DE2731050C2 - Vorrichtung zum getrennten elektrischen Verbinden von Leiterbahnen einer Leiterplatte mit Kontaktflächen eines elektrischen Bauteils - Google Patents

Vorrichtung zum getrennten elektrischen Verbinden von Leiterbahnen einer Leiterplatte mit Kontaktflächen eines elektrischen Bauteils

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum getrennten elektrischen Verbinden von in einem engen Abstand zueinander befindlichen Leiterbahnen einer Leiterplatte mit Kontaktflächen eines elektrischen Bauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der US-PS 38 85 173 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Koppeln einer akustischen Oberflächenwellen-Anordnung an eine gedruckte Schaltung dient. Dabei gelangt ein Dichtungsring mit leitenden Bereichen zur Anwendung, der zu den Anschlüssen der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung und zu den leitenden Elektroden der akustischen Oberflächenwellen-Anordnung ausgerichtet werden muß, um leitende Verbindungen zwischen Elektroden der Oberflächenwellen-Anordnung und Anschlüssen der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung herzustellen.
Aus der US-PS 38 83 213 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Elastomerfolie zur Verbindung von Kontakten einer gedruckten Schaltung mit Anschlußleitern eines elektrischen Bauteils zwischen der gedruckten Schaltung und dem elektrischen Bauteil angeordnet wird Dabei wird die Elastnmerfolie an durch Druck beaufschlagten Flächen leitend. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß ein Kanten der Elastomerfolie zu einem Kurzschluß führen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
daher darin, eine Verbindungsvorrichtung mit einer unter Druck leitenden Elastomerfolie dahingehend zu verbessern, daß ein zu einem Kurzschluß führendes Kanten vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Vorrichtung gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist
Vorteilhafterweise wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das elektrische Bauteil und auf die darunter befindliche Elastomerfolie zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung zwischen Kontaktfläche des Bauteils und Leiterbahnen der Leiterplatte ein gleichmäßig verteilter Druck ausgeübt
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß ein Entfernen des elektrischen Bauteils aus der Vorrichtung in einer einfachen Weise
so dadurch erfolgen kann, daß die Halteklammer mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs» beispielsweise mit der Hilfe eines kleinen Schraubenziehers, entriegelt wird Daraufhin kann das elektrische Bauteil in einer einfachen Weise durch Umkehren der Vorrichtung oder durch Anheben des Bauteils mit einer kleinen Klinge oder dergL aus der Vorrichtung entfernt werden.
Beispielsweise kann daraufhin ein anderes elektrisches Bauteil in die Vorrichtung eingesetzt werden, woraufhin die Halteklammer wieder an der Vorrichtung verriegelt wird
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine geringe Größe auf. Dadurch ist eine hohe Verpackungsdichte erreichbar.
Ein anderer Vorteil besieht darin, daß in die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Bauteil leicht und einfach eingesetzt werden kann. Außerdem können Bauteile vorteilhafterweise leicht und einfach ausgewechselt werden.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung über weite Temperaturbereiche, bei Feuchtigkeit, bei sich ändernden Erschütterungsbedingungen und Stoßen, sowie bei Salznebel und anderen Umweltbedingungen zuverlässig funktioniert
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 die Vorrichtung in einer Auseinandergezogenen Darstellung und ι ο
F i g. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung.
Wie insbesondere aus der F i g. 1 zu ersehen ist besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einer Befestigungseinrichtung 11, einem Positionierungsrahmen 20, einer leitenden Elastomerfolie 30 und einer Halteklammer 32.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Befestigungseinrichtung 11, die die Form eines Rahmens aufweist aus einer dünnen, flachen Platte, ausgestanzt und zu der in der F i g. 1 gezeigten Form gebogen. Vorzugsweise besteht die flache Platte, aus der die Befestigungseinrichtung 11 hergestellt wird, aus Messing, Federslahl oder einem anderen federnden MetalL An jeder der vier Ecken der Befestigungseinrichtung 11 sind Schenkel 12 mit Schultern 13 ausgebildet, die auf der Oberfläche der Leiterplatten ruhen, ohne mit den Leiterbahnen 41 der Leiterplatte 40 in Berührung zu gelangen, wenn die Schenkel 12 in die Bohrungen 42 der Leiterplatte 40 eingesetzt und in diesen Bohrungen verlötet sind. Die Befestigungseinrichtung 11 weist außerdem Leisten 14 auf, die als Stutze für den Positionierungsrahmen 20 dienen. Die Seiten 15 der Befestigungseinrichtung 11 dienen ebenfalls als Stützen für den Positionierungsrahmen 20.
Der Positionierungsrahmen 20 besteht aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie Polycarbonat, Polypropylen oder einem ähnlichen Material. Der Positionierungsrahmen 20 weist entlang seines gegenüberliegenden Seitenpaares 21,21 quadratische Vorsprünge 22 auf, die auf den Seiten 15 der Befestigungseinrichtung 11 ruhen und als Anschlag dienen, wenn der Positionierungsrahmen 20 in die Befestigungseinrichtung 11 eingesetzt und eingepaßt wird. Das .Seitenpaar 23, 23 weist jeweils rechteckige Vorsprünge 24 auf, die auf den Leisten 14 der Befestigungseinrichtung 11 ruhen, wenn die Vorrichtung zusammengebaut ist Jeder Vorsprung 24 weist einen abgeschrägten Bereich 25 auf, der als Rampe für die Halteklammer 32 dient Die abgeschrägten Bereiche 25 sind jeweils innen an den Enden jedes Vorsprungs 24 angeordnet und dadurch gebildet, daß von dem Vorsprung ein dreieckiges Segment mit zwei Winkeln von 45° entfernt wird. Wie dies am besten aus der F i g. t zu ersehen ist nimmt jeder Vorsprung 24 ungefähr ein Drittel der Entfernung zwischen den äußeren Enden der Seite 23 ein. Die am weitesten nach innen ragende Kante jedes Vorsprungs 24 grenzt an die innen gelegene Kante der Leiste 14 an, so daß ein in der Mitte gelegenes Drittel eine Nut 26 bildet In der Mitte jeder der Seiten 21,21 und 23,23 ist an den Innenseiten des Positionierungsrahinens ein Zentrierungsvorsprung 27 vorgesehen, der zum Zentrieren des elektrischen Bauteils 31 im Positionierungsrahmen 20 dient Die Zentrierungsvorsprünge 27 sind zu ihrem Oberteil hin leicht geneigt und der Bodenteil der Zentrierungsvorsprünge verläuft vertikal, um das Bauteil 31 dicht aufzunehmen.
Eine homogene funktionell leitende Elastomerfolie 30 ist am Boden des Positionierungsrahmens 20 mittels eines nichtleitenden Klebemittels, wie z. B. mittels eines Silikonklebers, angeklebt und folglich zwischen dem elektrischen Bauteil 31 und der Leiterplatte 40 angeordnet
Bei der beschriebenen Vorrichtung werden anstelle einzelner leitender Elemente zur Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten die Eigenschaften einer funktionell homogen leitenden Elastomerfolie ausgenützt, die es ermöglichen, daß beim Zusammendrücken viele voneinander getrennte, elektrischleitende Pfade pro Flächeneinheit gebildet werden können. Im unbelasteten Zustand ist die Elastomerfolie dagegen im wesentlichen nichtleitend. Ein anisotropes leitendes Elastomermaterial, das sich zur Verwendung im Zusammenhang mit der beschriebenen Vorrichtung als besonders geeignet erwiesen hat, besteht aus einem nichtleitenden polymeren Bindemittel, in dem wahllos dispergierte Metaüteilchen vorhanden sind. Die Dicke der verwendeten Folie liegt dabei vorzugsweise in der Größenordnung von 0,127 mm bis 0JS2 mm. Vorzugsweise enthalten geeignet leitende Elastomerfolien etwa zwischen 23 bis etwa 5 Vol.-°/o kugelförmige Metallteilchen, die vorzugsweise aus Nickel bestehen, einen Durchmesser von 0,15 bis 0,23 mm aufweisen und in einem Silikonpolymer dispergiert sind. Jeder Leiterpfad weist einen Durchgangswiderstand von ungefähr 1 Ohm und in bezug auf die anderen Leiterpfade einen minimalen Isolationswiderstand von 109Ohm auf. Nachdem die zu verbindenden Bauteile ausgerichtet und durch die beschriebene Vorrichtung festgehalten werden, werden augenblicklich zwischen den gegenüberliegenden Kontaktflächen und Leiterbahnen Leiterpfade ausgebildet.
Die Halteklammer 32 weist die Form eines zweiteiligen Gebildes mit einem Deckel 33 auf, der aus nichtrostendem Stahl besteht und in der Befestigungseinrichtung 11 einrastet. Außerdem weist die Halteklammer 32 ein zusammenpreßbares, nichtleitendes elastomeres Druckpolster 38 auf. Der Deckel 33 wird typischerweise aus einem Lagerblech ausgestanzt und so gebogen, daß er die in der F i g. 1 gezeigte Form aufweist. Die Ecken des Deckels 33 sind, wie dies ebenfalls aus der F i g. 1 ersichtlich ist entfernt so daß die Seiten 34 verkürzt sind, um die Enden der Vorsprünge 24 an den Seiten 23 freizugeben. Die Seiten 34 weisen gedrehte Kanten 35 auf, um ein Bewegen entlang des Bereiches 25 zu erleichtern und um an dem Boden der Leisten 14 zur Verriegelung der Vorrichtung 10 anzugreifen. Der Deckel 33 weist ein Paar zentrische Nuten 36 auf, die in der Nähe der Seiten 34 angeordnet sind und entlang dieser Seiten verlaufen. Die Nuten 36 sind zu den Nuten 26 des Positionierungsrahmens 20 ausgerichtet, wenn die Vorrichtung 10 zusammengebaut und verriegelt ist Das Entriegeln der Vorrichtung 10 wird dadurch ermöglicht, daß ein kleiner Schraubenzieher oder dergleichen in die Nut 36 eingeführt wird und daß mit dem Schraubenzieher gegen die Seite 34 ein Druck ausgeübt wird. Bei diesem Vorging gibt die Kante 35 die Leisten 14 frei und die Halteklammer 32 kann entfernt werden.
Der Deckel 33 weist außerdem eine querverlaufende Nut 37 auf, die sich zwischen den Nuten 36 erstreckt In diese Nut 37 ist zur Befestigung des Druckpolsters 38 an dem Deckel 33 eine dreieckige Verriegelungsleiste 39 des Druckpolsters 38 kraftmäßig eingepaßt Eine derartige Befestigung des Druckpolsters 38 am Deckel dient nicht nur zur Ausrichtung und Anordnung des Druckpolsters. Auf diese Weise wird auch ein Kanten
des leiterlosen Bauteils 31 in der Vorrichtung 10 verhindert.
Damit das Druckpolster 38 einen gleichmäßigen Druck auf das Bauteil 31 ausübt, eine Beschädigung der Schaltung vermieden wird und der erforderliche Widerstand gegen Erschütterungen und Stöße erzeugt wird, sollte es einen Shore-Α Härtewert von etwa 40 bis 50 aufweisen. Weichere Verbindungen neigen beim Zusammendrücken zum Verschieben. Härtere Verbindungen machen engere Abmessungstoleranzen erforderlich, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden. Ein anderes Kriterium ist, daß das Druckpolster 38 auf etwa 8 bis 10% seiner Dicke zusammengepreßt sein sollte, wenn die Vorrichtung 10 zusammengebaut ist. Schließlich sollte das Druckpolster 38 flächenmäßig groß genug sein, um die gesamte obere Fläche des leiterlosen Bauteils 31 zu überdecken, so daß ein gleichmäßiger Druck auf die gesamte Oberfläche des Bauteils ausgeübt wird.
Es hat sich bei verschiedenen Prototypen von Vorrichtungen 10 herausgestellt, daß Kontakte entlang einer Kante des Bauteils kurzgeschlossen waren und daß entlang der gegenüberliegenden Kante nichtgeschlossene Kontakte auftraten. Dies wurde auf ein leichtes Kanten des Bauteils 31 zurückgeführt. Da bekannt ist, daß der Kontaktdruck entlang jeder einzelnen Kante umgekehrt proportional zur Größe der Berührungsfläche ist, hat bereits ein kleiner Einstellfehler eine große Druckdifferenz zwischen den entgegengesetzten Kanten zur Folge. Es wird daher die Kante, an der der höhere Druck auftritt, die Elastomerfolie soweit zusammendrücken, daß sie kurzgeschlossen wird. An der Kante, an der der geringere Druck auftritt, bewirkt die verhältnismäßig geringfügig zusammengepreßte Elastomerfolie nur einen geringen Kontakt oder überhaupt keinen Kontakt.
Bei der beschriebenen Vorrichtung 10 ist zur Lösung dieses Problems durch Ätzen in der Mitte des ursprünglichen Musters der Leiterbahnen 41 eine zusätzliche Auflagefläche 43 hergestellt. Durch diese -40 verhältnismäßig einfache Maßnahme wird die Empfindlichkeit der Vorrichtung 10 in bezug auf die Stellung bzw. Lage des Bauteils 31 in dem Positionierungsrahmen 20 beträchtlich vermindert Bei der Vorrichtung 10 wird das Bauteil 31 mit der Leiterplatte 40 elektrisch dadurch verbunden, daß das Bauteil 31 fest gegen die Leiterplatte 40 gedrückt wird. Die elektrische Verbindung zwischen den nicht dargestellten leitenden Kontaktflächen des Bauteils 31 und den Leiterbahnen 41 der Leiterplatte 40 wird durch die dünne Elastomerfolie 30 bewirkt, die zwischen den Kontaktflächen und den Leiterbahnen druckverforml wird. Eine ausreichende elektrische Verbindung wird folglich durch die auftretenden Druckkräfte bewirkt. Der auf das Bauteil 31 ausgeübte Anfangsdruck wird erzeugt, wenn die Halteklammer 32 an den Positionierungsrahmen 20 einschnappt und an den Posilionierungsrahmen 20 durch das zusammengedrückte Druckpolster 38 gehalten wird, das innerhalb der Vorrichtung 10 enthalten ist. Falls aus irgendeinem Grunde die von dem Druckpolster ausgeübten Kräfte wesentlich verringert werden, neigen die Kontaktwiderslände dazu sich zu vergrößern, bis ein offener Zustand eintritt. Beispielsweise können die Druckkräfte durch Kaltfluß oder durch eine bleibende Druckverformung des elastomeren Druckpolsters 38 verringert werden. In einem solchen Zustand übt das Druckpolster 38 schließlich keinen Druck mehr auf die Oberfläche des Bauteils 31 aus. Ein Kaltfluß oder eine bleibende Druckverformung des Elastomermaterials des Druckpolsters kann durch die Verwendung von stärker vernetzten Elastomeren verhindert werden.
Ein weiterer Grund für eine Druckverminderung kann darin gesehen werden, daß die Schenkel 12 der Befestigungseinrichtung 11 buchstäblich aus dem Lötmittel »herauskriechen«. Durch einen derartigen Vorgang wird der Kontaktdruck dadurch verringert, daß das Druckpolster 38 weniger stark zusammengepreßt wird. Es hat sich herausgestellt, daß ein »Kriechen« der Schenkel durch die Ausbildung eines einfachen mechanischen Hakens vermieden werden kann, der an den Schenkeln 12 der Befestigungseinrichtung 11 angeordnet ist, wie dies aus der F i g. 2 zu ersehen ist. Dieser Haken wird beim Zusammenbauen der Befestigungseinrichtung 11 und der Leiterplatte 40 überlötet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum getrennten elektrischen Verbinden von in einem engen Abstand zueinander befindlichen Leiterbahnen einer Leiterplatte mit Kontaktflächen eines elektrischen Bauteils, wobei zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Leiterbahnen der Leiterplatte und den Kontaktflächen des elektrischen Bauteils eine durch Druck leitend werdende Elastomerfolie vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an der Leiterplatte (40) befestigte metallische Befestigungseinrichtung (11) vorgesehen ist, daß ein isolierender Positionierungsrahmen (20) mit dem darin eingesetzten elektrischen Bauteil (31) in die Befestigungseinrichtung (11) eingepaßt ist, daß sich auf der Leiterplatte (40) mittig eine von den Leiterbahnen (41) elektrisch isolierte Auflagefläche (43) befindet, von der aus die Leiterbahnen (41) strahlenförmig nach außen verlaufen, daß sich das elektrische Bauteil (31) und die darunter befindliche Elastomerfolie (30) auf dieser Auflagefläche (43) abstützen und über die Enden der Leiterbahnen (41) reichen, daß eine Halteklammer (32) mit einem elastischen, metallischen Deckel (33) und einem zusamrp.cndrückbaren, nichtleitenden Druckpolster (38) vorgesehen ist, wobei das Druckpolster (38) die ihm zugewandte gesamte Oberfläche des elektrischen Bauteils (31) derart bedeckt, daß bei der Verriegelung der Halteklammer (32) an der Befestigungseinrichtung (11) ein gleichmäßiger Druck auf die dem Druckpolster (38) zugewandte Oberfläche des elektrischen Bauteils (31) und auf die darunterliegende Elastomerfolie (30) ausgeübt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerfolie (30) aus in einem nichtleitenden polymeren Bindemittel wahllos dispergierten Metallteilchen besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Silikonpolymer als Bindemittel etwa 2$ bis 5 Volumenprozent kugelförmige Nickelteilchen mit einem Durchmesser von etwa 0,15 bis 0,23 mm dispergiert enthalten sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckpolster (38) an dem Deckel (33) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckpolster (38) ein Elastomer mit einem Shore-Α Härtewert von etwa 40 bis 50 vorgesehen ist, der bei verriegelter Halteklammer auf etwa 8 bis 10 Prozent seiner Dicke zusammengepreßt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (11) mechanisch an der Leiterplatte (40) angebracht ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innenseiten des PöSitionicrurigsrahrnens Zentrierungsvorsprünge (27) vorgesehen sind, deren untere Bereiche senkrecht verlaufen und das elektrische Bauteil (31) dicht aufnehmen und deren obere Bereiche schräg nach außen verlaufen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten des Positionierungsrahmens (20) Vorsprünge (22) vorgesehen sind, die nach dem Aufbringen der Halteklammer (32) an Bereichen der Befestigungseinrichtung (11) anliegen.
DE2731050A 1976-07-07 1977-07-06 Vorrichtung zum getrennten elektrischen Verbinden von Leiterbahnen einer Leiterplatte mit Kontaktflächen eines elektrischen Bauteils Expired DE2731050C2 (de)

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