitten (9) des Kontaktelements (8) ausgebildet ist und/oder dass die Kontaktabschnitte (9) des Kontaktelements (8) einen jeweiligen elastischen Abschnitt (14) aufweisen.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Abschnitt (14) der Kontaktelemente (8) einen wellenförmigen Verlauf, vorzugsweise in der Art einer linearen Wellenfeder, aufweist.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen den beiden Kontaktabschnitten (9) verlaufender, innerer Abschnitt der Kontaktelemente (8) a) ein elektrisches Bauelement (16) ausbildet oder ein elektrisches Bauelement (16) aufweist; und/oder b) ausgebildet ist, um eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem weiteren inneren Abschnitt eines weiteren Kontaktelements (8) herzustellen.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a) mehrere oder alle der Kontaktelemente (8) in einer Reihe nebeneinander in einem gemeinsamen Folienpaar (12) angeordnet sind; und/oder b) mehrere oder alle der Kontaktelemente (8) in dem Verbinderkörper (5) auf unterschiedlichen Höhenebenen angeordnet und hierzu auf mehrere Folienpaare (12) verteilt sind.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (13, 21) und das Kontaktelement (8) ausgebildet sind, um das Kontaktelement (8) in dem Kanal (13, 21) formschlüssig gegen Auszug aus dem Verbinderkörper (5) zu sichern.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktabschnitte (9) der Kontaktelemente (8) in der ersten Verbindungsfläche (6) gemäß einem ersten Rastermaß angeordnet sind und in der zweiten Verbindungsfläche (7) gemäß einem zweiten Rastermaß angeordnet sind.
Mehrfachverbinder (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinderkörper (5) an wenigstens einem Stützkörper (15) befestigt ist oder zumindest teilweise in wenigstens einem Stützkörper (15) aufgenommen ist, um den Verbinderkörper (5) mechanisch zu stabilisieren.
Baugruppenverbindung (1), aufweisend eine erste elektrische Baugruppe (2) und/oder eine zweite elektrische Baugruppe (3), sowie einen Mehrfachverbinder (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 zur elektrischen Kontaktierung der Baugruppen (2, 3).
Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachverbinders (4), welcher zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen (2, 3) ausgebildet ist, wonach parallel oder sequentiell mehrere Kontaktelemente (8) in einen mehrere aufeinander gestapelte, miteinander verbundene Folienelemente (11) aufweisenden Verbinderkörper (5) des Mehrfachverbinders (4) eingebracht werden, wobei die Kontaktelemente (8) derart in den Verbinderkörper (5) eingebracht werden, dass im Bereich von Verbindungsflächen (6, 7) des Verbinderkörpers (5) jeweilige Kontaktabschnitte (9) der Kontaktelemente (8) zur elektrischen Kontaktierung von korrespondierenden Gegenkontaktelementen (10) angeordnet sind und dass zumindest ein elastischer Abschnitt (14) der Kontaktelemente (8) ein Einfedern der Kontaktelemente (8) entlang der Längsachse (L) der Kontaktelemente (8) ermöglicht, und wobei die Kontaktelemente (8) in jeweilige Kanäle von aus zumindest zwei Folienelementen (11) gebildeten Folienpaaren (12) eingebracht werden, die durch Nuten (13) in wenigstens einem der Folienelemente (11) des Folienpaares (12) und/oder durch Ausnehmungen (21) in einer zwischen den Folienelementen (11) des Folienpaares (12) angeordneten Zwischenfolienstruktur (18) ausgebildet werden, und wobei die Folienelemente (11) zumindest bereichsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienelemente (11) aufeinander gestapelt werden, um den Verbinderkörper (5) schichtweise zu fertigen, wobei die Kontaktelemente (8) während des Stapelns der Folienelemente (11) in die Kanäle (13, 21) der Folienpaare (12) eingelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (21) durch das Aufbringen der Zwischenfolienstruktur (18) auf wenigstens einem der Folienelemente (11) des Folienpaares (12) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass a) mehrere oder alle der Kontaktelemente (8) in einer Reihe nebeneinander in ein gemeinsames Folienpaar (12) eingebracht werden; und/oder b) mehrere Folienpaare (12) erzeugt werden, um mehrere Kontaktelemente (8) in dem Verbinderkörper (5) auf unterschiedlichen Höhenebenen zu verteilen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere über einen Trägerstreifen (20) verbundene Kontaktelemente (8) gemeinsam in mehrere Kanäle (13, 21) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (8) aus einem Blechwerkstoff ausgestanzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle durch das Einprägen von Nuten (13) in wenigstens einem der Folienelemente (11) des Folienpaares (12) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienelemente (11) durch Ultraschallschweißen, Laserschwei-ßen, Heißverstemmen und/oder Verkleben der Hauptflächen der Folienelemente (11) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Vorrichtung (22) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24 zur Herstellung eines Mehrfachverbinders (4), welcher zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Baugruppen (2, 3) ausgebildet ist.