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Die
vorliegende Erfindung betrifft Zwischenstücke, die dazu bestimmt sind,
zwischen einem Mikroelektronik-Gehäuse mit an seiner Unterseite
verteilten Kontakten und einer gedruckten Schaltung eingesetzt zu
werden.
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Solche
Zwischenstücke
ermöglichen
die Montage großer
Mikroelektronik-Gehäuse,
die Kontakte an ihrer gesamten Unterseite und nicht nur an ihrer
Peripherie an Platinen mit gedruckten Schaltungen aufweisen, ohne
ein Zusammenfügen
durch Löten,
Schweißen
oder Kleben, wodurch die Montage und Demontage erschwert wird, zu
benötigen.
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Es
wurden bereits Zwischenstücke
hergestellt, die dazu bestimmt sind, diese Funktion zu erfüllen, doch
sie weisen Nachteile oder Einschränkungen auf. Es wurden zum
Beispiel Zwischenstücke vorgeschlagen,
die durch eine Nichtleiter-Folie
gebildet werden, in der Löcher
eingelassen sind, die jeweils ein Knäuel aus vergoldetem Molybdän-Draht aufnehmen
und die nach demselben Netz wie die Kontakte am Gehäuse verteilt
sind. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Knäuel nur sehr
leicht zusammengedrückt
werden können.
Somit sind bestimmte elektrische Verbindungen fehlerhaft, wenn das
Gehäuse
oder die Platine Ebenheitsfehler aufweist, was häufig der Fall ist. Es wurden ebenfalls
Zwischenstücke
vorgeschlagen, die Kontakte aus leitendem Elastomer verwenden. Es
gibt jedoch Zweifel hinsichtlich der langfristigen Eigenschaften
dieser Zwischenstücke,
insbesondere bei Raumfahrtanwendungen, bei denen das Zwischenstück Strahlungen
ausgesetzt ist.
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Es
ist ebenfalls (
WO-9708781 )
ein elektrischer Kontakt mit geringer Selbstinduktivität bekannt, der
eine Pinzettenform, geschnitten aus einer Metallfolie aufweist,
deren Arme durch Ecken enden, die dazu bestimmt sind, miteinander
in Kontakt zu treten. Die seitlichen Flächen bilden „major
faces". Jeder Kontakt
wird einfach in einer Öffnung
gehalten, aus der er herausspringen kann.
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Die
Erfindung soll insbesondere ein Zwischenstück liefern, das besser als
die bereits vorgeschlagenen den praktischen Anforderungen gerecht wird,
insbesondere da es in der Lage ist, große Ebenheitsfehler zu tolerieren,
und in einer sehr geringen Dicke, unter zwei Millimetern, hergestellt
werden kann.
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Mit
diesem Ziel schlägt
die Erfindung insbesondere ein Zwischenstück zur Verbindung zwischen einem
Mikroelektronik-Gehäuse mit
an seiner Unterseite verteilten Kontakten und einer gedruckten Schaltung
entsprechend Anspruch 1 vor.
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Das
Zwischenstück
ist mit Mikroelektronik-Gehäusen
sehr unterschiedlicher Typen verwendbar, die mehrere hundert Kontakte
tragen können.
Diese Gehäuse
können
insbesondere Module mit mehreren Chips, Gehäuse mit einem Chip oder Hybrideinheiten
mit mehreren Zentimetern Seitenlänge
sein.
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Oft
weisen die Löcher
eine rechteckige Form mit einer Länge von mindestens der fünffachen
Breite und einer Breite, die gerade zum Einführen des Plättchens ausreicht, auf. Um
die elektrische Verbindung zu verbessern und ihre Stelle genau erkennen
zu können,
kann jedes Endteil eines Kontaktplättchens eine Verdickung oder
eine Nocke zum Abstützen
auf einem Kontakt oder einem Streifen aufweisen. Jedes Loch weist
in diesem Fall im Allgemeinen eine Einbuchtung auf, deren Form der
der Nocke entspricht, die dazu bestimmt ist, das Einführen dieser
zu ermöglichen.
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In
einer Ausführungsvariante
besteht die Nichtleiter-Platte aus einer Basis und einem Deckel, die
Zentrierzungen mit einer größeren Breite
als der der Plättchen
einschließen,
die jeweils zwischen den Armen eines Plättchens platziert sind.
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Jede
Zunge kann zwei seitliche Zähne
besitzen, die das Plättchen
von den seitlichen Kanten des entsprechenden Lochs entfernt halten.
Die beiden Arme des Plättchens
können
an der Zentrierzunge befestigt sein. In beiden Fällen besitzen die Löcher der
Platte eine ausreichende Länge,
um das bereits gebogene Plättchen
hindurchzulassen. Das Material, aus dem die Platte besteht, hängt von
der angestrebten Anwendung und auch von der Form der vorgesehenen
Löcher
ab. Es lassen sich insbesondere Glas-Expoxid- und Glas-Polyamid-Verbundstoffe
und Formharze wie die unter den Markenbezeichnungen „Macrolon" und „Ryton" bekannten verwenden.
Löcher
mit rechteckiger Form können
dort mit Lasern oder mithilfe eines Wasserstrahls mit sehr hohem Druck
eingelassen werden. Wenn jedoch eine gute Kühlung des Gehäuses wichtig
ist, kann ein gut Wärme
leitender Nichtleiter wie Aluminiumnitrid verwendet werden.
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Das
Zwischenstück
kann so hergestellt werden, dass es zusammengedrückt nur eine sehr geringe Dicke,
von ca. 0,7 mm, aufweist. Die Kontaktplättchen können eine Breite von weniger
als einem Millimeter und eine Armlänge von ca. 4 mm besitzen,
wodurch es möglich
ist, sie in Längsrichtung
in einem Abstand von ca. 5 mm und in Querrichtung in einem Abstand
von ca. 1,9 mm anzuordnen.
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Die
Erfindung schlägt
ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenstücks der
oben definierten Art entsprechend Anspruch 11 vor.
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Das
Biegen muss unter solchen Bedingungen erfolgen, dass der Vorsprung
der Nocken in Ruheposition ausreichend ist, um Ebenheitsfehler des Gehäuses oder
der Platine mit der gedruckten Schaltung zu tolerieren. In der Praxis
kann ohne Schwierigkeiten eine solche Biegung vorgesehen werden, dass
Abweichungen von mehr als 0,5 mm vor dem Endanschlag tolerierbar
sind.
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Die
oben angeführten
und weitere Eigenschaften werden durch die nachfolgende Beschreibung
einer besonderen Ausführungsweise
der Erfindung, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben wird,
besser verdeutlicht. Die Ausführungsweisen
der 6–16 zeigen
Zwischenstücke,
die nicht durch die Erfindung abgedeckt sind. Die Beschreibung bezieht
sich auf die beigefügten
Zeichnungen, unter denen:
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1 schematisch
ein Zwischenstück
zeigt, das zwischen einem Mikroelektronik-Gehäuse und einem durch eine Platine
mit einer gedruckten Schaltung gebildetem Substrat platziert ist;
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2 ein
Grundschaltbild ist, das die Anordnung eines Kontaktplättchens
zwischen einer Platine mit einer gedruckten Schaltung und einem
Mikroelektronik-Gehäuse
zeigt;
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3 eine
mögliche
Anordnung der Löcher des
Zwischenstücks
zeigt;
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4 eine
Detailansicht einer möglichen Plättchenform
ist;
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5 eine
Schnittansicht nach der Linie V-V von 4 ist;
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6 eine
Schnittansicht in großem
Maßstab
ist, die eine Ausführungsvariante
zeigt;
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7 eine
Schnittansicht nach der Linie VII-VII von 6 ist;
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8 eine
Perspektivansicht ist, die ein Plättchen und eine Zunge eines
Zwischenstücks
der in den 6 und 7 dargestellten
Art zeigt;
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9 ähnlich wie 8,
eine Ausführungsvariante
zeigt;
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10 ähnlich wie 6,
die Montage eines Kontaktplättchens
des in 9 gezeigten Typs in einer Platte mit Längsfixierung
zeigt;
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11 eine
Querschnittansicht eines Kontaktplättchen ist, die eine mögliche Art
des Zurückhaltens
des Kontaktplättchens
in einer Platte 16 aus zwei Teilen zeigt;
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12 ein
Kontaktplättchen
nach einer weiteren Ausführungsvariante
zeigt;
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13 eine
Perspektivansicht ist, die einen Teil einer Plattenbasis zeigt,
die in der Lage ist, Kontaktplättchen
der in 12 gezeigten Art aufzunehmen;
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14 eine
Detailansicht im Schnitt ist, die ein mögliches Zusammenwirken zwischen
einem Zwischenstück
nach der Erfindung und einem dicken Zwischenglied zeigt;
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15 ähnlich wie 2,
eine Ausführungsvariante
zeigt; und
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16 eine
Endansicht eines Stabs zur Aufnahme von Kontaktplättchen nach 15 ist.
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Ein
Zwischenstück
nach der Erfindung, oft als Zwischenglied bezeichnet, ist dazu bestimmt, elektrische
Verbindungen zwischen zwei annähernd ebenen
Flächen,
die mit gegenüber
liegenden Kontakten versehen sind, durch einfachen Druck herzustellen.
Durch solche per Druck hergestellten elektrischen Verbindungen können leitende
Löt-, Schweiß- oder
Klebestellen, die ein Trennen der Flächen voneinander erschweren,
vermieden werden. Eine der Flächen
gehört
zu einem Substrat, im Allgemeinen eine Platine mit einer gedruckten
Schaltung, und die andere zu einem Mikroelektronik-Gehäuse. Dieses Gehäuse ist
oft ein Modul mit mehreren Chips, das oft mit der englischen Benennung „multi
chip module" bezeichnet
wird. Das Gehäuse,
das im Allgemeinen aus Keramik besteht (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid,
AlSiC usw.), wird gegen eine Platine mit einer gedruckten Schaltung,
die im Allgemeinen aus mehreren Schichten besteht, gedrückt.
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1 zeigt
eine solche Anordnung. Das Gehäuse 10,
das durch nicht dargestellte Mittel gegen die gedruckte Schaltung 12 gedrückt wird,
wird von der Schaltung 12 durch das Zwischenstück 14 getrennt.
Nicht dargestellte Zentriermittel ermöglichen es, die Position des
Zwischenstücks 14 und
des Gehäuses 10 bezogen
auf die gedruckte Schaltung 12 genau zu fixieren.
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Das
Zwischenstück 14 ermöglicht es,
regelmäßig an der
Unterseite des Gehäuses 10 angeordnete
Kontakte über
Kontaktstreifen der gedruckten Schaltung 12 zu verbinden.
Die Kontakte und die Streifen bestehen aus, im Allgemeinen vergoldeten, Metallbereichen,
die nach demselben Prinzip angeordnet sind.
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2 zeigt
den grundlegenden Aufbau des Zwischenstücks. Es umfasst eine Nichtleiter-Platte 16 aus
einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff mit einer Dicke, die
im Allgemeinen weniger als 1 mm beträgt. In die Platte sind Löcher 18 eingelassen,
die nach demselben Prinzip wie die Kontakte angeordnet sind. Diese
Löcher
besitzen eine rechteckige Form und sind dazu bestimmt, kleine Kontaktplättchen 20, von
denen eines in 2 dargestellt ist, aufzunehmen.
Der die Platte 16 bildende Nichtleiter muss dergestalt
sein, dass er das Bohren von rechteckigen Löchern geringer Größe ermöglicht.
Es können
insbesondere Delrin, Glas-Epoxid, Glas-Polyamid, Formharze wie Macrolon
oder Ryton, die mit einem Laser oder einem Wasserstrahl unter Druck
in nicht kreisförmiger
Form durchbohrt werden können,
verwendet werden. In anderen Fällen,
in denen es wünschenswert
ist, eine hohe Wärmeleitfähigkeit
zu erhalten, können
Nichtleiter wie AlN verwendet werden. Für Raumfahrtanwendungen werden
Materialien mit geringer Vakuumentgasung eingesetzt.
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Das
Plättchen 20 besteht
aus einem gebogenen Bandstück
aus einem gut leitenden elastischen Material. Es kann insbesondere
Berylliumkupfer, geschützt
durch Vernickeln und Vergolden, verwendet werden. Das Plättchen weist
eine gegenüber
seiner Breite deutlich reduzierte Dicke, zum Beispiel fünf bis zehn
Mal geringer, auf.
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Um
die Kontaktbereiche an der großen
Seite des Plättchens
besser ermitteln zu können,
weisen die Endteile des Plättchens
vorteilhafterweise Nocken 22 auf, die durch Stanzen hergestellt
werden können.
Sie bilden Kontaktkörner,
die sich auf dem Modul und der Platine abstützen und beim elastischen Biegen
der Arme des Plättchens,
ohne Klemmgefahr, eine Selbstreinigung vornehmen. Eine Einbuchtung 24 ist
in jedem Loch vorgesehen, um das Korn hindurchzulassen.
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Es
wurde bereits ein Zwischenstück
hergestellt, dessen Platte Löcher
aufweist, die nach einem rechteckigen Netz von 1,905 × 5,08 mm
angeordnet sind, und dessen Plättchen
eine Dicke von 0,1 mm und eine Breite von 0,8 mm besitzen. Ein solches Zwischenstück ist insbesondere
verwendbar, um ein gängiges
Modul mit 300 bis 500 Kontakten zu montieren.
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Die
Erfindung ist in zahlreichen Ausführungsvarianten denkbar.
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In
dem in den 6 und 7 illustrierten Fall
besteht die Nichtleiter-Platte 16 aus einer Basis 26 und
einem Deckel 28. Die in die Basis 26 eingelassenen
Löcher
haben eine Breite, die leicht größer als
die der Kontaktplättchen
ist, und eine solche Länge,
dass die Kontaktplättchen
bereits in V-Form gebogen durch sie hindurchgeführt werden können. Das
Plättchen 20 ist
in den 6 und 7 mit einem freien und einem
maximal zusammengedrückten
Arm, wenn das Zwischenstück
zwischen einem Mikroelektronik-Gehäuse und einer gedruckten Schaltung
platziert ist, dargestellt. Der Deckel besitzt ein Loch mit derselben
Größe. Darüber hinaus
weist jedes Loch der Basis zwei seitliche Schlitze 30 und 32 auf,
die, wenn der Deckel und die Basis zusammengebaut sind, eine Aufnahme
für eine
Zentrierzunge 34 bilden, deren Breite dergestalt ist, dass
sie zwischen dem Deckel und der Basis eingeschlossen ist. Diese
Zunge weist an einem Ende zwei seitliche Zähne 36 auf, die dazu
bestimmt sind, die Biegung des Plättchens 20 einzuschließen und
das Plättchen von
den Rändern
des Lochs entfernt zu halten.
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In
dieser Ausführungsweise
kann jedes Kontaktplättchen
individuell ein- oder ausgebaut werden. Die Größe der Löcher ermöglicht die Herstellung der Basis
und des Deckels durch Formen eines Werkstoffs wie ein nicht leitendes
Thermoplastharz ohne anschließende
Bearbeitung. Die Zunge besteht aus einem nicht leitenden oder leitenden
Werkstoff, sie kann eine Dicke besitzen, die nur 0,2 mm beträgt. Sie wird,
vorübergehend
oder endgültig,
durch einen Klebepunkt an dem Plättchen
für die
Einbauarbeiten fixiert.
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Die
Montage erfolgt nun auf die folgende Weise. Die Kontakt-Zungen-Baugruppen
werden, mithilfe eines Werkzeugs, durch das die Ränder der Platte
gegen die Basis gedrückt
werden, auf der Basis platziert. Nachdem die Basis vollständig bestückt wurde,
wird der Deckel angebracht und fixiert. Die Fixierung kann mithilfe
von Mikroschrauben 38 (7) erfolgen,
die einige der Kontaktplättchen
der Punkte des Netzes ersetzen.
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Diese
Anordnung ermöglicht
die Demontage und den Ersatz eines beschädigten Kontakts.
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Lichtöffnungen
ohne Kontaktplättchen
können
reserviert werden, um die genaue Positionierung des Zwischenstücks an der
integrierten Schaltung und die Beibehaltung dieser Position bei
der Montage zu ermöglichen.
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In
der in 9 gezeigten Ausführungsvariante besteht das
elastische Plättchen
aus mehreren Teilen. Die beiden Arme 20a und 20b bestehen
aus zwei unterschiedlichen Bandstücken, die an einem dritten,
leitenden Bandstück,
das die Zunge 34 bildet, fixiert sind. Diese Zunge kann
breiter und/oder länger als
die Arme 20a und 20b sein. Jede Zunge wird in einer
Platte aus zwei Teilen eingeschlossen und fungiert als Zentriermittel.
Die beiden Arme sind vorgeformt und beidseitig des Zentriermittels
platziert, um durch Elektroschweißen in einem Arbeitsgang fixiert zu
werden.
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Diese
Anordnung ermöglicht
es, eine minimale Dicke, von ca. 0,8 mm, zu erreichen, indem als Zentriermittel
und Arme Bandstücke
aus Berylliumkupfer mit 0,1 mm Dicke und als Zunge ein Stück einer
Glas-Epoxid-Folie mit 150 mm Dicke verwendet werden. Andererseits
ist ein solches Zwischenstück teurer
als die oben beschriebenen. In dem in 10 illustrierten
Fall wird die Zunge durch ihre Längsenden
zurückgehalten.
Im Fall von 11 wird sie hingegen seitlich
zurückgehalten.
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In
der in den 12 und 13 gezeigten Ausführungsvariante
besteht das Kontaktplättchen 20,
wie im Fall der 2 und 6, aus einem
Teil, weist jedoch im Bereich der Biegung zwei seitliche Füße 40 auf,
die es ermöglichen,
das Plättchen
in der Nichtleiter-Platte einzuschließen. In diesem Fall können die
Basis 26 (13) und der Deckel identisch sein
und durch Bearbeiten von kleinen Platten aus einem Nichtleiter hergestellt
werden. Auf 13 sieht man, dass jedes Loch,
das dazu bestimmt ist, ein Plättchen
hindurchzulassen, mit den benachbarten Löchern über zumindest einen Schlitz 42,
der dazu bestimmt ist, die Füße 40 aufzunehmen,
verbunden ist.
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Die
Löcher
und die Schlitze können
durch Formen bearbeitet oder erhalten werden. In dem in 13 illustrierten
Fall ist jedes Loch mit den benachbarten Löchern über zwei Schlitze verbunden, was
eine Montage der Kontaktplättchen
in jeweils entgegen gesetzter Position ermöglicht.
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Die
in 13 gezeigten Arme des Kontaktplättchens
haben eine Breite, die sich von der Wurzel bis zum Ende hin verjüngt, was
unter mechanischem Gesichtspunkt vorteilhaft ist. Sie können in
ruhender Position eine Krümmung
aufweisen, die in 12 durch Strich-Punkt-Linien
angegeben ist, sodass sie in der Position mit maximalem Druck gerade
sind. Die Kontaktplättchen
können
miteinander verbunden in Streifen durch Ätzen eines Berylliumkupfersbandes erhalten
werden. Die so in Streifen gelieferten Kontakte sind flach und ihre
Enden sind über
einen verjüngten
Bereich, von dem ein Rest in 12 mit
dem Bezugszeichen 44 dargestellt ist, mit zwei angrenzenden
Streifen verbunden.
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Die
Füße 40 fungieren
als Scharniere. Darüber
hinaus begrenzen sie, durch ihre flache Form in den Schlitzen, den
winkligen Bewegungsbereich der Kontakte, ohne ihre Mobilität zu behindern.
Die schmale Form der Arme verhindert, dass ihre Ränder sich
mit den Kanten zur Begrenzung der Löcher im Nichtleiter verhaken.
Der Deckel kann Löcher
und Schlitze besitzen, die etwas breiter als die Basis sind, um
ihr Annähern
zu erleichtern.
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Das
Zwischenstück
nach dieser Ausführungsweise
kann ebenfalls eine sehr geringe Dicke besitzen. Die Basis und der
Deckel können
eine Dicke von 0,8 mm besitzen. Die Kontaktplättchen, aus vernickeltem und
vergoldetem Berylliumkupfer, können
in jeweils entgegen gesetzter Position in mit 1,905 mm Abstand angeordneten
Löchern
montiert werden.
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Scharnierbildende
seitliche Zähne,
die auf halber Höhe
des Nichtleiters zurückgehalten
werden, können
ebenso an der Biegung eines Plättchens
wie an einer Zentrierzunge vorgesehen sein.
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Jedes
der der soeben beschriebenen Zwischenstücke kann durch ein dickes Zwischenglied
ergänzt
werden, wenn es zwischen zwei Substraten platziert werden soll,
die verbunden werden müssen, ohne
dass es möglich
ist, sie ausreichend anzunähern,
um ein sehr flaches Zwischenstück
zu verwenden. 14 zeigt ein Zwischenstück nach
der Erfindung zusammen mit einem dicken Zwischenglied 46. Einer
der Arme des Kontaktplättchens 20 ist
nicht direkt gegen eine Platine mit einer gedruckten Schaltung abgestützt. Er
berührt
einen metallischen Tauchkörper 48,
der von der Platine 50 aus Nichtleiter-Werkstoff geführt wird, die durch Parkerschrauben 52 oder
auf andere Weise an der Nichtleiter-Platte 16 fixiert werden
kann.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante,
die in den 15 und 16 gezeigt
wird, weist jedes Plättchen 20 ein
geradliniges Stück
zwischen den beiden Armen, die dazu bestimmt sind, sich auf den zu
verbindenden Elementen abzustützen,
auf. Dieses Stück
wird in einem Spalt der Nichtleiter-Platte eingeschlossen und kann
diesen nicht verlassen. Diese Anordnung ermöglicht die Anwendung einer engeren
Anordnung, mit ineinander verschachtelten Plättchen, wie in 15 angegeben.
Die Platte 16 kann durch Aneinanderreihen und gegenseitiges Verkleben
von Nichtleiter-Stäben 60 gebildet
werden, in die parallele offene Stellen zum Einführen der Plättchen 20 vor dem
Aneinanderreihen eingelassen sind. Die Biegung der Plättchen kann
begrenzt werden, indem den Stäben
ein abgestufter Querschnitt verliehen wird.