DE19643783A1 - Elektrischer Verbinder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elek­ trischen Verbinder zum Verbinden einer flexiblen ge­ druckten Schaltung mit einer gedruckten Schaltungs­ platte.

Verbinder, die als Verbinder für flexible gedruckte Schaltungen bekannt sind (und bei denen es sich zum Beispiel um den in Fig. 21 gezeigten Typ handelt), sind in der Vergangenheit zum elektrischen Verbinden flexibler gedruckter Schaltungen mit gedruckten Schal­ tungsplatten verwendet worden (japanische Gebrauchs­ musteranmeldung Kokai Nr. 1-9376). Ein solcher Verbin­ der 500 für flexible gedruckte Schaltungen gemäß Fig. 21 besitzt Metallkontakte 504, die elastisch sind und in einem isolierenden Gehäuse 502 untergebracht sind. In diesem Fall läßt sich eine elektrische Kontinuität zwischen einer flexiblen gedruckten Schaltung 506 und einer gedruckten Schaltungsplatte 508 dadurch erzie­ len, daß man das Verbindungsende der flexiblen ge­ druckten Schaltung 506 in den Verbinder 500 für flexible gedruckte Schaltungen derart einführt, daß das Verbindungsende an den Metallkontakten 504 an­ greift.

Es sind eine vorbestimmte Materialdicke und Federlänge erforderlich, um die notwendigen Federeigenschaften oder die notwendige Elastizität der Metallkontakte zu erzielen. Aufgrund von Herstellungstoleranzen bei den Abmessungen des Gehäuses und den Positionen der Kon­ takte in dem Gehäuse ist es äußerst schwierig, die Größe und das Gewicht des Verbinders durch Verengen der Mittenbeabstandung, Reduzieren der Höhe oder Redu­ zieren der Größe der Kontakte zu vermindern.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verbinders für flexible gedruckte Schaltungen, bei dem eine Reduzierung hinsichtlich der Größe und des Gewichts möglich ist.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein elektrischer Verbin­ der zum Verbinden einer flexiblen gedruckten Schaltung mit einer gedruckten Schaltungsplatte dadurch aus, daß ein steckerartiges Verbinderelement ein Steckergehäuse bzw. einen Steckerblock aufweist, an dem ein Endbe­ reich der flexiblen gedruckten Schaltung befestigt ist, daß ein buchsenartiges Verbinderelement ein Buch­ sengehäuse bzw. einen Buchsenblock aufweist, das bzw. der einen Hohlraum definiert, der durch eine Oberseite des Buchsengehäuses hindurch offen ist und zum Auf­ nehmen des steckerartigen Verbinderelements in diesem dimensioniert ist, daß ein flexibler Film eine Viel­ zahl von Leitern trägt und um einen Elastomerkörper herumgewickelt ist, wobei der Elastomerkörper in dem Hohlraum derart positioniert ist, daß die Leiter für einen Verbindungseingriff mit jeweiligen Schaltungsbahnen auf der flexiblen gedruckten Schal­ tung angeordnet sind, und daß der flexible Film an einem Überbrückungsteil des Buchsengehäuses in der Nähe des Hohlraums befestigt ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines steckerartigen Verbinderelements und eines buchsenartigen Verbinderelements für einen elektrischen Ver­ binder gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 gezeig­ ten Verbinders;

Fig. 3 eine Perspektivansicht unter Darstellung des Verbinders in einem verbundenen Zustand;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des in Fig. 3 gezeig­ ten Verbinders;

Fig. 5 eine Perspektivansicht des Verbinders, der für eine Verbindung in rechtwinkliger Richtung ausgelegt ist;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht des in Fig. 5 gezeig­ ten Verbinders;

Fig. 7 eine Perspektivansicht eines buchsenartigen Verbinderelements bei einer alternativen Aus­ führungsform;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht des in Fig. 7 gezeig­ ten buchsenartigen Verbinderelements;

Fig. 9 eine Perspektivansicht des buchsenartigen Ver­ binderelements bei noch einem weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des in Fig. 9 gezeig­ ten buchsenartigen Verbinderelements;

Fig. 11 eine Perspektivansicht des elektrischen Ver­ binders gemäß noch einem weiteren Ausführungs­ beispiel;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht des in Fig. 11 ge­ zeigten Verbinders;

Fig. 13 eine Perspektivansicht des in Fig. 11 gezeig­ ten Verbinders in einem verbundenen Zustand;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht des in Fig. 13 ge­ zeigten, verbundenen Verbinders;

Fig. 15 eine Perspektivansicht des in Fig. 11 gezeig­ ten Verbinders, der für eine Verbindung in rechtwinkliger Richtung ausgelegt ist;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht unter Darstellung eines Verbindungszustands des in Fig. 15 ge­ zeigten Verbinders;

Fig. 17 eine Perspektivansicht des buchsenartigen Ver­ binderelements gemäß noch einem weiteren Aus­ führungsbeispiel;

Fig. 18 eine Querschnittsansicht des in Fig. 17 ge­ zeigten Verbinders;

Fig. 19 eine Perspektivansicht des buchsenartigen Ver­ binderelements gemäß noch einem weiteren Aus­ führungsbeispiel;

Fig. 20 eine Querschnittsansicht des in Fig. 19 ge­ zeigten Verbinders; und

Fig. 21 eine Querschnittsansicht eines elektrischen Verbinders des Standes der Technik.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Verbinder für flexible gedruckte Schaltungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Verbinder für flexible gedruckte Schaltungen beinhaltet ein buchsenartiges Verbinderelement 10 und ein steckerartiges Verbinder­ element 20. Das buchsenartige Verbinderelement 10 be­ inhaltet einen flexiblen Film 13, der um den Umfang eines säulenförmigen Elastomerkörpers 12 gewickelt ist, sowie ein Buchsengehäuse 11, das einen Hohlraum 11a aufweist, der ungefähr in der Mitte des Gehäuses ausgebildet ist. Wie in den Zeichnungen zu sehen ist, ist der Hohlraum 11a von einer Bodenwand des Gehäuses umschlossen; der Hohlraum 11a könnte sich jedoch voll­ ständig durch das Buchsengehäuse 11 hindurch er­ strecken. Der flexible Film 13 beinhaltet einen Basis­ film 13a sowie eine Vielzahl zueinander paralleler Leiter 13b, die auf der Oberfläche 13a des flexiblen Films 13 ausgebildet sind. Der säulenförmig ausgebil­ dete Elastomerkörper 12 ist im Inneren des Hohlraums 11a des Buchsengehäuses 11 montiert. Der flexible Film 13 ist um ein Überbrückungsteil 11b gewickelt, das nahe dem Hohlraum 11a vorgesehen ist, und der gesamte mit dem Überbrückungsteil 11b in Berührung stehende flexible Film 13 oder nur ein Teil davon ist an dem Buchsengehäuse 11 befestigt, und zwar durch Klebever­ bindung, Wärme-und-Druck-Verbindung, Wärmeverstemmung oder dergleichen. Aufgrund der Notwendigkeit von Flexibilität für den flexiblen Film sowie der Eignung dieses Films für die Anwendung fotolithografischer Techniken ist es wünschenswert, daß es sich bei dem Material des Basisfilms 13 um ein Polyimid handelt. Bei dem Material des Elastomers 12 kann es sich um einen natürlichen Gummi, Polybutadiengummi, Chloroprengummi, Styrolbutadiencopolymergummi, Ethylenpropylencopolymergummi, thermoplastischen Elastomer, Silikongummi, Vinylmethylsilikongummi, fluorierten Silikongummi, fluorhaltigen Gummi oder dergleichen handeln. Vom Standpunkt der Wärmebestän­ digkeit während des Lötvorgangs her ist jedoch ein Silikongummi, ein Vinylmethylsilikongummi, ein fluo­ rierter Silikongummi, ein fluorhaltiger Gummi oder dergleichen wünschenswert.

Das steckerartige Verbinderelement 20 beinhaltet ein steckerartiges Gehäuse bzw. Steckergehäuse 21 und eine flexible gedruckte Schaltung 22. Die flexible gedruckte Schaltung 22 weist Schaltungsbahnen 22b auf, die auf einem flexiblen Film 22a angeordnet sind. Ein Endbereich 22c der flexiblen gedruckten Schaltung 22 ist an einer Außenfläche des Steckergehäuses 21 an einer vorbestimmten Position angebracht, und zwar unter Verwendung einer Technik, wie Klebeverbindung, Wärme-und-Druck-Verbindung, Wärmeverstemmung oder der­ gleichen.

Das buchsenartige Verbinderelement 10 kann mit der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatte (in den Zeichnungen nicht gezeigt) mittels einer Oberflächen­ montagetechnik verlötet werden. Dabei wirken die Lei­ termuster 13b des buchsenartigen Verbinderelements 10 als Kontaktleitungen; somit werden diese Leitermuster mit leitfähigen Anschlußflächen (nicht gezeigt) auf der Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte verlö­ tet.

Das steckerartige und das buchsenartige Verbinderele­ ment werden dadurch miteinander verbunden, daß man das steckerartige Verbinderelement 20 in den Hohlraum 11a des buchsenartigen Verbinderelements 10 einführt, wie dies in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wobei eine ela­ stische Verformung des Elastomers 12 hervorgerufen wird, die einen für die Herstellung der Verbindung erforderlichen Kontaktdruck erzeugt. Als Ergebnis hiervon werden die Leitermuster der beiden Verbinder­ elemente miteinander in Kontakt gebracht, so daß eine gegenseitige elektrische Verbindung hergestellt ist.

Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, kann ein stecker­ artiges Verbinderelement 20′ derart konfiguriert sein, daß sich die flexible gedruckte Schaltung 22 in einer rechtwinkligen Ausrichtung in bezug auf die gedruckte Schaltungsplatte erstrecken kann, auf der das buchsen­ artige Verbinderelement 10 angebracht ist. In beiden Fällen ist der flexible Film 13, der den Elastomerkörper 12 umgibt, an der oberen Oberfläche des Überbrückungsteils 11b des Buchsengehäuses 11 in dem buchsenartigen Verbinderelement 10 befestigt, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Es kommt somit zu keinem Abschälen des flexiblen Films 13 von dem Überbrückungsteil 11 beim Einführen des steckerartigen Verbinderelements 20, und das Einführen des stecker­ artigen Verbinderelements 20 ist somit erleichtert.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen alternative Ausführungsformen des buchsenartigen Verbinderelements. Die buchsenarti­ gen Verbinderelemente 110 und 210 unterscheiden sich von dem buchsenartigen Verbinderelement 10 in der Art der Anbringung des flexiblen Films an dem Buchsenge­ häuse. Bei dem in den Fig. 7 und 8 gezeigten buchsen­ artigen Verbinderelement 110 wird der flexible Film 113 an drei Oberflächen (d. h. an allen Oberflächen mit Ausnahme der oberen Oberfläche) des Überbrückungs­ teils 111b des Buchsengehäuses 111 befestigt. Beim Verbinden des buchsenartigen Verbinderelements 110 mit dem steckerartigen Verbinderelement 20 der Fig. 1 ist somit der elektrische Weg zwischen der flexiblen ge­ druckten Schaltung 22 (Fig. 1) und der gedruckten Schaltungsplatte (nicht gezeigt) kurz. Ferner sind die Leitermuster 113b kurz, die auf der äußeren Oberfläche frei liegen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Kurz­ schlusses zwischen den Leitermustern 113b aufgrund von Fremdstoffen reduziert wird.

Bei dem in den Fig. 9 und 10 gezeigten buchsenartigen Verbinderelement 210 bedeckt der flexible Film 213 in etwa die Hälfte des Umfangs des Elastomerkörpers 12. Ferner ist ein Ende des flexiblen Films 213 an der oberen Oberfläche des Überbrückungsteils 211b des Buchsengehäuses 211 befestigt, während das andere Ende des flexiblen Films 213 an der unteren Oberfläche so­ wie an einem Bereich der außenliegenden Fläche des Überbrückungsteils 211b befestigt ist. Als Ergebnis hiervon kommt es zu keinem Abschälen des flexiblen Films 213 von dem Überbrückungsteil 211b, wenn das steckerartige Verbinderelement 20 der Fig. 1 eingesteckt oder entfernt wird. Das Einführen und Ent­ fernen des steckerartigen Verbinderelements 20 sind somit erleichtert, und der elektrische Weg zwischen der flexiblen gedruckten Schaltung 22 (Fig. 1) und der gedruckten Schaltungsplatte unter dem buchsenartigen Verbinderelement 210 ist kurz.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 bis 16 ist ein weite­ res Ausführungsbeispiel des Verbinders für flexible gedruckte Schaltungen dargestellt; dieser beinhaltet ein buchsenartiges Verbinderelement 30 und ein steckerartiges Verbinderelement 40. Das buchsenartige Verbinderelement 30 beinhaltet flexible Filme 33, 33′, die um den Umfang säulenförmiger Elastomerkörper 32, 32′ herumgewickelt sind, sowie ein Buchsengehäuse 31, das einen im Zentrum des Gehäuses angeordneten Hohl­ raum 31a aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel unter­ scheidet sich von dem eingangs erläuterten Ausfüh­ rungsbeispiel dadurch, daß die flexiblen Filme 33, 33′ um den jeweiligen Umfang von zwei Überbrückungsteilen 31b, 31b′ des Buchsengehäuses 31 herumgewickelt sind und daß zwei säulenförmige Elastomerkörper 32, 32′ in dem Hohlraum 31a angebracht sind, wobei zwischen den jeweiligen Elastomerkörpern 32, 32′ ein Spalt vorhan­ den ist.

Das steckerartige Verbinderelement 40 besitzt Leiter­ muster 42b, 42c, die auf beiden Oberflächen eines Basisfilms 42a der flexiblen gedruckten Schaltung 42 ausgebildet sind. Ferner sind die innenliegenden Lei­ termuster 42c über Durchgangslöcher 42d in dem Verbin­ dungsteil, der sich an dem Endbereich der flexiblen gedruckten Schaltung 42 befindet, mit außenliegenden Leitermustern 42e elektrisch verbunden. Die flexible gedruckte Schaltung 42 ist an der Außenfläche eines Steckergehäuses bzw. Steckerblocks 41 an einer be­ stimmten Position durch eine Technik, wie Klebstoff­ verbindung, Wärme-und-Druck-Verbindung, Wärmever­ stemmung oder dergleichen befestigt.

Wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist, treten beim Einführen des steckerartigen Verbinderelements 40 in das buchsenartige Verbinderelement 30 die Leitermuster 42b auf der Oberseite der flexiblen gedruckten Schal­ tung 42 in elastischen Kontakt mit den auf der linken Seite des buchsenartigen Verbinderelements 30 befind­ lichen Leitermustern 33b auf dem flexiblen Film 33, und die Leitermuster 42e, die mit den Leitermustern 42c auf der Unterseite der flexiblen gedruckten Schal­ tung 42 verbunden sind, treten in elastischen Kontakt mit den auf der rechten Seite des buchsenartigen Ver­ binderelements 30 befindlichen Leitermustern 33b′ auf dem flexiblen Film 33′.

Wie in den Fig. 15 und 16 gezeigt ist, kann das buch­ senartige Verbinderelement 40 derart konfiguriert sein, daß sich die flexible gedruckte Schaltung 42 in einer rechtwinkligen Orientierung in bezug auf die gedruckte Schaltungsplatte erstrecken kann.

Die Fig. 17 bis 20 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des buchsenartigen Verbinderelements. Die buchsenarti­ gen Verbinderelemente 130 und 230 unterscheiden sich von dem buchsenartigen Verbinderelement 30 in der Art der Anbringung der flexiblen Filme an dem Buchsenge­ häuse. Insbesondere sind bei dem in den Fig. 17 und 18 gezeigten buchsenartigen Verbinderelement 130 die je­ weiligen flexiblen Filme 133 und 133′ jeweils an drei Oberflächen (d. h. allen Oberflächen mit Ausnahme der oberen Oberfläche) jeweiliger Überbrückungsteile 131b und 131b′ des Buchsengehäuses 131 befestigt.

Bei dem buchsenartigen Verbinderelement 230, das in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist, bedecken die jeweili­ gen flexiblen Filme 233 und 233′ jeweils in etwa die Hälfte des Umfangs der entsprechenden Elastomerkörper 32 und 32′. Ferner ist das eine Ende jedes flexiblen Films 233 und 233′ an der oberen Oberfläche des ent­ sprechenden Überbrückungsteils 231b bzw. 231b′ des Buchsengehäuses 231 befestigt, während das andere Ende jedes flexiblen Films 233 und 233′ an der unteren Oberfläche sowie an einem Bereich der Außenfläche des entsprechenden Überbrückungsteils 231b bzw. 231b′ be­ festigt ist. Die Befestigung der flexiblen Filme auf diese Weise schafft dieselben Vorteile wie bei den buchsenartigen Verbinderelementen, die in den Fig. 7 bis 10 gezeigt sind, nämlich einen verkürzten elektri­ schen Weg und eine reduzierte Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses.

Wie vorstehend beschrieben wurde, verwendet der erfin­ dungsgemäße Verbinder für flexible gedruckte Schaltun­ gen Leitermuster 13b, 33b, 113b, 133b, 213b, 233b als Leiter, die auf flexiblen Filmen 13, 33, 113, 133, 213 und 233 ausgebildet sind. Diese flexiblen Filme 13, 33, 113, 133, 213, 233 werden durch fotolithografische Techniken gebildet; auf diese Weise läßt sich eine enge Mittenbeabstandung erzielen.

Ein elektrischer Verbinder gemäß der Erfindung schafft eine Reihe von Vorteilen. Da der Verbinder Kontakte aufweist, die aus flexiblen Filmen gebildet sind, die sich durch fotolithografische Techniken herstellen lassen, ist der Verbinder in der Lage, mit einer enge­ ren Mittenbeabstandung zu arbeiten, und die positions­ mäßige Genauigkeit der jeweiligen Leitermuster läßt sich ferner auf einem hohen Niveau halten.

Da die Elastizität der Kontakte mittels eines Elasto­ mers, wie z. B. einen Silikongummi oder dergleichen, aufrechterhalten wird, lassen sich ferner solche Vor­ teile, wie niedrigere Höhe, reduzierte Kosten, niedri­ geres Gewicht und einfache Verbindermontage im Ver­ gleich zu Verbindern für flexible gedruckte Schaltun­ gen erzielen, die Metallkontakte verwenden.

Durch Ausbilden eines Verbindungsbereichs an dem Ende der flexiblen gedruckten Schaltung in einem stecker­ artigen Verbinderelement ist ferner eine Verbindung mit dem buchsenartigen Verbinderelement von oben her möglich, d. h. in einer zur gedruckten Schaltungsplat­ te senkrecht ausgerichteten Richtung, und zwar selbst in solchen Fällen, in denen sich die flexible gedruck­ te Schaltung parallel zu der gedruckten Schaltungs­ platte erstreckt. Eine Verbindung läßt sich somit in sehr einfacher Weise durchführen.

Claims (3)

1. Elektrischer Verbinder zum Verbinden einer flexiblen gedruckten Schaltung (22) mit einer gedruckten Schaltungsplatte, dadurch gekennzeichnet, daß ein steckerartiges Verbinderelement (20; 40) ein Steckergehäuse (21; 41) aufweist, an dem ein Endbereich (22c) der flexiblen gedruckten Schaltung befestigt ist, daß ein buchsenartiges Verbinderelement (10; 30), ein Buchsengehäuse (11) aufweist, das einen Hohlraum (11a) definiert, der durch eine Oberseite des Buchsengehäuses hindurch offen ist und zum Auf­ nehmen des steckerartigen Verbinderelements (20) in diesem dimensioniert ist, daß ein flexibler Film (13; 33) eine Vielzahl von Leitern (13b; 33b) trägt und um einen Elastomerkörper (12) herumgewickelt ist, daß der Elastomerkörper in dem Hohlraum (11a) derart positioniert ist, daß die Leiter (13b; 33b) für einen Verbindungsein­ griff mit den jeweiligen Schaltungsbahnen (22b; 42b) auf der flexiblen gedruckten Schaltung an­ geordnet sind, und daß der flexible Film (13; 33) an einem Überbrückungsteil (11b; 33) des Buchsen­ gehäuses in der Nähe des Hohlraums befestigt ist.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Elastomer­ körper (32, 32′) in einem Hohlraum (31a) auf ge­ genüberliegenden Seiten desselben angeordnet ist.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das steckerartige Verbinderelement (4) eine flexible gedruckte Schaltung (42) mit voneinander unabhängigen Schaltungsbahnen (42b, 42e) auf jeweiligen, einander gegenüberliegenden Seiten eines Stecker­ gehäuses (41) aufweist, und daß das Stecker­ gehäuse (41) in dem Hohlraum (31a) zwischen dem Paar der Elastomerkörper (32, 32′) aufnehmbar ist.