DE19713661C1 - Kontaktanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung zur elektri­ schen Verbindung einer Vielzahl erster elektrischer Kon­ taktpunkte, die an einer im wesentlichen ebenen Fläche eines ersten Trägers angeordnet sind, mit einer korre­ spondierenden Anzahl zweiter elektrischer Kontaktpunkte, die an einer im wesentlichen ebenen Fläche eines zweiten Trägers angeordnet sind, umfassend einen flächigen Iso­ lierkörper, in dem im Rastermaß der ersten und zweiten Kontaktpunkte Bohrungen ausgebildet sind, die jeweils von einem elektrischen Leiter in Gestalt einer Durchkontak­ tierung durchsetzt sind, wobei auf beiden Seiten des Iso­ lierkörpers an den Bohrungsenden mit der jeweiligen Durchkontaktierung elektrisch verbundene Kontaktelemente befestigt sind.

Hochkomplexe elektrische Bauelemente wie Prozessoren ha­ ben zum Teil hunderte von Kontaktstellen, die mit ent­ sprechenden Gegenkontakten beispielsweise auf einer Lei­ terplatte elektrisch verbunden werden müssen.

Es ist be­ kannt, diese Kontaktstellen in Form eines sogenannten Land Grid Arrays (LGA) vorzusehen. Dabei sind Kontakt­ punkte in einem regelmäßigen Rastermaß auf einer im we­ sentlichen ebenen Kontaktfläche angeordnet. Ihre Verbin­ dung mit den entsprechenden Gegenkontaktelementen auf ei­ ner Leiterplatte oder einem anderen Bauteil erfolgt nicht durch Löten sondern mittels einer eingangs genannten Kon­ taktanordnung. Bei einer von der Firma CINCH vertriebe­ nen, aus der Firmenschrift "CIN::APSE" der Fa. LABINAL COMPONENTS & SYSTEMS Inc. CINCH CONNECTOR DIVISION, USA bekannten Kontaktanordnung der eingangs genannten Art sind in den Bohrungen des Isolierkörpers Knopfkontakte angeordnet, die aus einem Gewirr eines dünnen leitfähigen Drahtes bestehen und an den Bohrungsenden um einen gerin­ gen Betrag über den Isolierkörper vorstehen. Diese Kon­ taktanordnung wird zwischen die sich gegenüberstehenden Kontaktpunkte eingelegt. Die beiden Träger der Kontakt­ punkte werden dann mechanisch gegeneinander gedrückt. Die Elastizität des Drahtgewirrs der einzelnen Knopfkontakte bewirkt eine sichere elektrische Verbindung zwischen den sich gegenüberstehenden Kontaktpunkten der beiden Träger. Eine vergleichbare Kontaktanordnung ist ebenfalls in der US 5 169 320 beschrieben.

Eine Kontaktanordnung der bekannten Art ist außerordent­ lich aufwendig in der Herstellung. Die Knopfkontakte ha­ ben einen Durchmesser von 0,5 bis ca. 1 mm. Ihre Herstel­ lung und das Einsetzen der Knopfkontakte in die Bohrungen des Isolierkörpers ist daher mühsam.

In der US 5 152 695 wird eine Kontaktanordnung vorge­ schlagen, die aus einzelnen flachen, mit Kontaktfederärm­ chen versehenen Kontaktplatten besteht. Diese werden mit Kontaktflächen lötverbunden, die ihrerseits durchkonta­ tierte Bohrungen eines Substrats umgeben. Das Abtrennen von einem Trägerstreifen und das Verbinden der Kontakt­ platten mit den Kontaktflächen erfordert jeweils getrenn­ te Arbeitsgänge, die bei mehrreihigen Kontaktmatrizen nacheinander erfolgen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kon­ taktanordnung der vorstehend genannten Art anzugeben, die einerseits einen zuverlässigen Kontakt zwischen den sich gegenüberliegenden Kontaktpunkten ermöglicht, anderer­ seits preiswert und einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktelemente (46) von einer Folie aus leitfähigem Material gebildet sind und daß auf beiden Seiten des Iso­ lierkörpers (24) die Bohrungsenden mit Abstand von Ver­ tiefungen (32) umgeben sind, in welche Fortsätze (50) der Kontaktelemente (46) eingreifen.

Die Durchkontaktierungen lassen sich galvanisch in einem Arbeitsgang herstellen. Ebenso können die Kontaktelemente in einem Arbeitsschritt auf den beiden Seiten des Iso­ lierkörpers befestigt werden. Damit entfällt das umständ­ liche Einsetzen der mm-großen Knopfkontakte aus Drahtge­ wirr oder Drahtfilz in die Bohrungen des Isolierkörpers, wie dies bei der bekannten Lösung erforderlich ist.

Vorzugsweise bestehen die Kontaktelemente aus voneinander getrennten Abschnitten einer Kontaktelementenmatte. Die Kontaktelemente können damit auf einfache Weise gemeinsam beispielsweise aus einer Folie aus Federbronze herge­ stellt, auf dem Isolierkörper ausgerichtet und an diesem befestigt werden, wie dies weiter unten noch näher erläu­ tert wird.

Die Befestigung erfolgt mechanisch dadurch, daß auf bei­ den Seiten des Isolierkörpers die Bohrungsenden mit Ab­ stand von Vertiefungen umgeben sind, in welche Fortsätze der Kontaktelemente eingreifen.

Vorzugsweise haben die Kontaktelemente im Bereich der Bohrungen aus der Ebene herausgebogene Kontaktzungen, so daß durch die Federwirkung dieser Kontaktzungen eine si­ chere elektrische Verbindung zwischen den sich gegenüber­ liegenden Kontaktpunkten gewährleistet ist.

Eine Kontaktanordnung der vorstehend genannten Art kann auf einfache Weise so hergestellt werden, daß zunächst in einem flächigen Isolierkörper im Rastermaß der Kontakt­ punkte Bohrungen erzeugt und jeweils mit einer Durchkon­ taktierung versehen werden, daß auf beiden Seiten des Isolierkörpers je eine Kontaktelementenmatte so aufgelegt wird, daß die Kontaktelemente jeweils eine Bohrung über­ decken, und daß die Kontaktelemente in einem Arbeits­ schritt voneinander getrennt und mit dem Isolierkörper verbunden werden. Dabei werden die oben genannten Fort­ sätze der Kontaktelemente so in die die Bohrungen umge­ benden Vertiefungen gedrückt, daß sich die Fortsätze me­ chanisch an den Wänden der Vertiefungen verkrallen.

Die Kontaktelementenmatten können durch Stanzen oder Ät­ zen hergestellt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in den bei­ gefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilquerschnitt durch zwei Träger von Kontaktpunkten und eine zwischen ihnen angeordnete erfindungsgemä­ ße Kontaktanordnung, welche die elektri­ sche Verbindung zwischen den Kontakt­ punkten herstellen soll,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Eckbereich eines Isolierkörpers der Kontaktanordnung,

Fig. 3 einen Schnitt durch den in Fig. 2 darge­ stellten Isolierkörper entlang Linie III- III in Fig. 2,

Fig. 4 und 5 den Fig. 2 bzw. 3 entsprechende Darstel­ lungen des Isolierkörpers nach Herstellung der Durchkontaktierungen,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Eckbereich einer Kontaktelementenmatte,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein einzelnes Kon­ taktelement entlang Linie VII-VII in Fig. 6 und

Fig. 8 eine den Fig. 2 und 4 entsprechende Drauf­ sicht auf einen Isolierkörper mit zwei an diesem befestigten Kontaktelementen.

In Fig. 1 sind mit 10 und 12 zwei Träger bezeichnet, die an ihren einander zugekehrten ebenen Flächen 14 bzw. 16 jeweils eine Vielzahl von Kontaktflächen 18 bzw. 20 ha­ ben. Der Durchmesser und der gegenseitige Abstand der Kontaktflächen 18 bzw. 20 liegt im Bereich von 1 mm, so daß die Kontaktflächen 18 und 20 im weiteren wegen dieser geringen Ausdehnung als Kontaktpunkte bezeichnet werden. Auf den Flächen 14 und 16 sind jeweils mehrere hundert dieser Kontaktpunkte 18 bzw. 20 in einem regelmäßigen Ra­ stermaß angeordnet. Der erste Träger 10 kann ein elektro­ nisches Bauteil, beispielsweise ein Prozessor sein, wäh­ rend der zweite Träger 12 eine Leiterplatte sein kann, auf der das Bauteil 10 montiert werden soll.

Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktpunkten 18 an dem Träger 10 und den Kontaktpunkten 20 an dem Träger 12 wird durch eine allgemein mit 22 bezeichnete Kon­ taktanordnung hergestellt, die im folgenden näher be­ schrieben werden soll.

Die Kontaktanordnung 22 umfaßt einen Isolierkörper 24 in Form einer dünnen Platte (Fig. 2 und 3), in der in einer der Rasteranordnung der Kontaktpunkte 18 und 20 entspre­ chenden Anordnung durchgehende Bohrungen oder Löcher 26 ausgebildet sind. Die Bohrungen 26 liegen jeweils in ei­ nem Feld eines Gitters, das von sich rechtwinklig kreu­ zenden Rinnen 28 in den beiden Oberflächen des Isolier­ körpers 24 gebildet ist. Jede Bohrung 26 ist von einer ringförmigen Aussparung 30 umgeben, die sich in vier kur­ zen Kanälen 32 nach außen hin fortsetzt. Anders ausge­ drückt befinden sich in den vier Ecken jedes Feldes vier Erhebungen 34, welche die Bohrung 26 mit Abstand umgeben und durch die Kanäle 32 voneinander getrennt sind. Der soweit beschriebene Isolierkörper 24 kann als Spritzteil aus Kunststoff hergestellt werden.

In einem ersten Verfahrensschritt werden die Bohrungen 26 mit einer Durchkontaktierung 36 versehen (Fig. 1 und 5). Diese bildet eine die Bohrungswand bedeckende leitfähige Schicht 38, die sich auf beiden Seiten des Isolierkörpers 24 in einem die Bohrung 26 umgehenden Ring 40 fortsetzt.

Auf beide Seiten des so vorbereiteten Isolierkörpers 24 wird nun eine in Fig. 6 dargestellte Kontaktelementenmat­ te oder -folie 42 aufgelegt. Diese besteht aus einem leitfähigen Material, beispielsweise Federbronze und um­ faßt einen Trägerrahmen 44, innerhalb dessen in einer dem Bohrungsbild des Isolierkörpers 24 entsprechenden Anord­ nung und Anzahl Kontaktelemente 46 ausgebildet sind, die über Materialbrücken 48 mit dem Trägerrahmen 44 und un­ tereinander zusammenhängen. Eine solche Kontaktelementen­ matte kann beispielsweise durch Stanzen oder Ätzen herge­ stellt werden.

Jede Materialbrücke 48 befindet sich an einem radialen Fortsatz 50, der seinerseits zwei nach entgegengesetzten Seiten weisende spitze Krallen 52 hat. Der Mittelteil je­ des einzelnen Kontaktelementes 46 hat eine kreisförmige Aussparung 54, in welche gegenläufig zwei zueinander pa­ rallele Federzungen 56 ragen, die nach der Herstellung der Kontaktelementenmatte 42 aus der Ebene derselben her­ ausgebogen werden, wie dies Fig. 7 zeigt.

Nachdem die Kontaktelementenmatte 42 auf den mit den Durchkontaktierungen 36 versehenen Isolierkörper 24 auf­ gelegt wurden, so daß die Kontaktelemente 46 genau über den die Bohrungen 26 enthaltenden Gitterfeldern des Iso­ lierkörpers 24 liegen, werden mit Hilfe eines nicht dar­ gestellten Stanz- und Preßwerkzeuges in einem einzigen Arbeitsgang die Materialbrücken 48 getrennt und die Fort­ sätze 50 der einzelnen Kontaktelemente 46 so in die Kanä­ le 32 zwischen den Erhebungen 34 gedrückt, daß sich die Fortsätze 50 mit den spitzen Krallen 52 an den die Kanäle 32 begrenzenden Wänden verhaken. Damit sind die Kontakte­ lemente 46 fest an dem Isolierkörper 24 befestigt und liegen auf den Ringen 40 der jeweiligen Durchkontaktie­ rung 36 auf. Werden nun die Träger 10 und 12 mit der da­ zwischenliegenden Kontaktanordnung 22 gegeneinander ge­ drückt, so stellen die Kontaktelemente 46 in Verbindung mit der jeweiligen Durchkontaktierung 36 eine leitende Verbindung zwischen den sich jeweils gegenüberliegenden Kontaktpunkten 18 und 20 her. Die nach außen gebogenen Federzungen 56 gewährleisten dabei eine sichere gleich­ zeitige Kontaktgabe aller Kontaktpunkte.

Bei der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung ist die Lei­ tungslänge zwischen zwei einander zugeordneten Kontakte­ lementen sehr kurz. Die elektrische Verbindung ist induk­ tionsarm und hat eine geringe Kapazität. Die Kon­ taktanordnung ist äußerst flexibel in der Anwendung bei unterschiedlichen Abständen zwischen den miteinander zu kontaktierenden Kontaktpunkten, d. h. es spielt für die Herstellung der elektrischen Verbindungen praktisch keine Rolle, ob der Isolierkörper etwas dicker oder dünner ist. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Kontaktanordnung um Größenordnungen preiswerter herzustellen als die ein­ gangs beschriebene bekannte Lösung, bei der in jede Boh­ rung ein eigener Kontaktknopf eingesetzt werden muß, wo­ bei sicherzustellen ist, daß dieser Kontaktknopf um ein gewisses Maß nach beiden Seiten aus der Bohrung heraus­ ragt.

Claims (8)

1. Kontaktanordnung zur elektrischen Verbindung einer Vielzahl erster elektrischer Kontaktpunkte (18), die an einer im wesentlichen ebenen Fläche (14) eines er­ sten Trägers (10) angeordnet sind, mit einer korre­ spondierenden Anzahl zweiter elektrischer Kontakt­ punkte (20), die an einer im wesentlichen ebenen Flä­ che (16) eines zweiten Trägers (12) angeordnet sind, umfassend einen flächigen Isolierkörper (24), in dem im Rastermaß der ersten und zweiten Kontaktpunkte (18, 20) Bohrungen (26) ausgebildet sind, die jeweils von einem elektrischen Leiter in Gestalt einer Durch­ kontaktierung (36) durchsetzt sind, und auf beiden Seiten des Isolierkörpers (24) an den Bohrungsenden mit der jeweiligen Durchkontaktierung (36) elektrisch verbundene Kontaktelemente (46) befestigt sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (46) von einer Folie aus leitfähigem Material gebildet sind und daß auf beiden Seiten des Isolierkörpers (24) die Bohrungsenden mit Abstand von Vertiefungen (32) umgeben sind, in welche Fortsätze (50) der Kon­ taktelemente (46) eingreifen.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktelemente (46) voneinander getrennte Abschnitte einer Kontaktelementenmatte (42) sind.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktelementenmatte (42) aus Fe­ derbronze besteht.

4. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (46) im Bereich der Bohrungen (26) aus der Ebene herausge­ bogene Kontaktzungen (56) haben.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (26) durchkontaktiert werden, daß Kontaktelementenmatten (42) aus einem elektrisch lei­ tenden Material mit einer Vielzahl von Kontaktelemen­ ten (46) hergestellt werden, die im Rastermaß der Bohrungen (26) angeordnet sind, daß auf beide Seiten des Isolierkörpers (24) je eine Kontaktelementenmatte (42) so aufgelegt wird, daß die Kontaktelemente (46) jeweils eine Bohrung (26) überdecken, und daß die Kontaktelemente (46) in einem Arbeitsschritt vonein­ ander getrennt und mit dem Isolierkörper (24) verbun­ den werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Kontaktelemente (46) in der Kontaktelementenmatte (42) durch Ätzen hergestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Kontaktelemente (46) in der Kontaktelementenmatte (42) durch Stanzen erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (46) mittels eines Preß- und Fügewerkzeuges voneinander getrennt und gleichzeitig Fortsätze (50) der Kontaktelemente (46) in um die Bohrungen (26) herum angeordnete Ver­ tiefungen (32) in den Isolierkörper (24) gepreßt wer­ den.