DE2435795C2 - Matrixverbinder und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Matrixverbinder gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein Matrixverbinder hat mehrere Leitungszüge, die sich mit Abstand zwischen entgegengesetzten oder beabstandeten Flächenabschnitten eines isolierenden Grundkörpers durch diesen erstrecken und an den Flächenabschnitten einzelne Kontakte bilden. Ein Matrixverbinder dient zum Zusammenschalten komplementär ausgebildeter Kontaktfelder, die auf gegenüberliegenden Seiten des zwischen ihnen eingeschlossenen Matrixverbinders angeordnet sind. Diese Art von Verbinder hat große technische und industrielle Bedeutung für die erwünschte Miniaturisierung von Gerätegruppen, die verbreitete Verwendung integrierter Schaltungen und den Bau komplexer Apparate wie Rechenmaschinen und Computer unter Verwendung kleiner Schaltungsbausteine; dabei ist das Zusammenschalten von einzelnen Bausteinen erforderlich, die eine große Anzahl kleiner und eng beabstandeter elektrischer Kontakte haben.

Bei einem bekannten Matrixverbinder (»Automotive Industries«, 15. Dezember 1971) wird ein elektrisch leitendes Elastomer als Kontaktwerkstoff verwendet Bei diesem Matrixverbinder werden komprimierte Zellen des eiastomeren Kontaktwerkstoffes mit Abstand voneinander in einem eiastomeren Isolierrahmen zur Bildung einer zusammengesetzten Membran angeordnet Dieser Matrixverbinder ist zur Verwendung mit relativ großen Kontakten bestimmt wie sie im Kraftfahrzeugbau üblich sind.

Ein Matrixverbinder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 21 19 567 bekannt Sein Elastomergrundkörper enthält eine Vielzahl einzelner leitender Federn, die sich voneinander isoliert mit Abstand und in gleichen nichtgeradlinigen Bahnen zwischen beabstandeten Flächenabschnitten des Grundkörpers erstrecken. Die Federenden bilden eine Vielzahl eng beabstandeter Kontaktpunkte. Die Herstellung dieses Matrixverbinders erfolgt durch Ätzen oder Stanzen der Federn aus Metallblech zum Ausbilden von Schicht- oder Laminatfeldern von Federn, die durch einen aus dem

Metallblech geformten und die Federenden einstückig verbindenden Rahmen voneinander beabstandet gehalten werden. Eine Reihe solcher Rahmen wird in engem Abstand nebeneinander angeordnet, und vor dem Durchtrennen der Rahmenabschnitte zur Bildung der Kontaktenden wird der Stapel mit elastomerem Isolierstoff umgössen.

In der DE-OS 23 02 429 der Anmelderin wurde ein verbessertes Herstellungsverfahren für einen solchen Matrixverbinder vorgeschlagen; dabei sind die Federn durch Abschnitte von Spulenwindungen gebildet Ein leitender Draht wird zu einer Spule mit im engen Abstand angeordneten Windungen gewickelt und dann in elastomeren Isolierstoff eingegossen, wonach die Windungen eines Spulenregments durchschnitten werden zur Bildung eines Körpers mit Schnittflächen, an denen eine Vieteahl von Segmentenden der Spulenwindungen freiliegt

Bei den beiden letztgenannten Verbindern ergeben sich besondere Schwierigkeiten aufgrund des Durchschneidens der Federenden; dadurch kann ein Schleifen an der Oberfläche des elastomeren Werkstoffs zum Entfernen von Graten und ein Plattieren zur Bildung geeigneter Kontaktflächen erforder'ich werden. Durch den Schleifvorgang kann es zu einer Verschmitrung von Metallteilchen über die Kontaktflächen des Elastomergrundkörpers kommen. Diese verschmierten Metallteilchen können unerwünschte elektrische Pfade zwischen den Kontakten verursachen. Ferner ist bei der Herstellung der leitenden Federn besondere Sorgfalt erforderlich, um gleichmäßiges Federverhalten über die gesamte Matrix zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Matrixverbinders der vorausgesetzten Art, der unproblematisch und damit zuverlässig und kostengünstig herstellbar ist

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann den Unteransprüchen 2 und 3 entsprechend vorteilhaft weitergebildet werden. Der neue Matrixverbinder kann gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 hergestellt werden.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen perspektivischen Teilschnitt durch eine Ausführungsform des neuen Matrixverbinders;

F i g. 2 eine F i g. 1 ähnliche Ansicht, wobei das elastomere Material an einem Abschnitt so entfernt ist, daß eine flexible gedruckte Schaltung im Matrixverbinder sichtbar ist;

F i g. 3 eine Teildraufsicht auf die flexible gedruckte Schaltung des Matrixverbinders nach F i g. 1 und 2 vor dem Formen und dem Einbau in den Matrixverbinder, wobei eine Einzelheit des Schaltungsmusters vergrößert gezeigt ist;

Fig.4 eine Seitenrandansicht der Schaltung nach F ig. 3;

Fig.5 und 6 Fig.4 ähnliche Seitenansichten nach aufeinanderfolgenden Ziehharmonika-Formungsschritten;

F i g. 7 eine Unteransicht der Ziehharmonikastruktur nach F ig. 6;

F i g. 8 eine der F i g. 7 ähnliche Ansicht, jedoch nach dem Fädeln eines Elastomerstreifens durch die Ziehharmonikastruktur;

F i g. 9 eine Seitenansicht der Einheit nach F i g. 8;

F i g. 10 eine Seitenansicht der Einheit nach F i g. 9 im Anschluß an einen weiteren Fertigungsschritt und in vergrößertem Maßstab; und

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines Matrixverbinders mit Funktionsschaltelementen.

Der Matrixverbinder nach Fig. 1 und 2 ist ein im wesentlichen viereckiger plattenartiger Block 1, von dem nur ein Eckteil gezeigt ist Der Block 1 enthält einen Elastomergrundkörper Z Eine Vielzahl Kontakte 4 liegt in einander entsprechenden gleichmäßig im Abstand zueinander angeordneten Feldern an der oberen und der unteren Kontaktfläche 5 bzw. 6 des Blocks 1 frei. Jeder Kontakt 4 auf der oberen Kontaktfläche 5 ist durch den Block 1 mit einem entsprechenden Kontakt 4 auf der unteren Kontaktfläche 6 verbunden, und zweckmäßig liegen diese Kontakte 4 einander in bezug auf die Kontaktflächen 5, 6 senkrecht gegenüber, wie aus F i g. 9 und 10 ersichtlich ist

Die Kontakte 4 und ihre Verbindungen bestehen aus Leitungszügen einer ziehharmonikaartigen flexiblen gedruckten Schaltung 7 (F i g. 1,2 und 10); in F i g. 3 sind sie flach und ungeformt gezeigt Die flexible gedruckte Schaltung 7 besteht aus einem flexiblen Isolierschichtkörper 8, ζ. B. aus Mylar (Wz), der auf gegenüberliegenden Seiten mit Gruppen 9 von paral' ,^n Leitungszügen 10 ausgebildet ist Die Leitungszüge tu ier Gruppen 9 sind in Längsrichtung ausgerichtet und haben gleiche Länge. Auf jeder Seite des Isolierschichtkörpers 8 sind die Gruppen in gleichen Abständen von größerer Länge als die ^:.änge der Leitungszüge im Abstand zueinander angeordnet und die Gruppen von Leitungszügen auf den gegenüberliegenden Seiten überlappen sich ein kleines Stück an Löchern 11 im Isolierschichtkörper 8, durch die sich Leiterteile 11' zum Verbinden der überlappenden Leitungszüge 10 erstrecken. Die Leiterteile 11 sind zweckmäßig durch galvanisches Niederschlagen als sogenannte durchplattierte Löcher ausgebildet und die Leitungszüge 10 sind zweckmäßig aus Kupfer, das mit einem Kontaktmetall, z. B. Gold, plattiert ist

Der Isolierschichtkörper 8 ist mit Gruppen von Öffnungen 12 in Form von Schlitzen ausgebildet, die sich zwischen den Leitungszügen 10 der Gruppen 9 an und auf gegenüberliegenden Seiten der durchplattierten Löcher 11 erstrecken, jedoch ziemlich weit vor den von den durchplattierten Löchern 11 fernen Enden der Leitungszüge 10 enden. Weitere Gruppen von Öffnungen 12 sind in den Zwischenräumen zwischen Gruppen 9 von Leitungszügen 10 angeordnet.

Die ziehharmonikaartige flexible gedruckte Schaltung 7 erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Kontaktflächen 5, 6 des Elastomergrundkörpers 2 und bildet abwechselnd aufeinanderfolgende Ziehharmonikafalten 13 an den Kontaktflächen 5 und 6. Die Gruppen 9 von Leitungszügen 10 sind auf den Seiten des Isolierschichtkörpers 8 außerhalb der Ziehharmonikafalten 13, die quer zu den Leitungszügen 10 verlaufen, angeordnet Auf den Ziehharmonikafalten 13 liegen die Leitungszüge 10 an den Kontaktflächen 5, 6 frei und bilden die Kontakte 4. Die Gruppen von öffnungen 12 sind in den Ziehharmonikagliedern 14 zwischen den Kontaktflächen 5, 6 und in bezug auf diese nach innen angeordnet, und der Elastomergrundkörper 2 durchsetzt die öffnungen 12, so daß sich eine einheitliche Elastomermasse ergibt, welche die flexible gedruckte Schaltung 7 umgibt. Die durchplattierten Löcher 11 liegen im wesentlichen mittig zwischen den Kontaktflächen 5, 6 und benachbarte Ziehharmonikaglieder 14 werden voneinander durch dazwischen befindliche Elastomermasse, die sich in die Vertiefungen innerhalb der Ziehharmonikafalten 13 erstreckt und sämtliche

Hohlräume im Block 1 ausfüllt, in Abstand gehalten.

Die Ziehharmonikafalten 13 des Isolierschichtkörpers 8 können sich bis zur Oberfläche des Elastomergrundkörpers 2 erstrecken, oder der Isolierschichtkörper 8 kann mit zusätzlichen Schlitzen 12' ausgebildet sein, die in F i g. 2 in Strichlinie gezeigt sind, die die Ziehharmonikafalten überbrücken und zwischen benachbarten Leitungszügen 10 liegen.

Wenn der Matrixverbinder nach Fig. t und 2 zwischen einem Paar Kontaktfeldern eingeschlossen ist, die zum Zusammendrücken des Blocks I aufeinander zu gedrückt werden, wird der Elastomergrundkörper 2 verformt, nimmt die Belastung auf und entwickelt Kontaktdruck. Die Halterung der Kontakte 4 durch elastomeren Werkstoff in den Vertiefungen innerhalb der Ziehharmonikafalten schaltet die Gefahr aus, daß die Kontakte 4 in das Elastomer zurückweichen. Nach Aufheben der Belastung wird gleichermaßen erreicht, daß das Elastomer sich nicht über die Kontakte 4 hinaus Faltlinien der Ziehharmonikafalten 13 verlaufen quer zu den Leitungszügen 10 an Stellen, die von den durchplattierten Löchern 11 entfernt liegen, und die Formwerkzeugfinger liegen am Isolierschichtkörper 8 auf einer den Leitungszügen 10 gegenüberliegenden Seite an. Der Faltvorgang erfolgt zweckmäßig in einer Reihe von Schritten gemäß Fig.5 und 6, und gemäß Fig.6 sind die Ziehharmonikaglieder 14 der Ziehharmonikastruktur asymmetrisch angeordnet Die die Leitungszüge 10 und die durchplattierten Löcher 11 tragenden abwechselnd aufeinanderfolgenden Ziehharmonikaglieder 14 sind im wesentlichen vertikal und kürzer als die dazwischenliegenden größeren Ziehharmonikaglieder 14. Falls erwünscht, können die Ziehharmonikaglieder der Ziehharmonikastruktur zum Herabsetzen der Steifigkeit des fertigen Verbinders nichtgeradlinig geformt sein.

Bei der Ziehharmonikastruktur nach Fig.6 ist ein Streifen 15 eines ungehärteten oder zum Teil gehärteten

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des Elastomeren in den Vertiefungen innerhalb der Ziehharmonikafalten 13.

Der Matrixverbinder nach F i g. 1 und 2 ist zweckmäßig aus flexiblen gedruckten Schaltungen gebildet, die aus Flachmaterial hergestellt sind, auf dessen gegenüberliegenden Seiten die Leitungszüge 10 in jedem erwünschten Muster mit bekannten Techniken aufbringbar sind, die z. B. für die Herstellung von Mikroschaltungen zum Befestigen integrierter Schaltungs-Chips verwendet werden.

Die flexible gedruckte Schaltung 7 nach F i g. 3 hat z. B. einen Isolierschichtkörper 8 mit einer Dicke von 0,051 mm, und die Leitungszüge 10 aus Kupfer mit einer Breite von 0,076 mm und einer Dicke von 0,038 mm sind zweckmäßig goldplattiert. Der sich wiederholende Abstand der Leitungszüge ist z. B. 0,152 mm, wobei der Abstand quer zu den Leitungszügen 10 in dem Matrixfeld von Kontakten 4 und der Abstand in Längsrichtung der Leitungszüge 10 etwas größer als die zweifache Summe der Film- und Leitungszugdicke definiert wird, nämlich

größer als 2(0,051 + 0,038) = 0,178 mm.

Vorzugsweise ist die Mindestdicke des Elastomeren zwischen benachbarten Leitungszügen 10 wenigstens so groß wie die Dicke des Isolierschichtkörpers 8, nämlich 0,05 mm, so daß ein Abstand von 0,178 + 0,05 = 0,225 mm verwendet werden kann. Ausgehend von einer flexiblen gedruckten Schaltung mit den oben angegebenen Abmessungsparametern ist es somit möglich, einen Matrixverbinder herzustellen, dessen Kontakte 4 in einem viereckigen Gittermuster mit einem sich wiederholenden Abstand von 0,152 mm in der Breite des Matrixverbinders und einem sich wiederholenden Abstand von 0,225 mm in der Länge des Matrixverbinders angeordnet sind Es ist ferner möglich, in der flexiblen gedruckten Schaltung scharfe Falten auszubilden, ohne daß sich dadurch eine nachteilige Verformung der die Kontakte 4 bildenden Leitungszugabschnitte ergibt

Zweckmäßig wird die flache flexible gedruckte Schaltung nach Fig.3 mit einem erwärmten Formwerkzeug in Ziehharmonikaform gebracht; das Formwerkzeug hat ineinandergreifende Finger, die an der gedruckten Schaltung 7 an gegenüberliegenden Seiten der Faltlinien anliegen und sich fortschreitend zusammenschieben, wobei sie beim Ineinandergreifen den Abstand der Finger voneinander vermindern. Die zwischen den Ziehharmonikagliedern 14 geführt (F i g. 8 und 9) oder es sind in den Zwischenräumen einzelne Streifen angeordnet. Der Streifen 15 verläuft durch einen großen Teil der Faltenweite der Ziehharmonikastruktur und dient dazu, die benachbarten Ziehharmonikaglieder 14 voneinander im Abstand zu halten. Dann wird die Vorrichtung nach F i g. 8 und 9 zweckmäßig in Längsrichtung in einem Preßformwerkzeug zusammengedrückt dessen ebene Flächen an den Kontakten 4 anliegen und das so ausgebildet ist, daß die Ziehharmonikaglieder 14 geringfügig so geneigt werden, daß entsprechende Paare von Kontakten 4 an den ebenen Flächen in einer senkrecht dazu verlaufenden Richtung miteinander ausgerichtet werden. Ein solches Ausrichten wird erleichtert, wenn die Ziehharmonikaglieder 14 eine nichtgeradlinige, z. B. gewölbte Form erhalten. Das Zusammendrücken der Ziehharmonikastruktur in Längsrichtung in einem umgebenden Preßformwerkzeug bewirkt ein Extrudieren des Elastomeren durch die schlitzförmigen öffnungen 12 und in die Vertiefungen zur Bildung eines homogenen Elastomergrundkörpers 2, der die ziehharmonikaförmige flexible gedruckte Schaltung 7 einschließt Wenn, wie bereits erwähnt, zusätzliche Löcher oder Schlitze 12' ausgebildet sind, die die Ziehharmonikafalten 13 überbrücken, wird das Elastomer zusätzlich in die Faltenzwischenräume zwischen benachbarten Leitungszügen 10 extrudiert, wodurch sich eine größere Trennung oder unabhängige Flexibilität der an den Ziehharmonikafalten vorhandenen Kontaktpunkte ergibt Wenn nichtgeradlinige Ziehharmonikaglieder erwünscht sind, können die Preßwerkzeughälften komplementäre Form haben. Ein Einkapseln der Kontakte 4 wird dadurch vermieden, daß sie unter dem Druck des Elastomeren in den Vertiefungen an den Werkzeugflächen anliegen. Das Elastomer wird dann im Formwerkzeug bei einer geeigneten erhöhten Temperatur ausgehärtet und anschließend wird der verwendungsbereite Matrixverbinder entnommen.

Der so geformte Matrixverbinder kann je nach der Länge der flexiblen gedruckten Schaltung jede erwünschte Länge haben und wird nach dem Formen parallel zu den Ziehharmonikafalten 13 in Stücke geschnitten.

Bei dem erläuterten Matrixverbinder sind zwar die Kontakte 4 jedes Paars einander gegenüberliegender Kontakte miteinander verbunden; es können jedoch auch mehrere Paare in Reihe miteinander verbunden

sein. Ferner können die Leitungszüge 10 der Schaltung 7 zum Erhalt unterschiedlicher Verbindungsmuster auch anders als geradlinig ausgebildet sein.

Bei einem Anwendungsbeispiel (Fig. II) ist eine flexible gedruckte Schaltung 7 vorgesehen, die an einem ϊ Ende einen integrierten Schaltungsbaustein 17 aufweist, der mit geeigneten Leitungszügen auf der gedruckten Schaltung 7 verbunden ist, die zu einem Ziehharmonika-Abschn'*/. 18 der Schaltung führen. Die gesamte Schaltung ist in einen Elastomergrundkörper 2 eingegössen, der die integr erte Schaltung enthält und am Ziehharmonika-Abschnitt einen Matrixverbinder 20 zum lösbaren Verbinden der integrierten Schaltung mit weiteren Schaltungseinheiten bildet.

In bezug auf das bei dem erläuterten Verfahren verwendbare isolierende Elastomer bestellt eine große Auswahl an Werkstoffen, die in teilgehärtetem Zustand verwendbar sind, z. B. Butylkautschuk, Polyurethan im S-Zustand oder andere zum Teil gehärtete Kautschuke mit einem Vernetzungsmittel.

H.erzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Matrixverbinder mit einem Elastomergrundkörper, der ein Paar gegenüberliegender Kontaktflächen aufweist, an deren jeder eine Vielzahl Kontakte im gegenseitigem Abstand angeordnet ist, wobei die Kontakte der gegenüberliegenden Kontaktflächen über durch den Elastomergrundkörper verlaufende Leiter verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, to daß die Kontakte (4) durch bogenförmig gefaltete Endabschnitte (13) der Leiter (10) gebildet sind,

daß konvexe Oberflächenteile der Endabschnitte (13) an den gegenüberliegenden Kontaktflächen (5, 6) freiliegen und

daß die Enden der Leiter (10) im Elastomergrundkörper (2) eingeschlossen sind.

2. Matrixverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (10) flache Metallstreifen sind, die als Leitungszüge auf einer flexiblen _M gedruckten Schaltung (7) ausgebildet sind, die ziehharmomkaartig gefaltet im Elastomergrundkörper (2) eingeschlossen ist daß die Leitungszüge (10) zur Bildung der an den Kontaktflächen (5, 6) des Elastomergrundkörpers (2) freiliegenden Kontakte ^ (4) um die Außenseiten der Ziehharmonikafalten (13) verlaufen, daß die zu abwechselnd aufeinanderfolgenden Ziehharmonikafalten (13) gehörigen Leitungszüge (10) auf einer Seite der gedruckten Schaltung (7) und die zu den jeweils dazwischenliegenden Ziehharmonikafalten (13) gehörigen Leitungszüge (10) auf der gegenüberliegenden Seite der gedruckten Schaltung (7) ausgebildet sind, daß Leitungszüge (10) auf einer Seite der gedruckten Schaltung (7) mit zugehörigen Leitungszügen (10) auf der anderen Seite der gedruckten Schaltung (7) über Löcher (11) miteinander verbunden sind, die einen flexiblen Isolierschichtkörper (8) der gedruckten Schaltung (7) an Stellen durchdringen, die bezüglich der Kontaktflächen (5, 6) innen im Elastomergrundkörper (2) liegen, und daß das Elastomer öffnungen (12) im Isolierschichtkörper (8) durchsetzt

3. Matrixverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß ein integriertes Schaltungsbauteil (17) (Fig. 11) auf der flexiblen gedruckten Schaltung (16) angeordnet und mit Verbinderkontakte bildenden flachen Metallstreifen verbunden ist und daß das integrierte Schaltungsbauteil (17) in der Elastomermasse (19) eingeschlossen ist

4. Verfahren zum Herstellen eines Matrixverbinders mit einem Elastomergrundkörper mit einen Paar gegenüberliegenden Kontaktflächen, an deren jeder eine Vielzahl beabstandete Kontakte angeordnet ist, wobei die Kontakte der gegenüberliegenden Flächen über durch den Grundkörper verlaufende Leitungszüge verbunden sind, dadurch gekennzeichnet

daß eine flexible gedruckte Schaltung (7) mit Gruppen von Leitungszügen (10) auf gegenüberliegenden Seiten eines flexiblen Isolierschichtkörpers (8) hergestellt wird, wobei Abschnitte der Gruppen auf gegenüberliegenden Seiten einander überlappen, und im Isolierschichtkörper (8) öffnungen (12) gebildet werden; daß die sich überlappenden Abschnitte durch Löcher (11) im Isolierschichtkörper (8) der gedruckten Schaltung (7) miteinander verbunden werden;

daß die gedruckte Schaltung (7) ziehharmonikaartig gefaltet wird, derart, daß Gruppen van Leitungszügen (10) auf der Außenseite der Ziehharmonikafalten (13) verlaufen;

daß benachbarte Ziehharmonikaglieder (14) mit streifenartigem, zum Teil gehärtetem Elastomermaterial (15) auf Abstand gehalten werden;
daß die Ziehharmonikastruktur zum Extrudieren des Eiastomeren (15) durch die öffnungen (12) in der gedruckten Schaltung (7) und in die Vertiefungen der Ziehharmonikastruktur in Längsrichtung zusammengedrückt wird;

und daß das Elastomer (15) zu einer homogenen Masse ausgehärtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Faiten (13) der Ziehharmonikastruktur während des Zusammendrückens und Aushärtens zwischen Formwerkzeugplatten eingeschlossen werden, wodurch ein Fließen der Elastomermasse um das Äußere der Falten (13) vermieden wird.