DE2228523A1

DE2228523A1 - Verbindungsanordnung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2228523A1
Application number: DE19722228523
Authority: DE
Inventors: Timothy Allen Lemke; Sen Robert Charles Swengel; Frederick Phillip Villiard
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1971-06-11
Filing date: 1972-06-12
Publication date: 1973-01-04
Also published as: HK22679A; FR2140666A1; ES431420A1; BE784702A; FR2140666B1; SE374232B; IT956367B; CA991755A; GB1358353A; ATA505272A; AT332480B; ES403731A1; NL7207635A; BR7203728D0

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DlPL-INC. β MÖNCHEN 25 · LIPOWSKYSTR. IO

AMP Incorporated amp-13

12. Juni 1972 S/Be

Verbindungsanordnung und ^erfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsanordnung mit einer Tragplatte und mehreren Leitungsstücken, die einzelne Punkte an einer ersten Oberfläche der Tragplatte miteinander verbinden und mindestens teilweise in die Tragplatte eingebettet sind, wobei jedes Leitungsstück zwei freie Enden im Bereich der ersten Oberfläche hat. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verbindungsanordnung.

Es besteht seit langem ein Bedarf nach Baugrupnen hoher Dichte für optische, fluidische oder elektronische Geräte und ferner nach einem Verbindungsverfahren, das sich eignet fUr die Miniaturisierung, den automatischen Zusammenbau und für die Aufnahme geschirmter oder ungeschirmter Leitungen in einem Netzwerk, das geeignet ist, hochfrequente Information zu übertragen.

Das zunehmende Erfordernis der Miniaturisierung in Kombination mit der Komplexität von Schaltungen mit Bauteilen für sehr hohe Frequenzen macht dringend ein neues Verfahren zur Verbindung von Bauteilen erforderlich, durch das ein

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kompliziertes elektronisches System in einer möglichst kleinen Baugr φρβ untergebracht werden kann. Der Trend bei etegrierten Schaltungen zur Schaffung von Chips für mehrere Punktionen führt dazu, daß immer neue Chips in großer Zahl zur Verfügung gestellt werden, was die Zahl der erforderlichen Verbindungen in einem Netzwerk oder einer Baugruppe stark erhöht und es erforderlich machte. daß Änderungen der bestehenden Baugruppen zur Aufnahme neuer Chips schnell und leicht durchführbar sind.

Erhöhte Signalfrequenzen und Informatlonsübertragungsraten und eine verringerte Toleranz des Rauschens der Schaltung haben eine Revision der Erfordernisse, die man an Verbindungen stellt, erforderlich gemacht. Vom Standpunkt der Schaltungstechnik her müssen die Verbindungsleitungen die Laufzeitverzögerung vermindern und elektrische Reflexionen sowie Übersprechsignale, Signale infolge gemeinsamer Masserückleitungen und die Signaldämpfung auf niedrigen Werten halten. Falsche Signale oder Rauschen und Signaldnmpfungspegel werden herabgesetzt durch Wahl der charakteristischen Impedanz und der Abschirmung der Leitungen. Die Laufzeitverzögerung wird durch Verwendung von Leitungen minimaler Längen herabgesetzt. Da jedoch die Notwendigkeit zunimmt, SignaLe kleiner Amplitude und kurzer Anstiegszeit zu verwenden, ergibt sich eine erhöhte Empfindlichkeit der Netzwerke gegenüber Rauschen und ÜbertragungsVerlusten. Der Trend zur Miniaturisierung, höheren Geschwindigkeit und höheren Dichte hat daher eine Abnahme des für die Verbindungen zur Verfügung stehenden Raumes zur Folge, in Kombination mit einer erhöhten Zahl von Verbindungen bei herabgesetzter Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen und herabgesetzter Signaldämpfung.

Ein anderes Problem, das bei dem Entwurf eines Verbindungssystems auftritt, liegt darin, daß es geeignet sein muß,

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Aufbauänderungen oder Konstruktionsänderungen zugänglich zu sein. Der Trend bei integrierten Schaltungen zu Mehrfunktionsschaltungen je Chip wie auch einer fortschreitenden Technologie bei der Herstellung von Mehrfunktionsschaltungen machen oft eine vollständige Neukonstruktion einer Baugruppe erforderlich, so daß sie verbesserte und neu erhältliche Chips an Stelle veralteter Chips aufnehmen kann. Ein wünschenswertes Verbindungssystem sollte einer Änderung leicht anpaßbar sein, entweder ohne wesentliche Neukonstruktion oder unter vollständigem Ersatz durch ein Verbindungs-

system, das leicht zu konstruieren und billig herzustellen ist.

Bei einem Versuch, die Erfordernisse miniaturisierter Verbindungssysteme zu erfüllen, wurde viel Mühe auf den Abschluß bestimmter Koaxialkabel verwendet. Bisher haben diese Bemühungen jedoch ungenügende Erfolge gehabt, insbesondere beim Anpassen von Verfahren zur Herstellung von Baugruppen an die Automation und bei der Erzielung niedriger Kosten sowohl beim Entwurf der Verdrahtungen (networks) als auch bei der Herstellung.

Bei einem bekannten Herstellungsverfahren für Baugruppen werden die Enden eines mikroelektronischen Bestandteils von den öffnungen einer vorgelochten Anschlußplatte aufgenommen. Die die Leitungen aufnehmenden öffnungen enthalten auch eine isolierte Verdrahtung, die durch die Öffnungen hindurchgezogen ist. Die Verdrahtung ist auch nach unten durch benachbarte Öffnungen der Platte geführt, so daß sich Funktion und Aussehen einer Verbindung oder Verschnürung ergeben. Die verschnürten Drähte werden unmittelbar durch die Drahtisolation verlötet, wobei das geschmolzene Lot die Drahtisolation schmilzt, in die öffnungen eindringt und sie ausfüllt und die Verdrahtung elektrisch mit den Leitern verbindet. Dieses

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Verfahren ist nachteilig, da die ganze Verdrahtung und das Verlöten von Hand durchgeführt werden müssen. Man muß große Sorgfalt aufwenden, um zu verhindern, daß das Lot Kriechwege auf anderen Verdrahtungen oder an anderen Oberflächen der Anschlußplatte bildet. Außerdem ist es schwierig, die Schaltung zu ändern, denn hierzu wäre ein Ausbohren oder Herausschmelzen der Lotverbindungen erforderlich, mit dem Ergebnis, daß das Lot entweder in Einzelteile aufgelöst und verteilt wird oder in flüssigem Zustand in hierfür nicht vorgesehene Öffnungen oder auf Oberflächen der Anschlußplatte fließt, wodurch die Schaltung verdorben und stellenweise kurzgeschlossen wird. Zusätzlich ist dieses Verfahren für abgeschirmte Drahtverbindungen ungeeignet, da das Lot, das in bestimmten öffnungen mit den Zuleitungen mikroelektronischer Bauteile verbunden wird, Kriechwege zur Drahtabschirmung hervorrufen würde.

Nach einem anderen bekannten Verfahren ist eine isolierte Verdrahtung an eine Substratoberfläche angeklebt, wobei die Verdrahtung eine Matrix sich vielfältig kreuzender Strompfade bildet. In das Substrat werden an bestimmten Stellen Löcher gebohrt, um die Verdrahtungsleiter freizulegen. Die Löcher werden dann plattiert oder auf andere Weise mit einem leitfnhigen Material ausgekleidet, so daß sich elektrische Buchsen bilden, die mit den Verdrahtungsleitern in Verbindung stehen und die Leiter von mikroelektronischen Bauteilen auf-, nehmen. Dieses Herstellungsverfahren erfordert erhebliche Zeitaufwendungen, da es nötig ist, alle Löcher getrennt zu bohren und alle derartigen Buchsen getrennt elektrisch miteinander zu verbinden. Außerdem kann dieses System nicht für abgeschirmte Verdrahtungen angewendet werden, da beim Bohren und Plattieren elektrische Kurzschlußpfade zur Abschirmung der Verdrahtung entstehen wurden. Da die Verdrahtungsmatrix

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an das Substrat angeklebt ist und da einzelne Verdrahtungspfade einander an der Matrixoberfläche kreuzen, sind Änderungen der Punkt-zu-Punkt-Verbindungen schwierig« Zur Änderung der Schaltung muß die mit den Buchsen verbundene Verdrahtung abgetrennt und dann mit zusätzlichen Drahtstücken geflickt oder ergänzt werden, worauf dann die Ergänzungsstücke isoliert werden müssen. Hierdurch verändert sich die charakteristische Impedanz der Schaltungspfade.

Aus der US-PS j5 4j56 6o4 ist eine Verbindungsvorrichtung bekannt, bei der Verbindungsleitungen durch Löcher einer . Haltevorrichtung geführt sind, die anschließend um einen Metallkern herumgefaltet wird. Die so gebildete Untergruppe wird dann vollständig mit Metall überzogen und dann in eine Vergußmasse eingeschlossen, wonach überstehende oder überschüssige Teile der eingegossenen Vorrichtung entfernt werden, so daß die Enden der Übertragungsleitungen freiliegen.

Diese Anordnung erfordert eine komplizierte gelenkige Befestigungsanordnung mit maschinell genau hergestellten Löchern zur Aufnahme und zum Erfassen der Übertragungsleitungen. Weiterhin läßt sich das Palten der Befestigungsvorrichtung um den Kern herum nicht leicht einer automatischen Montage annassen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß ein Teil der Befestigungsvorrichtung und ein Teil des Kerns zum Freilegen der Enden entfernt werden müssen. Sobald die bekannte Anordnung einmal hergestellt ist, ist es schwierig, die Schaltung zu ändern. Da schließlich die ganze Unterbaugruppe vor dem Eingießen metallplattiert wird, ist die vordere mit der hinteren Oberfläche des zusammengesetzten Substrats durch Kurzschlußpfade verbunden, die die Arbeitsweise der Anordnung beeinträchtigen können.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung geschaffen werden, die die Nachteile der oben erwähnten

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bekannten Ve rbindungsanordnungen nicht aufweist. Diese Aufgabe wird durch He Erfindung nach Anspruch 1 gelöst.

Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung dieser Art geschaffen werden, das sich einfach, preisgünstig und schnell durchführen läßt. Dieses Verfahren ist in Anspruch 7 gekennzeichnet.

Das zur Verankerung dienende Versiegelungsmaterial bildet Abdichtungen, die Kurzschiußpfade zwischen den beiden Oberflächen der Tragplatte verhindern. Die Leitungsstücke können von Hand oder durch Automaten unmittelbar in die öffnungen eingesetzt werden, so daß ein orthogonales X-Y-Systern entfällt und die Leitungsstücke weiter verkürzt werden können. Freiliegende Leitungsenden können gleichzeitig durch Metallisierung oder durch Abschleifen oder Abschneiden von überstehendem Versiegelungsmaterial erzielt werden, ohne daß es erforderlich wäre, die Enden jedes Leitungsstückes für sich zu behandeln.

Änderungen der Schaltung lassen sich leicht dadurch ausführen, daß Leitungsstücke nachträglich zwischen einzelnen Punkten eingefügt werden und durch hinzugefügtes Füllmaterial verankert werden. Außerdem können einzelne Leitungsstücke durch Ausbohren des ihre Enden verankernden Füllmaterials entfernt werden. Durch das Ausbohren entstehen neue öffnungen ,in die neue Leitungsstücke eingerügt werden können. Statt dessen können die Löcher durch Füllmaterial ausgefüllt und abgedichtet werden. Durch geeignete Wahl der Durchmesser der Leitungen läßt sich deren Impedanz beeinflussen und eine Verbindungsanordnung mit geringen Verlusten erzielen. LauPz.eitverzögerungen lassen sich durch Herabsetzen der l,eitungslän.:en verringern.

Ausführungsbeispiele der Frfltiüung werden im folgenden anriand der Zeichnungen beschrieben:

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Pig. 1 ist ein schematischer Teilquerschnitt durch eine Tragplatte für eine Verbindungsanordnung in einer frühen Verfahrensstufe.

Fig. 2 zeigen in Teilquerschnitten entsprechend Fig. 1 ** die Verbindung
fahrenss tufen.

^u* ** die Verbindungsanordnung nach zwei weiteren Ver-

Fig. 4 ist eine Teildraufsicht auf die Anordnung nach Fig. bis 3.

Fig. 5 ist ein Teilquerschnitt nach Linie 5-5 in Fig'. 4.

Flg. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform im Teilquerschnitt entsprechend Fig. 5·

Fig. 6A ist eine Teildraufsicht nach Linie 6A-6A in Fig.

Flg. 7 zeigen im Teilquerschnitt entsprechend Fig. 6 zwei * weitere Ausführungsformen.

Fig. 9 sind vergrößerte Teilquerschnitte einer weiteren Ausführungsform nach zwei verschiedenen Fertigungsschritten.

Fig. 11 und 12 einerseits und Fig. 13 andererseits sind Teilquerschnitte entsprechend Fig. 2 und 3 durch zwei weitere Ausführungs fο rmen.

Fig. 14 sind Teilquerschnitte entsprechend Fig. 1 und 2,

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die ein anderes Herstellungsverfahren der Verbindungsanordnung ζ e i g en.

Fig. 16 zeigt in Teilquerschnitten drei aufeinander folgende Fertigungsschritte eines anderen FertigungsVerfahrens.

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Pig. 17 zeigt im vergrößerten Teilquerschnitt eine weitere AusfUhrungsform einer Verbindungsanordnung.

Die Fig. 1-4 zeigen eine Verbindungsanordnung in verschiedenen Fertigungsstufen. Wie Fig. 1 zeigt, hat die Verbindungsanordnung eine Tragplatte oder ein Tragbrett 2 mit einander gegenüberliegenden ebenen Oberflächen 4 und 6. Die Tragplatte hat eine Vielzahl von öffnungen, von denen einige mit 8a bezeichnet sind und vorzugsweise in einer Matrix angeordnet sind. Leitungsstücke lo, 12, 14, 16 und l8 werden mit ihren Enden durch öffnungen der Tragplatte 2 durchgesteckt, so daß sie zwischen diesen öffnungen flache Bögen bilden. Die gewählten öffnungen entsprechen Anschlußstellen von Bauteilen. Von dem Leitungsstück Io ist der eine Endabschnitt 2o durch'eine öffnung 8b und der andere Endabschnitt 22 durch eine öffnung 8c gesteckt usw. Unter anderem sind durch die öffnung 8c zwei Enden von Leitungsstücken hindurchgefühlt.

Die Steifheit der Leitungsstücke verhindert, daß sie aus den öffnungen wieder herausrutschen.

Wie Fig. 2 zeigt, wird .auf die ebene Oberfläche 4 der Tragplatte 2 Füllmaterial J>6 aufgebracht, das zur Versiegelung dient und in den Ansprüchen daher "Versiegelungsmaterial" genannt ist. Das Material füllt alle öffnungen der Tragplatte aus, kann aber an der unteren fläche 6 Einbuchtungen 38 bilden. Das Füllmaterial* kann durch Anstreichen, Aufsprühen, Gießen, Spritzen oder auf andere Weise aufgebracht werden, was aber so geschehen muß, daß es die Endabschnitte der Leitungsstücke umgibt und alle Öffnungen mindestens teilweise ausfüllt. In einigen Fällen, wie bei 40 in Fig. 2 dargestellt, wird das Füllmaterial die Öffnungen, in die Leitungsstücke eingesteckt sind, vollständig ausfüllen. Es kann auch infolge einer Kapilarwirkung zwischen einem Endabschnitt eines Leitungsstückes und der Wand der ihn umgebenden öffnung noch etwas über die Oberfläche 6 der Tragplatte 2 hinausfließen, was aber unschädlich ist. Wenn alle Matrixöffnungen mindestens teilweise gefüllt

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sind, wird das Füllmaterial ausgehärtet oder auf andere Weise verfestigt, so daß es mit der Tragplatte 2 zusammen einen gemeinsamen Bauteil bildet. Das Füllmaterial verankert die Endabschnitte der Leitungsstücke an der Tragplatte und bildet eine Versiegelung oder Abdichtung, die die einzelnen Endabschnitte umgibt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform, die soweit beschrieben wurde, wird das Füllmaterial nach dem Einführen der Leitungsstücke aufgebracht. Man kann jedoch auch zuerst das Füllmaterial in die Matrixöffnungen einbringen und dann die Leitungen einziehen, bevor das Füllmaterial hart wird. Statt dessen kann das Füllmaterial auch unmittelbar in die einzelnen Matrixöffnungen eingebracht werden, ohne daß die Oberfläche 4 der Tragplatte deshalb abgedeckt werden müßte.

Geeignete dielektrische Füllmaterialien enthalten Epoxydharze, die unter normalen Umgebungsbedingungen von selbst aushärten oder bei Anwendung von Wärme-oder andere fließfähige kristalline oder nichtkristalline dielektrische Materialien, die sich von selbst verfestigen oder mit einem Verfestigungsmittel behandelt werden müssen, z. B. einem Polymerisierungsmittel, einem Härter oder durch Wärmeeinwirkung.

Wie Fig. 3 zeigt, wird eine bevorzugte Ausführungsform der Verbindungsanordnung dadurch vervollständigt, daß die Endabschnitte der Leitungsstücke mit freiliegenden quer verlaufenden, d. h. in der Oberfläche 4 verlaufenden Endabschnitten versehen werden. Diese Endabschnitte bilden dann genau lokalisierte Anschlußstellen- oder Anschlußebenenstücke. Man kann ein Schneidrad 44 oder einen Fräser in Richtung des Pfeiles 46 über die Tragplatte führen und die Endabschnitte 34, 3o, 32, 28,und 26, abschneiden, so daß sich Anschlußebenenstücke 34', 3o', 32', 28' und 26' bilden, die mit der Oberfläche 4 entweder fluchten oder nahe dieser Oberfläche verlaufen. Vorzugsweise können die

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Endflächenstücke an leicht vorspringenden Endabschnitten
vorgesehen sein. Bei dem Schneidvorgang wird -auch ütersehüssiges Füllmaterial von der Oberfläche 4 der Tragplatte abgeschnitten. Statt dessen kann auch eine verhältnismäßig dünne Schicht Füllmaterial an der Oberfläche 4 verbleiben, so daß man eine mit einem Dielektrikum beschichtete Tragplatte erhält. Die Endebenenstücke lassen sich statt durch einen,
Schneidvorgang auch durch einen anderen Formgebungsvörgang erzielen.

Die soweit beschriebene und dargestellte Ausführungsform
ist zur Aufnahme von Leitungsstücken in Form fester optischer oder elektrischer Leiter gut geeignet. Die quer verlaufenden Endbereiche der Leitungsstücke, die quer abgeschnitten sind oder in anderer Weise quer ausgebildet sind, stellen Ebenen dar, denen die elektrische oder optische Signalenergie einzeln zugeführt werden kann und durch die sie hindurchtritt. Optische oder elektrische Bauteile können dann an der Tragplatte angebracht und an die Anschlußebenen (Signalenergieebenen) angeschlossen werden.

Wie Fig. 4 zeigt, können die Leitungsstücke lo, 12, 14, 16
und l8 isolierte elektrische Leiter sein. Die Anschlußebenen sind dann die quer verlaufenden Leiterendflächen, die durch den Schneidvorgang oder anderen quer verlaufenden Formungsvorgang freigelegt wurden. Nach Fertigstellung sind zusätzliche Anschlußebenen 24', 22' und 2o^f an den entsprechenden Enden der Leitungsstücke 12 und Io vorhanden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine praktische Anwendung der Ausführungsform nach Fig. 4. Ein mikroelektronischer Bauteil

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oder ein Chip 48 besitzt einen langgestreckten Leiter 5o, der die Ansehlußebenen J54¹, 3o' und J52¹ abdeckt. Ein gegenüberliegender Leiter 52 deckt die Ansehlußebenen 26', 28' und 25' ab. In der Praxis können die Leiter 5o und 52 elektrisch leitend unmittelbar mit den Ansehlußebenen verbunden werden, z. B. durch eine geeignete Massenverbindung oder ein Schweißverfahren.

Fig. 5 zeigt rechts ein abgewandeltes Massenverbindungsverfahren. Dort ist ein weiterer mikroelektronischer Bauteil oder ein Chip 54 vorgesehen, d,essen Leiter 56 die Ansehlußebenen 22' und 24' abdeckt, während ein Leiter 58 die Anschlußebene 2o' abdeckt. An jeder der Ansehlußebenen 22¹, 24' und 2o' haftet ein Lottröpfchen 60, so daß die Leiter 56 und 58 unmittelbar mit den Ansehlußebenen verlötet werden können. Demgemäß werden elektrische Signale durch die Ansehlußebenen der Verbindungsleitungen und unmittelbar den Leitern der Chips 48 und 5^ zugeführt.

Gemäß Fig. 6 werden mehrere elektrisch leitfähige Plättchen oder andere Signalübertragungsstücke unmittelbar an den Ansehlußebenen der Leitungsstücke lo, 12, 14, 16 und l8 befestigt. Jedes Plättchen besteht aus einer unteren metallisierten Schicht 60, z. B. durch stromloses galvanisches Plattieren erzeugt und aus einer oberen Schicht 62, die verhältnismäßig dick, z. B. durch elektrolytisches Plattieren metallisiert ist. Die metallisierten Plättchen können unter Abdecken durch Masken oder nach anderen selektiv wirkenden Plattierverfahren hergestellt werden oder durch Plattieren der ganzen Oberfläche 4 der Tragplatte 2 und stellenweises Ätzen.

Fig. 6a ist eine Draufsicht auf ein metallisiertes Plättchen, das geeignet ist, an der Oberfläche 4· der Tragplatte 2 zu haften, insbesondere an den Ansehlußebenen ^4', j5o^f und 32' und diese und die zugehörigen Leitungsstücke miteinander zu verbinden.

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Nach Pig. 4 sind Leitungsstücke Ιο, 12, l4, l6 und 18 in Form elektrischer oder optischer Leiter vorgesehen und quer abgeschnitten oder auf andere Weise mit einer quer verlaufenden Endfläche versehen, so daß Anschlußebenen entstehen, durch die elektrische oder optische Signale hindurchtreten können. Außerdem zeigt dieses AusfUhrungsbeispiel eine metallisierte Abschirmung, die an der Oberfläche 6 der Tragplatte vorgesehen ist und die Leitungsstücke umgibt. Auf die ebene Oberfläche 6 der Tragplatte 2 ist eine metallisierte Abschirmungsschicht, z. B. durch stromloses Plattieren aufgebracht. Die Leitungsstücke lo, 12, 14^ 16 und 18 sind vollständig durch die zusammenhängende metallisierte Abschirmungsschicht 64 eingeschlossen. Wird stromloses Plattieren angewendet, so folgt eine elektrolytische Plattierung, durch die eine verhältnismäßig dicke und dauerhafte Metallschicht (metallized layer) 66 abgelagert wird. Handelt es sich um optische Leitungsstücke, so wirken die die optischen Leiter umgebenden Metallschichten lichtreflektierend und setzen eine Lichtdämpfung und optisches Übersprechen herab. Handelt es sich um isolierte elektrische Leiter, so bildet .die Metallschicht eine elektrische Erdung der metallisierten Oberfläche 6 der Tragplatte und außerdem eine elektrische Abschirmung aller Leitungsstücke. Die Metallumhüllungen verwandeln die elektrischen Leiter in einzelne Koaxialkabel.

Zur Erzielung eines blasenfreien Überzuges werden Uv Handel erhältliche oberflächenaktivierte Leitungen verwendet. Solche Leitungsoberflächen sorgen für ein Verteilen oder Verfließen der beim Plattierungsvorgang aufgebrachten Metallschicht über die ganze Länge der Leitungsstücke. Wo Leitungsstücke einander berühren, sorgen die aktivierten Oberflächen für eine Verflechtung der Plattierungen, so daß jedes Leitungsstück seine eigene Metallumhüllung erhält. Die abgeschirmten Übertragungsleitungen nach Fig. 7 sind gut zum unmittelbaren Anbringen elektrischer oder optischer Bauteile geeignet, wie es anhand von Fig. 3 beschrieben wurde.

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Die Plättchen und Lottröpfchen βο , die anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben wurden, können auch bei der Ausführungsform nach Pig. 7 verwendet werden. Als Beispiel zeigt Fig. 7 einzelne Tröpfchen 6o und ein elektrisches Plättchen aus einer verhältnismäßig dünnen stromlos plattierten Schicht 6o' ähnlich der Schicht 6o nach Fig. 6. Die Schicht 6o^f ist mit der Tragplatte und den Anschlußenden der Leitungsstücke 16 und 18 verbunden. Eine verhältnismäßig dicke Metallschicht 62' ist durch elektrolytisches Plattieren auf die Schicht 6o' aufgebracht, so daß sich das vollständige leitfähige Plättchen ergibt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist daher gut zur Erzeugung einer metallischen Abschirmungsschicht für miteinander verbundene Leitungsstücke in Form optischer oder elektrischer Leiter geeignet. Durch den beschriebenen Plattiervorgang werden gleichzeitig alle Leitungsstücke in ein abgeschirmtes Verbindungssystem übergeführt, und zwar ohne eine arbeitsaufwendige getrennte Behandlung jedes einzelnen Leitungsstückes. Sowohl die Abschirmung als auch die selektiv aufgebrachten elektrisch leitfähigen Plättchen können gleichzeitig durch die beschriebenen Plattierverfahren hergestellt .werden, wodurch die Notwendigkeit anschließender Herstellungsstufen entfällt. Alternativ kann die Metallabschirmung durch eine Vergußmasse gebildet werden, die an der Tragplattenfläche 6 anhaftet und in die die Leitungsstücke eingebettet sind. Jedes geeignete Metall oder metallisierte Füllmaterial-kann als Vergußmasse verwendet werden.

Jedes der beschriebenen Ausführungsbeispiele eignet sich für einfache Herstellung unter niedrigen Kosten. Die Punkt-zuPunkt-Verbindung wird leicht entweder von Hand oder durch Automaten hergestellt. Ein fertiggestelltes Verbindungssystem läßt sich auf einfache Weise dadurch umbauen, daß einzelne Leitungsstücke entfernt werden, z. B. durch Abschneiden oder durch Ausbohren der verankerten Endabschnitte. Die niedrigen

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Herstellungskosten lassen es aber auch zu, daß vorhandene Verbindungsvorrichtungen zum Umbau vollständig ausgetauscht werden.

Bei jedem der offenbarten Ausführungsbeispiele kann die Tragplatte 2 aus Isolierstoff hergestellt werden, z.B. aus Glas oder Keramik oder einem geeigneten leitfähigen Material, das abschirmt und Wärme abstrahlt. Da jeder der

verankerten Leitungsendabschnitte von dem dielektrischen Füllmaterial umgeben ist, das selbst abdichtend an dem leitfähi^en Tragplattenmaterial anhaftet, wird eine zur Wärmeabstrahlun,^ dienende Leitungsbahn von den verankerten Leitungsstücken zur Matrix gebildet, /edes Leitungsstück ist entweder von seiner eigenen Isolation oder von einem erheblichen Teil des dielektrischen Füllmaterials umgeben, so daß Kurzschlüsse zwischen den Leitüngsstücken und der leitfähigen Tragplatte vermieden werden,

Die Tragplatte kann mehrschichtig ausgebildet sein, wobei mindestens je eine Schicht aus Isolierstoff und leitendem Werkstoff besteht. Bei einer solchen Tragplatte ist eine Isolierstoffschicht vorzugsweise an der Seite der freien Enden der Leitungsstücke vorgesehen und verhindert einen Kurzschluss zwischen den Leitungen und der Matrix. Bei dieser Anordnung der Isolierstoffschicht können elektrisch leitfähige Plättchen oder elektrische oder optische Bauteile unmittelbar sowohl an der Tragplatte als auch an den Anschlußflächen der Leitungen angebracht werden.

Nach Fig. 8 hat eine als Ganzes mit 68 bezeichnete Tragplatte eine obere ebene Fläche 7 ο und eine untere ebene Fläche 72. Die Tragplatte hat eine Matrix von öffnungen wie oben beschrieben, die mit dielektrischem Füllmaterial Jh mindestens teilweise ausgefüllt sind. Die Tragplatte 68 besteht aus leitfähigem Material und ist vorzugsweise stellenweise geätzt,

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so daß sidh vertiefte Flächen 80 ergeben, die Teile des Füllmaterials 74 umgeben, das wegen seiner dielektrischen Eigenschaften durch die A'tzvorgänge nicht beeinflußt wird . Die Endabschnitte der Leitungen 76 und 78 werden daher durch das nicht weggeätzte dielektrische Füllmaterial 74 über die vertieften Flächen 80 vorstehend gehaltert. Ein optischer oder mikroelektrischer Bauteil 82, der dort nur schematisch dargestellt ist, kann unmittelbar an den Anschlußflächen der vorstehenden Leitungen 76 und 78 angebracht werden,Vorzugsweise kann der Bauteil 82 von¹ mikroelektronischer Art sein und innerhalb seiner Begrenzung Kontakte haben, so daß langgestreckte Leiter, wie die Leiter 5o und 32 in Fig. 5,entfallen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 verhindern die vertieften Flächen 80 einen Kurzschluß zwischen dem Bauteil 82 und der leitfähigen Tragplatte. Einzelne Abschnitte 84 der Tragplatte sind nicht vertieft und bilden leitende Flächen, mit denen die Massekontakte des Bauteils 82 unmittelbar verbunden werden können. Es entfallen besondere Leitungen für den Masseanschluß des Bauteils.

Nach Fig. 9 wird nach dem Einbringen von Leitungsstücken 94 und 96 in die Löcher 92 einer starren Ilalteplatte 86 eine entfernbare Vergußmasse 98 durch eine Düse oder ein anderes Auftragsgerät aufgebracht, so daß die Leitungsstücke vollständig eingeschlossen werden und die Vergußmasse eine ebene Oberfläche Io4 erhält, die der Tragplatte zugekehrt ist. Da die Vergußmasse 98 fließfähig ist, kann eine dünne Schicht oder ein dünner Überzug eines Trennmittels Io2 auf die Fläche 88 der' Halteplatte 86 vor dem Einziehen der Le itungs stücke aufgebracht werden. Die Trennschicht wird dann beim Einziehen der Leitungsstücke durchbohrt. Die Vergußmasse 98 kann aus jedem fließfähigen Material bestehen, das sich anschließend in der oben beschriebenen Weise verfestigen läßt.

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Fig. Io zeigt die Anordnung nach Fig. 9 mit ausgehärteter Vergußmasse '98 in umgekehrter Lage. Eine Schicht von dauerhaftem Tragplattenmaterial wird auf die Halteplatte 86 aufgetragen und füllt alle Öffnungen 92 vollständig aus. Die Endabschnitte 94' und 96¹ der Leitungsstücke werden dann zur Bildung.der Anschlußflächen abgeschnitten. Diese verlaufen bündig mit der ebenen Fläche Ho des erstarrten Tragplattenmaterials I06 oder stehen etwas hervor. Die Halteplatte besteht vorzugsweise aus Metall oder metallisiertem Werkstoff mit Hitzeabstrahlungseigenschaften. Die Halteplatte umgibt die Endabschnitte 94' und'96' der Leitungsstücke sowie das Tragplatten- und Füllmaterial I06, das in die öffnungen der Tragplatte eingedrungen ist. Die Vergußmasse 98 kann anschliessend entfernt werden.

Fig. 11, 12 und I^ zeigen abgewandelte Ausführungsformen, bei denen die Leitungen reflektierende optische Leiter sind, Fluidicrohre oder elektrische Wellenleiter. Wiederum sind durch die öffnungen einer Tragplatte Leitungen hindurchgesteckt und durch eine Füllmasse I06' verankert. Eine Oberfläche der Tragplatte 86' und alle Leitungsstücke 112 sind mit einer metallischen oder metallisierten Schicht Il4 überzogen. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 7 ist über der Schicht 98¹ ein Überzug aus einer Vergußmasse Π 4 vorgesehen. Diese Vergußmasse kann thermoplastisch oder durch Wärme aushärtbar sein oder kann ein anderes Material sein, das sich in starre Form überführen läßt, so daß es mechanisch den metallischen oder metallisierten Überzug 98' stützt.

Während nach Fig. 7 optische und/oder elektrische Leitungen vorgesehen sind, sind nach Fig. 11 Stränge 112 aus einem streckbaren Elastomer vorgesehen, z. B. Gummi oder aus einem Material mit einer Oberfläche hoher Gleitfähigkeit, wie Teflon. Die Stränge 112 werden aus ihren metallischen oder metallisierten Umhüllungen 114 durch Strecken und Herausziehen entfernt.

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Pig. 12 zeigt die Verbindungsanordnung bei herausgezogenen Strängen, wobei durch die Umhüllungen 114 metallisierte Rohrleitungen 116 gebildet werden, die die einzelnen Punkte an der Tragplatte 86' miteinander verbinden. Die Endöffnungen der Rohrleitungen 116 bilden die Anschlußebenen, durch die Signale in optischer, fluidischer oder elektrischer Wellenform geführt werden können. Die Anschlußebenen werden, wie Fig. 12 zeigt, wieder durch einen Schneidvorgang hergestellt oder durch einen SchleifVorgang. Anstatt nach Pig. das ganze überschüssige Füllmaterial Io6' zu entfernen, kann man eine verhältnismäßig dünne Schicht von Füllmaterial an der Oberfläche der Tragplatte 86' belassen, so daß man eine mehrschichtige Tragplatte erhält. Da die metallischen oder metallisierten Umhüllungen 98^f, die die Rohrleitungen II6 bilden, verhältnismäßig dünn sind, verstärkt und unterstützt das starre Material 114 diese Rohrleitungen und schützt sie gegen Beschädigungen.

Statt der Umhüllungen 98' kann eine metallische oder metallisierte Vergußmasse verwendet werden, die die Verbindungsstränge vollständig einschließt und nach deren Entfernung die Rohrleitungen 116 bildet. Als weitere Abwandlung können die Stränge 112 aus einem Material gefertigt werden, das sich leicht durch ein geeignetes Lösungsmittel auflösen läßt oder das eine verhältnismäßig niedrige Verdampfungstemperatur hat, so daß die Stränge durch ein Lösungsmittel oder Wärme entfernt werden können.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 kann das Füllmaterial I06¹ leicht verdampfbar oder auflösbar sein, so daß es ohne Schneid- oder SchleifVorgang entfernt werden kann. Das Füllmaterial Io6^! wird nach dem Entfernen der Stränge 112 entfernt. In weiterer Abwandlung können sowohl die Stränge 112 als auch das Füllmaterial I06¹ aus Materialien hergestellt werden, die gleichzeitig durch Auflösung oder Verdampfung entfernt werden können. Bei der Ausführungsform nach Fig. Ij5

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leitungen 116,

werden die querverlaufenden Endflächen der Rohrle, die die Anschlußebenen darstellen, durch die oberen Ränder der Matrixöffnungen 92' gebildet, die nach dem Entfernen der Stränge 112 und des Füllmaterials I06' freigelegt werden.

Die anhand der Fig. 9 und Io offenbarten Herstellungsverfahren lassen sich leicht zur Herstellung der Verbindungsleitungen nach Fig. 11, 12 und 13 abwandeln. Die Leitungsstücke 9^ und 96 können durch die entfernbaren Stränge 112 ersetzt werden. Die Tragplatte 86' entspricht der entfernbaren oder verbleibenden Halteplatte 86 und das Füllmaterial Io6^r entspricht dem Füllmaterial I06. Alternativ kann die Schicht 114 weggelassen werden und die metallische oder metallisierte Schicht und Umhüllung 98' in eine Vergußmasse eingebettet werden statt einen verhältnismäßig dünnen überzug zu erhalten, entsprechend der metallischen.oder metallisierten und nicht entfernbaren Vergußmasse 98 nach ^¹Ig. Io.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 und I5 sind, wie Fig. 14 zeigt, Verbindungen zwischen mehr als zwei Punkten durch ein und denselben Strang, dort 164, hergestellt, indem Schlingen 168 durch einzelne Öffnungen der Tragplatte I62 durchgesteckt sind. Nach dem Vergießen werden die Schlingenbögen durch einen Schneidvorgang oder dergleichen entfernt (Fig. 15), so daß sich Anschlußenden 172 und 174 ergeben. Die Enden 172 können Einlasse und die Enden 174 Auslässe für Signalenergie sein.

Nach Fig. l6 wird ein Stechwerkzeug 176 von Hand oder von einem Automaten durch das Füllmaterial 174 einer ausgewählten öffnung gestoßen. Eine Draht- oder Strangeinführvorrichtung, von der schematisch ein Stück 178 dargestellt ist, ergreift und führt den Endabschnitt eines Stranges 180 durch das durchbohrte Füllmaterial 174 hindurch. Nachdem alle Stränge eingeführt sind, wird das Füllmaterial gehärtet, und dann werden die Anschlußebenen in beschriebener Weise hergestellt.

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Nach Fig. 1? ist ein Koaxialkabel 2o4 durch öffnungen 2oo einer Tragplatte 198 durchgeführt und durch Füllmaterial 2o2 festgelegt. Die querverlaufende Abschlußfläche 2o8 des Mittelleiters 2I0 bildet die Anschlußebene. Rin Tröpfchen Lötzinn 212 kann unmittelbar auf jedes Ende 2o8 des Mittelleiters aufgebracht werden, so daß er z.B. an einen elektronischen Bauteil angelötet werden kann. Der Außenleiter 214 endet an der ebenen Oberfläche 2o6 der Tragplatte und kann an seiner Endfläche mit einem Ring aus dielektrischem Material 216 versehen sein, das einen Kurzschluß des Mittelleiters 21o mit dem Außenleiter verhindert. Anstattdessen kann der Ring 216 ebenfalls aus Lot bestehen und einen Anschluß' von elektrischen Massekontakten, z.B. eines mikroelektronischen Bauteiles ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform wird der Außenleiter 214 vollständig durch die Tragplatte hindurchgeführt. Das Füllmaterial 2o2 umgibt jedoch vollständig den Außenleiter 214 und verankert das Koaxialkabel 2o4 an der Tragplatte. Wählt man ein dielektrisches Füllmaterial, so kann die Tragplatte I98 aus Isolierstoff oder leitendem Material bestehen, ohne daß die Gefahr von Kurzschlüssen mit dem Außenleiter 214 besteht.

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Claims

- 2ο - amp-lj5

12. Juni 1972

Patentansprüche

ljl Verbindungsanordnung mit einer Tragplatte und mehreren Leitungsstücken, die einzelne Punkte an einer ersten Oberfläche der Tragplatte miteinander verbinden und mindestens teilweise in die Tragplatte eingebettet sind, wobei jedes Leitungsstück zwei freie Enden im Bereich der ersten Oberfläche hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte mehrere öffnungen hat, die die erste Oberfläche mit der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche verbinden, daß Endabschnitte der Leitungsstücke durch einzelne öffnungen hindurchragen und daß ein Versiegelungsmaterial die Endabschnitte umgibt und an der Tragplatte verankert und die beiden Oberflächen vollständig voneinander trennt oder gegeneinander abdichtet.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Versiegelungsmaterial ein elektrischer Isolierstoff ist und die öffnungen mindestens teilweise ausfüllt.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn.ζ e i c'hne t, daß die Leitungsstücke elektrische Leiter aufweisen, und daß mindestens ein elektrisch leitfähiges Plättchen (60, 62) am Ende (3o^f) mindestens eines Leitungsstückes befestigt ist (Fig. 6, 6a und 7)·

4. Verbindungsanordnung nach Anspruch "5. dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Plättchen ausgewählte Enden f3o', 32' 3^¹) von Leitun.^sstücken miteinander verbindet (Fig. 6 und 6A).

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- 21 - amp-13

5. Verbindungsanordnung nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß metallisches oder metallhaltiges Material (64^ 66) an der zweiten Oberfläche (6) der Tragplatte (2) anhaftet und Abschnitte der Leitungsstücke, die oberhalb der zweiten Oberfläche verlaufen, einschließt, und daß das Versiegelungsmaterial (36) einen Kontakt zwischen dem metallischen oder metallhaltiges Material und der ersten Oberfläche (4) der Tragplatten verhindert (Fig. 7).

6. Vorbindungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei ohne t, daß die freien Enden der Leiturg sstücke bündig mit der ersten Oberfläche (4) abschließen.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß Leitungsstücke durch einzelne öffnungen, die eine erste mit einer zweiten Oberfläche einer Tragplatte verbinden, hindurchgesteckt werden, so daß die Leitungsstücke teilweise oberhalb der zweiten Oberfläche (6) verlaufen, daß eine Vergußmasse auf die Tragplatte und die Leitungsstücke so aufgetragen wird, daß sie die Leitun^sstücke an der Tragplatte verankert und die beiden Oberflächen vollständig voneinander trennt, und daß dann die Enden der Leitungsstücke im Bereich der ersten Oberfläche (k) freigelegt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß in die öffnungen die Endabschnitte der Leitungsstücke eingesteckt werden, und daß die Enden durch Wegschneiden einer Schicht von überschüssigem Versiegelungsmaterial im Bereich der ersten Oberfläche(4) freigelegt werden.

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9. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß in die öffnungen Schlingen (l68) der Leitungsstücke eingesteckt werden bis sie über die erste Oberfläche (4) vorstehen, und daß Enden durch Wegschneiden einer Schicht von überschüssigem Versiegelungsmaterial (l6o) und der überstehenden Schlingenteile und Enden von Leitungsstücken im Bereich der ersten Oberfläche freigelegt werden (Fig. 14 und 15).

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Versiegelungsmaterial (98) auf die zweite Oberfläche der Tragplatte (86) aufgetragen wird, und daß dann ein elektrisch isolierendes Versiegelungsmaterial (I06) von der ersten Oberfläche her in die öffnungen (92) eingebracht wird (Fig. 9 und lo).

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (6) und die über sie hinausragenden Abschnitte der LeitungsstUcke (Io bis 18) mit einer metallischen oder metallhaltigen Schicht (64. 66) bedeckt oder umhüllt werden (Fl,;. 7).

12. Verfahren nach Anspruch 7' $ dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Rohrleitungen zunächst Stränge (112) eingeführt, dann mit einem Überzug aus metallischem oder metallhaltigem Material (98') versehen und schließlich entfernt werden (Fig. 11 bis

Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Versiegelungsmaterial (175) in die öffnungen vor dem Einführen der LeitungsstUcke (I80) eingebracht wird (Fig. 16).

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