DE3542464A1

DE3542464A1 - Anschlusseinrichtung

Info

Publication number: DE3542464A1
Application number: DE19853542464
Authority: DE
Inventors: Kevin Noel Georgetown Mass. Coyne; Hazen Andover Mass. Curtis III.; Peter Alan East Hampstead N.H. Sakash; Nand Kishore Salem N.H. Sharma
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1985-11-30
Publication date: 1986-06-12
Also published as: JPS61138476A

Description

Anschlußeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Anschlußeinrichtungen für eine Schaltung, insbesondere einen Hybridschaltkreis, wodurch eine solche Schaltung mit einer weiteren Schaltung oder einer Montageplatte mit gedruckter Schaltung verbunden wird.
Ein Hybridschaltkreis, auch HIC genannt, ist eine Kombination einer integrierten Schaltung mit einem oder mehreren Schaltelementen in einer einzelnen Anordnung. Die anderen Schaltkreiselemente können andere integrierte Schaltungen oder diskrete Bauteile sein, beispielsweise Dünnfilmwiderstände oder Kondensatoren.
So, wie sie allgemein verwendet werden, bestehen Hybridschaltkreise aus einem rechteckförmigen, keramischen HIC-Substratstück, das eine Dick- oder Dünnfilmschaltung auf einer oder beiden Seiten trägt. Das HIC-Substrat ist eines einer Mehrzahl solcher Stücke, die von einem einzelnen größeren keramischen Werkstückssubstrat gebildet werden, welches durch Laserritzen und Abbrechen geteilt wird. Die integrierten Schaltungen werden physikalisch an dem HIC-Substrat angebracht und elektrisch mit geeigneten Kontaktpunkten mittels Balkenleitern oder geführten Leiter-Bondierungsverfahren (die and wire bonding techniques) verbunden.
Die Verbindung eines HIC mit einer größeren Schaltung wird mittels Metallanschlüssen vorgenommen, beispielsweise Klemmen, die am einen Ende angebracht sind, und zwar mit einer Anzahl von Metallkontaktstellen, die entlang oder nahe dem Rand der einen oder beiden Seiten vorgesehen sind und mit dem anderen Ende an entsprechende Kontaktstellen oder Anschlußlöcher in der Montageplatte der gedruckten Schaltung, welche die restliche Schaltung trägt.
Die Verbindung der Anscillusse mit einem Hybridschaltkreis ist relativ kritisch hinsichtlich einer hohen Schaltungsausbeute, da ein Fehler in einer der Anschlußverbindungen gewöhnlich den HIC inoperativ macht obzwar der tatsächliche Schaltkreis der integrierten Schaltung der auf dem Substratstück geformt ist, gänzlich frei von Defekten sein kann. Da die Komplexität der integrierten Schaltungen zunimmt, werden mehr Kontaktstellen mit Verbindungen für ein HIC erforderlich, das darauf inkorporiert ist. Diese große Anzahl von Anschlußverbindungen vergrößert die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers in der Anschlußverbindung. Die Anschlüsse werden gewöhnlich mit den Kontaktstellen an einem Ende und den entsprechenden Verbindungspunkten auf der Montageplatte der gedruckten Schaltung am anderen Ende durch Löten befestigt.
Das Lötverfahren neigt zunehmend dazu, verschiedene geringe Fehler zu erzeugen, beispielsweise Lötbrücken zwischen Anschlüssen, wenn die Anschlüsse immer näher zueinander angeordnet werden. Deshalb besteht ein Bedürfnis für eine Anschlußanordnung, die gut geeignet ist zur Verbindung mit einer Schaltung, und bei der die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Anschlußfehlern für die Schaltungen mit einer relativ großen Anzahl von Kontaktstellen vermindert ist.
In der Anschlußeinrichtung gemäß Erfindung werden Anschlußstifte in einem isolierenden Rahmen gehalten. Die Enden der Stifte können mit Kontaktstellen durch Aufschmelzlöten gebondet werden. Sie können an einen Hybridschaltkreis angelötet werden, während dessen Substrat noch Teil eines größeren Werkstückssubstrats ist. Dadurch wird das Verfahren der Anschlußbefestigung weitgehend vereinfacht. Die Geometrie der Stifte des Anschlusses ermöglicht kleinere Abstände zwischen den einzelnen Anschlüssen, während trotzdem zuverlässige Verbindungen erzeugt werden. Der Stiftrahmen kann als Gießmantel zur Einkapselung des Schaltkreises dienen, an dem er befestigt wird. Weitere Vorteile der Struktur werden nachfolgend beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anschlußeinrichtung in auseinandergezogener, perspektivischer Darstellung , ausgerichtet zu einem Hybridschaltkreis, und einen Teil einer gedruckten Schaltung, mit denen die Anschlußeinrichtung verbunden werden soll, Fig. 2 eine Seitenansicht der Bauteile nach Fig.1 in der zusammengesetzten Form, Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig.1 oder 2, nämlich einen Anschlußstift, der in einer vorgeformten Öffnung eines Rahmens eingesetzt ist, und Fig. 4 eine Einzelheit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Anschlußstifte die Gestalt eines C haben.
Fig. 1 zeigt einen Hybridschaltkreis 10 der mit einer gedruckten Schaltung 12 über die Anschlußeinrichtung 11 zu verbinden ist. Die Anschlußeinrichtung 11 weist einen Rahmen 14 mit einer Anzahl von Öffnungen 18 (Fig. 2) auf, in die eine Mehrzahl von verzinnten, aus Phosphorbronze bestehenden Anschlußstiften 16 eingefügt ist. In Fig. 2 sind die Enden der Stifte 16 mit metallischen Kontaktstellen 20 des Hybridschaltkreises 10 an einem Ende und mit entsprechenden Metallkontaktstellen 22 der gedruckten Schaltung 12 am anderen Ende verlötet. Sowohl der Hybridschaltkreis 10 als auch die gedruckte Schaltung 12 können von bekannter Art sein, wie sie zur Zeit allgemein in Gebrauch sind. Deshalb werden deren spezielle Merkmale nicht erläutert, außer daß sie sich auf den zusammengesetzten Hybridschaltkreis mit dem Anschlußstiftrahmen 14 beziehen.
Der Rahmen 14 hat eine größere innere Öffnung 15 und ist aus Kunststoff gespritzt, welcher genügend stabil ist, um den Aufschmelz-Lötbedingungen bis ungefähr 270° C standzuhalten, d.h. die Anordnung der Stifte 16 in ihrer dimensionalen Ausrichtung zu gewährleisten. Die Öffnungen 18 der Stift 16 sind rund, während die'Stifte 16 einen quadratischen Querschnitt aufweisen und in der diagonalen Abmessung etwas größer sind als der Durchmesser der Öffnung 18. Dadurch werden die Stifte 16 durch Reibung sicher in den Öffnungen 18 gehalten, da deren Öffnungswand sich etwas verformt.
Im Verfahren des Zusammenbaus wird jeweils ein Stiftrahmen 14 zu einem Hybridschaltkreis aus einer Mehrzahl von solchen Schältkreisen ausgerichtet, die Teil eines größeren Werkstücksubstrats sind. Lötpaste mit einer hohen Verflüssigungstemperatur ist zwischen den Kontaktstellen 20 und den Endflächen der Stifte 16 vorgesehen. Die Stifte 16 werden stumpf an die Kontaktstellen 20 durch Wiederaufschmelzen angelötet. Die Schaltkreise werden dann gereinigt, und die integrierten Schaltungen werden mit den vorgesehenen Kontaktstellen auf der Hybridschaltung durch Balkenleiter oder geführte Draht-Bonden (die and wire bonding) verbunden.
Einkapselungsmasse wird in die durch die größere Öffnung des Rahmens gebildete Fläche gegeben, der als Topfrand wirkt, und aushärten lassen. Das Werkstücksubstrat wird dann durch einen Laser geritzt und in einzelne Hybridschaltkreise geteilt , die mit den bereits angefügten Anschlußeinrichtungen 11 versehen sind. Diese können dann mit einer gedruckten Schaltung verbunden werden, beispielsweise mit der Karte 12 , und zwar mit einem zweiten Aufschmelz-Lötvorgang bei niedrigerer Temperatur als dem ersten Löten, so daß die ersten Lötstellen unversehrt bleiben.
Die Verbindungen mit den Kontaktstellen 20 über die Anschlußeinrichtung 11 führen zu einer Anzahl von Vorteilen gegenüber den Federleisten-Steckverbindungen nach dem Stand der Technik. Ein unmittelbarer Vorteil besteht darin, daß die Verbindungen hergestellt werden können, während der Hybridschaltkreis noch Teil eines größeren Werkstücksubstrats ist und bevor die Verbindungen der integrierten Schaltung vollständig sind. Dadurch wird die Möglichkeit der Kontamination von fertigen Verbindungen während eines späteren Lötschrittes vermieden. Die Befestigung der Anschlußeinrichtung 11, dann, wenn der Hybridschaltkreis noch Teil eines Werkstückssubstrats ist-, verringert auch die Handhabung von einzelnen Stücken. Dies ist mit Anschlüssen nicht möglich, die am Rand aufgesteckt werden, da der Rand erst dann verfügbar ist, wenn angerissen und abgetrennt ist.
Der Freiraum innerhalb der größeren Innenöffnung des Rahmens 14 reicht aus, den Zugang zum Anbringen von Balkenleitungen und geführten Leitungs-Bonden auf den integrierten Schaltungen möglich zu machen. Wie erwähnt, kann der Rahmen 14 als Vergußhülle dienen. Die festgelegte Ausrichtung der Stifte 16 im Rahmen 44 vereinfacht die Anschlußanbringung in der Weise, daß nur ein einzelnes Teil zu den Kontaktstellen 20 ausgerichtet werden muß. Eine Änderung in der Anzahl oder Ausrichtung der Stifte für eine Schaltung macht keine Änderung der Maschinerie zum Zusammensetzen des Rahmens mit der Schaltung auf dem Substrat erforderlich, da die äußeren Dimensionen des Rahmens beibehalten werden können.
Lediglich die Stelle der Empfangsöffnungen 18 muß geändert werden. Die erhaltene Struktur aus Rahmen 14 und Stiften 16, mit dem Hybridschaltkreis verlötet, ist mechanisch unempfindlich und kann in konventioneller Weise durch Automaten gehandhabt werden. Die Anschlußeinrichtung schützt ferner zerbrechliche integrierte Schaltungen gegenüber Beschädigung. Lötfehler sind viel weniger wahrscheinlich als bei gesteckten Anschlußverbindungen, da die Stifte 16 einen maximalen Abstand zwischen den Anschlüssen für Lötungsbrücken und andere ungewollte Fehlerursachen bieten.
Die Natur der Anschlußeinrichtung gemäß Erfindung ermöglicht mehr als eine Reihe von Kontaktstellen oder,anders gesagt, zahlreiche willkürliche Anord- nungen von Kontaktstellen auf der Schaltung. Es ist jedoch wünschenswert, die Kontaktstellen nahe dem Rand des Hybridschaltkreises zu halten, so daß genügend Zugang innerhalb des Rahmens 14 verbleibt, um den Bonding-Prozeß für die integrierte Schaltung und die Verkapselung durchzuführen.
Die Stifte 16 können in gewünschter Länge hergestellt werden. Sie können auch für Durchsteckverbindungen geeignet sein. Einige können länger als die anderen gemacht werden, um wahlweise Durchsteckerbindungen auszuführen. Die Stifte 16 können in dem Rahmen in geeigneter Weise befestigt sein, und sie können jeden gewünschten Querschnitt aufweisen.
Die in Fig. 4 dargestellte Anschlußeinrichtung 26 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Anschlußstifte 28 die Gestalt eines C aufweisen und in Öffnungen 30 eines Rahmens 32 angebracht sind. Die Stifte haben einen rechteckigen Querschnitt. Die eine Seite der Empfangsöffnungen 30 hat einen angeschrägten Rand die Stifte 28 durch einen Automaten leichter einführen zu können. Die Öffnungen 30 münden an ihrer anderen Seite in eine flache Nut 36, die in Längsrichtung entlang der Unterseite des Rahmens 32 verläuft. Die Nut 36 sorgt für die notwendige Schulterfreiheit für die benachbarten Biegungen der Stifte 28 und kann auch als Bezuaskante beim Festlegen des Rahmens 32 während des Zusammensetzvorqangs dienen. Die äußeren Ränder des Rahmens 32 weisen Schrägflächen 38, 40 auf, wodurch die Enden der Stifte 28 leicht gegeneinander gebogen werden können, wodurch wiederum Kontaktbereiche 42, 44 an sich gegenüberliegenden Stellen der Stifte festgelegt werden. Die Kontaktstellen dienen zum Anlöten an entsprechende Kontaktstellen von Schaltungen, mit denen die Verbindung hergestellt werden soll.
Die Anschlußeinrichtung 26 nach Fig. 4 hat gewisse Vorteile gegenüber der Anschlußeinrichtung 11 nach den Fig. 1 bis 3. Die C-förmige Gestalt der Stifte 28 sorgt für eine gewisse Federnachgiebigkeit zwischen den Kontaktflächen 42, 44, so daß die Toleranzanforderungen an die Stifte 28 geringer sein können. Außerdem sind die Lötverbindungen mit den Kontaktstellen besser visuell überprüfbar, und der Zugang für Testfühler ist erleichtert. Die Kontaktflachen 42, 44 sind bereits verzinnt, um eine Lötverbindung mit guter Integrität zu erzielen, während die Endflächen der Stifte 16 der Anschlußeinrichtung 11 nach den Fig. 1 bis 3 einen getrennten Verfahrensschritt für Verzinnen erforderlich machen würde, wenn dies erwünscht ist. Die Stifte 28 der Anschlußeinrichtung 26 machen keinen Reibsitz in der jeweiligen Öffnung 30 erforderlich. Es kann Freiraum verbleiben. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit der Bildung von lokalen Spannungen und Bruch des Rahmens 42 vermindert. Die Stifte 28 werden trotzdem fest an richtiger Stellte durch ihre Deformation gehalten, da ihre Enden 46, 48 fest gegen die Schrägflächen 38, 40 geklemmt sind.
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Claims

Patentansprüche 1. Elektrische Anschlußeinrichtung gekennzeichnet durch einen Rahmen (14, 32) aus isolierendem Material mit einer größeren inneren Öffnung (15) und eine Mehrzahl von Anschlußstiften (16, 28), die sich durch den oder die Schenkel des Rahmens erstrecken und in dieser Lage im Rahmen gehalten werden.
2. Anschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (14, 32) mit einer Mehrzahl von Stiftempfangsöffnungen (18, 30) versehen ist, deren Querschnitt unterschiedlich zum Querschnitt der Stifte ist und deren Querschnittsabmessung kleiner als die der Stifte isti so daß die Stifte in den Öffnungen durch Reibung gehalten sind.
3. Anschlußeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (18, 30) einen runden Querschnitt und die Stifte (16) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die größere Diagonalabmessung der Stifte größer.ist als der Durchmesser der Öffnungen (18).
4. Anschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des Rahmens (14, 32) aus gespritztem oder gegossenem Kunststoff bestehen.
5. Anschlußeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff des Rahmens seine strukturelle Integrität bei einer Temperatur von mindestens 270° C beibehält.
6. Anschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (28) mit ihren Enden (46, 48) am äußeren Rand (38, 40) des Rahmens (32) zu einer C-Form gebogen sind.
7. Anschlußeinrichtung nach Anspruch,6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (46, 48) der Stifte (28) genügend weit gebogen sind, um die Stifte fest in ihrer richtigen Lage zu halten.
8. Anschlußeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (28) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
9. Anschlußeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (32) eine Nut (36) an einer Seite aufweist, die zu den Stiftempfangsöffnungen (30) ausgerichtet ist.
10. Anschlußeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiftempfangsöffnungen (30) an einem Ende trichterförmig erweitert (34) sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines Hybridschaltkreises, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Mustern von Hybridschaltkreisen auf einem Werkstücksubstrat gebildet wird, daß dann die Kontaktstellen aller Muster der Hybridschaltkreise mit Kontaktflächen von Anschlußstiften durch Aufschmelzlöten verbunden werden, die in einem Isolierrahmen in Ausrichtung zu den Kontaktstellen gehalten werden und daß anschließend das Werks tücksubs trat in separate Hybridschaltkreisstücke aufgetrennt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend im Schritt des Aufschmelzlötens die integrierten Schaltungen mit den jeweiligen Verbindungspunkten der Schaltkreismuster verbunden werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend dem Verbindungsschritt Einkapselungsmaterial an die Oberfläche der Schaltungsmuster innerhalb der größeren Öffnung der Rahmen angebracht wird.