FI57855C

FI57855C - ELECTRIC CONTACT DONE

Info

Publication number: FI57855C
Application number: FI3328/72A
Authority: FI
Inventors: Kenneth R Forster; Wendel Judd Wheeler
Original assignee: Ibm
Priority date: 1971-12-10
Filing date: 1972-11-24
Publication date: 1980-10-10
Also published as: DE2259673C3; AU460244B2; DE2259673B2; NL7216226A; CH544419A; BR7208675D0; CA973622A; FI57855B; DE2259673A1; AU4840972A; SE389771B; GB1374889A; IT967747B; FR2164156A5; ES408613A1; JPS4865485A; US3771107A

Description

r., m KUULUTUSJULKAISU „ - - fBjp LBJ (11) utlAggningsskrift 5785 5 C(45) Patentti uyenne tty 10 10 1930 Patent meddelat ^ ¢51) Kv.ft.Wa3 H 01 B 13/02 SUOMI—FINLAND (21) 3328/72 (22) HilwmliplNi—AmSImlmrfig 2U.11.72 (23) AlteplM—GlMghmd* 2U.11.72 (41) Tulkit (ulklMkal — BIMt offmcltg 11.06.73r., m ADVERTISEMENT „- - fBjp LBJ (11) utlAggningsskrift 5785 5 C (45) Patent uyenne tty 10 10 1930 Patent meddelat ^ ¢ 51) Kv.ft.Wa3 H 01 B 13/02 FINLAND — FINLAND (21) 3328 / 72 (22) HilwmliplNi — AmSImlmrfig 2U.11.72 (23) AlteplM — GlMghmd * 2U.11.72 (41) Interpreters (ulklMkal - BIMt offmcltg 11.06.73

HtmttU ja rekisterihallitut (44) HVteMkMipmon,.HtmttU and Registry Administrators (44) HVteMkMipmon ,.

Patent· och regitterstyrelsan ' AmMcm uttagd och utUkrNUn pwbdnnd 30.06.80 (32)(33)(31) fyrdetty «moUmm» · Kglrt prtork«c 10.12.71 USA(US) 206830 (71) International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 1050U, " USA(US) (72) Kenneth R. Forster, Endicott, N.Y., Wendell Judd Wheeler, Endwell, N.Y., USA(US) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Sähköinen kosketinlaite - Elektriskt kontaktdonPatent and registration of AmMcm uttagd och utUkrNUn pwbdnnd 30.06.80 (32) (33) (31) fyrdetty «moUmm» · Kglrt prtork «c 10.12.71 USA (US) 206830 (71) International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 1050U, "USA (US) (72) Kenneth R. Forster, Endicott, N.Y., Wendell Judd Wheeler, Endwell, N.Y., USA (US) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Electronic Contact Device - Elektriskt kontaktdon

Kysymyksessä oleva keksintö kuuluu yleisesti sähköisiin kosketinlaittel-slin ja erityisesti sentyyppiseen liittimeen, joka käyttää hyväksi hiukkaa-kooltaan erityisen pieniläpimittaista, tiivistä nikkeli/kulta-jauhetta sähköisen kosketuksen aikaansaamiseksi liittimen ja liittimeen tuotavan kosketin-tapin välille.The present invention relates generally to electrical contact devices, and more particularly to a type of connector that utilizes a particularly small particle size, dense nickel / gold powder to provide electrical contact between the connector and the contact pin introduced into the connector.

Aikaisemmin on useimmat hartsimaiset kokoomukset tehty johtavaksi sekoittamalla niihin fysikaalisesti hiukkasia, jotka kykenevät johtamaan sähköä.In the past, most resinous assemblies have been made conductive by physically mixing into them particles capable of conducting electricity.

Nämä hiukkaset ovat olleet hienojakoista materiaalia kuten esim. kuparia, - kultaa, hiiltä tai vastaavaa. Nämä johtavat muovit valmistetaan kokeellises ti ja aikaansaatujen johtavien seosten ominaisuudet vaihtelevat usein sarjasta toiseen. Sellaiset llitäntälaitteet ovat jokseenkin epäluotettavia.These particles have been of a finely divided material such as copper, gold, carbon or the like. These conductive plastics are made experimentally and the properties of the conductive mixtures obtained often vary from series to series. Such ballasts are somewhat unreliable.

Tietyissä muissa koskstinlaittelssa on liitinkanta, täytettynä nestemäisellä aineella, joka sisältää metallihiukkasia suspensiossa tai jonkin muun tyyppistä johtavaa, helposti juoksevaa ainetta. Tällaiset kannat on järjestetty ottamaan vastaan kosketintappl siten, että se on johtavassa yhteydessä tämän helpostijuoksevan aineen kanssa. Näissä kosketinlaitteissa sähköiset ominaisuudet vaihtelevat laitteesta toiseen.Certain other contact devices have a connector base filled with a liquid material containing metal particles in suspension or some other type of conductive, easily flowable material. Such bases are arranged to receive the contact pin so as to be in conductive contact with this fluid. In these contact devices, the electrical characteristics vary from device to device.

Nykyinen kehitys käy kohti sähköisten piirilaittelstojen mlniatyrisointia ja mikrominiatyrlsointia, mikä sisältää sen, että komponentit on sijoitettava hyvin tiiviisti lähekkäin toisiaan. Tämä kehitys aiheuttaa pulmia kuten esim.Current developments are towards the miaturization and microminiaturization of electronic circuit boards, which means that the components must be placed very close to each other. This development causes problems such as e.g.

2 5 7 8 5 S2 5 7 8 5 S

sen, että on saatava aikaan pysyvästi luotettava sähköinen liitäntälaite, jolla voidaan suorittaa kytkentä ilman, että tarvitaan lämpöä yhteen- tai irtikytkenti-to imenpit ei s sä.the need to provide a permanently reliable electrical connection device with which the connection can be carried out without the need for heat connection or disconnection.

Kysymyksessä olevan keksinnön mukaan saadaan aikaan sähköinen kosketin-laite, joka sisältää hyvin pieniläpimittaisista hiukkasista muodostuvalla nikkeli/ kulta-jauhe elia täytetyn liittimen tai säiliön, joka jauhe on tiivistetty tilavuus-ominaisuuksiltaan hallitun ja ennaltamäärätyn jauhealustan muodostamiseksi. Tällöin kosketinlaite sisältää yhden tai useita sähköisesti johtavia liittimiä, täytettynä johtavalla metallijauheella, joka saadaan pysymään siinä joustavasta muovista tehdyn sulkuelimen tai -kalvon avulla. Liittimen muotoilu on sellainen, että se voi ottaa vastaan painetulla piirikortilla, painetulla piirilevyllä tms. olevat ulkonevat tappi elementit. Jauhehiukkasten tiivistäminen eli tilavuudenmuutos tapahtuu kokeellisten määritysten perusteella saatujen standardinormien mkaan, minkä ansiosta sähköisen liitännän luotettavuus tulee varmistetuksi. Järjestely voi myöskin olla sellainen, että saadaan aikaan väliketyyppinen yhteenkytkentälaite, jonka avulla on mahdollista kytkeä yhteen kaksi painettua piirilevyä tai yksi painettu piiri-kortti ja yksi painettu piirilevy. Edelleen liittimet voidaan sijoittaa painettuihin piirilevyihin piirimoduulitappien vastaanottoa varten asenrus- ja sähköisiä liitt ämistoimenpit eit ä suorit ettaessa.According to the present invention, there is provided an electrical contact device comprising a connector or container filled with a nickel / gold powder Elia of very small diameter particles, which powder is compacted to form a controlled and predetermined powder substrate. In this case, the contact device comprises one or more electrically conductive connectors, filled with a conductive metal powder which is made to remain therein by means of a closure member or film made of flexible plastic. The design of the connector is such that it can receive the protruding pin elements on a printed circuit board, printed circuit board or the like. The compaction of the powder particles, i.e. the change in volume, takes place in accordance with the standard norms obtained on the basis of experimental determinations, which ensures the reliability of the electrical connection. The arrangement may also be such as to provide an intermediate type interconnection device which makes it possible to interconnect two printed circuit boards or one printed circuit board and one printed circuit board. Furthermore, the connectors can be placed on printed circuit boards for receiving circuit module pins when performing installation and electrical connection operations.

Keksinnön päätarkoitus on saada aikaan uusi ja parannettu sähköinen kosketinlait e, jota voidaan käyttää hyväksi useilla eri tavoilla ja jolla on yksinkertainen rakenne sekä joka antaa tulokseksi pieni-impedanssisen, tehokkaan sähköisen liitännän, minkälainen kosketin kykenee täyttämään nykyajan asettamat vaatimukset viestinsiirron nopeudelle.The main object of the invention is to provide a new and improved electrical contact device which can be utilized in several different ways and which has a simple structure and which results in a low-impedance, efficient electrical connection, which contact is able to meet modern requirements for communication speed.

Keksinnön tarkoituksena on vielä saada aikaan parannettu, liittimen nuodossa oleva sähköinen kosketinlaite, jota voidaan valmistaa hyvin pienikokoisena ja jolla on hyvin pieni-impedanssinen ja tehokas sähköinen liitäntä pistokkeentapaisesti irroitettavaan liitettävän laitteen kosketintappielementtiin.It is a further object of the invention to provide an improved electrical contact device in the connector socket which can be manufactured in a very small size and which has a very low impedance and efficient electrical connection to a plug-in detachable contact pin element of the device to be connected.

Keksinnön lähemmät tunnusmerkit annetaan jäljempänä olevassa patenttivaatimuksessa.Further features of the invention are given in the claim below.

Keksinnön yllämainitut ja muut tarkoitukset, ominaisuudet ja edut käyvät ilmi seuraavasta ehdotettujen toteutusmuotojen yksityiskohtaisemmasta kuvauksessa, jota havainnollistavat oheisessa piirustuksessa olevat kuvat.The above and other objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following more detailed description of the proposed embodiments, illustrated by the figures in the accompanying drawing.

Kuvio 1 on osapoikkileikkaus eräästä painetun piirilevyn liittimen muodoissa olevasta sähköisestä liitäntälaitteesta, joka on konstruoitu kysymyksessä olevan keksinnön mukaan.Figure 1 is a partial cross-sectional view of an electrical connection device in the form of a printed circuit board connector constructed in accordance with the present invention.

Kuvio 2 on osapoikkileikkaus eräästä välikkeen muodossa olevasta sähköisestä kosketinlaitteesta, joka on konstruoitu kysymyksessä olevan keksinnön mukaan.Figure 2 is a partial cross-section of an electrical contact device in the form of a spacer constructed in accordance with the present invention.

Kuvio 3 on kaaviomainen kuvio virran kulkuteistä väliketyyppisessä sähköisessä kosketinlaitteessa.Figure 3 is a schematic diagram of current paths in an intermediate type electrical contact device.

57855 357855 3

Kuvio 1 esittää kysymyksessä olevan keksinnön mukaista parannettua sähköistä kosketinlaitettä, joka on tarkoitettu painetun piirilevyn liittimenä ottamaan vastaan piirimoduulin sähköiset liitäntätapit. Järjestely sisältää painetun piirilevyn 10, jossa on yksi tai useita putkimaisia liittimiä 11. Levy 10 on tavallisesti dielektristä ainetta esim. epoksilasia tai vastaavaa. Liittimet 11 ovat johtavaa ainetta esim. kuparia, kullattua kuparia tms. je ne voidaan tehdä levyyn tavanomaisten sähkökemiallisten menetelmien avulla. Liittimet 11 ovat tavallisesti liitetyt sähköisesti levyllä oleviin muihin piireihin (ei osoitettu), jotka on valmistettu tavanomaisten, hyvin tunnettujen painomenetelmien mukaan. Liittimet 11 on täytetty erityisen pieniläpimittaisista hiukkasista muodostuvalla, kullalla silatusta nikkelistä tehdyllä johtavalla aineella, joka jauhe on tiivistetty jauhealustan 12 muodostamiseksi. Jauhealustat 12 saadaan pysymään liittimessä 11 joustavasta muovista tehdyn sulkukalvon 13 avulla. Kalvo 13 on kiinnitetty painettuun piirilevyyn 10. Kalvon 13 tehtävänä on varmistaa se, että metallijauhe pysyy liittimessä 11. Kalvo 13 on järjestetty niin, että se ottaa kosketintepin lU vastaan perään antaen, kun piirimoduli 15 kiinnitetään levyyn 10, työntämällä tapit lU pakolla jauhealustan 12 sisään. Kalvon 13 tehtävänä on edelleen suojata liittimen 11 sisällä olevaa säh-köliitännän suorittavaa väliainetta ympäristövaikutuksilta. Kun moduli irroitetaan painetusta piirilevystä 10, kalvo 11 suorittaa pyyhkäisevän toiminnan jauhehiukkas-ten poistamiseksi tapin lii pinnoista. Joustavan kalvon 13 ominaisuuksien tulisi olla lähinnä sellaiset, että sillä on suhteellisen pieni liukukitkakerroin ja että se antaa tilaa muotoaan muuttavien pintojen vähäiselle muodonmuutokselle. Sähköinen kosketinlaite on muotoiltu kokonaan irroitettavaksi.Figure 1 shows an improved electrical contact device according to the present invention, which is intended as a printed circuit board connector to receive the electrical connection pins of a circuit module. The arrangement includes a printed circuit board 10 having one or more tubular connectors 11. The board 10 is usually a dielectric material, e.g., epoxy glass or the like. The connectors 11 are of a conductive material, e.g. copper, gold-plated copper, etc., and can be made on a plate by conventional electrochemical methods. The connectors 11 are usually electrically connected to other circuits on the board (not shown) made according to conventional, well-known printing methods. The connectors 11 are filled with a conductive material made of particularly small-diameter particles of gold-polished nickel, which powder is compacted to form a powder substrate 12. The powder trays 12 are made to remain in the connector 11 by means of a barrier film 13 made of flexible plastic. The membrane 13 is attached to the printed circuit board 10. The function of the membrane 13 is to ensure that the metal powder remains in the connector 11. The membrane 13 is arranged to receive the contact pin IU rearwardly . The function of the membrane 13 is further to protect the medium making the electrical connection inside the connector 11 from environmental influences. When the module is removed from the printed circuit board 10, the membrane 11 performs a sweeping operation to remove powder particles from the surfaces of the pin. The properties of the flexible film 13 should be mainly such that it has a relatively low coefficient of sliding friction and that it allows for a slight deformation of the deformable surfaces. The electronic contact device is designed to be completely detachable.

Kavio 2 on osakuvaus välikkeestä tai liitinrungosta 20, joka on varustettu liittimin 21. Liittimet 21 on täytetty johtavilla metallihiukkasilla, jotka on tiivistetty jauhealustan 22 muodostamiseksi. Jauhealusta 22 saadaan pysymään liitti-messä 21 joustavasta muovista tehdyn sulkukalvon 23 avulla. Kalvot 23 on kiinnitetty kummallekin puolelle liitinrunkoa 20. Liitinrunkoon liitettäviä elementtejä ovat painetut piirikortit 2kt jotka on valmistettu dielektrisestä aineesta ja joissa on kosketintapit 25, juotettuna kiinni piirikorttien 2k ulommilla pinnoilla oleviin painettuihin piireihin 26, 27 ja 28. Välike tai liitinrunko 20 voidaan valmistaa niin, että siihen mahtuvat muodoltaan erilaiset kosketintapit. Koteloituiin suorittavat kalvot 23 on järjestetty niin, että ne ottavat perään antaen vastaan painettujen piirikorttien 2k kosketintapit 25, jolloin tapit työnnetään kalvon 23 lävitse jauhealustan 22 sisään sähköisen liitännän aikaansaamiseksi tappien 25 ja liittimen 21 välille.Figure 2 is a partial view of a spacer or connector body 20 provided with connectors 21. The connectors 21 are filled with conductive metal particles sealed to form a powder substrate 22. The powder base 22 is made to remain in the connector 21 by means of a barrier film 23 made of flexible plastic. The films 23 are attached to each side of the connector body 20. The elements to be connected to the connector body are printed circuit boards 2kt made of dielectric material and having contact pins 25 soldered to printed circuits 26, 27 and 28 on the outer surfaces of the circuit boards 2k. that it can accommodate contact pins of different shapes. The membranes 23 to be encapsulated are arranged to receive the contact pins 25 of the printed circuit boards 2k in succession, the pins being inserted through the membrane 23 into the powder base 22 to provide an electrical connection between the pins 25 and the connector 21.

Jauhealustojen johtavuus on suhteessa jauheen täyttösuhteeseen, joka voidaan määritellä suhteena johtavan jauheen tilavuuden ja jauheen täyttämän tilaelementin tilavuuden välillä, joka suhde ilmaistaan seuraavasti: i, 57855The conductivity of powder substrates is relative to the powder fill ratio, which can be defined as the ratio between the volume of the conductive powder and the volume of the space element filled by the powder, which ratio is expressed as follows: i, 57855

Täyttösuhde = 1_ m Vo ‘ SFill ratio = 1_ m Vo ‘S

jossa VQ - jauhealustan kokonaistilavuus m = jauheen paino S = jauheen todellinen tiheyswhere VQ - total volume of powder base m = weight of powder S = actual density of powder

Nikkeli/kulta-jauheelle, jonka hiukkaskoko on hyvin pieni (submikronialue) ehdotetun toteuttamismuodon mukaan, todellinen tiheys määrätään seuraavalla tavalla: p *« % ~ ^n(Au)+m(Ni)/ v m(Au) + m( Ni) S(Au) S(Ni) Täyttösuhteen oleminen alueella 15~30 % näyttää antavan optimi olosuhteet tiivistettäessä kosketintapit vastaanottavaa jauhetta pistokkeentapaisesti irroi-tettavassa liittimessä. Alemmilla arvoilla kosketinpaine alenee nopeasti ja jauhe tulee sähköisesti epästabiiliksi. Suuremmilla arvoilla tulee erityisen vaikeaksi työntää kosketintapit jauheen sisään. Edelleen jauhealusta tulee vähemmän soveltuvaksi irroitustoimintoihin ja tapin toistuviin sisääntyöntämisiin.For a nickel / gold powder with a very small particle size (submicron range) according to the proposed embodiment, the actual density is determined as follows: p * «% ~ ^ n (Au) + m (Ni) / vm (Au) + m (Ni) S (Au) S (Ni) Having a fill ratio in the range of 15 ~ 30% seems to give optimal conditions for sealing the contact pins of the receiving powder in a plug-like detachable connector. At lower values, the contact pressure decreases rapidly and the powder becomes electrically unstable. At higher values, it becomes particularly difficult to push the contact pins into the powder. Furthermore, the powder tray becomes less suitable for removal operations and repeated insertions of the pin.

Kuvio 3 esittää virtateitä väliketyyppisessä kosketinlaitteessa. Joskin virran todellinen kulkutie on monimutkainen, pääosa siitä kulkee säteettäisesti tapista johtavaan jauheeseen ja siitä edelleen liittimen silattuihin seinämiin. Välikkeellisissä toteuttamismuodoissa on oinaassa kaksinkertainen virtatie ja virta palaa seuraavassa vaiheessa silatusta liittimestä jauhealustan kautta tappiin.Figure 3 shows the current paths in a spacer type contact device. Although the actual flow path of the current is complex, most of it flows radially from the pin to the conductive powder and from there on to the bonded walls of the connector. In intermediate embodiments, Aries has a double current path and the current returns in the next step from the bridged connector through the powder substrate to the pin.