DE69214334T2

DE69214334T2 - Elektrischer Aufbau für Anwendungen bei hoher Dichte

Info

Publication number: DE69214334T2
Application number: DE69214334T
Authority: DE
Inventors: James Robert Bentlage; David Erwin Engle; Geoffrey Randolph Mariner; John Jay Squires; John Henry Williams
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2012-03-14
Also published as: JPH0740630B2; DE69214334D1; EP0505859A1; US5099393A; JPH0629638A; EP0505859B1

Description

Elektrischer Aufbau für Anwendungen bei hoher Dichte

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen elektrischen Aufbau und im besonderen auf solche Aufbauten, die auf der Grundlage dünner flexibler schaltungen als Bestandteile dieser Aufbauten beruhen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz spezifisch auf solche Aufbauten, in denen eine Halbleitereinrichtung (Chip) elektrisch an die dünne flexible Schaltung angeschlossen ist.
Elektrische Aufbauten, die auf der Grundlage dünner flexibler Schaltungen als Bestandteile dieser Aufbauten beruhen, sind im entsprechenden Industriezweig bekannt; Beispiele hierfür werden in den US-Patenten 4,849,856, 4,914,551 und 4,937,707 definiert. Verständlicherweise besteht ein Hauptziel solcher elektrischer Aufbauten darin, eine größtmögliche Anzahl elektrischer Anschlußverbindungen auf engstem Raum bereitzustellen. Diese Anstrengungen, möglichst viele solcher Anschlußverbingungen auf engstem Raum unterzubringen bieten zwar sehr viele Vorteile, bringen jedoch auch technische Probleme in der Herstellung und in der Funktion dieser Strukturen mit sich. Ein Beispiel hierfür ist die Abführung von Hitze von diesem Aufbau während seiner Funktion; diese Hitzeabführung wird durch die Aufbauten bereitgestellt, die in den oben angeführten US-Patenten 4,849,856 und 4,914,551 definiert werden.
Ein weiteres Problem, das sich dem Entwickler elektrischer Aufbauten mit Dünnfilmschaltungen stellt, ist die Erfordernis, daß zuverlässige und effektive elektrische Verbindungen zwischen relativ vielen, extrem kleinen, Leiterelementen (z.B. Signal-, Masse- und/oder Stromleiter) auf der flexiblen Schaltung und den entsprechenden Kontaktstellen (nämlich denjenigen Leitern, die sich auf der gedruckten Leiterplatte oder einem ähnlichen Substrat befinden), an die die flexible Schaltung elektrisch angeschlossen werden soll, also die Kopplung des Chips an das Substrat des Aufbaus, möglich sein müssen. Normalerweise werden bislang solche Verbindungen zwischen flexiblen Schaltungen und Substraten in den meisten elektrischen Aufbauten dieses Typs mit Lötzinn oder einem ähnlichen Kontaktmaterial hergestellt, die eine dauerhafte Verbindung gewährleisten können. Zwar haben sich Lötverbindungen und ähnliche Verfahren (beispielsweise die Thermokompressionsverbindung) auch bei relativ hohen Dichten als erfolgreich erwiesen, sind jedoch verständlicherweise relativ kosten- und zeitaufwendig in ihrer Herstellung. Weil außerdem die dabei erzielte Struktur dauerhaft an diesen Kontaktstellen verbunden ist, ist die Trennbarkeit (beispielsweise zu Reparaturzwecken) nahezu unmöglich. Entsprechend ist eine Reparatur oder ein Austausch relativ zeit- und kostenaufwendig.
Im US-Patent 4,597,617 wird ein elektrischer Aufbau beschrieben, in dem eine flexible Schaltung verwendet wird, die nicht mit einer permanenten Befestigung (beispielsweise Lötverbindung) an das Substrat (geätzte Leiterplatte) des Aufbaus angeschlossen ist. Da die flexible Schaltung gemäß Beschreibung im vorliegenden Patent in bezug auf das Gehäuse des Aufbaus und daran angeschlossenen Wärmeleitblechen permanent befestigt ist, kann dieser Aufbau jedoch keine hochdichten elektrischen Verbindungen (beispielsweise zwischen zusammengehörigen Einzelleitern, die sich nahe aneinander befinden) bereitstellen, wie dies in der vorliegenden Erfindung beschrieben werden soll. Darüber hinaus ermöglicht eine einzelne elastomerische Druckstruktur auf jeder Seite der flexiblen Leiterplatte, wie sie im US-Patent 4,597,617 beschrieben ist, nicht die Druckeinwirkung auf jeden einzelnen Leiter der Schaltung, wie dies in hochdichten Anwendungen erforderlich ist (und wie dies durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird), um hochdichte Anschlußverbindungen zwischen Leitern aufflexiblen Schaltungen und gedruckten Leiterplatten oder ähnliches zu gewährleisten.
Daher besteht die Problemstellung der vorliegenden Erfindung darin, die Nachteile des aktuellen Stands der Technologie zu beseitigen und die Technologie elektrischer Aufbauten zu verbessern.
Dieses Problem wird durch den elektrischen Aufbau gemäß Beschreibung im unabhängigen Anspruch gelöst. Verbesserungen der vorliegenden Erfindung werden in abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer Aufbau mit einem ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrat bereitgestellt, auf dem eine Mehrzahl an Leitern angeordnet ist, des weiteren ein Rahmen, der beweglich am genannten ersten Substrat angebracht ist, so daß dieser bezüglich der Leiter des ersten Substrats präzise ausgerichtet werden kann, eine Halbleitereinrichtung, die elektrisch an das erste Substrat gekoppelt ist, ein zweites mit Schaltkreisen versehenes Substrat, das am Rahmen sicher befestigt und präzise ausgerichtet ist, ein Druckeinwirkungsmittel mit einer Mehrzahl von Druckeinwirkungsbestandteilen, um Druck auf das zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat auszuüben, um die darauf befindlichen Kontakte zu veranlassen, entsprechende elektrische Leiter des ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrats zu aktivieren, und ein Mittel, um die Druckeinwirkungsbestandteile am zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrat so anzubringen, daß der definierte Druck darauf ausgeübt wird. Das zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat besteht aus einem gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teil und einer Mehrzahl einzelner mit Schaltkreisen versehener Teile, die elektrisch und mechanisch an den gemeinsamen Teil angeschlossen sind, wobei dieser gemeinsame Teil so ausgelegt ist, daß eine Wärmeausdehnung in bezug auf die Mehrzahl mit Schaltkreisen versehener Teile möglich ist. DIE Halbleitereinrichtung (also der Chip) ist fest am gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teil angebracht und elektrisch daran angeschlossen.
Die Erfindung gemäß der vorliegenden Beschreibung ist in der Lage, zwischen einzelnen Leiterstrukturen oder ähnlichem, die in einem hochdichten Muster auf der flexiblen Schaltung mit entsprechenden Strukturen oder ähnlichem auf einem dazugehörigen Substrat (beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte) angeordnet sind, hochdichte Anschlußverbindungen bereitzustellen; diese Anschlußverbindungen sind sehr wirksam und zuverlässig und ermöglichen darüber hinaus, was sonst nicht der Fall ist, die Trennbarkeit der verschiedenen Teile des endgültigen Aufbaus auf einfache Weise, so daß Austauschund/oder Reparaturarbeiten einfacher möglich sind.
Es wird von der Annahme ausgegangen, daß ein elektrischer Aufbau mit den in diesem Dokument ausführlich beschriebenen zahlreichen Vorteilen, wobei darüber hinaus auch noch weitere Vorteile existieren, eine deutliche Verbesserung der herkömmlichen Technologie darstellen würde.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines elektrischen Aufbaus mit einer flexiblen Dünnfilmschaltung als Bestandteil dieses Aufbaus, der eine elektrische Verbindung zwischen relativ hohen Dichten von Leitern auf der flexiblen Schaltung und entsprechende Leiter auf dem Substrat des Aufbaus bereitstellt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Aufbaus, der sich im Vergleich zu vielen bekannten Aufbauten der bisherigen Technologie in relativ kostengünstiger Weise herstellen läßt, insbesondere im Vergleich zu derjenigen Technologie, in der eine flexible Schaltung permanent und und untrennbar am entsprechenden Substrat befestigt ist.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung angeführt, wobei auf die folgenden Begleitzeichnungen verwiesen wird:
Figur 1 ist ein isometrischer Perspektivschnitt eines elektrischen Aufbaus in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 2 und 3 sind vergrößerte Querschnitte des elektrischen Aufbaus von Figur 1 in der passiven bzw. aktiven Position;
Figur 4 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Rahmens, wie er im elektrischen Aufbau von Figur 1 verwendet werden kann;
Figur 5 liefert eine Darstellung des Rahmens von Figur 4 und bezieht das zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat der vorliegenden Erfindung, das darauf positioniert ist, mit ein, wobei Figur 5 im Vergleich zu Figur 4 eine umgekehrte Darstellung ist;
Figur 6 ist eine stark vergrößerte Teilansicht im Querschnitt entlang der Linie 6-6 in Figur 5, die das Verhältnis zwischen dem gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teil und den einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teilen des zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Figur 7 ist ein Alternativausführungsbeispiel der in Figur 6 abgebildeten Bauteile;
Figuren 8 und 9 sind stark vergrößerte Teilansichten im Querschnitt, die ausführlich die relativen Positionen der elastomerischen Druckeinwirkungsstrukturen der vorliegenden Erfindung vor und nach Betätigung des elektrischen Aufbaus darstellen;
Figuren 10 und 11 stellen zwei Ausführungsbeispiele von Druckeinwirkungsstrukturen dar, die in der vorliegenden Erfindung erfolgreich eingesetzt werden können, wobei die genannten Figuren 10 und 11 vergrößert dargestellt sind; und
Figur 12 ist eine stark vergrößerte Teilansicht, die entlang der Linie 12-12 in Figur 8 verläuft; hier werden die relativen Muster der elektrischen Kontakte und entsprechenden elastomerischen Fortsätze für eine der Druckeinwirkungsstrukturen der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die genannten elektrischen Kontakte auf dem zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrat der vorliegenden Erfindung angeordnet sind.
In Figur 1 wird in übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein elektrischer Aufbau 10 dargestellt. Der Aufbau 10 umfaßt ein erstes mit Schaltkreisen versehenes Substrat 13 mit einer Mehrzahl elektrischer Leiter 15 (siehe Figuren 2, 3, 8 und 9), ein zweites mit Schaltkreisen versehenes Substrat 16 mit einer Mehrzahl einzelner mit Schaltkreisen versehener Teile 17 als Bestandteile des Substrats, wobei jedes dieser Teile eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 19 umfaßt (siehe auch Figuren 2, 3, 8 und 9). Der Aufbau 10 umfaßt weiterhin eine Mehrzahl einzelner Druck- (oder Kraft-)einwirkungsstrukturen 21, von denen jede einen fest definierten, relativ schwachen, Druck (eine fest definierte Kraft) gegen entsprechende einzelne mit Schaltkreisen versehene Teile 17 ausübt; dieser Druck ist groß genug, daß die entsprechenden Leiter 15 und Kontakte 19 der Substrate 13 bzw. 16 zueinander einen wirksamen und zuverlässigen Kontakt herstellen. Gemäß Beschreibung im vorliegenden Dokument sichert jede Druckeinwirkungsstruktur 21 eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen jedem der betreffenden Leiter und Kontakte, während gleichzeitig in diesen Elementen sowie im flexiblen Substrat 16 Schwankungen in der Oberflächenerhebung ausgeglichen werden.
Insbesondere gewährleistet die vorliegende Erfindung trotz der unterschiedlichen Dicke dieser Leiter und Kontakte und/oder des flexiblen Substrats, auf dem die Kontakte angebracht sind, eine zuverlässige Verbindung zwischen diesen Elementen. Gemäß Beschreibung im vorliegenden Dokument kann die vorliegende Erfindung weiterhin diesen fest definierten Druck auch unter Einwirkung schädlicher Einflüsse wie beispielsweise hohe Temperaturen und/oder Luftfeuchtigkeit, die durchaus auftreten können, über einen relativ langen Zeitraum aufrechterhalten.
Im US-Patent 4,902,234, das an denselben Erteilungsempfänger erteilt wurde wie die vorliegende Erfindung, wird ein Steckverbinder beschrieben, bei dem eine elastomerische Druckeinwirkungsstruktur verwendet wird, um einen zuverlässigen Kontaktdruck gegen mindestens eine der Schaltungskomponenten (beispielsweise eine flexible Schaltung) auszuüben. Diese Druckeinwirkungsstruktur besteht aus einer Basisplatte, einer Mehrzahl einzelner komprimierbarer Elemente, die auf einer Seite der Platte angeordnet sind, und einer biegsamen Struktur, die sich auf der anderen Seite der Platte befindet. Die Beschreibung des US-Patents 4,902,234 wird deshalb als Verweisquelle un dieses Dokument mit aufgenommen. Gemäß der vorliegenden Beschreibung erzeugen die elastomerischen Druckeinwirkungsstrukturen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung geeigneter Materialien, die relativ preiswert und widerstandsfähig gegen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise übermäßig hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit sind, einen präzisen und zuverlässigen Kontaktdruck, der relativ schwach ist. Diese Strukturen stellen eine Verbesserung gegenüber dem im US-Patent 4,902,234 beschriebenen Konzept dar.
Zwar werden vier einzelne mit Schaltkreisen versehene Strukturen 17 und eine etwa gleich hohe Anzahl von Druckeinwirkungsstrukturen 21 beschrieben, jedoch sei darauf verwiesen, daß im breiteren Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung diese Anzahl nicht verbindlich ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das erste mit Schaltkreisen versehene Substrat 13 eine gedruckte Leiterplatte (eine gedruckte Verkabelungsplatine) mit einem relativ starren Isolationssubstrat 23. Das Substrat 23 besteht vorzugsweise aus einem bekannten Material (beispielsweise Epoxidharz und Glasfaser) und enthält die angegebenen Leiter 15 auf einer ersten Fläche 24 des Substrats. Jeder Leiter 15, wie aus der Darstellung hervorgeht, besitzt vorzugsweise einen flachen Aufbau und besteht aus einem festen metallischen leitenden Material (beispielsweise Kupfer). Darüber hinaus ist jeder Leiter zum zusätzlichen Schutz gegen Korrosion außerdem mit einer Edelmetallbeschichtung (beispielsweise Gold) versehen. Jeder Leiter 15 wird unter Anwendung von Verfahren, die auf dem technischen Gebiet gedruckter Leiterplatten bekannt sind und daher nicht näher ausgeführt werden müssen, auf dem Epoxidsubstrat 23 positioniert. In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung besitzt das Substrat 23 eine Dicke von etwa 1,56 mm, während jeder der Kupferleiter 15 eine durchschnittliche Dicke von nur etwa 24,4 µm besitzt. Gemäß Definition ist jeder Leiter 15 im wesentlichen flach konfiguriert und hat somit die Funktion einer "metallischen Kontaktfläche", an die eine Anschlußverbindung erfolgt. Gemäß nachfolgender Definition wird eine solche Konfiguration (flach) auch für die Kontakte 19 des zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Entsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung in Übereinstimmung mit der entsprechenden Abbildung hierzu eine zuverlässige Verbindung zwischen gegenüberliegenden, relativ flachen metallischen Leitern und Kontakten. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf solche flachen Strukturen beschränkt ist und daß auch andere Ausführungen für diese Elemente verwendet werden können; geeignete Beispiele hierfür sind die dendritische Varietät, wie sie im kanadischen Patent 1,121,011 und in den IBM Technical Disclosure Bulletins Vo. 22, Nr. 7 (Dez. 1979), Seite 2706, und Vol 23, No. 8 (Jan. 1981), Seite 3631, definiert werden; diese Beschreibungen werden als Verweisquelle in das vorliegende Dokument mit einbezogen. Eine weitere Struktur, die sich zur Verwendung in diesem Zusammenhang eignet (beispielsweise als Leiter 15), ist ein nadelförmiger Leiter, der einen überstehenden Fortsatz bzw. eine Spitze umfaßt, die in das Substrat 23 eingesteckt werden kann (um eine Verbindung zur internen Schaltung 26 herzustellen). Ein solches Beispiel ist in US-Patent 4,976,626 beschrieben, dessen Beschreibung in diesem Dokument als Verweisquelle herangezogen wird. Beispiele für die interne Schaltung 26 sind in den Figuren 8 und 9 abgebildet und im Technologiebereich gedruckter Leiterplatten (insbesondere solcher Leiterplatten mit mehreren Schichten) hinlänglich bekannt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Schaltung in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellt. Diese Schaltung kann in Form von Signal-, Strom- oder Masseebenen vorliegen, die unter Anwendung bekannter Mittel elektrisch an Leiter 15 gekoppelt werden können, beispielsweise auch mit Hilfe eines durchlaufenden Lochs (das in den Figuren 8 und 9 durch die Ziffer 28 gekennzeichnet ist), oder durch "Vertiefungen" (dargestellt durch die Ziffer 30), die die Dicke der Platte nicht vollständig durchdringen. Das mit Schaltkreisen versehene Substrat 13 kann auch die externe Schaltung 26' enthalten (Figuren 8 und 9), die wiederum an ausgewählte der Bereichsleiter 15 gekoppelt sein kann, was von den Funktionsanforderungen für den Aufbau 10 abhängig ist.
Jeder mit Schaltkreisen versehene Teil 17 des zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats 16 umfaßt vorzugsweise ein flexibles Substrat 27, bei dem die beschriebenen Kontakte 19 auf einer oberen Fläche 29 angeordnet sind (Figuren 8 und 9). Wie bereits angeführt wurde, besitzen die Kontakte 19 vorzugsweise eine flache Konfiguration und waren in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus Kupfer und unter Verwendung bekannter Technologie für gedruckte Leiterplatten auf dem Substrat 27 angebracht. Diese besitzen außerdem vorzugsweise die oben angeführte Beschichtung. Auch hier ist wieder die Verwendung von Leitern unterschiedlicher Formen (beispielsweise dendritisch) möglich. Das entsprechende flexible Substrat in diesem Beispiel bestand aus elektrisch isolierendem Material (Polyimid) und wies eine Dicke von 50,8 µm bis 127 µm auf, wodurch die gewünschte Flexibilität für dieses Element gewährleistet wurde.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, sind vier separate mit Schaltkreisen versehene Teile 17 um einen Träger 33 (oder Rahmen) angeordnet (siehe auch Figuren 2 bis 5); dieser Träger wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Der Rahmen 33 besteht vorzugsweise aus Kunststoff (ein bevorzugtes Material ist Polycarbonat) und hat eine rechtwinklige Form, so daß jeder Teil 17 auf einem der vier Längsseiten 34 des Rahmens ausgerichtet und positioniert ist. Wie aus der Darstellung in den Figuren 1 und 4 hervorgeht, definiert der Rahmen 33 einen inneren, zentral angeordneten offenen Teil 35, der ebenfalls eine rechtwinklige Form aufweist; diese Öffnung dient zur Aufnahme einer Halbleitereinrichtung (Chip) 37 (Figuren 2 und 3). Der Chip 37 befindet sich auf einer unteren Fläche eines gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teils 39 des flexiblen Substrats 27 und ist mechanisch wie auch elektrisch an jeden der einzelnen Teile 17 angeschlossen, die davon abstehen. Wie insbesondere in Figur 5 (und in den Figuren 6, 7, 8 und 9) gezeigt wird, befindet sich die Schaltung 41 auf der oberen Fläche des flexiblen Teils 17 und erstreckt sich in den gemeinsamen Teil 39, der ebenfalls auf der oberen Fläche angeordnet ist. Diese Schaltung ist nicht in den Figuren 2 und 3 abgebildet. Diese Schaltung ist an entsprechende Kontaktstellen auf Chip 37 angeschlossen (nicht dargestellt), um die gewünschten Funktionen für diesen Teil der Anordnung 10 bereitzustellen. Diese Schaltung 41 kann den dielektrischen gemeinsamen Teil 39 durchlaufen (das heißt, unter Verwendung der durchlaufenden Löcher 28' gemäß obiger Definition und gemäß Abbildung in Figur 6), um eine Verbindung zu den genannten Kontaktstellen herzustellen (die entlang der Oberfläche des Chips 37 angeordnet sind und mit dem dielektrischen Substrat von Teil 39 verbunden sind). Es ist ebenso möglich, den Chip 37 auf der gegenüberliegenden Seite der gezeigten Seite des nach unten gedrückten gemeinsamen Teils 39 anzubringen, um so eine direkte Verbindung zu den Klemmenenden der Schaltung 41 herzustellen. Darüber hinaus ist es möglich, eine zentrale öffnung 42 (Figur 7) innerhalb der Dielektrik des zentralen Teils anzubringen und den Chip 37 direkt mit den Klemmenenden der Schaltung 41 zu verbinden. Wie aus der Darstellung in Figur 7 ersichtlich ist, dient diese Schaltung, die in Form von Leitungen auf der Dielektrik sowohl für den einzelnen als auch für den gemeinsamen Teil des Substrats 16 vorliegt, dazu, den Chip 37 getrennt von der Dielektrik des gemeinsamen Teils zu halten. Darüber hinaus ist es wichtig, wie aus der Darstellung in den Figuren 6 und 7 hervorgeht, daß der gemeinsame Teil 39 nur über die Teile der Schaltungsleitungen 41, die dazwischen angeordnet sind, an die einzelnen Teile 17 (sowohl mechanisch als auch elektrisch) angeschlossen wird. Da diese einzigartige Anordnung relativ dünn ist und aus Metall (Kupfer) besteht, kann sich der zentral angeordnete gemeinsame Teil während der Funktion des Aufbaus (und insbesondere in Reaktion auf die Wärme, die während der Funktion vom Chip 37 erzeugt wird) thermisch ausdehnen und zusammenziehen (siehe Richtungspfeile "D" in den Figuren 6 und 7). Eine solche unabhängige Bewegung durch den Teil 39 stellt im Gegensatz zu der festen Position jedes einzelnen Teils 17 einen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, weil sie die präzise Ausrichtung der einzelnen Kontakte 19 und der Leiter 15 gewährleistet, insbesondere während der Funktion des Aufbaus.
Die umgekehrte Ausrichtung, die in den Figuren 2, 3, 6 und 7 für Chip 37 abgebildet ist, wird bevorzugt, um eine bessere Wärmeabsenkung während der Funktion des Aufbaus 10 zu gewährleisten. Zwar ist der Chip 37 an einer abgesetzten Stelle dargestellt, doch ist es auch möglich, dieses Element thermisch (mit einer Thermopaste) mit der Abdeckung 51 (siehe nachfolgende Definition) zu verbinden, um die Wärmeleitfähigkeit noch weiter zu verbessern.
Im Vergleich der Figuren 1 bis 4 läßt sich erkennen, daß sich jede Druckeinwirkungsfläche 21 innerhalb eines Schlitzes 43 in einem entsprechenden Seitenteil des rechtwinkligen Rahmens 33 befindet. Darüber hinaus ist jede Fläche 21 zusätzlich an einer relativ starren, metallischen gemeinsamen Trägerplatte 45 angebracht, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine flache Platte aus rostfreiem Edelstahl mit einer Dicke von etwa 635 µm ist. Die Druckeinwirkungsflächen 21 sind im Verhältnis zueinander auf der Platte 45 und natürlich bezüglich der endgültigen Positionen der entsprechenden Schaltungen 17 auf dem zweiten Substrat 16 präzise ausgerichtet. Die Schaltungen 17 wiederum sind präzise auf dem gemeinsamen Rahmen 33 angebracht, und zwar unter Verwendung von Klebstoff oder Pinsteckverbindungen&sub1; die nachfolgend noch ausführlicher beschrieben werden. Die Flächen 21 werden vorzugsweise direkt auf die starre Trägerplatte 45 aufvulkanisiert.
Der Aufbau 10 umfaßt weiterhin, wie am besten aus der Darstellung in Figur 1 und teilweise auch aus den Figuren 2, 3, 8 und 9 hervorgeht, ein Halterungsmittel zur Befestigung der Druckeinwirkungsflächen 21 an den einzelnen Teilen 17, so daß die vordefinierte Kraft ausgeübt werden kann. Das Mittel 50 umfaßt einen Befestigungsteil (oder einen Abdeckungsteil) 51, der so ausgelegt ist, daß er in präziser Ausrichtung bezüglich der darauf befindlichen Schaltung fest auf dem Schaltungsteil 13 angebracht werden kann. Die Abdeckung 51 besteht vorzugsweise aus Metall (beispielsweise Aluminium), um eine wirksame Hitzeabsenkung und eine strukturelle Starrheit der Chips 37 zu gewährleisten, und enthält eine Mehrzahl (vier) nach oben gerichteter Stifte, die durch entsprechende Ausrichtungsöffnungen 55, die sich an den Ecken des rechtwinkligen Rahmens 33 befinden, und anschließend durch entsprechende Öffnungen 57 im Schaltungsteil 13 laufen (davon sind zwei in Figur 1 dargestellt). Jeder dieser Stifte wird auf der gegenüberliegenden Seite des Teils 13 aufgenommen und so eine feste Verbindung hergestellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein festes Versteifungsglied 61 (beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie glasgefülltem Polyphenylolsulfid aus einem Metall wie rostfreiem Edelstahl) mit Öffnungen 63, durch die die Klemmenenden der Stifte 53 durchgesteckt werden können, verwendet, um eine strukturelle Verstärkung an dieser Stelle des Aufbaus 10 zu schaffen. Das Versteifungsglied bietet eine Halterung für das Substrat 13, um Biegeeinflüsse zu vermeiden. Jedes dieser Stiftklemmenenden des Halterungsteils 51 umfaßt weiterhin einen Schlitzteil 65, der darauf ausgelegt ist, ein bewegliches Klammerglied 67 aufzunehmen. Zwei Klammerglieder 67 werden verwendet, und zwar eines für jedes ausgerichtete Stiftpaar 53, wobei jede dieser Halterungen eine genockte Oberfläche 69 aufweist, um die Stiftaufnahme während des Einschiebens zu erleichtern. Die Klammernglieder 67 bewegen sich seitlich, was durch die Pfeile "L" in Figur 1 dargestellt wird; natürlich können diese sich ebenso in die entgegengesetzte Richtung bewegen (voneinander weg), ohne daß dadurch deren Funktion beeinträchtigt wird. Diese Bewegung wird auch ersichtlich, wenn man die Figuren 2 und 3 miteinander vergleicht. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß jedes Klammernglied 67 aufgrund der Nocken für die Aufnahme der Stifte 53 auf einzigartige Weise in der Lage ist, die Stifte 53 in unterschiedlichen Positionen aufzunehmen, um so auch bei Schwankungen in der Dicke des Substrats und des Versteifungsglieds 61 eine konstante Halterungskraft auszuüben, die verwendet wird, um die Abdeckung 51 auf dem Substrat 13 zu befestigen. Diese Fähigkeit ermöglicht großzügigere Toleranzen bei einigen Komponenten der vorliegenden Erfindung. Wie aus der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 hervorgeht, umfaßt die Abdeckung 51 eine Mehrzahl nach oben gerichteter Fußkomponenten 68, von denen jede eine solche Form aufweist, daß sie während der oben beschriebenen Halterung des Stifts 53 durch die Klammerglieder 67 eine obere Fläche des Substrats 13 aufnehmen kann. (Verständlicherweise erfolgt die anfängliche Aufnahme des Fußsubstrats vor der genannten Halterung.) Diese einzigartige Möglichkeit zum Zusammenbau dieser Komponenten gewährleistet einen wirksamen Ausgleich von Schwankungen durch eventuell bestehende unerwünschte Dicketoleranzen, insbesondere im ersten Substrat und im Versteifungsglied. Die Aufnahme des Fußsubstrats gewährleistet eine wirksame Kompression der elastomerischen Elemente der vorliegenden Erfindung auf die gewünschte Toleranz (siehe auch unten).
Eines der herausragenden Merkmale der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, die verschiedenen Komponenten vom ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrat 13 (falls eine Reparatur und/oder ein Austausch dieser Bauteile erforderlich ist) einfach zu entfernen. Gemäß obiger Definition wird dies durch die Steckverbindung und die Stifthalterung ermöglicht. Insbesondere läßt sich die Entfernung der Klammernglieder der vorliegenden Erfindung mühelos bewerkstelligen, wobei die nach oben stehenden Stifte 53 (und das Glied 51) gelöst werden, so daß sich das Glied 51 relativ einfach entfernen läßt. In Figur 1 würde ein solches Entfernen nach unten stattfinden. Bei dieser Trennung kann eine Reparatur oder ein Austausch (beispielsweise des Rahmenteils und des zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats) erfolgen. Auch ist es möglich, die verschiedenen elastomerischen Druckeinwirkungsflächen und die dazugehörige Trägerplatte, falls erforderlich, zu entfernen. und auszuwechseln. Diese einfache Trennbarkeit gewährleistet niedrigere Kosten beim Austausch der Komponenten.
Nach einer solchen Trennung der Komponenten ist es wichtig, daß die einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile wieder in ihre ursprüngliche Position gebracht werden (oder neue Teile hinzugefügt werden, wenn ein Austausch des zweiten Substrats gewünscht wird), so daß die darauf befindlichen elektrischen Kontakte bezüglich des hochdichten Bereichs von Leitern auf dem mit Schaltkreisen versehenen Substrat 13 präzise ausgerichtet werden. Aufgrund des hochdichten Musters einzelner Leiter und Kontakte gemäß Definition in diesem Dokument (weitere Definitionen folgen an späterer Stelle in diesem Dokument) ist die Ausrichtung zwischen diesen Elementen sehr entscheidend. Um dies zu gewährleisten, wird jeder der flexiblen mit Schaltkreisen versehenen Teile 17 bezüglich der einzelnen entsprechenden Seite des Rahmens 33 präzise ausgerichtet. Diese Ausrichtung wird während des Zusammenbaus des Rahmens 33 mit dem Substrat 16 ermöglicht. Dieser Zusammenbau bezieht die Positionierung des flexiblen Substrats 16 auf einer Gruppe von Ausrichtungsstiften des Befestigungsmechanismus mit ein, bei dem diese Stifte in entsprechende Öffnungen 71 eingesteckt werden, die sich in den Ecken jedes der vier einzelnen Teile 17 befinden. In diesem Zusammenhang sei insbesondere auf Figur 5 verwiesen. Diese Ausrichtungen sind wiederum bezüglich der entsprechenden Schaltung auf jedem der Teile 17 präzise ausgerichtet; wobei die Öffnungen vorzugsweise bereits bei der Herstellung der Teile 17 angebracht werden. Zusätzlich zu diesen Ausrichtungsöffnungen 71 umfaßt der Rahmen weiterhin die oben angeführten Eckenausrichtungslöcher 55 sowie ein Paar Ausrichtungsöffnungen 73, die gleichzeitig mit der Herstellung der Löcher 55 im Rahmen 33 hergestellt werden. Die Öffnungen 73 sind in den Figuren 1 und 4 besser sichtbar. Da der Rahmen 33 aus Kunststoff besteht, wird er vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellt, und die Ausrichtung zwischen den jeweiligen Öffnungen läßt sich auf diese Weise gewährleisten. Die oben angeführten Stifte, die in die jeweiligen Öffnungen 71 in den Teilen 17 eingesteckt werden, laufen während des Aufbaus der Unterbaugruppe auch durch die Öffnungen 73. An dieser Stelle werden die einzelnen Teile 17 bezüglich der Befestigung des Aufbaus prazise ausgerichtet. Eine zweite Gruppe von Stiften des Aufbaus wird jetzt durch die Löcher 55 im Rahmen 33 gesteckt, um den Rahmen präzise am Aufbau zu befestigen. Dadurch werden gleichzeitig die einzelnen Teile 17 präzise auf den Ausrichtungsrahmen 33 ausgerichtet (insbesondere einschließlich der darauf befindlichen Ecklöcher 55). Der Aufbau mit seinen knappen Toleranzwerten dient somit als gemeinsame Referenzangabe, wodurch die präzise Ausrichtung gewährleistet wird, die zwischen der flexiblen Schaltung und den Rahmenteilen der vorliegenden Erfindung wesentlich ist. Sobald diese Anordnung erreicht ist, wird jedes der flexiblen Teile 17 präzise horizontal in bezug auf die jeweiligen Seiten 34 des Rahmens 33 ausgerichtet. Die mit Schaltkreisen versehenen Teile 17 werden anschließend an den jeweiligen Seiten 34 befestigt, und zwar vorzugsweise unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffs. Die oben beschriebenen Gruppen von Befestigungsstiften werden daraufhin entfernt, und das Ergebnis ist das endgültige Rahmensubstrat 16. Die beschriebenen nach oben gerichteten Stifte 53 des Halterungselements 51 laufen durch die Öffnungen in den Ecken des Rahmens, wenn die Halterung 51 am Substrat 13 befestigt wird. Da die Öffnungen 57 im Substrat 13 in bezug auf die einzelnen Muster der Leiter auf dem Substrat 13 ebenfalls präzise ausgerichtet werden, wird die oben beschriebene Anordnung (und insbesondere die einzelnen Kontakte davon) präzise ausgerichtet, sobald die Klammerbefestigung des Elements 51 stattfindet.
In den Figuren 10 und 11 werden bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Druckeinwirkungselemente 21 dargestellt, die im Aufbau 10 verwendet werden können. Wie an späterer Stelle noch beschrieben werden wird, stellt das in Figur 11 dargestellte Ausführungsbeispiel gegenüber dem in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel das bevorzugte Ausführungsbeispiel dar. Beide Ausführungen sind jedoch ohne weiteres in der Lage, einen vordef inierten Druck (eine Kraft) auf das zweite Substrat 16 der vorliegenden Erfindung auszuüben, um so die erforderlichen wirksamen und zuverlässigen Verbindungen herzustellen. Das Druckeinwirkungselement 21, das in den Figuren 10 und 11 abgebildet ist, umfaßt ein zweischichtiges elastomerisches Element 70 mit einer ersten Schicht 74 und einer danebenliegenden zweiten Schicht 76. (Siehe auch Figuren 8 und 9.) Das elastomerische Element 70 besitzt vorzugsweise einen integralen Aufbau und wird daher in einem einzigen Guß in der gewünschten Konfiguration (siehe unten) hergestellt.
Die Auswahl eines geeigneten elastomerischen Materials für die komprimierbaren Druckeinwirkungselemente der vorliegenden Erfindung ist Voraussetzung für die Erzielung der gewünschten Ergebnisse einer langfristigen Widerstandsfähigkeit, einer relativ niedrigen Druckeinwirkung (gemäß Definition im vorliegenden Dokument) und einer Funktionsfähigkeit bei relativ hohen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten. Ein bevorzugtes Material, das zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ausgewählt wird, ist ein Polysiloxangummi mit niedriger Kompression, der von der Firma DOW Corning Corporation vertrieben und unter dem Namen Silastic LCS-745U (Silastic ist ein eingetragenes Warenzeichen der Dow Corning Corporation) verkauft wird. Dieses saubere Niedrigmodulelastomer weist eine siebzig- bis achtzigprozentige Widerstandsfähigkeit gegen Restkompressionsbelastungen auf, wenn das Material über einen längeren Zeitraum hinweg bei erhöhter Temperatur (beispielsweise 100 Grad Celsius) mit konstanter Druckeinwirkung belastet wird.
Der oben angeführte Silikongummi ist erhältlich bei der Firma Dow Corning Corporation. Nachdem. diese Teile vulkanisiert werden, können sie in einem Temperaturbereich von etwa -73 Grad Celsius bis +250 Grad Celsius bearbeitet werden und besitzen dann die gewünschten Eigenschaften einer guten Wärmebeständigkeit, einer niedrigen Kompressionsrate und einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen heiße Öle, Wasser und Dampf. Der beschriebene Silikongummi besitzt, wenn er gegossen wird, eine Durometer-Härte (Shore A) von 52, eine Zugfestigkeit von etwa 830 Pfund pro Quadratzoll und eine Dehnung von etwa 260 Prozent.
Die erste Schicht 74 des Elements 70 besitzt vorzugsweise eine feste Konfiguration und umfaßt eine Mehrzahl an Öffnungen 75, die darin in einem vorbestimmten Muster verteilt sind (siehe dazu insbesondere Figur 12). Diese Öffnungen werden aus den nachfolgend aufgeführten Gründen als wichtig erachtet. Jede Öffnung 75 weist vorzugsweise eine im wesentlichen zylinderförmige Konfiguration auf und erstreckt sich durch die gesamte Dicke ("T10" in Figur 8). Die Abmessung "T10" gibt die ursprüngliche Dicke der ersten Schicht 74 vor der vollständigen Kompression des elastomerischen Elements 70 an, um so die gewünschten Verbindungen zwischen entsprechenden Kontaktbereichen 19 und Leitern 15 zu erzielen. Wie man weiterhin in Figur 12 sehen kann, belegen diese Öffnungen 75 ein im wesentlichen rechtwinkliges Muster und waren in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Abstand (zwischen etwa 1,73 mm und etwa 1,88 mm) zueinander (Abmessung "OS" in Figur 12) angeordnet. Jede zylinderförmige Öffnung besaß ihrerseits einen Innendurchmesser von nur etwa 762 µm.
Es wird darauf hingewiesen, daß Öffnungen dieser Konfiguration und dieses Musters vorzugsweise in beiden Ausführungsbeispielen des elastomerischen Elements 70 verwendet werden, wie sie in den Figuren 10 und 11 dargestellt sind. Die oben angeführten Abstände werden in beiden Ausführungsbeispielen ebenfalls bevorzugt verwendet.
Im Ausführungsbeispiel von Figur 10 umfaßt die zweite Schicht 76 für Element 70 eine Mehrzahl nach oben gerichteter Überstände 77, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, wobei dieses Muster im wesentlichen mit dem für den betreffenden Kontaktbereich 19, der sich auf dem entsprechenden mit Schaltkreisen versehenen Teil 17 des flexiblen Substrats 16 befindet, identisch ist und der vom entsprechenden elastomerischen Element 70 aufgenommen wird. In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wurden insgesamt 48 und 87 Überstände 77 pro einzelnem elastomerischem Element verwendet, um eine Ausrichtung auf eine ähnliche Anzahl an Kontakten 19 auf dem aufgenommenen flexiblen Substrat zu erzielen. Somit können unter Einsatz von vier solchen elastomerischen Elementen und dazugehörigen flexiblen Schaltungen insgesamt etwa 190 bis etwa 350 solcher Überstände 77 in einem Aufbau 10 verwendet werden. Eine bevorzugte Anzahl wäre etwa 270. Vorzugsweise wird für das Ausführungsbeispiel von Figur 11 eine ähnlich hohe Anzahl solcher Überstände verwendet
Verständlicherweise nehmen die beschriebenen Überstände 77 die entsprechenden Kontakte 19 nicht physikalisch auf, sondern nehmen stattdessen die Rückfläche des Dielektrikums (beispielsweise Polyimid) des flexiblen Substrats auf. Diese Überstände richten sich einzeln auf die entsprechenden Kontakte aus, die sich im definierten Muster der gegenüberliegenden Fläche befinden, um genau die Druckeinwirkung zu erzielen, die in diesem Dokument beschrieben wird. Von weiterer Bedeutung ist die Tatsache, daß die vorliegende Erfindung in der Lage ist, eine solche Druckeinwirkung auch dann durchzuführen, wenn es eine leichte Verschiebung zwischen diesen Überständen und den entsprechenden Leitern gibt.
Im obigen Beispiel lag der Druck, der durch ein einzelnes elastomerisches Element 21 bereitgestellt wurde, im Bereich zwischen etwa 0,690 KPa und etwa 344,7 KPa; diese Druckkraft wurde als ausreichend erachtet, um angemessene und zuverlässige Verbindungen herzustellen. Als weitere Komponente der vorliegenden Anwendung wird es als wichtig erachtet, daß jeder der nach oben gerichteten Überstände 77 während der Einwirkung der definierten Druckkraft von etwa 15 auf etwa 35 Prozent der ursprünglichen unbelasteten Höhe (Dicke) komprimiert wird. (Im Idealfall wird eine Kompression von 25 Prozent erzielt.) Eine solche unbelastete Höhe (Dicke) wird durch die Abmessung "T20" in Figur 8 dargestellt. Die erste und zweite Schicht, 74 und 76, werden bei der endgültigen Komprimierung um den obigen Prozentsatz komprimiert (um etwa 15 bis 35 Prozent der ursprünglichen unbelasteten Höhe). Die komprimierten Dicken sind in Figur 9 durch die Abmessungen "T1C" bzw. "T2C" dargestellt. Wie außerdem aus Figur 9 ersichtlich ist, wird jeder der komprimierbaren nach oben gerichteten Überstände und die dazugehörige komprimierbare erste Schicht von einer ursprünglichen Dicke "TO" (Figur 8) auf eine Gesamtdicke komprimiert, die in Figur 9 durch die Abmessung "TC" dargestellt wird.
Die entscheidende Tatsache ist, daß diese doppelte Kompression ohne Verkrümmung oder andere unerwünschte Verformung des elastomerischen Elements erreicht wird, wodurch die in diesem Dokument angegebenen erforderlichen Druckeinwirkungen gewährleistet sind. Diese einzigartige Fähigkeit wird teilweise durch die oben genannten Öffnungen 75 gewährleistet, die während der Kompression ebenfalls in der in Figur 9 angegebenen Weise komprimiert werden. Das heißt, das nach außen expandierende Elastomer für die erste Schicht 74 verlängert sich innerhalb der danebenliegenden Aufnahmeöffnungen 75 und stellen so eine vertikale Integrität jeder Schicht innerhalb des elastomerischen Kompositmaterials sicher.
In dem in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jeder nach oben gerichtete Überstand 77 vorzugsweise eine im wesentlichen kastenförmige Konfiguration (also mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt sowohl in der Vorderansicht als auch im Grundriß). In dem in Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jeder nach oben gerichtete Überstand 77 eine im wesentlichen zylinderförmige Konfiguration, wobei in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Außendurchmesser von etwa 1,19 mm vorhanden ist. Bei einem Vergleich mit Figur 12 (Figur 12 bezieht sich auf die Ausführung des Elements 70 gemäß Darstellung in Figur 11) ist das spezifische Muster für diese zylindrischen Überstände 77 in bezug auf die danebenliegenden Öffnungen 75 und die entsprechenden Kontakte 19 ersichtlich. Figur 12 ist eine Ansicht, die einem Auf schnitt entlang der Linie 12-12 in Figur 8 entspricht. Diese Überstände und die danebenliegenden Öffnungen, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Kontakts 19 befinden (gegenüber dem Substrat 27), sind somit verborgen und werden durch gestrichelte Linien dargestellt. Wie weiterhin aus der Darstellung in Figur 12 hervorgeht, wird der Mitte-zu-Mitte- Abstand zwischen den zylindrischen Überständen 77, die sich auf den direkt gegenüberliegenden Seiten der aufnehmenden Öffnung 75 befinden, durch die Abmessung "PS" dargestellt. In einem der Beispiele betrug der Abstand zwischen 2,49 mm und 2,59 mm. Der entsprechende Diagonalabstand, der in dem in Figur 12 dargestellten Muster zwischen den unmittelbar nebeneinanderliegenden zylindrischen Überständen 77 in Figur 12 durch die Abmessung "DS" dargestellt ist, lag in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Bereich zwischen etwa 1,65 mm und etwa 1,91 mm. Wenn Überstände gemäß den in diesem Dokument beschriebenen Mustern und Abstände gemäß den in diesem Dokument definierten Abmessungen verwendet werden, ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, zwischen Leiterbereichen mit ähnlichen Mustern, die das betreffende Substrat in einer Dichte von etwa 200 je 645 Quadratmillimeter belegen, geeignete Anschlußverbindungen bereitzustellen. Dichtere Muster (beispielsweise 400 je 645 Quadratmillimeter) lassen sich unter Befolgung der vorliegenden Beschreibung erreichen. Diese extrem hohe Dichte für solche Leiter ist natürlich in Anwendungen der Mikroelektronik und in ähnlichen Schaltungen, in denen sich die vorliegende Erfindung anwenden läßt, sehr wünschenswert. Wie bereits dargelegt wurde, sind solche Schaltungen insbesondere im Bereich der Informationsverarbeitung (Computer) sehr nützlich.
Insbesondere im Hinblick auf Figur 12 ist ersichtlich, daß jeder dieser Kontakte 19 (sowie in diesem Zusammenhang auch die Leiter 15) eine im wesentlichen rechtwinklige Konfiguration besitzt. Das heißt, jeder Kontakt 19 ist eine im wesentlichen rechtwinklige metallische Fläche mit den oben angegebenen Dicken. Diese Flächen befinden sich auf den entsprechenden Substraten der dargestellten Muster und sind relativ zueinander in den oben angeführten Mitte-zu-Mitte- Abständen angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, daß auch andere Konfigurationen für diese Flächen, beispielsweise zylinderförmige, ohne weiteres möglich sind. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Beschreibung wird eine Verwendung von rechtwinkligen Flächen in Kombination mit zylinderförmigen Überständen bevorzugt, um eine maximale Druckeinwirkung auf jeden Leiter sicherzustellen, sobald der Aufbau 10 im endgültigen Zustand (komprimiert) ist.
Um zu gewährleisten, daß die Flexibilitätserscheinungen jeder der Schichten 74 und 76 im gewünschten Bereich liegen, wie dies oben angeführt wurde, muß die Dicke jeder Schicht umgekehrt proportional zur "Federkonstante" jeder Schicht sein. Per definitionem ist die Federkonstante pro Schicht die Kraft, die benötigt wird, um jede Schicht um eine bestimmte Strecke zu komprimieren. Durch die Verwendung einer doppelschichtigen Struktur gemäß Beschreibung im vorliegenden Dokument kann eine Verformung der endgültigen Struktur im wesentlichen vermieden werden. Insbesondere erhöht die im wesentlichen starre untere Schicht 74, die das definierte Muster von Öffnungen enthält, die bezüglich der danebenliegenden nach oben gerichteten Überstände auf die danebenl legende erste Schicht ausgerichtet sind, die Verformungsbelastung der unteren Schicht und ermöglicht die Verwendung kürzerer in die Höhe ragender Überstände, wodurch eine stabilere Gesamtstruktur erzielt wird. Die Verwendung einer solchen integralen mit Öffnungen versehenen Schicht für die Schicht, die die flexible Schaltung aufnimmt, ist nicht wesentlich, da die Druckeinwirkung nur dort erforderlich ist, wo einzelne Kontaktpaare mit einander verbunden werden sollen. Da die gesamte Druckeinwirkung auf den Aufbau die Kompressionsbelastung des Elastomers an der Schnittstelle zwischen Elastomer und flexibler Schaltung multipliziert mit dem Schnittstellenkontaktbereich ist, sind überflüssige Kontaktbereiche unerwünscht. Aus diesem Grund werden zylinderförmige Überstände gegenüber den im wesentlichen kastenförmigen Konfigurationen bevorzugt, da erstere Konfigurationen unter Verwendung der in diesem Dokument angeführten Abmessung eine um ungefähr zwanzig Prozent geringere Kontaktf läche aufweisen als rechtwinklige (kastenförmige) Überstände mit denselben Außenabmessungen (Breite). Weitere Gründe, die für die Verwendung zylinderförmiger Überstände sprechen, sind der einfache Gußaufbau, die einfache Gußtechnik, eine Reduzierung der Belastungsgradienten aufgrund der Ecken sowie die Tatsache, daß die Ecken rechtwinkliger Überstände die Aufnahmemöglichkeit zwischen den Überständen verbessern. Dies wird bei zylinderförmigen Überständen weitgehend vermieden.
Unabhängig davon, ob rechtwinklige (kastenförmige) oder zylinderförmige Überstände verwendet werden, besitzen die in diesem Dokument beschriebenen elastomerischen Elemente die Fähigkeit, sich Flächenunebenheiten auf den betreffenden Komponenten, die zusamengefügt werden, anzupassen, so daß auch tieferliegende Stellen einer ausreichend hohen Druckeinwirkung ausgesetzt sind, was einen zuverlässigen Kontaktdruck gewährleistet. Dazu ist es erforderlich, daß ein Elastomer eine relativ niedrige Federkonstante aufweist, so daß lediglich eine Kompression um wenige Prozent erforderlich ist, um Flächenunebenheiten in nebeneinanderliegenden Flächen auszugleichen. Die Gesamtabweichung (also 25 Prozent) gewährleistet daher im allgemeinen einen über den Bereich einheitlich verteilten Kontaktdruck.
In diesem Dokument wurde ein elektrischer Aufbau beschrieben und dargestellt, in dem eine flexible Schaltung entfembar an einem mit Schaltkreisen versehenen Substrat wie beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte angebracht ist, so daß eine einfachere Reparatur und/oder ein einfacherer Austausch der verschiedenen Elemente des Aufbaus möglich ist. Insbesondere ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, gleichzeitig ein Mittel bereitzustellen, mit dem hochdichte Bereiche aus einzelnen elektrischen Kontakten (und Leitern) während der Funktion präzise aufeinander ausgerichtet und abgestimmt werden können, wodurch geringere Abmessungen möglich sind, die im heutigen Design von solchen Aufbauten sehr wichtig sind. Solche Anschlußverbindungen werden durch die Verwendung einer speziell entwickelten elastomerischen Struktur verbessert, die in jeder beliebigen Kontakt/Leiter-Kombination den erforderlichen Kontaktdruck gewährleistet.

Claims

1. Ein elektrischer Aufbau (10), bestehend aus:

ein erstes mit Schaltkreisen versehenes Substrat (13) mit einer Mehrzahl elektrischer Leiter (15), die auf einer Oberfläche des Substrats in einem festgelegten Muster angeordnet sind;

eine Rahmeneinheit (33), die in bezug auf das genannte festgelegte Muster der genannten Leiter präzise auf das genannte erste mit Schaltkreisen versehene Substrat (13) ausgerichtet und entfernbar ist;

eine Halbleitereinrichtung (37)

ein zweites mit Schaltkreisen versehenes Substrat (16) mit einem gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teil (39) und einer Mehrzahl einzelner Schaltkreisteile (17), die elektrisch und mechanisch mit den genannten gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teilen (39) verbunden sind, wobei die einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile (17) elektrische Kontakte (19) besitzen, die entsprechend dem Muster der genannten elektrischen Leiter (15) angeordnet sind, so daß diese genau aufeinander liegen;

und ein Druckausübungsmittel (21), das über das zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat (13) auf das genannte erste mit Schaltkreisen versehene Substrat (16) einen festgelegten Druck ausübt,

dadurch charakterisiert, daß

die Halbleitereinrichtung an das genannte erste mit Schaltkreisen versehene Substrat (13) elektrisch gekoppelt ist;

das Druckausübungsmittel (21) eine Mehrzahl an Druckausübungsteilen umfaßt, die einzeln den genannten festgelegten Druck auf die genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile (17) ausüben, so daß die genannten elektrischen Kontakte (19), die in den genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teilen (17) vorhanden sind, genau auf die entsprechenden elektrischen Leiter (15) des genannten festgelegten Musters des genannten ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrats (13) ausgerichtet werden,

Mittel (50) zur Halterung der genannten Mehrzahl an Druckausübungsteilen an den genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teilen vorhanden sind, so daß die genannten Druckausübungsteile auf die genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile (17) den genannten Druck ausüben;

der genannte gemeinsame mit Schaltkreisen versehenen Teil (39) aufgehängt ist und separat von der genannten Mehrzahl einzelner mit Schaltkreisen versehener Teile gehalten wird, um eine Wärmeausdehnung zu ermöglichen, indem die genannte Halbleitereinrichtung fest positioniert auf dem genannten gemeinsamen mit Schaltkreisen versehenen Teil gehalten wird und daran elektrisch angeschlossen ist, wobei die genannte Halbleitereinrichtung (37) über das genannte zweite mit Schaltkreisen versehenen Substrat (16) an das genannte erste mit Schaltkreisen versehenen Substrat (13) gekoppelt ist.

2. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 1, wobei das genannte erste mit Schaltkreisen versehene Substrat eine gedruckte Leiterplatte (23) umfaßt.

3. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das genannte zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat einen flexiblen Schaltkreis (27) umfaßt.

4. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei jeder der genannten elektrischen Kontakte des genannten zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats eine Metallkontaktstelle (19) umfaßt.

5. Der elektrische Aufbau gemäß allen bisherigen Ansprüchen, wobei jedes der genannten Druckausübungsteile (21) des genannten Druckausübungsmittels ein doppelschichtiges elastomerisches Element mit einer ersten Schicht (34), die eine Mehrzahl an Öffnungen (75) enthält, die in einem festgelegten Muster angeordnet sind, und mit einer zweiten Schicht (76) neben der genannten ersten Schicht umfaßt und eine Mehrzahl vorstehender Elemente (77) enthält, die bezüglich der genannten Muster der Öffnungen in der genannten ersten Schicht in einem festgelegten Muster angeordnet sind, und wobei jedes der vorstehenden Elemente so angeordnet ist, daß eine Ausrichtung auf einen entsprechenden der genannten elektrischen Kontakte des genannten zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats vorhanden ist und daß das genannte zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat so eingesetzt werden kann, daß darauf der genannte festgelegte Druck ausgeübt werden kann.

6. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 5, wobei einzelne der genannten Öffnungen in der genannten ersten Schicht des genannten doppelschichtigen elastomerischen Elements sich in den genannten ersten Schichten befinden, die sich im wesentlichen jeweils neben einem der genannten vorstehenden Elemente und im wesentlichen zwischen dem genannten jeweiligen vorstehenden Element und einem danebenliegenden zweiten vorstehenden Element befinden.

7. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 6, wobei jede der genannten einzelnen Öffnungen im wesentlichen eine zylindrische Form aufweist.

8. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 7, wobei jedes der genannten vorstehenden Elemente im wesentlichen eine Quaderform oder im wesentlichen eine Zylinderform besitzt.

9. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 5, wobei der genannte festgelegte Druck, der von jedem der genannten vorstehenden Elemente ausgeübt wird, im Bereich zwischen etwa 0,690 KPa und etwa 344,7 KPa liegt.

10. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 9, wobei die genannte erste und zweite Schicht der genannten elastomerischen Elemente während der genannten Ausübung des genannten festgelegten Drucks je etwa fünfzehn bis dreißig Prozent gegenüber der ursprünglichen, nicht gedrückten Höhe zusammengedrückt werden.

11. Der elektrische Aufbau gemäß allen vorherigen Ansprüchen, wobei jedes der genannten doppelschichtigen elastomerischen Elemente aus Silikongummi besteht.

12. Der elektrische Aufbau gemäß allen vorherigen Ansprüchen, wobei die genannte Rahmeneinheit (33) eine Mehrzahl an Seitenteilen (34) und einen im wesentlichen zentral angeordneten offenen Teil (35) umfaßt, wobei jeder der genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile des genannten zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats (16) fest an einem der genannten Seitenteile (39) angebracht ist und wobei der genannte gemeinsame mit Schaltkreisen versehene Teil des genannten zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats sich im wesentlichen innerhalb des genannten offenen Teils befindet.

13. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 12, wobei jeder der genannten Seitenteile der genannten Rahmeneinheit einen Schlitz enthält und wobei jedes der genannten Druckausübungsmittel sich im wesentlichen innerhalb eines bestimmten der genannten Schlitze befindet.

14. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 12, wobei die genannte Rahmeneinheit darin eine Mehrzahl ausgerichteter Öffnungen (71, 73) umfaßt, wobei jedes der genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile in bezug auf die genannten Ausrichtungsöffnungen auf den genannten entsprechenden Seitenteil der genannten Rahmeneinheit ausgerichtet und daran fest angebracht ist.

. 15. Der elektrische Aufbau gemäß allen bisherigen Ansprüchen, wobei das genannte zweite mit Schaltkreisen versehene Substrat (16) ein dielektrisches Element mit einer Mehrzahl an Schaltkreisleitungen (41) umfaßt, wobei der genannte gemeinsame mit Schaltkreisen versehene Teil (39) elektrisch und mechanisch an die genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile nur über die geannten Schaltkreisleitungen angeschlossen ist.

16. Der elektrische Aufbau gemäß allen bisherigen Ansprüchen, wobei das genannte Mittel (50) zur Halterung der genannten Druckausübungsmittel (21) an den genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teilen (17) des genannten zweiten mit Schaltkreisen versehenen Substrats ein Halterungselement mit einer Mehrzahl vorstehender Elemente umfaßt, wobei das genannte erste mit Schaltkreisen versehene Substrat eine Mehrzahl an Öffnungen (71) umfaßt, wobei die genannten vorstehenden Elemente auf entsprechende der genannten Öffnungen ausgerichtet sind und durch diese Öffnungen hindurchragen.

17. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 16, wobei die genannte Rahmeneinheit eine Mehrzahl von Ausrichtungsöffnungen (73) umfaßt, wobei die genannten einzelnen mit Schaltkreisen versehenen Teile auf die genannten entsprechenden Seitenteile bezüglich der genannten Ausrichtungsöffnungen ausgerichtet und daran fest angebracht sind.

18. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 17, wobei die genannte Rahmeneinheit weiterhin eine Mehrzahl an Ausrichtungsöffnungen (55) umfaßt, wobei jedes der genannten vorstehenden Elemente während der genannten Halterung der genannten Druckausübungsmittel ebenfalls durch eine entsprechende der genannten Ausrichtungsöffnungen der genannten Rahmeneinheit ragt.

19. Der elektrische Aufbau gemäß den Ansprüchen 16 bis 18, der weiterhin ein Klammempaar (67) umfaßt, wobei jede der genannten Klammern an einem entsprechenden Paar der genannten vorstehenden Elemente befestigt ist, die durch die genannten Öffnungen im genannten ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrat ragen, um so das genannte Halterungselement am genannten ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrat zu befestigen.

20. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 19, wobei jede der genannten Klammern an einem entsprechenden der genannten Paare vorstehender Elemente befestigt ist.

21. Der elektrische Aufbau gemäß Anspruch 19, des weiteren bestehend aus einem Versteifungsglied (61), das am genannten ersten mit Schaltkreisen versehenen Substrat angebracht ist und während der genannten Befestigung der genannten vorstehenden Elemente von den genannten Klammern befestigt wird, wobei das genannte Versteifungsglied während der genannten Halterung für das genannte erste mit Schaltkreisen versehene Substrat Stabilisierung bietet, so daß im wesentlichen eine Verbiegung vermieden wird.

22. Der elektrische Aufbau gemäß allen bisherigen Ansprüchen, des weiteren bestehend aus einer Halterungsplatte (45), die sich auf der genannten Halterungseinrichtung befindet, wobei die genannten Druckausübungsmittel in einem festgelegten Ausrichtungsmuster auf der genannten Halterungsplatte positioniert sind.