DE4010886A1

DE4010886A1 - Vorrichtung zum verbinden von substraten

Info

Publication number: DE4010886A1
Application number: DE4010886A
Authority: DE
Inventors: Yukiyasu Uehara; Kazuhiko Migita
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1990-10-11
Also published as: JPH02263495A; US5017146A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Substraten unter Verwendung von Steckerverbindungen, insbesondere zum Verbinden von wenigstens zwei parallel angeordneten Substraten mit einem im wesentlichen senkrecht dazu angeordneten Substrat in einem Arbeitsschritt unter Verwendung von Steckerverbindungen.

Um mehrere Substrate zu verbinden, die in einem elektronischen Gerät senkrecht zueinander angeordnet sind, um dazwischen elektrische Signale auszutauschen, ist es bisher üblich, Verbindungselemente zu verwenden, die zwischen den Substraten vorgesehen werden.

Eine derartige herkömmliche Substratverbindungsvorrich tung ist in Fig. 9 der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Ein querliegendes Substrat 1 und ein in Längsrichtung verlaufen des Substrat 2 bilden einen rechten Winkel zueinander. Stecker (konvexe Anschlüsse) 4 a und 4 b, jeweils mit mehreren Anschlußstiften 3, sind an den Substraten 1 und 2 jeweils gehalten. Ein Verbindungselement 7 weist mehrere Leitungs drähte 5, die zu den Anschlußstiften 3 der Stecker 4 a und 4 b gehören, und Buchsen (konkave Anschlüsse) 6 auf, die an den gegenüberliegenden Enden der Leitungsdrähte 5 vorgesehen sind.

Eine der Buchsen 6 des Verbindungselementes 7 wird in den Stecker 4 b des querliegenden Substrates 1 eingesetzt und die andere Buchse 6 wird in den Stecker 4 b des längsliegenden Substrates 2 eingesetzt, um dadurch beide Substrate 1 und 2 elektrisch miteinander zu verbinden.

Diese Art der Verbindung macht jedoch zwei getrennte Arbeitsschritte, nämlich einen ersten Arbeitsschritt, in dem die Substrate 1 und 2 in ihrer Lage angeordnet werden, und einen zweiten Arbeitsschritt erforderlich, in dem anschlie ßend die Substrate 1 und 2 miteinander verbunden werden, was folglich die Herstellungskosten erhöht. Die Verwendung eines Verbindungselementes 7 führt weiterhin dazu, daß die Anzahl der Bauelemente oder Bauteile des gesamten Aufbaus zunimmt und Bauteile eines zusätzlichen Montagearbeitsvorganges dafür benötigt werden.

Um diese Nachteile der oben beschriebenen Substratver bindungsvorrichtung zu beseitigen, ist eine weitere Substrat verbindungsvorrichtung bereits vorgeschlagen worden, die in den Fig. 10A und 10B dargestellt ist.

Wie es in den Fig. 10A und 10B dargestellt ist, weist das querliegende Substrat 1 Stecker 8 a und 8 b auf, die an einem Endabschnitt des Substrates angebracht sind und senkrecht zur Substratoberfläche gewandt sind. Das quer liegende Substrat 2 weist Buchsen 9 a und 9 b auf, die am unteren Endabschnitt ausgebildet sind, und parallel zur Substratoberfläche gerichtet sind, so daß sie mit den Steckern 8 a und 8 b verbunden werden können. Die Buchsen 9 a und 9 b werden mit dem in Längsrichtung liegenden Substrat 2 über die Anschlußstifte 10 verbunden.

Bei dieser Substratverbindungsvorrichtung werden durch ein Schwenken des vertikal liegenden Substrates 2 in die durch einen Pfeil angegebene Richtung und durch ein Drücken des Substrates 2 nach unten auf das horizontal liegende Substrat 1 die Stecker 8 a und 8 b in die Buchsen 9 a und 9 b eingesetzt, wobei gleichzeitig die Substrate montiert werden, wie es in Fig. 10B dargestellt ist, so daß eine elektrische Verbindung problemlos zwischen den Substraten 1 und 2 hergestellt werden kann.

In der letzten Zeit ist jedoch eine hochdichte Anordnung einer großen Anzahl von Schaltungsbauelementen in der in Fig. 11 dargestellten Weise erforderlich geworden, die querver laufende Substrate 1 a und 1 b zeigt, die eng mehrstufig angebracht sind. Die in Fig. 10A und 10B dargestellte Verbindung ist zwar für eine elektrische Verbindung zwischen einem oberen querverlaufenden Substrat 1 a und einem in Längsrichtung verlaufenden Substrat 2 geeignet, sie kann jedoch für das untere querliegende Substrat 1 b nicht angewandt werden, so daß notwendigerweise das in Fig. 9 dargestellte Verbindungselement 7 benutzt werden müßte.

Durch die erfindungsgemäße Substratverbindungsvorrich tung sollen die oben angegebenen Probleme bekannter Vorrich tungen beseitigt werden.

Dazu wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Verbinden von Substraten geschaffen, die ein erstes querlie gendes Substrat, ein zweites querliegendes Substrat, das über dem und parallel zu dem ersten querliegenden Substrat angeordnet ist, und ein in Längsrichtung liegendes Substrat umfassen, das senkrecht bezüglich des ersten und des zweiten querliegenden Substrates angeordnet ist, wobei die erfin dungsgemäße Vorrichtung einen ersten Stecker, der auf einer oberen Außenfläche des ersten querliegenden Substrates so angebracht ist, daß die Verbindungsbewegung des ersten Steckers in eine Richtung senkrecht zur oberen Außenfläche des ersten querliegenden Substrates erfolgt, einen Ausschnitt oder eine Öffnung, die im zweiten querliegenden Substrat ausgebildet ist, um die Verbindungsbewegung des ersten Steckers zu ermöglichen, einen zweiten Stecker, der auf einer oberen Außenfläche des zweiten querliegenden Substrates an einer Stelle befestigt ist, die zum ersten Stecker längs einer Linie in Längsrichtung ausgerichtet ist, so daß die Verbindungsbewegung des zweiten Steckers in eine Richtung senkrecht zur oberen Außenfläche des zweiten querliegenden Substrates erfolgt, einen vorderen Stecker, der auf einer oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates befestigt ist, so daß die Verbindungsbewegung des vorderen Steckers in eine Richtung parallel zur oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates erfolgt, wobei der vordere Stecker mit dem ersten Stecker verbunden wird, und einen hinteren Stecker umfaßt, der auf der oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates an einer Stelle hinter dem vorderen Stecker befestigt ist, so daß die Verbindungsbewegung des hinteren Steckers in einer Richtung parallel zur oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates erfolgt, wobei der hintere Stecker mit dem zweiten Stecker verbunden wird.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A eine Teildraufsicht auf ein oberes Substrat bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 1B eine perspektivische Teilansicht des oberen Substrates von Fig. 1A,

Fig. 2A eine Teildraufsicht auf ein unteres Substrat bei dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2B eine perspektivische Teilansicht des unteren Substrates von Fig. 2A,

Fig. 3A eine Teildraufsicht, wobei die relative Lage zwischen dem oberen Substrat und dem unteren Substrat bei dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist,

Fig. 3B eine perspektivische Teilansicht, die die relative Lage zwischen dem oberen Substrat und dem unteren Substrat bei dem gleichen Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 4A Ansichten eines vertikalen Substrates bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus drei verschiedenen Winkeln,

Fig. 4B eine perspektivische Ansicht des vertikalen Substrates von Fig. 4A,

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht, die drei miteinander verbundene Substrate zeigt,

Fig. 6 eine vordere Durchsicht, die drei verbundene Substrate zeigt,

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 9 eine Teilansicht einer herkömmlichen Vorrichtung,

Fig. 10A die Substratverbindung bei einer zweiten herkömmlichen Vorrichtung,

Fig. 10B eine perspektivische Teilansicht, die Substrate zeigt, die mit der zweiten herkömmlichen Vorrichtung verbunden sind, und

Fig. 11 eine Teilseitenansicht einer dritten herkömm lichen Vorrichtung.

Im folgenden wird anhand der Fig. 1A bis 6 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In diesen Figuren sind gleiche Bezugszeichen wie bei der herkömmlichen Vorrichtung für gleiche Bauteile oder Bauelemente verwandt, so daß diese Bauteile und Bauelemente nicht nochmals erläutert werden, es sei denn, daß das notwendig sein sollte.

Fig. 1A zeigt eine Teildraufsicht auf ein oberes querliegendes Substrat 11 a, das als erstes Substrat oder auch oberes Substrat bezeichnet wird und beim ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, und Fig. 1B zeigt eine perspektivische Ansicht des oberen Substrats von Fig. 1A.

Wie es in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist, weist das obere Substrat 11 a Ausschnitte 12 a und 12 b an einem mittleren Abschnitt und an einer Ecke des Randes auf. Die Ausschnitte 12 a und 12 b bilden Vorsprünge 13 a und 13 b, auf denen obere Stecker 14 a und 14 b in Form von konvexen Anschlüssen befestigt sind, so daß deren Verbindungsbewegung senkrecht zur Substratoberfläche erfolgt. Die Stecker 14 a und 14 b sind so angeordnet, daß ihre Mitte einen Abstand β und γ vom Substratende hat. Der Abstand β ist gleich der Hälfte der Breite des Vorsprunges 14 a und der Abstand γ ist gleich 3β plus der Breite des Ausschnittes.

Wie es in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist, trägt das untere querliegende Substrat 11 b, das als Quersubstrat oder auch unteres Substrat bezeichnet wird, untere Stecker 15 a und 15 b, die daran an Stellen befestigt sind, die den Ausschnit ten 12 a und 12 b des oberen Substrates 11 a entsprechen, so daß deren Verbindungsbewegung senkrecht zur Substratoberfläche erfolgt. Die Mitte der unteren Stecker 15 a und 15 b hat einen Abstand δ und ε jeweils von einem Ende des unteren Substrates 11 b. Der Abstand δ ist gleich der Breite des Vorsprunges plus der Hälfte der Breite des Ausschnittes und der Abstand ε ist gleich der Breite des Substrates minus der Hälfte der Breite des Ausschnittes.

Die Strecken δ-β, γ-δ, ε-γ sind größer als die Breite der oberen Stecker 14 a, 14 b und der unteren Stecker 15 a, 15 b.

Wenn das obere und das untere Substrat mit oberen Steckern 14 a und 14 b und unteren Steckern 15 a und 15 b, die in der oben beschriebenen Weise vorgesehen sind, parallel zueinander angeordnet sind, wie es in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist, dann liegen die oberen Stecker 14 a und 14 b und die unteren Stecker 15 a und 15 b nach oben frei, wobei diese Stecker in einer geraden Linie in der Draufsicht von Fig. 3A zueinander ausgerichtet sind.

Fig. 4A zeigt Ansichten unter verschiedenen Winkeln, nämlich eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines in Längsrichtung liegenden Substrates 16, das bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwandt wird, wobei Fig. 4B eine perspektivische Ansicht des in Längsrichtung liegenden Substrates 16 zeigt. Wie es in den Fig. 4A und 4B dargestellt ist, trägt das untere Substrat 16 untere Buchsen 17 a und 17 b in Form von konkaven Anschlüssen, die am unteren Endabschnitt des in Längsrichtung liegenden Substrates an Stellen δ und ε befestigt sind, die den unteren Steckern 15 a und 15 b am unteren Substrat 11 b entsprechen, so daß sie durch eine Bewegung parallel zur Substratoberfläche in die entsprechenden Stecker eingesetzt werden. Das untere Substrat 16 trägt weiterhin obere Buchsen 18 a und 18 b, die daran an Stellen befestigt sind, die vom unteren Ende um eine Strecke gleich dem Abstand zwischen dem oberen und unteren Substrat 11 a und 11 b entfernt sind und durch β und γ entsprechend den oberen Steckern 14 a und 14 b des oberen Substrates 11 a bestimmt sind.

Wenn das in Längsrichtung liegende Substrat 16 in eine Richtung vertikal nach unten mit dem oberen und dem unteren Substrat 11 a und 11 b zusammengesetzt wird, die in zwei Etagen gehalten sind, wobei die oberen Stecker 14 a, 14 b und die unteren Stecker 15 a und 15 b in einer geraden Linie zueinander ausgerichtet sind, dann werden die unteren Buchsen 17 a und 17 b und die oberen Buchsen 18 a und 18 b, die in verschiedenen Stufen auf der gleichen Oberfläche des vertikalen Substrates 16 angeordnet sind, in die entsprechenden Stecker jeweils eingesetzt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, werden die Stecker und die Buchsen, insbesondere in den Kombinationen (A), nämlich 14 a-18 a, (B), nämlich 14 b-18 b, (C), nämlich 15 a-17 a und (D), nämlich 15 b-17 b miteinander verbunden.

Da bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden von Substraten die oberen Buchsen 18 a und 18 b automatisch in die oberen Stecker 14 a und 14 b eingesetzt werden, während die unteren Buchsen 17 a und 17 b automatisch in die unteren Stecker 15 a und 15 b eingesetzt werden, wenn das in Längsrichtung liegende Substrat 16 mit den horizontal gehaltenen oberen und unteren Substraten 11 a und 11 b zusammengebaut wird, wird eine elektrische Verbindung zwischen den Substraten 11 a, 11 b und 16 hergestellt, ohne daß irgendein weiterer besonderer Arbeitsvorgang benötigt wird.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden von Substraten sind die oberen Stecker 14 a und 14 b und die unteren Stecker 15 a und 15 b an Endabschnitten der querliegenden Substrate 11 a und 11 b jeweils angeordnet. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist jedoch auf dieses Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, sie kann auch in der Weise ausgebildet sein, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, die ein längsliegendes Substrat 16 zeigt, das an mittleren Abschnitten mit einem oberen und einem unteren Substrat 11 a und 11 b zusammengesetzt ist. In diesem Fall ist ein unterer Stecker 19 c in der Mitte des unteren Substrates 11 b befestigt und weist das obere Substrat 11 a eine Öffnung an einer Stelle auf, die dem unteren Stecker 19 c entspricht, so daß eine Kopplungsbewegung des unteren Steckers 19 c in diese Öffnung 20 möglich ist. Die Öffnung 20 hat Abmessungen, die größer als die Gesamtabmessungen des unteren Steckers 19 c sind und der untere Stecker 19 c ist durch die Öffnung 20 selbst nach der Anordnung des oberen Substrates 11 a über dem unteren Substrat 11 b sichtbar. Das obere Substrat weist obere Stecker 19 a und 19 b auf, die an Stellen befestigt sind, die in einer geraden Linie zum unteren Stecker 19 c ausgerichtet sind, wenn das obere Substrat 11 a und das untere Substrat 11 b zusammengesetzt sind. Die relative Lage der Stecker 19 a, 19 b und 19 c zueinander ist durch die Parameter β, γ, δ und ε bestimmt, die beim ersten Ausführungsbeispiel benutzt wurden.

Das in Längsrichtung liegende Substrat 16 trägt obere Buchsen 21 a und 21 b an seinen gegenüberliegenden Enden längs seiner Unterkante zur Verbindung mit den oberen Steckern 19 a und 19 d und eine untere Buchse 21 c an einem Vorsprung 22, der nach unten um die Strecke α vom unteren Ende des in Längsrich tung liegenden Substrates an den gegenüberliegenden Seiten des Vorsprunges 22 vorsteht. Die relative Lage der oberen und unteren Buchsen 21 a, 21 b und 21 c zueinander ist gleichfalls durch die Parameter β, γ, δ und ε bestimmt, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwandt wurden.

Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Vorrichtung zum Verbinden von Substraten sind obere und untere Buchsen 21 a, 21 b und 21 c auf einer einzigen Platte vorgesehen. Die Buchsen 21 a, 21 b und 21 c werden daher automatisch in die oberen und unteren Stecker 19 a, 19 b und 19 c eingesetzt, wenn das in Längsrichtung liegende Substrat 16 mit dem oberen und dem unteren Substrat 11 a und 11 b zusammengesetzt wird, wobei die konstruktive und elektrische Verbindung unter diesen Substraten in einem einzigen Montageprozeß hergestellt wird.

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung mit einem Aufbau, bei dem ein Zwischensubstrat 11 c zwischen dem oberen Substrat 11 a und dem unteren Substrat 11 b angeordnet ist, und ein einziges in Längsrichtung liegendes Substrat 16 mit den drei querliegen den Substraten 11 a, 11 b und 11 c zusammengesetzt wird. Das untere Substrat 11 b trägt einen unteren Stecker 13 b an einer gewünschten Stelle und das Zwischensubstrat 11 c ist über dem unteren Substrat 11 b angeordnet. Das Zwischensubstrat 11 c weist einen Ausschnitt 24 auf, der etwas größer als die Gesamtabmessungen des unteren Steckers 23 b ist und der an einer Stelle angeordnet ist, die dem unteren Stecker 23 b entspricht. Ein Zwischenstecker 23 c ist am Zwischensubstrat 11 c in einer Linie mit dem unteren Stecker 23 b angeordnet. Über dem Zwischensubstrat 11 c ist das obere Substrat 11 a angeordnet. Das obere Substrat 11 a weist einen Ausschnitt 25 an einer Stelle über dem unteren Stecker 23 b und dem Zwischenstecker 23 c auf. Der untere Stecker 23 b und der Zwischenstecker 23 c liegen nach oben frei und sind vom oberen Teil des oberen Substrates 11 a durch den Ausschnitt 25 hindurch sichtbar. Das obere Substrat 11 a trägt gleichfalls einen oberen Stecker 23 a, der daran so befestigt ist, daß er in einer Linie zum unteren Stecker 23 b und zum Zwischenste cker 23 c liegt. Das in Längsrichtung liegende Substrat 16 trägt andererseits eine obere Buchse 26 a an einem Ende längs seiner Unterkante zum Anschluß an den oberen Stecker 23 a. Neben der Stelle der oberen Buchse 26 a ist ein Vorsprung 27 a vorgesehen, der von der oberen Buchse 26 a um eine Strecke 1 α nach unten vorsteht, die dem Abstand zwischen dem oberen Substrat 11 a und dem Zwischensubstrat 11 c entspricht, und eine Zwischenbuchse 26 c ist am Vorsprung 27 a befestigt. Neben der Zwischenbuchse 26 c ist ein Vorsprung 27 b vorgesehen, der von der Zwischenbuchse 26 c um eine Strecke 2 α nach unten vorsteht, die dem Abstand zwischen dem Zwischensubstrat 11 c und dem unteren Substrat 11 b entspricht.

Diese vier Substrate können im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei dem zuerst genannten Ausführungsbei spiel zusammengesetzt werden.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen der Erfindung waren Stecker (Vaterstecker) an den querliegenden Substraten vorgesehen und waren Buchsen (Mutterstecker) an dem in Längsrichtung liegenden Substrat 16 vorgesehen. Das sind jedoch lediglich Ausführungsbeispiele, die keine Anordnungen ausschließen, bei denen die querliegenden Substrate die Buchsen tragen und das in Längsrichtung liegende Substrat die Stecker trägt oder bei denen Stecker und Buchsen gemischt am selben Substrat gehalten sind.

Im obigen wurden die Begriffe "querliegende Substrate" und "in Längsrichtung liegendes Substrat" zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Ausbildung verwandt. Diese Richtungen können jedoch bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Praxis auch umgekehrt sein.

Claims

Vorrichtung zum Verbinden von Substraten, die ein erstes querliegendes Substrat, ein zweites querliegendes Substrat, das über dem und parallel zu dem ersten querliegenden Substrat angeordnet ist, und ein in Längsrichtung liegendes Substrat umfassen, das senkrecht bezüglich des ersten und des zweiten in Querrichtung liegenden Substrates anzubringen ist, gekennzeichnet durch einen ersten Stecker (15 a, 15 b), der auf einer oberen Außenfläche des ersten querliegenden Substrates (11 b) so befestigt ist, daß die Verbindungsbewegung des ersten Steckers (15 a, 15 b) in einer Richtung senkrecht zur oberen Außenfläche des ersten querliegenden Substrates (11 b) erfolgt, einen Ausschnitt oder eine Öffnung (12 a, 12 b) im zweiten querliegenden Substrat (11 a), so daß die Verbindungs bewegung des ersten Steckers (15 a, 15 b) möglich ist, einen zweiten Stecker (14 a, 14 b), der auf der oberen Außenfläche des zweiten querliegenden Substrates (11 a) an einer Stelle befestigt ist, die zum ersten Stecker (15 a, 15 b) längs einer Linie in Längsrichtung ausgerichtet ist, so daß die Verbin dungsbewegung des zweiten Steckers (14 a, 14 b) in einer Richtung senkrecht zur oberen Außenfläche des zweiten querliegenden Substrates (11 a) erfolgt, einen vorderen Stecker (17 a, 17 b), der auf einer oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates (16) so befestigt ist, daß die Verbindungsbewegung des vorderen Steckers (17 a, 17 b) in einer Richtung parallel zur oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates (16) erfolgt, wobei der vordere Stecker (17 a, 17 b) mit dem ersten Stecker (15 a, 15 b) verbunden wird, und einen hinteren Stecker (18 a, 18 b), der auf der oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates (16) an einer Stelle hinter dem vorderen Stecker (17 a, 17 b) befestigt ist, so daß die Verbindungsbewegung des hinteren Steckers (18 a, 18 b) in einer Richtung parallel zur oberen Außenfläche des in Längsrichtung liegenden Substrates (16) erfolgt, wobei der hintere Stecker (18 a, 18 b) mit dem zweiten Stecker (14 a, 14 b) verbunden wird.