DE69200910T2

DE69200910T2 - Gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem.

Info

Publication number: DE69200910T2
Application number: DE69200910T
Authority: DE
Inventors: Janos Legrady
Original assignee: Zierick Manufacturing Corp
Current assignee: Zierick Manufacturing Corp
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: EP0528108A1; EP0528108B1; ATE115779T1; US5154621A; DE69200910D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung beschäftigt sich im allgemeinen mit elektrischen Kontakten und genauer mit einem gestapelten gedruckten Leiterplatten-Verbindersystem zur Herstellung von Verbindungen mit gedruckten Leitern auf einfachen oder mehrschichtigen oder gestapelten Leiterplatten, die bei digitalen Hochgeschwindigkeitsanwendungen verwendet werden.

Beschreibung des Standes der Technik

In der Regel werden auf gedruckten Leiterplatten Steckkontakte zum Verbinden von Leitern auf gedruckten Leiterplatten mit außerhalb der Leiterplatte befindlichen Schaltkreisen oder Komponenten angebracht, wie z.B. durch das Wickeln der Leiter um die Steckkontakte. Im manchen Fällen werden diese Steckkontakte als Testpunkte verwendet. In anderen Fällen stellen sie den elektrischen Kontakt zwischen Schaltkreisen von auf unterschiedlichen Höhen gestapelten Leiterplatten her.
Es wurde eine Vielzahl von Kontakt und Verbindungsmöglichkeiten für das Anbringen von Steckkontakten auf gedruckten Leiterplatten und für die Verwendung von leitenden Steckkontakten zur Verbindung gedruckter Leiter gestapelter Leiterplatten oder von Systemen von Modulen aus beabstandeten gedruckten Leiterplatten vorgeschlagen.
Die Aufgaben bei der Auslegung derartiger Kontaktmöglichkeiten umfassen geringe Kosten beim Zusammensetzen, guten elektrischen Kontakt (geringster Widerstand oder maximale Leitfähigkeit) und gute und zufriedenstellende Handhabung. In der US 2 283 040 werden Steckkontakte in Blattfedern eines elektrischen Steckers eingeführt, der normalerweise bei Steckdosen verwendet wird. Federnde Aufnahmen, die sich beim Einführen eines Steckkontakts ausdehnen, werden auch in den US-Patenten 2 814 024 und 3 097 032 gezeigt.
Allerdings sind die Überlegungen bei der Auslegung von Aufnahmen für elektrische Spannungsleitungen oder äußerlich angebrachte Steckdosen grundsätzlich verschieden von denen bei der Auslegung von Kontakten, die von beschichteten durchgehenden Ausnehmungen von gestapelten gedruckten Leiterplatten aufgenommen werden sollen. Zunächst sind die Kontakte der gedruckten Leiterplatten des hier beschriebenen Typs wesentlich kleiner, werden in einer Umgebung hoher Dichte eingesetzt und arbeiten oft bei weitaus größeren Frequenzen. Die Anpassung der Impedanz kann daher eine wichtige Frage im Zusammenhang mit gedruckten Schaltkreisen werden, während selbstverständlich bei Wechselstrom- Spannungsschaltkreisen diese Frage nicht aufgeworfen wird.
In der US 3 193 788 wird ein Verbindungsstecker beschrieben, der eine Vielzahl von federnden Vorsprüngen aufweist, die sich an der inneren Oberfläche einer zylindrischen Ausnehmung anlegen, die innerhalb fluchtender Ausnehmungen oder Öffnungen mit einer leitenden Beschichtung versehen ist in einem vielschichtigen Modul aus gedruckten Leiterplatten. In der US 3 212 049 bilden nach innen gerichtete Kontakte eine konische Aufnahme, die Kontakt mit einem Steckkontakt herstellt. Allerdings ändern die konischen Kontakte ihre Konfiguration aufgrund des Einsteckens oder Herausziehens eines Steckkontakts nicht wesentlich und verändern nicht das Ausmaß des Kontakts zwischen der Aufnahme und der inneren leitenden Oberfläche der einzelnen Ausnehmungen in den gedruckten Leiterplatten. Dasselbe trifft auch auf die Steckverbindung gemäß der US 3 218 606 zu.
In der US 3 400 358 sind viele bogenförmige Kontakte in gleichem Abstand zueinander angeordnet, wobei jeder dieser Bogen im wesentlichen dieselben äußeren Abmessungen hat, so daß ein einziger länglicher Anschluß gebildet wird, der eine Anzahl von fluchtenden Ausnehmungen in verschiedenen gedruckten Leiterplatten durchgreifen kann. Es werden keine Stecker zum Aufspreizen des Anschlusses verwendet. Jeder Bogen ist so angeordnet, daß er mit einer anderen gedruckten Leiterplatte in Kontakt kommt.
Eine Verbindung zwischen zwei Leiterplatten ist in der US 4 859 188 beschrieben, die geschlitzte Platten 24 verwendet, um Kontakt mit einem Kabel 30 herzustellen, das die einzelnen Leiterplatten verbindet.
Allerdings neigen die bisher bekannten Kontakte zu einer großen und plumpen Ausbildung und sind nicht geeignet zur Verwendung mit digitalen Hochgeschwindigkeitsleiterplatten, die Ausnehmungen aufweisen, deren Innenseiten mit einer dünnen leitenden Schicht versehen sind, mit der ein positiver elektrischer Kontakt hergestellt werden muß, um die gewünschte Impedanz beizubehalten und um Verluste zu minimieren. Außerdem bieten die bekannten Kontakte nicht die gewünschten Eigenschaften und Vorteile beim Stapeln zur Verwendung bei Speicherbänken, Computer Hardware und ähnlichen Anforderungen, in denen ein effizienter und kostengünstiger Gebrauch von verfügbarem Platz auf gedruckten Leiterplatten benötigt wird.
In der US 3 792 412 wird eine gedruckte Kabelabschlußplatte beschrieben, bei der ein quadratischer Steckkontakt mit einem Adapterstecker zusammenwirkt, der eine Vielzahl von länglichen Kontaktpunkten bereitstellt. Das Einführen des Steckkontakts führt zu einer radialen Ausdehnung der Kontaktpunkte, um elektrischen Kontakt mit der beschichteten Oberfläche einer Ausnehmung in einer gedruckten Leiterplatte herzustellen. Allerdings ist der Wischeffekt der Kontaktpunkte aufgrund deren länglicher Ausbildung nur unvollständig, wodurch die Leitfähigkeit beeinträchtigt werden kann.

Darstellung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gedrucktes Leiterplatten-Kontakt- und Verbindersystem bereitzustellen, das nicht die Nachteile von bisher bekannten Systemen oder Vorrichtungen aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem bereitzustellen, das einfach in der Konstruktion und billig in der Herstellung ist.
Es ist noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem bereitzustellen, das eine Anzahl von einstückig ausgebildeten Federsockeln verwendet, die eine beschichtete, vorstehende, wellenartige Federform aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gedrucktes Verbindersystem wie oben erwähnt bereitzustellen, das herausragende Arbeits- und Stapelvorteile aufweist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem bereitzustellen, das den auf käuflichen Leiterplatten zur Verfügung stehenden Platz ökonomisch ausnutzt, um den gestiegenen Ansprüchen an Leiterplattendichte zu genügen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem bereitzustellen, das einfach zu verwenden ist und mit einer automatischen Einsteckeinrichtung verwendet werden kann.
Es ist noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindersystem wie in obigen Aufgaben beschrieben bereitzustellen, das sowohl mit einzelnen gedruckten Leiterplatten als auch mit vielfältigen, gestapelten oder modularen Anordnungen von gedruckten Leiterplatten verwendet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindersystem für gedruckte Leiterplatten des diskutierten Typs bereitzustellen, das mit Ausnehmungen verwendet werden kann, deren Toleranzen weniger kritisch sind als bei bekannten Verbindersystemen.
Es ist noch eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindersystem wie in obigen Aufgaben beschrieben bereitzustellen, das während der Verwendung wenigstens einen Bereich umfaßt, der unabhängig von der Größe der Ausnehmung eine optimale Last aufweist, wodurch eine zuverlässige Halterung und ein zuverlässiger elektrischer und physischer Kontakt während längerer Verwendungszeiträume gewährleistet sind.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindersystem wie in den letzten beiden Aufgaben beschrieben bereitzustellen, das während längerer Verwendungszeiträume die Integrität der leitenden Umhüllungen erhält, die innerhalb der Ausnehmungen der gedruckten Leiterplatten angebracht sind, mit denen zusammen das Verbindersystem verwendet wird.
Um diese oben beschriebenen Aufgaben und andere, die im weiteren Verlauf der Beschreibung erscheinen, zu erfüllen, umfaßt ein gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem zum Bereitstellen von Kontakt mit einer leitenden Umhüllung, angebracht auf der inneren Oberfläche einer Ausnehmung von vorgegebenen, im wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsabmessungen in einer gedruckten Leiterplatte einen Sockel, dessen Wand aus einem leitenden Federmaterial hergestellt ist und eine Längsachse definiert. Dieser Sockel weist ein breites Einlaßende und ein schmales Auslaßende auf, die entlang dieser Längsachse voneinander beabstandet sind. Dieses schmale Auslaßende ist so dimensioniert und geformt bezüglich dieser vorgegebenen Abmessungen, um dessen Einfügen in eine Ausnehmung der gedruckten Leiterplatte zu erleichtern und dieses breite Einlaßende ist so dimensioniert und geformt bezüglich dieser vorgegebenen Abmessungen, um ein freies Durchtreten durch die Ausnehmung zu verhindern, sobald dieser Sockel in die Ausnehmung eingeführt ist. Es wird ein leitender Steckkontakt vorgesehen, der so dimensioniert und geformt ist, daß er anfangs mit Spiel in diesem breiten Einlaßende aufgenommen werden kann, wobei dieser Sockel mit wenigstens einem im wesentlichen parallel zu dieser Längsachse verlaufenden im wesentlichen länglichen Schlitz versehen ist, der sich in Längsrichtung dieses Sockels erstreckt, um ein radiales Ausdehnen des Sockels zu ermöglichen, um der äußeren Fläche dieses Steckkontakts zu entsprechen, wenn dieser Steckkontakt durch aufeinanderfolgende Bereiche dieses Sockels entlang der Längsachse in Richtung dieses schmalen Auslaßendes gezwungen wird. Es werden axial beabstandete vergrößerte Bereiche bereitgestellt, die äußere Kontaktbereiche bilden, die sich abwechseln mit inneren Kontaktbereichen, die sich verkleinernde Querschnittsbereiche in Richtung von diesem breiten zu diesem schmalen Ende definieren. Dieser Sockel und dieser Steckkontakt sind so dimensioniert und geformt, daß sie zu einem Ausdehnen des Sockels führen, sobald der Steckkontakt durch aufeinanderfolgende, kleiner dimensionierte Bereiche, definiert durch diese inneren Kontaktbereiche, gezwungen wird, um dazu zu führen, daß die nächstliegenden äußeren Kontaktbereiche an der Umhüllung der gedruckten Leiterplatte anliegen und einen elektrischen Kontakt mit ihr herstellen.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Sockel im wesentlichen konisch und so dimensioniert, daß ein Interferenz-Sitz erzeugt wird, sobald dieser Sockel in die Ausnehmung der gedruckten Leiterplatte eingeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichungen

Die neuen Merkmale, die für diese Erfindung für charakteristisch gehalten werden, werden besonders in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst, sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch ihrer Organisation, zusammen mit weiteren Vorteilen und Aufgaben, wird wohl am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden. Dabei zeigt:
Fig. 1: eine Seitenansicht auf zwei federnde Sockel eines gedruckten Leiterplatten-Verbindersystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die auf einem Träger mittels Verbindungslaschen befestigt ist, in einer Ausgestaltung, die für das Einfügen in gedruckte Leiterplatten mit automatischen Vorrichtungen geeignet ist;
Fig. 2: eine Seitenansicht eines auf dem Träger angebrachten Sockels gemäß Fig. 1;
Fig. 3: eine Draufsicht der auf dem Träger angebrachten Sockel gemäß Fig. 1;
Fig. 4: einen Querschnitt durch einen federnden Sockel längs der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5: einen Querschnitt durch den Sockel gemäß Fig. 4 längs der Linie 5-5;
Fig. 6: einen Querschnitt durch den Sockel gemäß Fig. 4 längs der Linie 6-6;
Fig. 7: einen Querschnitt durch den Sockel gemäß Fig. 4 längs der Linie 7-7;
Fig. 8: einen Querschnitt durch den Sockel gemäß Fig. 4 längs der Linie 8-8;
Fig. 9: einen Querschnitt durch den Sockel gemäß Fig. 4 längs der Linie 9-9;
Fig. 9A: einen Querschnitt durch den Sockel gemäß Fig. 4 längs der Linie 9A-9A;
Fig. 10: einen Querschnitt in Längsrichtung durch den Sockel gemäß Fig. 3 längs der Linie 10-10, der den Sockel zeigt, eingeführt in eine Ausnehmung eines Stapels von gedruckten Leiterplatten hoher Dichte, und einen Steckkontakt, der teilweise eingeführt ist durch den trichterförmigen Bereich oder das breite Einlaßende des Sockels;
Fig. 11: eine Ansicht ähnlich Fig. 10, wobei aber der Steckkontakt vollständig eingeführt ist über die Länge des Sockels, um Bereiche des Sockels auszuweiten, um Kontakt zwischen dem Sockel und der angebrachten leitenden Umhüllung herzustellen, die die Ausnehmung in den gestapelten gedruckten Leiterplatten auskleidet;
Fig. 12: eine Seitenansicht im Querschnitt eines Stapels von drei gedruckten Leiterplatten, die zueinander beabstandet sind und deren Ausnehmungen fluchtend ausgerichtet sind, so daß Leiter auf den Leiterplatten untereinander mittels Steckkontakten verbunden werden können, die durch die Leiterplatten verlaufen und die gestapelten Leiterplatten verbinden;
Fig. 13: eine perspektivische Darstellung des oberen Bereichs eines federnden Sockels in Übereinstimmung mit der Erfindung, die die Einzelheiten des oberen trichterförmigen Bereichs zeigt, der gleichzeitig als sich nach außen erweiternder Einlaß für den Steckkontakt und als Abschlußende für den federnden Sockel dient, das mit der Leiterplatte verbunden ist, um den Sockel zu befestigen und unerwünschte Bewegungendesselben zu vermeiden;
Fig. 14: einen Querschnitt des konischen Endes des Sockels längs der Linie 14-14 in Fig. 13;
Fig. 15: eine Ansicht ähnlich Fig. 13, wobei aber zu Vergleichszwecken ein Trichter mit durchgehend gleicher Materialstärke und im wesentlicher gleicher Spaltbreite gezeigt wird;
Fig. 16: zeigt die Nachteile bei der Verwendung eines Trichters gemäß Fig. 15 innerhalb einer beschichteten Ausnehmung in einer gestapelten, vielschichtigen Leiterplatte und die möglichen Schadensbereiche, die sich beim Hineinzwängen des federnden Sockels in die Ausnehmung bilden können; und
Fig. 17: ist ähnlich wie Fig. 16, zeigt aber die verbesserten Ergebnisse, wenn der Sockel, der einen Trichter des Typs nach den Fig. 13, 14 aufweist, in eine beschichtete Ausnehmung eingeführt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen identische oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und besonders unter Bezugnahme auf die Fig. 1 - 3 umfaßt das Leiterplatten-Verbindersystem gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Bauteil davon einen im wesentlichen kegeligen oder konischen federnden weiblichen Kontakt von ondulierender Gestalt, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 10. Der Sockel 10 weist eine mehrfach oder zunehmend wellenförmige Gestalt auf, die noch genauer beschrieben wird. In vorteilhafter Weise werden die Sockel 10 anfangs mit einem durchgehenden Trägerstreifen 12 über Verbindungslaschen 14 wie gezeigt verbunden. Der Trägerstreifen 12 hält oder trägt lösbar eine Vielzahl von Sockeln 10, um die Handhabung und das Einsetzen der Sockel mittels bekannter Einrichtungen in eine gedruckte Leiterplatte durch automatische Vorrichtungen zu erleichtern. Bei dieser Verwendung weisen die Sockel am Trägerstreifen einen etwa gleichen Abstand zueinander auf, der typischerweise etwa 2,54 mm (0,1 inch) beträgt.
Obwohl das Material, aus dem die Sockel 10 hergestellt sind, nicht kritisch ist, sollte es ein leitendes federndes Material sein. Es wurde festgestellt, daß Beryllium-Kupfer für diesen Zweck geeignet ist. Die Sockel 10 haben als ersten Anwendungsbereich, wie noch deutlich werden wird, die Verwendung zusammen mit einzelnen oder gestapelten gedruckten Leiterplatten. Es wird daher bevorzugt, wenn die Gesamtabmessungen der Sockel 10 relativ klein sind, so daß diese in Ausnehmungen mit einem Durchmesser von ca. 0,508 mm (0,02 inch) eingesetzt werden können, die in den gedruckten Leiterplatten angebracht sind. Bei der Verwendung von Beryllium-Kupfer wurde festgestellt, daß eine Materialstärke von etwa 0,00889 mm (0,0035 inch) geeignet ist. Um die gewünschten Widerstandseigenschaften des Sockels zu erzeugen, sollte das Beryllium-Kupfer-Material gehärtet werden, und bevorzugt vollständig ausgehärtet. Zusätzlich sind die Sockel, um die Leitfähigkeit zu erhöhen und den Widerstand zu verringern, in vorteilhafter Weise mit Gold beschichtet. Es wurde beispielsweise festgestellt, daß das Beschichten der Sockel mit 0,000762 mm (0,000030 inch) Mimimum von Gold über 0,000254 mm (0,000010 inch) bis 0,00127 mm (0,000050 inch) Kupfer gewünschte Leitungseigenschaften bereitstellt. Die hier beschriebenen Parameter beschreiben eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Sockel 10, wobei diese Dimensionen aber nicht kritisch sind und verändert werden können, um unterschiedliche Zusammenstellungen von gedruckten Leiterplatten aufzunehmen und dabei unterschiedliche Abstufungen von Vorteilen unter unterschiedlichen Operationsbedigungen bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein einzelner Sockel 10 im Schnitt beschrieben, wobei der Schnitt in einer Ebene durch die Längsachse erfolgt, die durch die Längsrichtung des Sockels definiert ist. Der Sockel 10 weist ein schmales Auslaßende 15, ein breites Einlaßende 16 und einen dazwischenliegenden Körperbereich 17 auf. Das schmale Auslaßende 15 und der dazwischenliegende Körperbereich 17 sind so dimensioniert und geformt bezüglich einer Ausnehmung in der gedruckten Leiterplatte, daß das Einführen derselben in die Ausnehmung mit gewissen Spiel wie in Fig. 10 gezeigt möglich ist.
In vorteilhafter Weise hat das breite Einlaßende 16 die Form eines sich nach außen öffenden Einlasses oder eines tubusförmigen Bereichs, was das Einführen eines Steckkontakts wie in Fig. 10 gezeigt erleichtert, und was auch die Halterung der Sockel in den gedruckten Leiterplatten mittels kraftschlüssigem Anlegen erleichtert, wie noch in den Figuren 9, 10, 13 - 17 näher beschrieben wird. Jedenfalls ist die besondere Form des breiten Einlaßendes nicht kritisch, solange dieses das Einführen des Steckkontakts erleichtert und eine Form und Größe aufweist, die mit der gedruckten Leiterplatte eine Verbindung herstellt, um den Sockel zu verankern und dessen unerwünschte axiale Verschiebung zu verhindern, wenn der Sockel vollständig in die Ausnehmung eingesetzt ist.
Das schmale Auslaßende 15 und der dazwischenliegende Körperbereich 17 des Sockels 10 sind in Richtung vom breiten Ende 15 zum schmalen Ende 16 mit im Querschnitt immer kleiner werdenden inneren Kontaktbereichen 18a, 18b und 18c versehen, und mit entsprechend dimensionierten äußeren Kontaktbereichen 20a, 20b, die sich abwechseln mit und angeordnet sind zwischen zugehörigen inneren Kontaktbereichen. In der beschriebenen Ausführungsform sind die Ausnehmungen in den gedruckten Leiterplatten kreisförmig, und auch der Sockel 10 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, wie es typischerweise der Fall ist. Der Sockel 10 weist eine ondulierende Konfiguration auf, um eine wellenförmige Gestalt in Richtung der Längsachse bereitzustellen, um solche innere und äußere Kontaktbereiche zu definieren, die nacheinander oder abwechselnd einen im wesentlichen runden oder ovalen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Längsachse ausbilden. Dies ist in den Fig. 5 - 9A dargestellt. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wechseln drei innere Kontaktbereiche 18a, 18b und 18c mit zwei äußeren Kontaktbereichen 20a, 20b. Allerdings ergibt sich klar, daß die vollständige Anzahl der Kontaktbereiche oder die Anzahl dieser Kontaktbereiche je Längeneinheit nicht kritisch ist, und diese Anzahl erhöht oder gesenkt werden kann, in Abhängigkeit beispielsweise von der Länge der Ausnehmung in der Leiterplatte, der Anzahl der Leiterplatten in einem Stapel und dem gewünschten Ausmaß des Kontakts.
In einer bevorzugten Ausführungsform, ausgelegt für vielschichtige Stapel hoher Dichte von Leiterplatten, beträgt beispielsweise der Durchmesser der durch den tubusförmigen Einlaßbereich 16 festgelegten Öffnung etwa 0,6858 mm (0,0270 inch). Die vollständige Höhe oder Länge des Sockels 10 in seiner Längsrichtung beträgt 3,3274 mm (0,1310 inch), während die axial Länge des Auslaß-Kontaktbereichs 22 0,254 mm (0,01 inch) beträgt. Wie am besten in Fig. 5 - 9A gezeigt, besteht der Sockel aus einer Anzahl von Kontaktbereichen 18a, 18b, 18c, 20a, 20b und 22, von denen jeder durch zwei zusammengehörende oder zusammenwirkende gegenüberliegende Abschnitte gebildet wird. Während die durch den Sockel festgelegten Konturen bei unterschiedlichen Stellen entlang dessen axialer Länge unterschiedliche Flächen definieren können, weist jeder der Abschnitte, aus denen diese gebildet sind, in wesentlichen konstante Krümmungsradien in allen Querschnitten auf. Dieser Krümmungsradius ist etwas größer als die radiale Ausdehnung eines passenden Steckkontakts 24 (Fig. 10). Bei den großen Querschnitten laufen die Mitten der beiden jeweiligen Halbabschnitte 20a', 20a'', 20b' und 20b'' der Kontaktfeder oder der äußeren Kontaktbereiche 20a, 20b im wesentlichen in einem gemeinsamen Mittelpunkt zusammen und liegen so auf oder sind konzentrisch mit einem gemeinsamen Kreis. Dieser Kreis wird in zwei Hälften geteilt durch Schlitze oder Lücken 26, 26'. Jeder der zusammenwirkenden Abschnitte 20a', 20a'' und 20b', 20b'' umfaßt einen Winkel von ca. 144º. Die weiten Bereiche 20a, 20b bilden in vorteilhafter Weise einen Abstand aus und legen sich anfangs nicht an der leitenden Umhüllung 34 der beschichteten Ausnehmung 32 an und stellen auch keinen physischen und elektrischen Kontakt mit ihr her. Die Abschnitte, die die immer kleiner werdenden inneren Kontaktbereiche 18a, 18b, 18c bilden, haben denselben Krümmungsradius wie die größeren äußeren Kontaktbereiche, aber die Mitten von jedem der zwei Abschnitte, die jeden der inneren Kontaktbereiche bilden, sind versetzt in Richtung des zugehörigen gegenüberliegenden Abschnitts, so daß die beiden inneren halben Kontaktfedern oder Kontaktabschnitte näher aneinander sind. Die eben erwähnten Abschnitte definieren Bögen, die kleinere Winkel umfassen (z.B. die Abschnitte des Bereichs 18a überdecken etwa 125º, die Abschnitte des Bereichs 18b überdecken etwa 102º, und die Abschnitte des Bereichs 18c überdecken etwa 100º). Vor der Ausweitung durch das Einführen des Steckkontakts 24 bildet jedes Paar von zusammengehörenden Abschnitten eine etwa ovale Form aus, ähnlich der eines Footballs. Sobald der Steckkontakt 24 in die inneren Kontaktbereiche 18a, 18b, 18c eingeführt ist, entfernen sich die jeweiligen Abschnitte der in Kontakt befindlichen inneren Kontaktbereiche voneinander, um einen guten Kontakt mit der äußeren zylindrischen Oberfläche des Steckkontakts herzustellen und nehmen einen Abstand ein ähnlich wie die Abschnitte der äußeren Kontaktbereiche 20a, 20b. In der dargestellten Ausführungsform können die Mitten der jeweiligen Abschnitte, die den inneren Kontaktbereich 18a bilden, um etwa 0,1016 mm (0,004 inch) gegeneinander versetzt oder verschoben sein, der Abstand der Mitten der jeweiligen Abschnitte, die den inneren Kontaktbereich 18b bilden, kann etwa 0,2032 mm (0,008 inch) betragen, und Abstand der Mitten der jeweiligen Abschnitte, die den Bereich des Auslaßendes 22 bilden, kann etwa 0,2794 mm (0,011 inch) betragen. Der innere Durchmesser jedes der äußeren Kontaktbereiche beträgt etwa 0,0508 mm (0,002 inch). Der axiale Abstand zwischen einem inneren Kontaktbereiche 18a, 18b und dem benachbarten oder folgenden äußeren Kontaktbereich 20a, 20b beträgt etwa 0,0508 mm (0,002 inch), so daß die Wellenlänge der Kurve, die entweder von einem äußeren Kontaktbereich zum nächsten oder von einem inneren Kontaktbereich zum nächsten verläuft, etwa 0,1016 mm (0,004 inch) beträgt. Diese Abmessungen werden zu Illustrationszwecken angegeben und dürfen nicht als kritisch für die Ziele der Erfindung verstanden werden. Die Abmessungen können verändert werden, um an gegebene Materialien und Anwendungsfälle angepaßt zu werden, mit unterschiedlichen Ausprägungen von Vorteilen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10, 11 wird ein Abschnitt einer gedruckten Leiterplatte 30 gezeigt, in dem eine zylindrische Ausnehmung 32 angebracht und ausgekleidet wurde mit einer leitenden Umhüllung 34, wie z.B. das Auskleiden der Ausnehmung mit Kupfer, um diese leitende Umhüllung zu erzeugen. Das Auskleiden von Ausnehmungen mit Kupfer wird öfter verwendet bei Systemen von Leiterplatten, wie etwa bei gestapelten vielschichtigen Leiterplatten oder modularen Systemen, um die Verbindung aufgedruckter Leiter auf unterschiedlichen Leiterplatten miteinander zu erleichtern. Wie dem Fachmann verständlich ist, kann das Leiterplatten- Verbindersystem sowohl mit einzelnen gedruckten Leiterplatten als auch mit unterschiedlichen Konfigurationen von einer Vielzahl von gestapelten Leiterplatten verwendet werden.
Eines der Probleme, das mit dem Anbringen von leitenden Oberflächen auf den Innenseiten der Ausnehmungen 32 verbunden ist, ist, daß dieser Vorgang teuer und zeitaufwendig ist. Zusätzlich ist die Dicke der Umhüllung 34, da die Ausnehmungen im allgemeinen einen kleinen Durchmesser haben, häufg extrem dünn, und es ist wesentlich, daß irgendein geeignetes Kontaktsystem, das für diesem Zweck verwendet wird, einen guten physiscen und elektrischen Kontakt mit der Umhüllung 34 herbeiführt, ohne sie zu verkratzen oder auf andere Weise zu beschädigen. Es wird idealerweise gewünscht, den elektrischen Kontakt mit der leitenden Umhüllung 34 zu maximieren. Dies erfordert, daß die leitende Umhüllung 34 in gutem Zustand ist und nicht verkratzt oder anders beschädigt. Wenn die leitende Umhüllung in der beschichteten Ausnehmung 32 verformt oder beschädigt wird, wird die Verbindung zwischen der inneren Schicht der Leiterplatte und der Wand der beschichteten Ausnehmung geschwächt oder unterbrochen, was möglicherweise zu intermittierenden Kontakten führt. Dieses Problem wird anhand der Fig. 13 - 17 noch näher erläutert.
Wie bereits oben festgestellt wurde, ist das schmale Ende 15 des Sockels 10 geformt und dimensioniert, um das Einführen in die Ausnehmung 32 der Leiterplatte 30 zu erleichtern. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Sockel im wesentlichen konisch wie gezeigt, und alle äußeren Abmessungen des Sockels 10 sind kleiner als die inneren Abmessungen der Ausnehmung 32, so daß der gesamte Sockel 10 frei mit Spiel in die Ausnehmung 32 eingeführt werden kann, mit Ausnahme des obersten Endes oder breiten Einlaßendes 16 des Sockels, das die vergrößerte Öffnung des Tubus bildet, der mit der oberen Seite oder Oberfläche der Leiterplatte in Eingriff ist, wie in Fig. 10, 11 gezeigt. Der wellenförmige Sockel 10 wird in der Ausnehmung 32 an Ort und Stelle gehalten durch den kraftschlüssigen Sitz oder Interferenz-Sitz dieses Bereichs 16 des tubusförmigen Abschnitts 16, dessen Durchmesser größer ist als der der Ausnehmung 32. Der kegelförmige Tubus 16 hat eine einzigartige selbstanpassende Eigenschaft, die praktisch die Deformation der Ausnehmung in der Leiterplatte, über einen großen Durchmesserbereich hinweg ausschließt, selbst wenn die Enden bündig mit der Oberfläche der Leiterplatte eingeführt werden. Während die bevorzugte Ausgestaltung kegelförmig ist und ein Preßsitz nach dem Einfügen in die Ausnehmung vorliegt, ist es ebenfalls möglich, die Kegelform an der Außenseite des Sockels abzutragen und eine Lippe oder einen Vorsprung oder eine andere geeignete Anschlageinrichtung am oberen Abschlußende des Sockels vorzusehen, um diesen in Längsrichtung anzuordnen oder in der gewünschten Position zu fixieren und ein Durchtreten durch die Ausnehmung zu verhindern.
Das breite Ende 16 hat eine konische Form mit einem länglichen Schlitz oder Spalt 38 an einer Seite (Fig. 11, 3, 13), der eine Fortsetzung des Schlitzes oder Spalts 26 ist. Der größere Durchmesser des Kegels wird so gewählt, daß er etwa 15% größer ist als der größte vorgesehene Durchmesser der Ausnehmung, und der kleinste Durchmesser (am Punkt, in dem die Verbindung zum inneren Kontaktbereich 18a vorliegt) ist kleiner als der kleinste vorgesehene Durchmesser der Ausnehmung. Der Spalt 38 in dem tubusförmigen Bereich 16 weist eine V-Form auf (wie gezeigt) und beginnt bei einer geringen Breite 0,0254 - 0,0508 mm (0,001 - 0,002 inch) am schmalen Ende des Tubus und wächst an bis zu 0,1778 - 0,254 mm (0,007 - 0,010 inch) am breiten Ende des Tubus. Auch die Materialstärke des Tubus ändert sich. Sie ist am kleinen Durchmesser (bei 40) größer und geringer am großen Durchmesser (42), wie in Fig. 13 und 14 gezeigt ist. Der beste Weg zu erklären, wie dieser sich selbst anpassende, kraftschlüssig eingepreßte Tubus arbeitet, ist, ihn mit einem Tubus 44 von gleicher Materialstärke mit einem Spalt durchgehender Breite zu vergleichen, wie er in Fig. 15 dargestellt ist. Wenn der letztere Tubus 44 in eine beschichtete Ausnehmung einer Leiterplatte gezwängt wird, wird sich zunächst der Spalt schließen, wenn die Materialränder gegeneinander stoßen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Tubus 44 sehr steif. Wenn er weiter in die Ausnehmung gepreßt wird, wird der steife Tubus die Wandung der Ausnehmung deformieren (Bezugszeichen 48 in Fig. 16) in Richtung der Form des Tubus. Bei diesem Vorgang ist es wahrscheinlich, daß die dünne Wandung der beschichteten Ausnehmung beschädigt wird. Die Beschichtung kann sich verwerfen und Sprünge bekommen. Auch die inneren Schichten einer vielschichtigen Leiterplatte, die mit der Wandung der Ausnehmung verbunden sind, können abbrechen. Die kegelige Form gewährleistet außerdem nur eine sehr schlechte Halterung des Endes in der Ausnehmung, da sie sehr leicht zurück aus der Ausnehmung heraus gezogen werden kann.
Wenn der selbstanpassende Tubus in eine beschichtete Ausnehmung eingepreßt wird (Fig. 17) schließt sich zuerst der schmale Spalt am Boden des "V", und die Struktur wird geringfügig steifer. Allerdings kommt es nicht zu einer wesentlichen Zunahme der Steifigkeit des Tubus, da, während der Tubus immer weiter in die Ausnehmung eingepreßt wird, die Kräfte auf einen immer größeren Durchmesser, aber immer dünneres Material wirken. Dies führt zu einer minimalen Deformation der Ausnehmung und einer erhöhten Deformation des Tubus. Der Öffnungswinkel des Tubus wird abnehmen, was die Halterung des Endes in der Ausnehmung verbessert. Außerdem kann bei diesem Design eine sehr viel größere Fläche des Tubus in Kontakt mit der Wandung der beschichteten Ausnehmung kommen, ohne diese Wandung zu beschädigen. Dies erhöht die Halterung des Endes weiter.
Der leitende Steckkontakt 24, der wie gezeigt in der bevorzugten Ausgestaltungsform einen gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt aufweist, hat typischerweise eine Länge die größer ist als die Dicke der Leiterplatte 30 und ist so dimensioniert und ausgelegt, daß er von der Ausnehmung der Leiterplatte aufgenommen werden kann. Das breite Einlaßende 16 des Sockels ist dimensioniert, um das Einführen des Steckkontakts zu erleichtern, wobei das Einlaßende 16 anfangs den Steckkontakt führt und ihn längs der Längsachse des Sockels zentriert.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß der Sockel 10 und der Steckkontakt 24 so dimensioniert und geformt sind, daß sich der Sockel 10 ausdehnt, wenn der Steckkontakt 24 durch immer kleinere Flächen, definiert durch die inneren Kontaktbereiche 18a, 18b, 18c, gezwungen wird, um ein Ausdehnen der äußeren Kontaktflächen 20a, 20b und ein Anlegen dieser und die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit einem Leiter 34 auf der Leiterplatte zu verursachen. Um diese Ausdehnung zu ermöglichen, ist der Sockel 10 mit wenigstens einem längs verlaufenden Schlitz 26 versehen, der sich am schmalen Ende 15 öffnet, um eine radiale Ausdehnung des schmalen Endes zu erlauben. Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt wird, verläuft der Schlitz 26 über die gesamte Länge des Sockels 10. Das gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel verwendet allerdings zwei einander diametral bezüglich der Längsachse gegenüberliegende Schlitze 26, 26'. Der Schlitz oder Spalt 26' verläuft nicht über die gesamte Länge des Sockels 10, um einen Verbindungsbereich 28 zu erhalten, der die beiden Halbabschnitte des Sockels, gebildet durch die einander diametral gegenüberliegenden Schlitze oder Spalte, in Verbindung hält.
Ein Sockel kann einen großen Bereich von Durchmessern der Ausnehmungen überdecken. Die vorliegende Konfiguration ist ausgelegt für Ausnehmungen in einem Durchmesserbereich von 0,508 mm - 0,6604 mm (0,020 - 0,026 inch), mit einer Toleranz von 30% auf den Durchmesser der Ausnehmung. Es gibt keine anderen Terminals dieses Typs, die derart große Toleranzen beim Durchmesser der Ausnehmungen erlauben. In einem Extremfall wird der Sockel in eine Ausnehmung mit kleinem Durchmesser eingeführt (unteres Ende des Toleranzbereichs) und fügt sich lose in die Ausnehmung ein. Die äußeren Kontaktstellen 20a, 20b können oder können auch nicht die Wandung der beschichteten Ausnehmung berühren. In jedem Fall, auch wenn die äußeren Kontaktstellen berühren, liegt keine Kraft oder Druck zwischen den Oberflächen vor. Der Durchmesser des passenden Steckkontakts 24 ist größer als die Öffnung, die durch den ersten inneren Kontaktbereich 18a definiert wird. Sobald der Steckkontakt durch den inneren Kontaktbereich 18a geschoben wird, wird er die beiden Hälften oder Abschnitte der Kontakt verschieben und trennen. Die äußeren Kontaktbereiche 20a, 20b werden unter Druck gegen den Leiter 34 der beschichteten Ausnehmung 32 gepreßt. Die Deformation des Sockels an und nahe bei den Kontaktbbereichen 18a, 20a liegt innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials, so daß keine permanente Deformation entsteht. Allerdings gewährleistet die Ausdehnung des Sockels genügend Druck an den inneren und äußeren Kontaktbereichen, um einen guten physischen und elektrischen Kontakt zwischen dem Steckkontakt 24 und dem Sockel sowie dem Sockel und der Wandung der beschichteten Ausnehmung herzustellen.
Der innere Kontaktbereiche 18b ist kleiner als der innere Kontaktbereiche 18a. Wenn der passende Steckkontakt durch den Querschnitt des Sockels bei 18b gedrückt wird, wird er diesen Bereich deformieren, da die äußeren Kontaktbereiche 20a, 20b bereits an der Wandung der beschichteten Ausnehmung anliegen und kein Platz für eine weitere Öffnung des Sockels zu Verfügung steht. Wenn der Sockel in eine Ausnehmung mit geringem Durchmesser eingesetzt wird, ist die Verformung des inneren Kontaktbereichs 18b permanent (oberhalb der Elastizitätsgrennze des Sockelmaterials). Die Kraft, die erforderlich ist, um den Sockel permanent zu deformieren, ist kleiner als die Kraft, die erforderlich ist, um die Wandung der Ausnehmung zu beschädigen. Dieser permanent deformierte Abschitt bildet gleichzeitig eine Schutzhülle, die die Wandung der Ausnehmung vor Beschädigung und Abnutzung schützt, wenn der Steckkontakt erneut eingeführt wird. Wenn der passende Steckkontakt 24 weiter in den Sockel geschoben wird, durchquert er den dritten inneren Kontaktbereich 18c. Nun ist der Durchmesserunterschied zwischen dem Steckkontakt und dem Querschnitt des Sockels größer aus beim Querschnitt 18b. Daher wird, wenn der Sockel in eine Ausnehmung mit kleinstem Durchmesser eingesetzt wird und mit dem Steckkontakt 24 verbunden wird, der erste Kontaktbbereiche 18a als Feder wirken, er verformt sich innerhalb der Elstizitätsgrenze und stellt die nötige Verbindungskraft und den erforderlichen Druck, die für eine gute Verbindung beötigt werden, bereit. Da es in diesem Querschnitt nicht zu einer permanenten Deformation kommt, kann er hunderte von Malen mit minimialer Ermüdung kombiniert und dekombiniert werden. Die beiden anderen Kontaktbereiche 18b, 18c werden permanent verformt. Diese Bereiche stellen daher keine langlebige verläßliche Verbindung bereit. Allerdings ist in der Regel eine gute langlebige Verbindung, bereitgestellt beispielsweise beim Querschnitt 18a, ausreichend. Durch eine Änderung der Frequenz, Amplitude und Kegelform der Wellenkonfiguration können zwei oder mehr innere Kontaktbereiche innerhalb ihrer Elastizitätsgrenzen gehalten werden.
Der andere Extremfall liegt vor, wenn der Sockel in die Ausnehmung mit dem größten Durchmesser eingesetzt wird (oberes Ende des Toleranzbereichs). In diesem Fall können sich die äußeren Kontaktbereiche 20a, 20b nach außen bewegen, bevor sie gegen die Wandung der Ausnehmung pressen. Daher passiert der passende Steckkontakt 24 die Bereiche 18a, 18b, ohne diese zu verformen und ohne wesentliche Kräfte oder Drücke zu erzeugen. Sobald der passende Steckkontakt den dritten inneren Kontaktbereich 18c durchquert, verschiebt und deformiert der Steckkontakt diesen Bereich des federnden Sockels, und drängt den äußeren Kontaktbereich 20b gegen die Wandung der Ausnehmung, wodurch Kontaktkraft und Kontaktdruck sowohl des inneren Bereichs 18c als auch des äußeren Bereichs 20b erzeugt werden. Die Deformation dieses Abschnitts des Sockels befindet sich im elastischen Bereich des Sockelmaterials, was gute Federeigenschaften für wiederholte Kopplung bereitstellt. Die Wellenkonstruktion stellt in effektiver Weise drei Sets von verbundenen, aber unabhängigen Kontaktfedern bereit. Mit diesem drei Federn kann ein großer Durchmesserbereich abgedeckt werden. Eine dieser drei Federn wird sich unter optimalen Lastbedingungen und Auslenkung befinden, wenn der zugehörige Steckkontakt eingeführt ist, innerhalb eines großen Bereichs von Durchmessern der Ausnehmung. Die beiden anderen Federn können Kontakt haben oder auch nicht, oder können sich permanent verformen oder eine Kombination davon aufweisen, in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Ausnehmung.
In Fig. 12 werden drei voneinander beabstandete Leiterplatten 30a, 30b, 30c gezeigt, die mittels Abstandsplatten 50 der Dicke "d" voneinander beabstandet sind. Die Ausnehmungen 32 in den jeweiligen Leiterplatten fluchten miteinander, so daß das Durchtreten der Steckkontakte 24' durch die Leiterplatten möglich ist, wobei die Steckkontakte 24' eine Länge aufweisen, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung gewählt ist. Wenn nur beabsichtigt ist, die Leiterplatten elektrisch miteinander zu verbinden, kann die Länge der Steckkontakte 24' im wesentlichen gleich sein der Summe aus den Dicken "t" der Leiterplatten und den Abständen, die den Abstandsplatten 50 zwischen den Leiterplatten entsprechen. Allerdings müssen die Steckkontakte entsprechend verlängert werden, wenn diese außerhalb der Leiterplatten verlötet, mit weiteren Sockeln in Kontakt gebracht oder als Testpunkte verwendet werden sollen. Die Abstandsplatten 50 sind aus leitendem Material hergestellt, das geerdet wird, um eine Abschirmung zwischen den Leitung zu erreichen, um Übertragungsfehler zu verhindern. Die Durchmesser 32' der Ausnehmungen in den Platten 50 sind größer als der Durchmesser des Steckkontakts 24', so daß der Steckkontakt nicht in Kontakt mit der Wandung der Abstandsplatten oder Abstandsblöcke kommt. Die Kapazität zwischen dem Steckkontakt 24' und der Erde wird durch den Durchmesser 32' der Ausnehmung und das Dielektrikum in der Ausnehmung definiert, das Luft sein kann (wie in Fig. 12 gezeigt), oder die Ausnehmung kann mit einem anderen nichtleitenden Dielektrikum gefüllt sein. Durch Verändern der Variablen (Durchmesser der Ausnehmung, Abstand, Dielektrikum) kann die charakteristische Impedanz des Verbindersystems an die Impedanz des Rests des Systems angepaßt werden. Die Ausnehmung 32' in den Abstandsplatten 50 hat auch eine mechanische Funktion, insbesondere führt sie den Steckkontakt und vermeidet dessen Ausknicken, wenn er von der oberen Leiterplatte 30a in Richtung zum und in den Sockel auf der unteren Leiterplatte 30c gedrückt wird. Im Gebrauch werden die Sockel 10 in eine oder mehrere fluchtende Ausnehmungen 32 eingesetzt, und ein Steckkontakt 24 wird eingeführt, um die Sockel aufzuweiten und physischen und elektrischen Kontakt mit den leitenden Schichten oder Linien innerhalb der Ausnehmungen in jeder Leiterplatte 30a, 30b, 30c des Stapels herzustellen.
Die geringe Größe der verbindenden Steckkontakte 24' (Durchmesser 0,3048 mm bzw. 0,012 inch) und der Sockel 10 (läßt sich einfügen in eine Ausnehmung mit einem Durchmesser von 1,27 mm bzw. 0,050 inch) erlaubt den Aufbau eines sehr dichten Systems. Mit den oben genannten Abmessungen, erlaubt die Konfiguration beabstandete Ausnehmungen auf 1,27 mm (0,050 inch) Mittelpunkte und stellt somit 400 Signallinien auf je 645,16 mm² (square inch) bereit.
Die angepaßte kontrollierte charakteristische Impedanz, mit sehr geringer Induktivität und Kapazität, und die hohe Dichte dieses Verbinder-Systems ist ideal für Anwendungen im digitalen Hächstgeschwindigkeitsbereich.
Es ist selbstverständlich, daß das System von gedruckten Leiterplatten nach der vorliegenden Erfindung, das das progressive Wellendesign verwendet, sehr gut geeignet ist für die miniaturisierte Verbindung von Leiterplatten und herausragende Betriebs- und Stapeleigenschaften für gestapelte Leiterplatten, die Verbindung von Leiterplatten, Computerhardware und ähnliche Anforderungen bereitstellt, in denen die effektive und ökonomische Verwendung von erhältlichen Leiterplatten und Stapelraum wichtig ist. Das System kann die Anforderungen an erhöhte Leiterplattendichte befriedigen und stellt eine zuverlässige Verbindung von Leiterplatte in der Z-Achse bereit.
Das Niedrig-Profil-Design nach der vorliegenden Erfindung erlaubt eine engere Bestückung von Leiterplatten mit einem Gitter von 1,27 mm (0,05 inch) mit einer minimalen Leiterplatte bis zu einer Zusammenstellung eines Interfaces aus Leiterplatten von 1,5748 mm (0,062 inch). Da die Sockel in durchlaufendem Format hergestellt werden können, ist es möglich, diese mittels automatischer Einfügevorrichtungen in eine beliebige Anzahl von Anschlüssen sowohl auf Standard- als auch auf Spezialgitterabständen einzufügen. Das Progressiv- oder Vielwellen-Design der Sockel eliminiert die Möglichkeit der Überlastung der Federn, und das kegelige Eintrittsdesign und die wischende Kontaktaktion minimieren die Einschiebekraft und maximieren den elektrischen Kontakt des Interfaces. Die abhängigen Normalkräfte, die durch dieses Design erzeugt werden, schaffen eine zuverlässige Verbindung und erzeugen gleichzeitig sehr kurze elektische Wege zwischen dem Interface-Steckkontakt und der Leiterplatte.
Das gedruckte Leiterplatten Verbindersystem nach der vorliegenden Erfindung besteht aus einem integrierten Design zweier verbundener Bauteile. Dies eliminiert die Verwendung von teuren geschmolzenen thermoplatischen Fassungen und erleichtert außerdem die Zusammmensetzung der Leiterplatten, da man sich nicht um das Zusammensetzen einzelner Verbindungselemente kümmern muß. Wegen der herausragenden Anpassungscharakteristika der Leiterplatten, die nach der vorliegenden Erfindung erreichbar sind, ist eine abhängige elektrische Integrität des Interface möglich, die die schlechten Effekte von Wicklungen des Sockels und Verschmutzung durch Fluxresiduen ausschließt, die offensichtlich bei anderen Verbindersystemen auftreten, die ein Verlöten erforderlich machen.
Ein Sockel arbeitet mit einem großen Bereich von Durchmessern. Das vorliegende Design erlaubt eine Änderung von 30% beim Durchmesser der Ausnehmungen. Dies verbilligt die Herstellung der vielschichtigen Leiterplatte, da kleine Toleranzen für die Ausnehmungen nicht erforderlich sind. Der Sockel dient ebenfalls als schützende Umhüllung, indem er die Wand der beschichteten Ausnehmung vor der schädigenden Kombination von hohem Druck und axialer Bewegung schützt, die zusammen mit Steckkontakten für Preßsitz auftreten. Anderer Vorteil der Erfindung ist die hohe Anzahl (mehrere Hundert) der Verbindungszyklen, wodurch das Design verläßlicher wird und weniger Wartung und Service benötigt.
Die Sockel 10 können auf Lagerrollen geliefert werden, während die Steckkontakte in Kassetten abgepackt sein können. Sowohl der Sockel als auch der Steckkontakt können automatisch aufgebracht werden mittels des vollautomatischen Aufbringsystems 10000, verkauft von der Zierick Manufacturing Corp., der Inhaberin des vorliegenden Patents.
Obwohl die Sockel 10 und die Steckkontakte 24 mit einem kreisförmigen Querschnitt über ihre Länge beschrieben worden sind, sind auch andere Querschnittsformen, wie beispielsweise Quadrate, möglich.

Claims

1. Gedrucktes Leiterplatten-Verbindersystem zum Bereitstellen von Kontakt mit einer leitenden Umhüllung, angebracht auf der inneren Oberfläche einer Ausnehmung von vorgegebenem, im wesentlichen gleichmäßigen Querschnittsabmessungen in einer gedruckten Leiterplatte (30), das einen Sockel (10) umfaßt, dessen Wand aus leitendem federndem Material hergestellt ist und die eine Längsachse definiert, wobei dieser Sockel eine breites Einlaßende (14) und ein schmales Auslaßende (15) aufweist, die entlang dieser Längsachse voneinander beabstandet sind, dieses schmale Auslaßende so dimensioniert und geformt ist bezüglich dieser vorgegebenen Abmessungen, um dessen Einfügen in eine Ausnehmung der gedruckten Leiterplatte zu erleichtern, und dieses breite Einlaßende so dimensioniert und geformt ist bezüglich dieser vorgegebenen Abmessungen, um eine freies Durchtreten durch die Ausnehmung zu verhindern, sobald dieser Sockel in diese eingeführt ist, und einen leitenden Steckkontakt (24) umfaßt, der so dimensioniert und geformt ist, daß er anfangs mit Spiel in diesem breiten Einlaßende aufgenommen werden kann, wobei dieser Sockel mit wenigstens einem im wesentlichen parallel zu dieser Längsachse verlaufenden in wesentlichen länglichen Schlitz (38) versehen ist, um ein radiales Ausdehnen des Sockels zu ermöglichen, um der äußeren Fläche dieses Steckkontakts zu entsprechen, wenn dieser Steckkontakt durch aufeinanderfolgende Bereiche dieses Sockels entlang der Längsachse in Richtung dieses schmalen Auslaßendes gezwungen wird, wobei axial beabstandete vergrößerte Bereiche äußere Kontaktbereiche bilden, die sich abwechseln mit inneren Kontaktbereichen, die sich verkleinernde Querschnittsbereiche in Richtung vom breiten zum schmalen Ende definieren, wobei dieser Sockel und dieser Steckkontakt so dimensioniert und geformt sind, daß sie zu einem Ausdehnen des Sockels führen, sobald der Steckkontakt durch aufeinanderfolgende kleiner dimensionierte Bereiche, definiert durch diese inneren Kontaktbereiche, gezwungen wird, um dazu zu führen, daß die nächstliegenden äußeren Kontaktbereiche an der Umhüllung der gedruckten Leiterplatte anliegen und einen elektrischen Kontakt mit ihr herstellen.

2. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei dieser wenigstens eine längliche Schlitz über die gesamte Länge dieses Sockels verläuft.

3. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei ein Schlitz vorgesehen ist.

4. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei zwei Schlitze vorgesehen sind, von denen nur einer über die gesamte Länge dieses Sockels verläuft.

5. Verbindersystem nach Anspruch 4, wobei dieses beiden Schlitze auf einander diametral gegenüberliegenden Seiten dieser Längsachse angebracht sind, um wenigstens ein Paar von zugehörigen gegenüberliegenden Federabschnitten zu bilden, deren radialer Abstand geringer ist als der Durchmesser dieses Steckkontakts.

6. Verbindersystem nach Anspruch 4, wobei die Ausnehmung in der gedruckten Leiterplatte kreisförmig ausgebildet ist und der Sockel eine ondulierende Form aufweist, um eine wellenförmige Gestalt in Richtung dieser Längsachse aufzuweisen, um in Ebenen senkrecht zu dieser Längsachse Querschnitte zu definieren, die in den äußeren Kontaktbereichen im wesentlichen kreisförmig und in den inneren Kontaktbereichen im wesentlichen oval sind, wobei die inneren und äußeren Kontaktbereiche so dimensioniert sind, daß sichergestellt ist, daß wenigstens einer dieser Kontaktbereiche optimal belastet ist, sobald dieser Steckkontakt in diesen Sockel eingeführt ist.

7. Verbindersystem nach Anspruch 6, wobei dieser Steckkontakt einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt über seine Länge aufweist und dieser innere Kontaktbereich am breiten Einlaßende einen Durchmesser definiert, der größer ist als der Durchmesser des Steckkontakts, so daß dieser mit Spiel hindurchgeführt werden kann.

8. Verbindersystem nach Anspruch 6, wobei dieser Steckkontakt einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt über seine Länge aufweist und dieser innere Kontaktbereich am schmalen Auslaßende eine Durchmesser definiert, der kleiner ist als der Durchmesser des Steckkontakts, so daß dieser wenigstens durch dieses schmale Auslaßende unter Druck aufgrund des Ausdehnens dieser inneren Kontaktbereiche am schmalen Auslaßende gezwungen werden muß.

9. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei dieses leitende federnde Material Beryllium-Kupfer ist.

10. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei dieses leitende federnde Material vollständig gehärtetes Beryllium-Kupfer ist.

11. Verbindersystem nach Anspruch 1 , das außerdem einen Trägerstreifen umfaßt, der abnehmbar eine Vielzahl von im wesentlichen mit gleichem Abstand angeordneten trichterförmigen Sockeln trägt, wodurch die Handhabung und das Einführen dieser Sockel in eine gedruckte Leiterplatte erleichtert werden.

12. Verbindersystem nach Anspruch 1 in Verbindung mit der gedruckten Leiterplatte.

13 . Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von gedruckten Leiterplatten gestapelt wird, um ein gestapeltes Modul zu erzeugen, wobei in diesen Leiterplatten ausgerichtete Ausnehmungen vorhanden sind, um eine längliche Befestigungsausnehmung zu bilden, wobei diese längliche Befestigungsausnehmung an ihrer inneren Oberfläche mit einer leitenden Umhüllung versehen ist, und wobei dieser Sockel eine Länge aufweist, die im wesentlichen der der länglichen Befestigungsausnehmung entspricht.

14. Verbindersystem nach Anspruch 13, wobei dieser leitende Steckkontakt eine Länge aufweist, die größer ist als die axiale Länge dieser länglichen Befestigungsausnehmung.

15. Verbindersystem nach Anspruch 13 in Verbindung mit der Vielzahl der gestapelten gedruckten Leiterplatten.

16. Verbindersystem nach Anspruch 13, wobei eine Vielzahl von gestapelten, zueinander beabstandeten Modulen vorgesehen ist, die Befestigungsausnehmungen in den Modulen ausgerichtet sind, und diese leitenden Steckkontakte eine Länge aufweisen, um durch die ausgerichteten Ausnehmungen hindurchzureichen und die Module zu verbinden, um elektrischen Kontakt zwischen diesen bereitzustellen.

17. Verbindersystem nach Anspruch 16 in Verbindung mit einer Vielzahl gestapelter Module.

18. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei dieser Sockel mit Gold beschichtet ist.

19. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei dieser Sockel im allgemeinen gehärtet ist und sich verringernde Querschnittsabmessungen in Richtung vom breiten Einlaßende zum schmalen Auslaßende aufweist.

20. Verbindersystem nach Anspruch 19, wobei wenigstens ein Bereich dieses breiten Einlaßendes größere Querschnittsabmessungen aufweist als die Ausnehmung in der gedruckten Leiterplatte, um einen Festsitz bereitzustellen, sobald dieser Sockel in die Ausnehmung eingeführt ist.

21. Verbindersystem nach Anspruch 20, wobei die Wand dieses Sockels im wesentlichen von gleicher Dicke ist mit der Ausnahme wenigstens dieses Bereichs des breiten Einlaßendes, der eine Wanddicke aufweist, die in Richtung fort von dem schmalen Auslaßende abnimmt.

22. Verbindersystem nach Anspruch 1, wobei dieses breite Einlaßende trichterförmig ausgebildet ist und dieser Schlitz, der durch das breite Einlaßende verläuft, V-förmig ausgebildet ist und die geringste Breite in dem Gebiet aufweist, in dem dieses breite Einlaßende mit einem dazwischenliegenden Körperbereich dieses Sockels zwischen dessen Enden zusammentrifft.