DE69200544T2

DE69200544T2 - Integraler Randverbinder für Leiterkarten.

Info

Publication number: DE69200544T2
Application number: DE69200544T
Authority: DE
Inventors: Brian Samuel Beaman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2012-01-18
Also published as: EP0497473B1; DE69200544D1; JPH04319276A; JP2607794B2; US5092782A; EP0497473A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrale Kartenrandverbindungssysteme und im besonderen auf Verbinder für Leiterkarten, die in einer Installation von Karte-auf-Platte verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Kartenrandverbinder mit eng beieinanderliegenden Kontakten mehrerer unterschiedlicher Ebenen von Leitungen auf der Karte oder der Platte.

Bisherige Technologie

Moderne elektronische Einrichtungen verwenden gedruckte Leiterplatten, um mehrere elektrische Komponenten miteinander zu verbinden. Die Leiterplatten umfassen mehrere Ebenen leitender Schaltungen, die in einem entsprechenden Muster so miteinander verknüpft sind, daß sie die auf diesen Karten befindlichen Komponenten miteinander verbinden können. Größere elektronische Einrichtungen machen eine Mehrzahl an Leiterkarten erforderlich, um ihre jeweilige Funktion erfüllen zu können. Bei Verwendung mehrerer Karten findet die Verbindung normalerweise durch den Einsatz einer gedruckten Rückwandplatinen-Leiterplatte oder Hauptplatine statt. Jede der Leiterkarten, die üblicherweise als Nebenplatinen bekannt sind, ist über eine Vielzahl an elektrischen Kontakten an die Hauptplatine angeschlossen. Normalerweise wird diese Anordnung als Installation Karte-auf-Platte bezeichnet.
Die elektrische Verbindung zwischen gedruckten Leiterplatten und der Rückwandplatine oder Hauptplatine erfolgt normalerweise durch die Verwendung von Rückwandplatinenkontakten, die mit Oberflächenkontakten auf der Leiterplatte in Berührung sind. Der Verbinder auf der Hauptplatine wiederum ist an Schaltungen angeschlossen, die durch die Hauptplatine verlaufen, um die notwendige Funktion zu erfüllen. Ein Beispiel für einen Verbinder entsprechend dieser bisherigen Technologie wird im U.S.-Patent 4,685,031 an Fife et al. beschrieben.
Mit Einrichtungen dieser bisherigen Technologie wurde darüber hinaus versucht, den durch die gedruckten Leiterplatten benötigten Platz zu reduzieren, indem diese Platten in einem Winkel zueinander angeordnet wurden. Das U.S.-Patent 4,756,694 liefert eine Beschreibung dieser Erfindung.

Beschreibung der Erfindung

Die oben beschriebene bisherige Technologie liefert keine Möglichkeit zur Verbindung von Leiterkarten, die rechtwinklig oder in einem anderen Winkel zu einer einschichtigen Hauptplatine liegen, während unabhängig von eventuell vorhandenen Oberflächenunebenheiten auf der Hauptplatine der Kontaktdruck einheitlich auf dem Verbinder aufrechterhalten wird.
Entsprechend stellt die Erfindung eine mehrschichtige Leiterkarte mit einem integralen Kartenrandverbinder zur Verbindung mit einer zusätzlichen Gruppe an Kontakten bereit, wobei dieser Randverbinder folgendes umfaßt:
eine Mehrzahl an flexiblen Kontakten auf jeder der genannten Schichten, wobei die genannten Kontakte mechanisch unabhängig voneinander sind, und wobei jeder Kontakt einen flexiblen Kontaktstift umfaßt, der aus der entsprechenden Schicht herausragt, und
eine elastische Halterung, die so konstruiert ist, daß sie den flexiblen Kontakt zwischen dem genannten Kontaktstift und einem der zusätzlichen Kontakte aufrechterhält, wenn sie mit diesem Kontaktstift in Berührung gebracht wird.
Darüber hinaus wird der Signalpfad zwischen den Komponenten reduziert, indem die Leitungen nicht an die Kartenoberfläche geführt werden. Es ist nur eine einzige Schnittstelle zwischen der Leiterkarte und der Hauptplatine vorhanden, wodurch die Möglichkeiten für das Auftreten einer Signalverschlechterung reduziert werden. Die Verwendung elastomerischer Ständer zur Halterung der Kontaktpfade des Verbinders ermöglicht die erforderliche Wischbewegung, um eine zuverlässige elektrische Verbindung zu gewährleisten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Komponenten durchgehend mit gleichen Referenzziffern bezeichnet werden.
Figur 1 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Teils eines Randverbinders in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Figuren 2(a) -2(e) sind Seitenansichten einer Leiterkarte, die die auftretenden Änderungen bei der Verarbeitung zeigen.
Figur 3 ist eine Seitenansicht einer Karte und einer passenden Hauptplatine am anfänglichen Kontaktpunkt zwischen der Karte und der Platte.
Figur 4 ist eine Seitenansicht einer Karte und einer Platte, nachdem die Karte mit der Platte eingesteckt wurde.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen Verbinder für eine gedruckte Leiterplatte bereitzustellen. Die gedruckte Leiterkarte der vorliegenden Erfindung, die allgemein an 100 in Figur 1 dargestellt ist, wird durch Verwendung bekannter Kartenbildungsverfahren gebildet. Bei der Karte handelt es sich normalerweise um eine organische Karte mit eingebetteten Kupferleitungen, aus denen Kontaktstifte zum Rand der Karte ragen. Die Kontaktstifte werden in mehreren Schichten, in der Darstellung 102, 104, 106, bereitgestellt, wobei jede der Schichten einen Leitungsverlauf entsprechend der Anwendung enthält. Die organische Karte kann aus einer Vielzahl bekannter Materialien wie beispielsweise FR4 Fiberglasepoxidlaminat bestehen.
Der Randverbinder der vorliegenden Erfindung geht aus der Karte hervor, die so konstruiert wurde, daß Kontaktstifte an verschiedenen Ebenen innerhalb der Schichten der Leiterkarte herausragen. Elastomerisches Material wie beispielsweise "Dow Corning 184" Silikon-Einkapselungsmaterial, wird zur Erzeugung eines flexiblen Kontaktpfads verwendet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden goldbeschichtete Kontaktstifte verwendet, um die elektrische Verbindung zwischen der Karte und der Hauptplatine zu verbessern.
Die Verwendung elastomerischen Materials zur Erzeugung eines flexiblen Kontaktpfads bietet den nötigen Kompressionsdruck, um einen guten elektrischen Kontakt herzustellen. Da jeder Kontakt einen flexiblen Stift aufweist, besitzt jeder der Kontakte eine unterschiedliche Kompression. Durch diese unterschiedliche Kompression kann eine Anpassung an jede beliebige Änderung in der Oberfläche der zusammengehörigen Kontakte der Hauptplatine erfolgen. Das Elastomer ermöglicht außerdem die während der Kompression erforderliche Wischbewegung, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten.
Ein integraler elastomerischer Kartenrandverbinder gemäß der vorliegenden Erfindung resultiert in einer Karte mit hochdichten Kontakten, beispielsweise in Abständen von 0,5 mm oder weniger.
Ein Randverbinder gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich in vielen Anwendungen einsetzen. Eine solche Anwendung wäre der Einsatz in einer hochdichten Anordnung Karte-auf-Platte. Eine weitere Anwendung ist für den Einsatz von großen organischen Multichip-Substraten. Der Randverbinder kann zur Verbindung des Substrats mit einer gedruckten Leiterplatte oder einem anderen Substrat auf einer oder mehreren Seiten verwendet werden. Das Substrat könnte an zwei verschiedene gedruckte Leiterplatten auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats angeschlossen werden. Die Verbindung zweier Substrate miteinander läßt sich herstellen, indem die in einem Winkel angeordneten Ränder aneinander angeordnet werden. In jeder Anordnung ist ein präzises Mittel zur Ausrichtung der in einem Winkel angeordneten Kontakte auf dem Kartenrand mit flachen Verbindern auf der entsprechenden Platte für eine hochdichte Verbindung kritisch.
Die Hauptplatine, an die die Karte angeschlossen werden soll, wird mit einer Mehrzahl an flachen goldbeschichteten Kontakt stiften hergestellt. Der Abstand der Kontaktstifte ist so gewählt, daß jeder der Kontaktstifte mit mindestens einem der Kontakte der Leiterkarte in Berührung ist. Die Redundanz bei der Verbindung läßt sich bereitstellen, indem zwei oder mehr Pfade für dasselbe Signal zwischen der Karte und der Hauptplatine definiert werden. Der Ausrichtungsmechanismus zur Ausrichtung von Karte und Platte ist bei hochdichten Anwendungen kritisch. Um beispielsweise einen Abstand von 0,5 mm zu erzielen, wird vorzugsweise ein Stiftwerkzeug und ein Lochausrichtungsmechanismus mit festen Toleranzen benötigt.
Ein integraler elastomerischer Kartenrandverbinder gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das nachfolgende Verfahren gebildet, das unter Verweis auf Figur 2 beschrieben wird. Das Verfahren beginnt mit einer standardmäßigen mehrschichtigen Leiterkarte 100, die mit den eingebetteten Kupferrandleitungen 102, 104, 106 ausgestattet ist. Der Rand, an dem die Verbindung gebildet werden soll, wird gekennzeichnet, und durch mechanisches Abschleifen oder ein ähnliches Verfahren wird eine Schrägkante wie in Fig. 2(b) an 202 dargestellt erzeugt.
Alternativ hierzu könnte die Karte mit der nötigen Schrägkante gebildet werden. Die Schrägkante legt die Enden der Kupferkontaktstifte 110, 112, 114, 116, 118, 120 usw. (Fig. 1) auf den verschiedenen Schichten frei. Der nächste Schritt besteht darin, das Epoxid- oder Glasmaterial zu ätzen, um eine gewisse Länge der Kupferkontakte freizulegen, wie dies in Figur 2(c) dargestellt ist. Diese Ätzung läßt sich mit Laserabschmelzung oder Plasmabogenätzung erzielen.
Die freiliegenden Kontakte werden durch Kupferleisten (nicht dargestellt) miteinander verbunden, um eine mechanische Stabilität herzustellen und um eine Goldgalvanisierung der einzelnen Kontaktflächen 130 zu ermöglichen.
Als nächstes wird auf den Oberflächenrand ein elastomerisches Harz aufgetragen, um die einzelnen elastomerischen Ständer herzustellen. Das Harz verfestigt sich und bildet im Bereich der Kontakte (204 in Fig. 2(d)) einen großen elastomerischen Teil.
Die Kupferleisten werden beispielsweise durch inechanisches Trimmen von den Kontakten entfernt. Die elastomerischen Ständer 140, 142 unter den Kupferkontaktstiften werden als nächstes gebildet. Eine Laserabschmelzung unter Verwendung eines Eximer-Lasers kann verwendet werden, um die elastomerischen Ständer zu bilden. Bei Verwendung der Laserabschmelzung wird die Leiterkarte so positioniert, daß die Kontaktstifte Teile des Elastomers bedecken, so daß nur die überstehenden Flächen entfernt werden. Der Laser würde entlang der in Figur 2(e) dargestellten Bereiche geführt. Das verbleibende Elastomer bildet die elastomerischen Ständer, die zur Stabilisierung der Verbindungsstellen dienen. Der Winkel und die Tiefe des Laserabschmelzungsverfahrens lassen sich variabel einstellen, um die Flexibilitätseigenschaften der elastomerischen Ständer zu ändern.
Die Kontakte werden verwendet, um eine Karte an eine Rückwandplatine 150 anzuschließen, wie dies in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Die Rückwandplatine 150 besitzt die Oberflächenkontakte 152, 154, 156, deren Abstand so angeordnet ist, daß sie genau mit den Kontakten der Leiterkarte 100 aufeinanderliegen.
Nachdem der Anschlußdruck angelegt wurde, wischen die Kontakte, hier 114, den Rückwandplatinen-Oberflächenkontakt 156 und bilden eine feste Verbindung.
Ein integraler elastomerischer Kartenrandverbinder gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt gegenüber der bisherigen Technologie zahlreiche Vorteile. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen kürzeren Kartenleiterpfad als Kartenleiter der bisherigen Technologie bereit, da der Signalpfad nicht durch Öffnungen oder Durchführungen auf die Oberfläche geleitet werden muß. Darüber hinaus besitzt die Verbindung, die durch einen Randverbinder der vorliegenden Erfindung gebildet wird, nur eine Schnittstelle und nicht zwei oder drei Schnittstellen, die bei der Verwendung von Verbindermechanismen der bisherigen Technologie typisch sind. Durch die Senkung der Verbindungsschnittstellen kann die Signalverschlechterung reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert werden.

Claims

1. Eine mehrschichtige Leiterkarte (100) mit einem integralen Kartenrandverbinder zur Verbindung mit einer zusätzlichen Gruppe an Kontakten (152, 154, 156) bereit, wobei dieser Randverbinder folgendes umfaßt:

eine Mehrzahl an flexiblen Kontakten (114, 142, 140) auf jeder der genannten Schichten, wobei die genannten Kontakte mechanisch unabhängig voneinander sind, und wobei jeder Kontakt einen flexiblen Kontaktstift (110, 112 usw.) umfaßt, der aus der entsprechenden Schicht herausragt, und

eine elastische Halterung (140, 142), die so konstruiert ist, daß sie den flexiblen Kontakt zwischen dem genannten Kontaktstift und einem der zusätzlichen Kontakte aufrechterhält, wenn sie mit diesem Kontaktstift in Berührung gebracht wird.

2. Eine Leiterkarte (100) gemäß Anspruch 1, in der die genannten Halterungen (140, 142) elastomerische Ständer sind, die einzeln die genannten Kontaktstifte halten.

3. Eine Leiterkarte (100) gemäß Anspruch 2, in der sich jeder elastomerische Ständer zu einem freien Ende seines entsprechenden Kontaktstiftes hin verjüngt.

4. Eine Leiterkarte (100) gemäß allen vorherigen Ansprüchen, in der der Rand der Karte, die den Verbinder umfaßt, in einem Winkel so angeordnet ist, daß die Kontakte für entsprechende Schichten entlang des Randes der Karte seitlich abgestuft sind.

5. Ein Verfahren zur Bildung eines integralen Kartenrandverbinders zum Anschließen elektrischer Leitungen, die in einer Mehrzahl an Schichten einer ersten mehrschichtigen organischen Leiterkarte zu einer zweiten Leiterkarte gebildet werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Bildung eines abgeschrägten Kartenrands, um die genannten elektrischen Leitungen freizulegen;

Ätzung der genannten organischen Leiterkarte am genannten abgeschrägten Rand, um einen linearen Teil der genannten Leitungen freizulegen, wobei dieser genannte lineare Teil Kontaktstifte bildet;

Füllung des genannten abgeschrägten Randes mit einem elastomerischen Material; und

Verarbeitung des genannten abgeschrägten Randes, um elastomerisches Material zu entfernen, so daß die genannten Kontaktstifte auf einer Seite freiliegen und unter der anderen Seite von einem elastomerischen Ständer gehalten werden.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, des weiteren bestehend aus einem Schritt zur Verbindung der genannten Kontaktstifte mit einer Leiste, um eine zusätzliche mechanische Stabilität während der Verarbeitung bereitzustellen, und zur Trimmung der genannten Leiste vor der Verarbeitung des genannten abgeschrägten Randes, um elastomerisches Material zu entfernen.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, des weiteren bestehend aus einem Schritt zur Galvanisierung der genannten Kontaktf lächen mit Gold, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der genannte Verarbeitungsschritt folgende Schritte umfaßt:

Positionierung der genannten ersten Leiterkarte mit einer Lasereinrichtung, so daß die genannte Lasereinrichtung auf die genannte erste Leiterkarte in einem stumpfen Winkel zur Längsachse der genannten ersten Leiterkarte ausgerichtet wird;

Aktivierung der genannten Lasereinrichtung, um das genannte elastomerische Material an Stellen, die durch die genannten Kontaktstifte nicht abgedeckt sind, zu entfernen.

9. Eine Leiterkartenanordnung, bestehend aus:

einer Basisleiterkarte (150) mit einer Mehrzahl an Kontakten (152, 154, 156), die auf einer Fläche der Karte angeordnet sind; und

einer Mehrzahl an mehrschichtigen Leiterkarten (100), von denen jede einen integralen Randverbinder aufweist, der an Kontakte der Basisleiterkarte angeschlossen ist, wobei jeder Randverbinder folgendes umf aßt:

eine Mehrzahl an flexiblen Kontakten (114, 142, 140) auf jeder der genannten Schichten, wobei die genannten Kontakte mechanisch voneinander unabhängig sind, und wobei jeder flexible Kontakt einen flexiblen Kontaktstift enthält, der seitlich aus der entsprechenden Schicht herausragt; und

eine elastische Halterung (140, 142) zur Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen den genannten Kontaktstifte und den Kontakten der genannten Basisleiterkarte.

10. Eine Leiterkartenanordnung gemäß Anspruch 9, bei der die genannten Halterungen elastomerische Ständer sind, die einzeln die genannten Kontaktstifte halten.

11. Eine Leiterkartenanordnung gemäß Anspruch 10, bei der sich jeder elastomerische Ständer zu einem freien Ende seines entsprechenden Kontaktstiftes hin verjüngt.

12. Eine Leiterkartenanordnung gemäß den Ansprüchen 9, 10 oder 11, bei der der Rand der Karte, die den Verbinder enthält, so in einem Winkel angebracht ist, daß die Kontakte für die entsprechenden Schichten entlang des Randes der Karte seitlich abgestuft sind.