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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrischer Verbinderanordnung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche elektrische
Verbinderanordnung ist aus der
EP 926 779 A1 bekannt.
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Ein
Schnittstellenverbinder wird zur Verbindung von Chips mit integrierten
Schaltungen (IC-Chips) und IC-Chipträgern mit bekannten Leiterplatten
oder dergleichen verwendet. IC-Chips und IC-Chipträger weisen in der Regel eine
Mehrzahl von Pins oder Anschlussdrähten in einer regelmäßigen Anordnung
auf ihrer Oberfläche
auf. Die Pins werden von zugeordneten Durchlässen in einem Schnittstellenverbinder
aufgenommen, der dann auf eine Leiterplatte montiert wird und so
die IC-Chips und IC-Chipträger
in elektrischen Kontakt mit der Leiterplatte bringt.
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Ein
geeigneter Schnittstellenverbinder zwischen einem IC-Chip und anderen
Schaltungen ist immer noch eine Herausforderung. Eine Anzahl von nahe
beabstandeter vom Chip ausgehender Anschlussdrähte, muss in einer Konfiguration
mit relativer hoher Dichte miteinander verbunden werden. Die große Anzahl
unterschiedlicher verfügbarer
Chipkonfigurationen eignet sich jedoch nicht immer zur Herstellung
eines einheitlichen Verbinders, da man es mit einer unterschiedlichen
Anzahl von Anschlussdrähten
und unterschiedlichen Anordnungen von Anschlussdrähten zu
tun haben kann. Die bekannten Verbinder sind im Allgemeinen nur
für einzelne IC-Chipkonfigurationen
geeignet und eignen sich nicht gut zur Erweiterung und/oder Veränderung.
Zu den üblichen
Beschränkun gen
bei Bauteilflächenanordnungen
gehören
die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE), Probleme mit der Coplanarität oder der Gusstauglichkeit
(was die Eignung eines Bauteils bedeutet, mehrfach mittels eines Gießprozesses
wie dem Thermoplastguss verarbeitet zu werden) sowie hohe Steckkräfte und
die Ausrichtung der Bauteile zueinander.
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Was
die Probleme mit den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
angeht, so sind Bauteilflächenanordnungen
wie Verbindergeräte
und Baueinheiten durch die Materialien, aus denen die einzelnen
Bauteile bestehen, in der Größe begrenzt. Die
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
und die Größe der Bauteile
wirken sich auf die Leistung und Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen
nach der Wärmebehandlung
aus. Je größer die
durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hervorgerufenen unterschiedlichen Verschiebungen bei wechselnder
Wärme sind, desto
mehr ist die elektrische Einheit des Systems gefährdet.
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Was
die Steckkräfte
angeht, so kann ein gleichzeitiges paralleles Verbinden der Kontakte
im Vergleich zu anderen Verbindungsverfahren zu einem hohen Steckkraft-Spitzenwert
führen.
Bei Anwendungen mit hoher Dichte kann es sein, dass die Verbindungsgehäuse- und
Substratmaterialien nicht starr genug sind, um diesen Kraftspitzen
zu widerstehen.
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Auch
wenn die Entwicklung der Verbinder weit vorangeschritten ist, so
bleiben jedoch Probleme mit dieser Technologie bestehen, ebenso für modulare
Verbinder, die weithin bekannt sind und in unterschiedlichen Bereichen
breite Verwendung finden.
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Was
den modularen Aufbau betrifft, so offenbart die US-A-5,295,870 eine
modulare elektrische Verbindereinheit für Kraftfahrzeuge, die für viele
Konfigurationen geeignet ist, je nach der für die unterschiedlichen Autotypen
erforderlichen Verdrahtungen. Die Module sind durch seitliche Keilelemente auf
jeder Seite des Gehäuses
verbunden, um die Baugruppe zu bilden.
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Aus
der
EP 924 806 A1 ist
ferner ein kompletter Backpanel-Verbinder
bekannt, der auf die Oberfläche
einer Leiterplatte geschweißt
ist, um den passenden Gegenverbinder oder Stecker oder Kabeleinheitsverbinder
aufzunehmen. Dieser Verbinder ist mit mehreren getrennten Gehäusen versehen,
die jeweils mit den Enden aneinandergrenzend stapelbar sind, um
der für
die Anwendung erforderlichen Länge angepasst
zu werden.
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Das
Ziel dieser Dokumente konzentriert sich nicht auf eine Anordnung
von Kontakten mit hoher Dichte, weshalb ein Bedarf an modularen
Schnittstellenverbindern besteht, die die Nachteile der herkömmlichen
Verbinder überwinden.
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Die
EP 926 779 A1 beschreibt
eine elektrische Verbinderanordnung mit zwei elektrischen Verbindern
hoher Dichte, welche auf einem Substrat montierbar sind, wobei die
beiden modularen hochdichten Verbinder jeweils eine erste Stoßkante,
ein Verbleiben, nach oben laufenden Rand und eine Wand, welche entlang
eines Berei ches des verbleibenden umlaufenden Randes angeordnet
ist, aufweisen, wobei die erste Stoßkante einer der beiden modularen
hochdichten Verbinder gegenüber
der ersten Stoßkante
des anderen der beiden modularen hochdichten Verbinder angeordnet
ist, wenn die beiden modularen hochdichten Verbinder auf dem Substrat positioniert
sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine modulare
Verbinderkonstruktion anzugeben, bei der die Wirkung unterschiedlicher
thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Verbinder und der darunter
liegenden Leiterplatte zu reduzieren. Jeder erfindungsgemäße Verbinder
mit modularer Konstruktion ist auf einer bekannten Leiterplatte oder
dergleichen montiert und kann einen IC-Chipträger aufnehmen oder kann auf
einer anderen Leiterplatte montiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung macht sich das Prinzip der Lötpasten-Oberflächenspannung
und der Selbstzentrierung zunutze, die durch die Ball-Grid-Array(BGA)-SMD-Technik
gekennzeichnet ist und stellt einen Rasterverbinder vor, der eine
Vielzahl von Bauteilen aufweist, die ein größeres Rastermuster oder eine
größere Gruppe
von Rastern bilden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine elektrische Verbinderanordnung nach Anspruch
1 gelöst.
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Unteransprüche sind
auf Merkmale bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Das
Vorgesagte und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung gehen aus
der nachfolgenden genauen Beschreibung der Erfindung hervor, die
im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen BGA-Schnittstellenverbinders;
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2 ist
eine Perspektivansicht des herkömmlichen
BGA-Schnittstellenverbinders
der 1 von unten;
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3 ist
eine explodierte Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines BGA-Schnittstellenverbinders
nach der vorliegenden Erfindung von oben;
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4 ist
eine seitliche Perspektivansicht des BGA-Schnittstellenverbinders der 3;
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5 ist
eine Perspektivansicht des beispielhaften, zusammengebauten BGA-Schnittstellenverbinders
der 3 von unten;
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6 ist
eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen BGA-Schnittstellenverbinders;
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7 ist
eine Ansicht eines weiteren beispielhaften Schnittstellenverbinders
nach der vorliegenden Erfindung von oben;
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8 ist
eine Perpektivansicht eines Verbinders der 7 nach dem
Zusammenbau mit einem passenden Verbinder;
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9 ist
eine Ansicht eines weiteren beispielhaften Schnittstellenverbinders
nach der vorliegenden Erfindung von oben; und
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10 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbinders
von oben, der mit einem geeigneten, passenden Verbinder verbunden
ist.
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Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen
und der besten Ausführungsform
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine modulare Konstruktion
zur Verringerung der Auswirkung unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Substrats (z.B. einer Leiterplatte) und des Verbinders. Der
Verbinder nach der vorliegenden Erfindung ist auf der Oberfläche einer
bekannten Platine oder dergleichen montiert und nimmt darauf ein
passendes Bauteil, wie einen anderen Verbinder oder einen bekannten
IC-Chipträger
auf. Die vorliegende Erfindung macht sich das Prinzip der Lötmetall-Oberflächenspannung
und der Selbstzentrierung zunutze, die beispielsweise durch die Ball-Grid-Array(BGA)-SMD-Technologie
gekennzeichnet ist, um einen Verbinder herzustellen, der eine Mehrzahl
von Bauteilen hat, die ein größeres Rastermuster
oder eine größere Gruppe
von Rastern bilden.
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Eine
der wesentlichen Vorteile liegt beim BGA verwendeten Bump-Löt-Array-Verbindungs-Verfahren
im „Selbstzentrierungs"-Phänomen,
das während
des Reflow-Lötens
auftritt. Die Ausnutzung dieses Merkmals führt zum Erhalt wesentlich größerer Produktionsmengen.
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Nachfolgend
wird das Selbstzentrierungsphänomen
beschrieben. Ein Lötkügelchen
auf ein Modul wird über
einem Pad auf einer Leiterplatte positioniert. Das Lötmetall
wird erhitzt und während
des Reflows aktiviert der Strom die Oberfläche und das Lötmetall
bildet eine Kuppel. Die Oberflächen
weichen auf und es bildet sich ein Lötmetallmeniskus. Das Lötmetall
geht in eine flüssige
Phase, woraufhin sich das Kügelchen
und die Paste verbinden und eine Lötmetallverbindung bilden. Die
Oberflächenspannung übt nach
und nach einen Zug auf die Pad-Oberflächen aus und baut sich weiter
auf und übt
somit auf die Oberflächen
eine Zugkraft aus. Die Oberflächen
fangen an zu wandern. Die Lötstellen werden
in eine Gleichgewichtsposition zwischen der Ober- und Unterseite
der Verbindungsstellen gezogen.
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In 1 ist
eine Perspektivansicht eines herkömmlichen Schnittstellenverbinders 10,
wie beispielsweise ein BGA-Verbinder abgebildet und 2 ist
eine Perspektivansicht des herkömmlichen Schnittstellenverbinders 10 von
unten. Der Verbinder 10 ermöglicht eine unmittelbare Verbindung
zwischen den Leiterplatten. Der Verbinder 10 ist vorzugsweise
auf ein Substrat montiert (beispielsweise eine Leiterplatte), wobei
Reflow-Verfahren, insbesondere die BGA-Technologie, eingesetzt werden. Ein beispielhafter
Verbinder ist das Teil Nr. 74215, wie es von der Firma FCI Electronics
vertrieben wird.
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Ein
schmelzbares Element 35, wie beispielsweise ein Lötkügelchen,
ist an einem Endbereich eines Kontakts aufgebracht. Die Kontakte
sind am Verbindergehäuse
befestigt. Die Kontakte können
gestanzt und geformt werden und umfassen ein elektrisch leitendes
Material wie Kupfer oder goldplattiertes Kupfer. Die schmelzbaren
Elemente 35 werden durch das Reflow-Löten an die Kontakte geschmolzen
und können
zumindest teilweise in einer Öffnung 40 eines
Gehäuses 50 enthalten
sein.
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In
einem Reflow-Vorgang werden die Kontakte mit den leitenden Lötkügelchen 35 metallurgisch
benetzt. Genauer gesagt wird das Flussmittel auf die Öffnung und/oder
den Kontakt aufgebracht, und die runden Lötkügelchen 35 werden
darauf befestigt. Die Einheit wird in der Regel dann in einen Reflow-Ofen
geschoben und erhitzt. Dadurch schmelzen die Kügelchen 35 und benetzen
die Oberflächen
ihrer jeweiligen Kontakte, die dadurch eine im Wesentlichen kugelförmige Gestalt
annehmen. Die leitenden Lötkügelchen 35 sind
in der Regel gleichmäßig beabstandet,
welcher Abstand im Allgemeinen in etwa 1,0 bis 1,8 mm beträgt, wobei
auch ein anderer Abstand gewählt
werden kann.
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Die
WO 98/15989 (internationale Anmeldenummer PCT/US97/18066), die in
das vorliegende Dokument einfließt und auf die Bezug genommen wird,
beschreibt weitere Verfahren zum Aufbringen eines Lötkügelchens
auf einen Kontakt eines Verbinders oder eines Lötpads auf ein Schaltungssubstrat. Die
Kontakte bilden in dem Verbinder eine Serie von Reihen und Spalten.
Die Kontakte haben vorzugsweise alle die gleiche Höhe. Dadurch
wird der Anschluss an ein darunter angeordnetes Substrat, wie eine
Leiterplatte, vereinfacht.
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Die
leitenden Lötkügelchen 35 werden
mit dem darunter angeordneten Substrat oder der darunter angeordneten
Leiterplatte mittels eines herkömmlichen
Reflow-Lötverfahrens
verbunden. Die Leiterplatte weist eine Mehrzahl von in einem Muster
angeordneten Kontaktpads auf. Die leitenden Lötkügelchen 35 verbinden
sich mit den Kontaktpads und bilden Lötstellen. Nach dem Montageverfahren
nehmen die Lötstellen
eine abgeflachte Form an, die von der Menge des Lötmetalls,
Benetzungsbereichen und einer Reihe weiterer Faktoren abhängt. Die
Anzahl und Anordnung der leitenden Lötkügelchen 35 auf der
unteren Fläche
des Verbinders 10 hängt
von den Anforderungen der Schaltung ab, zu denen Input/Output (I/O),
Leistung und Masseanschlüsse
gehören.
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Genauer
gesagt wird die BGA-Einheit 10 mit einer vorgefertigten
Leiterplatte verbunden, auf der sich ein Raster von Pads befindet.
Die Lötpaste
wird per Siebdruck (mittels einer Matrize und eines Rakels) auf
die Leiterplattenpads aufgebracht. Eine Positionierungsmaschine
platziert die Einheit 10 auf die Spitzen der Lötpaste und
der entstandene Aufbau wird in einem Reflow-Ofen erhitzt. Die Lötkügelchen 35 schmelzen
sich dann auf die Leiterplattenpads auf.
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Verwendet
werden können
alle Lötkügelchen,
die komplett zerfließen,
d.h. komplett schmelzen und dann wieder aushärten, und selbst solche, die
teilweise schmelzen. Beispiele sind Zinn-Wismut, eutektisches SnPb63-37
sowie andere, neuere Lötmetalle,
die bei Temperaturen im Bereich von 183°C schmelzen. In den hier eingesetzten
SnPb-Reflow-Lötprozessen
werden die Lötkügelchen 35 bis auf
eine Spitzentemperatur von etwa 225°C bis 240°C erhitzt.
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Der
Verbinder 10 kann eine Mehrzahl von Durchlässen 25 umfassen,
in welche die Kontakte durch das Gehäuse hindurchreichen. Je nach
Art des verwendeten Kontakts könnte
der Verbinder 10 mit einem anderen Verbinder, IC-Chips
oder IC-Chipträgern
verbunden werden.
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Der
Verbinder 10 hat ein Gehäuse 50, das vorzugsweise
aus einem Hochtemperatur-Thermoplast oder einem anderen geeigneten,
nicht leitendem Material besteht, um beispielsweise als Führung beim
Anschließen
des passenden Teils zu dienen. Das Gehäuse 50 kann eine Wand
umfassen, die um den Umfang des Verbinders 10 herum angeordnet ist.
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Die
Differenz der Wärmausdehnungskoeffizienten
(CTE) der Substrate und des Verbinders und die Coplanarität der schmelzbaren
Elemente sind zwei wichtige Faktoren bei großflächigen Verbindern. Die unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
können
auf die Lötstellen,
die den Verbinder und das Substrat miteinander verbinden, Spannungen
ausüben.
Auf die Lötstelle
ausgeübte
Spannung kann die Zuverlässigkeit
des Verbinders verringern. Schwankende Wärmeausdehnungskoeffizienten können den
Verbinder auch deformieren. Eine Deformierung des Verbinders kann
zu einer schlechteren Ausrichtung der Anschlussverbinder führen, was
die erforderliche maximale Steckkraft erhöht. Eine Deformierung des Verbinders
kann ferner die Coplanarität der
schmelzbaren Elemente bewirken, die den Verbinder mit dem Substrat
verbinden.
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Einer
der wesentlichen Vorteile des bei BGA-Baugruppen-Anordnungen eingesetzten Bump-Löt-Array-Verbindungsverfahrens
ist das Selbstzentrierungs-Phänomen,
das während
des Reflow-Lötens auftritt.
Durch diese Merkmale werden hohe Steigerungen der Produktionsmengen
von Leiterplatten erreicht. Genauer gesagt sind die Lötkügelchenraster
bis zu einem gewissen Punkt selbstausrichtend, so dass sie eine
leichte Verlagerung auf den Pads während des Reflow-Lötens automatisch
ausgleichen. Mit anderen Worten bewirken die Oberflächenspannungseigenschaften
des Lötmetalls
der Kügelchen
die Selbstausrichtung. Der Selbstausrichtungsvorgang findet nicht
nur in horizontaler und vertikaler Richtung statt. Als Teil der
Anpassung des Bauteils an die Oberflächenspannung der flüssigen Lötmasse findet
eine vertikale Ausrichtung statt. Diese Ausrichtung kann teilweise
ein Ausgleich sein für die
Deformierung der Baueinheit oder der Leiterplatte.
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3 ist
eine explodierte Perspektivansicht eines beispielhaften Schnittstellenverbinders 10 nach
der vorliegenden Erfindung von oben. 4 ist eine
seitliche Ansicht des Schnittstellenverbinders der 3 und 5 ist
eine Perspektivansicht des beispielhaften, zusammengebauten Schnittstellenverbinders
der 3 von unten. Der Schnittstellenverbinder 100 kann
der gleiche sein wie der in der WO 98/15989 (internationale Anmeldenummer PCT/US97/18066)
beschriebene, die in das vorliegende Dokument eingeht und auf das
Bezug genommen wird. Der Verbinder 100 ist eine modulare
Anordnung einer Mehrzahl von Verbindern 110, die vorzugsweise
nicht miteinander verrastet sind. Die einzelnen Verbinder 110 können direkt
nebeneinander angeordnet sein, so dass es zwischen ihnen auf der darunter
liegenden Leiterplatte keine ungenutzten Kontakte gibt, wie in den 3 und 5 gezeigt, oder
voneinander beabstandet sein, so dass zwischen ihnen Reihen mit
ungenutzten Kontakten existieren (nicht dargestellt).
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Der
Verbinder 110 hat üblicherweise
eine Mehrzahl durch seine Oberfläche
gehende Öffnungen 140 zur
Aufnahme von Kontakten 113. Die Öffnungen 140 sind
in der Regel rasterartig angeordnet. Darüber hinaus hat jeder Verbinder 110 mehrere schmelzbare
Elemente 135, wie Lötkügelchen,
die auf einer seiner Flächen
so angeordnet sind, dass sie mit den Öffnungen 140 übereinstimmen.
Wie in 5 gezeigt, sind die Lötkügelchen 135 teilweise innerhalb
zugehöriger Öffnungen 140 im
Verbindergehäuse 150 angeordnet.
Die Lötkügelchen 135 werden
zur Selbstzentrierung des Verbinders 100 auf einen unter
diesem angeordneten Substrat oder einer unter diesem angeordneten
integrierten Schaltung benutzt. Jeder Verbinder 110 weist
vorzugsweise eine Wand 115 um einen Teil seines Umfangs
auf, so dass die Wände 115,
wenn der modulare Verbinder 100 vollständig zusammengebaut ist, eine
Höhe um den
Umfang des Verbinders 100 bilden. Die Wände 115 können Unverwechselbarkeitsmerkmale 117 aufweisen,
um mit einem anderen passenden Verbinder verbunden werden zu können.
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Die
vorliegende Erfindung löst
somit ein Problem eines Mechanismus von Zuverlässigkeitsmängeln, nämlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten,
Durchteilung eines Schnittstellenverbinders in mehrere kleinere
modulare Abschnitte, so dass jedes modulare Bauteil zuverlässig ist
und mit den anderen zusammenge führt
wird, um eine größere Anordnung
zu bilden. Vorzugsweise ist jedes Bauteil vom nächsten getrennt und durch ein
Selbstzentrierungsprinzip der BGA-Befestigung so angeordnet, dass
eine größere Anordnung
entsteht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine vervollständigte Anordnung zur Verfügung, in
dem die Bauteile zusammen positioniert werden, um keine Reihe oder
Spalte zu unterbrechen (d.h., die Kontakte haben alle den gleichen
Rasterabstand zueinander), wodurch eine optimale elektrische Verbindung
mit einer Array-Baueinheit oder einer Leiterplatten-Array-Konfiguration
entsteht. Ebenso können
einzelne Array-Konfigurationen hergestellt werden, wie freistehende
Bereiche, wie Konfigurationen mit Peripherie-Arrays sowie voll bepackte
Bereiche in Form kleiner Array-Gruppen, die unmittelbar nebeneinander angeordnet
sind.
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6 ist
eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Schnittstellenverbinders 200 von
oben. Der Verbinder 200 hat einen modularen Aufbau, doch
ein bestimmter Bereich ist frei von Kontakten (beispielsweise die
Mitte, wie dargestellt). Genauer gesagt umfasst der Verbinder 200 eine
Mehrzahl von Verbindern 210, die vorzugsweise nicht miteinander
verrastet sind. Die einzelnen Verbinder 210 können direkt
nebeneinander angeordnet sein, so dass zwischen ihnen auf der darunter
liegenden Leiterplatte keine ungenutzten Kontakte existieren, oder
voneinander beabstandet sein, so dass zwischen ihnen Reihen mit
ungenutzten Kontakten existieren, oder sogar leere Bereichen zwischen
sich aufweisen, wie dargestellt. Jeder Verbinder 210 könnte eine
Umfangs wand oder ein Umfangsrahmen umfassen, wie die Wand 215,
um den Umfang des Verbinders 200 zu umgrenzen. Ähnlich wie
die vorstehend beschriebenen Verbinder weist jeder Verbinder 210 eine
Mehrzahl schmelzbarer Elemente, wie Lötkügelchen, auf, die auf einer
Fläche
so angeordnet sind, dass sie sich mit einem darunter liegenden Substrat
oder einer darunter liegenden Leiterplatte verbinden können.
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7 ist
eine Ansicht eines weiteren beispielhaften Schnittstellenverbinders 300 nach
der vorliegenden Erfindung von oben, der auf ein Substrat S montiert
ist, und 8 ist eine Perspektivansicht
des Verbinders 300 von oben in einer Verbindung mit einem
passenden Verbinder 300',
der vorzugsweise auf ein Substrat S' montiert ist. Die Schnittstellenverbinder
können
die gleichen sein, wie in der anhängigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/209,132
beschriebene, die in die vorliegende Erfindung eingeht und auf die
Bezug genommen wird. Der Verbinder 300/300' hat einen modularen
Aufbau und umfasst eine Mehrzahl von Verbindern 310/310', die sich nicht
gegenseitig verrastern und Seite an Seite angeordnet sind. Ähnlich wie
die vorstehen beschriebenen Verbinder weist jeder Verbinder 310/310' mehrere schmelzbare
Elemente, wie Lötkügelchen,
auf, die auf einer Oberfläche
so angeordnet sind, dass sie mit einem darunter liegenden Substrat oder
einer darunter liegenden Leiterplatte S/S' verbunden werden können. Die Elemente 335/335' können durch Öffnungen 340' hindurch in
dem Gehäuse der
Verbinder 310/310' angeordnet
sein. Auch wenn nur zwei Verbinder 310/310' für jeden
Verbinder 300/300' gezeigt
sind, so kann jede andere Anzahl Verbinder in den Verbinder 300/300' eingebaut werden.
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Im
Verbinder 300/300' befinden
sich keine Reihen ungenutzter Kontakte zwischen den Verbindern 310/310'. Bei einem
weiteren beispielhaften Schnittstellenverbinder 400/400' wie er in 9 gezeigt
ist, ist zwischen den Verbindern 410/410' ungenutzter
Raum 420. Der ungenutzte Raum kann einen oder mehrere Rahmen 450 aufnehmen.
Die Rahmen 450 können
an das Substrat S geschweißt
sein und dazu beitragen, das Substrat S auszusteifen, die Folge
unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten
zu regulieren und eine Gelenkkonstruktion 460 aufweisen,
die dazu beitragen soll, ein paar Verbinder 400 (400' nicht gezeigt)
aneinander auszurichten und zu verbinden. Mehrere Vorsprünge des
Rahmens 450 greifen in entsprechende Rücksprünge 410/410' ein, μm den Verbinder 400/400' im Rahmen 450 zu
befestigen.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf die Auswirkungen nicht passender
Wärmeausdehnungskoeffizienten
durch Aufsplitten einer Anordnung (beispielsweise eines Verbinders 100)
in kleinere Anordnungen oder Bauteile (beispielsweise die Verbinder 110),
die weniger Differentialverschiebungen aufweisen und deren elektrische
Leistung und Zuverlässigkeit
somit höher
sind.
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In
der vorliegenden Erfindung geht es um die Coplanarität und die
Formbarkeit (die Möglichkeit, ein
Bauteil wiederholt mittels Formverfahren, wie thermoplastischem
Spritzgussverfahren, zu bearbeiten) durch Aufteilen in Module oder
Aufsplitten der Größe einer
Anordnung in kleinere Anordnungen oder Bauteile, die mit herkömmli chem
Gussverfahren flacher und leichter hergestellt werden können.
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10 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie die Verbinder 410, 410' und Rahmen 450 der 9,
wird der Verbinder 500 mit dem entsprechenden Verbinder 500' verbunden und
kann eine Gelenkstruktur 560' aufweisen,
die dazu beitragen soll, das Verbinderpaar aneinander auszurichten.
Jeder Verbinder umfasst eine Mehrzahl kleinerer Verbindermodule 510'. Die Module 510' beherbergen
(nicht abgebildete) Kontakte, an denen schmelzbare Elemente 535 befestigt sind.
Die schmelzbaren Elemente 535 sitzen vorzugsweise zumindest
teilweise in Aussparungen 540. Ein einziger Rahmen 550' kann die Module 510' umgeben, ohne
sich zwischen die Module 510' im
ungenutzten Raum 520' zu
erstrecken. Wie bei den anderen Ausführungsformen kann der Rahmen 550' aus einem beliebigen
geeigneten Material, wie Metall oder Kunststoff bestehen.
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Das
Problem beim gleichzeitigen parallelen Verbinden liegt in der Spitzensteckkraft,
die gleichzeitig wirkt, wenn alle Kontakte unmittelbar einrasten. Die
Steckkräfte
der Verbinder werden in zwei Phasen aufgeteilt: Die eine ist die
Anfangssteckverbindung, bei der sich die Riegel aufbiegen und die
Kontakte einrasten. Diese Kraft ist durch Reibung, Kontaktwinkel
und die normalen Kräfte
der einrastenden Kontakte gekennzeichnet. Die zweite Phase ist durch
dynamische Gleit-Reibungskräfte
gekennzeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Problem hoher Steckkräfte durch
ein Winkelsteckkonzept oder ein Drehsteckkonzept, wie in den 7 bis 10 gezeigt.
Die Merkmale des modularen Bauteils oder der modularen Bauteile
tragen dazu bei, die Bauteile in winkliger Verbindung zusammenzubringen,
wodurch die Kontakte so ausgerichtet werden, dass der Steckerkontakt
reibungslos in den Steckplatz gesteckt werden kann, um alle Kontaktsegmente
nacheinander und nicht gleichzeitig einrasten zu lassen, um die
Spitzensteckkraft durch Verteilung dieser Individualkräfte über eine
Folge von Verbindungsschritten zu verringern.
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Die
modularen Bauteile der vorliegenden Erfindung ermöglichen
die Gesamtverbindungsanpassung einer Mehrzahl von Bauteilen dadurch,
dass bestimmte Bauteile Merkmale aufweisen, die zusammenwirken oder
individuell als Merkmale funktionieren, um die gewünschte Anpassung
beim Verbinden zur erfolgreichen Verbindung der gesamten Anordnung
zu gewährleisten.
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Dieses
Konzept stützt
sich auf eine genaue Positionierung des Lötkügelchens zum Kontakt, um die
Steckverbindungen aufrechtzuerhalten, die für die Ausrichtung der einzelnen
Bauteile zum erfolgreichen Verbinden wünschenswert sind. Dies wird
vorzugsweise durch die Kontaktspitze erreicht, die in eine Ausnehmung
für die
Lötkügelchen
hineinreicht, so dass sich die Lötmasse
gleichmäßig um die
Kontaktspitze herum verteilt, um diese Verbindung zu erleichtern.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung in Bezug auf Ball-Grid-Arrays beschrieben
wurde, so sind ebenso andere Baugruppen denkbar, wie μBGAs und
andere Chipeinheiten nach Art von CSGAs, Flip-Chips und C4-Verbindungen liegen ebenso
im Bereich der vorlie genden Erfindung.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung mit Bezug zu bestimmten besonderen
Ausführungsformen gezeigten
und beschrieben wurde, so soll sie nicht auf die gezeigten Details
beschränkt
verstanden werden. Es sind im Gegenteil zahlreiche Änderungen
an den Details innerhalb des Rahmens der Erfindung und der Ansprüche möglich, ohne
diesen zu verlassen.