DE2933812C2 - Anordnung zum elektrischen Verbinden von Schaltungsplatten mit elektrischen Einrichtungen unter Verwendung eines Folienkabels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung von elektrischen Einrichtungen auf Leiterplatten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektrische Geräte werden vielfach mit Leiterplattenanordnungen aufgebaut. Dabei handelt es sich um kupferkaschierte Kunststoffplatten, die auf einer Seite mit den Bauelementen bestückt sind und auf deren anderer Seite aus der Kupfericaschierung die Verdrahtung für die einzelnen Bauelemente herausgeätzt ist. Die Anschlüsse der einzelnen Bauelemente werden durch Bohrungen in der Kunststoffplatte geschoben. Durch automatische Tauch- oder Schwallötung werden die Anschlüsse der Bauelemente mit den Leiterbahnen verbunden. Über Steckverbinder, die aus Messer- und Stekkerleisten bestehen, werden die Leiterplatten in einem Gehäuse miteinander und mit anderen elektrischen Einrichtungen und Baustufen elektrisch verbunden. Häufig sollen die Anschlüsse einer Leiterplatte mit selbständigen, für sich abgeschlossenen elektrischen Einrichtungen verbunden werden. Bei derartigen Einrichtungen handelt es sich um Meß- oder Anzeigeeinriclilungen. Tastaluren, Speicheranordnungen oder Mikroprozessoren. Diese bekannten Einrichtungen weisen eine Viel-

h5 zahl von Kontakten auf, wobei über hundert Kontakte nicht selten sind. Dabei ist es nicht zweckmäßig, die einen großen Platzbcdarf benötigenden Einrichtungen mit der [.eiterplatte durch Verlöten fest zu verbinden,

da diese Einrichtungen leicht auswechselbar sein sollen oder wegen ihrer hohen Störanfälligkeit gegenüber Wärme, mechanischen oder elektrischen Störungen erst nachträglich in die fertig bestückte Leiterplatte oder das fertig erstellte und abgeglichene Gerät eingesetzt werden sollen. Dies gilt insbesondere für Mikroprozessoren oder Speicheranordnungen, in die erst nachträglich Informationen eingelesen werden.

Es ist bereits bekannt, diese Einrichtungen mit Steckverbindern, die aus Messer- und Steckerleisten bestehen, auf einer Leiterplatte anzuordnen. Wenn jedoch die bekannten Einrichtungen eine Vielzahl von Kontakten aufweisen, werden die Steckverbindungen räumlich unzulässig groß oder können auf der Leiterplatte überhaupt nicht mehr angeordnet und befestigt werden. Außerdem treten an den Messer- und Steckerleisten Ermüdungen auf, so daß die Kontaktgabe verschlechtert wird. Häufig treten auch beim automatischen Bestükkungs- und Tauchvorgang Verschmutzungen an den Kontakten der Verbindungselemente auf. Die verschlechterte Kontaktgabe macht sich besonders nachteilig bei Einrichtungen bemerkbar, die mit besonders kleiner elektrischer Leistung betrieben werden, so daß sehr kleine Ströme über die Kontakte fließen, wie dies beispielsweise bei Anzeigeeinrichtungen mit Flüssigkristallen der Fall ist

Aus der DE-OS 27 43 648 ist eine Anordnung zum elektrischen Verbinden von Schaltungsplatten und einer elektrischen Einrichtung bekannt, bei der ein Folienkabel verwendet wird, das beidseitig mit Leiterbahnen versehen sein kann. Das Folienkabel ist gabelförmig ausgebildet und beim Einbau werden die seitlichen Schenkel zur Mitte hin gefaltet. Der mittlere Schenkel ist am Ende um 180° umgeklappt, um eine Verbindung mit der elektrischen Einrichtung zu ermöglichen.

Die US-PS 33 35 327 offenbart einen Positionierrahmen, mit dessen Hilfe integrierte Schaltkreise in eine Halterung und gegen Kontaktbänke gedrückt werden. Zwischenverbinder sind jedoch bei dieser bekannten Anordnung nicht vorgesehen. Aus der US-PS 41 18 092 sind Zwischenverbinder bekannt, die aus einzelnen Kontaktschienten bestehen, die an einer Isolierschicht befestigt sind. Die Zwischenräume zwischen den Kontaktschichten sind nicht mit einer Isolierschicht ausgefüllt, wenn man davon absieht, daß auch Luft einen Isolator darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders einfache Möglichkeit zur kontaktsicheren Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Einrichtungen auf Leiterplatten aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die neue Anordnung ist einfach herstellbar und ermöglicht eine platzsparende, servicefreundliche, wirtschaftliche und kontaktsichere Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Einrichtungen auf Leiterplatten. Elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise eine Displayanzeige mit Flüssigkristallen, können einfach und schnell auf die fertig bestückte Platte mit dem erforderlichen Kontaktdruck eingesetzt werden. Messerund Steckerleisten sind nicht erforderlich. Besonders vorteilhaft ist die platzsparende Anbringung, wobei durch die zusätzlich zwischen die Leiterplatten eingefügte Polyamidfoiie auch Einrichtungen mit sehr großer Anzahl von Kontakten, beispielsweise 200 bis 400 Kontakten, kontaktiert werden können. Die elastischen Zwischenverbinder ermöglichen es, daß die Kontakte in sehr kleinem Abstand nebeneinander angeordnet werden können. Mit einem eigenen Positionierrahmen werden die Zwischenverbinder und die zu befestigenden Einrichtungen in einer bestimmten Lage zu den Leiterbahnen auf der Folie fixiert. Die Zwischenverbinder sind durch eine besonders vorteilhafte Anordnung der Kontakt- und Isolierschichten so ausgebildet, daß nach der Positionierung gewährleistet ist, daß die jeweils miteinander zu verbindenden Kontakte der elektrischen Einrichtung mit den Kontakten der Leiterfolie auch tatsächlich elektrisch verbunden sind Eine sichere und niederohmige Kontaktgabe ist bei leistungsannen elektrischen Einrichtungen gewährleistet Die neue Anordnung benötigt einen geringen Raumbedarf für die Befestigung und Kontaktierung der elektrischen Einrichtungen, so daß die Bestückung der Leiterplatten mit Bauelementen erhöht werden kann. Es ist auch eine beidseitige Bestückung der beiden Leiterplatten möglich.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispiels erläutert Es zeigt

F i g. 1 im Schrägriß den Aufbau der Leiterplatten und die Kontaktierung,

Fig.2 im Schrägriß den Aufbau einer Display-Befestigung und die Kontaktierung auf einer Leiterplatte,

F i g. 3 und 4 im Schnitt einen Zwischenverbinder mit den anliegenden Kontakten mit unterschiedlichen Breiten der Kontakt- und Isolierschichten.

In den Figuren ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Befestigung einer Anzeigeeinrichtung auf Leiterplatten dargestellt. Bei der Anzeigeeinrichtung handelt es sich um eine leistungsarme Display-Anzeige nach dem Prinzip der Flüssigkristalle zur Textanzeige. Das Fiüssigkristalldisplay wird dabei spannungsfrei und servicefreundlich montiert und weist 167 Kontakte für die Steuerkriterien auf. Bei der Ansteuerung werden jeweils die für die Abbildung eines bestimmten Buchstaben oder einer Ziffer erforderlichen Segmente durch Anlegen der Steuerkriterien zum Aufleuchten gebracht.

Die F i g. 1 zeigt im Prinzip den Aufbau der Leiterplatten und die Bildung der Kontaktbänke. Die Anordnung besteht aus den beiden Leiterplatten 1 und 2 mit ihren kupferkaschierten Oberflächen, auf denen die Verdrahtung herausgeätzt ist. Zwischen die beiden Leiterplatten 1 und 2 ist eine doppelseitig kupferkaschierte, mit. Leiterbahnen versehene Folie 3 einlaminiert, die an einem Ende der Leiterplatten herausragt. Die Leiterfolie ist aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid. Die Leiterfolie 3 wird am herausragenden Ende um den Radius Rum 180° umgeklappt.

Durch die dabei entstehende Schlaufe 5 werden die auf der Unterseite der Folie liegenden Leiterbahnen 9 nach oben geklappt, so daß diese mit ihren Enden die Kontaktbank 8 bilden. Die Enden der unten liegenden Leiterbahnen liegen jetzt in einer Ebene mit den oben liegenden Leiterbahnen 7, die die Kontaktbank 6 bilden. Über das herausragende Ende der Leiterfolie 3 ist auf beiden Seiten jeweils eine Isolierfolie 4 aufgebracht, so daß ungewollte Kontaktbeschädigungen oder Kurz-Schlüsse vermieden werden. Die Isolierfolien 4 sind lediglich an den für die Kontaktgabe vorgesehenen Stellen, nämlich den Kontaktbänken 6 und 8, unterbrochen und die Leiterbahnen zu Kontakten mit verbesserter Kontaktgabe durch Zinn-, Silber- oder Goldauflage aus-

b5 gebildet. Über die Kontaktbänke 6 und 8 werden die Steuerkriterien von den Schaltungspunkten der verdrahteten Leiterplatte herausgeführt. Die Bauteile oder integrierten Schaltkreise 11 werden mit ihren Anschlüs-

sen 10 in die in den Leiterplatten vorgesehenen Bohrungen 12 eingesteckt. Beim automatischen Lötvorgang wird die Bohrung 12 mit Lot ausgefüllt, so daß einerseits Lötverbindungen zwischen den Anschlüssen der Bauelemente und den Leiterplatten 1 und 2 und andererseits zwischen den Anschlüssen und den festgelegten Leiterbahnen auf der Leiterfolie 3 gebildet werden.

Die F i g. 2 zeigt die Befestigung und Kontaktierung einer Flüssigkristall-Display-Anzeige. Die Anordnung besteht aus den Leiterplatten 1 und 2, zwischen denen die Leiterfolie 3 einlaminiert ist. Das herausragende Ende der Folie 3 ist um die halbkreisförmige Rundung 16 eines Trägerkörpers 15 geführt. Der Trägerkörper 15 ist auf der Leiterplatte 1 befestigt und dient als Auflagefläche für das herausragende Ende der Leiterfoüe 3, der Display-Anzeige 18 und des Positionierrahmens 23. Der Trägerkörper ist entweder an der halbkreisförmigen Rundung 16 oder an den Seiten mit der Leiterplatte 1 fest oder schraubbar verbunden. Unterhalb des Trägerkörpers 15 verbleibt ein ausreichender Raum für die Bestückung mit weiteren Bauelementen oder integrierten Schaltkreisen, so daß die Bestückung auf der Oberfläche der Leiterplatte 1 erhöht werden kann. Der Trägerkörper 15 weist an seinem hinteren Teil eine Nut 17 auf, in der die Schlaufe 5, die beim Umklappen der Enden der Leiterfolie um 180° entsteht, eingelegt ist. Die zur Kontaktbank 8 ausgebildeten Enden der auf der Unterseite der Folie verlaufenden Leiterbahnen 9 befinden sich in einer Ebene mit den Kontakten der Kontaktbank 6. die aus den Leiterbahnen 7 gebildet ist. Der Trägerkörper 15 bietet eine ebene Auflagefläche für die Kontaktbänke.

Auf den Kontaktbänken der Folie 3 sind quer zu den Leiterbahnen 7 und 9 die Zwischenverbinder 13 und 14 aufgelegt. Die Zwischenverbinder sind stäbchenförmig aus elastischem Material, beispielsweise aus Gummi oder Kunststoff, gebildet und bestehen abwechselnd aus einer Kontaktschicht G und einer Isolierschicht J. Dabei wechseln sich lamellenartig Kontaktschicht und Isolierschicht ab. Vorteilhaft wird die Kontaktschicht lamellenartig auf den Gummi- oder Kunststoffkörper aufgespritzt oder aufgedampft oder aus Scheiben zusammengesetzt. Auf der Oberseite der Zwischenverbinder 13 und 14 ist die Display-Anzeige 18 mit den Kontaktbänken 19 aufgelegt. Die Display-Anzeige 18 ist als rechteckförmiges Glasplättchen mit eingegossenen Flüssigkristallelementen 20 ausgebildet Jedes der Segmente 21 ist über eine Steuerleitung 22 mit einem Kontakt der Kontaktbank 19 verbunden. Bei den Zwischenverbindern 13 und 14 ist die Breite g der Kontaktschicht G und die Breite j der isolierschicht / se gewählt, daß die Kontakte L auf der Leiterfclie mit den jeweils zugeordneten Kontakten D der Display-Anzeige elektrisch verbunden sind. Die genaue Festlegung der Kontakt- und Isolierschichten wird nachfolgend anhand der Fig.3 und 4 erläutert Die Display-Anzeige 18 liegt lediglich mit den Kontaktbänken 19 schwimmend auf den Zwischenverbindern 13 und 14 auf. Die genaue Zuordnung der jeweils zusammengehörigen Kontakte erfolgt mit Hilfe des Positionierrahmens 23. Der Positionierrahmen, der in der F i g. 2 aufgeschnitten dargestellt ist, ist als rechteckförmiger Rahmen ausgebildet der an der Unterseite Lagestifte 24 aufweist, die in Ausnehmungen in der Leiterfolie 3 und dem Trägerkörper 15 eingreifen. Dabei ist es zweckmäßig, mehrere Lagestifte an der Auflagefläche des Rahmens vorzusehen. In den Positionierrahmen werden an den beiden Stirnseiten die Zwischenverbinder 13 und 14 und darauf die Display-Anzeige 18 eingelegt. Der Positionierrahmen hat innen seitliche Anlageflächen 25 und 26, an denen die Zwischenverbinder 13, 14 und das Display 18 in Pfeilrichtung angedrückt sind. Das Andrücken an die Anlageflächen wird über Gummipfropfen erreicht, die in den kreisförmigen Segmenten 27 und 28 in den Ecken der den Anlageflächen 25 und 26 gegenüberliegenden Seite eingedrückt werden. Dadurch erfolgt auch bei mechanischen Erschütterungen der Leiterplatten keine Verschiebung des Display

ίο oder der Zwischenverbinder. Der Positionierrahmen 23 wird mit Schrauben 29 am Trägerkörper 15 befestigt, so daß eine Fixierung der Zuordnung zwischen den Kontakten der Leiterfolie und des Display erfolgt.
Über die Stirnseiten des Positionierrahmens 23 sind iJ-förmige Federklammern 30 und 32 geschoben, die aus Blech oder Kunststoff bestehen. Die oberen Schenkel der Federklammern 30 und 32 weisen vorne eine die U-förmige Öffnung verengende Auflagefläche 31 und 33 auf. Diese Auflageflächen 31 und 33 sind so gewählt, daß nach dem Aufschieben der Federklammern die Auflageflächen 31 und 33 am Display 18 aufliegen und die U-förmige Öffnung leicht trapezförmig erweitert wird. Beim Eindrehen der Schrauben 29 wird der Druck der Auflageflächen gegen das Display 18 vergrößert, so daß eine Einspannung des Display mit dem erforderlichen Kontaktdruck erfolgt. Durch die Größe der U-förmigen Öffnung der Federklammern an den Auflageflächen ist der Kontaktdruck festlegbar. Es ist vorteilhaft, das Display mit Hilfe von zwei an jeder der Stirnseiten des Positionierrahmens angebrachten Schrauben, die in den Trägerkörper 15 eingeschraubt werden, einzuspannen. Die Auswechslung des Display 18 erfolgt auf einfache Art und Weise durch Lösen der Befestigungsschrauben 29 und Zurückziehen der Federklammern 30 und 32 auf dem Positionierrahmen 23. Zum einfachen Aufschieben und Zurückziehen der Federklammern 30 und 32 beim Wechsel des Display 18 sind an den oberen Schenkeln der Federklammern im Bereich der Befestigungsschrauben 29 Langlöcher 34 ausgebildet Nach dem Einlegen eines neuen Display werden lediglich die Federklammern in die Ausgangsposition geschoben und die Schrauben 29 wieder festgezogen.

Zur Erhaltung eines besonders gleichmäßigen Kontaktdruckes, der auch nach längerer Betriebsdauer sich nicht wesentlich verringert, ist es vorteilhaft, unterhalb der Kontaktbänke der Leiterfolie 3 in Nuten 35 und 36 im Trägerkörper 15 Metallschienen 37 und 38 einzulegen. Durch die feste Auflage wird ein gleichmäßiger, sicherer Kontaktdruck erreicht

Anhand der Fig.3 und 4 wird die Anordnung der Folienkontakte, der Dispiaykontakte und der leitenden und nichtleitenden Schichten eines Zwischenverbinders erläutert Die F i g. 3 zeigt die Kontaktbank der Leiterfolie mit den Folienkontakten L, die eine Kontaktbreite / aufweisen. Die Kontakte D des Display haben eine Breite von der Größe d Der elektrische Zwischenverbinder 13 besteht aus der leitenden Kontaktschicht G mit der Breite g und der Isolierschicht / mit der Breite j. Die F i g. 3 zeigt daß die Breite /des Folienkontaktes L grö-

ßer sein muß als die Breite j der Isolierschicht / des Zwischenverbinders, weil ansonsten die Gefahr besteht daß zwischen einem Displaykontakt D und einem Folienkontakt L keine elektrisch leitende Verbindung zustande kommt

Die F i g. 4 zeigt eine weitere Bedingung für die Kontaktierung und den Aufbau der Kontakte. Bei der Kontaktbildung ist darauf zu achten, daß ein Kurzschluß zwischen zwei Kontakten einer Ebene vermieden wird.

Aus der F i g. 4 ist erkennbar, daß die Breite /des Folienkontaktes L kleiner sein muß als die Differenz zwischen der Displaykontaktteilung Tund der Summe der möglichen Verschiebung ν und der Kontaktbreite g der Kontaktschicht G des Zwischenverbinders. Dabei ist ν die Verschiebung zwischen Displaykontakt D und Folienkontakt/
Bei der Einhaltung dieser beiden Bedingungen

l>j (1)

KT-(V₊g) (2)

13

wird eine einwandfreie Kontaktierung erreicht. Die Zwischenverbinder werden lediglich an den Stirnseiten des Positionierrahmens 23 angelegt, ohne daß eine weitere Kontrolle der richtigen Kontaktzuordnung und der einwandfreien Kontaktgabe erforderlich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

25

30

40

45

50

55

60

65

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum elektrischen Verbinden von Schaltungsplatten mit elektrischen Einrichtungen unter Verwendung eines Folienkabels, das aus einer Folie mit beidseitig angeordneten Leiterbahnen und jeweils einer zusätzlichen Isolierschicht gebildet wird, das an einem Ende mit den Schaltungsplatten verbunden ist und am anderen Ende um 180° umgeklappt ist und mit der elektrischen Einrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Folienkabels zwischen zwei Schaltungsplatten (1,2) einlaminiert ist, daß die Leiterbahnen (7) mit Kupferkaschierungen der Schaltungsplatten (1, 2) verbunden sind, daß an dem umgeklappten Ende und an einer weiteren Stelle des Fo-Henkabels auf den Leiterbahnen (7) Zwischenverbinder (13,14) angeordnet sind, die in an sich bekannter Weise abwechselnd aus einer Kontaktschicht (G) und einer Isolierschicht (J) bestehen, daß die elektrische Einrichtung (18) in einem Positionierrahmen (23) derart angeordnet ist, daß ihre Kontaktbänke (19) über die Kontaktschienen (G) der Zwischenverbinder (13, 14) mit den Leiterbahnen (7) elektrisch leitend verbunden sind, und daß federnde Befestigungselemente (30,32) vorgesehen sind, die die elektrische Einrichtung (18) gegen die Zwischenverbinder (13, 14) und die Leiterbahnen (7) des Folienkabels drücken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper (15,16) auf den Leiterplatten (1,2) angeordnet ist, um den der herausragende Teil der Folie (3) geführt ist, daß die durch das Umklappen der Folie entstehende Schleife (5) in einer Nut (17) im Trägerkörper (15) eingelegt ist und daß der Trägerkörper die Auflagefläche für die Folie (3), die Zwischenverbinder (13, !4), den Positionierrahmen (23) und die federnden Befestigungselemente (30, 32) bildet, wobei die Zwischenverbinder (13, 14) an den Innenflächen der Stirnseiten des Positionierrahmens anliegen und der Positionierrahmen über Schrauben (29) am Trägerkörper (15) befestigt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionierrahmen (23) an der Auflagefläche Führungsstifte (24) aufweist, die in Ausnehmungen in der Folie (3) eingreifen, daß an einer der seitlichen Innenflächen des Positionierrahmens (23) Anlageflächen (25, 26) für die Einrichtung (18) und die Enden der Zwischenverbinder (13, 14) ausgebildet sind und daß an der den Anlageflächen gegenüberliegenden Seite des Positionierrahmens in den Ecken kreisförmige Segmente (26, 27) ausgebildet sind, in die Gummipfropfen eindrückbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als federnde Befestigungselemente Federklammern (30,32) über die Stirnseiten des Positionierrahmens (23) geschoben sind, deren obere Schenkel vorne eine die U-förmige öffnung verengende Auflagefläche (31, 33) aufweisen, wobei die Auflageflächcn so ausgebildet sind, daß diese auf der Zi befestigenden Einrichtung (18) aufliegen und die U-förmige öffnung der Federklammern (30, 32) sich trapezförmig erweitert, und daß beim Festschrauben (29) des Positionierrahmens (23) die Federklammern (30, 32) mit dem erforderlichen Kontaktdruck auf die Konlaktbänke (19) der Einrichtung (18) und

die Zwischenverbinder (13,14) drücken.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das herausragende Ende der Folie (3) beidseitig mit einer Isolierschicht (4) überzogen ist, daß die Isolierschicht nur an den kontaktgebenden Stellen der Leiterbahnen (7,9) unterbrochen ist und daß die Leiterbahnen an den kontaktgebenden Stellen als Kontaktbänke (6,8) ausgebildet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Folie (3) im Bereich der Kontaktbänke (6, 8) quer zu den Leiterbahnen in Nuten (35,36) im Trägerkörper (15) Metallschienen (37,38) als Aulageflächen für die Kontaktbänke angeordnet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbinder (13, 14) stäbchenförmig ausgebildet sind, daß die Breite (J) der Isolierschicht (J) kleiner ist als die Breite (I) der Folienkontakte (L) und daß die Breite (I) der Folienkontakte /Z.^ kleiner ist als die Differenz der Kontaktteilung (T) der Einrichtung (18) und der Summe der möglichen Verschiebung (v) zwischen einem Folienkontakt (L) urd einem Kontakt (D) der Einrichtung und der Breite (g)aer leitenden Schicht (C) der Zwischenverbinder.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenverbinder (13,14) aus isolierendem Material aufgebaut ist und daß die leitenden Schichten (G) aus dem Isoliermaterial aufgebracht sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbinder aus Gummi gebildet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenverbinder (13,14) aus abwechselnd leitenden und nichtleitenden, aneinandergefügten Lamellen aufgebaut ist.