DE3030312A1

DE3030312A1 - Hochdichter, elektrischer verbinder

Info

Publication number: DE3030312A1
Application number: DE19803030312
Authority: DE
Inventors: Walter R. Brook Park Ohio Pryor
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1980-08-11
Publication date: 1981-03-26
Also published as: NL8004850A; GB2059187A; FR2464579A1; IT8049578A0; JPS5636874A

Description

PATENTANWÄLTE

-S- TISCHER · KERN & BREHM

AJb8rt-Ro^sshaupter-StrassejB5JD8000München 70 Telefon(089)7605520 Telex 05-^12284_patsd Teloflrammo KernpalontMünchen

GOULD INC. 11. August 19ΘΟ

Gould Center, GD-35

Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.

Hochdichter, elektrischer Verbinder

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft hochdichte, elektrische Verbinder. Als "hochdicht" werden solche Verbinder bezeichnet, die auf engem Raum eine Vielzahl einander nicht berührender Leiter bzw. Leiterbahnen aufweisen; vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Verbinder 39 und mehr Leiterbahnen pro cm (IOO Bahnen pro Zoll) auf. Diese dicht gepackten Leiter finden Anwendung in Registrierkassen, Computern, Thermodruckern und dgl., wo die Zuführungen von miniaturisierten Schaltungselementen mit anderen Elementen der Vorrichtung verbunden werden müssen. Wegen der sehr schmalen

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Abstände zwischen den Leitern wird nach einfachen Vorrichtungen und Zuordnungsverfahren gesucht, um die elektrischen Verbindungen zwischen den Leitern herzustellen. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einer sehr genauen Ausrichtung winziger, einander zugeordneter Leiter.

Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden, um derartige Leiter miteinander zu verbinden, die typischerweise lediglich eine Höhe von einigen 1/1OOO cm aufweisen, und darüberhinaus sehr dicht nebeneinander angeordnet sind, ohne jedoch einander zu berühren. Beispielsweise wird mit der US-Patentschrift 3 4-21 961 (Joyce) eine Sorte Verbinder beschrieben, der auf einem biegsamen Element eine Vielzahl eng nebeneinander angeordneter Leiter aufweist, welcher an die vorgesehene Stelle eines steifen Thermoprintkopfes geklebt wird, welche Stelle die entsprechende Anzahl von Leitern aufweist. Es sind besondere Hilfsmittel erforderlich, um die passende Ausrichtung und Zuordnung der Leiter zu gewährleisten.

Wit der US-Patentschrift 3 894 329 (Niemirovich) wird ein anderer hochdichter Verbinder beschrieben, zu dessen Herstellung ein komplexer Fertigungsprozess erforderlich ist. Schließlich offenbart die US-Patentschrift 4- 056 681 (Cook) ein Verfahren für die Selbstausrichtung integrierter Schaltungen; hier ist jedoch die Dichte des Verbinders relativ gering. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein sehr einfacher Aufbau für das Zusammenpassen von hochdichten, elektrischen

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Leitern angegeben. Es ist ein erstes Substrat und ein zweites Substrat vorgesehen, die jeweils mit einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten elektrischen Leitern versehen sind. An wenigstens einem dieser Substrate sind als Ausrichtungshilfsmittel dienende Elemente so angeordnet, daß sie zwischen die Leiter an dem anderen Substrat passen, wenn die beiden Substrate aneinandergepreßt werden. Hierbei ist eine einfache optische Ausrichtung und Überprüfung möglich, da die Ausrichtungselemente das gewünschte Zusammenpassen der Leiter gewährleisten.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 10 erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbinders, bei welchem die Ausrichtungselemente lediglich an einem Substrat angebracht sind, nämlich zwischen den Leitern, jedoch in axialer Richtung im Abstand zu den Leiterenden;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbinders, bei welchem die Ausrichtungselemente sich zumindest teilweise zwischen die Leiter erstrecken;

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Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbinders, bei dem die Ausrichtungselemente von den Leitern an beiden Substraten gebildet sind, wobei jedoch eine Gruppe von
Ausrichtungselementen mit den Leitern ausgerichteb ist, und die andere Gruppe von Ausrichtungselementen sich zwischen den Leitern befindet;

Fig. 4 und 5 in einer schematischen Seitenansicht die Maßnahmen zum Zusammenbau des Verbinders nach Fig. 1;

Fig. 6 in einer schematischen Seitenansicht den Zusammenbau des Verbinders nach Fig. 2;

Fig. 7 in einer schematischen Seitenansicht den Zusammenbau des Verbinders nach Fig. J;

Fig. 8 eine Darstellung des Schnittes längs der Linien 8-8 der Fig. 4,5 und 6;

Fig. 9 eine Darstellung des Schnittes längs der Linie 9-9 der Fig. 7; und

Fig.10 eine Darstellung des Schnittes längs der Linie 10-10 der Fig. 7.

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Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Elemente der Ausführungsformen gemäß den verschiedenen Figuren bezeichnen.

Die Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht die beiden wesentlichen Bestandteile des erfindungsgemäßen Verbinders. Es ist ein erstes, elektrisch isolierendes Substrat 10 vorgesehen, das typischerweise aus einer biegsamen Kunststoff-Folie bestehen kann, beispielsweise aus Polyäthylenterephthalat-Folien wie sie in der Fachwelt unter den Handelsnamen "Mylar" oder "Kapton" bekannt sind. Auf dem Substrat 10 befinden sich eine Vielzahl paralleler elektrischer Leiter oder Leiterbahnen 12, die dort mittels galvanischer Abscheidung, üblichen photolithographischen Maßnahmen, Siebdruckverfahren und dgl. aufgebracht worden sind. Die Leiter 12 haben sehr geringe Abmessungen und weisen solche Abstände zwischen benachbarten Leitern auf, daß auf einen cm 40 bis 80 Leiter (das sind 100 bis 200 Leiter pro Zoll) kommen. Sofern eine Anzahl von 40 Leitern pro cm vorgesehen ist, haben die Leiter 12 typischerweise eine Höhe von 0,0254 bis 0,0762 mm und eine Breite von angenähert 0,127 rom» wobei gleiche Abstände zwischen benachbarten Leitern vorgesehen sind.

Weiterhin ist ein zweites Substrat 14- vorgesehen, das aus dem gleichen Material wie das Substrat 10 bestehen kann.

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Vorzugsweise wird jedoch für das zweite Substrat 14 ein steifes Material gewählt, etwa Keramik, Porsterit oder mit Porzellanmasse überzogener Stahl. Auf dem zweiten Substrat 14 ist ebenfalls eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen Leitern 16 vorgesehen, die typischerweise mit den Leitern 10 auf dem anderen Substrat hinsichtlich Abmessungen und Materialauswahl identisch sind,obwohl für die Leiter auf den verschiedenen Substraten auch unterschiedliche Materialien vorgesehen werden können. Ferner befindet sich auf dem Substrat 14 eine Anzahl von als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elementen (interdigitating elements) oder Bahnen 18. Die Elemente 18 haben angenähert eine Länge von 6,25 mm und sind in axialer Richtung in einem Abstand von 1,27 his 2,54 mm zu den Enden der Leiter 16 angeordnet. Wie dargestellt, befinden sich die Elemente 18 gerade gegenüber den Zwischenräumen zwischen benachbarten Leitern 16. Die Elemente 18 bestehen aus keramischem Material oder einem anderen elektrisch isolierendem Material, das mittels Verfahren wie etwa Siebdruck, Abscheidung aus der Dampfphase oder dgl. auf dem Substrat 14 aufgebracht oder abgeschieden worden ist. Die Elemente 18 haben solche Abmessungen, daß sie reichlich eng anliegend zwischen die Leiter 12 passen, wenn der Verbinder zusammengebaut wird, wie das mit den Fig. 4,5 und 8 angedeutet ist. Die Elemente 18 besitzen eine Höhe zwischen 0,08 bis 0,1524 mm.

Wegen der Anwesenheit dieser als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elemente 18 können die Substrate 10 und 14 wäh-

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rend des Zusammenbaus optisch ausgerichtet werden; hierzu wird einfach das eine Substrat, vorzugsweise das biegsame, umgedreht und mit seiner Oberseite auf das andere Substrat gelegt, und die äußersten Leiter 12 und 16 optisch, d.h. durch einfache optische Überprüfung, ausgerichtet; danach wird längs der als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elemente 18 zusammengepreßt, um diese Elemente zwischen die Leiter 12 zu drücken und dadurch die Verbindung zwischen den Leitern zu sichern. Die für diesen Verbinder benutzte Kunststoff-Folie ist typischerweise durchsichtig, so daß eine "optische" Ausrichtung der Leiter 16 und 12 erleichtert wird. Wo eine zusätzliche Sicherung der zweckmäßigen Ausrichtung gewünscht wird, können zusätzlich ein kreisförmiger Fleck 20 und ein Kreis 22 an den Substraten 10 und 14 vorgesehen werden; in diesem Falle wird die Ausrichtung in der Weise vorgenommen, daß der Fleck 20 innerhalb des Kreises 22 angeordnet wird, was ebenfalls bei der Durchsicht durch die transparente Kunststoff-Folie überprüft werden kann.

Nachdem die beiden Elemente wie beschrieben von Hand zusammengebaut worden sind, werden sie vorzugsweise mechanisch aneinandergeklemmt, wie das schematisch bei 30 in Fig· 4-dargestellt ist. Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, können die Substrate 10 und 14 mit ihren Endabschnitten so zueinander ausgerichtet verbunden werden, wie das in Fig. dargestellt ist, oder so miteinander verbunden werden, daß ihre Endabschnitte in entgegengesetzte Eichtungen zeigen,

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wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Die Ausführungsform nach Fig. 5 erfordert eine etwas andere Klammer, welche schematisch "bei 52 angedeutet ist. Die Fig. 8 zeigt anhand einer Schnittdarstellung einen zusammengebauten, erfindungsgemäßen Verbinder; diese Darstellung läßt insbesondere erkennen, wie die Ausrichtungselemente 18 zwischen die Leiter 12 und 16 passen, und wie die Leiter 12 und in einen guten, elektrisch leitenden Kontakt miteinander gebracht werden. Für die meisten Anwendungen ist der einfache mechanische Berührungskontakt ausreichend; darüberhinaus

ist für Fachleute ersichtlich, daß die Leiter auch verzinnt, verlötet oder auf sonstige zweckmäßige Weisen in gutem Kontakt miteinander gehalten werden können.

Die Fig. 2 erläutert eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Ausrichtungselemente 24 vorgesehen sind, die sich von einem Punkt in axialer Richtung im Abstand zu den Leiterenden über die Leitenden hinaus bis in den Zwischenraum zwischen benachbarten Leitern 16 hinein erstrecken. Diese Ausführungsform wird in gleicher Weise zusammengebaut, wie die Ausführungsform gemäß den i'ig. 1,4 und 5 und gewährleistet den zusätzlichen Vorteil, daß nach dem Zusammenbau die elektrische Isolierung zwischen den Leitern 12 und 16 etwas besser ist. Der mit Fig. 2 dargestellte Verbinder kann in gleicher Weise zusammengebaut werden, wie das schematisch mit den Fig. 5 und 6 angedeutet ist.

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Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbinders, bei welcher die Ausrichtungselemente sowohl am Substrat 10 wie am Substrat 14 vorgesehen sind. Die Ausrichtungselemente 26 am Substrat 10 sind in axialer Richtung im Abstand zu den Enden der Leiter 12 angeordnet, in gleicher Weise wie die Elemente 18 der Ausführungsform nach Fig. 1; d.h., diese Ausrichtungselemente 26 befinden sich gerade gegenüber den offenen Zwischenräumen zwischen den Leitern 12. Auf der anderen Seite befinden sich die Ausrichtungselemente 28 ebenfalls in axialer Richtung im Abstand zu den Enden der Leiter 16, jedoch in genauer Verlängerung der Leiter 16. Bei dieser Ausführungsform können die als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elemente 26 und aus elektrisch isolierendem, keramischem Material bestehen, wie das auch für die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und der Fall ist; andererseits ist es jedoch für diese Ausführungsform vorzuziehen, daß auch die Ausrichtungselemente 26 und 28 aus dem gleichen Material wie die Leiter 12 und 16 bestehen, um dadurch den Fertigungsvorgang zu vereinfachen. Der mit Fig. 3 dargestellte Verbinder wird zusammengebaut und mittels einem geeigneten Mittel 30 zusammengeklemmt, wie das in Fig. 7 dargestellt ist, so daß die Elemente 26 und 28 ineinander greifen, wie das in Fig. 10 ' dargestellt ist, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Leitern 12 und 16 zu ergeben, wie das der Fig. entnommen werden kann. Da auch die als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elemente 26 und 28 aus dem gleichen Material bestehen wie die Leiter 12 und 16, können sowohl die

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Leiter wie die Ausrichtungselemente in einem einzigen Fertigungsschritt abgeschieden oder auf sonstige Weise auf den Substraten aufgebracht werden.

Die vorliegende Erfindung ist für alle solche Anwendungsfälle besonders geeignet, wo hochdichte elektrische Verbindungen erforderlich sind. Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Verbinder gut geeignet für Thermoprint^Geräte, bei denen eine große Anzahl kleiner Thermostifte bzw. -nadeln vorgesehen ist, um die alpha-numerischen oder analogen Zeichen auf einem wärmeempfindlichen Medium zu erzeugen. Bei dieser und ähnlichen Anwendungen muß eine sehr große Anzahl von sehr kleinen Leitern schnell und zuverlässig mit den Zuleitungen verbunden werden, die von anderen Schaltkreisen herführen, etwa von den Treiberschaltungen für den Thermoprinter. Darüberhinaus besitzt der erfindungsgemäße Verbinder den weiteren Vorteil, daß er leicht zusammengebaut und auseinandergebaut werden kann, wodurch Erneuerung, Austausch oder Reparatur von Bestandteilen im Verlauf der Benutzung der entsprechenden Ausrüstung erleichtert werden.

Die Erfindung ist anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert worden. Für Fachleute ist ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und/oder Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, wie er mit dem Gegenstand der Patentansprüche und deren Äquivalenten umrissen ist. Derartige Abänderungen und Modifizierungen fallen daher ebenfalls unter die Erfindung.

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Claims

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TISCHER · KERN & BREHM

Albert-Rosshaupter-Strasse 65 D 8000 München 70 ■ Telefon (089) 7605520 Telex 05-2122Θ4 patad Telegrarnmo Kernpalenl München

GOULD INC. 11. August 1980

Gold Center, GD-33

Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.

Hochdichter elektrischer Verbinder

Patentansprüche:

M. J Hochdichter elektrischer Verbinder
gekennzeichnet durch;

ein erstes, elektrisch isolierendes Substrat (10); eine erste Anzahl länglicher, im wesentlichen parallel zueinander angeordneter, an diesem ersten Substrat (10) befestigter, elektrischer Leiter (12);
ein zweites, elektrisch isolierendes Substrat (1A-); eine zweite Anzahl länglicher, im wesentlichen parallel zueinander angeordneter, an diesem zweiten Substrat (14) befestigter, elektrischer Leiter (16); und

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^Lεoεoε

an wenigstens einem dieser Substrate so angeordnete Ausrichtungshilfsmittel (18,24,26,28), daß sie in die Zwischenräume zwischen den Leitern an dem anderen Substrat passen, so daß beim Aneinanderpressen des ersten Substrates (10) an das zweite Substrat (14) ausgewählte Leiter (12) der ersten Anzahl in elektrischen Kontakt mit ausgewählten Leitern (16) der zweiten Anzahl kommen.
2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (10) eine biegsame Kunststoff-Folie ist;

das zweite Substrat (14) aus steifem Material besteht.
3. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

sowohl das erste Substrat (10) wie das zweite Substrat aus einer biegsamen Kunststoff-Folie besteht.
4» Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtungshilfsmittel aus einer Anzahl elektrisch isolierender Elemente (18,24,26,28) bedbehen, die so angeordnet sind, daß sie zwischen die Leiter (12,16) passen.

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5· Verbinder nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß

die isolierenden Elemente längliche, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Körper sind.
6. Verbinder nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß

die als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elemente an dem ersten Substrat (10) in axialer Richtung im Abstand zu d_r ersten Anzahl elektrischer Leiter (12) angeordnet sind.
7. Verbinder nach Anspruch 5»
dadurch gekennzeichnet, daß

die als Ausrichtungshilfsmittel dienenden Elemente an dem ersten Substrat (10) angeordnet sind, und sich in axialer Richtung über die Enden der elektrischen Leiter (12) der ersten Anzahl hinaus erstrecken.
8. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß

als Ausrichtungshilfsmittel eine Anzahl elektrisch leitender Elemente dient, welche am ersten Substrat (10) in axialer Ausrichtung mit der ersten Anzahl elektrischer Leiter (12), jedoch im Abstand zu diesen angeordnet sind; und eine vierte Anzahl elektrisch leitender Elemente am zweiten Substrat (14) zwischen der zweiten Anzahl von Leitern (16) jedoch in axialer Richtung im Abstand zu diesen angeordnet

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9. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die elektrischen Leiter (12) der ersten Anzahl und die Leiter (16) der zweiten Anzahl aus auf dem Jeweiligen Substrat aufgebrachten Metallbahnen bestehen; diese Metallbahnen eine Höhe bis zu 0,0762 mm aufweisen; die Ausrichtungshilfsmittel aus auf wenigstens einem dieser Substrate aufgebrachten Bahnen aus keramischem Material bestehen;

diese Bahnen aus keramischem Material eine Höhe bis zu 0,1524· mm aufweisen; und

die Bahnen aus Metall bzw. aus keramischem Material in solchem Abstand zueinander angeordnet sind, daß auf einen cm wenigstens 40 Bahnen kommen.
10. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß

Mittel zur Gewährleistung des elektrischen Kontaktes zwischen den Leitern (12 und 16) an den beiden Substraten (10 und vorhanden sind.

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