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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Druckkontaktverbinder und
insbesondere einen Kontaktfleckengitteranordnungsverbinder (Land
Grid Array, LGA), der eine Mehrzahl von Drähten als Kontakte verwendet,
die in einem flexiblen Hauptteil des Verbinders gehalten werden.
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Die
Elektronikindustrie hat in den letzten paar Jahren ein großes Wachstum
von elektronischen Einrichtungen und Geräten kleiner Größe gesehen,
wie zum Beispiel Laptop, Computer und Ähnliches. Die Industrie versucht
dauernd, die Größe dieser
Komponenten zu verringern und ihre Funktionalität und Fähigkeiten zu erhöhen. Beide
Ziele werden dadurch erzielt, dass die Dichte der Schaltungen auf Komponenten
des Geräts
erhöht
wird. Obwohl die Anzahl von Schaltungen, die auf einem Chip oder
einer Schaltungsplatine eingerichtet ist, vergrößert werden kann, muss Sorgfalt
ausgeübt
werden, um sicherzustellen, dass eine zuverlässige Verbindung zwischen der
Komponente hoher Dichte und einer anderen Komponente der Einrichtung
hergestellt wird.
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Diese
Verbindungen hoher Lichte werden für Mikroprozessor, ASIC und
andere Typen von Chips verwendet und können auch verwendet werden,
um einen Verbinder zwischen zwei Schaltungsplatinen zu schaffen.
Kugelgitteranordnungspackungen (Ball Grid Array, BGA) sind als Verbindungen
hoher Dichte für
Anwendungen dieses Typs verwendet worden. Bei Packungen vom BGA-Stil
werden Kontaktflecken in einem Sub strat ausgebildet, und kleine
sphärische Kugeln
von Lötmittel
werden in Berührung
mit den Kontaktflecken gebracht. Diese Kugeln werden dann erhitzt,
um Verbindungen zwischen dem Chip und einer anderen Schaltungsplatine
zu schaffen. Diese Kugeln vertragen sich jedoch häufig schlecht
mit Schaltungsplatinen und mechanischen Eigenschaften, indem sie
Kontakt zwischen dem Chip und der gegenüberliegenden Schaltungsplatine
bewirken. Sie sind nicht immer geeignet, um Veränderungen zu überwinden,
die in dem gedruckten Schaltungsplatinen-Substrat auftreten. Zusätzlich kann,
wenn die Kugeln einmal erhitzt sind, um Lötverbindungen zu schaffen,
der Chip nicht einfach entfernt werden, um irgendeinen Deffekt in
der Lötung
zu korrigieren, ohne dass alle Lötmittelkugeln
erneut bearbeitet werden müssen
und man die Kugelgitteranordnung erneut auf die gedruckte Schaltungsplatine
in einem weiteren Versuch fließen
lassen muß,
um eine zuverlässige
Verbindung zu schaffen. Man wird daher verstehen, dass die Verwendung
einer BGA-Lötmittelpackung
nicht eine trennbare Einrichtungsschnittstelle schafft.
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Kontaktfleckengitteranordnungsverbinder (LGA)
sind für
solche Anwendungen entwickelt worden, und sie liefern Schaltungspfade
zwischen der Einrichtung und der Schaltungsplatine, indem sie leitende
Leiter verwenden, wie zum Beispiel geformte Metallkontakte, die
typischerweise in ein starres Kunststoffsubstrat eingebettet sind,
um Kontaktflecken zu verbinden, oder Kontakthöcker auf einer gedruckten Schaltungsplatine
zu den Lötmittelkugeln, oder
Kontaktflecken, die auf einem Chip oder einer anderen Einrichtung
ausgebildet sein können.
Diese Kontaktflecken werden in einem besonderen Muster gegenüberstehend
zu den Lötmittelkugeln/Kontaktflecken
der Komponente ausgebildet, mit der der Verbinder zusammengefügt wird.
Diese LGA-Verbinder bieten verschiedene Vorteile gegenüber BGA-Einrichtungen,
indem sie dem Schaltungs- oder Systementwickler eine trennbare Schnittstelle
zwischen dem Chip/der Chippackung und einer Schaltungsplatine schaffen,
die BGA-Einrichtungen nicht schaffen können, da sie mit Schaltungsplatinen
verlötet
sind, um ihre Verbindungen zu bewirken. Bei LGA-Verbindern muss
jedoch jede leitende Leitung eine besondere Federkraft ausüben, die
aufrecht erhalten werden sollte, um eine zuverlässige Verbindung mit einer Eirichtung
zu schaffen. Eine Klemmkraft muss gegen einen Chip ausgeübt werden,
um ihn in Kontakt mit dem Verbinder zu halten. Chips, die mehr als
1000 Kontakte haben können,
können
eine Kontaktkraft von gut über
hundert Pfund erfordern.
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U.S.-Patent
Nr. 4 998 885, ausgestellt am 21. März 1991, beschreibt eine solche
Art eines Verbinders, in dem Drähte
mit kugelförmigen
Endteilen innerhalb einer elastomeren Platte angeordnet sind. Die
elastomere Platte muss jedoch genau durch einen Laser bis zu einer
kontrollierten Tiefe in einem Bereich zwischen den Drähten eingekerbt
werden, um die Flexibilität
der Drähte
und ihrer kugelförmigen Endteile
zu erhöhen.
Diese Linien zu tief in die elastomere Platte einzuschneiden, stellt
ein Risiko dar, das Elastomer zu schwächen, das die Drähte trägt, wobei
möglicherweise
unzuverlässige
Kontakte geschaffen werden, indem sich einige der Drähte verbiegen
können
und daher nicht ihre individuellen nachgiebigen Zusammenpassungsfunktionen
erfüllen.
Dies macht nicht nur die Herstellung komplizierter, sondern erhöht auch
die Kosten der Herstellung solcher Verbinder.
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Die
vorliegende Erfindung ist daher auf einen verbesserten LGA-Verbinder
und ein Verfahren zum Herstellen der Verbinder gerichtet, die die
vorgenannten Nachteile überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Demgemäß ist es
ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, einen LGA-Verbinder
zu schaffen, der einen flexiblen Hauptteil hat, der eine Mehrzahl
von nachgiebig verformbaren Kontakten trägt, die in einem Muster hoher
Dichte angeordnet sind, um so eine zuverlässige Verbindung zwischen dem
Verbinder und einer gegenüberstehenden
Komponente oder Einrichtung sicherzustellen.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines LGA-Verbinders hoher Dichte, der einen elastischen Hauptteil
hat, der durch eine Verstärkungsschicht
verstärkt
ist, die zwischen zwei elastomeren Schichten angeordnet ist, und
eine Mehrzahl von Kontakten hat, die in einer Anordnung innerhalb
des Hauptteils angeordnet sind, wobei die Kontakte freie Enden haben,
die sich über die
gegenüberliegenden
Oberflächen
des Hauptteils erstrecken.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines zuverlässigen LGA-Verbinders
hoher Dichte, der einen elastischen Hauptteil hat, der durch ein
Gewebe verstärkt
ist, das sich zwischen den beiden elastomeren Schichten befindet,
und eine Mehrzahl von Kontakten hat, die in einer Anordnung innerhalb
des Hauptteils angeordnet sind, wobei die Kontakte freie Enden haben,
die sich über
gegenüberliegende
Oberflächen
des Hauptteils erstrecken.
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Noch
ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen LGA-Verbinder
zu schaffen, wobei der Verbinder einen flexiblen Hauptteil hat,
der eine Mehrzahl von leitenden Drahtkontakten trägt, die
als flexible Schlaufen ausgebildet sind, die freie Enden haben,
die sich an gege nüberliegenden
Seiten des Verbinderhauptteils vorbei erstrecken.
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Noch
ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines durch Druck aktivierten Verbinders, der ein Gewebesubstrat
hat, das mit einem Elastomer eingekapselt ist, wobei der Verbinder
eine Mehrzahl von dünnen
elastischen Kontakten aufweist, die in dem Gewebesubstrat in einer
vorbestimmten Anordnung angeordnet sind und sich durch das Substrat
erstrecken, wobei die Kontakte als dünne Drahtfäden ausgebildet sind, die auf sich
selbst in eine zweisträngige
Schlaufe gefaltet sind, wobei die Kontakte freie Enden haben, die
sich auf gegenüberliegenden
Seiten des Substrats erstrecken.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines LGA-Verbinders für
Anwendungen hoher Dichte, wobei der Verbinder einen Rahmen einschließt, der
einen zentralen Hauptteil umgibt, wobei der Hauptteil wenigstens einen
elastomeren Bereich aufweist, der durch ein Verstärkungsglied
verstärkt
ist, das wenigstens teilweise darin eingebettet ist, wobei der Verbinder
eine Mehrzahl von leitenden Kontakten aufweist, die in einer Matrix
innerhalb des Hauptteils angeordnet sind, wobei die Kontakte aus
dünnen
leitenden Drähten gebildet
sind, die in den mittigen Hauptteil eingesetzt sind, wobei die Kontakte
als offene Schlaufen ausgebildet sind, die verbundene redundante
Schaltungspfade für
jeden Kontakt definieren.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines durch Druck aktivierten Verbinders, der einen flexiblen Hauptteil aufweist,
der durch ein Verbinderrahmenglied getragen wird, wobei das Rahmenglied
sich um den flexiblen Hauptteil erstreckt und den Umfang des Verbinders
definiert, wobei der Verbinder wenigstens eine Ausnehmung darin
ausgebildet hat, die Teil einer teilweisen Aufnahme für einen
Chip oder eine Chippackung bildet, und wobei der flexible Hauptteil
einen elastomeren Bereich aufweist, der auf wenigstens einer Oberfläche des
Hauptteils frei liegt, wobei der elastomere Bereich durch einen
Gewebebereich verstärkt
ist, an dem der elastomere Bereich angebracht ist, wobei der elastomere
Bereich und der Gewebebereich ähnliche
Abmessungen haben, um so dem Hauptteil über seine gesamte Fläche gleichförmige Eigenschaften
zu geben, und wobei der Verbinder eine Mehrzahl von leitenden Kontakten
einschließt, die
in den Hauptteil des Verbinders eingesetzt sind, wobei die Kontakte
leitende Drahtabschnitte einschließen, die in den Hauptteil durch
Heften oder Nadelstiche eingesetzt sind, während sie auf sich selber zurück gebogen
sind, um so zwei benachbarte und redundante Schaltungspfade zu bilden,
die sich durch den Verbinderhauptteil erstrecken, wobei die Kontakte
freie Enden haben, die nach außen
auf gegenüberliegenden
Seiten des Hauptteils vorstehen, um zwei unterschiedliche elektronische
Komponenten zu kontaktieren, wobei die Kontakte durch den Hauptteil
an ungefähr
Mittelabschnitten derselben gehalten sind.
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Noch
ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Herstellen eines verbesserten LGA-Verbinders zu schaffen, das die Schritte
einschließt:
einen biegbaren Verbinderhauptteil zu bilden, indem ein Verstärkungsglied
innerhalb eines Elastomers genommen wird, es auf einem Tragelement
abzustützen,
einen Abschnitt von leitendem Draht durch die Mitte eines hohlen
Einfügewerkzeugs
hindurch zu bewegen, den Abschnitt von Draht in den Verbinderhauptteil
zu heften oder zu stechen, indem das Einfügewerkzeug in und aus durchdringendem
Kontakt mit dem Hauptteil bewegt wird, während weiter der Draht nach
jeder sol chen Einfügung
geschnitten wird, um so einen leitenden Draht im Hauptteil anzuordnen,
der wenigstens ein freies Ende hat, das oberhalb einer Oberfläche des Verbinderhauptteils
vorsteht.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines durch Druck aktivierten Verbinders, der einen flexiblen Hauptteil
hat, der innerhalb eines starren Rahmens gehalten ist, wobei der
Verbinder eine Mehrzahl von Kontakten aufweist, die im Hauptteil
eingebettet sind, wobei die Kontakte in den Hauptteil als ein Paar
von miteinander verbundenen Strängen
von leitendem Draht eingefügt
sind, die als offene Schlaufen ausgebildet sind, wobei jede offene
Schlaufe zwei freie Enden hat, die sich über äußere gegenüberliegende Oberflächen des
Verbinderhauptteils erstrecken, wobei die freien Endteile seitwärts in einem
versetzten Muster angeordnet sind, das mit dem Muster der gegenüberstehenden Schaltungskomponenten
zusammenpasst, wobei die Abwinkelung der Drähte die Kontaktlängen derselben
erhöht
und eine Messerkante zu Kontaktflecken auf gegenüberliegenden Komponenten darstellt.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
verbesserten LGA-Verbinder zu schaffen, der einen flexiblen Verbinderhauptteil
hat, der aus einem Elastomer gebildet ist, wobei der Hauptteil auf
einem Rahmen getragen ist und eine Mehrzahl von individuellen leitenden
Kontakten hat, wobei die Kontakte als Drahtschlaufen ausgebildet
sind, um ein Paar von redundanten leitenden Schaltungspfaden im
Verbinderhauptteil zu bilden, wobei der Hauptteil eine Mehrzahl
von Öffnungen
hat, von denen jede darin eine Drahtschlaufe aufnimmt, wobei die
Drähte,
die die Schlaufe bilden, sich durch den Hauptteil auf gegenüberliegenden Seiten
einer Mittellinie der Öffnung
erstrecken.
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Die
vorliegende Erfindung erreicht diese und andere Ziele mit Hilfe
ihrer eigenartigen und neuen Struktur.
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Gemäß einem
Hauptgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, und wie es durch
eine Ausführungsform
desselben beispielhaft dargestellt wird, schließt der Verbinder einen flexiblen
Verbinderhauptteil ein, der durch einen festen äußeren Rahmen getragen ist.
Der flexible Verbinderhauptteil verwendet ein Verstärkungsglied
als Substrat, und an dem ein Elastomer angebracht ist. Wie dies
durch eine erste Ausführungsform
der Erfindung beispielhaft dargestellt wird, ist das Elastomer auf
beiden Seiten eines Gewebebereichs angeordnet, das als das Verstärkungsglied
verwendet wird, so dass es vorzugsweise die Zwischenräume des
Gewebes zum Elastomer füllt
und eine selbstdichtende Tragoberfläche auf beiden Seiten des Gewebebereichs
schafft, während
der Gewebebereich Verstärkung
für das Elastomer
schafft. Die Weise, in der das Elastomer am Gewebebereich angebracht
ist, kann eine Einkapselung, eine Laminierung oder eine Beschichtung sein.
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Konventionelle
Gewebe können
für den
Gewebebereich verwendet werden, wie solche, die in konventioneller
Weise gewoben sind und Ketten und Schüsse (oder Füllungen) haben, die ineinander
greifen, entweder in einem gleichförmigen oder einem versetzten
Muster, und es wird in Erwägung
gezogen, dass sogar nicht gewebte Stoffe wie Filze und dergleichen
für die
Verstärkung
verwendet werden können,
falls das verwendete Elastomer sich mit dem Stoffbereich binden
oder anders daran anheften auf eine Weise kann, dass es eng den
Stoffbereich berührt
und einen elastischen Körper
als den Verbinderhauptteil schafft.
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Dünne Drähte werden
im Verbinderhauptteil in einer vorbestimmten Anordnung angeordnet
und in das Stoff- oder Gewebesubstrat eingefügt, indem sie durch eine Nadel
hindurch geführt
werden und die Nadel in das Substrat eingeführt und herausgezogen wird,
um so die Drahtkontakte an ihrem Ort im Verbinderhauptteil zu stechen
oder heften oder mit Nadelstichen zu befestigen. Die Drähte werden
auf sich selbst gebogen, so dass ein Kontakt gebildet, und in den
Verbinderhauptteil eingeführt,
der die Form einer offenen Schlaufe hat. Das Elastomer hat eine
Konsistenz, die ausreichend nachgiebig ist, die Drähte zu ergreifen
und zu halten, wenn sie durch den Verbinderhauptteil geheftet oder
mit Nadelstichen eingebracht werden, und der Gewebebereich hat eine Konsistenz,
die ausreichend ist, um Verstärkung
oder eine gewisse Größe der Starrheit
dem Elastomer mitzuteilen.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann das Elastomer nur auf einer Oberfläche des
Verstärkungsgliedes
angebracht sein. Bei einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann das Verstärkungsglied
ein durchgehendes Blatt eines Films, insbesondere eines Polymerfilms
und am meisten bevorzugt eines Polyamidfilms sein, wie zum Beispiel
derjenige, der durch E.I. DuPont unter dem Handelsnamen "Kapton" verkauft wird. Solche
Filme haben eine gewünschte Dauerhaftigkeit
und fransen nicht aus, wie dies Gewebe tun können, und Löcher für die Drahtkontakte können darin
einfach dadurch gebildet werden, dass ein Laser sie durch den gesamten
Hauptteil des Verbinders "durchbrennt".
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Gemäß einem
anderen Hauptgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die
Kontakte dadurch gebildet, dass Paare von Drähten in das Substrat eingeheftet
oder mit Nadelstichen eingebracht werden, wobei die Paare aus einzel nen
Drahtsträngen
gebildet sind, die auf sich selbst an einem ihrer Enden gebogen
sind, um so doppelte Strangdrahtabschnitte zu bilden, oder offene
Schlaufen, wobei die Stränge
eine Biegung haben, die darin an einem Ende derselben ausgebildet
ist, während
zwei Enden des Drahts eng beieinander beabstandet sind oder einander
benachbart sind am anderen Ende des Kontakts, so dass ein freies
Ende jedes Kontakts vorzugsweise eine Schlaufenkonfiguration hat,
während das
andere freie Ende des Kontaktes die Stirnflächen der beiden Drahtstränge hat.
Die Drähte
erstrecken sich über
das Substrat in einer vorbestimmten Entfernung hinaus, die ausreichend
ist, um eine Mehrzahl von nachgiebigen Kontaktbündeln zu bilden, die sich unter
einem Druck einer gegenüberliegenden
Komponente wie zum Beispiel einem Chip biegen, so dass ein Hertzscher
Kontakt zwischen den Kontakten und den gegenüberliegenden Kontaktflecken
auf der Schaltungsplatine auftritt. Die Drähte können in einer gewissen Richtung
gebogen sein, um eine Ablenkungsrichtung zu definieren, anstatt
dass man auf das Einkrümmen
der Drähte
vertraut, um eine Bewegung unter der Ablenkung zu schaffen. Die
zweifache Natur der Drahtstränge,
ob sie nun kreisförmigen oder
rechteckigen/quadratischen Querschnitt haben, versehen jeden Kontakt
des Verbinders mit redundanten Schaltungspfaden. Lötmittelkugeln
können an
den Enden der Drahtstränge
angebracht werden, um Kontaktflächen
für die
Kontakte zu schaffen.
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Gemäß noch einem
Hauptgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Abschnitt
jedes Drahts durch das Zentrum eines Einfügewerkzeugs hindurch geführt, das
die Form einer hohlen Nadel oder Röhre hat, und dann auf sich
selbst gebogen, um eine Schlaufe zu bilden, bevor die Nadel einen Einfügehub durch
den Verbinderhauptteil macht. Das Einfügewerkzeug wird dann zurückgezogen
und lässt
einen doppelsträngigen
Draht zurück,
der im Verbinderhauptteil an ungefähr dem Mittelabschnitt der
Stränge
gehalten wird, so dass die freien Enden der Kontakte sich über die
beiden gegenüberliegenden
Oberflächen
des Verbinderhauptteils um ungefähr
dieselbe Länge
erstrecken. In einer vorbestimmten Entfernung bei der Entfernung
des Einfügewerkzeugs
werden die Drähte
geschnitten, um einen Doppelstrang und freie Enden des verbinderkontakts
zu bilden, so dass ein Paar von leitenden Pfaden für jeden
Kontakt in einem einzigen Hub des Einfügens und Herausziehens des
Einfügewerkzeugs
geschaffen wird, wodurch der Verbinder mit Redundanz und niedrigerer
Induktanz versehen wird.
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Gemäß noch einem
anderen Hauptgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das Einfügewerkzeug
mit einer Spitze versehen, die so ausgebildet ist, dass der Draht
aus dem Zentrum des Werkzeugs, aber von der Seite der Spitze austreten
kann. Dieses Werkzeug kann eine abgewinkelte Spitze mit einem einzigen
spitzen Punkt sein oder kann vielfache Spitzenpunkte haben, die
miteinander ausgerichtet sind, um die Einfügekraft auf das Werkzeug auszugleichen,
wenn es das Elastomer und, falls vorhanden, sein Verstärkungselement
durchstößt.
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Gemäß einem
noch anderen Hauptgesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann
eine Mehrzahl von Löchern
im Verbinderhauptteil ausgebildet sein, indem sie zum Beispiel mit
einem Laser geschnitten werden, indem der Hauptteil mit einem Messer
geschlitzt wird oder indem der Hauptteil vorgestanzt wird, um die
Löcher
zu bilden. Sind sie einmal gebildet, werden die Kontakte in die
Löcher
eingesetzt. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann
der Laservorgang oder Stanzvorgang verwendet werden, um eine Reihe
von Öffnungen
in dem Verbinderhauptteil zu bilden, und dieser Hauptteil kann entweder
einen verstärkten
flexiblen Hauptteil verwenden, in dem eine Faseranordnung oder ein Film
als Substrat verwendet wird, um eine oder zwei Schichten eines Elastomers
darauf zu tragen, oder der Hauptteil kann nur den vorerwähnten Film
verwenden.
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Diese
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden unter Berücksichtigung
der folgenden detaillierten Beschreibung klar verstanden werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
Verlauf der folgenden detaillierten Beschreibung soll häufig Bezug
genommen werden auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern auf gleiche Teile Bezug
nehmen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines verbesserten LGA-Verbinders, der mit
den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, mit einer elektronischen
Komponente, die ausgerichtet ist und beabstandet ist von einer Verschachtelungsausnehmung
des Verbinders;
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1A eine
vergrößerte Detailansicht
eines Bereichs a in 1, die die freiliegenden freien
Enden der Drahtkontakte des Verbinders zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht der anderen Seite (normalerweise der "unteren" Seite) des Verbinders
von 1;
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2A eine
vergrößerte Detailansicht
eines Bereiches a von 2, wobei die anderen freiliegenden
freien Enden der Drahtkontakte des Verbinders gezeigt sind;
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3A eine
Draufsicht eines Rahmengliedes, das bei den Verbindern von 1 verwendet wird;
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3B eine
Querschnittsansicht eines Teils des Rahmengliedes von 2A entlang
der Linie B-B derselben;
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3C eine
Querschnittsansicht eines Teils des Rahmengliedes von 3A entlang
der Linie C-C derselben;
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4 eine
Draufsicht von unten des Rahmengliedes von 3A;
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5 eine
perspektivische Ansicht des Rahmengliedes von 3A und
mit einem Gewebesubstrat, das in Stellung ist für Einfügung in die Rahmengliedöffnung;
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6A eine
Draufsicht von oben der Verbinderrahmenanordnung von 1,
wobei das Gewebesubstrat am Ort der Stützschichten ist, die darauf geformt
sind;
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6B eine
Querschnittsansicht eines Teils der Verbinderrahmenanordnung von 6A entlang der
Linie B-B derselben;
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6C eine
Querschnittsansicht eines Teils der Verbinderrahmenanordnung von 6A entlang der
Linie C-C derselben;
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6D eine
vergrößerte detaillierte
Ansicht des Gebietes D von 6A;
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7A eine
Draufsicht von oben auf die Verbinderrahmenanordnung von 6A,
wobei sich jedoch leitende Drahtkontakte darauf befinden;
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7B eine
Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 7A,
die einen Teil des Verbinders zeigt und weiter die Drahtkontakte
in ihrer ursprünglichen
Orientierung innerhalb des Verbinderhauptteils und vor dem Biegen
der Drahtkontakte zeigt;
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7C eine
Querschnittsansicht des Verbinders von 7A entlang
der Linie C-C derselben;
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7D eine
Querschnittsansicht des Verbinders von 7A, die
die Anordnung der Drahtkontakte innerhalb des Verbinderhauptteils
nach ihrem Biegen zeigt, um die Kontakte in zwei Richtungen zu orientieren;
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8 eine
Querschnittsansicht einer alternativen Weise, das Gewebesubstrat
an dem Verbinderrahmen zu montieren;
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9 eine
Querschnittsansicht eines Teils des elastomeren Substrats des Verbinders,
wobei die Gewebeverstärkung
desselben gezeigt ist;
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10A eine schematische Querschnittsansicht eines
Kontaktheftwerkzeugs oder Nadelstichwerkzeugs, das eine einzige
Spitze aufweist, beim Zusammensetzen des Verbinders mit dem leitenden Draht,
der dadurch gefädelt
ist;
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10B eine schematische Querschnittsansicht eines Kontaktnadelstichwerkzeugs
von 10A nach Biegen des Drahts;
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11 eine
schematische Ansicht des Werkzeugs von 10, das
in das Verbindersubstrat eindringt;
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12 eine
schematische Ansicht, die zeigt, wie das Werkzeug von 10 den
flexiblen Hauptteil des Verbinders durchdringt und ursprünglich eine vorbestimmte
Länge des
Kontaktdrahts herauszieht;
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13 eine
schematische Ansicht, die zeigt, dass das Werkzeug von seinem Durchdringungsvorgang
durch den leitenden flexiblen Hauptteil entfernt ist;
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14 eine
schematische Ansicht des Werkzeugs nach dem Herausziehen von nahe
der Oberfläche
des flexiblen Verbinderhauptteils, während es Kontaktdraht vom Werkzeug
in eine Position ausgibt, die zum Abschneiden bereit ist;
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15 einen
schematischen Querschnitt einer Ansicht, die den Kontaktdraht an
seinem Ort innerhalb des flexiblen Verbinderhauptteils zeigt, wobei dieser
Draht von der Drahtzufuhr und dem Einfügewerkzeug abgeschnitten ist;
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16 eine
schematische Ansicht eines freie Kontaktenden bildenden Gliedes,
das mit den Kontakten nach Einfügung
in den Hauptteil in Berührung
gebracht wird; und
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17 eine
detaillierte Ansicht von Drähten, die
als Kontakte verwendet werden, die einen nicht kreisförmigen Querschnitt
haben;
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18 eine
detaillierte Querschnittsansicht eines Teils des Verbinders von 1 an
seinem Ort zwischen einem Chip und einer Schaltungsplatine, wobei
die Art und Weise der Leitung dargestellt wird, die durch die Verbinderkontakte
bewirkt wird;
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19A eine Seitenansicht einer alternativen Konstruktion
eines Einfügewerkzeugs,
das verwendet werden kann, um die leitenden Drähte in die flexiblen Hauptteile
der Verbinder der Erfindung einzusetzen;
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19B eine perspektivische Ansicht des Spitzenendes
des Einfügewerkzeugs
von 19A;
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19C eine detaillierte Querschnittsansicht eines
Teils eines Verbinders der Erfindung, wobei das Einfügewerkzeug
von 19A teilweise darin eingeführt ist;
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20 eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Verbinders,
der in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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21 eine
Detailansicht, teilweise im Querschnitt, eines Hauptteils für Verwendung
mit den Verbindern der Erfindung, der ein nicht unterbrochenes Verstärkungsglied
aufweist, das darin angeordnet ist;
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22 eine
teilweise Querschnittsansicht eines Verbinderhauptteils an seinem
Ort innerhalb des Verbinders, und der einem Stanzglied ausgesetzt ist, um Öffnungen
darin für
die Verbinderkontakte zu bilden;
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23 eine
schematische perspektivische Ansicht teilweise im Querschnitt eines
Einfügewerkzeugs,
das mit einer Öffnung
im Verbinderhauptteil von Verbindern der vorliegenden Erfindung
ausgerichtet ist;
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24A eine schematische Draufsicht von 23 entlang
der Linien 24-24 derselben, die die Orientierung von Teilen zeigt,
wo runder Draht für
die Verbinderkontakte verwendet wird;
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24B eine schematische Draufsicht von 23 entlang
der Linien 24-24 derselben, wobei die Orientierung von Teilen gezeigt
ist, wenn rechteckiger Draht verwendet wird, um die Verbinderkontakte zu
bilden;
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25 eine
perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Drahteinfügewerkzeugs,
das bei den Verfahren der Erfindung verwendet werden kann;
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25A eine perspektivische Ansicht des Einfügewerkzeugs
von 25;
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26 eine
perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Drahteinfügungswerkzeuges,
das bei den Verfahren der Erfindung verwendet werden kann;
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26A eine perspektivische Ansicht des Einfügewerkzeugs
von 26;
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27 eine
perspektivische Ansicht eines Stanzwerkzeugs, das bei dem Verfahren
der Erfindung verwendet werden kann, um Öffnungen im Verbinderhauptteil
vorzustanzen oder zu stechen;
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28 eine
perspektivische Ansicht eines alternativen Stanzwerkzeugs, das mit
Verfahren der Erfindung verwendet werden kann; und
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29 eine
Querschnittsansicht einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
einen verbesserten Kontaktfleckengitteranordnungsverbinder (Land
Grid Array, LGA) 20, der in Übereinstimmung mit den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Der Verbinder 20 schließt ein Rahmenglied 21 ein,
das einen flexiblen Hauptteil 22 am Verbinder 20 hält oder
umschließt,
der mit einer Öffnung 23 des
Rahmengliedes 21 versehen ist. Der Hauptteil 22 des
Verbinders 20 wird innerhalb der Rahmengliedöffnung 23 durch eine
Mehrzahl von Seitenwänden 25 des
Rahmengliedes 21 gehalten, die die Öffnung 23 umgeben, und
zwar auf solche Weise, dass eine obere Ausnehmung 24 in
der oberen Oberfläche
des Verbinders 20 und auch eine untere Ausnehmung 27 ausgebildet ist,
wenn die besondere Anwendung des Verbinders dies erfordert.
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Man
kann sehen, dass der Verbinder 20 allgemein rechteckig
oder quadratisch in der Form ist, obwohl man verstehen wird, dass
andere Konfigurationen verwendet werden können. Die obere Ausnehmung 24 ist
dazu ausgebildet, darin eine Schaltungskomponente aufzunehmen, wie
zum Bei spiel einen Chip, eine IC-Packung, ASIC, Mikroprozessor, Schaltungsplatine 26 oder
dergleichen, während
eine andere ähnliche
Schaltungskomponente gleicher Weise auf der Unterseite des Verbinders 20 in
einer unteren Ausnehmung 27 aufgenommen werden kann (2).
Typischerweise kann eine solche Komponente eine Schaltungsplatine
einschließen,
die so bemessen ist, dass sie in die untere Ausnehmung 27 passt,
obwohl bei einigen Anwendungen die Seitenwände 25 des Rahmengliedes
an der unteren Seite des Verbinders 20 bündig mit
der unteren Oberfläche des
Verbinderhauptteils 22 ausgebildet werden können, wodurch
irgendeine untere Ausnehmung vermieden wird, so dass der Verbinder
direkt auf eine Schaltungsplatine montiert werden kann. Um einen leitenden
Pfad zwischen den beiden Schaltungsplatinen zu schaffen, ist der
Verbinder 20 mit einer Mehrzahl von leitenden Kontakten 28 ausgebildet,
die als dünne
Drähte
oder Fäden
ausgebildet sind. Diese Kontakte 28 haben zwei freie Enden 29, 30,
die sich nach oben weg von den inneren Oberflächen 32, 33 des
Verbinderhauptteils 22 erstrecken.
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Der
Verbinder 20 kann bei seiner Anwendung an einer Schaltungsplatine
angebracht sein und kann demgemäß ein oder
mehrere Montagelöcher 34 einschließen, die
im Rahmenglied 21 ausgebildet sind. Teile des Rahmengliedes
können
in Bezug auf den Rest des Rahmengliedes erhöht sein, um als Ständer 35 (2)
zu dienen, um die untere Oberfläche 33 des
Verbinderhauptteils 22 leicht anzuheben und einen kleinen
Luftzwischenraum zwischen der unteren Oberfläche und einer Schaltungsplatine (nicht
gezeigt) zu schaffen, an der der Verbinder 20 angebracht
ist, was Lötmittelreinigung
erleichtern kann, wenn der Verbinder in einer gelöteten Anwendung
verwendet wird.
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3A zeigt
das Rahmenglied 21 im offenen Zustand, ohne dass der Hauptteil 22 darauf
getragen wird. Das Rah menglied 21 und seine Seitenwände 25 können in
geeigneter Weise zum Beispiel durch Spritzgießen aus Kunststoff oder einem
anderen elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Das Rahmenglied 21 ist
vorzugsweise als ein Stück geformt,
obwohl alternative Konstruktionen verwendet werden können. Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird ein Gewebebereich 37 (5)
als Verstärkungselement
verwendet, um dem Hauptteil 22 einige Unterstützung zu
geben, und ist zu einer vorbestimmten Konfiguration geschnitten,
die vorzugsweise an eine Tragschulter 38 (4)
angepasst ist, die auf einer der Oberflächen des Rahmengliedes 21 ausgebildet
ist. Der Gewebebereich 37 ist vorzugsweise aus Gewebe wie
zum Beispiel Nylon oder Fiberglas gebildet, das vorzugsweise unter
Verwendung eines Lasers oder eines Stanzwerkzeugs auf die entsprechende
Größe geschnitten
ist. Natürliche
Gewebe können
benutzt werden, es soll jedoch bemerkt werden, dass die Verwendung
von synthetischen Geweben für
den Gewebebereich, wie zum Beispiel Fiberglas, vorteilhaft ist,
da Fiberglas einen sehr geringen thermischen Expansionskoeffizienten hat
(der fast den Nullwert erreicht), was irgendwelche Ausdehnungen
vermindert, die im Verbinderhauptteil 22 während des
Betriebes auftreten, und es hat außerdem bessere Wärmeübertragungsfähigkeiten
als konventionelle Isolatoren. Die Verwendung eines Lasers beim
Schneiden des Gewebebereichs ist vorteilhaft, dass Wärme, die
durch den Laser erzeugt ist, imstande ist, die Ränder des Gewebes zu versiegeln und
irgendein Ausfransen minimalisiert, das an den losen Enden des Gewebes
nach dem Schneiden auftreten könnte.
Vorzugsweise werden Gewebe, die gewoben sind und miteinander verschachtelte
Fäden haben,
wie zum Beispiel in 9 gezeigt ist, verwendet, andere,
nicht gewobene Stoffe wie zum Beispiel gestrickte Stoffe und Filze
können
verwendet werden. Wie dies unten detaillierter erwähnt wird,
kann in einigen Fällen
das Verstärkungsglied
einen Film einschließen.
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Die
Schulter 37 ist, wie dies dargestellt ist, an der unteren
Oberfläche
(3B, 3C und 4) des Rahmengliedes 21 ausgebildet.
Die Schulter 38 springt zurück, wie dies gezeigt ist, und
erstreckt sich um den inneren Umfang des Rahmengliedes 21.
Diese Schulter 38 schafft ein Mittel, den Gewebebereich 37 im
Rahmenglied 21 genau anzuordnen und schafft auch eine Unterstützung für das Elastomer, das
am Rahmenglied 21 und dem Gewebe 37 angebracht
ist. Um den Gewebebereich 37 an seinem Ort in der Schulter 38 zu
halten, können
erhabene Nasen oder Rippen 40 um die vier Seiten derselben
herum angeordnet sein, die verwendet werden können, das Gewebe zu berühren und
es innerhalb des Rahmengliedes 21 straff zu halten, um
zu verhindern, dass irgendein Trampolineffekt oder irgendeine andere
Art des Durchhängens
während
der nachfolgenden Prozesse auftritt. Diese Rippen 40 können auch
beim Wärmeabstechen
des Gewebebereichs 37 zum Rahmenglied 21 verwendet werden.
Der Gewebebereich 37 kann über das Rahmenglied angeordnet
werden und in Berührung
damit gebracht werden, wobei dann Wärme auf die Rippen 40 ausgeübt wird,
was bewirkt, dass diese schmelzen und den Gewebebereich 37 in ähnlicher
Weise festzuhalten, wie dies beim Stand der Technik bekannt ist.
Obwohl diese Rippen 40 in den Mittelteilen der Schulter 38 dargestellt
sind, können
sie sich länger
als gezeigt erstrecken, um zusätzliche
Absteckmöglichkeit
zu schaffen. Wenn das Elastomer über
das Rahmenglied geformt wird, wird das Elastomer die losen Enden
des Gewebebereichs in diesem Bereich halten und einfangen.
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Der
Gewebebereich 37 kann auch über die Rippen 40 während der
Anbringung gedrückt
werden, und eine der elastomeren Schichten 34, typischerweise
diejenige, die auf der "oberen" Oberfläche des
Verbinders angeordnet ist, kann auf das Rahmenglied 21 gegenüber der
Schulter 38 und der Rippen 40 geformt werden.
In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "oben" auf
die Oberfläche
des Verbinders Bezug nehmen, der die Schaltungskomponenten 26 aufnimmt
und denselben gegenüber
steht. Ist der Gewebebereich 37 auf das Rahmenglied 21 aufgebracht
und auf der Schulter 38 positioniert, wird er vorzugsweise
dauernd an seinem Ort durch Überformen
befestigt, oder indem auf andere Weise ein Elastomer auf gegenüberliegende
Seiten des Rahmengliedes 21 und des Gewebebereichs 37 aufgebracht
wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, wie dies in 21 dargestellt
ist, kann die Verstärkung
des Hauptteils 22 in Form eines durchgehend Filmgliedes 337 geschaffen
werden. Das durchgehende Filmglied 337 ist vorzugsweise
aus einem Polymerfilm gebildet, der nicht franst, wie dies die Gewebeverstärkungsschicht
manchmal machen kann, was dazu führen
kann, dass Gewebefäden
an den leitenden Kontakte anhaften und möglicherweise die Integrität des Verbinders
beeinflussen. Nützliche Ergebnisse
sind erhalten worden, indem Polyamid (Polymer) Filme verwendet werden,
die unter dem Handelsnamen "Kapton" durch E.I. DuPont
verkauft werden. Ein solches Verstärkungsglied unterscheidet sich
auch von den oben diskutierten Gewebeverstärkungen, indem es keine Öffnungen
zwischen benachbarten Fäden
hat, durch die das Elastomer während
der Bildung des Hauptteils 22 fließen kann.
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In
einer Hinsicht der Erfindung kann das Elastomer als zwei Elastomerschichten 41, 42 angesehen
werden, die sich entlang der oberen und unteren Oberflächen 32, 33 des
Verbinderhauptteils 22 erstrecken. Man wird jedoch verstehen,
dass der Ausdruck "Schicht", wie er auf das
Elastomer angewendet wird, seine breiteste Interpretation erhalten soll
und daher zwei unterschiedliche Schichten von Elastomer oder eine
einzige Struktur einschließen wird,
die ge bildet ist, wo das Elastomer durch die Zwischenöffnungen 43 eindringt
oder hindurchgeht, die zwischen benachbarten Fäden 44 des Gewebes oder
anderen Verstärkungsbereichen 37, 337 gebildet
sind, um zusammenwirkend eine einzige Struktur zwischen denselben
zu bilden (9). Auf diese Weise werden,
wo das Elastomer alle freiliegenden Oberflächen der Verstärkungsbereiche 37, 337 bedeckt,
die Bereiche 37, 337 so angesehen, dass sie "eingekapselt" innerhalb des Elastomers
sind, wobei das Elastomer die obere und untere Oberfläche des Hauptteils
bildet. Wenn die beiden Schichten 41, 42 nicht
ineinander fließen,
aber sich trotzdem binden oder anders daran befestigen, sowohl an
sich selbst als auch am Gewebebereich 37, wie dies in 9 dargestellt
ist, indem sie sich durch die Zwischenbereiche berühren, die
zwischen zwei benachbarten Fäden
des Gewebebereichs 37 vorgesehen sind, kann alternativ
der resultierende Aufbau so angesehen werden, dass er mit dem Elastomer "integriert" ist oder zwischen
den beiden Elastomerschichten "sandwichartig
eingeschlossen ist",
wobei sich das Elastomer entlang den oberen und unteren Oberflächen des
Hauptteils erstreckt. Weiterhin können die Elastomerschichten 41, 42 in
innige Berührung
mit den gegenüberliegenden
Seiten der Verstärkungsbereiche 37, 337 gebracht
werden, indem alle drei dieser Glieder einer erhöhten Temperatur und Druck ausgesetzt
werden, um etwas zu bilden, was als ein "laminierter" Aufbau angesehen werden kann. Noch weiter
können
bei gewissen Anwendungen die Verstärkungsbereiche 37, 337 mit
zwei Elastomerbereichen zusammen extrudiert werden, oder sie können in
das Elastomer eingetaucht werden, um beide Seiten derselben mit
einer "Schicht" zu versehen.
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Um
sicherzustellen, dass eine geeignete Bindung zwischen dem Hauptteil 22 (das
heißt
den Verstärkungsbereichen 37, 337)
und der Elastomerschichten 41, 42 an das Verbinderrahmenglied 21 stattfindet,
kann eine Reihe von Veranke rungshohlräumen 46 im Rahmenglied 21 an
vorbestimmten Orten ausgebildet sein. Wie dies in der Zeichnung
gezeigt ist, können
diese Hohlräume 46 mit
der Rahmengliedöffnung 23 in
Verbindung stehen und sich innerhalb des Schulterteils 38 erstrecken,
der in der Fläche
des Verbinders 20 ausgebildet ist. Diese Hohlräume 46 erstrecken
sich vorzugsweise durch die Dicke des Rahmengliedes 21 und
können
versetzte Hohlraumteile 51, 52 einschließen, die
miteinander ausgerichtet sind, sich aber in versetzter Weise voneinander
erstrecken, um so eine Öffnung
im Rahmen zu bilden, die sich in zwei verschiedenen Richtungen erstreckt,
die sich mit dem Elastomer füllen,
um so den Hauptteil 22 fest am Verbinderrahmenglied 21 zu
verankern. Beispiele geeigneter Elastomere schließen massive
Silikone, Silikonschäume
und Kautschuk, synthetischen Kautschuk, Triblockcopolymere und Ähnliches
ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Härte des Elastomers trägt auch
zur Betriebsweise des Hauptteils bei, wobei größere Härten für verbessertes Festhalten der Drähte bevorzugt
wird, die in die Öffnungen
des Hauptteils eingefügt
sind. Zum Beispiel ist herausgefunden worden, dass ein Elastomer
mit einer Härte von
70 auf der Shore-A-Skala
eine bessere Drahtfesthaltung liefert als eines mit einer Shore-A-Härte von
40.
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Wenn
sie so mit dem Elastomer gefüllt
sind, werden diese Verankerungshohlräume 46 und ihre versetzten
Teile 51, 52 an den Seitenwänden des Rahmengliedes in zwei
unterschiedlichen Richtungen angreifen, um eine geeignete Verankerung
zusätzlich
zu irgendwelchen natürlichen
Klebeeigenschaften zu schaffen, die das Elastomer haben kann. Die
Ausrichtung dieser versetzen Hohlraumteile 51, 52 ist
am besten in den 3B und 6A gezeigt, während die
Weise, wie das Elastomer diese ausfüllt am besten in der Querschnittsansicht
von 6C gezeigt ist. Diese Hohlräume 46 dienen dazu,
ein Mittel zum miteinander Verriegeln der E lastomerschichten 41, 42 mit
den Rahmengliedern 21 zu schaffen, oder als Anker miteinander,
wenn die Schichten 41, 42 gleichzeitig auf dem
Rahmenglied 21 gebildet werden. Diese Verankerungshohlräume 46 werden
am besten gefüllt,
wenn das Elastomer auf dem Gewebebereich 37 nach Anbringung
am Rahmenglied 21 angebracht wird, und zwar durch einen
geeigneten Überformungsvorgang.
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Bei
einem alternativen verankerungs- und gewebeerfassenden Aufbau, wie
dies in 8 dargestellt ist, kann das
Rahmenglied 21 einen Kanal oder eine Füllnut 100 aufweisen,
die darin ausgebildet sind, die sich um den gesamten Umfang der
Verbinderrahmenöffnung
erstrecken kann. Dieser Kanal 100 nimmt die Enden oder
Ränder 121 des
Gewebebereichs 37 auf und, wenn das Elastomer daran angebracht
wird, wird der Elastomerteil auf der unteren Seite des Verbinders
den Kanal 100 füllen
und die Geweberänder 101 darin
hineindrücken,
um so einen straffen jedoch flexiblen Hauptteil des Verbinders zu schaffen.
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Die
inneren Ränder 54 des
Rahmengliedes 21 können
abgeschrägt
sein, wie dies in 5 bei 55 gezeigt ist,
um so den Oberflächenbereich
desselben zu erhöhen,
um mehr Fläche
im Elastomer zu schaffen, um es zu berühren und daran anzuheften,
wenn dieses in die Rahmenöffnung 23 geformt
oder gegossen wird. Die beiden Elastomerschichten 41, 42 dienen
dazu, Enden des Gewebebereichs 37 einzukapseln und die
freiliegenden Oberflächen
desselben zu bedecken, während
der Gewebebereich Verstärkung für die Elastomerschichten 41, 42 schafft
und diesen eine gewisse Spannung gibt. Das Gewebe 37 dient auch
dazu, teilweise die Drähte
zu tragen, die in den Hauptteil 22 eingeführt werden,
und die Nachgiebigkeit des Elastomers hält weiter die Kontakte 28 an
ihrem Ort und schafft eine Abdichtungswirkung um die Drähte der
Kontakte. Es wird in Betracht gezogen, dass der Gewebebereich und
die Elastomerschichten auch getrennt geformt werden können, und
anschließend
aneinander befestigt werden können
und dann in den Verbinderrahmen nach ihrer Bildung eingesetzt werden
können.
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Die
Verwendung des Elastomers und des Gewebereichs (oder eines anderen
Verstärkungselementes)
ergänzen
einander bei der Verwendung der Erfindung, da einerseits das Elastomer
dem Hauptteil des Verbinders Flexibilität gibt, während das Gewebe Verstärkung und
ein gewisses Ausmaß an
Starrheit dem flexiblen Hauptteil mitteilt, der die Kontakte trägt, um so
die Gesamtdicke des Verbinderhauptteils, der die Kontakte trägt, zu verringern
und dadurch die kürzest
mögliche
Verbindungshöhe
für den
Verbinder 20 zu schaffen. In dieser Hinsicht wird angenommen, dass
Dicken von ungefähr
0,5 mm für
den Hauptteil 22 erreicht werden können, wenn Sandwich-, Einkapselungs-
und Koextrusionstypen von Hauptteilaufbau verwendet werden, wobei
am Gewebebereich 37 eine elastomere Schicht 41, 42 auf
beiden Seiten desselben angebracht ist. wo das im Bereich 37 verwendete
Gewebe eine Dicke von ungefähr 0,15
mm hat und die Elastomerschichten jeweils eine ähnliche Dicke haben, ist die
resultierende gemeinsame Dicke des Hauptteils ungefähr 0,45
mm.
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Insoweit,
wie die gesamte zusammenpassende Höhe des Verbinders 20 betroffen
ist, wird angenommen, dass es möglich
ist, mit der Erfindung freie Enden 29, 30 der
Kontakte 28 zu erreichen, die sich über die äußeren Oberflächen 32, 33 des
Hauptteils 22 um eine Entfernung von ungefähr 0,25 mm erstrecken, so dass
man eine erwartete gesamte Hauptteilzusammenfügungshöhe (indem man die Längen der
freien Kontaktenden 29, 30 zur Dicke des Hauptteils 22 addiert)
von ungefähr
0,95 mm erwarten kann. In solchen Fällen kann das Verbinderrahmenglied 21 eine
Dicke von nur ungefähr
1,5 mm haben, wodurch ein äußerst dünner Verbinder,
der jedoch hohe Dichte hat, der niedrige Einsetzkräfte hat, geschaffen
wird. Wie dies oben erwähnt
wurde, wird auch in Betracht gezogen, dass das Elastomer 41, 42 nur
auf einer der beiden Oberflächen
des Gewebebereichs aufgebracht werden kann oder umgekehrt, wodurch
weiter die mögliche
Dicke des zusammenpassenden Bereichs des Verbinders 20 verringert wird.
Der Typ von Gewebe kann auch die mögliche Dicke des Hauptteils
beeinflussen. Ein Gewebebereich, der gleichförmig gewoben ist, wird einen
homogenen Hauptteil schaffen und die Konsistenz des Hauptteils verbessern.
Ein unordentlich oder zufällig gewobenes
Gewebe kann verwendet werden, das die Dicke des Verbinderhauptteils
verringert.
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Gemäß einem
anderen wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung, und wie dies schematisch
in den 10 bis 15 dargestellt
ist, werden die leitenden Kontakte 28 in den Hauptteil 22 eingesetzt,
indem sie an ihren Ort "geheftet" oder durch Nadelstiche
eingebracht werden. Die Kontakte 60 werden in den Hauptteil 22 des
Verbinders vorzugsweise durch eine programmierbare Nähmaschine 20 eingesetzt die
eine Hin und Her gehende Nadelstichbewegung verwendet. Ein Abschnitt
eines leitenden Drahts 63 wird fortschreitend durch den
mittleren Kanal oder das Lumen 62 eines Einfügewerkzeugs 61 zugeführt, bevor
es in den Hauptteil 22 eindringt (10A).
Der Draht 63 kommt von der Mitte des Werkzeugs heraus und
wird vor dem Einfügen
weiter vorgeschoben, so dass die Elastomerschichten 41, 42 den
Draht 63 ergreifen werden und einen Teil (das heißt ein freies Ende 30)
desselben halten werden, der über
die untere Oberfläche
(11) vorsteht.
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In
Abhängigkeit
vom Drahtdurchmesser kann die Rückwärtsbewegung
der Nadel ausreichend sein, den Draht auf sich selbst zu biegen,
um ein freies Ende 29 zu bilden, das einen schlaufenförmigen Doppelstrang 65 aufweist,
wie dies in 1D gezeigt ist. Es wird
jedoch bevorzugt, dass dieses Biegen durch ein Drahtgreifmittel 67 durchgeführt wird,
das auf der relevanten Seite des Verbinderhauptteils 22 angeordnet
ist. Wie dies in 10B gezeigt ist, kann das Biegen
auf dem Draht 63 durch die Greifmittel 67 vor
der Einfügung
des Werkzeugs 61 in den flexiblen Hauptteil 22 durchgeführt werden.
Weitere Bewegung des Einfügewerkzeugs 61 (12) durch
den Hauptteil 22 (und die Gewebeschicht 37 und
die andere Elastomerschicht), während
der Draht 63 weiter vorbewegt wird, wird bewirken, dass sich
der Draht über
die gegenüberliegende äußere Oberfläche 33 der
anderen elastomeren Schicht 42 hinaus erstreckt. Ist einmal
die vorbestimmte Länge dieses
Drahts 63 erreicht, um die gewünschte Länge des Kontakts zu bilden,
so wird das Einfügewerkzeug 61 dann
durch den Hauptteil 22 zurückgezogen ( 23).
Während
das Einfügewerkzeug 61 an
der oberen Elastomerschicht vorbei zurückgezogen wird, wird der Draht 63 vom
Werkzeug ausgegeben, so dass auf dieser Seite des Verbinders zwei
freie Stränge 30 des
Drahtes Seite an Seite freiliegen. Der so vorwärts bewegte Strang wird dann
durch geeignete Mittel 68 in einer Entfernung abgeschnitten,
die im Wesentlichen gleich derjenigen des anderen Stranges ist (14).
Alternativ kann der Draht von dem Werkzeug vor dem Einfügen vorgeschoben
werden und dann entlang dem Werkzeug gebogen werden, so dass er
sich synchron mit der Bewegung des Werkzeugs bewegen wird.
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Dieses
Nadelstechverfahren erlaubt es, dass der Verbinder 20 mit
den Kontakten mit sehr kleinen Abständen mit einer niedrigen Höhe und einem
niedrigen Profil hergestellt werden kann. Die Kontakte 28 können entweder
aus Abschnitten von rundem Draht 63 gebildet werden, oder
es können,
wie dies in 17 dargestellt ist, Abschnitte
von Draht mit polygonalem Querschnitt wie zum Beispiel recht eckig, quadratisch,
hexagonal oder dergleichen verwendet werden, wobei der höchst bemerkenswerte
Vorteil die erhöhte
elektrische Last ist, die die Kontakte 28 des Verbinders 20 führen können. Wenn
der Draht einen nicht kreisförmigen
Aufbau hat, wie zum Beispiel einen rechteckigen Querschnitt von
ungefähr
0,1 mm mal 0,25 mm, so wird auch der nicht kreisförmige Draht
der Tendenz des Elastomers widerstehen, den Draht um 90 Grad zu
drehen aufgrund der Tatsache, dass das Elastomer einen äußeren Druck
auf den Draht ausübt.
Wenn rechteckiger Draht benutzt wird, wird er vorzugsweise auf sich
selbst auf der größeren Abmessung
des Querschnitts gefaltet. Wie dies vorher angegeben wurde, können die
Kontakte 28 in den Hauptteil 22 mit einer programmierbaren
Nähmaschine
nadelstichartig eingebracht werden, die selektiv die Drähte in einem
vorbestimmten Muster einfügen kann.
Das Muster kann mit Hilfe von dem Programmiergesichtspunkt der Nähmaschine
eingestellt werden, das heißt
durch Software, wobei es dann nicht nötig ist, den Formhohlraum einzustellen,
als dies der Fall bei einem konventionellen geformten Verbinder wäre.
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Die
Hin- und Herbewegung des Einfügewerkzeugs
oder der Nadel/Röhre 61 und
das Biegen des Drahtes erzeugt eine offenendige doppelstrangförmige leitende
Schlaufe für
jeden Kontakt 28, wobei jeder Strang oder jeder "Arm" des Drahtes einen
unabhängigen
Schaltungspfad zwischen Kontakten auf dem Chip 26 und der
anderen Komponente schafft, an der der Verbinder 20 angebracht.
Dieser doppelstrangförmige
Kontakt mit offener Schlaufe schließt zwei Enden 29, 30 ein,
die über
die äußeren Oberflächen oder
den flexiblen Hauptteil 22 vorstehen. Ein Ende 29 des
Kontaktes kann als das "Schlaufen"-Ende des Kontaktes
angesehen werden, da es das Ende enthält, wo der Draht 63 auf
sich selbst gebogen ist (typischerweise auf einem Radius, wo der Draht
ein runder Draht ist), während
das andere Ende 30 des Kontaktes als das "offene" Ende des Kontaktes
angesehen werden kann, weil zwei Stränge des Drahtes in freien und
verbundenen Enden enden. Dieser Doppelstrangabschnitt ist vorteilhaft,
da er nicht nur redundante Schaltungspfade liefert, um die Gültigkeit
der Verbindung sicherzustellen, die durch den Verbinder 20 geschaffen
wird, sondern verringert auch die Induktanz des Gesamtsystems, indem
jeder der allgemein parallelen Schaltungspfade des Kontakts die
Induktanz des spezifischen Kontakts um ungefähr die Hälfte im Vergleich mit der Verwendung
nur eines einzelnen Kontaktes verringern wird, wie dies durch die
Parallelinduktanzgleichung: LTOT–(L1×L2)/(L1+L2)
dargestellt wird. Zusätzlich
sind die freien Enden 29, 30 der Kontakte 28 klein,
liefern jedoch einen hohen Kontaktdruck, obwohl der Verbinder nur
eine normale Belastungskraft erfordert, um eine zuverlässige Verbindung
zu erreichen und einen wirksamen Hertzschen Kontakt mit einer gegenüberliegenden
Schaltungskomponente zu schaffen. Die geschnittenen freien Enden 30 (18)
der Kontakte 28 haben tatsächlich Messerkanten daraus ausgebildet,
die in die Kontakthöcker
an gegenüberliegenden
Schaltungsplatinen oder Chippackungen eindringen können, um
irgendeine Kontamination oder Oxidierung zu durchbrechen, die sich
auf den Komponenten bilden kann. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass falls notwendig Lötmittelkugeln 125, 126 zu
einem oder beiden der freien Enden 29, 30 der
Kontakte hinzugefügt
werden könnten,
wie dies in 20 gezeigt ist.
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Die
bevorzugte Art der Einführung
ist schematisch in 23 gezeigt. Jede Öffnung,
die im Verbinderhauptteil gebildet ist, kann so angesehen werden,
dass sie eine Mittellinie CA hat, wie diese in 23 gezeigt
ist. Das Einfügewerkzeug
hat seine eigene Mittellinie TA, die zum größten Teil mit der Mittellinie
WA des Drahtes übereinstimmt,
der durch das Werkzeug zugeführt
wird. Da der Draht auf sich selbst gebogen ist, um eine Schlaufe
zu bilden, ist das Einfügewerkzeug
in einer Versetzung OC von der Öffnungsmittellinie
orientiert, wie dies dargestellt ist. 24A und 24B zeigen diese Versetzung in einer Querschnittsansicht
und auch die Anordnung des Drahtes (sowohl rund als auch rechteckig)
und das Werkzeug in Bezug auf die Öffnungen des Verbinderhauptteils.
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Bei
einer alternativen Weise der Einfügung des Drahtes können Löcher zum
Aufnehmen der Kontakte 28 im Hauptteil 22 erzeugt werden,
indem sie mit einem Laser eingebrannt werden, was verhindern wird,
dass lose Teile oder Fetzen des Gewebes sich durch das Loch erstrecken
und Verunreinigung auf der einen oder anderen Seite des Verbinderhauptteils 22 als
Resultat der Einfügung
bilden. Der Laser wird auch die Kraftmenge reduzieren, die erforderlich
ist, um den Hauptteil zu durchdringen, wenn die Löcher in
den Hauptteilen vorgeformt sind, das ein Filmverstärkungsglied 337 verwendet. Ähnlich kann,
wie dies in 22 gezeigt ist, ein Stanzglied 400 verwendet
werden, um sequentiell Löcher 401 im Verbinderhauptteil 402 vorzustanzen,
wobei es durch beide Elastomerteile 403 und das Verstärkungsglied 404 hindurchdringt.
Kontakte werden dann in die Löcher
durch das oben beschriebene Einfügewerkzeug eingesetzt.
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27 zeigt
eine Art einer Stanze 500, die einen konischen Teil 501 aufweist,
der auf der Spitze ihres verlängerten
Hauptteils 502 ausgebildet ist. 28 zeigt
eine alternative Form einer Stanze 501, wo der Hauptteil 511 in
einem Messerende 512 endet, das einen quadratischen oder
rechteckigen Durchstechungskopf 513 aufweist. Jedes dieser Werkzeuge
wird geeignete Öffnungen
im Verbinderhauptteil 22 vorformen, wobei das Werkzeug 500 Öffnungen
vom kreisförmigen
Typ hat und die Messerstanze 510 Schlitze im Verbinderhauptteil 22 bildet. Ein
vorheriges Durchstechen des Verb inderhauptteils bietet Vorteile
wie zum Beispiel weniger Schmutz und verbesserte Geradheit der Drahtschlaufe,
wenn ein Polyamidverstärkungsfilm
mit dem Verbinderhauptteil verwendet wird.
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Von
Wichtigkeit bei der vorliegenden Erfindung ist der Kontaktkraftgesichtspunkt,
den der Aufbau der offenen Schlaufe der Drahtkontakte den Verbindern
gibt, die ihn verwenden. Nicht nur werden redundante leitende Schaltungspfade
in jedem Kontakt erzeugt, die geschlossenen Enden 29 der
offenen Schlaufen haben auch jeweils einen Radius, der dort auftritt,
wo der Draht auf sich selbst gebogen ist, was dazu führt, dass
ein Punktkontakt P (1A) zwischen dem geschlossenen
Endteil 29 des Kontakts 28 und einer gegenüberliegenden
Schaltungskomponente gebildet wird. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Kontakts, wo das freie Kontaktende aus zwei benachbarten
freien Enden des Drahtes besteht, wie dies in 2A gezeigt
ist, wird der Kontakt, der mit einer gegenüberliegenden Schaltungskomponente gebildet
wird, ein Linienkontakt sein, wobei die Linie entlang einer der
geschnittenen Ränder
des Drahtes auftritt, wie dies in 2A wie
die dargestellte Linie H gezeigt ist, insbesondere in Fällen, wo
der Drahtquerschnitt entweder quadratisch oder rechteckig ist.
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Der
Vorgang des Herstellens des Verbinders 20 kann auch, wie
dies in 16 gezeigt ist, ein Formungswerkzeug
einschließen,
wie einen Dorn 80, der nach unten in Berührung mit
den freien Kontaktenden 29, 30 auf gegenüberliegenden
Seiten des Verbinders kommt, um freie Enden 29, 30 in
einer oder zwei Richtungen zu bilden. Der Dorn kann mit symmetrischen
Seiten ausgebildet sein, wie dies gezeigt ist, und in einer bogenförmigen oder ähnlichen Bewegung
entlang dem Pfeil M von 16 bewegt werden,
um die Drahtenden in der gezeigten Weise zu formen, wo Paare von benachbarten
Kontakten mit ihren freien Enden voneinander weg gerichtet sind.
Das Endergebnis einer Formung dieses Typs ist in den 1A und 2A gezeigt,
wo Paare 81 von Kontakten 28 so ausgebildet sind,
dass sie unter einem Winkel aufeinander zu zeigen. Eine alternative Ausführungsform
ist in 16 gezeigt, wo der Dorn 80 die
freien Enden 29 eines Paars 81 von Kontakten 28 berührt und
die freien Enden 29 zur Hauptteiloberfläche 33 in einem Winkel
biegt, der kleiner ist als 90 Grad, jedoch in gegenüberliegenden
Richtungen voneinander. Noch eine andere Ausführungsform ist in 18 gezeigt,
wo Paare von Kontakten 81 in dieselbe Richtung zeigen.
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19A bis C zeigen einen anderen Aufbau
des Einfügewerkzeugs 110,
das bei der Herstellung der Verbinder der Erfindung verwendet werden
kann. Obwohl das einzelne Einfügewerkzeug, das
in den Zeichnungen gezeigt ist, geeignet ist zum Einfügen der
Kontakte, ist zu gewissen Zeiten entdeckt worden, dass der elastomere
Hauptteil 22 des Verbinders 20 die Tendenz hat,
eine kleine Kraft auf die abgewinkelte Oberfläche des Einfügewerkzeugs 61 auszuüben, wodurch
die Wahrscheinlichkeit erhöht
wird, dass das Werkzeug 61 in das Elastomer und ein wenig
weg von der Mitte des beabsichtigen Einfügeortes im flexiblen Hauptteil 22" wandert". Um die Wahrscheinlichkeit,
dass dies auftritt, zu verringern, kann ein Einfügewerkzeug 110 mit
zwei Spitzen verwendet werden, um die Kontakte 28 in den
flexiblen Hauptteil 22 des Verbinders 20 einzufügen.
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[0052]
Wie dies am besten in 19B gezeigt
ist, nimmt das Werkzeug 110 die Form einer hohlen Nadel
oder Röhre
ein, wobei sich ein zentraler Kanal axial darin erstreckt, der sich
nach außen
am Spitzenende 112 derselben öffnet. Zwei Spitzen 115 sind
am Spitzenende 114 gebildet und sind voneinander beabstandet
und miteinander ausgerichtet. Jede solche Spitze 115 hat
einen dreieckigen Aufbau mit zwei geneigten Seiten 116 an gegenüberliegenden Enden
der Mittellinie jeder Spitze 116. Der Kanal öffnet sich
an der Mitte des Spitzenendes 112, obwohl er ein wenig
vom Spitzenende 112 zurückstehen kann,
wie dies gezeigt ist, so dass der Draht 63 daraus in der
dargestellten Weise heraustritt.
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19C zeigt das Eindringen des Werkzeugs 110 in
den elastomeren Teil des Hauptteils 22. Die "Wander"-Tendenz, die oben erwähnt wurde,
tritt wahrscheinlich bei dieser Konstruktion nicht auf, da das Elastomer
eine Widerstandskraft F1 auf jede abgewinkelte
Oberfläche 116 des
Werkzeugspitzenendes 112 ausübt, wodurch das Werkzeug 110 ausgerichtet
bleibt, so dass es das Elastomer an der vorgesehen Stelle durchdringen
kann, und zwar direkt durch irgendwelche Verstärkungsfäden unterhalb derselben. Es
wird angenommen, dass diese beiden Kräfte gegeneinander wirken und
das Werkzeug 110 auf seinem Weg in und durch den elastomeren Hauptteil
und durch irgendwelche Fäden
halten, die in seinem Weg liegen können.
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25 und 26 zeigen
Typen von Einfügewerkzeugen.
In 25A ist ersichtlich, dass das Werkzeug 260 Keilform
hat, indem ein Teil seines Hauptteils 261 unter einem Winkel
von einem anfänglichen
Querschnitt im Hauptteil 260 aufgeschlitzt ist, der eine
abgestufte Oberfläche 262 am
Ende des Schlitzes bildet. Das abgewinkelte Profil des Werkzeugs 260 vergrößert die
Größe der Öffnung im
Inneren Kanal 263 des Werkzeugs.
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26 und 26A stellen ein anderes Werkzeug 270 dar,
das eine "geschoss"-förmige Nase 271 am
Spitzenende 272 des Werkzeugkörpers 270 ausgebildet
hat. Diese Geschossform wird leicht erhalten durch Querschlitzen
oder Abschneiden eines konischen Endes der Nase 271. Auf
diese Weise wird eine scharfe kreisförmige Spitze 275,
die den inneren Werkzeugkanal 276 umgibt, gebildet, die den
Verbinderhauptteil berühren
wird, wenn das Einfügewerkzeug
gegen dasselbe gedrückt
wird.
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Obwohl
es bevorzugt ist, dass der flexible Hauptteil 22 des Verbinders 20 eine
Gewebeverstärkungsschicht
verwendet, können
die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch in Verbinderstrukturen
erhalten werden, die nur einen elastomeren Bereich für den flexiblen
Hauptteil verwenden. 20 zeigt im Querschnitt einen
Verbinder 200, der ein starres Rahmenglied 202 mit
einer Öffnung 204 aufweist,
die einen elastomeren Hauptteil 206 aufnimmt. Ohne irgendeine
Verstärkungsschicht
wird der Hauptteil 206 an seiner Stelle innerhalb der Öffnung 204 durch
die Verankerungshohlräume
gehalten, die oben beschrieben wurden und die in 6D dargestellt
sind. Der Hauptteil 206 enthält eine Mehrzahl von einzelnen
leitenden Kontakten 28, die darin in einem vorbestimmten
Muster oder einer vorbestimmten Anordnung oder Matrix angeordnet
sind. Jeder Kontakt 28 schließt wenigstens zwei Stränge von
dünnem
Draht 63 ein, die sich oberhalb der gegenüberliegenden äußeren Oberflächen 214, 215 des
Hauptteils in ähnlicher
Weise zu der oben beschriebenen erstrecken.
-
Obwohl
vieles der vorstehenden Beschreibung auf die Verwendung eines flexiblen
Hauptteils konzentriert worden ist, der ein elastomeres Material verwendet,
zieht die Erfindung auch die Verwendung ihres einzigartigen Nadelstichgesichtspunkts
in Betracht, um Kontakte in starrere Hauptteile einzufügen. 29 zeigt
einen Verbinder 500, der ein Gehäuse 501 und einen
Hauptteil 502 aufweist, der durch das Gehäuse getragen
wird. In einigen Fällen können das
Gehäuse 501 und
der Hauptteil 502 ein und dieselbe Komponente sein. In
anderen Fällen kann
der Hauptteil ein dünneren Teil
oder gerade ein Film wie z.B. ein Kapton-Film wie oben erwähnt sein. Löcher können entweder
gebohrt, geschnitten, gestanzt oder gebrannt (durch einen Laser)
im Hauptteil werden, und leitende Kontakte 503 können darin
unter Verwendung des Nadelsticheinfügevorgangs eingesetzt werden,
der in den 10 bis 15 und 23 beschrieben
ist. In einigen Fällen
kann es notwendig sein, die Kontakte 503 in ihren Öffnungen mit
Hilfe eines Klebemittels 504 zu sichern. Wie beim vorherigen
Verfahren können
die Kontakte 503 entweder aus leitendem Draht geformt werden
oder können
vorher gebildete Kontakte, wie gestanzte oder geformte Kontakte
sein.
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Mit
der Verwendung des "Nadelstichverfahrens", die Kontakte in
den Hauptteil einzusetzen, wird man verstehen, dass nicht ein einziges
Nadel- oder Einsetzwerkzeug benutzt werden muss, um die Erfindung
zu bewirken. Die vorliegende Erfindung erwägt auch die Verwendung einer
Reihe oder Matrix oder einer „Serie" von Nadeln, so dass
Vielfach-Kontakteinfügungen mit
jeder Bewegung eines Einsetzkopfes durchgeführt werden können.