SE431380B - Lodfri forbindelse - Google Patents

Description

'7904423-6 PO krets består vanligen av en plasttunga vilken tjänar som bärplatta för ett flertal elektriska ledare. Anslutningarna för dessa ledare ligger fria för att det genom lödning skall bli möjligt att framställa en permanent elektrisk kontakt mellan den böjliga kopplingskretsens ledare och .kontakterna vid en annan kopplingskrets, ett förbindelse- stycke eller andra aktiva eller passiva anordningar. Förut- sättningen vid detta förfarande är givetvis, att den i bärplattorna för de flexibla kopplingskretsarna vid tek- nikens ståndpunkt använda plasten är motståndskraftig mot de höga temperaturer, för vilka den utsättes för vid lödningen.

Inom några användningsområden har det visat sig önskvärt att ersätta lödningen som förbindelseteknik för upprättande av en elektrisk förbindelse vid böjliga eller andra kopplingskretsar. I detta fall kan den önskade elektriska kontakten upprättas t.ex. därigenom, att anslut- ningsställena för kopplingskretsen pressas mot motsvarande anslutningsställen vid anslutningsdelen, mot en anordning eller en annan kopplingskrets på mekaniskt sätt. En sådan anpressningsförbindelse förverkligas vid teknikens stånd- punkt vanligen medelst en fästkroppselastomer som tryck- alstrare, t.ex. medelst ett kautschukelement, vilket för- sättes under tryck, för att pressa åtminstone en av de komponenter, som skall förbindas elektriskt med varandra, mot den andra komponenten för att därigenom hålla kompo- nenternas anslutningar i elektrisk kontakt med varandra. Även om tryckförbindelseanordningar av det här ovan i korthet beskrivna slaget underlättar kopplingskrets- montering samt reparation och dessutom förbilligar och möjliggör användningen av icke obetingat färmebeständiga plaster, eftersom det tidsödande och därför kostnadskrävande monteringssteget med lödning bortfaller, uppvisar ändå dessa tryckförbindelser enligt teknikens ståndpunkt en tungt vägande nackdel. US 3 825 878 kan anses represen- 790l+423-6 tativ för teknikens ståndpunkt med avseende på dessa fasttryckningsförbindelser för att förbinda en böjlig kopplingskrets med en tryckt kopplingskrets. Enligt denna amerikanska patentskrift består tryckalstraren av kompakt silikonkautsehuk, som är mycket elastisk och som uppvisar långtidselasticitet, så att den alltid återtar sin ursprungsform. När ett element av kompakt kautschuk utsättes för tryck i en riktning, vilken kan betecknas som Z-koordinatriktningen för kautschukele- mentet, sammanpressas materialet i denna Z-riktning.

På grund av denna kompression i Z-riktningen uttänjes emellertid det kompakta kautschukelementet i riktning av X- och Y-koordinaterna, vilka sträcker sig vinkel- rätt mot Z-koordinaten. Denna deformation i tvärrikt- ningen av kautschukelementet kan förorsaka en relativ- rörelse mellan kopplingskretsens anslutningsställen, så att den önskade elektriska kontakten eventuellt ej upp- rättas. Detta problem med relativrörelsen mellan anslut- ningsställena, som förorsakas genom deformationen i tvärriktningen av det eftergivliga anpressningselementet, blir speciellt akut, när, vilket vanligtvis är fallet, man önskar upprätta ett flertal tätt intill varandra belägna kontaktställen vid två kopplingskretskomponenter, t.eX. mellan anslutningsställena för en första flexibel kopplingskrets och kopplingsställena för en andra flexibel kopplingskrets eller en tryckt kopplingskrets på en stel bärplatta.

För undvikande av denna och andra nackdelar samt bristfälligheter vid teknikens ståndpunkt avser upp- finningen att åstadkomma en anordning för lödfri förbin- delse av elektriska kopplingselement, vid vilken anordning i huvudsak undvikas en icke önskad förskjutning av an- slutningsställena. Detta har med utgång från en lödfri förbindelse av ovan angivet slag åstadkommits medelst de åtgärder, som anges i huvudkravets kännetecknande del. '71904423 -6 Ytterligare kännetecken på lämpliga utförings- former av uppfinningen framgår av underkraven.

De elastiska elementen vid den föreslagna löd- fria förbindelsen består av ett skummaterial med öppna celler och med en komprimeringsdeformation på mindre än 5% och lämpligen en tryckdeformation på ca 25% vid ett tryck av 5-10 psi (O,345 - 0,69 bar). Genom användningen av ett sådant elastiskt material med öppna celler blir det möjligt att bringa ett flertal tätt intill varandra belägna anslutningsställen resp. anslutningsklämmor vid två kopplingskretsbärare i plan med varandra och därefter tillförlitligt pressa dem mot varandra, varvid de genom inriktandet av kopplingskretsbärarna upprättade, elektriska förbindelserna upprätthålles, när det erforderliga anpressningstrycket utövas.

Det föreslagna lödfria förbindelsesystemet kan användas t.ex. för att förbinda kopplingskretsar för att förbinda flexibla kopplingskretsar med kopplingskretsar på stela kopplingskretsbärare, för upprättande av förbin- delsen mellan från en integrerande kopplingskrets ut- skjutande kontakttungor och motsvarande motstycken vid en böjlig eller stel kopplingskretsbärare liksom även inom andra användningsområden.

Uppfinningen skall i det följande närmare för- klaras med hänvisning till de bifogade ritningarna, varå fig. 1 är en perspektivvy av en anpressningslist med ett elastiskt skummaterial som tryckalstrare, varvid anpress- ningslisten och den tryckalstrande delen bildar den före- slagna lödfria förbindelsen enligt en första utförings- form. Fig. 2 är en sidovy av elementet enligt fig. 1, och fig. 5 är en perspektivvy av elementet i fig. 1 och' 2 med en därvid fastgjord, flexibel kopplingskrets. Fig. 4 är en perspektivvy av en anpressningslist, vilken sam- verkar med anpressningslisten enligt fig. 1 och 2 och vid vilken är fäst en elektrisk kopplingskrets. Fig. 5 visar 7904423-6 ett tvärsnitt, som åskådliggör den praktiska tillämpningen av utföringsexemplet enligt fig. 1-4 för att förbinda den vid anpressningslisterna enligt fig. 5 och 4 fastgjorda kopplingskretsen. Fig. 6 är en sprängvy i perspektiv för åskådliggörande av ett användningsfall för upprättande av en förbindelse mellan en böjlig kopplingskrets och en integrerande kopplingskrets. Fig. 7 är en sprängvy i perspektiv av en andra utföringsform för att med varandra förbinda integrerande kopplingskretsar och fig. 8 visar ett tvärsnitt genom sidovyn av utföringsexemplet enligt fig. 7.

I fig. 1 och 2 visas en anpressningslist 10, som har i huvudsak rektangulär form och som utgör en första utföringsform av den lödfria förbindelsen enligt uppfinningen. En rektangulär dyna 11 av elastiskt skum- material, lämpligen av ett material med öppna celler, har fastlimmats vid ena ytan på listen 10. I anpress- ningslisten 10 har vidare anbragts genomgångshål 12, 15, medelst vilka på i det följande närmare förklarat sätt kan alstras en anpressningskraft vinkelrätt mot ytan, vid vilken dynan 11 är fäst. Slaget av elastiskt skum- material 11 för alstring av en anpressningskraft är ett speciellt viktigt kännetecken på den föreslagna förbindelsen och skall närmare förklaras i det följande.

I fig. 3 Visas en böjlig kopplingskrets 15, vilken t.ex. medelst bindemedel har fästs vid den i fig. 1 och 2 visade delen av den lödfria förbindelsen. Den böjliga kopplingskretsen 15 består bl.a. av ett blad av böjlig plast, vilket blad fungerar som bärsubstrat för ett flertal elektriska ledare 16. Som substratmaterial för den böjliga kopplingskretsen kan man använda polymerer, t.ex. polyesterfolier. Inom speciella användningsområden av den enligt uppfinningen föreslagna förbindelsen sträcker sig ledarna 16 parallellt med och tätt intill varandra och definierar kopplingsknetsmönstret för den 77904423-6 böjliga kopplingskretsen 15. Inom detta användningsområde är ledarna 16 vanligen beskiktade med en isolering av lämpligt material, som därvid avlägsnas vid vissa ställen, t.ex. genom kemisk etsning. På detta sätt avlägsnas skydds- isoleringen vid vissa, på varandra följande ställen 17, så att materialet i ledarna 16 frilägges i ett eller flera områden, som är belägna i plan med den elastiska anpressningsdynan 11. De frilagda ställena 17 på kopp- lingskretsledarna 16 är efter avlägsnandet av isoleringe- materialet och sett från konstruktionsdelen enligt fig. 5, vända utåt och bildar på detta sätt ett flertal bredvid varandra belägna kontakter. Fastgöringen av den böjliga kopplingskretsen 15 vid anpressningslisten 10 kan åstad- kommas genom fastlimning och/eller medelst mekaniskt ingrepp mellan kopplingskretsen och anpressningslisten.

Sålunda kan t.ex. anpressningslisten 10 vara försedd med en längdslits, i vilken införes den ena änden på kopp- lingskretsen 15. Medelst skruvar 19, 20, som sträcker sig genom genom hålen 12 resp. 15 i listen 10, kan konstruk- tionsdelen enligt fig. 5 förbindes med kopplingskretsen och förbindelsestycket enligt fig. 4.

Såsom visas i fig. 4 kan den föreslagna lödfria förbindelsen omfatta även en andra anpressningslist 21.

En komponent 22, som bildar en andra elektrisk kopplinge- krets och som t.ex. utgöres av en andra flexibel kopp- lingskrets är fäst vid listen 21. Kopplingskretsen 22 uppvisar ett flertal ledare med frilagda anslutninge- ställen 25, vilka har samma inbördes avstånd som anslut- ningsställena 17 för kopplingskretsen 15 i fig. 5, så att anslutningsställena 25 kan bringas till ett läge i plan med anslutningsställena 17. I anpressningslisten 21 har anbragts två borrningar 24, 25, som till storlek 7904423-6 och avstånd motsvarar borrningarna 12 och 13 i anpressnings- listen 10 och sålunda kan bringas till läge i plan med dessa borrningar. Det torde inses utan särskild förklaring, att anpressningslisten 21 och kopplingskretsen 22 enligt fig. 4 kan ersättas med ett anslutningsstycke ålar en stel bär- platta för en tryckt kopplingskrets.

I fig. 5 visas ett tvärsnitt genom en lödfri förbindelse under användning av de i fig. 1-4 visade kopplingskretsarna och konstruktionsdelarna. Snittet i fig. 5 är lagt parallellt med det av koordinaterna Z och X bildade planet, under det att koordinataxeln Y sträcker sig bakåt sett från ritningsplanet. Såsom an- givits i inledningen användes vid teknikens ståndpunkt en massiv elastomer, t.ex. ett kautschukelement, för sammanpressning av två elektriska kontakter. Såsom likaledes redan tidigare angivits uppkommer emellertid vid samman- pressning av kautschuken i Z-riktningen och en uttänjning av kauschukelementet i X- och Y-riktningarna. Användes följaktligen vid den lödfria förbindelsen enligt fig. 5 ett sådant massivt gummitryckelement, skulle i sidled i Y-riktningen belägna krafter komma att inverka på kopp- lingskretsen 15, varigenom risk skulle uppkomma för att de frilagda anslutningsställena 17 och 25 vid ledarna skulle bringas ur plan med varandra vid kopplingskretsarna 15 resp. 22. Genom användningen av ett elastiskt material med öppna celler elimineras praktiskt taget denna risk' för att kopplingskretsarnas anslutningsställen skall föras ur plan med varandra.

Fig. 6 visar en anpressningsanordning för att förbinda en aktiv komponent, t.ex. en integrerad kopplinge- krets 24, med en kopplingskrets, som uppvisar ett flertal ledare. Den integrerande kopplingskretsen 24 uppvisar ett antal utskjutande anslutningstungor 25. För att den inte- arerande kopplingskretsen 24 skall uppfylla sin funktion resp. sina funktioner måste dessa anslutningstungor 25 7904423-6 förbindas med anslutningsställen 26 vid en på ett underlag 27 anbragt kopplingskrets. I fig. 6 bildar substratet 27 och ledaren 26 en flexibel kopplingskrets. Den lödfria anslutningsanordningen vid utformningen enligt fig. 6 omfattar dessutom ett övre hölje 28, ett skikt av icke ledande, elastiskt cellmaterial 29 samt ett undre hölje 50. I det övre höljet 28 befinner sig en ursparing 51, som till form och dimension utformats för att uppta den integrerande kopplingskretsen 24 och på detta sätt in- kapsla den. I det övre höljet 28 har på båda sidor om ursparingen 51 anordnats ett antal styrslitsar 52. Styr- slitsarna 52 har blott ringa djup och är lämpligen utformade på sä sätt, att anslutningstungorna 25 kan inläggas däri.

Vid nedre höljesdelen 5O har anbragts ett antal utsprång eller upphöjningar 55, vilka till form och inbördes avstånd utformats på så sätt, att de blir belägna i plan med slitsarna 55 i det övre höljet 28. Slitsarnas 52 djup är något mindre än tjockleken av anslutningstungorna 25, så att när tungorna 25 är belägna i slitsarna 52, de utskjuter något utanför ytan på det övre höljet 28.

Den integrerande kopplingskretsen 24 förbindes på följande sätt elektriskt med den böjliga kopplings- kretsen 27. Den integrerande kretsen 24 inlägges i ur- sparingen 51, varvid anslutningstungorna 25 inställes i slitsarna 52. Kopplingskretsarnas frilagda anslutninge- ställen 26 på underlaget 27 bringas till läge i plan med anslutningstungorna 25 och mattan av elastiskt material 29 lägges såsom visas i fig. 6 an mot den flexibla kopplingskretsen. Det undre höljet 50 anbringas därefter mot mattan 29 på så sätt, att upphöjningarna 55 blir belägna i plan med ledarnas anslutningsställen 26 och sålunda med anslutningstungorna 25 i slitsarna 52.

Därefter sammanpressas det övre höljet 28 och ett undre hölje 50 medelst lämpliga organ, t.ex. klamrar, skruvar eller liknande. Därigenom pressas upphöjningarna 55 uppåt '7904423-6 mot mattan 29, varigenom dessa i de plan med varandra belägna kontaktzonderna utsättas för en kompressions- påkänning och på detta sätt tillförsäkras en säker elektrisk kontakt mellan anslutningstungorna 25 och de frilagda anslutningsställena 26 vid den böjliga kopp- lingskretsen. _ Fig. 7 och 8 visar ett i kombination med integrerande kopplingskretsar gynnsamt utföringsalter- nativ. Utföringsformen enligt fig. 7 och 8 lämpar sig speciellt väl för framställning av en lödfri förbin- delse mellan en med 35 betecknad, aktiv kopplingskrets och kontakterna 57 vid en stel kopplingskretsbärplatta.

De aktiva komponenterna 55 i form av en elektronisk kopplingskrets kan t.ex. bestå av dualt i serie kopp- lade element, vilka uppvisar ett bestämt antal kontakt- tungor 36. På samma sätt som vid utföringsformen enligt fig. 6 inriktas kontakttungorna 36 med kontaktknopparna 57 hos den tryckta kopplingskretsen mot kopplingskrets- bärplattan 38 och föras till kontakt.

Den lödfria förbindelseanordningen vid utförings- formen enligt fig. 7 och 8 omfattar ett övre hölje 39 med en ursparing 40, som till storlek och form har anpassats för upptagande av kopplingskretsblocket 35. Detta övre hölje 39 är vidare försett med långsträckta ursparingar 41, 42 på båda sidor om ursparingen 40. Ursparingarna 41, 42 är medelst med inbuktningar försedda skiljeväggar 43, 44 åtskilda från ursparingen 40. Inbuktningarna vid slitsarna 45 i väggarna 43, 44 är sådana till storlek och form, att de kan uppta från kopplingskretsblocket 55 ut- skjutande kontakttungor 36. I var och en av de båda ur- sparingarna 41, 42 inlägges en långsträckt remsa av elastiskt, icke ledande material 46 med öppna celler såsom visas i fig. 8. Det övre höljet 39 är vidare försett med ett antal borrningar 47, som till storleken 7904423-6 10 motsvarar borrningarna 48 i bärplattan 38 för den tryckta kretsen och som är belägna i plan med denna. När höljet 39 inställes så, att borrningarna 47 blir belägna i plan med borrningarna 48 i bärplattan för den tryckta kretsen, blir kontakttungorna 36 belägna över kontaktupphöjningarna 37 i den tryckta kretsen. Pressas därvid t.ex. medelst skruvarna 49 och muttrarna 50 höljets lock 39 mot bär- plattan 48, komprimeras remsorna 46 av elastiskt material och pressar i sin tur kontakttungorna 36 elastiskt mot kontaktupphöjningarna 37. Såsom framgår av fig. 8 defor- meras vid åtdragning av muttrarna 50 det elastiska materialet 46 i området av kontaktstället mellan kontakttungorna 36 och kontaktupphöjningarna 37, varvid medelst den därvid bildade anpressningskraften tillíörsäkras i området av kontaktställena mellan kontakttungorna 36 och kontaktupp- höjningarna 37 en tillförlitlig elektrisk kontakt mellan kontakttungorna 36 och kopplingskretsen på bärplattan 38.

Materialet för de anpressningskraften alstrande elementen, t.ex. elementet 11 enligt fig. 1-3 och 5, mattan 29 enligt fig. 6 och remsorna 46 enligt fig. 7 och 8, utgöres av en viskoelastisk polymer, företrädesvis ett polyuretanskummaterial med öppna celler. Speciellt gynnsamma resultat har erhållits vid användning av en uretanförening i kombination med en polyester/polyeter- blandning. Ett mycket lämpligt material inom ramen för den föreslagna förbindelsen utgöres av materialet R/Flex 8770, som saluföres av firman Rogers Corporation, Rogers Connecticut USA. Detta material kännetecknas av en tryck- deformation vid 25% kompression i området 0,345 - 0,69 Bar (5-10 psi). Det använda materialet bör ha en kompri- meringsdeformation, som är mindre än 5%. Komprimerings- deformationen prövas enligt ASTM-standard D-1564, enligt vilken en kvadratisk stapel med två tum sidolängd och en tum tjocklek av materialremsor (ca 1,5 mm/remsa) sammanpressas med 50% till en tjocklek av en halv tum, 7904423-6 11 det komprimerade materialet utsättes under 22 tim för en temperatur av 70°C, belastningen upphäves och därefter mätas tjookleken. Komprimeringsdeformationen av nämnda material R/Flex 8770 uppgår efter 5 tim i ângautoklav före genomförandet av provet enligt ASTM D-1564 till mindre än 10%.

I det föregående har lämpliga utföringsformer av den föreslagna förbindelsen beskrivits. Givetvis kan .många modifikationer genomföras inom ramen för efter- följande krav. Sålunda kan t.ex. i stället för blott ett tryckalstringselement i området av den kontakt, som skall tillförsäkras, anbringas två sådana element, som skall vara belägna över varandra, och de elektriska kontakterna kan sammanpressas från båda sidorna.

Claims (10)

7904423-6 12 P a t e n t k r a v

1. Lödfri förbindelse för upprättande och upprätthållande av elektrisk kontakt mellan ett flertal i rad anordnade, mitt för varandra belägna kontaktelement vid två kopplingskretsenheter, som skall ledande förbindas med varandra, varvid kontakten upprättas och upprätthâlles medelst anpressningskraften hos elastiska anpressnings- element, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den lödfria förbindelsen uppvisar åtminstone ett första elastiskt anpressningselement (11,29,46) av ett visko- ~elastiskt material med öppna celler, som är beläget i plan med de i rad anbragta kontaktelementen (17,25,25,26,36,57) och har en komprimeringsdeformation på mindre än 5%, att organ (19,20,49,50) har anordnats att först mekaniskt förbinda kopplingskretsenheterna (15/22,24/27,55/38) och det elastiska anpressningsele- mentet (11,29,36) medelst vilket anpressningselementet (11,29,46) utsättes för en kompression och därigenom kontaktelementen (17,25,25,26,56,57) pressas mot varandra och därigenom hålles i bestående kontakt, varvid vid kompressionen av det elastiska anpressningselementet (11,25,25,26,56,57) ej utövas några nämnvärda krafter i mot anpressningskraftriktningen vinkelräta riktningar mot kontaktelementen (17,25,25,26,57).

2. Förbindelse enligt kravet 1, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att det elastiska anpressnings- elementet (11,29,46) består av polyuretanskum.

3. Förbindelse enligt kravet 2, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att nämnda skum uppvisar en tryckdeformation på ca 25% vid ett tryck av 5-10 psi (0545 - 0,69 bar). i 7904423-6 13

4. Förbindelse enligt något av föregående zrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den första kopplingskretsenheten utgöres av en blockformig kopp- lingskretsenhet (24,55) med ett flertal därifrån ut- skjutande kontakttungor (25,36) och att den andra kopp- lingskretsenheten utgöres av en elektrisk kopplingskrets med ett flertal ledare, som slutar vid de frilagda kon- taktställena (26,57) och motsvarar till anordnandet kontakttungornas (25,36) anordnande.

5. Förbindelse enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att organet för den mekaniska förbindelsen utgöres av ett hölje (28/30),(59/38), vilket är försett med en ursparing (31,40) för upptagande av den blockformiga kopplinge- kretsen (24,35), samt ett flertal styrslitsar (32,45) för upptagande av kontakttungorna (25,56) på den block- formíga kopplingskretsen (24,55) samt att organ (49,50) är anordnade att fastklämma höljet (28/50,59/38) vid den elektriska kopplingskretsen.

6. Förbindelse enligt kravet 5, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att höljet (59) dessutom upp- visar en första långsträokt fördjupning (41,42), varjämte ursparingen (40) och fördjupningen (41,42) står i för- bindelse med varandra genom styrslitsen (45), att kon- takttungorna (56) på kopplingskretsen (55) sträcker sig genom slitsarna (45) samt slutar vid fördjupningen (41,42) och att det elastiska anpressningselementet (46) är inlagt i fördjupningen (41,42).

7. Förbindelse enligt kravet 4-6, k ä n n e - t e e k n a d d ä r a v, att den blockformiga kopplinge- kretsen (35) är anbragt på två mitt emot varandra belägna sidor med därifrån utskjutande kontakter (36), att höljet (39) uppvisar två parallellt anbragta, lång- sträckta fördjupningar (41,42) på båda sidor om urspa- ringen (40), att fördjupningarna (41,42) är skilda från 74904423-6 14 ursparingen (40) genom väggar (43,44), varjämte styr- slitsarna (45) sträcker sig genom dessa väggar (43,44), och att det första elastiska anpressningselementet (46) är inlagt i den första fördjupningen (41 resp. 42) och att den lödfria förbindelsen uppvisar ett andra elastiskt anpressningselement (46), som är inlagt i den andra fördjupningen (42 resp. 41).

8. Förbindelse enligt kravet 7, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att de elastiska anpressnings- elementen (46) utgöres av långsträckta block av polyuretan och uppvisar rektangulärt tvärsnitt.

9. Förbindelse enligt kravet 5, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att höljet (28/50) uppvisar en platta (50), som på sin ena sida är försedd med upphöj- ningar (53), varvid anordnandet av dessa upphöjningar (33) motsvarar anordnandet av kontaktzonerna (26) vid den andra kopplingskretsenheten och att det elastiska anpressningselementet består av en matta (29) av polyuretan, som är inlagd mellan den med upphöjningarna (55) försedda sidan av plattan (30) och den andra kopp- lingskretsenheten. 4 '

10. Förßíndelse enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den andra kopp- lingskretsenheten utgöres av en böjlig kopplingskrets (27) och fastgöringsmedlen omfattar organ för anpress- ning av plattan (50) mot höljet (28).