NO319332B1 - Rorformet kretskonnektor, fremgangsmate for fremstilling av denne samt instrument omfattende den rorformede kretskonnektoren - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse angår en rørformet kretskonnektor, eller mer bestemt en gummibasert rørformet kretskonnektor, eller koblingsanordning, benyttet for sammenkobling av kretser, for eksempel mellom en flytende krystall enhet og et kretskort for å drive det samme, mellom to displayenheter eller mellom to kretskort, så vel om en unik fremgangsmåte for fremstilling av dette.

Som kjent blir forskjellige moderne elektriske og elektroniske instrumenter fremstilt ved sammensetning av et flertall arbeidsenheter, for eksempel flytende krystall displaymoduler og kretskort for å gi en elektrisk krets for å drive arbeidsenheten, den elektriske forbindelsen mellom elektrodeterminalene på arbeidsenhetene og kretskortene blir etablert ved bruk av en elektrisk koplingsanordning, heretter for enkelthets skyld kalt for kopling. Mens det innen kjent teknikk er kjent og benyttet forskjellige typer koplinger, er de mest benyttede koplingene en gummibasert kopling i hvilken påliteligheten til den elektriske kontakt mellom elektrodeterminalene blir sikret ved anvendelse av den elastiske feiltoleransen til en del fremstilt av gummi. For eksempel er den såkalte "sebra"-typen gummibaserte koplingen et helt, langstrakt legeme som har en lagdelt struktur bestående av en i lengderetningen vekslende lagdeling av et flertall lag av en elektrisk isolerende gummi og et flertall lag av en elektrisk ledende gummi, som er en komposittgummi sammensatt med et elektrisk ledende pulver slik som ledende "carbon black" og sølvpulver, for å gi et svarthvitt stripet utseende.

Det er vanlig i de ovenfor beskrevne "sebra"-type koplingene at komposittgummien som danner de ledende lagene har en relativt høy volumresistivitet slik at konnektorer av denne typen ikke er helt tilfredsstillende for elektriske koplinger mellom elektrodeterminaler hvor lav elektrisk resistans er essensiell slik som i forbindelsen flytende krystall fargedisplaymoduler og monokrome flytende krystall moduler med 18 eller flere graderinger på grunn av den mulige variasjonen i ytelse til flytende krystall displayet som blir påvirket av kontaktresistans hvis ikke kontaktresistansen er kontrollert til å være ubetydelig liten. "Sebra"-koplingene er heller ikke passende for elektrisk forbindelse av plasma displaymoduler fordi temperaturøkningen på grunn av temperaturøkningen generert deri som en konsekvens av den høye resistansen.

Videre, har gurnrnilagene som utgjør "sebra"-koplingene en relativt høy gummihardhet, slik at pålitelige elektriske koplinger vanskelig kan oppnåes mellom elektrodeterminalen og det ledende laget i koplingen hvis ikke trykket mellom disse for å bringe dem i kontakt blir øket urimelig til en slik gra at kretskortet for forbindelsen er i fare for vridning eller ødeleggelse av det store kontakttrykket, noe som kan føre til en reduksjon i stabiliteten til den elektriske forbindelsen for koplingen. Dette problemet kan naturligvis bli løst ved å øke tykkelsen til bærekortet til kretsen for å motstå det store kontakttrykket. Dette middelet kan imidlertid ikke alltid benyttes da den økede tykkelsen til kretskortet på den andre siden krever en reduksjon i tykkelsen til arbeidsenheten slik som de flytende krystall displayenhetene, i for eksempel mobiltelefoner som må være meget kompakte i volum og ha lav vekt. Når den elektrisk ledende gummien som danner de ledende lagene i "sebra"-koplingen i tillegg er en komposittgummi med sølvpartikler, opptrer noen ganger fenomenet elektromigrasjon av sølvatomer mellom elektrodene, noe som fører til avleiring av sølvmetall på elektrodeoverflaten som resulterer i en reduksjon i påliteligheten til den elektriske forbindelsen gjennom koplingen.

Fra DE 30 08 110 Al er det kjent en gummibasert, rørformet kretskonnektor som er et helt rørformet legeme av en elektrisk isolerende gummi som et kjernerør og et antall ringformede kontaktbringende lag av metall dannet på og omkring kjernerøret arrangert i aksial retning av kjernerøret med jevn avstand. De kontaktbringende lagene er her atskilt og elektrisk isolert fra hverandre ved at kledningslagene ligger atskilt fra hverandre på en kjerne av isolerende materiale.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse har således som et mål å fremskaffe en forbedret gummibasert kopling som er fri for de ovenfor beskrevne problemene og ulempene hos de tidligere kjente gummibaserte kretskoplingene, eller spesielt "sebra"-koplingene, og som er i stand til elektrisk å forbinde motsatt posisjonerte rekker av elektrodeterminaler med relativt lav resistans og med høy pålitelighet og stabilitet.

Den gummibaserte kretskoplingen fremskaffet ved foreliggende oppfinnelse er således i grunnen et integrert rørformet legeme omfattende et langstrakt rørformet legeme av en elektrisk isolerende gummi som et kjernerør og et flertall av elektrisk ledende ringformede områder dannet med et regulær stigning på og rundt kjerneføret som arrangert i den aksielle retningen, hvor naboliggende ringformede områder er isolert fra hverandre ved intervensjon av et ringformet isolerende område i form av en polysinanforbindelse.

Ifølge ifølge et første aspekt av foreliggende oppfinnelse blir det således fremskaffet en ringformet kretskonnektor, som er et udelt rørformet legeme, som omfatter: (A) et langstrakt rørformet legeme av en elektrisk isolerende gummi som et kjernerør; og (B) et flertall ringformede kontaktbringende lag av et metall dannet på og rundt kjernerøret arrangert i aksial retning på kjernerøret med en jevn avstand, hvor hvert av

de ringformede kontaktbringende lagene er elektrisk isolert fra de naboliggende kontaktbringende lagene ved hjelp av (B2) et ringformet basislag, som ligger mellom de kontaktbringende lagene, hvor det ringformede basislaget er av en polysilanforbindelse som er anbrakt på og rundt overflaten av kjernerøret.

Ifølge et andre aspekt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av den gummibaserte rørformede kretskonnektoren, som omfatter trinnene: frembringelse av et basislag av en polysilanforbindelse på hele den ytre overflaten til et langstrakt rørformet legeme av en elektrisk isolerende gummi;

bestråling av basislaget av en polysilanforbindelse med ultrafiolett lys på et flertall av ringformede områder arranger med en jevn avstand med en slik dose at polysilanforbindelsen blir omdannet til silika; og

frembringelse av et flertall ringformede basislag av gull for å tjene som det kontaktbringende laget på de ultrafiolett bestrålte ringformede områdene på det rørformede legemet.

Når et rørformet legeme av en gummi er fremstilt som ovenfor angitt, vil dette være en kontinuerlig lengde gummirør som er et hode til hale kontinuum av et flertall enhetslengde konnektorer, slik at kontinuumet deretter blir delt ved å kutte dette opp i individuelle enhetslengde konnektorer.

Foreliggende oppfinnelse angår også et elektronisk instrument omfattende to sett elektrodeterminaler anordnet i to mot hverandre vendende første og andre rekke i hvilke elektrodeterminalene i den første rekken og elektrodeterminalene i den andre rekken er elektrisk forbundet ved en mellomliggende gummibasert rørformet kretskonnektor, som angitt ovenfor, under sammenpressende krefter for å deformere det rørformede legemet av gummi med elastisk spenst.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er en perspektivskisse av foreliggende gummibaserte rørformede konnektor og viser en del med kun fem ringformede kontaktbringende lag. To forsterknende gummestriper er festet til denne langs de radialt motsatte aksielle sidelinjene. Figurene 2A til 2F er hver en skjematisk illustrasjon av trinnene for fremstilling av foreliggende gummibaserte rørformede konnektorer, hvor hver figur er perspektivskisser av arbeidsstykket ifølge det andre aspektet ifølge oppfinnelsen. Figur 3 er et skjematisk tverrsnitt som illustrerer to kretskort satt sammen ved bruk av foreliggende gummibaserte rørformede konnektor mellom rekker av elektrodeterminaler.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelsesformene

Først blir et typisk eksempel på foreliggende gummibaserte rørformede konnektor illustrert med referanse til figur 1 i de vedlagte figurer. Denne illustrasjonen viser kun en del av hele konnektorlegemet 40 som har kun fire ringformede kontaktbringende lag 30i til 305) selv om et enkelt konnektorlegeme 4 kan omfatte flere titall eller enda flere av de ringformede kontaktbringende lagene 30. Som det er vist i denne figuren er den gummibaserte konnektoren 40 ifølge oppfinnelsen et udelt legeme bestående av et langstrakt rørformet legeme 1 fremstilt av en elektrisk isolerende gummi slik som en silikongummi for å tjene som kjernerøret 1. Fem ringformede kontaktbringende lag 301 til 30s med en konstant bredde, noen ganger med unntak av kontaktbringende laget 30i på enden av kjernerøret 1, er formet på og rundt kjernerøret 1 med en konstant avstand. De ringformede kontaktbringende lag, dvs. 30i og 302, 302 og 3O3,3O3 og 3O4 og 30s og 30s, er separert og elektrisk isolert fra hverandre ved et mellomliggende ringformet basislag 20, av en polysilanforbindelse, henholdsvis 201 til 2O4. Selv om det ikke klart er vist i figur 1, kan hvert av de ringformede kontaktbringende lagene 30i til 3O5 ha en tolags struktur bestående av et baselag som ligger mellom overflaten til det isolerende kjernerøret 1 og det øvre kontaktbringende laget dannet av et godt elektrisk ledende materiale slik som gull. Materialet for basislaget kan være silika som er dannet ved bestråling av polysilanforbindelsen i de områdene som skal dekkes med det kontaktbringende laget.

Dimensjonene til kjernerøret 1 avhenger naturlig av den bestemte tiltenkte bruken av konnektoren 4.1 et typisk eksempel har kjernerøret 1 en ytre diameter som ikke overskrider 6 mm og en veggtykkelse på 0,5 til 3 mm, eller foretrukket fra 0,5 ul 2,5 mm. Når veggtykkelsen til kjernerøret 1 er for stor, har den rørformede konnektoren 40 for stor motstand mot sammentrykkende deformering i den radielle retningen for således å redusere påliteligheten til den elektriske kontakten mellom de metalliske kontaktbringende lagene i kontaktbringende lagene 30 og elektrodeterminalene på kretskortene dersom ikke det kontaktbringende trykket blir øket for meget. Når veggtykkelsen er for liten er den mekaniske styrken til den rørformede konnektoren naturligvis redusert og den elastiske spenstigheten for å sikre pålitelighet for den elektriske forbindelsen er også redusert.

Eksempler på gummimaterialet fra hvilket kjernerøret 1 blir fremstilt omfatter butadienbaserte syntetiske gummier slik som butadien-styren kopolymere gummier, butadien-akrylonitril kopolymere gummier og butadien-isobutylen kopolymere gummier, polyklorpren gummier, vinylklorid-vinylacetat kopolymere gummier, polyuretangummier, silikongummier og fluorkarbongummier av hvilke silikongummier er foretrukket med hensyn på deres utmerkede egenskaper slik som varmeresistens, kulderesistens, antikjemisk resistans, værfasthet, elektrisk isolasjon så vel som sikkerhet for den menneskelige kropp.

Gimimimaterialet i gummirøret 1 må ha en gummihardhet i området fra 30°H til 80°H, fortrinnsvis fra 40 °H til 60 °H ifølge JIS A-skalaen. Når gummihardheten er for høy, blir konnektoren for stiv og resistent mot sammentrykkende deformasjon for således å redusere påliteligheten i den elektriske forbindelsen, mens når gummiens hardhet er for høy lider gummien av en øking i den permanente kompresjonen, noe som fører til en reduksjon i holdbarheten til den rørformede konnektoren.

Nedenfor er en beskrivelse av fremstillingsprosedyren for den ovenfor beskrevne gummibaserte rørformede konnektoren 40 med referanse til figurene 2A til 2F som illustrerer fremgangsmåten for fremstilling av et kjernerør 1 i de respektive trinnene ved en perspektivskisse av arbeidsstykket.

Kjernerøret (figur 2A) av et elektrisk isolerende gummiholdig materiale, støttet på en spindel 10 og blir først belagt med en polysilanforbindelsen for å danne et enhetlig basislag 20 over hele den ytre overflaten til kjernerøret 1. En polysilanforbindelse er en type organosilikonpolymerer som har god stabilitet i forskjellige organiske oppløsningsmidler og har utmerket resistens overfor oksygen, plasma og stabilitet. Spesielt, passer polysinanforbindelser for modellering ved mønstervis bestråling med ultrafiolett lys. Blant de forskjellige typene polysilanforbindelser, er polyfenylsilaner som har en lineær molekylstruktur foretrukket for foreliggende oppfinnelse. Basislaget 20 dannet av en polysilanforbindelse skal ha en tykkelse i området fra 0,1 til 20 um tørket. Når tykkelsen til polysilanlaget blir for stor, får laget 20 øket stivhet, noe som resulterer i reduksjon av forenligheten med hensyn på deformering av kjernerøret 1. Laget 20 av en polysilanforbindelse kan bli dannet ved belegging av overflaten på kjernerøret 1 med en oppløsning av en polysilanforbindelse i et organisk oppløsningsmiddel fulgt av tørking.

Det neste trinnet som følger frembringelsen av polysilanlaget 20 over hele den ytre overflaten av kjernerøret 1 (figur 2B), er selektiv ultrafiolett bestråling av polysilanlaget 20 mønster-rettet i de ringformede områdene rundt kjernerøret 1. Da en polysilanforbindelse kan bli dekomponert av bestråling med ultrafiolett lys i en oksiderende atmosfære, kan dette trinnet med selektiv oksidering av polysilanlaget 20 bli utført ved bestråling av laget med ultrafiolett UV lys gjennom en maskeringsplate 15 som har et flertall spalter 15 A, som kan være rett lineære eller bølgede som i figur 5C, arrangert med en ønsket avstand, mens kjernerøret 1 blir rotert omkring aksen ved hjelp av spindelen 10 som er satt inn i kjernerøret 1 slik at polysilanforbindelsen blir omdannet til silika som danner et flertall ringformede lag 20A av silika rundt kjernerøret 1 mellom to ringformede polysilanlag 20 (figur 2D).

I stedet for å fremstille de kontaktbringende lagene 30 av gull på de ringformede polysilanlagene 20 av ikke omdannet til silikalag, kan de kontaktbringende lagene 30 av gull bli dannet på de ringformede områdene hvor polysilanet har blitt omdannet til silikalag 20A ved en passende fremgangsmåte etter fjerning av silikaen (fig. 2E).

Til sist, om enn valgfritt, blir den således fremstilte rørformede konnektoren 40 utstyrt på en eller begge sider med en forsterkende gummistripe eller -striper 7 festet dertil (figur 2 F) før fjerning av spindelen 10.

De forsterkende gummistripene 7 blir fremstilt ved å danne et lag av en gummi av har hardhet på en lavtkrympende tynn basisfilm av et plastresin i en fremgangsmåte ved for eksempel "topping" eller dekking. Basisfilmen kan være valgt blant filmer av en polyesterresin slik som polyetylentereftelat, polybutylentereftelat og polyetylennitril og en polyimidresin. Gummien med høy hardhet er valgt blant polykloroprengummier, silikongummier, polyisoprengummier, butylgummier, silikongummier, polyisoprengummier, butylgummier, fluorkarbongummier og uretangummier, av hvilke silikongummier er foretrukne på grunn av deres utmerkede motstansdyktighet til å motstå negative miljømessige betingelser og deres gode mekaniske egenskaper.

Gummimaterialet for de forsterkende gummistripene 7,7 må ha en gummihardhet i området fra 60 °H til 90 °H eller, fortrinnsvis, fra 70 °H til 80 °H ifølge JIS A-skalaen. En gummi med for stor hardhet har den effekt at den øker den sammenpressende belastning på konnektoren, mens en for lav gummihardhet fører til en klebrig fremtreden og reduksjon i glatthet, noe som fører til en redusert arbeidseffektivitet ved sammensetning. Selv om det er avhengig av størrelsen på den rørformede konnektoren 4, har de forsterkende gummistripene en tykkelse i området fra 50 til 500 um eller, fortrinnsvis, fra 80 til 150 um på grunn av størrelsen på konnektoren etter festing av de forsterkende gummistripene 7,7 på begge sider.

Den rørformede konnektoren ifølge foreliggende oppfinnelse fremstilt på den ovenfor beskrevne måten tjener som konnektor i høy-strømskretser med høy pålitelighet på grunn av den lave volumresisiviteten og den utmerket høye stabiliteten til gull, som er fri for fenomenet ved elektromigrering og elektrolyttisk korrosjon, som danner det kontaktbringende laget 3 av kontaktbringende laget 6 som har en tolagsstruktur. God og pålitelig elektrisk forbindelse kan herved bli oppnådd mellom rekker av elektrodeterminaler selv under er relativt lavt kontaktbringende trykk på grunn av den adekvate gummihardheten i kjernerøret 1 slik at den rørformede konnektoren 4 ifølge foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet selv i et meget kompakt og relativt skjørt instrument slik som mobiltelefoner uten problemet med forstyrrelse eller vridning av kretskortene på grunn av det kontaktbringende trykket.

Figur 3 illustrerer den rørformede konnektoren 40 ifølge foreliggende oppfinnelse som har forsterkende gummistriper 7,7 på begge sider, under bruk for elektrisk forbindelse mellom to rekker elektrodeterminaler 11 A, 12A på henholdsvis kretskort 11 og 12, i et tverrsnitt. Den rørformede konnektoren 40 er under en moderat sammenpressende kraft i opp-ned-retning slik at den har et elliptisk tverrsnitt med en høyde begrenset av de to støttene 13,13 som står mellom kretskortene 11,12 for å etablere en pålitelig elektrisk forbindelse mellom elektrodeterminalene 1 IA, 12A gjennom det kontaktbringende laget 3 i det tolags kontaktbringende laget 6 under passende elastisk spenstighet av kjernerøret 1. Da tykkelsen til det kontaktbringende laget 3 av gull er så liten og gull har god evne til deformering for å gi etter for deformasjonen til de underliggende lag, er det kontaktbringende laget 3 ikke under noen negativ påvirkning forårsaket av deformasjonen av kjernerøret 1 eller, sett fra den andre siden, den elastiske spenstigheten til kjernerøret 1 er ikke påvirket av det kontaktbringende laget 3 av gull.

Videre har den elliptiske deformasjonen til den rørformede konnektoren 4 under en sammenpressende kraft en effekt i å øke det kontaktbringende overflatearealet mellom elektrodeterminalene 11 A, 12A og de kontaktbringende lagene 3 som er tilgjengelig for elektrisk kontakt.

Nedenfor blir den gummibaserte rørformede kretskonnektoren og fremgangsmåte for fremstilling av denne ifølge oppfinnelsen, beskrevet i større detalj ved hjelp av eksempler.

Eksempel 1

Et rør av kontinuerlig lengde av en ikke herdet silikongummisammensetning med en ytre diameter på 3,4 mm og en indre diameter på 2,0 mm ble fremstilt fra den samme silikongummiforbindelsen som ble benyttet i eksempel 1 og ble utsatt for en herdebehandling ve oppvarming i en varmluftovn ved 195 °C i 3 minutter. Det herdede silikonrøret i kontinuerlig lengde ble kuttet opp i rør av enhetslengde som hver hadde en lengde på 300 mm.

En 400 mm lang rustfri spindel 10 med en diameter på 2,1 mm ble satt inn i hullet i det 300 mm lange rørformede legemet som kjernerøret 1 og hele den ytre overflaten av kjernerøret ble belagt med beleggmgssammensetning av et polyfenylsilan med en rett lineær molekylstruktur fulgt av tørking ved 120 °C i ti minutter for å danne et basisslag 20 av polyfenylsilanet.

Basislaget 20 av polyfenylsilanet ble så bestrålt med ultrafiolett lys med en bølgelengde på 254 nm utstrålt fra en lavtrykks kvikksølvlampe på de ringformede områdene ved rotering av kjernerøret 1 rundt spindelen 10 under en maskeringsplate 15 med spalter 15a med en bredde på 0,05 mm med en jevn avstand på 0,1 mm som illustrert i figure 5C, i løpet av 10 minutter slik at polyfenylsilanen i de bestrålte områdene ble dekomponert og omdannet til silika som danner de ringformede silikalagene 20A, hver av hvilke har en bredde på 0,05 mm i form av en bølget ring som er holdt parallell med de andre ringformede silikalagene 20A.

Det ringformede legemet 1 på hvilket et flertall ringformede silikalag 20A var dannet på den ovenfor beskrevne måten, ble dyppet i en oppløsning av et edelmetallsalt for å avsette kollodiale partikler av edelmetall på silikalagene 20A. Deretter ble det rørformede legemet utsatt for en ikke-elektrisk metalliseringsbehandling for å danne et basisslag av nikkel med en tykkelse på 1 um på overflaten til silikalagene 20A som bærer de kollodiale partiklene av edelmetallet. Et beleggingslag av gull med en tykkelse på 0,5 um ble så dannet på beleggingslaget av nikkel for å tjene som det kontaktbringende laget 30.

Den etterfølgende prosedyren for fremstilling av foreliggende rørformede kretskonnektorer med enhetslengde var hovedsakelig den samme som i eksempel 1 inkludert trinnene ved festing av forsterkende gummistriper 7,7 på de radielt motsatte sideoverflatene av det rørformede legemet, fjerning av den rustfrie spindelen 10 fra det rørformede legemet og deling av det 300 mm lange rørformede legemet 40 i 10 mm lange oppdelte konnektorbiter av enhetslengde.

Claims (3)

1. Gummibasert rørformet kretskonnektor (4,40) som er et udelt rørformet legeme, omfattende: (A) et langstrakt rørformet legeme (1) av en elektrisk isolerende gummi som et kjernerør (1); og (B) et flertall ringformede kontaktbringende lag (30,30j, 302,3O3, 3O4,30s) av et metall dannet på og rundt kjernerøret (1) arrangert i aksial retning på kjernerøret med en jevn avstand, karakterisert ved at hvert av de ringformede kontaktbringende lagene (30,30i, 302,3O3, 3O4,30j) er elektrisk isolert fra de naboliggende kontaktbringende lagene ved hjelp av (B2) et ringformet basislag (20), som ligger mellom de kontaktbringende lagene, hvor det ringformede basislaget er av en polysilanforbindelse som er anbrakt på og rundt overflaten av kjernerøret.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av den gummibaserte rørformede kretskonnektoren ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter trinnene: frembringelse av et basislag av en polysilanforbindelse på hele den ytre overflaten til et langstrakt rørformet legeme av en elektrisk isolerende gummi; bestråling av basislaget av en polysilanforbindelse med ultrafiolett lys på et flertall av ringformede områder arranger med en jevn avstand med en slik dose at polysilanforbindelsen blir omdannet til silika; og frembringelse av et flertall ringformede basislag av gull for å tjene som det kontaktbringende laget på de ultrafiolett bestrålte ringformede områdene på det rørformede legemet.

3. Elektronisk instrument omfattende to sett elektrodeterminaler (1 IA, 12A) anordnet i to mot hverandre vendende første og andre rekke i hvilke elektrodeterminalene i den første rekken og elektrodeterminalene i den andre rekken er elektrisk forbundet ved en mellomliggende gummibasert rørformet kretskonnektor (40) ifølge krav 1, under sammenpressende krefter for å deformere det rørformede legemet av gummi med elastisk spenst.