DE2649374A1

DE2649374A1 - Kontaktvorrichtung und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2649374A1
Application number: DE19762649374
Authority: DE
Inventors: William Eugene Berg
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1975-11-13
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-26
Also published as: NL7611571A; JPS57185687A; FR2331891A1; NL175577C; GB1539470A; DE2649374C2; JPS583344B2; JPS604556B2; US4150420A; JPS57118655A; NL8400908A; CA1076709A; JPS5810832B2; JPS5261778A; NL175577B; FR2331891B1

Description

PATENTANWALT DlPL-INQ. JOACHIM «TRASSE

6« HANAU ■ RÖMERSTR.1» · POSTFACH 793 · TEL. (06181) 20803/20740 · TELEGRAMME: HANAUPATENT . TELEX: 4184782pat

(8566)

TEKTRONIX, Inc.
14150 S.W. Karl Braun Drive
. Beaverton, Oregon 97077

U.S.A. 27. Oktober Γ976

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Kontaktvorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Zum bekannten Stand der Technik gehören verschiedene Arten von Verbindern, die allgemein verwendet werden. Für die Vei— bindung von Bestandteilen flexibler Schaltungen untereinander oder mit gedruckten Leiterplatten gibt es zahlreiche Behelfslösungen, die gleich große Abstände zwischen ihren leitenden Drähten aufweisen. Beispielsweise benutzt eine der gebräuchlicheren Arten von Verbindern Steckei— und Buchsenteile , wobei das eine Teil auf einer Leiterplatte befestigt ist, während das andere Teil an einer Ader angebracht ist. Diese Anordnung ist sperrig und hat einen großen Flächenbedarf. Weiterhin bleiben die Übertragungsmedien nicht gleich. Eine andere mögliche Konstruktion zur Überwindung der auf der Sperrigkeit und dem Flächenbedarf beruhenden Schwierigkeit besteht in der Verwendung eines vorzugsweise flachen Kabels, dessen Isolierung an einem Ende entfernt ist, und das über Leiterbahnen gelegt ist, die auf einer gedruckten Leiterplatte vorhanden sind und die in einer parallelen Anordnung die gleichen Abstände voneinander

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aufweisen wie die Leitungsadern in dem Kabel. Eine Befestigungsklammer wird über das Kabel gelegt, um es an der Leitei— platte festzuhalten. Dieses System hat jedoch insofern Nachteile, als Mi ηiaturIeitungen wie sie in modernen, elektronischen Geräten vorkommen, die Anforderungen nicht voll erfüllen. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden,werden Konstruktionen mit Meta I I-auf-MetaI I-Beruh rung zwischen flexiblen Leitungsadern und plattierten Leitungen einer ähnlichen Schaltung oder einer Anschlußklemme verwendet, die von einem eine Druckkraft ausübenden Element, z. B. einer νieIfingrigen Feder, aneinandergepresst werden, die einzelne Kräfte von der isolierten Seite der flexiblen Schaltung her ausübt und in einer Klemmleiste angeordnet ist, die die miteinander verbundenen KabeIeIemente befestigt, festklemmt oder anderweitig zusammenhalt. Der Nachteil besteht hier natürlich darin, daß die Umgebung des Übertragungsmediums durch die hinzugefügte Kapazität der metallischen Federelemente geändert wird, wodurch ein Betrieb mit Hochfrequenz ziemlich eingeschränkt wird.

Ein anderes, gegenwärtig bei kleinen, quadratischen oder rechteckigen, mit Anschlüssen verseh-enen Baugruppen benutztes Verbindungssystem ist die herkömmliche Technik des Lötens vorverzinnter Teile. Diese Technik erfordert jedoch eine besondere Produktionsausrüstung. Außerdem srellt die Erwärmung ein Problem dar. Wie in der "Electronics", Juli 10, 1975, Seiten 39 und 40 beschrieben, ist ein lötloser Verbinder, der aus einander abwechselnden, vertikalen Lagen von nichtleitendem und leitendem Siliziumgummi besteht, zwischen dem keine Leitungen aufweisenden Träger und der Oberfläche einer gedruckten Leitei— platte eingefügt. Die Kombination ähnelt einem Sandwich, das nach dem Zusammendrücken die leitenden Elemente auf der gedruckten Leiterplatte und Kontakte auf dem Träger der integrierten Schaltung elektrisch miteinander verbindet. Ein Nachteil ist jedoch darin zu sehen, daß gut angepaßte Hochfrequenzverbindungen nicht leicht zu erzielen sind.

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Der Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung wird benutzt, um beispielsweise eine Übertragungsleitung auf einer geätzten Glas-Teflon-Platte von gewöhnlich 50 Ohm charakteristischer Impedanz mit einer Übertragungsleitung einer Mikroschaltung, z.B. einer hybriden, zu verbinden, die wiederum gewöhnlich 50 Ohm hat. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich zusätzlich auf GIeichspannungs- oder Erdverbindungen der Mikroschaltung mit der geätzten Leiterplatte. Der Verbinder kann vorteilhafterweis dort verwendet werden, wo die Leiterplatte und die zu verbindende Mikroschaltung kleine, eng benachbarte Übertragungsmedien haben. Für eine derartige Verbindung haben die Leiter die gleiche Anordnung wie die Leiterplatte und die Mikroschaltung. Ein System, in dem der Verbinder benutzt wird, zeigt sowohl gut angepaßte Hochfrequenzverbindungen, die früher nicht erreichbar waren, als auch die Aufrechterhaltung einer einzigen Umgebung für das Übertragungsmedium. Sowohl beträchtliche Kosteneinsparungen bei verbesserter Leistung gegenüber früheren Methoden als auch eine Massenp rodukt i on|s i nd erzielbar.

Der Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt in grundlegender Weise Kontakte, die an den richtigen Stellen auf einem elastomeren Material, wie Siliziumgummi befestigt sind und kleine Abmessungen haben, und die präzise in ihrer Lage angeordnet sind, wobei der Gummi eine RückstelIkraft hervorruft und eine niedrige Dielektrizitätskonstante hat.Das System setzt das Übertragungsmedium in einer einzigen Umgebung fort.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen elektrischen Verbinder zu schaffen.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung e. .es neuen elektrischen Verbindersystems.

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Die vorliegende Erfindung bezweckt drittens die Schaffung eines elektrischen Kontakts für die Verbindung von Mikroschaltungen mit Anwendungseinrichtungen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt viertens die Schaffung eines neuen elektrischen Verbinders, der an der richtigen Stelle auf einem elastomeren Material befestigte Kontakte hat, die geringe Abmessungen aufweisen und in ihrer Lage präzise angeordnet sind.

ie vorllegende Erfindung bezweckt fünftens die Schaffung eines neuen elektrischen Verbinders für die Aufrechterhaltung der Umgebung des Übertragungskanals.

Sechstens bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines neuen elektrischen Verbinders mit minimalem Aufwand.

Siebtens bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines elektrischen Verbinders, der in Massenproduktion hergestellt werden kann.

Achtens bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines elektrischen Verbinders, der den leichten Austausch von Mikroschaltungen ermöglicht.

Neuntens bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines elektrischen Verbinders für die Verwendung von Gleichspannungen (niedrige Frequenz) bis zu Hochfrequenzen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen elektrischen Verbinders, der einen optimalen Wärmeübergang für thermische Energie von der Mikroschaltung zu einem Kühlkörper ermöglicht.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist noch die Entwicklung eines Schalters, der Kontakte auf einem elastomeren Material verwendet.

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Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Relais, das Kontakte auf einem elastomeren Material verwendet.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von Metall mit einem elastomeren Material zu entwickeln.

Die vorstehend erwähnten und zahlreiche andere Ziele, Vorteile und innewohnende Funktionen der vorliegenden Erfindung werden deutlich, indem diese anhand der folgenden Beschreibung, die den Erfindungsgegenstand darlegt, genauer erfaßt wird. Es vei— steht sich jedoch, daß die bevorzugte Ausführungsform nicht die Erfindung erschöpfend oder einschränkend darlegen soll, sondern daß sie zur Erläuterung angegeben ist, damit Fachkundige die Erfindung, ihre Grundlagen und die Art ihrer Anwendung in der Praxis eingehender verstehen, um sie in verschiedenartiger Form den jeweiligen besonderen Anwendungsbedingungen am besten anpassen zu können.

Die vorliegende Erfindung kann sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch der Arbeitsweise am besten anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung verstanden werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Elementen entsprechen. Weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich dabei aus der Beschreibung von in/der Zeichnung dargestelIten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen neuen elektrischen Verbinder im Detail in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines neuen Verbinders für den Anschluß von Mikroschaltungen an Anwendungssysteme im Detail,

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Fig. 3, die sich aus Fig. 3A und 3B zusammensetzt, das, in Fig. 2 dargestellte Verbindersystem in vollständig montiertem Zustand,

Fig. 4 in perspektivischer Ansicht Einzelheiten von Verb i ndungselementen,

Fig. 5, die sich aus Fig. 5A und 5B zusammensetzt, Einzelheiten einer zweiten ".usf üh rungsf orm der Anschlußvorrichtung für MikroschaItungen mit Anwendungseinrichtungen,

Fig. 6 Einzelheiten eines Schalters im Schema,

Fig. 7 Einzelheiten eines Relais in perspektivischer Ans i cht,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Ab I aufdiagramms, durch das das Herstellungsverfahren des Verbindungssystems im einzelnen dargelegt wird.

In Fig. 1 ist ein neuer elektrischer Verbinder gezeigt, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. An einem elastomeren Material 10 sind Verbindungselemente 12 befestigt. Das elastomere Material lObewirkt eine Rückstellkraft für die Kontakte, die z. B. eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Mikroschaltung und einer Anwendungseinrichtung herstellen. In der bevorzugten Ausführungsform wird für den Vei— binder der vorliegenden Erfindung als elastomeres Material eine SiIiζiumgummiverbindung mit einem Härtemaß von 50 und niedrigem Kompressionswert benutzt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Härtemaß von 50 nur als bevorzugtes Maß angegeben ist, und daß andere Werte benutzt werden können. Die Kontakte 12 können irgendeine gewünschte Form oder Konstruktion haben, während die Zahl, der gegenseitige Abstand, usw. der Verbinder von der Zahl der Verbindungen, die die Mikroschaltung benötigt, bestimmt ist.

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Die Kontakte sind vorzugsweise mit Gold plattiert. Das Vei— fahren zur Befestigung der Kontakte bzw. Verbindungselemente 12 mit dem elastomeren Material 10 wird später im Text beschrieben. Es ist also eine neue Kontaktvorrichtung geschaffen, die ein elastomeres Material 10 und Verbindungselemente 12 aufweist, die an dem Material befestigt sind.

In Fig. 2 ist ein Verbindungssystem für MikroschaItungen und Anwendungseinrichtungen dargestellt, das eine Anwendungseinrichtung 14, z.B. eine gedruckte oder geätzte Leiterplatte oder dergleichen mit Übertragungsmedien 16, eine Mikroschaltung 18, ζ. Β. eine integrierte oder hybride Schaltung ohne Anschlußdrähte, mit Übei— tragungsmedien 20 und ein elastomeres Material 10 enthält, an dem Verbindungselemente 12 befestigt su.d. Es ist eine zusätzliche Einheit 22 vorgesehen, die ein lösbares Halten des elastomeren Materials (es ist nicht wesentlich, daß das elastomere Material gehalten wird, wie später in dieser Beschreibung dargelegt ist) ermöglicht und die an der Anwendungseinrichtung lösbar befestigt ist, um die Verbindungselemente 12 mit den Übertragungsmedien und 20 in zwangsläufiger Berührung zu halten.

Die Einheit 20, die vorzugsweise aus einem Po IyphenyIschwefeI harz besteht, ist mit der Anwendungseinrichtung 14 durch herkömmlichere Mittel, wie Muttern und Bolzen 24, 26, lösbar verbunden, wobei die letzteren durch Montageöffnungen ragen , die sowohl in der Einheit 22 als auch in der Leiterplatte bzw. der Anwendungseinrichtung 14 vorgesehen sind. Als ein Teil der Einheit 22 sind Ausrichtmittel 28 vorhanden, die lösbar in weitere herkömmliche Mittel, die in der Anwendungseinrichtung 14 vorhanden sind, eingesetzt werden. Die Anwendungseinrichtung enthält eine Erdungsplatte 15, die auf einer Oberfläche angeordnet ist, die der mit den Übertragungsmedien 16 versehenen Oberfläche entgegengesetzt ist, wobei diese Medien, die eine genaue Breite und Entfernung von der Erdungsplatte aufweisen, ÜbertragungsIeitungen bilden, die als Streifen Ieiter festgelegt sind. Es kann auch eine Erdungsplatte 15 auf der gleichen Seite wie die Übertragungsmedien der Anwendungseinrichtung angeordnet sein, die einen geeigneten Abstand von der

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übertragungsleitung aufweist und eine planparallele Übertragungsleitung bildet. Da die Gestaltung irgend einer der Arten von übertragungsIeitungen zur Schaffung einer übertragungsleitung mit bestimmter charakteristischer Impedanz den Fachkundigen bekannt ist, ist hier keine weitere Diskussion darüber erforderlich. Die Anwendungseinrichtung 14 enthält auch eine Baugruppenpositionieranordnung 17, wie z.B. eine Öffnung in der oberen Seite der Anwendungseinrichtung, die sich nach innen zu der Erdungsplatte 15 erstreckt.

In Fig. 3, insbesondere in Fig. 3A, ist das vollständig montierte Verbindersystem dargestellt, das oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde. Der Verbinder nach der vorliegenden Erfindung hält für die Übertragungsmedien 16, 20 der Anwendungseinrichtung

14 und der Mikroschaltung 18 die gleiche oder eine einzige Umgebung aufrecht, d. h. es sind keine Maßnahmen wie Koaxialstecker notwendig, um die Übertragungsmedien miteinander zu verbinden. Dies ist natürlich eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Mikroschaltung 18 mit dem Übertragungsmedium 20 ist so in die Baugruppenpositionieranordnung eingefügt, daß die Übertragungsmedien 16, 20 im wesentlichen planparallel zueinander und genau aufeinander ausgerichtet sind (planparallel bedeutet hierbei eine mechanische Ausrichtung). Derartig eingefügt, verbindet sich die Mikroschaltung 18 mit der Erdungsplatte

15 zur Bildung einer kontinuierlichen Übertragungsleitung von einheitlicher charakteristischer Impedanz und gleicher Geometrie in gleicher Umgebung. Wie oben erwähnt, ist die Mikroschaltung 18 in der Baugruppenpositioniereiηrichtung 17 genau ausgerichtet. Dies wird mit einer Vielzahl von Maßnahmen erreicht; wobei die wichtigste ist, daß während der Herstellung das Übert ragungsmed i utn 16 und die Baugruppenpos i t i on i erei η ri chtung 17 die benutzten MikroschaItungen berücksichtigen müssen. Die anderen Maßnahmen, die sich auf die Ausrichtmittel 28 sowie die Muttern und Bolzen 24, 26 beziehen, werden an anderer StelIe in dieser Beschreibung behandelt.

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In Fig. 3A ist auch das Symbol 30 gezeigt, das den Arbeitsteil der Mikroschaltung 18 darstellt. Das Symbol 30 kann z. B. ein Verstärker, eine Stromversorgungsbaugruppe, ein digitaler Schaltkreis usw. sein. Es ist darauf hinzuweisen, 'daß der Arbeitsteil und die übe rt ragungsmed i en der Mikroschaltung 18 alle auf einem Substrat 19 gebildet sind. Das Substrat besteht in der bevorzugten Ausführungs form aus Keramik. Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß die Zeichnung sowohl das Symbol 30 mit einem Medium 20 zeigt, das größer zu sein scheint als irgend ein anderes, als auch ein größeres Medium 16 auf der Anwendungseinrichtung 14. Diese großen Medien sind nur der Klarheit halber gezeigt. Sie sind nicht als verschieden von den anderen Medien anzusehen .

Die Fig. 3B zeigt die Anordnung gemäß Fig.. 3A im Schnitt längs der Linien AA. Wie oben erläutert und in den Zeichnungen dargestellt, wird das elastomere Material von der Einheit 22 gehalten. Dies wird durch einen Kanal 32 in der Einheit 22 erreicht, in den das elastomere Material lösbar eingesetzt ist, wobei die Elastizität des elastomeren Materials die Verbindung aufrecht erhält. In der bevorzugten Ausführungsform ist das elastomere Material 10 mit einem ersten Teil 34, der in den Kanal 32 einfügbar ist, und mit einem zweiten Teil 36 T-förmig ausgebildet, auf dem Verbindungselemente 12 befestigt sind. Es ist auch aus der Zeichnung ersichtlich, daß die Verbindungselemente 12 schlangenförmig sind. Dies gewährleistet, daß im vereinigten Zustand, d. h. mit den Verbindungselementen 12 auf den Übertragungsmedien 16, 20, gleichmäßiger Druck längs der Ränder der Mikroschaltung 18 ausgeübt wird, um 1) einen guten thermischen Kontakt und 2) einen guten elektrischen Kontakt sicherzustellen. (Es ist noch darauf hinzuweisen, daß GIeichspannungsverbίndungen auf die gleiche Weise hergestellt werden).

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Thermische Energie in der Mikroschaltung wird zur Erdungsplatte durch Leitung übertragen. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann ein Kühlblech auf der Erdungsplattenseite der Anwendungseinrichtung mittels der Muttern und Schrauben befestigt sein, um eine zusätzliche Wärmeableitung der MikroschaItungsbaugruppe zu schaffen. Dies ermögIicht eine optimale Wärmeableitung von thermischer Energie aus der Mikroschaltung und ist eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung·. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Sicherungseinrichtung der Einheit 22 sich über den Kanal 32 hinaus erstreckt, um einen Zwangsanschlag zu bilden, so daß das elastomere Material nach der Verbindung mit der Anwendungseinrichtung nicht zerquetscht werden kann. Darüberhinaus, und dies wird später in dieser Besen reibung erläutert, ermöglichen die Rücken, die durch die sch Iangenförmige Gestalt des Verbiüders gebildet werden, eine Wischbewegung (Kräfte), die auf dem Kontakt stattfindet. Auf diese Weise ist ein Verbindungssystem für MikroschaItungen und Anwendungseinrichtungen hergestellt, das einen Körper mit einer Kammer enthält, in der elastomeres Material montiert ist, an dem Verbindungselemente, die ein bestimmtes Stück vom Material vorspringen, auf einer der Montageseite in der Kammer abgewandten Seite befestigt sind, wobei Einrichtungen zum lösbaren Anbringen des Körpers über dem Element und dem Leitungsmedium vorgesehen sind, mit denen die Verbindungselemente zur zwang I aufigen Berührung des Organs mit dem Leitungsmedium vorgespannt werden. Eine weitere detaillierte Erläuterung der oben erwähnten Rücken wird an einer anderen Stelle in dieser Beschreibung gegeben.

In Fig. 4 sind verschieden geformte Verbindungselemente 12 gezeigt, die in der vorliegenden Erfindung für das in Fig. 3 dargestellte System verwendet werden. Beispielsweise können die

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Verbindungselemente 12 A Abschnitte mit je einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Beine aufweisen, die von ihren freien Enden im Abstand voneinander im wesentlichen parallel bis zu ihren anderen gemeinsamen Enden verlaufen. Die Abschnitte mit den Beinen können Kontakte enthalten, die sich an ihren freien Enden zur zusätzlichen Berührung mit den Übertragungsmedien gabeln. Verbindungselemente 12 B können zwei Abschnitte mi; haaren von Beinen enthalten, die von ihren freien Enden im Abstand voneinander im wesentlichen parallel bis zu ihren anderen Enden verlaufen. Die Kontakte können auch wie die Verbindungselemente 12 C ausgebildet sein, die ein Teil mit nur einem Bein sind. Die Verbindungselemente 12 A - 12 C erstrecken sich flach in Richtung des Pfeiles 11, der mit zweifacher Spitze dargestellt ist. Es muß betont werden, daß die in Fig. 4 gezeigten Kontakte/bevorzugt werden, daß aber andere Gestaltungen und Konstruktionen in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung benutzt werden können.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungs form der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fig. 5A zeigt das Kontaktsystem, das ähnlich wie in Fig. 3A ist, jedoch geht aus der Fig. 5B hervor, die einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 5A längs der Linien BB zeigt, daß die Verbindungselemente 12 eher eine stufenförmige als eine flache Gestaltung aufweisen. Dies beruht darauf, daß die Mikroschaltung 18 bündig mit der Oberfläche der Anwendungseinrichtung 14 angeordnet ist, was bedingt, daß die sch Iangenförmige Gestalt des Verbindungselements 12 stufenförmig ist, da die Übertragungsmedien 16 und 20 nicht planparallel verlaufen. Da die Mikroschaltung 18 bündig mit der Oberfläche der Anwendungseinrichtung 14 angeordnet ist, wird eine Baugruppenpositionieranordnung wie die Anordnung 17 von Fig. 2 nicht benötigt. Die Hauptpostionieranordnung ist die Ausrichtanordnung 28, die in Fig. 2 dargestellt Ist.

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Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform das elastomere Material 10 für eine Halterung in der Einheit 22 ausgebildet, somit ist die Einheit 22 mit einem Kanal versehen, wodurch sie bei der Befestigung an der Anwendungseinrichtung 14 das Material 10 zur präzisen Festlegung der Kontakte hält. Eine andere Ausführungs form braucht jedoch keinen Kanal aufzuweisen. Die.Einheit 22 kann so ausgebildet sein, daß sie das elastomere Material zwangsweise in Position hält, nachdem sie mit der Anwendungseinrichtung 14 verbunden ist.

Der oben beschriebene Verbinder oder das Verbindersystem hat gegenüber anderen Verbinderentwürfen insofern Vorteile, als im vereinigten Zustand gleicher Druck längs der gesamten Mikroschaltung ausgeübt wird, was einen guten elektrischen Kontakt und einen guten thermischen Kontakt gewährleistet. Durch sorgfältige Konstruktion der Gestalt'der Rücken im elastomeren Material wird eine Wischwirkung bei Berührung oder während der Verbindung erzielt. Das elastomere Material arbeitet als Rückstellkraft und hält den Druck während der Lebensdauer des Verbinders aufrecht, hat eine gute Charakteristik der Kompressionswerte und ist indifferent gegen Säure und gegen die meisten elektronischen Chemikalien außer starken Lösungsmitteln, wie Toluol. Da die Verbindungselemente 12 die Medien 16 und 20, wie besenrieben,vereiηigen, bricht oder unterbricht eine thermische Ausdehnung des Substrats, das die Mikroschaltung trägt, nicht den Kontakt. Der Kontakt wird während Schock- oder Schwingungsbeanspruchung immer aufrecht erhalten. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung erleichtert Prüfungen und Vereinigung zu Systemen von MikroschaItungen ebenso wie den Austausch am Einsatzort. Kein Anlöten (Verbinden) am Substrat ist notwendig, um eine Verbindung für eine nächsthöhere Montageanordnung herzustellen. Bei Berücksichtigung der Herstellungsmöglichkeit sind die Abmaßsummierungen für vereinig te Komponenten des Kontaktsystems etwa plus und minus 0,010 Inch (0,0254 cm). Deshalb kann das Kontaktsystem in Massenproduktion hergestellt werden.

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In Fig. 6 1st ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Tragplatte 42, die ähnlich wie die Anwendungseinrichtung 14 sein kann, enthält fest mit der Tragplatte verbundene UbertragungsIeitungselemente 44 und einen beweglichen Schaltkontakt 46, der an einer aus elastomerem Material bestehenden Montageanordnung 48 auf dieser Tragplatte befestigt ist. Die Befestigung des Schaltkontakts 46 an der Montageeinrichtung 48 dient der Bewegung zwischen einer geschlossenen Stellung, in der der feste Kontakt zur Vereinigung oder Verbindung von UbertragungsIeitungselementen berührt wird, und einer offenen Stellung, die von dem festen Kontakt entfernt ist. Weiterhin ist ein Betätigungselement 50 für die Verschiebung des beweglichen Schaltkontakts gegen die Tragplatte und von dieser weg zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung vorgesehen. Das Betätigungselement 50 kann z. B. ein Nockenschalter, ein Schiebeschalter usw. sein. Eine Alternative zum Schalter enthält eine große Anzahl von festen Schaltkontakten, die mit der Tragplatte verbunden sind, und eine große Anzahl von beweglichen Schaltkontakten, die an dem elastomeren Material befestigt sind.

In Fig. 7 ist ein Relais gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Gehäuse 52 enthält jeweils Signaleingabe- und Signal· ausgabeverbinder 54, 56, wie koaxiale Kabel verbinder, sowie Einrichtungen zum Anschluß der Signa1 eingabe- und Signal ausgabeverbinder an unterbrochene Ubertragungs1 eitungen 58 auf einem Substrat 60. Das elastomere Material mit Verbindungselementen gemäß der vorliegenden Erfindung i'st als nächstes vorgesehen. Um als Relais zu arbeiten, bewirkt magnetischer oder mechanischer Druck, wie durch den Pfeil 62 angedeutet, die Verbindung der Kontaktelemente mit den unterbrochenen Übertragungsleitungen, wodurch einem Signal der Durchgang durch die Einheit ermöglicht wird. Daher können die unterbrochenen Übertragungsleitungen

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als feste Relaiskontakte, die von dem Gehäuse gehalten werden, und das elastomere Material mit den Verbindungselementen als bewegliche Relaiskontakte sowie der magnetische Druck als Betätigungseinrichtung betrachtet werden, mit der der bewegliche Re Iaiskontakt zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung verschiebbar ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zusätzliche bewegliche Relaiskontakte vorzusehen, die gemeinsame Betätigungselemente haben.

In bezugauf das Verfahren zur Befestigung der Verbindungselemente mit dem elastomeren Material, einer Aufgabe des Erfindungsgegenstands, ist in Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Flußdiagramms hierfür gezeigt. Der erste Verfahrensschritt ist, wie bei jedem Verfahren, die Auswahl des Rohstoffs. Verschiedene unedle Metalle können benutzt werden; geknetetes oder gewalztes Nickel, eine Legierung aus Beryllium-Nickel oder eine Legierung aus Kupfer-Beryllium, die bevorzugt wird. Es wurde gefunden, daß Nickel einige Herstellungsprobleme hervorruft, wie zu leichte Biegbarkeit, Faltenbildung usw., während die Legierung aus Beryllium-Nickel die vorstehend erwähnten Herstellungsschwierigkeiten vermindert, aber schwer zu ätzen ist, was für das nachstehend beschriebene Verfahren erforderlich ist. Die Kupfer—BeryM iumLegierung ermöglicht jedoch die Überwindung der/meisten Herste I Iungs- und Verfahrensschwierigkeiten. Die Stärke der gekneteten oder gewalzten Legierung ist für das Verfahren wichtig. Eine zu große Stärke begünstigt die Unterhöh Iung, was eventuell zu der Möglichkeit von Kurzschlüssen führt. Eine zu geringe Stärke kann Handhabungsprobleme bei der Fertigung herbeiführen. Eine Stärke von 0,0015 bis 0,0025, vorzugsweise 0,002 Mils (0,0038 bis 0,0064 cm, bzw. 0,005 cm) wurde benutzt (Unterhöhlung ist in der Leiterplatten- und der Photoverfahrenstechn i k bekannt).

Der zweite Verfahrensschritt umfaßt die Herstellung der Rohlinge und das Stanzen des Rohmaterials. Die Herstellung der Rohlinge ermöglicht die leichte Handhabung der gekneteten oder gewalzten Legierung, indem das Material einfach in die für das Verfahren notwendige Größe geschnitten wird. Mit dem Stanzen werden Löcher

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für Werkzeuge im Material erzeugt, so daß eine weitere Verarbeitung und Ausrichtung möglich ist.

Im dritten Vertanrensschritt werden herkömmliche photographische Techniken benutzt, um die Verbindungselemente herzustellen. Das Verfahren ist eingehend auf den Seiten 1-5 bis 1-17, insbesondere in Fig. 7b auf Seite 1-11 des "Handbook of Electronic Packaging", herausgegeben von Charles A. Harper , Copyright 1969, Mc Graw-Hill Inc. beschrieben;

Die gewünschte Form, Anzahl und der gegenseitige Abstand der Verbindungselemente (drei sind in Fig. 4 als 12A, 12B und 12C gezeigt) werden in Gestalt eines Kontaktmusters oder einer Maske erzeugt, wobei eine genaue Ausrichtung mit Hilfe der gestanzten Löcher erfolgt. Eine negative Maske wird bevorzugt, es kann jedoch auch eine positive sein. Nachdem die gewünschten Kontaktzonen im Photoüberzug mit photograhpisehen Mitteln festgelegt sind, werden die wirklichen Verbindungselemente durch Überziehen mit einer Lage Nickel, auf die schnell der Überzug einer Lage von Gold folgt, geschaffen, wobei jede Lage eine Stärke von 5 bis 6 Mikrons (5/1000 bis 6/1000 mm) hat. Wie bekannt ist, müssen die zwei Überzüge in einer sehr kurzen Zeit gebildet werden um die Oxydation der Metalle zu verhindern. Wenn überdies Nickel als Rohstoff benutzt wird, auf dem die gewünschten Kontakte gebildet werden, ist nur ein überziehen mit Gold notwendig. Goldkontakte werden weiterhin bevorzugt, weil Gold gwöhnlich das Übertragungsmedium ist, das en beschrieben wurde. Daher · rgibt sich durch eine Übertragungsleitung aus Gold auf der Anwendungseinrichtung, durch Goldkontakte und durch ÜbertragungsIeitungen aus Gold auf der Mikroschaltung (Gold-Gold-Gold) ein sehr kompatibles Verbindungsschema.

Der vierte Verfahrensschritt besteht in der Erhitzung und Abkühlung der photographisch bearbeiteten Einheit, um die Metallkontakte weicher und weniger spröde zu machen, d. h. im Glühen. Ein flacher Kontakt, beispies I weise für ein Verbindersystem, das dem

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in Fig. 3 gezeigten ähnlich ist, wo die Übertragungsmedien im wesentlichen planparalIeI sind, braucht nicht notwendigerweise einem Glühvorgang ausgesetzt zu werden, aber dies wird bevorzugt. Wo ein Verbindungssystem benutzt wird, das dem in Fig. 5 gezeigten ähnlich ist, d. b. eine abgestufte Anordnung, ist das Glühverfahren nötig. Dieses noch notwendiger, wenn die Kontakte Nickel unter Gold, wie in der bevorzugten Ausführungsform, sind, die Glühtemperatur sollte für eine Stunde zwischen 400 und 600 C liegen und vorzugsweise 500⁰C sein. Der Schritt 4 schließt auch die Verformung der geglühten Einheit In die gewünschte Gestalt, z.B. in eine stufenförmige, ein. Die Verformung ist herkömmlichen Methoden ähnlich, wobei die geglühte Einheit nur über eine Werkzeugform ^^-legt und Druck mit einer Einrichtung ausgeübt wird, um die geglühte Einheit in die Gestalt der Werkzeugform zu bringen.

Die geglühte und geformte Einheit oder die geglühte Einheit, je nach den Verhältnissen, wird dann einer Reinigung, einer teil weisen Ätzung und der Auftragung einer Grundierung auf derjenigen Seite des Materials unterworfen, die der Seite entgegengesetzt ist, auf der die Meta I1 kontakte angebracht sind. Die teilweise Ätzung beeinflußt die Einfachschichten des Materials fü! die Erzeugung einer gereinlgien Oberfläche, auf die das elastomere Material aufgebracht wird, Nachdem die Oberfläche gereinigt und grundiert 1st, wird die Einheit in eine Werkzeugform eingefügt, die In einer herkömmlichen UmfüMformmaschine angebracht ist. Das elastomere Material wird dann durch Spritzen auf die gewünschten Bereiche aufgetragen. Im Falle des Erfindungsgegenstands wird das elastomere Material längs der Kontakte aber auf der diesen gegenüberliegenden Seite aufgebracht» Die Einheit wird anschließend einer Tel 1 verfestigung in der Umfüllformmaschine unterworfen. Nach der Tei1 verfestigung wird die gesamte Einheit einem Nachaufheizen unterworfen, um eine end-

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gültige Verfestigung zu erhalten und um irgendwelche Vei— festigungsmitteI, katalytische Nebenprodukte usw. zu entgasen, damit die optimalen Eigenschaften des elastomeren Materials erha.l ten werden.

Der letzte Schritt besteht in der Entfernung des Rohmaterials, das bloßliegt, d. h. nicht mit Gold bedeckt ist. Dies wird durch Sprühätzen erreicht und ermöglicht die Entfernung von allem bIoßIiegenden Rohmaterial, ohne die Kontakte oder das^eIastomere Material zu beeinflussen. Die Einheit wird natüi— lieh nach der Ätzung in Übereinstimmung mit der Zeichnung ger i chtet.

Vorstehend wurde also ein Verfahren zum Befestigen von Meta I I-kontakten an einem elastomeren Material beschrieben, worin eine andere /ufgabe des Erfindungsgegenstandes zu sehen ist.

Während die bevorzugten Ausführungs formen gemäß dem Erfindungsgegenstand beschrieben und dargestellt wurden, ist es den Fachkundigen klar, daß viele Änderungen und Abwandlungen ohne Abweichung von den al !gemeineren Gesichtspunkten der Ei— findung getroffen werden können. Beispielsweise können zwei Verbindersysteme auf einander entgegengesetzten Seiten der Anwendungseinrichtungen angeordnet und durch gemeinsame Einrichtungen befestigt sein; oder es kann eine Reihe von Verbindersystemen benutzt werden. Daher sollen die angefügten Patentansprüche alle derartigen Änderungen und Abwandlungen einschließen, die vom Wesen und dem<Bereich der Erfindung umfaßt we rden.

Patentansprüche:

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Claims

TEKTRONIX, Inc. (11 447)

Patentansp rüche :

Kontaktvorrichtung, dadurch gekennz e i c h η e t , daß Verbindungselemente (12) an einem elastomeren Material (10) befestigt sind.

2. Elektrisch leitende Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Basisteil das elastomere Material (10) trägt, an dem die Verbindungselemente (12) befestigt sind.

Elektrisch leitendes Verbinder -system nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Basisteil ein Gegenstand angeordnet ist und daß Mittel zum lösbaren Befestigen des Gegenstandes am Basisteil vorgesehen sind, die Befestigungsteile und das von diesen gehaltene elastomere Material aufweisen, an dem die Verbindungselemente (12) befestigt sind.

Verbinder zwischen MikroschaItungen und Anwendungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet daß eine Anwendungseinrichtung mit Übertragungsmedien (16) und eine Mikroschaltung (18) mit Übertragungsmedien (20) vorgesehen sind und daß die an dem elastomeren Material (10) befestigten Verbindungselemente (12) in zwangsläufiger Berührung mit den beiden Übertragungsmedien (16, 20) stehen.

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5. System nach Anspruch 4, dadurch gekenn-2 e i c h η e t , daß Befestigungsmittel (22) zum Halten des elastomeren Materials (10) lösbar mit den Anwendungseinrichtungen zur Aufrechterhaltung der zwangsläufigen Berührung verbunden sind.

Vorrichtung zum Verbinden eines Organs mit einem Leitungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eine Kammer (32) aufweist, in der das elastomere Material (10) montiert ist, an dem die Verbindungselemente (12) befestigt sind, die ein bestimmtes Stück vom Material (10) vorspringen und an diesem an einer der Montageseite in der Kammer (32) abgewandten Stelle befestigt sind, und daß Einrichtungen zum lösbaren Anbringen des Teils (22) über dem Organ (16) und dem Leitungsmedium (20) vorgesehen sind, mit denen die Verbindungselemente zur zwangsläufigen Berührung des Organs C16) und des Leitungsmediums (20) vorgespannt werden.

Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Tragplatte (42 ein fester Schaltkontakt (44) angeordnet ist, daß ein beweglicher Schaltkontakt (46) an einem elastomeren Material (10) befestigt ist, daß Halteeinrichtungen (48) auf der Tragplatte (42) für eine Bewegung zwischen einer Schließstellung, in der der feste Kontakt (44) Derührt wird, und einer Öffnungsstellung entfernt von den Schaltkontakt (44) vorgesehen sind und daß der bewegliche Schaltkontakt (46) durch eine Betätigungseinrichtung (50) zwischen der Öffnungs- und Schließstellung gegen die Tragplatte (42> und von dieser weg bewegbar ist.

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8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material (10) eine Rückführkraft erzeugt.

Schalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn ze i chnet, daß an einer Tragplatte eine größere Anzahl von festen Schaltkontakten angeordnet ist, daß eine größere Anzahl von beweglichen Schaltkontakten an einem elastomeren Material befestigt ist, daß Halteeinrichtungen für e i ne>6ewegung zwischen einer Schließstellung in der die größere Anzahl fester Kontakte berührt wird, und einer Öffnungsstellung entfernt von der größeren Anzahl fester Schaltkontakte vorgesehen si nd, und daß die größere Anzahl beweglicher Kontakte durch eine Betäticungseinrichtung zwischen der Öffnungs- und Schließstellung gegen die Tragplatte und von dieser weg bewegbar ist.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material eine Rückstellkraft zur Aufrechterhaltung der Kontakte erzeugt.

11. Schalter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein gemeinsames Glied zur wahlweisen Bewegung beliebiger aus der größeren Anzahl anhaftender Schaltkontakte zwischen der Öffnungs- und Schließstellung gegen die Tragplatte und von di eser weg enthä11.

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12. Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß an einem elastomeren Material ein Meta I I kontakt befestigt ist, daß der Meta I I kontakt in einem Photoverfahren hergestellt ist, daß das Material auf dem Kontakt im Spritzgießverfahren bei einer über Raumtemperatur liegenden Temperatur aufgebracht ist und daß der Kontakt und das Material bei einer über der Raumtemperatur liegenden Temperatur für eine bestimmte Zeit erhitzt werden.

13. Relais, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (52) mit Signalein- ynd SignaIausgabeelementen (54, 56) einen festen Relaiskontakt (58) trägt, daß ein beweglicher Relaiskontakt (58) an einem elastomeren Material befestigt ist, daß Halteeinrichtungen für eine Bewegung zwischen einer Schließstellung, in der der feste Relaiskontakt geschlossen ist, und einer Öffnungsstellung entfernt von dem festen Relaiskontakt vorgesehen sind und daß der bewegliche Relaiskontakt durch eine Betätigungsvorrichtung zwischen der Öffnungs- und Schließstellung gegen die Tragplatte und von dieser weg bewegbar ist.

14. Relais nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zusätzliche fes'te Relaiskontakte, die von dem Gehäuse getragen werden, und durch zusätzliche bewegliche Relaiskontakte, die an dem elastomeren Material befestigt sind, sowie durch Mittel zur gemeinsamen Betätigung der Einrichtung, mit der der bewegliche und die zusätzlichen beweglichen Relaiskontakte zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung gegen die Tragplatte und von dieser weg bewegbar sind.

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15. Relais nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung aus elektromechanischen Elementen besteht.

16. Verfahren zur Herstellung eines Kontakts, dadurch gekennzei chnet, daß ein elastomeres Materia vorgesehen wird und daß Meta I I kontakte geformt werden, die an diesem Material befestigt werden.

17. Elektrisch leitendes Verbindersystem zum Anschluß von MikroschaItunsmoduI η an Ubertraqungsleitungen von bestimmter charakteristischer Impedanz 'für die Aufrechterhaltung einer einzigen Art der Umgebung, dadurch gekennzei chnet, daß ein Grundtei I elastomeres Material trägt, an dem Verbindungselemente, die eine musterartige Konstruktion aufweisen, für die Anordnung über den übertragungsleitungen befestigt sind, wobei die Verbindung mit diesen mittels des Grundteils lösbar ist.

18. Verfahren zur Befestigung von Meta I I kontakten an einem elastomeren Material, dadurch gekennzei chnet, daß ein Metall, das eine schwach federnde Charakteristik und eine mittlere Fließfestigkeit aufweist, einem Photoverfahren zur Bildung der Kontakte unterworfen wird, daß ein elastomeres Material bei über Raumtemperatur liegender Temperatur auf das nach aem Photoverfahren gemäß einem hergestellten Muster bearbeitete Metall aufgebracht wird, daß das aufgebrachte Material und

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das Metall mittels Erhitzung bei über der Raumtemperatur liegender Temperatur entgast wird und daß das entgaste Material und das Metall für die Beseitigung überschüssigen Materials geätzt wird, wobei die am elastomeren Material befestigten Meta I I kontakte übrig bleiben.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bearbeitung durch das Photoverfahren das Metall in einem Schritt zur Herstellung einer Formänderungsfähigkeit geglüht wird und daß das so bearbeitete Metall in eine gewünschte Form gebracht wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, . dadurch gekennzei chnet, daß das Metal I eine Stärke von 0,001 bis 0,003 Inch (0,0025 cm bis 0,0066 cm) vorzugsweise 0,0020 Inch (0,0051 cm) hat.

21. Verfahren nach Anspruch 18 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen mit Gold als Abdeckmittel vor sich geht.

22. Verfahren nach Anspruch 18 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Photoverfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Reinigung des Metalls,

b) Aufbringung von Abdeckmittel auf das Metall

c) Aufbringen eines Kontaktmusters in Verbindung mit dem Abdeckmittel,

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d) überziehen eines Metalls oder von Metallen nach diesem Kontaktmuster, wobei die Metalle aus der Gruppe Nickel, Gold oder/und einer Legierung davon bestehen,

e) Entfernung des Überzugsmittels gemäß dem Muster,

f) Ätzen des übrig bleibenden Metalls zur Reinigung und

g) Grundieren des nach der Teilätzung verbleibenden Metalls

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