DE3824314A1

DE3824314A1 - Verbindungselement oder fassung nach dem ssc-prinzip

Info

Publication number: DE3824314A1
Application number: DE3824314A
Authority: DE
Inventors: Ddr Rostock Prof Dr S Mennenga
Original assignee: SEEFAHRT INGHOCHSCHULE
Priority date: 1987-08-04
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1989-02-16
Also published as: DD276951A1

Description

Die Erfindung findet Anwendung bei der Verbindung vielpoliger elektronischer Bauelemente, wie z. B. eines Mikroprozessors 80 286 mit der notwendigen Leiterplatte. Die Grundausführung ist ein selbstlötender Verbinder (SSC = self soldering connector), der durch die Erfindung speziell aus gebildet wird. Die Erfindung kann auch besonders günstig dort Anwendung finden, wo Leadless-Chip-Carrier (LCC)-Bau elemente mit Leiterplatten zu verbinden sind. Die Anwendung kann allgemein für die Ausführung von SSC-Verbindungselemen ten genutzt werden.

Eine besondere Schwierigkeit bei der Ausführung vielpoliger Lötverbindungen stellt bei Materialpaarungen mit unter schiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Ausgleich der Deh nungsunterschiede dar. Erfolgt dieser nicht, können die Lötverbindungen durch häufige Temperaturzyklen zerstört werden. Solche Temperaturzyklen entstehen einfach durch den Gebrauch der Baugruppe durch das Ein- und Ausschalten und die Verlustleistung (Wärmeentwicklung!) des Bauelementes.

In einer weiteren Anmeldung des gleichen Erfinders ist ein Kontakt für ein SSC-Bauelement beschrieben. Es handelt sich dabei um einen Kontakt, der sich um drei Seiten des Grundkörpers des Verbinders herumzieht und nur die "mittlere" Seite des Kontaktes ist mit dem Grundkörper fest verbunden. Die beiden Enden des Kontaktstreifens tragen die Lötverbindungen, die für die Realisierung des Dehnungsaus gleichs ausreichend verschieblich sind.

Diese Anordnung ist relativ aufwendig in der Herstellung und bereitet bei der Ausführung sehr hochpoliger kleiner Fassungen Schwierigkeiten bei der Fertigung.

Ziel der Erfindung ist ein Verbindungselement oder eine Fassung für vielpolige elektronische Bauelemente nach dem SSC-Prinzip, das in der Herstellung einfach ist und bei der das Problem des Dehnungsausgleichs kostengünstig gelöst ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine einfache Möglichkeit des Dehnungsausgleichs anwendbar bei SSC-Bau elementen, die als vielpolige Verbindungselemente oder als Fassungen benutzt werden, zu finden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst dadurch, daß der Grundkörper des Verbindungselementes oder der Fassung wenig stens unterhalb der auf die Oberfläche aufgebrachten Kon taktschicht, der Anschlußstellen, vorzugsweise aber voll ständig aus einem Elastomer gefertigt wird. Die Heizvorrich tung ist in den Grundkörper integriert oder auf seine Ober flächen aufgebracht.

Durch die elastischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen SSC-Verbindungselementes kann dieses beim Gebrauch die bei Temperaturänderungen und unterschiedlichen Ausdehnungs koeffizienten der Materialpaarungen auftretenden Relativ bewegungen aufnehmen, ohne daß größere Kräfte entstehen, so daß die Lötverbindungen nicht unzulässig belastet werden.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung kann erfolgen z. B. durch Aufdrucken der Heizwendel auf eine Folie, beidseitiges Auflegen von Elastomerschichten auf diese Folie und Verpressen oder Verkleben der Elastomerschichten mit der die Heizvorrichtung tragenden Folie, Aufgalvanisieren einer Metallschicht - vorwiegend Kupfer - auf die Elastomerschichten und anschließendes Herstellen der Anschlußflächen und der Kontaktbahnen durch Laserstrukturieren mittels Einschneiden von Trennzonen. Anwendbar sind auch die galvanischen Verfahren der Leiterplattentechnologie und deren Strukturierungsverfahren. An der Heizvorrichtung sind kontaktierbare Anschlußflächen für die Zuführung der elektrischen Heizenergie vorgesehen. Zum Gebrauch der erfindungsgemäßen Lösung werden die Anschlußflächen auf beiden Seiten z. B. mittels Siebdruck mit Reflow-Lötpaste versehen oder auf andere Weise mit Lot versorgt ("vorverzinnen"), das erfindungsgemäße Verbindungs element auf die Leiterplatte gesetzt und auf dies Verbin dungselement wird das Bauelement, z. B. ausgeführt als Leadless-Chip-Carrier, aufgesetzt. Anschließend wird über die Kontakte der Heizvorrichtung dieser Energie zugeführt und damit die Lotpaste oder das Lot aufgeschmolzen. Mit dem Abkühlen nach Abschalten der Heizenergie ist die beidseitige Verbindung ausgeführt. Ein Lösen des Bauelementes erfolgt durch neuerliches Aufheizen und Abziehen des Bauelementes nach Schmelzen des Lotes.

Bei Temperaturzyklen, die auf die Kombination von Leiterplatte, Verbindungselement und Bauelement während ihrer Nutzung wirken, nimmt die erfindungsgemäße Aufnahme wegen ihrer elastischen Eigenschaften die Wege und Kräfte auf, die infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen auftreten.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verbindungselement.

Fig. 1a stellt die Seitenansicht,

Fig. 1b die Draufsicht dar.

Es ist 1 die Leiterplatte mit Leiter zügen 1 a, mit der das LCC-Bauelement 2 zu verbinden ist.

Zwischen beiden befindet sich das erfindungsgemäße Verbin dungselement 3. Dieses ist ebenso wie die Leiterplatte 1 und das Bauelement 2 teilweise geschnitten dargestellt und besteht aus der Heizwendel 4, hier beidseitig aufgebracht auf eine Folie 5, den beiden Elastomerschichten 6 und 7 und den auf diese aufgebrachten Kontaktbahnen 8, die sich an den Enden zu den Anschlußfahnen 9 erweitern, auf die das Lot 10 aufgebracht wurde, welches das Bauelement 2 mit dem Verbin dungselement 3 bzw. der Leiterplatte 1 verbindet. Mit 11 sind die Kontakte der Heizvorrichtung bezeichnet, hier aus geführt als Stifte. Es ist möglich, eine gleichartige Kon struktion auch unter Fortlassung der Folie 5 auszuführen, indem die Heizvorrichtung z. B. mittels Siebdruck auf die Innenseite der einen Elastomerschicht aufgebracht wird und anschließend die zweite Elastomerschicht auf die erste auf gebracht wird, z. B. mittels Kleben.

In der praktischen Ausführung liegt die Stärke der in Fig. 1 dargestellten Lösung bei 1 mm und darunter.

Die Kontaktstifte für die Zuführung der Heizenergie können durch Kontaktflächen ersetzt werden.

Die Nutzung des Elastomers und die Laserbearbeitung erlauben eine spezielle Ausführung des erfindungsgemäßen Verbindungselementes, die durch eine Strukturierung der Oberfläche gekennzeichnet ist. Diese wurde so gestaltet, daß die Lötverbindungen besonders sicher ausgeführt werden können. So können Bauelemente mit Anschlußstiften mit diesen in napfartig gestaltete Oberflächenelemente, die Lotpaste enthalten, eingreifen und auf der der Leiterplatte zugewandten Seite können die Anschlußflächen auf warzen ähnlichen Ausstülpungen der Elastomerschicht aufgebracht sein, so daß die Lotpaste örtlich definiert auch bei Druck verbleibt. Vorteilhafterweise ist die Metallschicht der Kontaktbahnen abgesehen von den Anschlußflächen mit einer lotabweisenden Schicht bedeckt, um ein "Absaugen" des Lotes durch die Kontaktbahnen zu vermeiden. Weiter kann der Kern des Verbindungselementes, der auch die Heizvorrichtung trägt, so oberflächenstrukturiert sein, daß nur eine dünne, relativ gleichmäßige Schicht des Elastomers über diesem aufzubringen ist, um die gewünschte Oberflächenstruktur des Verbindungs elementes zu erhalten.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ausführung eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes mit einer für die Lötung günstig gestalteten Oberflächenstruktur.

Es ist wieder die Leiterplatte 1 mit den Leiterzügen 1 a dargestellt. Das anzuschließende Bauelement 2 hat hier Pins 12, die in die napfartigen Strukturen 13 des Verbindungs elementes 3 eingreifen. Auf der anderen Seite des Verbin dungselementes ist die Struktur warzenartig gestaltet. Das Lot 10 befindet sich zwischen den Anschlußfahnen 9 und der Leiterplatte bzw. zwischen den Pins und den die Wand des Napfes bildenden "Anschlußfahnen". Die Kontaktbahnen 9 sind durch Lötstoplack 14 abgedeckt.

Bei dem Aufbringen eines LCC-Bauelementes auf die Leiterplatte mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsein richtung oder Fassung kann deren Struktur auch auf beiden Seiten warzenartig sein.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß bei ihrer Anwendung auch Kontakte unter den Bauelementen und nicht nur an ihrem Rande ausgeführt werden können, was eine weitere Erhöhung der Packungsdichte auch bei LCC-Elementen erlaubt.

Als Elast ist z. B. geeignet DURAPOT 861 (Hochtemperatur- Epoxidharz) von Kager.

Verzeichnis der verwendeten Bezugszeichen

1 Leiterplatte
1 a Leiterzüge auf der Leiterplatte 1
2 Bauelement, das mit der Leiterplatte 1 verbunden werden soll
3 erfindungsgemäßes Verbindungselement oder Fassung
4 Heizwendel, die zum Aufheizen der Lötverbindungen dient
5 Träger für die Heizvorrichtung, z. B. eine Folie
6 Elastomerschicht
7 Elastomerschicht
8 Kontaktbahnen
9 Anschlußflächen, d. h. Erweiterungen der Kontaktbah nen, auf die das Lot aufgetragen wird
10 Lot, vorzugsweise Reflow-Lötpaste
11 Anschlußstift zur Zuführung der elektrischen Heiz energie zur Heizvorrichtung 4
12 Kontaktstift oder Pin eines zu verbindenden Bauelementes 2
13 napfartige Ausbildung oder Struktur der Elastomeroberfläche zur Aufnahme von Lot
14 Lötstopplack
15 warzenartige Ausbildung oder Struktur der Elastomeroberfläche zwecks Führung des Lotes

Claims

1. Verbindungselement oder Fassung nach dem SSC-Prinzip, gekennzeichnet dadurch, daß der Grundkörper vollständig, wenigstens aber unterhalb der Anschlußfahnen, aus einem Elastomer hergestellt ist, wobei die für SSC-Elemente typische Heizvorrichtung in den Grundkörper integriert oder auf seine Oberfläche aufgebracht ist.

2. Verbindungselement oder Fassung nach dem SSC-Prinzip nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberfläche napfartig und/oder warzenartig strukturiert ist, um eine günstige Gestaltung der Lötstellen zu erreichen.

3. Verbindungselement oder Fassung nach dem SSC-Prinzip nach vorstehenden Punkten, gekennzeichnet dadurch, daß die Kontaktbahnen des Verbindungselementes bis auf die Lötstel len mit einer lotabweisenden Schicht, z. B. einem Lötstopp lack, bedeckt sind.

4. Verbindungselement oder Fassung nach dem SSC-Prinzip nach vorstehenden Punkten 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß Verbindungselement oder Fassung aus einer ersten flachen, auch strukturierten Elastomerschicht besteht, auf deren Innenseite die Heizvorrichtung z. B. in Form einer Heizwendel und beispielsweise galvanisch oder mittels Sieb druck aufgebracht wurde, diese von einer zweiten Elastomer schicht bedeckt wird und beide verbunden sind, und beide Schichten äußerlich mit Kontakten versehen sind.

5. Verbindungselement oder Fassung nach dem SSC-Prinzip, gekennzeichnet dadurch, daß diese besteht aus einem auch entsprechend Punkt 2 struktu rierten Kern, z. B. auch einem festen Kern beispielsweise aus Keramik, der die Heizvorrichtung trägt, und dieser Kern mit einer Elastomerschicht überzogen ist, die die Lötstellen oder Anschlußstellen trägt.