DE3606621A1

DE3606621A1 - Loetstellenfreie verbindungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer loetstellenfreien verbindung unter verwendung einer derartigen vorrichtung

Info

Publication number: DE3606621A1
Application number: DE19863606621
Authority: DE
Inventors: Herman B. Phoenix Ariz. Gordon
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1986-09-04
Also published as: GB2183406B; FR2578360A1; GB8604971D0; IT8619586A0; JPS61211968A; IT8619586A1; IT1190070B; SE8600883D0; GB2183406A; SE460320B; SE8600883L

Description

Dorner + Hufnagel München, den 25. Februar 1986/A

Patentanwälte Anwaltsaktenz.: 194 - Pat. 135

Ortnitstraße 20
8000 München 81

ROGERS CORPORATION, Main Street, Rogers, Conn. 06263,
Vereinigte Staaten von Amerika

Lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung und Verfahren zur
Herstellung einer lötstellenfreien Verbindung unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur i

^Herstellung einer Verbindung zwischen elektrischen Schaltungs- !

!bauteilen. Im einzelnen betrifft die Erfindung eine neuartige !

;lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung mit verbesserten Eigen- .

ι j

ischaften und ein Verfahren, bei welchem die Vorrichtung dazu j

!verwendet wird, einen elektrischen Kontakt zwischen mehr- I

'schichtigen elektrischen Schaltungsanordnungen herzustellen ι und aufrechtzuerhalten. Die Erfindung eignet sich besonders
!für die Verbindung flexibler Schaltungen, welche zwei oder

mehrere Schichten besitzen, mit anderen flexiblen Schaltungen, '

mit starr ausgeführten Schaltungen oder mit einem elektronischen j

!Schaltungsbauteil. Herkömmliche Verfahren zur Verbindung j !elektrischer oder elektronischer Schaltungsbauteile

sehen die Verwendung gesondeter Verbindungsvorrichtungen |

jund/oder das Anlöten von Anschlüssen an den Bauteilen an j Leiter vor, welche Strom den Bauteilen zuführen oder von
!ihnen abführen. Während diese Verbindungstechnik im all-

gemeinen zweckentsprechend ist, hat die Verbindung elektrischer
Bauteile über gesonderte Verbindungsvorrichtungen bestimmte
Nachteile und Fehler, nämlich unter anderen hohe Herstellungsund Gestehungskosten sowie erhöhten Zeit- und Kostenaufwand
bei der Montage und der Herstellung der Verbindung. In
ähnlicher Weise ist das Anlöten von Anschlüssen manchmal
nachteilig, da das Substrat, welches einen freiliegenden Anschluß trägt, verhältnismäßig hohen Temperaturen ohne nachteilige Wirkungen standhalten muß. Auch kann das Herstellen
von Lötverbindungen zeitaufwendig und daher lohnintensiv
und somit teuer sein. Ein weiteres Problem bei der Herstellung von Lötverbindungen ist es, daß es verhältnismäßig
schwierig ist, einen gelöteten Anschluß bei Reparaturarbeiten
und bei der Herstellung wieder zu lösen.

Bei bestimmten Anwendungsfällen erweist es sich als zweckmäßig, ohne die Verwendung gesonderter Verbindungsvorrichtungen
,und/oder ohne Lötverfahren auszukommen, wenn Verbindungen
!zu flexiblen Schaltungen oder anderen Schaltungen hergestellt

werden sollen. In diesen Fällen können die gewünschten
.elektrischen Kontakte dadurch hergestellt werden, daß An- ; Schlußbereiche der Schaltung mechanisch gegen Anschlußpunkte ;

an einer Verbindungsvorrichtung, einem Bauteil oder einer
;anderen Schaltung gedrückt werden. Derartige bisher bekannte, [ durch mechanischen Druck erzeugte Verbindungen werden im all- ^; gemeinen mit Hilfe eines festen, federnden Andruckteiles,
etwa aus einem Elastomer erzeugt, welches zusammengedrückt ■ wird, um eine Vorspannkraft auf mindestens eines der Bauteile ' auszuüben, welche elektrisch mit anderen Bauteilen oder i Komponenten zu verbinden sind, um die Anschlußbereiche des | betreffenden Bauteiles in elektrischem Kontakt mit züge- \

hörigen Gegen- Anschlußbereichen zu halten. Ein derartiges ! lötstellenfreies Verbindungssystem ist in der US-Patent- ; schrift 4 468 074 beschrieben. I

, Die soeben genannte Schrift behandelt eine Verbindungsvor-

. richtung, bei der Kontaktbereiche einer ersten Anordnung von \

Leiterelementen gegen entsprechend ausgerichtete Kontakt- i

, bereiche einer zweiten Anordnung von Leiterelementen durch ;

ein Andruckteil angedrückt werden, das ein federndes offen- j

poriges Kunststoffmaterial enthält, so daß eine elektrische :

^: Verbindung zwischen den genannten Kontaktbereichen hergestellt und aufrechterhalten wird. Die Verwendung eines

^: solchen Andruckteiles aus offenporigem federndem Werkstoff '

^: gibt die Möglichkeit, eine Anzahl in geringem Abstand von- : einander angeordnete, freiliegende elektrische Leiter,

; welche sich auf einem Paar von Schaltungsträgern befinden

oder von diesen wegragen, aufeinander auszurichten und ,

danach zuverlässig aufeinanderzudrücken. Die elektrische \

• Verbindung wird dabei durch einen ausreichenden Kontakt- j

! druck hergestellt, der auf die Schaltungsträger einwirkt. ; ; Die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung nach der US-Patent- |

, schrift 4 468 074 kann dazu eingesetzt werden, flexible j

Schaltungen miteinander zu verbinden, flexible Schaltungen i ; mit Schaltungen auf starren Schaltungsträgern zu verbinden,

j Verbindungen zwischen den von einer integrierten Schaltung _;

! wegstehenden Leitern in einer Schaltungskonfiguration auf ι

i einer flexiblen oder starren Schaltungsträgerplatte herzu- ι

ι stellen und elektrische Verbindungen für andere Anwendungs- j

fälle zu bilden. :

! Die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung nach der US-Patent- j schrift 4 468 074 hat sich zwar in vielen Fällen bewährt, be- |

I zieht sich jedoch in erster Linie auf die Verbindung von ein-I schichtigen flexiblen Schaltungen mit anderen Schaltungen j j oder Schaltungsbauteilen. Es zeigt sich, daß flexible Schaltungjs ί anordnungen mit einer Mehrzahl von Schaltungsschichten in

zunehmendem Maße in der Elektronikindustrie eingesetzt werden.

Ungünstigerweise eignen sich bekannte lötstellenfreie Ver-
\ bindungsvorrichtungen nicht besonderes gut zur Erzeugung von
ι Verbindungen, an denen mehrschichtige flexible Schaltungen

i - 3 -

L

beteiligt sind. Dies beruht darauf, daß jede zusätzliche
Schicht in einer mehrschichtigen flexiblen Schaltung zu
einer vermehrten Steifigkeit und Starrheit der flexiblen
Schaltung als ganzes führt. Dies hat zur Folge, daß die
, Federkraft, welche durch das aus einem Elastomer bestehende

federnde Andruckteil ausgeübt wird, zunehmend weniger
. wirksam werden kann, so daß es zu einer unzuverlässigen
elektrischen Kontaktgabe kommt.

^]4- Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ohne
Verwendung von Lötstellen einen elektrischen Kontakt
zwischen mehrschichtigen Schaltungen herzustellen und
aufrechtzuerhalten, insbesondere eine mehrschichtige
flexible Schaltung mit anderen flexiblen Schaltungen '■

oder mit einer starren Schaltungsträgerplatte oder anderen
elektronischen Bauteilen lötstellenfrei zu verbinden.

ι Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 ; angegebenen Merkmale gelöst. ^:

! Bei einer ersten Ausführungsform wird eine flexible Schaltung

mit zwei oder mehr Schaltungsschichten bereitgestellt, wo- j ! bei die beiden jeweils ein Leitermuster tragenden Oberflächen ι

einander zugekehrt und durch eine Isolationsschicht von-
; einander getrennt sind. Jede Schaltungsschicht wird dann um ^!

einander gegenüberliegende Flächen eines federnden Andruck- .

teiles aus Elastomer herumgelegt, so daß dann die freiliegenden
: Anschlußbreiche der jeweiligen flexiblen Schaltungen in die
' gleiche Ebene auf ein und derselben Seite des Elastomer- ! j Andruckteiles zu liegen kommen.

>

: t

Bei einer anderen Ausführungsform wird erreicht, daß

elektrische Verbindungen zwischen mehrschichtigen flexiblen j

Schaltungen mit zwei oder mehreren Schaltungsschichten und ι

anderen elektronischen Schaltungsbauteilen hergestellt werden. ;

Bei dieser Aus führung s form wird wieder eine mehrschichtige ;

flexible Schaltung bereitgestellt, bei der die Anschlußenden j

jeweils unterschiedliche Längen besitzen. Die unterste Schicht hat im Anschlußbereich die kürzeste Länge und die oberste Schicht hat die größte Länge. Eine solche mehrschichtige flexible Schaltung wird dann in Verbindung mit einer starren Druckplatte verwendet, die ebenfalls eine abgesetzte Profilierung besitzt. Die Stufen in der Druckplatte sind jedoch entgegengesetzt zu den Stufen in der flexiblen Schaltung orientiert. Die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird in der Weise montiert, daß ein federndes Elastomer- Andruckelement zwischen die starre abgestufte Andruckplatte und die abgestufte mehrschichtige flexible Schaltung eingesetzt wird, wobei die Andruckplatte die Anschlußbereiche der flexiblen Schaltung in elektrischen Kontakt mit anderen Schaltungsbauteilen drückt und sämtliche abgestuften Anschlußbereiche der flexiblen Schaltung in Kontakt mit dem j betreffenden anderen Schaltungsbauteil in ein und der- _;

selben Ebene kommen und ein gleichförmiger Druck ausgeübt '

ι wird. j

! ι

j Gemäß einer Alternative kann das federnde Andruckmaterial j aus Elastomer auch zwischen jeder Schicht der mehrschichtigen ' flexiblen Schaltung vorgesehen werden. ;

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der hier angegebenen Verbindungsvorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in den Zeichnungsfiguren einander entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnitt- Seitenansicht einer lötstellenfreien Verbindungsvorrichtung für eine zweischichtige flexible Schaltung,

Fig. 2 eine Schnitt- Seitenansicht einer fünfschichtigen^ flexiblen Schaltung, welche zur Verwendung in

Verbindung mit einer lötstellenfreien Verbindungsvorrichtung der vorliegend angegebenen Art vorbereitet ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer starren Andruckplatte zur Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen der mehrschichtigen flexiblen Schaltung nach Figur 2 mit anderen Schaltungsbauteilen unter Einsatz einer lötstellenfreien Verbindungsvorrichtung der hier angegebenen Art,

Fig. 4 eine üntersicht unter die starre Andruckplatte gemäß Figur 3,

Fig. 5 einen Querschnitt entsprechend der in Figur 4 angedeuteten Schnittlinie 5-5,

Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend der in Figur 4

angedeuteten Schnittlinie 6-6 '

Fig. 7A einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform

einer lötstellenfreien Verbindungsvorrichtung j für mehrschichtige flexible Schaltungen, ^:

Fig. 7B eine Schnittansicht durch eine wieder andere < Ausführungsform einer lötstellenfreien Ver- ' bindungsvorrichtung,

Fig. 8A eine nochmals andere Ausführungsform einer

6 -

j lötstellenfreien Verbindungsvorrichtung von

! unten gesehen und

Fig. 8B eine Querschnittsdarstellung entsprechend der

in Figur 8A angedeuteten Schnittlinie 8B-8B.

Vorliegend wird eine lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung vorgeschlagen, welche sich besonders gut für die Herstellung von Verbindungen zwischen flexiblen Schaltungen mit zwei oder mehr Schichten und anderen elektrischen Schaltungen oder Schaltungsbauteilen eignet. In Figur 1 ist eine erste ¹ Ausführungsform einer derartigen lötstellenfreien Verbindungsvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung 10 dient zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer zweischichtigen oder mehrschichtigen flexiblen Schaltung, welche allgemein bei 12 dargestellt ist, und anderen elektrischen Schaltungen ! oder Schaltungsbauteilen. Im vorliegenden Falle ist das ^: anzuschließende Schaltungsbauteil eine starre Schaltungs-■ trägerplatte 14. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt : die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung 10 mit einer zweischichtigen flexiblen Schaltung zusammen, die eine erste Schaltungsschicht und eine zweite Schaltungsschicht enthält. Die beiden Schaltungsschichten weisen jeweils eine nicht leitfähige Basis oder ein Substrat 16 und einen Abdeckfilm 19 auf, die zwischen sich ein elektrisch leitfähiges ¹ Schaltungsmuster 18 einschließen, soweit dies die eine j Schaltungsschicht betrifft, sowie eine nichtleitfähige , Basis oder ein Substrat 20 und einen Abdeckfilm 23, die I zwischen sich ein elektrisch leitendes Schaltungsmuster 22 • einschließen, soweit dies die andere Schaltungsschicht be-' trifft. Die Abdeckfilme 19 und 23 wirken als eine abstands- ; haltende Isolierschicht zwischen den nach innen gekehrten

leitfähigen Schaltungsmustern 18 und 22, wie aus Figur 1 er-, kennbar ist. Es sei bemerkt, daß über den größten Teil der

j Länge der flexiblen Schaltung 12 die verschiedenen Schaltungs-

ι schichten mittels eines geeigneten Klebers aufeinander ; laminiert sind. Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, sind jedoch I an einem Ende der zweischichtigen flexiblen Schaltung die

beiden Schaltungsschichten voneinander getrennt. Vorzugsweise ! besitzt eines der voneinander getrennten Enden, d.h. das '■ Substrat mit dem Schaltungsmuster 22, eine größere Länge als

das andere Ende. Auf diese Weise können die beiden Schaltungsschichten um die einander gegenüberliegenden Seiten 26 und 28
eines federnden Andruckteiles 30 aus Elastomer gelegt werden,
so daß freiliegende Anschlußbereiche 32 und 34 der elektrisch
leitfähigen Schaltungsmuster 18 bzw. 22 schließlich auf ein
und derselben Seite, vorliegend der Unterseite 28 des Andruckteiles 30 aus Elastomer zu liegen kommen. Es sei darauf hingewiesen, daß die freiliegenden Anschlußbereiche 32 und 34
bestimmten,Abstand voneinander einhalten, so daß zwischen
ihnen eine elektrische Isolation wirksam ist.

Die zweischichtige flexible Schaltung 12 in Verbindung mit dem
Andruckteil 30 aus Elastomer in der beschriebenen Form eignet
sich gut zur Verwendung in Verbindung mit einer herkömmlichen
Bauart einer starren Spannvorrichtung zur Erzeugung der
elektrischen Verbindung, wie dies in Figur 1 schematisch ; dargestellt ist. Die starre Spannvorrichtung enthält obere ' bzw. untere starre Plätten 36 und 38, welche mittels Schrauben ; 40 und 42 oder anderen geeigneten Spannmitteln zusammenspann- ; bar sind. Vorzugsweise sind zur Ausrichtung dienende Stifte, j wie bei 43 angedeutet, vorgesehen, um eine ordnungsgemäße I Ausrichtung zwischen den flexiblen Schaltungen und der j starren Schaltungsträgerplatte sicherzustellen. Auf diese ! Weise können die freiliegenden Anschlußbereiche 32 und 34
der zweischichtigen flexiblen Schaltung 12 einen elektrischen j und mechanischen Kontakt mit den jeweiligen Anschlußbereichen i

I 44 und 46 auf der starren Schaltungsträgerplatte 14 her-

stellen. Bedeutsam ist, daß die Konstruktion aus der zwei- '

schichtigen flexiblen Schaltung 12 und dem Andruckteil 30 j

aus Elastomer eine Anordnung freigelegter Kontaktbereiche in ι ein und derselben Ebene darbietet. Diese neuartige Konstruktion

stellt einen gleichförmigen Druck sicher, welcher zu einem ]

zuverlässigen elektrischen Kontakt führt, wenn die jeweiligen I

Anschlußbereiche mechanisch aufgrund des Spanndruckes der ! Spannvorrichtung gegeneinander gepreßt werden.

— 8 —

Während die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung 10 nach Figur 1 in Verbindung mit einer zweischichtigen flexiblen Schaltung erläutert worden ist, können mit der Vorrichtung 10 auch elektrische Verbindungen hergestellt werden, wenn mehrschichtige flexible Schaltungen mit mehr als zwei Schaltungsschichten vorliegen, beispielsweise fünfschichtige flexible Schaltungen, wozu mehrere Anordnungen gemäß Figur 1 gestaffelt hintereinander angeordnet werden können. Eine fünfschichtige flexible Schaltung ist beispielsweise in Figur 2 gezeigt und allgemein mit 48 bezeichnet.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung der vorliegend angegebenen Art enthält eine fünfschichtige flexible Schaltung 48 aufeinanderfolgende Schaltungsschichten 50, 52, 54, 56 und 58, die jeweils ein nicht leitfähiges Substrat 62 mit einem darauf angeordneten Leitermuster 64 enthalten und welche sämlich in der in Figur dargestellten Weise laminiert sind. An einem Ende der vielschichtigen flexiblen Schaltung 48 bilden die einzelnen Schaltungsschichten 50 bis 58 eine fortschreitende Abstufung. Die Abstufung wird dadurch erhalten, daß zunehmend größer werdende Längen der einzelnen Schaltungsschichten 50 bis 58 vorgesehen werden. Die Schaltungsschicht 50 ist also kürzer als die Schaltungsschicht 52, die wiederum kürzer als die Schaltungsschicht 54 ist, bis schließlich die oberste Schaltungsschicht 58 erreicht ist. Demgemäß enthält jede der aufeinanderfolgenden Schaltungsschichten 50 bis 58 freiliegende Anschlußbereiche 66 bzw. 68 bzw. 70 bzw. 72 bzw. 74. Vorzugsweise sind die einzelnen Schaltungsschichten 50 bis 58 nicht mittels Klebstoff zusammenlaminiert, soweit dies den überlappenden oder abgestuften Abschnitt der Anschlußbereiche 66 bis 74 betrifft, so daß in diesen Bereichen eine Flexibilität aufrechterhalten bleibt. Gemäß einer Alternative kann ein flexibler Klebstoff, beispielsweise der von der Firma Rogers Corporation auf den Markt gebrachte Klebstoff R/Flex 20000, zur Aufeinander-laminierung der einander überlappenden Anschlußbereiche verwendet werden.

Es sei nun auf die Figuren 3 bis 6 Bezug genommen. Die >

abgestufte mehrschichtige flexible Schaltung 48 nach Figur 2
wird in Verbindung mit einer starren Andruckplatte oder
!einem Gehäuse verwendet, das mit 76 bezeichnet ist. Die ' 'starre Andruckplatte 76 ist speziell so ausgebildet, daß
sie mit einer mehrschichtigen flexiblen Schaltung zusammenwirkt, nämlich, wie bereits gesagt, einer flexiblen Schaltung
48 gemäß Figur 2. Die starre Andruckplatte 76 enthält ein
Gehäuse 78 mit einer Oberseite 80 und einer Unterseite 82.
An der Unterseite 82 befindet sich eine Öffnung oder Aus- ' nehmung 84, über welche von der Unterseite 82 des Gehäuses 78 ; ;her der Gehäuseinnenraum zugänglich ist. Die obere Wand der , Ausnehmung 84 besitzt eine Reihe von Stufen 86, 88, 90, 92 und
,94, die in diese Wand eingeformt sind, so daß sich die Tiefe ! der Ausnehmung 84 von flacheren Bereichen bei der Stufe 86 · zu größeren Tiefen bei der Stufe 94 hin verändert. Die starre ■ Andruckplatte 76 enthält außerdem ein Paar von Ausrichtstiften ■ '96 und 98, ein Paar von Bohrungen 100 und 102 zur Aufnahme
.von Schrauben oder anderen Befestigungselementen und ein _; [ Paar schräggestellter Öffnungen 104 und 106. Weiter enthält j ^! das Gehäuse 80 einen Schlitz 108 zum Festhalten einer ;

flexiblen Schaltung (siehe Figur 6) und einen Rampenabschnitt ; ι 110 zur Aufnahme eines flexiblen Schaltungsträgers sowie eine j

; zugehörige Haltklammer 112, welche vorzugsweise U-förmige '■ , Gestalt besitzt und einen Basisabschnitt mit zwei Ansätzen \

an jedem Ende dieses Basisabschnittes aufweist. Die Ansätze j finden jeweils in den schräggestellten öffnungen 104 und 106 ' ! Aufnahme und können dort mittels einer Mutter (nicht dargestellt;) ι oder dergleichen fixiert sein. Der Steg oder die Basis der
■■ U-förmigen Klammer drückt die flexible Schaltung 48 gegen
j die starre Andruckplatte 76, wie man aus Figur 7A erkennt.

Es sei nun auf Figur 7A eingegangen. Diese Zeichnungsfigur zeigtj eine lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung der hier ange-■ gebenen Art im zusammengebauten Zustand. Die Zeichnung zeigt | : eine fünfschichtige flexible Schaltung, beispielsweise die j I
!
; - 10 -

j flexible Schaltung 48 gemäß Figur 2, welche an der starren \

; Andruckplatte 76 in der Weise befestigt ist, daß sie zwischen j

j dem Rampenabschnitt 110 und der zugehörigen Klammer 112 !

; durchgeschoben ist, so daß die Abstufungsbereiche oder ]

I

Anschlußbereiche 66 bis 74 der mehrschichtigen flexiblen !

Schaltung 48 auf die Stufen 94 bis 86 der Andruckplatte j

ausgerichtet sind und sich unterhalb dieser Stufen be- J

finden. Man erkennt, daß das Ende 114 der oberen Schaltungs- '

schicht 60 lose in den Halteschlitz 108 eingesteckt ist. !

Gemäß einer Ausführungsform ist ein aus Elastomer gefertigtes, j federndes Andruckteil 116 zwischen dem abgestuften Bereich

der Ausnehmung 84 und den Anschlußbereichen der mehr- j

schichtigen flexiblen Schaltung 48 eingelagert.·Die Aus- j richtstifte 96 und 98 stehen in Eingriff mit der flexiblen j Schaltung 48 und einem anderen Schaltungsteil, beispielsweise j einer starren Schaltungsträgerplatte 118, so daß ein leit- j fähiges Schaltungsmuster 120 der starren Schaltungsträger- i platte 118 in die richtige Ausrichtstellung gegenüber ausgewählten Anschlußbereichen 66 bis 74 der mehrschichtigen j flexiblen Schaltung 48 gehalten wird. Danach werden nicht dargestellte Schrauben oder andere Befestigungsmittel in die Gewindebohrungen 100 und 102 sowie entsprechende Bohrungen in j der starren Schaltungsträgerplatte 118 eingeführt, um das j Gehäuse 80 mechanisch an die starre Schaltungsträgerplatte 118
anzuschließen.

^! Wenn die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung 76 in
mechanischen Kontakt mit der starren Schaltungsträgerplatte 118
gedrängt wird, so wird das federnde Andruckteil 116 zusammengedrückt, um die jeweiligen Anschlußbereiche der flexiblen
Schaltung 48 an die jeweils entsprechenden Anschlußbereiche
des Leitermusters 120 anzudrücken. Man erkennt, daß aufgrund
der entsprechenden Abstufung der Innenwand des Raumes 84
einerseits und der mehrschichtigen flexiblen Schaltung 48
andererseits die Anschlußbereiche 66 bis 74 der flexiblen
Schaltung in eine Lage in ein und derselben Ebene kommen,

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._ A

wobei ein gleichförmiger Druck auf jede der jeweiligen Schichten ausgeübt wird. Es ist zu beachten, daß die oberste Schaltungsschicht 58/ d.h. der Anschlußbereich 74 ι der flexiblen Schaltung 48 mit der größten Länge unterhalb

der Stufe des Gehäuses 80 gelegen ist, welche die geringste ; Tiefe hat, nämlich unter der Stufe 86, während die unterste ' Schaltungsschicht 50, nämlich der Anschlußbereich 66, welcher

• die kürzeste Länge besitzt, unterhalb der Stufe des Gehäuses 80 mit der größten Tiefe gelegen ist, nämlich unterhalb der

- Stufe 94.

In Figur 7B ist eine weitere Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung der hier angegebenen Art gezeigt, bei der eine Anzahl von federnden Andruckmitteln 122, 124, 126, 128 und 130 jeweils zwischen den einzelnen Schaltungsschichten der mehrschichtigen flexiblen Schaltung 48' angeordnet sind. . Diese Ausführungform kann derjenigen nach Figur 7A vor- ^: zuziehen sein, da jeder Anschlußabschnitt in Verbindung mit der relativen Menge von federndem Material, das an dem

• betreffenden Ort benötigt wird, präzise zugeschnitten werden kann (d.h., es kann wünschenswert sein, hinter einer Stufe

I größerer Tiefe mehr federndes Elastomer vorzusehen als hinter einer Stufe geringerer Tiefe). Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur eine flexible Schaltungsschicht von ! dem federnden Andruckpolster belastet ist, wodurch eine ; gleichförmige Andruckkraft sichergestellt ist. Demgegenüber sind die Verhältnisse bei der Ausführungsform nach Figur 7A ! so, daß das federnde Andruckpolster längs des abgestuften ί Abschnittes der flexiblen Schaltung hinter bzw. über zwei I oder mehr Schaltungsschichten gelegen sein kann. Man erkennt, j daß die übrigen baulichen Einzelheiten bei der Ausführungsj form nach Figur 7B genauso gewählt sind wie bei der zuvor j beschriebenen Ausführungsform nach Figur 7A, wobei die Be-I zugszeichen jeweils in Figur 7B mit einem Strich versehen sind.j

ί ι

- 12 -

\ 3606B21 -:"..^::" V '■;-'■'. I

;Es seien nun die Figuren 8A und 8B näher betrachtet. In eine !

!untere Schaltungsschicht 134 sind alternativ Fenster oder !

!Öffnungen 132 eingestanzt. Die Fensterausschnitte 132 machen · ! lauf diese Weise einen Bereich einer benachbarten Schaltungs-

jschicht 136 zugänglich, welcher durch den Fensterausschnitt '

bewegt werden kann und Kontakt zu einer Schaltungsträgerplatte j

!138 aufnehmen kann. Die Fensterausschnitte können an einem J jeweils gewünschten Ort vorgesehen werden. Vorzugsweise ist

die abgestufte Provilierung einer starren Andruckplatte 140 j !so gestaltet, daß eine geeignet Andruckkraft erzeugt wird,

um den elektrischen Kontakt herzustellen. i

In der obigen Beschreibung der Ausführungsformen nach den j

Figuren 2 bis 7 sind mehrschichtige flexible Schaltungen mit j

fünf Schichten sowie eine lötstellenfreie Verbindungsvor- !

ι
!richtung mit fünf Stufen darin untersucht worden. Man er-

jkennt jedoch, daß die abgestufte lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung der hier angegebenen Art dazu geeignet ist, Verbindungen mit vielschichtigen Schaltungen geeignet ist, die
eine beliebige Anzahl von zwei oder mehr Abstufungen aufweisen. Die Konstruktion mit fünf Abstufungen, wie sie in
den Zeichnungsfiguren gezeigt ist, dient hier nur als Beispiel.

Der Werkstoff, aus dem das Elastomer-Andruckteil 30 gemäß
Figur 1 bzw. 116 gemäß Figur 7A bzw. 122, 124, 126, 128 und 130
jgemäß Figur 2B hergestellt ist, besteht vorzugsweise aus einem
'offenporigen, zähelastischen Polymer und ist gemäß einer bejvorzugten Ausführungsform ein Polyuethan-Schaumkunststoff.
Besonders gute Ergebnisse wurden praktisch erzielt, wenn eine
Polyuethan-Rezeptur verwendet wurde, welche ein Polyester/
Polyäther-Mischsystem enthielten. Ein offenporiges Schaumstoffmaterial, welches sich praktisch für die Verwendung in
der hier angegebenen Verbindungsvorrichtung eignet, ist der
von der Firma Rogers Corporation unter der Bezeichnung
FCD 2200 auf den Markt gebrachte Werkstoff. Dieses Material

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besitzt charakteristischer Weise eine Kompressionsbelastungsablenkung bei einer Kompression von 25% im Bereich von '0,34 χ 10^ bis 3,4 χ 10^ PA. Ein federndes Material, wie

jes vorliegend geeignet ist, hat vorzugsweise eine zurück- !bleibende Kompression von weniger als 5%. Dieser Wert wird !entsprechend der ASTM-Norm D-1564 in der Weise geprüft, daß ■ein Stapel von Materialblättern (jedes Blatt etwa 1,5 mm dick) ivon 50 mm im Quadrat und 25 mm Gesamtdicke auf 50%, d.h. auf eine Dicke von 12.5 mm komprimiert wird und das kom-Iprimierte Material während einer Dauer von 22 Stunden einer Temparatur von 7 0⁰C ausgesetzt wird, wonach die Kompression !beseitigt wird und die sich dann ergebende Dicke gemessen wird. Die zurückbleibende Kompression eines Materials mit der Bezeichnung R/Flex 8770, welches vor der Prüfung nach der ASTM-Norm D-1564 fünf Stunden lang im Dampfautoklaven vorbehandelt wurde, ist weniger als 10%.

!Die lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung, wie sie hier 'angegeben ist, eignet sich besonders gut zur Herstellung lötstellenfreier Verbindungen zwischen mehrschichtigen !flexiblen Schaltungen und anderen elektronischen Schaltungen j oder Schaltungseinheiten, wobei ein gleichförmiger Andruck ian den verschiedenen Kontaktbereichen, an denen die Verbindungen [erzeugt werden sollen, erzielt wird. Die angegebene lötstellenjfreie Verbindungsvorrichtung eignet sich für die Verbindung von ₍paaren flexibler Schaltungen, von flexiblen Schaltungen mit istarren Schaltungen und von flexiblen Schaltungen mit inteigrierten Schaltung oder anderen elektronischen Bauelementen.

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Claims

Patentansprüche

1. Lötstellenfreie Verbindungsvorrichtung, bei welcher
mechanische Spannmittel eine Andruckkraft gegen ein Andruckteil
; aus einem Elastomer ausüben, um einen elektrischen Kontakt
zwischen Anschlußbereichen elektrischer Schaltungsteile herzu-

'stellen,von denen mindestens eines eine mehrschichtige flexible
i
Schaltung ist, die mindestens eine erste und eine zweite

Schaltungsschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
j Schaltungsschichten an die federnden Andruckteile angrenzend in

solche Form gebracht sind, daß ihre Anschlußbereiche in ein , ,und derselben Ebene gelegen sind. ;

_2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- j

ι zeichnet, daß die erste Schaltungsschicht der flexiblen ■

] Schaltung (12) ein erstes nichtleitfähiges Substrat (16) und |

, einen ersten Abdeckfilm (19) enthält, zwischen denen ein ι

[ erstes Leitermuster (18) eingelagert ist, daß die zweite |

Schaltungsschicht der flexiblen Schicht (12) ein zweites i

ι ι

. nichtleitfähiges Substrat (20) und einen zweiten Abdeckfilm ^! (23) enthält, zwischen denen ein zweites Leitermuster (22) ein- j gelagert ist, wobei die beiden Leitermuster (18, 22) nach Ein- j wärts aufeinanderzuweisen und von den beiden Abdeckfilmen (19,
23) voneinander getrennt gehalten sind und wobei die beiden

ι Schaltungsschichten so miteinander verbunden sind, daß sie ein !

j I

Laminat bilden, daß die beiden Leitermuster (18, 22) jeweils j S über die jeweils zugehörigen Substrate (16, 20) hinausreichen j

ι und erste bzw. zweite verlängerte Leiterbereiche bilden, von j

' denen der zweite verlängerte Leiterbereich eine größere Länge

[ besitzt als der erste verlängerte Leiterbereich und von denen
I beide verlängerte Leiterbereiche jeweils an den Enden mit j

i ι

I Anschlußbereichen versehen sind, daß weiter ein Andruckteil · I (30) aus Elastomer miteinander gegenüberliegenden Oberflächen ^! (26, 28) versehen ist, und der zweite verlängerte Leiterbe- j reich vollständig um die erste Oberfläche (26) sowie einen : Teil der zweiten Oberfläche (28) herumgelegt ist, während

der erste verlängerte Leiterbereich um einen Teil der zweiten

Oberfläche (28) herumgelegt ist,- so daß die beiden Anschlußbereiche elektrisch isoliert voneinander gehalten sind und an
ider zweiten Oberfläche (28) des Andruckteiles (30) gelegen

Isind, derart, daß ein elektrischer Kontakt zwischen den An- ι

'schlußbereichen und einem anderen Schaltungsteil (14) her- ,

'stellbar ist. I

j I

,3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige flexible Schaltung (48) : eine Anzahl zusätzlicher Schaltungsschichten aufweist, welche j um das Andruckelement (30) aus Elastomer herumgelegt sind ;

; und verlängerte Leiterbereiche aufweisen, die jeweils an j

den Enden mit Anschlußbereichen versehen sind, wobei die ι

Anschlußbereiche der genannten zusätzlichen Schaltungs- I

schichten an der genannten zweiten Oberfläche (28) des An- j

idruckteiles (30) angeordnet sind und elektrisch voneinander J

,isoliert gehalten sind. ■

_tA. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet' !durch Mittel zur Ausrichtung der mehrschichtigen Schaltung
(12, 48) relativ zu einem anderen Schaltungsteil (14).

5. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
idurch ein starres Gehäuse (78), welches ein paar aufeinanderigegenüberliegenden Seiten angeordneter Oberflächen (80, 82)
aufweist, von denen die erste Oberfläche (82) mit einer öffnung
[ (84) versehen ist, die eine von der ersten Oberfläche (82)
.im Abstand gelegene Wand besitzt und die eine bestimmte Tiefe
!aufweist, wobei die öffnung ein Elastomer-Andruckteil (116)
I die mehrschichtige flexible Schaltung (48) aufzunehmen vermag,
! daß ferner mindestens eine Abstufung in der genannten oberen
Wand der öffnung (84) gebildet ist, derart, daß die Tiefe der
öffnung (84) von einem flacheren Bereich zu einem tieferen Bereich zunimmt und daß schließlich Mittel zur Ausübung einer ^x
Andruckkraft auf das starre Gehäuse (78) vorgesehen sind, um

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das Elastomer-Andruckteil (116) zusammenzudrücken und eine Vor-¹ Spannkraft auf die jeweiligen Anschlußbereiche der Schaltungsteile (48) auszuüben, so daß ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.

\ 6. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrschichtige flexible Schaltung (48) vor-

■ gesehen ist, welche mindestens zwei Schaltungsschichten auf-

iweisen, deren einander benachbarte Enden unterschiedliche Längen ] besitzen, so daß abgestufte Anschlußbereiche gebildet sind, die .

unterhalb entsprechender Abstufungen im starren Gehäuse (78) ; gelegen sind und die freiliegende Leiterbahnen aufweisen, die :entsprechenden Leiterbereichen eines anderen Schaltungsteiles

(118) gegenüberliegen.

^:7. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ι !ein starres Gehäuse (78), welches ein paar von aufeinander J gegenüberliegenden Seiten gelegener Oberflächen (80, 82) auf-

j weist, von denen eine erste Oberfläche (82) mit einer öffnung ! (84) versehen ist, die eine obere Wand besitzt, welche be- ^!

■ stimmten Abstand von der ersten Oberfläche hat und eine be- i

I stimmte Tiefe der Öffnung bestimmt, daß mindestens eine Ab- ι

stufung in der genannten oberen Wand der Öffnung (84) ausge- : bildet, derart, daß die Tiefe der öffnung sich von flacheren j ¹ Bereichen zu tieferen Bereichen vergrößert, daß die mehr- \ J schichtige flexible Schaltung (48) mindestens eine erste und j zweite Schaltungsschicht enthält, deren einander benachbarte I Enden sich unterschiedlich weit nach außen erstrecken, so daß ί abgestufte Anschlußbereiche gebildet sind, die unterhalb ent-S sprechender Abstufungen im starren Gehäuse (78) gelegen sind

' und die freiliegende Leiterbereiche besitzen, die entsprechenden Leiterbereichen eines anderen Schaltungsteiles (118) gegenüber gelegen sind und das schließlich Mittel zur Ausübung einer Andrückkraft auf das starre Gehäuse (78) vorgesehen sind,

I um das Elastomer-Andruckteil (116) zusammenzudrücken und eine Vorspannkraft auf die jeweiligen Anschlußbereiche der

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Schaltungsteile (48) auszuüben, so daß ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.

j 8. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer-Andruckteil (116) zwischen

der mindestens einen Abstufung im starren Gehäuse und den

! Abstufungen der mehrschichtigen flexiblen Schaltung gelegen j ist.

! 9. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch ι gekennzeichnet, daß Elastomer-Zwischenlagen zwischen den einander benachbarten Schaltungsschichten zumindest in den Anschlußbereichen vorgesehen sind.

10. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Festhalten oder Festspannen der mehrschichtigen flexiblen Schaltung an dem starren Gehäuse (78).

11. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Festspannen oder Festhalten der flexiblen Schaltung an dem starren Gehäuse eine U-förmige Klammer (112) enthalten, welche in Bohrungen oder öffnungen (104, 106) des starren Gehäuses (78) eingesetzt ist.

12. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet, durch einen Halteschlitz (108) in dem starren Gehäuse (76), in den mindestens eine (60) der Schaltungsschichten der mehrschichtigen flexiblen Schaltung (48) eingesteckt ist.

13. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Fensterausschnitt (132), der in mindestens einer (134) der Schaltungsschichten der mehr-

schichtigen flexiblen Schaltung gebildet ist, so daß Anschlußbereiche einer benachbarten Schaltungsschicht (136)

! oberhalb des Fensterausschnittes (132) freigelegt sind, derart, · I daß diese Anschlußbereiche der benachbarten Schaltungsschicht

durch den Fensterausschnitt hindurchgedrückt werden, wenn eine . ' Andruckkraft zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes

auf die flexible Schaltung wirkt. ·.

14. Verfahren zur Herstellung einer lötstellenfreien Verbindung

zwischen Kontaktbereichen einer mehrschichtigen flexiblen !

; Schaltung und mit dieser zu verbindenden Schaltungsteilen, '

t i

j welche entsprechende Kontaktbereiche aufweisen, dadurch ge- ■

.' kennzeichnet, daß insbesondere unter Verwendung einer Ver- ' I bindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 die

j Schaltungsschichten, welche mit den Anschlußbereichen ver- ■

■ ι

^! sehen sind, derart ausgebildet und mittels elastischer Andruck- |

^! teile derart verformt werden, daß die Kontaktbereiche sämtlich ι

i in ein und derselben Ebene gelegen sind. j