DE68915973T2

DE68915973T2 - Elektrischer Verbinder unter Verwendung einer Leiterplatte.

Info

Publication number: DE68915973T2
Application number: DE68915973T
Authority: DE
Inventors: David William Dranchak; David Erwin Engle; David Edward Hessian; Alan Douglas Knight; Wai Mon Ma; Thomas George Macek; John Jay Squires
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-11-10
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-11-11
Also published as: EP0374460A2; EP0374460A3; EP0374460B1; DE68915973D1; JPH02213071A; US4907975A; JPH0587954B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbindung von Leiterplatten oder Leiterkarten und insbesondere auf die Verbindung zweier Leiterplatten oder -karten mit einem Substrat unter Verwendung eines flexiblen Schaltungsteils.
Flexible Leiterplatten werden zunehmend für die elektrische Verbindung zweier Leiterplatten bzw. Leiterkarten, Kabelkarten oder anderer relativ steifer elektrischer Aufbauten mit unterschiedlichen Substraten verwendet. Die Verwendung flexibler Leiterplatten hat mehrere Vorteile gegenüber den unterschiedlichen Verbindungsarten gemäß dem Stand der Technik. Sie haben insbesondere gegenüber gelöteten oder anderweitig befestigten Verbindungen den Vorteil, daß sie nicht die unsauberen Lötverbindungen anhaftenden Probleme aufweisen noch die relativ große Platzmenge beanspruchen, die für Lötverbindungen erforderlich ist. Flexible Leiterplatten bieten auch eine relativ leicht herzustellende, gut kontaktierende Verbindung, die keine Reibungskräfte überwinden muß, wie sie bei der Stifteinführung auftreten, und sie können auch in sehr kleinen Flächen eingesetzt werden, um Schaltungsverbindungen sehr hoher Dichte zu liefern, wie sie in der Technik gedruckter Schaltungen gefordert werden, insbesondere mit Blick auf unterschiedliche Aspekte der Computerschaltungstechnologie.
Es hat bereits viele Vorschläge zu unterschiedlichen Arten der flexiblen Kontaktverbindungen gegeben. Sie werden durch folgende Patentschriften vertreten: US-A-4 695 258, US-A-4 087 146, US-A-4 060 889, US-A-4 717 345, US-A-4 744 764, US-A-4 647 140 und US-A-4 480 884.
US-A-4 587 596 offenbart einen Mutter/Tochter-Leiterplattenverbinder mit einer flachen, mehrschichtigen, flexiblen Leiterplatte. Die Mehrschichtenschaltung ist von einer Mutterleiterplatte ausgehend um ein Gehäuse herumgeführt und erstreckt sich in eine Seite einer Aufnahmevertiefung für eine Tochterleiterplatte hinein. Nockenmittel, die an der anderen Seite der Vertiefung angebracht sind, bringen eine Tochterleiterplatte, die darin quer zur Vertiefung angebracht ist, in eine feste Verbindung mit der Mehrschichtenschaltung, wobei eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltungen der Mutter- und Tochterleiterplatte hergestellt wird.
Mit der anspruchsgemäßen Erfindung wird beabsichtigt, eine Schaltungsverbindung zu liefern, bei der eine flexible Leiterplatte verwendet werden kann, um eine gute, sichere Verbindung zwischen zwei Leiterplatten herzustellen, und die insbesondere dazu geeignet ist, beide Seiten einer Leiterplatte mit einer Seite der anderen Leiterplatte zu verbinden.
Demgemäß wird ein elektrischer Steckverbinder zur Verbindung von Steckverbindern auf einem Substratteil mit Anschlüssen auf einem Kartenteil zur Verfügung gestellt. Der elektrische Verbinder umfaßt ein Gehäuseteil mit einem ersten druckausübenden Teil, das vom Gehäuse getragen wird und dafür vorgesehen ist, ein um es herumgeführtes flexibles Schaltungsteil aufzunehmen, und das weiterhin so angebracht ist, daß es den herumgeführten Teil der flexiblen Leiterplatte gegen die Anschlüsse auf dem Substrat drückt, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Es sind zweite und dritte druckausübende Teile vorgesehen, die vom Gehäuse getragen werden und mit einem Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß zwischen ihnen eine Öffnung gebildet wird. Es sind Mittel vorgesehen, um einen Leitungszweig der flexiblen Leiterplatte mit dem zweiten druckausübenden Teil in Kontakt zu halten und den anderen Leitungszweig der flexiblen Leiterplatte mit dem dritten druckausübenden Teil in Kontakt zu halten, wobei sich zwischen den beiden Leitungszweigen ein Schlitz befindet, um eine Leiterplatte aufzunehmen, und der Schlitz eine geringere Breite hat als die Dicke der Leiterplatte. Wenn die Leiterplatte in den Schlitz eingeführt ist und das herumgeführte Teil mit den Anschlüssen auf dem Substrat Kontakt hat, ist dadurch über die flexible Leiterplatte eine Schaltungsverbindung zwischen dem Substrat und der Karte hergestellt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer weiteren Aufgaben und Vorteile werden unten bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug zu den anliegenden Abbildungen beschrieben, von denen:
Figur 1 eine perspektivische Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Aufbaus ist, der eine Leiterplatte unter Verwendung eines flexiblen Schaltungsteils mit einem Substrat verbindet;
Figur 2 ein eher schematischer und vergrößerter Querschnitt in Längsrichtung durch Figur 1 ist, der den Aufbau zeigt, in welchem ein flexibler Schaltungsaufbau ein Substrat und eine Karte verbindet;
Figur 3 eine mehr schematische, perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist; und
Figur 4 ein Längsquerschnitt durch die Vorrichtung aus Figur 3 ist.
Mit Bezug auf die Abbildungen wird ein Aufbau zur Verbindung der Kontakte 10 auf einem Substrat 12 mit den Anschlußpunkten 14 auf einer Kabelkarte hergestellt. Die Kontakte 10 und die Anschlußpunkte 14 können beliebig angeordnet sein. Zum Beispiel sind die Kontakte 10 vorzugsweise so, wie sie in der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 7/287 236 vom 21. Dezember 1988 abgebildet und beschrieben sind. Die Kontakte 14 können in der Technik bekannte, konventionell aufgebrachte, metallurgische Stoffe sein. Jedoch können andere Arten von Kontakten und Anschlußpunkten verwendet werden.
Die Verbindung der Kontakte 10 mit den Anschlußpunkten 14 erfolgt über eine flexible Leiterplatte 18, deren Mittelteil mit durchkontaktierten Löchern 19 versehen ist, um die notwendige Verbindung zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Leiterplatte 18 herzustellen, wie sofort deutlich werden wird. Der Aufbau umfaßt ein Gehäuse 20 aus einem Paar Seitenplatten 22 und einem Paar Endplatten 24.
Zur Befestigung der flexiblen Leiterplatte 18 im Gehäuse sind drei druckausübende Teile 26a, 26b und 26c vorgesehen. Jedes druckausübende Teil 26a, 26b und 26c ist aus einer Grundplatte 28, einem federnden Element 29 und Druckelementen 30, die gewöhnlich eine zylindrische Form haben und aus einem gummiartigen Material bestehen, zusammengesetzt. Wie Figur 2 zu entnehmen ist, besteht jedes federnde Element 29 aus einem festen, steifen Material 31 wie etwa Aluminium, auf dem ein Polster aus gummiartigem Material 32 befestigt ist. (Wenn gewünscht, können die Polster 32 aus gummiartigem Material bei den Teilen 26b und 26c leicht abgerundet werden, so wie es Figur 2 zeigt.) Der Aufbau dieser federnden Teile wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 89 114 877.7 gezeigt und beschrieben. Das Druck ausübende Teil 26a ist im Gehäuse 20 mit einem Paar Querschlitze 34 gesichert, einer in jeder Endplatte 24, die die metallische Trägerplatte 28 mit Hilfe von Stiften (nicht gezeigt) halten, wobei die gummiartigen Polster 32 unterhalb davon angeordnet sind. Die federnden Teile 26b und 26c sind im Gehäuse 20 in vertikalen Schlitzen 36 in den Endplatten 24 so angebracht, daß sie zwischen sich einen Abstand bzw. eine Öffnung 38 bilden.
Die flexible Leiterplatte 18 wird um das gummiartige Polster 32 des druckausübenden Teils 26a geschlungen, wobei sich dessen Beine auf beiden Seiten davon nach oben erstrecken, wie es Figur 2 zeigt.
Die flexible Leiterplatte 18 ist mit einem Paar Streifen versehen, von denen einer bei 40 gezeigt ist und wobei jeder der Streifen 40 ein Paar Haltelöcher 42 hat, die so angeordnet sind, daß sie in die Haltestifte 44 greifen, die sich vom Gehäuse 20 nach unten erstrecken und mit den Sacklöchern 45 im Substrat 12 übereinstimmen. Das Zusammenwirken der Löcher 42, der Stifte 42 und der passenden Löcher 45 im Substrat 12 bringen den Teil der flexiblen Leiterplatte in eine genaue Position, der um das gummiartige Kissen 32 des federnden Teils 26a geführt ist.
Die zwei einander gegenüberliegenden Beine der flexiblen Leiterplatte 18 werden auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Abstands 38 gegen die gummiartigen Polster 32 der druckausübenden Teile 26b und 26c gelegt, so wie es Figur 2 zeigt. Die Beine werden durch einen zweiten Satz von Haltelöchern 46 in Position gehalten, die sich in den Beinen der flexiblen Leiterplatte 18 befinden und mit einem zweiten Satz Haltestifte 48 zusammenpassen, die sich vom oberen Ende des Gehäuses 20 nach oben erstrekken. Diese Anordnung sichert eine genaue Ausrichtung der flexiblen Leiterplatte im Zwischenraum bzw. in der Öffnung 38, wobei sie an den federnden Polster 32 der federnden Teile 26 anliegt.
Ein Abdeckteil 50 ist vorgesehen, um die Komponenten des Aufbaus im Gehäuse zu halten, und enthält einen Schlitz 52 in Längsrichtung, der zu der Öffnung 38 ausgerichtet ist. Die Abdeckung 50 rastet auf dem Gehäuse ein und wird durch federnde Verschlüsse 54, die in die in das Gehäuse eingearbeiteten Rasten 56 einrasten, am Platz gehalten. Die Abdeckung umfaßt auch einen Satz Löcher 57, die so angeordnet sind, daß sie die Haltestifte 48 aufnehmen und so die Beine der flexiblen Leiterplatte 18 festhalten.
Um die Schaltungsverbindung herzustellen, rastet das Gehäuse, das mit der flexiblen Leiterplatte und der darauf befindlichen Abdeckung versehen ist, in seinen Platz auf dem Substrat 12 ein, wo es durch am Gehäuse 20 angebrachte federnde Zapfen 58 genau gehalten wird, wobei sich die Zapfen 58 durch Öffnungen 60 im Substrat 12 erstrecken. Dadurch wird das Gehäuse, das die flexible Leiterplatte trägt, mit den Kontakten 10 auf dem Substrat 12 in Kontakt gebracht, wobei das druckausübende Teil 26a einen Druck auf die flexible Leiterplatte 18 ausübt, so daß die Kontaktflächen, die die durchkontaktierten Löcher 19 in der flexiblen Leiterplatte umgeben, mit den Kontakten 10 eine zuverlässige, feste Verbindung herstellen. Das Zusammenwirken der Druckelemente 30 und der gummiartigen Polster 32 sorgt für einen dauerhaften Kontakt der flexiblen Leiterplatte mit den Kontakten 10, wobei die gummiartigen Polster 32 auch als anpassungsfähige Elemente wirken, um Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit des Substrats 12 und der Kontakte 10 auszugleichen.
Die Kabelkarte 16 wird in den Schlitz 38 senkrecht zum Substrat 12 zwischen die einander gegenüberliegenden Beine der flexiblen Leiterplatte 18 eingeführt. Die druckausübenden Teile 26b und 26c üben auf die flexible Leiterplatte 18 einen Druck aus, wodurch die Kontakte 14 mit den Leitern 62 auf der flexiblen Leiterplatte 18, die Kontaktpunkte umfassen können, in Kontakt gebracht werden. Die Wirkung der druckausübenden Teile 26b und 26c auf die flexible Leiterplatte 18 ist dieselbe wie die, die in Bezug auf das druckausübende Teil 26a beschrieben worden ist. Die Karte 16 wird in der Kartenabdeckung 66 gehalten, die in ihre Position einrastet, indem die Zapfen 64 über die Kanten 68 der Endplatten 24 am Gehäuse 20 greifen.
Es sollte beachtet werden, daß die Breite des Schlitzes 38 kleiner sein sollte als die Dicke der Kabelkarte 16, um einen sicheren Druck bzw. eine sichere Kraftausübung durch die federnden Teile 26b und 26c gegen die Anschlußpunkte 14 auf der Karte 16 sicherzustellen, damit der gewünschte elektrische Kontakt gewährleistet ist.
Wie auch zuvor festgestellt worden ist, weist die flexible Leiterplatte 18 auf beiden Seiten elektrische Leiter auf, wobei durchkontaktierte Löcher 19 die elektrische Verbindung zwischen beiden Seiten der flexiblen Leiterplatte und somit den beiden Seiten der Karte herstellen. Aus der Betrachtung der Abbildungen wird deutlich, daß es beim Aufbau dieses speziellen Ausführungsbeispiels nötig ist, elektrische Verbindungen zwischen beiden Seiten der Leiterplatte herzustellen, da der Aufbau auf der einen Seite der flexiblen Leiterplatte 18 mit dem Substrat 12 elektrisch verbunden ist und auf der anderen Seite der flexiblen Leiterplatte mit der Karte 16.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein etwas verändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Arbeitsprinzip ist ähnlich dem des Ausführungsbeispiels aus den Figuren 1 und 2, aber in diesem Ausführungsbeispiel wird ein Paar flexibler Leiterplatten verwendet, und das Gehäuse ist so ausgelegt, daß es mit einem ähnlichen Gehäuse zusammenpaßt, um mit den einander gegenüberliegenden Seiten einer Karte Kontakt herzustellen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist auf jeder Seite eines Substrats 101 ein Gehäuseteil 100 vorgesehen. Jedes Gehäuseteil 100 umfaßt ein Paar zusammenpassender Teile 102, wobei die Teile identisch sind, aber einander spiegelbildlich gegenüberliegend angeordnet sind. Jedes Teil 102 hat einen Trägerblock 104, die einen elastischen Federarm 106 hält. Jeder Federarm 106 trägt ein gummiartiges Polster 108, und jeder Trägerblock 104 trägt ein ähnliches elastisches Polster 110. In jedem Teil jedes Gehäuseteils ist eine flexible Leiterplatte 112 wie in Figur 4 gezeigt um beide Polster 108 und 110 herumgeführt und wird durch geeignete Mittel (nicht gezeigt) am Platz gehalten. Die Teile 102 jedes Gehäuses werden durch Bolzen 113 zusammengehalten, die in jedem Gehäuseteil 102 in Öffnungen (ohne Bezugsnummer) stecken. Die Karten 114 werden zwischen den Armen 106 jedes Gehäuses angebracht, und die Elastizität jedes Arms 106 zwingt die Kontakte 116 auf den flexiblen Leiterplatten 112 in Kontakt mit den Anschlußpunkten 118 auf der Karte 114, so wie es Figur 4 zeigt.
Zwei Gehäuseteile 100 werden auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats 101 durch Bolzen 120, die durch Öffnungen (ohne Bezugsnummer) in den Trägerblöcken 104 führen, in ihrer Lage gesichert. Dadurch werden die Kontakte 116 auf der flexiblen Leiterplatte 112 mit den Anschlußpunkten 124 auf dem Substrat 101 in Kontakt gebracht.
In diesem Ausführungsbeispiel genügt es, wenn die flexible Leiterplatte 112 nur auf einer Seite Kontakte und Leitungen hat, da dieselbe Seite der flexiblen Leiterplatte 112, die den Kontakt zur jeweiligen Karte 114 herstellt, auch den Kontakt zur Oberfläche des Substrats 101 herstellt.

Claims

1. Elektrischer Verbinder, um Anschlüsse auf einem Substratteil (12) mit Anschlüssen auf einem Kartenteil (16) zu verbinden, der folgendes einschließt:

ein Gehäuseteil (20);

im Gehäuseteil befindliche flexible Schaltungsmittel (18);

erste federnde, druckausübende Mittel (26a), die vom Gehäuseteil getragen werden und so ausgebildet sind, daß sie die um sie herumgeführten flexiblen Schaltungsmittel (18) aufnehmen können, und so angebracht sind, daß sie den herumgeführten Teil der flexiblen Schaltungsmittel (18) gegen die Anschlüsse auf dem Substratteil (12) drücken, um einen elektrischen Kontakt herzustellen;

zweite und dritte druckausübende Mittel (26b, 26c), die vom Gehäuse getragen werden und mit einem Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß zwischen ihnen eine Öffnung (38) gebildet wird;

Haltemittel (34, 36), um ein Beinteil der flexiblen Schaltungsmittel (18) mit den zweiten druckausübenden Mitteln (26b) in Kontakt zu halten und ein weiteres Beinteil der flexiblen Schaltungsmittel (18) mit den dritten druckausübenden Mitteln (26c) in Kontakt zu halten, wobei zwischen den beiden Beinteilen der flexiblen Schaltungsmittel ein Schlitz, (38) entsteht, um eine Leiterkarte (16) aufzunehmen, wobei der Schlitz eine geringere Breite als die Dicke der Karte hat;

so daß, wenn die Karte (16) in den Schlitz (38) eingeführt ist und der herumgeführte Teil der flexiblen Schaltungsmittel (18) mit den Anschlüssen auf dem Substratteil (12) Kontakt hat, über die flexiblen Schaltungsmittel (18) eine Schaltungsverbindung zwischen dem Substratteil (12) und der Karte (16) hergestellt wird.

2. Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei die flexiblen Schaltungsmittel (18) ein einzelnes flexibles Schaltungsteil enthalten, dessen Mittelteil (40) um die ersten druckausübenden Mittel (26a) herumgeführt ist, und wobei das einzelne flexible Schaltungsteil beide Beinteile liefert.

3. Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei die flexiblen Schaltungsmittel (18) aus einem Paar flexibler Schaltungsteile zusammengesetzt sind und die ersten federnden, druckausübenden Mittel (26a) aus einem Paar federnder Teile zusammengesetzt sind; und

wobei jedes der flexiblen Schaltungsteile um eines der federnden Teile herumgeführt ist; und

wobei eines der flexiblen Schaltungsteile ein Beinteil zur Verfügung stellt und das andere flexible Schaltungsteil das andere Beinteil zur Verfügung stellt.

4. Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes der druckausübenden Teile (26a, 26b, 26c) ein Polster (32) aus gummiartigem Material besitzt, das sich mit den flexiblen Schaltungsmitteln (18) in Kontakt befindet und sich dabei an deren Form anpaßt.

5. Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 4, wobei Druckmittel vorgesehen sind, um die Polster (32) aus gummiartigem Material gegen die flexiblen Schaltungsmittel (18) gedrückt zu halten.

6. Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die flexiblen Schaltungsmittel (18) auf jeder Seite Schaltungsanschlüsse besitzen, sowie Mittel, die einige der Anschlüsse auf der einen Seite mit denen auf der anderen Seite verbinden.

7. Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweiten und dritten druckausübenden Teile (26a, 26c) quer zu der Ausrichtung der ersten druckausübenden Mittel (26a) ausgerichtet sind, um das Kartenteil (16) quer zum Substratteil(12) zu halten.

8. Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorherigen Ansprüche, der Mittel einschließt, um das Gehäuse (20) entfernbar am Substrat (12) zu befestigen.

9. Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 8, wobei Mittel vorgesehen sind, um ein Paar Gehäuse (20) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substratteils (12) zu verbinden.

10. Elektrischer Verbinder zur Verbindung von Anschlüssen auf einem Substratteil (101) mit Anschlüssen auf einem Kartenteil (114) mit:

einem Gehäuseteil (100);

ersten federnden, druckausübenden Mitteln, die vom Gehäuseteil getragen werden;

wobei die ersten druckausübenden Mittel ein Paar Trägerblockteile (104) enthalten, wobei auf jedem Trägerblockteil ein druckausübendes Teil (110) angebracht ist und sich ein flexibler Arm (106) von ihm weg erstreckt;

einem zweiten und dritten druckausübenden Teil (108), von denen die flexiblen Arme (106) jeweils eines halten und die mit einem Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind, so daß zwischen ihnen eine Öffnung gebildet wird;

einem flexiblen Schaltungsteil (112), das um jedes druckausübende Mittel herumgeführt ist, und das einen Teil hat, der um das Trägerblockteil (104) herumgeführt ist, und einen Teil, der um den federnden Arm (106) herumgeführt ist, wobei der Teil jedes flexiblen Schaltungsteils (112), der um den entsprechenden federnden Arm (106) herumgeführt ist, einen Schlitz für die Aufnahme einer Leiterkarte (114) bildet, wobei die Breite des Schlitzes kleiner als die Dicke der Leiterkarte ist;

so daß, wenn die Karte (114) in den Schlitz eingeführt ist und das um jedes Trägerblockteil (104) herumgeführte Teil des flexiblen Schaltungsteils (112) mit den Anschlüssen auf dem Substratteil (101) Kontakt hat, über das flexible Schaltungsteil (112) eine Schaltungsverbindung zwischen dem Substratteil (101) und der Karte (114) hergestellt ist.