SE460320B - Loedfritt kopplingsdon - Google Patents

Description

4.60 320 10 15 20 25 30 35 ett massivt fjädrande tryckpåföringsdon såsom ett elastele- ment. som utsättes för sammanpressning i och för förspänning åtminstone av en av komponenterna. som skall sammankopplas elektriskt, mot den andra komponenten för att hålla dess an- slutningspartier 1 elektrisk kontakt sinsemellan. Ett dylikt system för lödfri anslutning föreslås 1 US-A 4 468 074: Här beskrives en anordning. vid vilken kontaktdelar av en första grupp ledande element pressas mot mittför belägna kontakter i en andra grupp ledande element medelst ett tryck- påföringsdon. som består av fjädrande plastmaterial med öppna celler. så att elektrisk förbindning upprätthâlles mellan dessa element. Till följd av användning av ett dylikt fjädran- de material med öppna celler kan ett antal tätt intill varand- ra belägna och frilagda elektriska ledare. som befinner sig på eller sträcker sig från ett par substrat. anordnas mittför varandra och därefter tillförlitligt sammanpressas. varvid de elektriska förbindelserna upprättas medelst erforderligt kon- takttryck på substraten. Det i denna patentskrift beskrivna lödfria kopplíngsfonet kan användas för sammankoppling av böj- -liga kretsar. för anslutning av böjliga kretsar till kretsar på styva substrat för upprättande av förbindelser mellan led- ningar som sträcker sig från integrerade kretsar i ett krets- mönster på ett böjliqt eller styvt kretskort och i andra tillämpningsfall. i Medan det i patentskriften beskrivna lödfria kopplingsdonet är lämpat för sina avsedda ändamål hänför det sig främst till anslutning av böjlíga kretsar med ett enda skikt till andra kretsanordningar. Här kan framhållas. att böjlíga kopplingar, av flera skikt bestående kretsar. användes alltmer inom elek- tronikindustrin. Dessvärre är kända lödfria anslutningsanord- ningar ej väl lämpade för att åstadkomma sannankopplingar. när det gäller böjliga. av flera skikt bestående kretsar. Detta beror på att varje successivt skikt i en av flera skikt bestå- ende böjlig krets inför extra styvhet i den böjliga kretsen i dess helhet. Följaktligen blir den högelastiska kraft. som utövas av det fjädrande tryckpåföringsdonet. mindre effektiv. 10 15 20 25 30 35 460 320 vilket leder till otillförlitlig elektrisk kontaktgivning.

Enligt uppfinningen åstadkommas ett lödfritt kopplingsdon med de i patentkravet 1 angivna särdragen för upprättande och upp- rätthållande av elektrisk kontakt mellan kretsanordningar med flera skikt, i synnerhet för sammankoppling av en av flera skikt bestående böjlig kretsanordning till en annan böjlig krets, ett styvt kretskort eller varje annan elektronisk komponent.

I en första utföringsform av uppfinningen tillämpas en teknik, vid vilken en av två eller flera skikt bestående böjlig krets användes, vid vilken de båda ledande ytorna är vända inåt och åtskilda medelst ett isolerande skikt. Varje kretsskikt är se- dan svept omkring motsatt belägna ytor på en fjädrande elastdel på sådant sätt, att de frilagda anslutningspartierna av de oli- ka böjliga kretsarna befinner sig i samma plan på en enda sida av elastdelen.

Vid ytterligare en utföringsform av uppfinningen tillämpas en teknik för åstadkommande av elektriska förbindningar mellan böjliga kretsar med två eller flera skikt och andra elektriska kretsanordningar. Vid denna utföringsform användes en av flera skikt bestående böjlig krets, varvid skiktens anslutningsändar har olika längd, så att det understa skiktet har den minsta längden och det översta skiktet har den största längden. En dy- lik böjlig krets med flera skikt användes då i förening med en styv tryckplatta, i vilken steg även är utformade. Men de i tryckplattan utformade stegen har motsatt orientering mot de i det böjliga kretsskiktet utformade stegen. Det lödfria kopp- lingsdonet enligt denna utföringsform monteras genom att anord- na ett fjädrande elastelement mellan tryckplattan och den böj- liga kretsen, varvid tryckplattan kommer att trycka anslutnings- partierna av kretsen till elektrisk kontakt med någon annan kretsanordning och samtliga stegformade anslutningspartier av krets kommer att vara i kontakt med den andra kretsanordningen i samma plan och under ett likformigt tryck. Alternativt kan det fjädrande elastmaterialet vara anordnat mellan varje skikt i den böjliga kretsen. 460- 320 i 10 15 20 25 30 35 Uppfinningen beskrives närmare nedan med ledning av åtföljande ritning. där fíg. l är en tvärsnittsvy av ett lödfritt kopplingsdon ned tvâ skikt enligt uppfinningen. fig. 2 en tvärsníttsvy av en böjlig krets med fem skikt. som är avsedd för kopplingsdonet enligt uppfinningen. fig. 3 en sidovy av en styv tryckplatta för sammankoppling av' den i fig. 2 visade kretsen med någon annan kretsanordning enligt uppfinningen. fig. 4 en bottenvy av den i fig. 3 visade tryckplattan. fíg. S en tvärsnittsvy längs linjen 5-5 i fig. 4. fíg.,6 en tvärsnittsvy längs linjen 6-6 i fig. 4._ fig. 7A en tvârsnittsvy av ytterligare en utföringsforn av kopplingsdonet enligt uppfinningen. fig, 7B en tvärsnittsvy av ytterligare en annan utförinqsform av kopplingsdonet enligt uppfinningen. fig. 8A en bottenvy av ytterligare en utföríngsform av upp~ finníngen. och fíg. BB en tvärsnittsvy längs linjen B-B i fig. BA.

I de olika figurerna är lika element försedda med samma hän- visningsbeteckningar.

Det lödfria kopplingsdonet enligt uppfinningen är speciellt lämpat för anslutning av böjliga kretsar med två eller flera _skikt till andra kretsanordníngar- I fig. l är en första ut- föringsform av ett lödfritt kopplingsdon enligt uppfinningen 1 ,stort betecknat med 10. Detta kopplíngsdon 10 är speciellt avsett att åstadkomma elektrisk förbindning mellan en 1 stort med 12 betecknad böjlig krets med två eller flera skikt och en annan kretsanordning. som i detta fall är ett styvt kretskort 14. I detta speciella fall omfattar kopplínqsdonet 10 en böj- ïlig krets med ett första kretsskikt och ett andra kretsskikt.

Dessa kretsskikt omfattar var sin oledande bas eller substrat 16 och en täckfilm 19. mellan vilka ett elektriskt ledande kretsmönster 18 är infört. och en oledande bas eller ett substrat 20 och en täckfilm 23. mellan vilka ett elektriskt ledande kretsmönster 22 är infört. De olika täckfilmerna 19 10 15 20 25 30 35 460 520 och 23 verkar såsom ett isolerande avståndselement mellan inåt vända ledande kretsmönster 18 och 22. såsom visas i fig. 1.

Här kan framhållas. att över större delen av längden av böjlig krets 12 de olika kretsskikten kan vara laminerade tillsammans medelst något lämpligt bindemedel. Men de båda kretsskikten är åtskilda vid den ena änden av den böjliga kretsen enligt fig. 1. En av de åtskilda ändarna. dvs. substrat 20/mönster 22. har företrädesvis större längd än den andra änden. På detta sätt kan de båda kretsskikten svepas omkring motsatt belägna sidor 26 och 28 på en fjädrande elastdel 30 på sådant sätt. att frilagda anslutningsskikt 32 och 34 av de elektriskt ledande mönstren 18 och 22 kommer att befinna sig på samma. dvs. den nedre sidan 28 av delen 30. Här kan framhållas, att de frilagda anslutningspartierna 32 och 34 befinner sig på avstånd från varandra för att åstadkomma elektrisk isolering mellan desamma.

Den böjliga kretsen 12, som på ovan beskrivet sätt användes tillsammans med elastdelen 30. är särskilt lämpad att användas i förening med varje konventionell typ av styvt kopplingsdon av klämtyp av den art, som visas schematiskt i fig. 1. Enligt fig. l omfattar kopplingsdonet en övre och en nedre styv platta 36 och 38 med bultar 40 och 42 eller andra lämpliga organ för sammantryckning av plattorna 36 och 38. Styrstift 43 finnes företrädesvis för att säkerställa rätt orientering mellan de böjliga kretsarna och det styva kretskortet. På detta sätt kan de frilagda anslutningspartierna 32 och 34 av kretsen 12 åstadkomma elektrisk och mekanisk kontakt med anslutningspartierna 44 och 46 på kretskortet 14. På ett betydelsefullt sätt bildar kombinationen av kretsen 12 och elastdynan 30 enligt uppfinningen frílagda anslutningsmönster på samma plan. Härigenom erhålles likformigt tryck. som möj~ liqgör tillförlitlig elektrisk kontaktgivning. där de olika anslutningspartierna mekaniskt pressas mot varandra genom tryckpåföríngsdonets klâmverkan.

Medan kopplíngsdonet 10 i fig. 1 visats i förening med en av två skikt bestående krets kan kopplingsdonet 10 även åstad- 0460 320 10 15 20 25 30 35 6 komma elektriska förhindningar. när kretsen omfattar flera än två kretsskikt såsom är fallet vid den i fig. 2 i stort med 48 betecknade och av fem skikt bestående böjliga kretsen.

I fig. 2 visas en andra utföringsform av uppfinningen i form av en av fem skikt bestående böjlig krets 48 med efter var- andra följande kretsskíkt S0. 52. S4. 56 och S8, som vart för sig omfattar ett oledande substrat 62 med ett ledande krets- mönster 64. som samtliga är laminerade tillsammans i enlighet med fig. 2. I enlighet med uppfinningen bildas vid den ena änden av kretsen 48 de enskilda kretsskikten S0 - 58 ett fortskridande stegmönster. Dessa steg är bildade genom att bibringa varje enskilt kretsskikt'50 - S8 fortskridande större längd. Kretsskiktet S0 har sålunda mindre längd än kretsskik- tet 52. som i sin tur har mindre längd än kretsskiktet 54, tills eventuellt det översta skiktet 58 är nått. Varje succes- sívt kretsskikt SO - 58 omfattar sålunda ett frilagt anslut- ningsparti 66. 68. 70. 72 och 74. De enskilda kretsskíkten 50 - S8 är företrädesvis ej vidhäftande sammanfogade inom det överlappande stegformade partiet eller anslutningspartíet 66 - 74. så att böjligheten upprätthâlles inom dessa områden.

Alternativt kan ett böjligt bindemedel såsom R/Flex 20 000. som tillverkas av Rogers Corporation. användas för att samman~ foga de överlappande anslutningspartierna.

Med hänsyn till fig- 3 - 6 användes den streckformade. böjliga kretsen 48 i fig. 2 i förening med en styv tryckplatta eller ett hölje. som i stort är betecknat med 76. Plattan 76 är speciellt avsedd att användas i förening med en av flera skikt bestående böjlig kretsanordning såsom den i fig. 2 visade böjliga kretsen 48. Den styva plattan 76 omfattar ett hölje 78. som är försett med en övre yta 80 och en bottenyta 82.

Bottenytan 82 omfattar en öppning eller ett hålrum 84. som medger tillträde från bottnen 82 på höljet 78 till dess inre.

Den övre ytan på hålrummet 84 omfattar en serie steg 86, 88. 90. 92 och 94. som är utformade i detsamma på sådant sätt. att hålrummets djup varierar från mindre vid steg 86 till större vid steg 94. Tryckplattan 76 omfattar även ett par styrstift \\- 10 15 20 25 30 35 460 520 96 och 98. ett par öppningar 100 och 102 för mottagning av en bult eller annan fästanordning. och ett par snedställda öpp- ningar 104 och 106. Ytan 80 är vidare försedd med en i fig. 6 visad slits 108 för infästning av en böjlig krets och en styr- yta 110 för mottagning av ett böjligt kretskort och samordnad fästklämma 112 (se även fig. 7). Klämman 112 är företrädesvis U-formad och omfattar en bassektion med två utspräng på varje sida av denna sektion. Utsprången är införda i var sin sned- ställd öppning 104 och 106 och kan kvarhållas i desamma me- delst en ej visad mutter. Bassektionen av klämman trycker den böjliga kretsen mot plattan 76 enligt fig- 7A.

Fig. 7A visar en vy av det monterade lödfria kopplingsdonet enligt uppfinningen. varvid en av fem skikt bestående böjlig krets såsom den i fig. 2 visade böjliga kretsen 48 har monte- rats på den styva kopplingsplattan 76 genom införing av den- samma mellan styrytan 110 och den samordnade klämman 112 på sådant sätt. att de stegformade partierna eller anslutnings- partierna 66 - 74 av kretsen 48 befinner sig nittför och under var sitt steg 94 _ 86. Här kan framhållas. att ändfliken 114 på det övre kretsskiktet 60 först ingriper i slitsen 108. I enlighet med en utföringsform av uppfinningen är en fjädrande tryckdel 116 av elastmaterial anordnad mellan den stegformade delen av hålrummet 84 och de avslutande delarna av kretsen 48.

Styrstiften 96 och 98 är avsedda att ingripa i kretsen 48 och någon annan kretsanordning såsom kretskortet 118. så att det ledande mönstret 120 på kretskortet 118 kommer att vara rätt orienterat i förhållande till det valda anslutningspartiet 66 - 74 av kretsen 48. Därefter införes ej visade bultar eller andra fästorgan genom hålen 100 och 102 och motsvarande hål i kretskortet 118 för att åstadkomma mekanisk infästning av höljet 80 på kretskortet 118.

Medan det lödfria kopplingsdonet 76 tryckes till mekanisk anliqgning mot presskortet 118. kommer den fjädrande tryck- delen 116 att sammantryckas och bringa anslutningspartierna av kretsen 48 till kontakt med anslutninqspartierna på krets- mönstret 120. Här kan framhållas. att motsvarande stegform hos hålrummet 84 och kretsen 48 kommer att möjliggöra, att varje 460 320 10 15 20 25 30 35 anslutningsparti 66 - 74 av den böjliga kretsen ligger i samma plan. i vilket likformigt tryck kommer att upprätthâllas vid vart och ett av de olika skikten. Observera att det översta skiktet 58. dvs. anslutningspartiet 74 med den största längden av kretsen 48. befinner sig nedanför steget på höljet 80 med det minsta djupet, dvs. steg 86. medan det understa skiktet S0. dvs. anslutningspartiet 66 med den minsta längden. befin- ner sig nedanför steget i höljet 80 med det största djupet. dvs. steg 94.

Vid en i fíg. 7B visad alternativ utföringsform av uppfinning- en är ett antal fjädrande tryckdelar 122. 124. 126. 128 och 130 anordnade mellan varje enskilt skikt i den av flera skikt bestående böjliga kretsen 48'. Denna utföringsform kan vara fördelaktigare än utföringsformen enligt fig. 7A, eftersom varje anslutningssektion kan dimensioneras exakt i förening med den relativa mängden fjädrande material. som kräves för det speciella stället. dvs. det kan vara önskvärt att använda mera fjädrande elastmaterial under ett steg med större djup än under ett steg med mindre djup. Ytterligare en fördel är att endast ett böjligt kretsskikt utsättes för tryck från den fjädrande tryckdynan. så att likformigt tryck säkerställes i motsats till utföringsformen enligt fig. 7A, där tryckdynan kan befinna sig över tvâ eller flera kretsskikt längs trapp» steget. Här kan framhållas. att övriga konstruktíonskomponen~ ter i fig. 7B är uppbyggda på samma sätt som de komponenter. som redan diskuterats med hänsyn till fig. 7A med tillägg av ett primtecken.

Enligt fig. 8A och 88 kan alternativt fönster eller öppningar 132 vara utstansade från ett nedre kretsskikt 134. Fönstret 132 kommer sålunda att möjliggöra tillträde för en del av ett angränsande skikt 136 för passage genom detsamma och kontakt med ett kretskort 138. Dessa fönster kan vara anordnade på önskade ställen. Den styva tryckplattans 140 trappstegskon- struktion kommer att justeras för åstadkommande av tillämpligt tryck för âstadkommande av elektrisk kontakt.

Medan diskussionen ovan av fig. 2 - 7 skett med hänsyn till en h. 10 15 20 25 30 35 460. 320 9 , böjlig av fem skikt bestående krets och ett lödfritt kopp- lingsdon med fem i detsamma anordnade steg. kan kopplingsdonet enligt uppfinningen för sammankoppling av kretsar med flera skikt givetvis vara försett med två eller flera steg, varvid den i figurerna visade uppbyggnaden med fem steg endast utgör ett exempel.

Enligt uppfinningen består det material. som bildar elastdynan 30 i fiq. 1. 116 i fig. 7A och 122. 124. 126. 128 och 130 i fig. 73 företrädesvis av en viskoelastisk polymer med öppna celler och vid den särskilt lämpliga utföringsfornen av ett polyuretanskum. Speciellt goda resultat har erhållits genom användning av en uretankomposition, bestående av ett blandat polyester/polyetersystem. Ett material med öppna celler. som är lämpligt att användas vid utövning av uppfinningen. är FCD 2200. som kan erhållas från Rogers Corporation. Detta material utmärkes av en deformation genom kompressionsbe- lastning vid 25 2 kompression inom området 0.34.105 till 3,4.l05 PA. Ett fjädrande material för användning med hänsyn till uppfinningen utmärkes företrädesvis av en kvarstående kompression av mindre än 5 1. Den kvarstående deformationen undersökas í enlighet med ASTM-standard D-1564. varvid en stapel med kvadraten 50 mm och tjockleken 25 mm av tunna materialskivor (ca 1.5 mm/skiva) komprimeras 50 2 till tjock- leken 12.5 mm och det komprimerade materialet utsättes för 70°C under 22 timmar. varefter kompressionen upphör och tjock- leken uppmätes. Den kvarstående deformationen av materialet av typen R/Flex 8770 efter autoklavbehandling under S timmar med ånga före provningen enligt ASTM D-1564 är mindre än 10 2.

Kopplingsdonet enligt uppfinningen är speciellt avsett för lödíri sammankoppling mellan böjliga av flera skikt bestående kretsar och andra elektroniska kretsanordningar. medan lik- formigt tryck upprätthållas vid de olika för anslutning av- sedda anslutningspartierna.

Här kan framhållas. att kopplingsdonet enligt uppfinningen är väl lämpat för sammankoppling av ett par böjliga kretsar, en böjlig krets med en styv krets och en böjlig krets med en in- tegrerad krets eller annan elektronisk komponent.

Claims (12)

460 320 10 15 20 25 30 l0 Patentkrav

1. l. Lödfritt kopplingsdon, vid vilket en mekanisk anordning ut- övar tryck mot ett elastelement för åstadkommande av elektrisk kontakt mellan anslutningsdelar av kretsanordningar, varav minst en är en böjlig flerskiktskrets med åtminstone ett första och ett andra kretsskikt, k ä n n e t e c k n a t av att det första skiktet i den böjliga kretsen (12) Omfattar ett första oledande substrat (16) och en första täckfilm (19), mellan vilka ett första ledande mönster (18) är infört: att det andra skiktet i den böjliga kretsen (12) omfattar ett andra oledande substrat (20) och ett andra ledande mönster (22) på detta. varvid dessa mönster (18, 22) är vända inåt mot varandra och åtskilda av den första täckfilmen (19): att de båda skikten är sammanfogade och bildar ett laminat; att de båda mönstren (18. 22) vardera sträcker sig utåt från var sitt av substraten (16, 20) och bildar en första och en andra för- längd kretsdel. varav en av de förlängda kretsdelarna har större längd än den andra, och att de förlängda kretsdelarna omfattar anslutningspartier i var och en av sina ändar; att elastelementet (30) är försett med första och andra mittför varandra anordnade ytor (26, 28). varvid den längre av nämnda förlängda delar är svept omkring hela den första ytan (26) och en del av den andra ytan (28); och att den kortare förlängda delen är svept längs en del av den andra ytan (28), så att båda anslutningspartierna är elektriskt isolerade från var- andra och belägna på den andra ytan (28) på elastelementet (30) och är inrättade att elektriskt vara i kontakt med en annan-kretsanordning (14).

2. Don enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda böjliga flerskiktskrets (48) innefattar: minst ett ytterligare skikt (50 - 58), vilket innefattar ett oledande substrat (62) med ett ledande mönster på detta, varvid nämnda ytterligare skikt är svepta längs elastelementet (30) och innefattar ett anslutningsparti i sina ändar; var- m, 10 15 20 25 30 35 460 320 ll jämte anslutningspartierna hos de ytterligare skikten är be- lägna på den andra ytan (28) hos elastelementet (30) och elektriskt isolerade från de andra anslutningspartierna.

3. Don enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av organ för orientering av flerskiktskretsen (l2; 48) i förhål- lande till ytterligare en kretsanordning (14).

4. Don enligt krav 2, k ä n n e t e c k'n a t av att det andra skiktet hos den böjliga kretsen (48) innefattar en andra täckfilm, varvid det andra ledande mönstret är infört mellan det andra oledade substratet och den andra täckfilmen, och att de första och andra ledande mönstren är åtskilda medelst de första och andra täckfilmerna.

5. Don enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av ett styvt hölje (78). som är begränsat av en första och en andra mittför den första belägen yta (80, 82), varav den första (82) är för- sedd med en öppning (84) med en övre yta. som är skild från den första ytan (82) och bestämmer öppningens (84) djup, var- vid öppningen är utformad att mottaga elastelementet (116) och flerskiktskretsen (48) och minst ett steg är utformat i den övre ytan på öppningen (84) utmed öppningens hela längd, vars djup varierar från mindre till större värde i öppningens breddriktning, varvid nämnda steg mottager den böjliga fler- skiktskretsen, medan en anordning ingår för utövning av en kraft på höljet (78) för sammanpressning av elastelementet (116) och bringa anslutningspartierna av kretsanordningarna (48) till elektrisk kontaktförbindning.

6. Don enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att an- gränsande ändar av det första och det andra skiktet i fler- skiktskretsen (48) sträcker sig utåt från varandra med olika längd för bildande av stegformade anslutningspartier, som är belägna nedanför motsvarande steg i det styva höljet och om- fattar frilagda ledande kretselement, som är vända mot andra ledande kretselement pâ en annan kretsanordning (118). 460 320 10 15 20 25 12.

7. Don enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att elast- elementet (116) befinner sig mellan nämnda minst ena höljesteg och flerskiktskretsen (48).

8. Don enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att elast- elementet (116) befinner sig mellan varje angränsande skikt i anslntningspartierna.

9. Don enligt krav 6, k a n n e t e c kan a t av organ för att bringa den böjliga flerskiktskretsen mot det styva höljet (78).

10. Don enligt krav 9. k ä n n e t e c k n a t av att organen består av en U-formad klämma (112) och öppningar (104, 106) i höljet (78) för mottagning av klämman.

11. ll. Don enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av en 1 nöijet utformad slits (iofngi vilken minst ett (so) av skikten i flerskiktskretsen (48) är infört.

12. Don enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av ett i minst ett (134) av skikten utformat fönster (132). över vilket anslutningspartiet av ett angränsande skikt (136) är anordnat och genom vilket detta parti kommer att passera vid utövning av en kraft§ (lf w