DE69930969T2

DE69930969T2 - Befestigungsverfahren für eine elektrische Komponente

Info

Publication number: DE69930969T2
Application number: DE69930969T
Authority: DE
Inventors: Timothy A. Dillsburg Lemke; Stanley W. East Berlin Olson; Timothy W. Etters Houtz; Lewis R. Liverpool Johnson
Original assignee: FCI SA; Framatome Connectors International SAS
Current assignee: FCI SA
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: EP1193800B1; DE69930969D1; DE69906463T2; ES2193657T3; ATE323957T1; CN1136634C; DE69906463D1; US6482050B1; DE69930018T2; CA2291437A1; TW519783B; CN1258117A; KR20000048195A; ATE236464T1; US6155860A; ATE319201T1; EP1014505A2; SG93221A1; EP1014505A3; CN1510787A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Verbinder. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Befestigen einer elektrischen Komponente an einem Substrat.
2. Beschreibung bekannter Entwicklungen
Elektrische Schaltungen, wie beispielsweise integrierte Schaltungs(IC)chips müssen an einem Substrat befestigt werden. Ein Beispiel für ein Verbindungssystem zur Befestigung solcher Kontaktstiftgitteranordnungs(PGA)komponenten an einem Substrat ist ein System mit Null Einführungskraft (ZIF). Bei ZIF-Systemen dringen Kontaktstifte der PGA-Komponente in ein Zwischenverbindungsgehäuse ein, ohne dass in Kontakte der Zwischenverbindung eingegriffen wird, die an dem Substrat befestigt sind. Erst nachdem die PGA-Komponente auf dem Zwischenverbindungsgehäuse sitzt, sind die Kontakte und die Kontaktstifte im Eingriff.
Unter den ZIF-Systemen ist eines aus der US-A-4,836,798 bekannt, welches dazu dient eine exzessive Belastung der Kunststoffteile eines Zwischenverbindungssystems, welches einen Kontakt mit zwei Armen verwendet, zu reduzieren. Dieser Kontakt ist normalerweise geschlos sen und die Beanspruchungen des Plastikteils ist auf die kurze Zeit begrenzt, die erforderlich ist um die Kontaktarme zu öffnen und die elektrische Komponente, die an den Substrat befestigt werden soll einzuführen.
Ein weiteres Verfahren für das Ineinandergreifen der Kontakte und der PGA-Kontaktstifte beinhaltet die Bewegung der PGA-Kontaktstifte seitwärts und in Eingriff mit den Kontakten. Ein Betätigungshebel und ein Noppenfläche treiben eine Zwischenanordnung seitlich an, um die PGA-Kontaktstifte vorwärts zu bewegen. Die Zwischenanordnung bewegt die PGA-Kontaktstifte zu den Kontakten und bringt sie in Verbindung mit diesen.
Das Gehäuse, das für solche ZIF-Verbindungen verwendet wird, unterliegt bei und nach der Hebelbetätigung Belastungen. Die Kräfte, die für die Verbiegung der Kontakte benötigt werden, um die PGA-Kontaktstifte aufzunehmen, bestimmen den Betrag der Belastung auf das Gehäuse. Je größer die Anzahl der Kontakte ist, desto mehr steigt die höchste oder maximale Kraft, die notwendig ist, um die Kontakte und die PGA-Kontaktstifte zu verbinden. Schätzungsweise wird für eine Verbindung mit 500 Kontakten ungefähr eine Kraft von 9,072 Kilopond (20 Pfund) aufgebracht, um die Kontakte und die PGA-Kontaktstifte erfolgreich zu verbinden.
Der technologische Fortschritt hat die Kontaktstiftanzahl und die Kontaktstifte der PGA-Komponenten erhöht und hat Computerkomponenten verkleinert, (was verminderte Profilgrößen notwendig machte). Während die verbesserte Geschwindigkeit gut für den Verbraucher ist, belasten diese technologischen Fortschritte herkömmliche ZIF-Buchsen. Oft schließt ein Aufbau, der einen der obigen technologischen Fortschritte kompensiert, einen Aufbau aus, der einen anderen technologischen Fortschritt kompensiert.
Bei einem Beispiel einer Änderung kann ein Hersteller die Anzahl der Löcher in der Buchse erhöhen und den Abstand zwischen den Löchern vermindern, um die vergrößerte Kontaktstiftdichte und Kontaktstiftgröße zu berücksichtigen. Jedoch vermindert dies die Stärke der Buchse.
In einem anderen Änderungsbeispiel kann ein Hersteller den Kontakt verkürzen, um die reduzierte Profilgröße zu berücksichtigen. Ein kürzerer Kontakt hat jedoch eine größere Steifheit, wodurch die benötigte Einführungskraft für die Verbindung mit den PGA-Kontaktstiften erhöht wird. Diese zwei Herstellungsziele stellen entgegenlaufende Bedürfnisse dar, da ein steiferer Kontakt eine höhere Betätigungskraft auf den Hebel notwendig macht. Eine größere Betätigungskraft verstärkt die Belastung auf die Buchse. Jedoch führt die verminderte Stärke der Buchse (durch die verstärkte Lochgröße und dem verminderten Abstand) dazu, dass die Buchse weniger wahrscheinlich der verstärkten Belastung widersteht. Die größere Kontaktdichte beeinflusst ebenso die Möglichkeiten der üblichen Kontaktbildungsverfahren. Das typische Verfahren zur Bildung zweier gegenüberliegender Kontaktschenkel besteht in dem Ausstanzen des Kontakts aus einer Lage von Material. Jedoch übersteigt die Breite der Materiallage, die zur Bildung eines einzelnen Kontakts mit herkömmlichen Techniken notwendig ist, die Abstandsanforderung, die sich durch diese fortgeschrittenen Technologien ergeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Befestigung einer elektrischen Komponente an einem Substrat anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben zum Anbringen einer elektrischen Komponente, die selektiv zu einem Zeitpunkt nur mit einem Teil der Kontakte im Eingriff steht.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Komponente mit einem Substrat anzugeben, welches aufeinander folgend Kontakte spaltenweise kontaktiert.
Dies und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren zum Befestigen einer elektrischen Komponente, die eine Mehrzahl leitender Elemente aufweist an einem Substrat gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Andere Verwendungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der zeigen:
1a eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Verbinders, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird in zusammengesteckten Zustand;
1b den Steckverbinder von 1a in unverbundenem Zustand;
2a eine perspektivische Ansicht eines Bereichs des in 1a und 1b gezeigten Verbinders vor der Aufnahme einer elektrischen Komponente;
2b eine weitere perspektivische Ansicht des in 2a gezeigten Steckverbinders;
3a eine vergrößerte Ansicht des Bereichs des Steckverbinders innerhalb der gestrichelten Linien von 2b;
3b eine Querschnittsansicht des Bereichs des Steckverbinders, der in 3a entlang der Linien IIIB-IIIB erfolgt ist;
3c eine alternative Anordnung des Bereichs des in 3a gezeigten Steckverbinders;
3d eine Querschnittsansicht des Bereichs des in 3c gezeigten Steckverbinders entlang der Linie IIID-IIID;
4a eine perspektivische Ansicht eines anderen Bereichs des in den 1a und 1b gezeigten Steckverbinders;
4b eine Querschnittsansicht des Bereichs des in 4a gezeigten Steckverbinders entlang der Linien IVB-IVB;
4c eine Querschnittsansicht des Bereichs des Steckverbinders gemäß 4b, wobei die Kontakte darin eingefügt sind;
5 eine Querschnittsansicht eines Bereichs des Verbinders entlang der Linien V-V in 1b;
6 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Kontakts gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Draufsicht auf den Kontakt gemäß 6 vor dessen Zusammenstecken;
8 eine Seitenansicht des in 6 gezeigten Kontakts während des Zusammenfügens; und
9 eine Draufsicht auf den in 6 gezeigten Kontakt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung verwendet einen elektrischen Steckverbinder 10, der eine elektrische Komponente 1 mit einem Substrat S verbindet (siehe 5). Wie in 2a gezeigt kann die elektrische Komponente 1 eine PGA-Komponente, wie beispielsweise ein IC Chip, jedoch können andere Arten von elektrischen Komponenten verwendet werden, die beispielsweise ein Multichipmodul (MCM). Komponente 1 weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, sowie die Kontaktstifte 3, die sich von der Komponente aus erstrecken. Die Kontaktstifte 3 sind in einem Gitter von Zeilen und Spalten angeordnet. Obwohl die leitenden Elemente als runde Kontaktstifte dargestellt sind, können andere Arten von leitenden Elementen, u. a. Lamellen (nicht gezeigt) verwendet werden.
Der Steckverbinder weist zwei verbindbare Teile auf, eine Kassette 11 und ein Gehäuse 13. 1a zeigt die Kassette 11 und das Gehäuse 13 in verbundenem Zustand, während 1b den nicht verbundenen Zustand zeigt. Die Kassette 11 und das Gehäuse 13 werden nun einzeln beschrieben.
Die 2a und 2b zeigen die Kassette 11, die vorzugsweise aus einem geeigneten Plastik wie beispielsweise einem Flüssigkristall-Polymer (LCP) hergestellt ist. Die Kassette 11 kann eine Basis 15 aufweisen, die durchgehend als Platte beschrieben ist, die die Kom ponente 1 aufnimmt. Jedoch sind andere Anordnungen möglich, um unterschiedliche Arten von elektrischen Komponenten 1 anzuordnen.
Durch die Basis 15 erstreckt sich zumindest eine Öffnung 17. In der in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsform weist die Basis 15 mehrere Öffnungen 17 auf. Die Öffnungen 17 sind auf der Basisplatte 15 angeordnet, um entsprechende Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 aufzunehmen. Somit ist die Anordnung der Öffnungen 17 auf der Basis 15 durch die Standorte der Kontaktstifte 3 auf der elektrischen Komponente 1 bestimmt.
Wie in den 3a und 3b gezeigt, können die Öffnungen 17 konische Einführungen aufweisen, um bei der Einführung der Kontaktstifte 3 zu helfen. Wenn die elektrische Komponente 1 richtig auf der Kassette 11 positioniert ist, erstrecken sich die Kontaktstifte 3 über die untere Fläche der Basisplatte 15 hinaus, wie es in 1b gezeigt ist.
Die Basisplatte 15 könnte eine Wand 19 aufweisen, die sich an ihrem äußeren Umfang erstreckt. Wie in der Ausführungsform von 2b gezeigt, erstreckt sich die Wand 19 bis unterhalb der unteren Fläche der Basisplatte 15, beispielsweise, um die Kontaktstifte 3 vor Beschädigung zu schützen.
Vorzugsweise entlang der Seiten erstrecken sich von der Basisplatte 15 Verriegelungen 21. Die Verriegelungen 21 weisen einen Flanschabschnitt (siehe 2a) auf, der im Allgemeinen senkrecht von der Basisplatte 15 absteht. Die distalen Enden der Flanschabschnitte weisen einen Befestigungsabschnitt 23 auf, der sich von dem Flanschabschnitt erstreckt. Die Fläche zwischen dem Befestigungsbereich und der oberen Fläche der Basisplatte 15 nimmt die elektrische Komponente 1 auf.
Bei der Einführung der Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 in die Öffnungen 17, biegt die elektrische Komponente 1 die biegsamen Verriegelungen 21 nach außen. Wenn die elektrische Komponente vollständig auf der Kassette 11 sitzt, kehren die Abschnitte 23 in ihre Originale, nicht verbogene Position zurück und greifen in die obere Fläche der elektrischen Komponente 1 ein, wie in 1b gezeigt. Die Befestigungsabschnitte 23 verhindern, dass sich die elektrische Komponente 1 unvorhergesehen von der Kassette 11 löst. Die elektrische Komponente 1 kann von der Kassette 11 abgelöst werden, indem die Befestigungsbereiche 23 von der oberen Fläche der elektrischen Komponente 1 gelöst werden.
Wenn die elektrische Komponente 1 richtig in der Kassette 11 sitzt, kann die elektrische Komponente 1 mit den Komponenten 100 verbunden werden. Die Kassette 11 bewegt sich relativ zum Gehäuse 13 derart, dass nur eine begrenzte Anzahl von Kontaktstiften 3 zu einem Zeitpunkt mit den Kontakten 100 in Berührung kommen. Vorzugsweise rotiert die Kassette 11 relativ zum Gehäuse 13, sodass nacheinander die Spalten der Kontaktstifte 3 mit aufeinander folgenden Spalten der Kontakt 100 verbunden werden. Die Wand 19 weist einen Ansatz 25 auf der Führungskante der Basisplatte 15 auf, um der Bedienperson bei der Rotation der Kassette 11 behilflich zu sein. Die Verbindung der Kontaktstifte 3 mit den Kontakten 100 wird nachfolgend genauer beschrieben.
Die Wand 19 weist eine Gelenkanordnung 27 bei der Hinterkante der Basisplatte 15 auf. Die Gelenkanordnung 27 ermöglicht in Verbindung mit der Gelenkanordnung auf dem Gehäuse 13 die Rotation der Kassette 11 relativ zum Gehäuse 13 und stellt die richtige Anordnung der Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 mit Kontakten 100 des Gehäuses 13 beim Verbindungsprozess sicher. Die Gelenkanordnung 27 erstreckt sich im Allgemeinen parallel zur Ebene der Kassette 11. Eine Beschreibung der Komponenten der Gelenkanordnung 27 folgt.
Von der Hinterkante der Kassette 11 stehen Verlängerungen 29 nach außen, bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten der Hinterkante. Jede Verlängerung 29 weist ein gekrümmtes Element 31 auf, das von einem Paar Armen 33 umgriffen wird. Die gekrümmten Elemente 31 weisen eine erste Fläche 67, die so geformt ist, dass ein Gelenkstift auf dem Gehäuse 13 eingreifen kann und eine zweite Fläche 69 gegenüber der ersten Fläche 67 auf, die derart geformt ist, dass sie mit einem Block 65 auf dem Gehäuse zusammenwirkt.
Jeder äußerste Arm 33 weist eine nach außen ausgerichtete bzw. äußere Fläche 35 auf, die mit der entsprechenden Fläche auf der Gelenkanordnung des Gehäuses 13 zusammenwirkt, um die richtige seitliche Anordnung der Kontaktstifte 3 auf der elektrischen Komponente 1 und der Kontakte auf dem Gehäuse 13 bei der Verbindung sicher zu stellen.
Von der Hinterkante des Gehäuses 13 verläuft eine weitere Verlängerung 39 nach außen. Die Verlängerung 39 erstreckt sich vorzugsweise von einem mittleren Ort entlang der Hinterkante des Gehäuses 13 zwischen den Verlängerungen 29. Sie verläuft jedoch entgegengesetzt zur Richtung der Verlängerung 29. Die mittlere Verlängerung 39 weist ein gekrümmtes Element 71 auf, das von zwei Armen 73 flankiert ist. Die gekrümmten Elemente 71 weisen eine erste Fläche 75 auf, die so geformt ist, dass sie in ein Gelenkstift auf dem Gehäuse 13 eingreift und eine zweite Fläche 77 gegenüber der ersten Fläche 75, die für ein Zusammenwirken mit dem Block 65 auf dem Gehäuse 13 ausgebildet ist.
Die 3a und 3b zeigen einen Abschnitt der unteren Fläche der Basisplatte 15. Bei dieser Anordnung können die Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 frei aus den Öffnungen 17 vorstehen und über die Bodenfläche der Basisplatte 15 überstehen. Die Basisplatte 15 bildet einen seitlichen Halt für die Bereiche der Kontaktstifte 3, die innerhalb der Platte 15 liegen. Jedoch sind die distalen Enden der Kontaktstifte 3 (d.h. die Bereiche der Kontaktstifte, die über die untere Oberfläche der Basisplatte 15 überstehen) seitlich nicht unterstützt.
Die 3c und 3d zeigen eine alternative Anordnung an, bei der die Basisplatte 15' seitlich die Kontaktstifte 3' über eine größere Länge stützt als dies bei der anderen Ausführungsform der Fall ist. Die 3c und 3d zeigen speziell eine alternative Anordnung der unteren Fläche der Basisplatte 15', die Brücken 79' aufweist, die zwischen jeder Öffnung 17' angeordnet sind. Die Brücke 79' kann gekrümmte Seiten 81' und vertiefte Enden 83' aufweisen.
Die vertieften Enden 83' entsprechen der Form der Kontaktstifte 3'. Wie in 3c gezeigt, haben die vertieften Enden 83', wenn die elektrische Komponente 1 runde Kontaktstifte 3' verwendet, eine runde konkave Form für die Aufnahme eines Abschnitts des Kontaktstifts 3'. Die Brücken 79' sind so auf der Basisplatte 15' angeordnet, dass sie nicht mit den Kontakten 100' interferieren. Wie in 3c gezeigt, sind die Schenkel 101' jedes Kontaktes 101' in einer Spalte angeordnet, während die Brücken 79' in Reihen angeordnet sind. Somit beeinflusst das vorliegende Brücken 79' die Verbiegung der Schenkel 101' nicht. Die Brücken 79' können einstückig mit der Basisplatte 15' gegossen sein.
Die 4a–4c zeigen das Gehäuse 13, das bevorzugt aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt wird. Das Gehäuse 13 weist eine Basis 41 mit mehreren Öffnungen 43 durch die Basis auf. Wie die Basis 15 kann die Basis 41 eine im Allgemeinen flache Konfiguration haben, jedoch sind auch andere Orientierungen möglich.
Jede Öffnung 43 weist vorzugsweise drei Abschnitte auf. Der erste Abschnitt 45 ist eine relative weite Öffnung, um die Biegung der zwei Schenkel 101 des Kontaktes 100 bei der Verbindung aufzunehmen. Der zweite Abschnitt 47 nimmt den Endabschnitt 103 des Kontaktes 100 auf, und wie unten beschrieben, einen Abschnitt eines Schmelzelements 105. Der dritte Abschnitt 49 nimmt schließlich den Zwischenabschnitt 107 des Kontaktes 100 in der Öffnung 43 auf.
Wie in 4b gezeigt, liegt der Schenkelaufnahmeabschnitt 45 am Befestigungsende des Gehäuses 13 und weist konische Seitenwände 51 auf, die eine Einführung bilden. Die konischen Seitenwände 51 ermöglichen die einfache Einführung der Kontakte 100 in die Öffnung 43 und ermöglichen das Verbiegen der Schenkel 101 durch die Kontaktstifte 3 ohne Beschränkung.
Der Endaufnahmeabschnitt 47 liegt am Befestigungsende des Gehäuses 13. Da das Gehäuse 13 auf dem Substrat S auf der Oberfläche befestigt wird, vorzugsweise unter Verwendung der Gitteranordnungstechnologie (Ball Grid Array, BGA), kann der Endaufnahmeabschnitt 47 eine geeignete Form haben, um die BGA-Merkmale aufzunehmen. In einem Beispiel der BGA-Technologie wird ein Schmelzelement, sowie eine Lötkugel 105 am Endabschnitt 103 des Kontaktes 100 befestigt. Zumindest ein Abschnitt der Lötkugel 105, die an dem Endabschnitt 103 des Kontaktes 100 befestigt ist, kann im Endaufnahmeabschnitt 47 der Aufnahme 43 liegen. Die WO 98/15989 (Internationale Anmeldungsnummer PCT/US97/18066 beschreibt ein Verfahren zur Befestigung einer Lötkugel an einem Kontakt und zur Befestigung einer Lötkugel an einem Substrat.
Der Zwischenabschnitt 49 erstreckt sich zwischen dem Schenkelaufnahmeabschnitt 45 und dem Endaufnahmeabschnitt 47. Gegenüberliegende Wände des Zwischenabschnitts 49 weisen jeweils einen Vorsprung 53 auf, die sich aufeinander zu erstrecken. Wie in 4b gezeigt, kann der Vorsprung 53 eine Rippe, die sich axial entlang der Öffnung 43 erstreckt. Der Abstand zwischen dem sich gegenüberliegenden Wänden des Zwischenbereichs 49 übertrifft die Breite des Kontaktes 100, um sicherzustellen, dass der Kontakt 100 die Öffnung 43 passiert. Jedoch übersteigt die Breite des Kontakts 100 den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Vorsprüngen 53. Im Ergebnis liegt der Kontakt 100 in einer Presspassung zwischen den Vorsprüngen 53 für die Befestigung in der Öffnung 43.
Die Basisplatte 41 kann ebenso eine Wand 55 entlang ihrem äußeren Rand aufweisen. Ähnlich wie die Wand 19 der Kassette 11 erstreckt sich die Wand 55 von der Platte 41 und schützt die Kontakte 100 vor Beschädigung. Wenn die Kassette 11 und das Gehäuse 13 miteinander verbunden werden, liegt die Wand 19 der Kassette 11 zwischen der Wand 55 und den Kontakten 100. Wie in 4a zu sehen ist, weist die Führungskante der Wand 15 eine Einkerbung 57 für die Aufnahme der Verlängerung 25 der Kassette 11 auf, wenn der Steckverbinder 10 zusammengesteckt ist. Dies ermöglicht eine vollständige Rotation der Kassette 11 relativ zum Gehäuse 13, damit alle Kontaktstifte 3 und Kontakte 100 miteinander verbunden werden. Um ein Zusammentreffen mit den Gelenkanordnungen 27, 59 zu verhindern, ist die Wand 55 im Bereich der hinteren Kante der Basis 41 unterbrochen.
Die hintere Kante der Basisplatte 41 weist eine Gelenkanordnung 59 auf, die mit der Gelenkanordnung 27 der Kassette 11 zusammenwirkt und die Rotation der Kassette 11 relativ zum Gehäuse 13 ermöglicht. Die Gelenkanordnung 59 erstreckt sich im Allgemeinen parallel zur Ebene des Gehäuses 13 und weist einen Gelenkstift 61 auf, der durch eine Reihe von Trägern 63 entlang der Hinterkante des Gehäuses 13 verankert ist.
Eine Reihe von Nocken oder Blöcken 65 erstreckt sich von der Hinterkante zwischen benachbarten Trägern 63. Die Blöcke 65 haben gekrümmte Oberflächen 75, die den zweiten Flächen 69, 77 der Verlängerungen 33 und der mittleren Verlängerung 35 entsprechen. Die gekrümmten Flächen 75 der Blöcke 65 können rund sein und haben vorzugsweise im Wesentlichen den geeichten Krümmungsradius wie die zweiten gekrümmten Flächen 69, 77 der Verlängerungen 33 und der mittleren Verlängerung 35. Dies kann die richtige Längsanordnung und die Anordnung zur Z-Achse (d.h. senkrecht zur Ebene des Gehäuses 13) der Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 und der Kontakte 100 im Gehäuse 13 zur Verbindung sicherstellen.
Jeder äußerste Träger 63 weist eine nach innen gerichtete bzw. innere Fläche 85 auf, die mit den Flächen 35 der Gelenkanordnung 27 zusammenwirkt und die richtige Anordnung der Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente E und der Kontakte 100 bei der Verbindung sicherzustellen. Die Flächen 35 der Kassette 11 liegt genauer gesagt auf den Flächen 85 des Gehäuses 13 auf, um die Kassette 11 und das Gehäuse 13 seitlich für die Verbindungskontaktstifte 3 und die Kontakte 100 auszurichten.
Das Verbinden der Kassette 11 und des Gehäuses 13 wir nachfolgend beschrieben. Zuerst sind die Kassette 11 und das Gehäuse 13 getrennt bzw. nicht verbunden. In diesem Zustand kann das Gehäuse 13 an einem Substrat S befestigt werden. Wie oben diskutiert kann das Gehäuse 13 auf dem Substrat S Oberflächen befestigt werden, bevorzugt mit der Verwendung der BGA-Technik. Ebenso können auch andere Verfahren verwendet werden.
Anschließend wird die elektrische Komponente 1 an der Kassette 11 befestigt. In der oben beschriebenen Ausführungsform gelangen die Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 in die Öffnungen 17, bis die Verriegelung 21 die elektrische Komponente 1 an der Kassette 11 festhält.
Zur Verbindung der Kassette 11 mit dem Gehäuse 13 müssen die Gelenkanordnungen 27, 59 wie in den 1b und 5 gezeigt, ineinander greifen. Die Merkmale der Gelenkanordnungen 27, 59 der Kassette 11 und des Gehäuses 13 verbessern das vereinfachte blinde Treffen der Kassette 11 und des Gehäuses 13.
Beschreibt man das Verbinden genauer, so greifen die Verlängerung 29 und die mittlere Verlängerung 39 in die Öffnungen ein, die zwischen dem Gelenkstift 61, den Trägern 63 und der Hinterkante des Gehäuses 13 gebildet wird. Die Einführung erfolgt in die Richtung, die durch den Pfeil A in 5 gezeigt ist. Die Arme 33, 73 der Gelenkanordnung 27 kommen in die Bereiche, die die Blöcke 65 der Gelenkanordnung 59 flankieren. Die äußeren Flächen 35 der Arme 33 liegen auf den Flächen 85 der Halterung 63 auf. Das Zusammenwirken der äußeren Flächen 35 mit den inneren Flächen 85 richtet die Kontaktstifte 3 und die Kontakte 100 seitlich entlang einer Achse parallel zur Hinterkante der Kassette 11 und des Gehäuses 13 aus.
Im verbundenen offenen Zustand, wie in 1b gezeigt, beginnen die Flächen 75 des Blocks 5 und 60 an den zweiten Flächen 69, 77 der Verlängerung 29 und der mittleren Verlängerung 39 anzustehen, wenn die Kassette 11 in Pfeilrichtung B in 5 rotiert wird. Die Flächen 69, 75, 77 helfen dabei, die Kassette 11 und die Aufnahme 13 entlang einer Achse parallel zu den Seiten der Kassette 11 und des Gehäuse 13 auszurichten. Vorzugsweise haben die anderen benachbarten Flächen der Arme 33, der Halterung 63 und der Blöcke 65 dazwischen ein Spiel, um die für die Rotation der Kassette 11 benötigte Kraft zu vermindern.
Die Verlängerung 29 und die mittlere Verlängerung 39 ermöglichen aufgrund der gegenüberliegenden Anordnung des mittleren Elements 39 relativ zu den Verlängerungen 29 eine Rückhaltekraft auf gegenüberliegende Seiten des Gelenkstiftes 61, wie in 5 gezeigt. Die Rückhaltekräfte verhindern zusammen mit der Anordnung der Verlängerung 29 und der mittleren Verlängerung 39 zwischen dem Gelenkstift 61 und dem Gehäuse 13 die Trennung der Kassette 11 vom Gehäuse 13. Mit anderen Worten kann die Kassette 11 nur vom Gehäuse 13 getrennt werden, wenn der Verbindungsprozess rückgängig gemacht wird (d.h. durch Drehen der Kassette 11 weg vom Gehäuse 13).
Durch das Drehen der Kassette 11 relativ zum Gehäuse 13 wird die Verbindung der Kontaktstifte 3 der elektrischen Komponente 1 und der Kontakte 100 im Gehäuse 13 begonnen. Wie in 5 gezeigt ist treffen sie sich die Spalten der Kontaktstifte 3 und die Kontakte 100, die am nächsten zur Hinterkante der Kassette 11 und des Gehäuses 13 sind, zuerst. Die Verbindung wird mit jeder nachfolgenden Spalte weg von der Hinterkante der Kassette 11 und des Gehäuses 13 fortgeführt. Die aufeinander folgende Verbindung der Kontaktstifte 3 und der Kontakte 100 vermindert die Spitzeneinführungskraft im Vergleich zu ZIF-Buchsen.
Die Spalte der Kontaktstifte 3 und der Kontakte 100, die am nächsten bei den Hinterkanten der Kassette 11 und des Gehäuses 13 liegen, verbinden sich zuerst. Die Verbindung wird mit jeder nachfolgenden Spalte weg von den Hinterkanten der Kassette 11 und des Gehäuses 13 fortgeführt.
Die Rotation der Kassette startet die Verbindung der Kontaktstifte 3 und der Kontakte 100. Jeder Kontaktstift 3 kommt bei der Rotation nach und nach in den Raum zwischen den gegenüber liegenden Armen der zweischenkligen Kontakte. Die beiden Schenkel halten den Kontaktstift 3 fest. Der Bereich zwischen den beiden Schenkeln ist im Allgemeinen parallel zur Verbindungsachse der Kassette 11 und des Gehäuses 13 montiert.
1a zeigt den Steckverbinder 10 in voll verbundenem und geschlossenem Zustand. Bei der Verbindung umgibt die Wand 55 des Gehäuses 13 die Kassette 11 und der Vorsprung 25 kann in den Einschnitt 57 in der Führungskante des Gehäuses 13 eindringen.
Obwohl der Verbinder 10 jeden Kontakttyp verwenden könnte folgt eine detaillierte Diskussion eines bevorzugten Kontakts 100. Wie in 6 gezeigt ist der Kontakt 100 ein Kontakt mit zwei parallel zueinander ausgerüsteten Kontaktarmen. Der Kontakt 100 hat einen mittleren Bereich 107, der zwischen einem Paar von Kontaktarmen 101 liegt und einem Endbereich 103. Vorzugsweise ist der mittlere Bereich 107 im Wesentlichen eben. Nach der Installation in einem Gehäuse 13 kontaktiert der mittlere Bereich 107 die Vorsprünge 53 und steht im Presssitz innerhalb der Öffnungen 43 der Basisplatte 41. Dieses Rückhaltemerkmal ist ebenso in der oben beschriebenen WO 98/15989 erläutert.
Jeder Arm 101 weist einen gekrümmten Bereich 109 auf, der sich von dem mittleren Bereich 107 aus erstreckt. 8 zeigt, dass die gekrümmten Bereiche 109 die Arme 101 aus der Ebene des mittleren Bereichs 107 wegbewegen. Jeder gekrümmte Bereich 109 liegt auf sich gegenüberliegenden Seiten der Ebene des mittleren Bereichs 107. Dies ermöglicht eine räumliche Trennung zwischen den Armen 101 um zwischen sich den Stift 3 aufzunehmen.
Ein Armbereich 111 erstreckt sich von dem distalen Ende des gekrümmten Bereichs 109 weg. Die distalen Enden der Armbereiche 111 schließen einen nach innen gekrümmten Bereich 113 und Einführungsenden 115 auf. Wie in den 6 und 8 gezeigt konvergieren die gekrümmten Bereiche 113 auf die Ebene des Zwischenbereichs 107 hin. Der Abstand zwischen sich gegenüberliegenden nach innen gekrümmten Bereichen 113 (wie man in 8 sieht) ist kleiner als die Dicke der Stifte 3. Das heißt die Stifte 3 müssen die Arme 101 nach deren Einführung trennen. Die Flexibilität der Arme 101 erzeugt einen guten Oberflächenkontakt zwischen den Kontakten 100 und den Stiften 3 wenn diese durch die Stifte 3 auseinandergespreizt werden und erzeugt gute Kontaktquerkräfte der Arme 101 gegen die Seiten der Stifte 3.
Wie man in 9 erkennt ist jeder Armbereich 111 bezüglich der Längsachse des Kontakts 100 abgewinkelt. Der spezifische Winkel hängt von der Größe und Form des Kontakts 100 ab. Die Orientierung der Armbereiche 111 positioniert vorzugsweise die nach innen gekrümmten Bereiche 113 parallel zueinander. Das heißt die nach innen gekrümmten Bereiche 113 erzeugen einen Stiftaufnahmespalt zwischen sich, wodurch die Arme 101 gegenüberliegende Seiten der Stifte 3 in ausgerichteter Stellung gewährleisten. Anders gesagt die nach innen gekrümmten Bereiche sind im Wesentlichen entlang der Längsmittellinie des Kontakts ausgerichtet, wie man in 9 er kennt. Genauer gesagt erstrecken sich die Armbereiche 111 unter Winkeln α₁ und α₂ bezüglich der Längsachse des Kontakts 100 mit etwa 5° und 20° für einen typisch bemessenen Kontakt. Höchstvorzugsweise betragen die Winkel α₁ und α₂ etwa 12,5° für einen typisch bemessenen Kontakt.
Obwohl die Arme 111 bezüglich der Längsachse abgewinkelt sind zeigt 8, dass die Arme 111 vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Ebene des mittleren Bereichs 107 verlaufen. Die Arme 111 können jedoch gegenüber der Ebene des mittleren Bereichs 107 bis zu etwa 10° (nicht gezeigt) abgewinkelt sein.
Die Einführungsbereiche 115 erstrecken sich von den nach innen gekrümmten Bereichen 113 in einer Richtung von der Ebene des mittleren Bereichs 107 weg. Die Einführungsbereiche 115 helfen bei der Ausrichtung der Stifte 3 während des Steckvorgangs mit nach innen gekrümmten Bereichen 113.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Kontakts 100 erläutert. Ein Blech wird gestanzt um einen Trägerstreifen 119 der Kontakte 100 zu erzeugen, wie man in 7 erkennt. Der Abstand zwischen benachbarten Kontakten 100 auf dem Trägerstreifen 119 ist gleich dem Abstand der Kontakte im Gehäuse 13. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kontakt 100 noch eben.
Ein Formungsschritt biegt die Arme 101 aus der Ebene des mittleren Bereichs 107 heraus und erzeugt den nach innen gekrümmten Bereich 113 und den Einführungsbereich 115, wie man in 8 erkennt. Die Formungsschritte sind üblich und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.
Der letzte Schritt kantet die Arme 111 bezüglich der Längsachse des Kontakts 100, wie man in 9 sieht. Obwohl es viele Verfahren zum Kanten der Arme 111 bezüglich der Längsachse gibt, die verwendet werden können ist das bevorzugte Verfahren das Gesenkdrücken. Der Gesenkdrückschritt formt eine Deformationszone 117 an der äußeren Kante der sich gegenüberliegenden Seiten der sich gegenüberliegenden Arme 101. Genauer gesagt extrodiert der Gesenkdrückprozess einen Bereich des Materials aus dem Bereich 117. Das Ausmaß des Gesenkdrückens kontrolliert die relative Verkantung der Arme 101 bezüglich der Längsachse des Kontakts 100. Der Verkantungsschritt ermöglicht die Kontakte mit zwei parallelen Armen, der in der Lage ist die Voraussetzung des reduzierten Abstands nach dem oben genannten technischen Fortschritt zu gewährleisten. Nach dem Kanten der Arme 101 kann der Kontakt von dem Trägerstreifen 119 für die Einführung in das Gehäuse 13 abgetrennt werden. Die vorliegende Erfindung erlaubt es Kontakten 100 am Trägerstreifen 119 länger während des Verbinderherstellungsprozesses zu bleiben als dies bei herkömmlichen Techniken der Fall ist. Durch das längere Verbleiben am Trägerstreifen 119 eignet sich der Formungsprozess nach der vorliegenden Erfindung besser zur Automatisierung, oder zu halbautomatischen Techniken.

Claims

Verfahren zur Befestigung einer elektrischen Komponente (1) an einem Substrat (S) mit folgenden Verfahrensschritten: Vorsehen einer elektrischen Komponente (1) mit einer Mehrzahl von leitenden Elementen (3), die davon abstehen; Vorsehen einer Kassette (11); Befestigen der elektrischen Komponente (1) an der Kassette (11); Vorsehen eines Substrats (S); Vorsehen eines Gehäuses (13) mit einer Mehrzahl von Kontakten (100), welche den leitenden Elementen (3) entsprechen; Montieren des Gehäuses auf den Substrat (S); Schwenken der Kassette (11) relativ zum Gehäuse (13), wodurch eine begrenzte Anzahl der leitenden Elemente (3) der Komponente mit einer begrenzten Anzahl der Kontakte (100) gleichzeitig miteinander verbunden werden; und Verbinden der verbleibenden leitenden Elemente (3) der Komponente (1) mit den verbleibenden Kontakten (100).
Verfahren zur Befestigung einer elektrischen Komponente an einem Substrat (S) nach Anspruch 1, wobei die leitenden Elemente (3) und die Kontakte (100) in einer Mehrzahl von Spalten angeordnet sind und wobei die begrenzte Anzahl der leitenden Elemente (3) und die begrenzte Anzahl von Kontakten (100) eine der Mehrzahl von Spalten beinhalten.
Verfahren zur Befestigung einer elektrischen Komponente an einem Substrat nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsschritte bei aufeinander folgenden Spalten der leitenden Elemente (3) und der Kontakte (100) erfolgen.