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Elektrischer Verbinder
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbinder.
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Die Erfindung kann in der elektrotechnischen, funktechnischen sowie
funkelektronischen Industrie eingesetzt werden, insbesondere dort, wo eine hochzuverlässige,
stoßfeste elektrische Verbindung erforderlich ist.
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Der erfindungsgemäße Verbinder eignet sich besonders vorteilhaft
für die Montage von IC-Kristallen in anschlußlosen Gehäusen auf Leiterplatten bzw.
Substraten von hybridintegrierten Schaltkreisen, in Flüssigkristallanzeigeteilen
für digitale elektronische Uhren sowie in unterschiedlichen Meß- und Prüfgeräten.
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Der Trend zur Miniaturisierung und Erhöhung der Betriebssicherheit
der Verbindungsvorrichtungen führte zur Entwicklung unterschiedlicher Verbinder
auf der Basis von elastischem Dielektrikum mit eingepflanzten elektrisch leitenden
Abschnitten (Kontakten), deren Abmessungen,
Form und Anordnung in
breiten Grenzen variierbar sind.
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Es istz. B. ein Verbinder für Mikroschaltungen bekannt, der eine
elastische Matrix aus polymerem Dielektrikum darstellt, in welcher S- bzw. V-förmige
metallische Einzelkontakte mit an deren beiden Enden als Mikrokugeln ausgeführten
Kontakten angeordnet sind (GB-PS 1 841 037). Die als Mikrokugeln ausgeführten Kontakte
stehen über der Oberfläche der polymeren dielektrischen Matrix vor bzw. liegen an
dieser. Die Wirkungsweise des Verbinders besteht im folgenden: Der Verbinder wird
zwischen den Kontaktflächen der Mikroschaltungen angeordnet und zusammengedrückt,
so daß eine elektrische Verbindung durch das Andrücken der als Mikrokugeln ausgeführten
Kontakte an die entsprechenden Kontaktflächen der Mikroschaltungen entsteht.
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Da dabei ein einzelner (punktförmiger) Kontakt entsteht, der eine
hochpräzise Anordnung des Verbinders zwischen den Kontaktflächen der Mikroschaltung
erfordert (selbst der geringste Anordnungsfehler verursacht das Ausbleiben der elektrischen
Verbindung), wird die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung in großem Maße
beeinträchtigt.
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Es ist ferner ein elektrischer Verbinder (FR-PS 2 091 247) bekannt,
der eine elastische dielektrische Matrix mit zwei gegenüberliegenden Flächen und
mindestens zwei parallellaufenden KontaktreXhen enthält. Die Kontakte sind als Metallstreifen
ausgebildet und in der genannten Matrix derart angeordnet, daß die Streifenenden
geöffnet sind und über der entsprechenden Matrixfläche vorstehen.
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Beim Auftreten von Schwingungen, Schiefmontage, Überlastung bzw.
beim Betrieb des bekannten Verbinders im UHF-Gebiet bleibt der Kontakt beispielsweise
zwischen den entsprechenden Kontaktflächen der Mikroschaltungen aus, da hier ebenfalls
ein Einzelkontakt vorliegt, was seinerseits die Zuverlässigkeit des bekannten Verbinders
beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Verbinder
zu entwickeln, dessen Betriebssicherheit durch die Einführung einer zusätzlichen
elektrischen Verbindung zwischen den Kontakten einer Kontaktreihe erhöht wird.
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Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein
elektrischer Verbinder,enthaltend - eine elastische dielektrische Matrix mit - zwei
Oberflächen und - mindestens zwei parallellaufenden Reihen von Kontakten, - die
in der Matrix derart angeordnet sind, daß deren Enden an die Oberflächen der Matrix
geführt sind, mit dem Kennzeichen, daß die Kontakte jeder Reihe - als federnde Drahtstücke
ausgebildet und - miteinander elektrisch verbunden sind.
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Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verbinders läßt sich die Zuverlässigkeit
der elektrischen Verbindung durch die Sicherung eines elastischen Mehrpunktkontaktes
erhöhen.
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Es ist empfehlenswert, die federnden Drahtstücke in jeder Reihe der
Kontakte miteinander durch mindestens ein federndes Drahtstück zu verbinden.
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Durch diese Verbindung werden die bauliche Gestaltung des erfindungsgemäßen
Verbinders vereinfacht und dessen Fertigungsgerechtheit gewährleistet.
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Es ist ferner möglich, die federnden Drahtstücke gekrümmt auszubilden.
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Die empfohlene Form der Drahtstücke sichert eine erhöhte Elastizität
der Kontakte bei deren Berührung mit den stromführenden Elementen.
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Die Enden der federnden Drahtstücke können erfindungsgemäß in Einsenkungen
angeordnet werden, die an den gegenüberliegenden Oberflächen der Matrix ausgebildet
sind.
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Durch die Unterbringung der Enden der Kontakte in den Einsenkungen
lassen sich die Zuverlässigkeit des Verbinders erhöhen und darüber hinaus eine relativ
einfache Trennung der stromführenden Elemente erzielen, wozu die Druckbeanspruchung
abzunehmen ist.
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Die gestellte Aufgabe kann alternativ durch einen elektrischen Verbinder
gelöst werden, enthaltend - eine elastische dielektrische Matrix mit - zwei Oberflächen
und - mindestens zwei parallellaufenden Reihen von Kontakten, - die in der Matrix
derart angeordnet sind, daß deren Enden an die Oberflächen der Matrix geführt sind,
mit dem Kennzeichen, daß die Kontakte jeder Reihe - als federnde gelochte Lamellen
ausgebildet sind.
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Dabei können die Kanten jeder Lamelle von der Seite der Oberflächen
der Matrix an den Linien verlaufen, welche die Löcher durchkreuzen, und zusammen
mit den Löchern Ansätze bilden, die in Einsenkungen liegen.
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Bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders
werden ebenfalls eine hohe Kontaktsicherheit und -güte gewährleistet und darüber
hinaus die Fertigung des Verbinders vereinfacht.
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In der bevorzugten Ausführungsvariante können die genannten Lamellen
ebenfalls gekrümmt ausgebildet werden, wodurch die Elastizität der Konstruktion
erhöht wird.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 eine Gesamtperspektivansicht
eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders in teilweisem Schnitt, vergrößert;
Fig. 2 eine Abwandlung des Verbinders nach Fig. Fig. 1; Fig. 3 eine Gesamtansicht
eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders, der zwischen den Kontaktflächen
der Mikroschaltungen angeordnet und zusammengedrückt ist;
Fig. 4
den Schnitt IV-IV durch Fig. 3, vergrößert; und Fig. 5 ein Diagramm, das die Wirkungsweise
des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders veranschaulicht.
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Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, enthält der erfindungsgemäße elektrische
Verbinder eine elastische dielektrische Matrix 1, die zwei gegenüberliegende Oberflächen
2 und 3 aufweist. In einzelnen Ausführungsvarianten ist auch eine andere Anordnung
der Oberflächen 2 und 3, beispielsweise senkrecht zueinander, möglich. Die Matrix
1 wird gewöhnlich aus Makromolekularverbindungen hergestellt, die die Eigenschaften
von Vulkanisaten - Elastizität und Federung - aufweisen. Der erfindungsgemäße Verbinder
schließt ferner mindestens zwei parallellaufende Reihen der Kontakte 4 ein, die
zwischen den Oberflächen 2 und 3 derart angeordnet sind, daß die einen Enden 5 der
Kontakte 4 in der Nähe der Oberfläche 2 und die anderen Enden 6 in der Nähe der
Oberfläche 3 liegen.
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Die Kontakte 4 jeder Kontaktreihe sind erfindungsgemäß als federnde
Drahtstücke 7 ausgeführt, die miteinander elektrisch verbunden sind. In einzelnen
-Ausführungsvarianten kann die elektrische Verbindung der Kontakte 4 durch mindestens
ein Drahtstück 8 erfolgen. Der Durchmesser der Drahtstücke 7 und 8 beträgt in der
Regel 1 bis 50 /um.
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Die Drahtstücke 7 sind als parallellaufende Reihen angeordnet, wobei
der Abstand zwischen den Reihen 0,01 bis 0,5 mm und darüber beträgt. Die Drahtstücke
8 kreuzen sich mit den Drahtstücken 7 in der Ebene jeder der parallelen Reihen in
einem beliebigen Abstand, wobei ein Abstand von 1 bis 50 /um zu empfehlen ist. Die
Drahtstücke 7 und 8 können aus einem der folgenden Metalle: Gold, Silber,
Platin,
Palladium, Nickel, Kupfer, Eisen sowie aus Metallegierungen, plattierten Metallen
und mit Dielektrikum beschichteten Metallen hergestellt werden.
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Durch diese Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders
wird eine stetige elektrische Verbindung entlang jeder der parallelen Reihen der
Kontakte und eine nichtstetige zwischen den parallelen Reihen der Kontakte gesichert,
da diese durch die Schichten der dielektrischen Matrix getrennt sind. Die elektrische
Verbindung wird durch mehrere als parallele Reihen angeordnete elektrisch leitende
Kontakte erzeugt, die in der Anzahl von bis zu 1000 2 Stück je 1 mm vorhanden sind.
Dadurch werden eine hohe Kontaktsicherheit und -güte gewährleistet.
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Wie es aus.Fig. 1 gut ersichtlich ist, können die Drahtstücke 7 und
8 zwecksErhöhung der Federung und Elastizität gekrümmt, beispielsweise wellenförmig,
ausgebildet werden.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung können an den Oberflächen
2 und 3 Einsenkungen 9 vorgesehen werden, in welche die Enden 5 und 6 der Kontakte
4 herausgeführt sind. Im normalen Zustand sind die Enden 5 und 6 in den Einsenkungen
9 versenkt, so daß der Verbinder keinen Strom leitet, aber beim Zusammendrücken
des Verbinders wird die elastische dielektrische Matrix 1 (Fig.
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4) zusammengepreßt, und die Enden 5 und 6 liegen nun an deren Oberfläche.
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Durch die Einsenkungen 9 lassen sich die Lebensdauer
des
Verbinders erhöhen und eine relativ einfache Trennung der stromführenden Elemente
durch Änderung der Druckbeanspruchung erzielen.
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Die vorliegende Erfindung sieht ferner einen elektrischen Verbinder
vor, in welchem die parallellaufenden Reihen der Kontakte 4 zusammen mit den verbindenden
Drahtstücken 8 durch federnde Lamellen 10 (Fig. 2) mit Löchern 11 ersetzt sind.
In der bevorzugten Ausführungsvariante können die Kanten der Lamellen 10 von der
Seite der Oberflächen 2 und 3 an den Linien verlaufen, welche die Löcher 11 durchkreuzen.
Die dabei entstehenden Ansätze 12 und 13, die in der Nähe der Oberflächen 2 und
3 liegen, dienen in diesem Fall, entsprechend, als Enden 5 und 6. Die genannten
Ansätze 12 und 13 können erfindungsgemäß ebenfalls in den Einsenkungen 9 liegen.
Die Löcher 11 in den Lamellen 10 dienen zur Bildung einer einheitlichen dielektrischen
federnden Matrixgruppe und zur Sicherung der Lamellen 10 in der genannten Matrixgruppe.
In einzelnen Ausführungsvarianten können die Lamellen 10 zwecks Erhöhung der Federung
der Konstruktion ebenfalls gekrümmt ausgeführt werden.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verbinders besteht im folgenden.
Der Verbinder wird beispielsweise zwischen den Kontaktflächen 14 der Mikroschaltungen
15 untergebracht, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Im normalen Zustand sind die Enden
5 und 6 in den Einsenkungen 9 vertieft, die an den zu den Kontaktflächen 14 gerichteten
Oberflächen 2 und 3 liegen, so daß der Verbinder keinen Strom leitet. Beim Anlegen
einer Druckbeanspruchung, was in Fig. 4 schematisch durch Pfeile P gezeigt ist,
wird die elastische Matrix 1 zusammengepreßt, die Enden
5 und 6
der Kontakte 4 treten aus den Einsenkungen 9 heraus und schließen dabei die gegenüberliegenden
Kontaktflächen 14 der Mikroschaltungen 15. Um die Vorteile des erfindungsgemäßen
Verbinders zu veranschaulichen, dient das in Fig. 5 gezeigte Diagramm. Dieses Diagramm
zeigt aus Bequemlichkeitsgründen die minimale Zahl der Kontakte, und zwar zwei Kontakte
d und 42' welche erfindungsgemäß miteinander elektrisch verbunden sind (diese Verbindung
ist bedingt durch eine über Punkte C1 und C2 verlaufende Gerade gezeigt). Die einen
Enden a1 und a2 der Kontakte 41 und 4> sind zur Kontaktfläche A und die anderen
Enden b1 und b2 der Kontakte 41 und zur Kontaktfläche B gerichtet.
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Aus dem gezeigten Diagramm ist ersichtlich, daß beim Ausbleiben der
Berührung des Kontakts 41 mit einer der gegenüberliegenden Kontaktflächen B, was
beispielsweise durch Schwingungen, Schiefmontage, Überlastung u. ä.
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verursacht werden kann, beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verbinders
eine zuverlässige Verbindung der Kontaktflächen A und B gesichert bleibt, da das
elektrische Signal in diesem Fall über den Kreis a1-C1-C2-b2 läuft.
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Ähnlich sieht es auch in dem Fall aus, wenn in eier Reihe mehr als
zwei Kontakte vorhanden sind, die nicht durch einen, sondern durch mehrere Leiter
verbunden sind. Es ist hervorzuheben, daß, je mehr Leiter die Kontakte verbinden,
desto zuverlässiger der Verbinder selbst ist. In der erfindungsgemäßen Ausführung
des Verbinders ist außerdem das Zusammenschalten der benachbarten Kontaktflächen
ausgeschlossen, da diese Kontaktflächen voneinander durch mindestens eine Schicht
des Dielektrikums der Matrix getrennt sind, was seinerseits eine
hohe
Kontaktsicherheit bei Verschiebungen, Schwingungen und Überlastungen gewährleistet
und das Zusammenschalten nicht von beliebigen, sondern nur der gegenüberliegenden
Kontaktflächen ermöglicht, was vor allem beim Einsatz des erfindungsgemäßen elektrischen
Verbinders in unterschiedlichen Prüfgeräten von besonderer Bedeutung ist.
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Somit bietet der erfindungsgemäße Verbinder die Möglichkeit, das
elektrische Leitvermögen und den Mehrpunktkontakt an kleindimensionierten Kontaktflächen
mit großer Zuverlässigkeit zu sichern, und der Verbinder kann bei der Entwicklung
prinzipiell neuer Konstruktionen verwendet werden, darunter auch für die bei hohen
Stromdichten, beispielsweise im UHF-Gebiet, arbeitenden Einrichtungen.
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Der erfindungsgemäße Verbinder sichert bis zu 2 1000 Kontakte je
1 mm , dabei beträgt der Widerstand der Verbindung lediglich 10 bis 10 . Der Verbinder
zeichnet sich durch eine geringe Masse und Abmessungen aus. Der erfindungsgemäße
Verbinder ist außerdem preisgünstig, was ebenfalls ein wichtiger Vorteil ist.
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Oben sind nur einige konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
angeführt, welche verschiedene Änderungen und Ergänzungen zulassen, die für den
Fachmann auf dem betreffenden Gebiet der Technik offenkundig sind.
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Die Erfindung bleibt deshalb nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele
beschränkt, es sind auch Änderungen möglich, wobei der Erfindungsinhalt im Rahmen
der Patentansprüche erhalten bleibt.
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