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Diese
Anmeldung beansprucht Priorität
nach 35 U. S. C. §119
von der Vorläufigen
Patentanmeldung Nr. 60/112,233, eingereicht am 14. Dezember 1998.
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der elektrischen
Leitungen und Verbinder für
den Eingriff in und die Herstellung einer elektrischen Verbindung
mit Schaltungsplatten, Chips, Chipträgern oder anderen Substraten.
Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine zusammenlegbare
Leitung, die so konstruiert ist, dass sie auf das Substrat befestigt
oder geklemmt wird und das Substrat fest hält, während auch eine elektrische Verbindung
mit dem Substrat hergestellt wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Herkömmliche
Schaltkreisverbinder für
den Eingriff in ein Substrat sind im Stand der Technik wohl bekannt.
Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4,433,892, am 28. Februar
1984 dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung erteilt, eine Leitung
mit einer Klammer zum Befestigen eines ergänzenden Substrats vertikal
an einem Basissubstrat, wobei die Leitung einen Endabschnitt aufweist,
der angepasst ist, um in einem Loch in dem Basissubstrat gehalten und
eingelötet
zu werden. Das US-Patent Nr. 4,697,865, am 6. Oktober 1987 dem vorliegenden Anmelder
erteilt, offenbart ebenfalls eine Klemmleitung zum Befestigen eines
ergänzenden
Substrats an einem Basissubstrat innerhalb eines Lochs, jedoch parallel
zu dem Basissubstrat. Eine ähnliche Anordnung
wird im US-Patent Nr. 4,592,617 dargestellt, das am 3. Juni 1986
dem vorliegenden Anmelder erteilt wurde. Der Inhalt dieser Patente
ist durch Verweis ausdrücklich
hierin aufgenommen.
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Das
US-Patent Nr. 5,334,059 offenbart eine ein Lötmittel tragende Leitung zur
Befestigung an der Oberfläche
eines Substrats. Eine diskrete Menge an Lötmittel wird durch die Leitung
mechanisch fest in einer Stellung gehalten, die eine unmittelbare
Nähe zu der
Substratoberfläche
erlaubt, um die Leitung beim Schmelzen des Lötmittels mit einer elektrischen
und mechanischen Verbindung mit dem Substrat zu verbinden. Der Leitungskörper besitzt
ein Paar Finger, die die Lötmittelmasse
zum Teil umgeben, wobei zwischen den Fingern ein Zwischenraum liegt,
der für
einen ungehinderten Fluss des geschmolzenen Lötmittels zum Substrat sorgt.
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Das
US-Patent Nr. 5,569,056 offenbart eine elektrische Verbindung, die
eine gefaltete Konfiguration eines elastischen Materials und eine
zu lötende oder
hartlötende
Beschichtung aus schmiedbarem Material umfasst, die so angepasst
ist, dass sie geschmolzen wird, um eine elektrische Verbindung sicherzustellen.
Das elastische Material umfasst eine Nut, die das schmiedbare Material
aufnimmt. Das elastische Material ist gefaltet, um eine Klammer
zu bilden, die einen Raum zur Aufnahme einer gedruckten Schaltungsplatte
oder dergleichen definiert. Die Einrichtung umfasst auch einen nicht
klammerartigen Abschnitt in der Form eines Streifens, der Führungs-Positionierungslöcher zum
Einsetzen von elektrischen Kontakten umfasst. Wenn das schmiedbare
Material geschmolzen wird, fließt
es auf Grund der Kapillarwirkung und verfestigt sich, um elektrische
Kontakte zur Befestigung der Klammer an der gedruckten Schaltungsplatte
auszubilden.
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Die
GB 2 280 991 offenbart eine
Klemme zur Befestigung eines Drahts an einer gedruckten Schaltungsplatte.
Die Klemme umfasst jeweils Paare oberer und unterer Drahtklemmelemente,
wobei eines der Paare von Drahtklemmelementen jeweils ein Paar positionshaltender
Zungen aufweist, während das
andere Paar Drahtklemmelemente jeweils ein Paar Laschen aufweist.
Die Klemme ist so konfiguriert, dass sie durch die Drahtklemmelemente
an das streifenförmige
Ende des isolierten Drahtes befestigt und in ein Loch in der gedruckten
Schaltungsplatte eingesetzt werden kann, zu welchem Zeitpunkt die jeweiligen
Paare positionshaltender Zungen und Laschen mit den jeweils gegenüberliegenden
Oberflächen
der gedruckten Schaltungsplatte in Eingriff gelangen.
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Eine
weitere Form einer elektrischen Leitung ist so konstruiert, dass
sie das Einsetzen des Substrats in diese erlaubt (eine Leitung vom
Einsetzungs-Typ).
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Ein
Beispiel einer solchen Leitung ist in 1 dargestellt.
Die Leitung ist mit einer Einführungsöffnung mit
einer geneigten Ebene ausgebildet, um das Einsetzen des Substrats
in die Leitung zu erleichtern. Um die Einführung unterzubringen, muss die
Leitung eine relativ große
Kehlweite T aufweisen (d. h., die Weite der Leitungsöffnung).
Damit das Substrat richtig mit der Leitung in Eingriff gelangt, muss
sie beträchtlich
weit in die Leitung eingesetzt werden.
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Da
jedoch elektrische Bauteile immer kleiner werden, wird auch der
Raum zwischen den Bauteilen immer kleiner. Viele Substrate sind
mit auf ihrer Oberseite montierten Abdeckungen oder Bauteilen ausgebildet,
wobei der Abstand zwischen dem Substratrand und dem Abdeckungsrand
sehr klein ist, typischerweise in der Größenordnung von wenigen Tausendsteln
Millimetern (wenige Tausendstel Inch). Somit ist der verfügbare Abschnitt
des Substrats (d. h., der Abstand zwischen dem Substratrand und
dem Rand der Abdeckung) oft nicht weit genug, damit eine Leitung
vom Einführungstyp
richtig mit dem Substrat in Eingriff gelangen kann. Die Leitung
stößt gegen den
Rand der Abdeckung, bevor sie sicher mit dem Substrat in Eingriff
gelangen kann.
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Dementsprechend
ist es offensichtlich, dass nach wie vor ein Bedarf für eine elektrische
Leitung herrscht, welche vom Einsetzungstyp ist, um einen Abschnitt
eines Substratkörpers
aufzunehmen und mit dem Substrat in Eingriff zu gelangen und dieses sicher
zu halten, um eine elektrische Verbindung mit dem Substrat herzustellen.
Darüber
hinaus besteht ein Bedarf für
eine elektrische Leitung vom Einsetzungstyp, die eine geringe Kehlweite
hat, um Substrate mit kleinen nicht bedeckten Umfangsbereichen unterzubringen.
Die vorliegende Erfindung zielt auf diese Bedürfnisse ab.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein hauptsächliches
Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Leitung vom Einsetzungstyp
zu schaffen, welche so konstruiert ist, dass sie mit Substraten
in Eingriff gelangt, welche einen nur sehr kleinen Bereich für die Verbindung
mit der Leitung aufweisen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Leitung zu schaffen, welche zusammenlegbar ist oder gebogen werden
kann, um mit einem Substrat in Eingriff zu gelangen oder auf diesem
zu klemmen, so dass die Leitung mit einer relativ geringen Kehlweite
gebildet werden kann und dennoch sicher mit dem Substrat in Eingriff
gelangt.
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In
einer illustrativen Ausführungsform
umfasst die elektrische Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung
eine ein Substrat aufnehmende Klammer, welche eine zusammenlegbare
(oder zusammendrückbare)
hintere Platte und eine Vielzahl nach außen ragender, voneinander beabstandeter
Klauen umfasst, welche einen Abstand (oder Zwischenraum) zwischen
einander definieren, wobei der Abstand geringfügig größer ist als die Dicke des Substrats,
mit dem es in Eingriff gelangen soll. Somit kann das Substrat so
in die Klammer eingesetzt werden, dass die Klauen auf beiden Seiten
des Substrats angeordnet sind. Die Klammer wird dann unter Zwang
zusammengedrückt
(in kontrollierter Art und Weise), so dass die Klauen in das Substrat
eingreifen und es von beiden Seiten fest halten. Auf diese Weise
kann die Kehlweite der Leitung relativ klein gehalten werden und
dennoch in ein Substrat eingreifen, sogar in ein solches mit einem
kleinen unbedeckten Umfangsbereich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht einer elektrischen Leitung nach dem Stand der
Technik mit einer relativ weiten Kehle;
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2 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform
einer elektrischen Leitung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht ähnlich der 2 und
zeigt die elektrische Leitung mit darauf appliziertem Lötmittel;
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4 ist
eine Draufsicht eines Werkstücks, welches
fortschreitend gestanzt werden kann, um die in 2 dargestellte
elektrische Leitung zu erzeugen;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren illustrativen Ausführungsform
der elektrischen Leitung der Erfindung;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren illustrativen Ausführungsform
der elektrischen Leitung der Erfindung;
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7 ist
eine Seitenansicht eines Werkstücks,
welches gestanzt werden kann, um die in 6 dargestellte
elektrische Leitung zu formen;
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8 ist
eine Seitenansicht noch einer weiteren illustrativen Ausführungsform
der elektrischen Leitung der Erfindung, wobei sich die Leitung in
einer nicht in Eingriff stehenden Stellung befindet;
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9 ist
eine Seitenansicht der elektrischen Leitung von 8 in
einer in Eingriff gebrachten Stellung;
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10 ist
eine Seitenansicht einer weiteren illustrativen Ausführungsform
der elektrischen Leitung der Erfindung, wobei die Leitung in einer
nicht in Eingriff stehenden Stellung ist; und
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11 ist
eine Seitenansicht der elektrischen Leitung von 10 in
einer in Eingriff gebrachten Stellung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen 2 bis 4 eine
Ausführungsform
einer elektrischen Leitung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische Leitung umfasst eine elektrisch leitfähige hintere
Platte 22 mit einer Längsachse,
und eine Anzahl von elektrisch leitfähigen Greifklauen 24,
welche sich von der hinteren Platte nach außen erstrecken, im Allgemeinen
senkrecht zu der Längsachse
und benachbart zu dem oberen Ende der Platte. Die Platte umfasst
auch eine zweite Gruppe elektrisch leitfähiger Greifklauen 26,
die sich von der hinteren Platte benachbart zu dem unteren Ende der
Platte nach außen
erstrecken. Die Klauen 24 und 26 definieren einen
Abstand 30 zwischen einander. Bevor die Leitung auf das
Substrat aufgekrimpt wird, ist der Abstand geringfügig größer als
die Dicke des Substrats, mit dem der Eingriff hergestellt werden soll.
In einer Ausführungsform
umfassen die obere und untere Gruppe jeweils vier Klauen, (vorzugsweise
einteilig mit der Platte ausgebildet), wobei an jeder Seite der
Leitung zwei angeordnet sind.
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Die
hintere Platte 22 ist vorzugsweise aus einem verformbaren,
leitfähigen
Material ausgebildet, mit einem rautenförmigen Ausschnitt 32,
der zwischen der oberen und unteren Klauengruppe angeordnet ist,
um die hintere Platte in diesem Bereich zu schwächen. Die äußeren Ränder 34 der hinteren Platte
sind vorzugsweise in diesem Bereich auch nach außen gekrümmt. Die hintere Platte ist
vorzugsweise mit einer Dicke ausgebildet, die es erlaubt, dass die
Platte zusammengedrückt
werden kann, zum Beispiel etwa 0,13 bis 0,15 mm (five to six mils) dick,
allgemein entlang der Längsachse.
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Ein
Substrat 36, wie etwa eine gedruckte Schaltungsplatte,
ein integrierter Schaltkreis-Chip, ein Chipträger oder ein anderes Substrat
(wie in 8 dargestellt mit einer darauf
montierten Abdeckung 37), wird in den Abstand 30 zwischen
den Klauengruppen 26 und 28 eingesetzt, und eine äußere Druckkraft
auf die hintere Platte (entlang der Längsachse) ausgeübt, um den
mittleren Bereich der hinteren Platte 22 zu veranlassen,
zusammenzufallen, wodurch der Abstand 30 zwischen den Klauengruppen
reduziert wird, um die Klauengruppen näher zusammen zu bringen, so
dass die Klauen 24 der jeweiligen Klauengruppen in die
gegenüberliegenden Oberflächen des
Substrats eingreifen und dieses fest halten. Das Ergebnis ist, dass
die Leitung mechanisch und elektrisch mit dem Substrat verbunden
ist. Obwohl ein rautenförmiger
Ausschnitt 32 dargestellt wurde, kann jede andere geeignete
Gestalt verwendet werden, welche bei Anwendung einer geeigneten Kraft
leicht und vorhersehbar zusammenfällt. Das Substrat kann mit
leitfähigen
Flächen
oder Bahnen (nicht dargestellt) zur elektrischen Verbindung mit
der Leitung versehen sein.
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In
einer illustrativen Ausführungsform
kann vor dem Einsetzen des Substrates 36 in die elektrische
Leitung 20 die Leitung mit einer Schicht Lötmittel
ummantelt werden, oder eine Lötmittelmasse 38 zwischen
die jeweiligen Klauenpaare 24 (3) eingebracht
werden. Das Lötmittel
kann dann während des
Einsetzungsschritts erhitzt werden, um die sichere Verbindung des
Substrats 36 und der Leitung 20 zu unterstützen.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird eine weitere Ausführungsform
der elektrischen Leitung 40 der Erfindung dargestellt.
Die Leitung 40 ist in vielerlei Hinsicht der Leitung 20 ähnlich.
Jedoch umfasst die Leitung 40 anstelle der Vielzahl von
Klauen 24 vier nach außen
ragende Arme 42. In allen anderen wesentlichen Gesichtspunkten
ist die Leitung 40 identisch mit der Leitung 20.
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Die
oberen zwei Arme und die unteren zwei Arme definieren einen Abstand 44 zwischen
denselben, in welchen das Substrat 36 eingesetzt werden kann.
Die hintere Platte wird dann so zusammengedrückt, dass die Arme das Substrat
zwischen denselben einbetten. Wie bei der Leitung 20 kann
auch die Leitung 40 vor dem Einsetzen des Substrats 36 mit einer
Schicht 45 aus Lötmittel
ummantelt werden, um die Verbindung zwischen Leitung 40 und
Substrat 36 zu erleichtern.
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Unter
Bezugnahme auf 6 und 7 wird noch
eine weitere Ausführungsform
der Leitung 50 der Erfindung gezeigt. Die elektrische Leitung 50 umfasst
eine Vielzahl zueinander beabstandeter Klauen 52, welche
in obere und untere Klauengruppen 54 und 56 eingeteilt
sind, wie auch bei der in 2 gezeigten
Leitung 20. Die hintere Platte 58 der Leitung
ist mit einem allgemein V-förmigen
Riffelbogen 60 (7) ausgebildet, welcher zwischen
den oberen und unteren Klauengruppen ausgebildet ist. Der Rippenbogen
definiert einen Schwachpunkt für die
hintere Platte, so dass eine äußere Druckkraft, die
auf die hintere Platte ausgeübt
wird, bewirkt, dass der Rippenbogen in sich zusammenfällt, wodurch
der Abstand 62 zwischen den jeweiligen Klauengruppen reduziert
wird. Wieder kann Lötmittel
auf der Leitung 50 (entweder durch eine Lötmittelmasse
oder eine Lötmittelbeschichtung)
abgelagert werden, bevor das Substrat 36 in den Abstand
eingesetzt wird, um die Verbindung von Leitung und Substrat zu erleichtern.
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Somit
kann das Substrat 36 in den Abstand 62 eingesetzt
werden, und eine Druckkraft auf die hintere Platte 58 ausgeübt werden,
um zu bewirken, dass die hintere Platte zusammengedrückt wird
und die Klauen mit dem Substrat in festem Eingriff gebracht werden.
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Unter
Bezugnahme auf 8 und 9 wird noch
eine weitere illustrative Ausführungsform der
elektrischen Leitung 70 der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die Leitung umfasst ein Paar von gegenüberliegenden Backensegmenten 72 und 74,
die von der hinteren Platte 76 der Leitung 70 nach
außen ragen,
wobei das untere Backensegment 72 allgemein senkrecht zur
hinteren Platte hinausragt, und das obere Backensegment 74 in
einem Winkel von weniger als 90 Grad relativ zu der hinteren Platte
hinausragt. Die hintere Platte ist biegbar, so dass eine äußere Kraft,
die auf das obere Backensegment 74 ausgeübt wird,
das Backensegment veranlasst, in Bezug auf die hintere Platte zu
schwenken, so dass es allgemein senkrecht zu der hinteren Platte
(9) hinausragt, wobei die jeweiligen Backensegmente 72 und 74 das
Substrat 36 zwischen sich einfangen. Während nur eine Backe als schwenkbar
dargestellt ist, können
beide Backen schwenken, um in das Substrat einzugreifen.
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Unter
Bezugnahme auf 10 und 11 wird
eine weitere illustrative Ausführungsform
der elektrischen Leitung 80 gezeigt. Die Leitung 80 umfasst
obere und untere Backensegmente 84 und 82 und
eine flexible, verformbare hintere Platte 86, die mit einem
V-förmigen
Bogen 88 ausgebildet ist. Ein Substrat 36 wird
in den Abstand zwischen den Backensegmenten eingesetzt und gegen
die hintere Platte 86 gedrückt, wobei die hintere Platte
gegen einen Block 89 platziert ist. Als ein Ergebnis wird
die hintere Platte begradigt, so dass der Bogen 88 (11)
entfernt wird, was den oberen Backenabschnitt veranlasst, gegen
den unteren Backenabschnitt zu schwenken, so dass die Backenabschnitte das
Substrat fest zwischen einander halten. Während nur eine Backe als schwenkbar
dargestellt ist, können
beide Backen schwenken, um in das Substrat einzugreifen.
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Die
elektrischen Leitungen gemäß der vorliegenden
Erfindung werden vorzugsweise durch herkömmliches mehrstufiges, fortschreitendes
Stanzen geformt, in einer herkömmlichen
Art und Weise, die dem Fachmann wohl bekannt ist, um einen flachen, länglichen,
schmalen, leitfähigen
Körper
(4) so zu biegen, dass die hinteren Platten mit
den jeweiligen Klauen oder Armen versehen werden.
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Verschiedene
Arten, das Lötmittel
an den Armen und/oder Klauen zu halten, können eingesetzt werden. Eine
geeignete Form wird zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,592,617 gezeigt, welches
dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung am 3. Juni 1986 erteilt
wurde.
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Dementsprechend
schafft die vorliegende Erfindung elektrische Leitungen, welche
zusammenlegbar sind, um mit einem Substrat in Eingriff zu gelangen.
Indem die Leitung zusammenlegbar gemacht wird, erfordert die Leitung
keine große
Kehlweite, und kann daher mit Substraten mit kleinen nicht bedeckten
Umfangsbereichen in Eingriff gelangen.