DE112007000677T5

DE112007000677T5 - Verbundkontakt für elektrische Feinraster-Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE112007000677T5
Application number: DE112007000677T
Authority: DE
Inventors: James J. Greenfield Rathburn
Original assignee: Gryphics Inc
Current assignee: Gryphics Inc
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2009-02-19
Also published as: JP2009530797A; KR101353650B1; KR20090017471A; WO2007109608A2; JP4956609B2; US8232632B2; WO2007109608A3; US20120088378A1; US20090127698A1; US8044502B2

Abstract

Elektrische Verbindungsanordnung zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen auf einem ersten Schaltungsteil mit Anschlüssen auf einem zweiten Schaltungsteil, wobei die elektrische Verbindungsanordnung aufweist:
ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken;
mehrere Verbundkontakte, die in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert sind, wobei die Verbundkontakte aufweisen:
ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt und mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt;
eine oder mehrere Polymerschichten, die sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils erstrecken;
ein oder mehrere Koppelmerkmale, die mit dem Gehäuse in Eingriff stehen; und
mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, um mit einem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil mechanisch gekoppelt zu werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Verbundkontakt für eine elektrische Verbindungsanordnung, die ein erstes Schaltungsteil mit einem oder mehreren zweiten Schaltungsteilen elektrisch verbindet, und insbesondere einen Verbundkontakt, der für die mechanischen Eigenschaften des Verbundkontakts primär auf eine oder mehrere Polymerschichten zurückgreift.
Hintergrund der Erfindung
Der derzeitige Trend in der Verbindergestaltung für jene Verbinder, die auf dem Gebiet von Computern genutzt werden, besteht darin, zwischen verschiedenen Schaltungsbauelementen Verbinder sowohl mit hoher Dichte als auch mit hoher Zuverlässigkeit vorzusehen. Für solche Verbindungen ist hohe Zuverlässigkeit wesentlich, da es durch falsche Verbindungen von Bauelementen zu potentiellem Systemmausfall kommt. Um ferner Reparatur, Aufrüstung, Testung und/oder Austausch verschiedener Komponenten, z. B. Verbinder, Karten, Chips, Platinen und Modulen, auf effektive Weise zu gewährleisten, ist es überaus erwünscht, daß solche Verbindungen im Endprodukt trennbar und wieder verbindbar sind.
Stiftverbinder, die in plattierte Durchgangslöcher oder Kontaktlöcher eingelötet sind, zählen zu den in der Industrie heute am stärksten verbreiteten. Stifte am Verbinderkörper werden durch plattierte Löcher oder Kontaktlöcher an einer Leiterplatte eingesetzt und mit Hilfe eines herkömmlichen Mechanismus angelötet. Danach wird ein weiterer Verbinder oder ein verkapptes Halbleiterbauelement eingesetzt und vom Verb inderkörper durch mechanische Pressung oder Reibung festgehalten. Das Zinn-Blei-Legierungslot und zugehörige Chemikalien, die im gesamten Verfahren zum Verlöten dieser Verbinder mit der Leiterplatte verwendet werden, betrachtet man wegen ihrer Umweltauswirkungen zunehmend kritisch. Die Kunststoffgehäuse dieser Verbinder erfahren eine erhebliche Menge thermischer Aktivität während des Lötverfahrens, was die Komponente beansprucht und die Zuverlässigkeit bedroht.
Normalerweise sind die verlöteten Kontakte am Verbinderkörper die mechanische Stütze für das Bauelement, das durch den Verbinder angeschlossen wird, und unterliegen Ermüdung, Verformung unter Beanspruchung, Lötbrückenbildung und Koplanaritätsfehlern, wodurch es potentiell zu vorzeitigem Ausfall oder Durchgangsverlust kommt. Wird insbesondere der Gegenverbinder oder das Halbleiterbauelement an dem an der Leiterplatte angebrachten Verbinder eingesetzt und davon entfernt, kann die Elastizitätsgrenze an den mit der Schaltungsplatine verlöteten Kontakten überschritten werden, was einen Durchgangsverlust bewirkt. Normalerweise sind diese Verbinder nur wenige Male zuverlässig, wenn Bauelemente eingesetzt und entfernt werden. Außerdem haben diese Bauelemente eine relativ lange elektrische Länge, die die Systemleistung beeinträchtigen kann, besonders für hochfrequente oder leistungsarme Komponenten. Das Raster oder der Abstand zwischen benachbarten Anschlußleitungen von Bauelementen, der mit Hilfe dieser Verbinder hergestellt werden kann, ist wegen der Kurzschlußgefahr ebenfalls begrenzt.
Ein weiteres elektrisches Verbindungsverfahren ist als Drahtbonden bekannt, das die mechanische oder Thermokompression eines Weichmetalldrahts, z. B. Gold, von einer Schaltung zur anderen beinhaltet. Gleichwohl eignet sich solches Bonden nicht ohne weiteres für hochdichte Verbindungen aufgrund von möglichem Drahtbruch und damit einhergehenden mechanischen Schwierigkeiten bei der Drahthandhabung.
Eine alternative elektrische Verbindungstechnik beinhaltet das Plazieren von Lötkugeln o. ä. zwischen jeweiligen Schaltungselementen. Das Lot wird aufgeschmolzen, um die elektrische Verbindung zu bilden. Obwohl sich diese Technik bei der Bildung hochdichter Verbindungen für verschiedene Strukturen bewährt hat, ermöglicht diese Technik kein leichtes Trennen und anschließendes Wiederverbinden der Schaltungsteile.
Ferner wurde ein Elastomer mit mehreren Strompfaden als Verbindungsbauelement verwendet. Die in der Elastomerbahn eingebetteten leitenden Elemente sorgen für eine elektrische Verbindung zwischen zwei gegenüberliegenden Anschlüssen, die mit der Elastomerbahn in Kontakt gebracht sind. Das Elastomermaterial, das die leitenden Elemente abstützt, drückt sich im Gebrauch zusammen, um eine gewisse Bewegung der leitenden Elemente zu ermöglichen. Solche Elastomerverbinder erfordern eine relativ hohe Kraft pro Kontakt, um eine ausreichende elektrische Verbindung zu erreichen, was die Nichtplanarität zwischen Gegenflächen verschlechtert. Allgemein ist die Lage der leitenden Elemente nicht kontrollierbar. Ferner können Elastomerverbinder einen relativ hohen elektrischen Widerstand durch die gegenseitige Verbindung zwischen den zugeordneten Schaltungselementen aufweisen. Die Verbindung mit den Schaltungselementen kann gegenüber Staub, Partikeln, Oxidation, Temperaturschwankungen, Schwingung und anderen Umgebungselementen empfindlich sein, die die Verbindung negativ beeinflussen können.
Um allgemein für einen überlegenen elektrischen Leistungsweg zu sorgen, sollte der metallische Leiter kurz und vorzugsweise breit sein, um eine induktionsarme Umgebung vorzusehen. Dies wird in einigen traditionellen Kontaktstrukturen sehr schwierig, die gestanztes Metall verwenden, da sehr kleine und breite Kontakte keine große Nachgiebigkeit als Federn haben. Werden Kontakte kleiner und wird der Abstand zwi schen ihnen verkleinert, machen die Merkmale auf den Kontakten sie sehr kompliziert und schwierig herzustellen.
Die meisten elektrischen Kontakte werden durch Stanzen und Umformen von Metall in genaue Formen hergestellt, wonach sie in ein Isolatorgehäuse aus Kunststoff eingebaut werden. Normalerweise werden diese Kontaktteile in ein Kunststoff- oder Isoliergehäuse eingesetzt, das sie positioniert und sie daran hindert, mit einem freiliegenden Metallabschnitt den eines Nachbarkontakts zu berühren. Gestaltungsmerkmale sind eingebaut, um für Festhalten im Gehäuse zu sorgen oder die Biegeeigenschaften der Federn zu maximieren. Diese Merkmale müssen in traditionelle Kontaktteile selbst eingebaut sein, was oft Änderungen des Querschnitts des elektrischen Pfads oder zusätzliches Metall an Stellen hervorbringt, das Stör- oder Abzweigeffekte zufügen kann, die in der Tendenz die Signalqualität beeinträchtigen.
Andererseits verwenden traditionelle flexible Schaltungen eine dünne Kupferschicht, die mit einer Schicht aus Polyimid oder Flüssigkristallpolymer gepaart ist. Gerade die Beschaffenheit der Schaltung ist so, daß sie sich biegen und beugen kann, ohne den elektrische Stromkreis zu unterbrechen. Typischerweise lassen sich diese Schaltungen mit enger Toleranz und spezifischen Geometrien recht leicht gestalten, die das elektrische Signal normalerweise nicht erheblich beeinträchtigen. Allerdings sind die Leiterbahnen auf flexiblen Schaltungen zum Gebrauch in herkömmlichen Verbinderanordnungen zu flexibel. Die Leiterbahnen sind zu flexibel, um für ausreichende Normalkraft zu sorgen, um mit den Schaltungsteilen elektrisch verbunden zu bleiben. Würde eine Leiterbahn auf einer flexiblen Schaltung in einem traditionellen Verbinder oder einer traditionellen Buchse verwendet, so würde sich der Kontakt Wegbiegen und nicht wie bei normalen Kontakten zurückfedern, was zu einem offenen Stromkreis führt.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betreffen einen Verbundkontakt für eine elektrische Verbindungsanordnung, die ein erstes Schaltungsteil mit einem oder mehreren zweiten Schaltungsteilen elektrisch verbindet. Die Erfindung betrifft auch die Verbundkontakte.
Die Verbundkontakte weisen ein flexibles leitendes Teil mit mindestens einer laminierten Polymerschicht auf. Vorzugsweise umgibt oder verkapselt die Polymerschicht das flexible leitende Teil mit Ausnahme von freiliegenden Abschnitten, die elektrische Verbindungspunkte mit mindestens zwei externen Schaltungsteilen bilden, z. B. einer Leiterplatte oder einem IC-Bauelement. Alternativ können Seitenkanten des leitenden Teils freiliegen, wenn sie zwischen den Polymerschichten eingefügt sind.
Die Polymerschichten wirken als Isolatoren und stellen die meisten der mechanischen Eigenschaften bereit, damit der Verbundkontakt in einer traditionellen Buchsen- oder Verbinderanwendung arbeitet. Vorzugsweise liegen nur die gewünschten Bereiche des leitenden Teils zum elektrischen Kontakt frei. Mit diesem Merkmal ist die Notwendigkeit der traditionellen Isoliereigenschaften des Gehäuses beseitigt oder stark verringert, das zum Einsatz kommt, um Kurzschließen der Kontakte zu verhindern.
Die Polymerschichten können auch aus Materialien mit verbesserter dielektrischer Konstante gegenüber der des traditionellen Kunststoffs bestehen, der für solche Gehäuse verwendet wird. Folglich sieht der resultierende Verbundkontakt eine erhöhte elektrische Leistung entlang dem Strompfad vor. Durch die verringerte Notwendigkeit von Isolierwänden im Gehäuse kann auch die Komplexität und Größe des Gehäuses reduziert sein. Als Ergebnis können die Verbundkontakte in feineren Rastern als herkömmliche Verbinder angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können sich die Verbundkontakte sogar berühren, ohne die elektrische Leistung zu beeinflussen.
Die von sich aus unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Polymerschichten stützen das ansonsten schwache leitende Teil in spezifischen Bereichen oder mit spezifischen Materialeigenschaften so ab, daß sie für die mechanischen Eigenschaften eher traditioneller Kontakte oder Federn sorgen. Außerdem hindern die Polymerschichten Lot daran, während des Aufschmelzverfahrens durch Dochteffekt über die Länge des leitenden Teils zu kriechen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Polymerschicht als Hauptausrichtungs- und Grenzflächenabschnitt strukturiert sein, während die freiliegende Metallspitze die leitende Oberfläche des Schaltungsteils einfach kontaktiert. In einer Ausführungsform bildet die Polymerschicht eine mechanische Grenzfläche oder mechanische Verriegelung mit dem Schaltungsteil und/oder dem Gehäuse.
In der Tendenz sammeln traditionelle Kontaktteile Lot auf der Metallspitze an, was einen Anstieg des Kontaktwiederstands und schließlich schlechten Kontakt bewirken kann. In einer Ausführungsform sehen die Polymerschichten Eingriffsmerkmale vor, die so konfiguriert sind, daß sie eine mechanische Verriegelung, so z. B. eine Einrastbeziehung, mit den Kugeln eines Ball-Grid-Arrays (Kugelgitteranordnung) bilden. Der Kunststoffabschnitt bildet den Großteil der Grenzfläche mit dem Schaltungsteil. Die Eingriffsmerkmale können ein Loch, eine Aussparung, ein Vorsprung, ein Widerhaken auf mechanische Weise oder vielfältige andere Strukturen sein, die das Lötteil mechanisch koppeln oder ergreifen. Die Laschen und/oder die Eingriffsmerkmale können sich zum Eingriff mit dem Lötteil plastisch und/oder elastisch verformen. Das Lötteil kann kugelförmig, würfelförmig, sechseckig sein oder vielfältige andere Formen haben. In anderen Ausführungsformen dient der Eingriff dazu, Komponenten an einer Grenzfläche relativ zueinander zu positionieren.
In einigen Ausführungsformen sind die freiliegenden Metallspitzen des leitenden Teils mit speziellen Materialien plattiert, um die Effekte von Lotverunreinigung zu reduzieren, z. B. Rhodium. In einer weiteren Ausführungsform kann die freiliegende Metallspitze des leitenden Teils so geformt sein, daß sie einen fokussierten Druckpunkt bildet, um Lot wiederholt zu durchstechen. Die Beschaffenheit des Kunststoffabschnitts des Verbundkontakts sorgt für eine natürliche Maske, die verwendet werden kann, um Plattierung mit Hilfe von alltäglichen Verfahren zu konzentrieren. In einer weiteren Ausführungsform können unterschiedliche Abschnitte des Grundmetalls des leitenden Teils unterschiedlich behandelt sein, indem auf unterschiedliche Abschnitte zu unterschiedlichen Zeiten während des Verfahrens eingewirkt wird, ähnlich wie bei der Herstellung von Leiterplatten.
Verbundkontakte einiger Ausführungsformen kombinieren die mechanischen Eigenschaften von mindestens zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, um einen Verbundkontakt mit erwünschter Federkraft zu bilden. Beispielsweise sind ein sehr dünnes leitendes Teil und eine sehr dünne Polymerschicht beide sehr flexibel und bilden normalerweise keine guten Federn. Durch Kombinieren der Schichten kommt aber eine Verbundfeder zustande, die anders reagiert. Die Schichten stützen einander ab und können so gestaltet sein, daß die Kombination für eine erwünschte Federkraft sorgt. Optional kann der Verbundkontakt verschiedene Schichten, Geometrien oder Materialien aufweisen, die Biegung zu einem bestimmten Bereich oder in einer bestimmten Richtung mit lokalisierten Schwäche- oder Steifigkeitsbereichen leiten. Da sich Kunststoff ganz anders als Metall biegt, kann sich das Laminat ganz anders biegen und zurückfedern, als das leitende Teil allein.
Eine Polymerschicht mit spezifischer Form kann an einer strategischen Stelle zugefügt sein, um Biegung in einer speziellen Richtung zu induzieren oder zu hemmen. Eine Federschicht aus Kunststoff kann so geformt sein, daß sie eine erwünschte Biegeeigenschaft und -kraft vorsieht. Zusätzlich kann der Verbundkontakt so geschnitten sein, daß er geteilte Biegung ermöglicht, wobei ein Federteil auf entgegengesetzten Seiten des Kontakts liegt, so daß sich der geteilte Verbundkontakt in Gegenrichtungen biegt. Infolge der Beschaffenheit der flexiblen Kontaktstruktur können mehrere leitende (Kontakt-)Federn gefaltet werden, um mehrere Signalpfade oder Anschlußeingriffsfedern zu erzeugen.
Der Verbundkontakt ermöglicht, den Weg des leitenden Teils kurz, gerade und breit zu machen, da das Raster zwischen benachbarten Kontakten eine Maximierung der Signalintegrität ermöglicht, während die Polymerabschnitte die mechanischen Halte- oder Federmerkmale enthalten können.
Vorzugsweise bilden die Verbundkontakte eine Preßsitz-, Verriegelungs- oder Einrastbeziehung mit einem der Schaltungsteile und/oder dem Gehäuse. In einer Ausführungsform weist das Gehäuse mehrere Schichten auf, die mehrere im wesentlichen nichtformbare Durchgangsöffnungen bilden, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken. Eingriffs- oder Verriegelungsmerkmale, die zum Eindrücken oder Einrasten des Verbundkontakts in das Gehäuse verwendet werden, sind vorzugsweise in den Kunststoffabschnitt eingebaut. Mindestens ein Verbundkontakt bildet eine Verriegelungsbeziehung mit einer der im wesentlichen nichtformbaren Durchgangsöffnungen. Die Durchgangsöffnungen sind vorzugsweise in einem zweidimensionalen Gitter zum Eingriff mit verschiedenen Schaltungsteilen angeordnet.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine Schicht oder ein Abschnitt des Gehäuses ein Elastomermaterial, das die Verbundkontakte abstützt. Das Elastomergehäuse kann um die Verbundkontakte geformt oder mit Durchgangsöffnungen ausgebildet sein, in die die Verbundkontakte eingesetzt sind.
Optional dichtet eine Dichtungsschicht im wesentlichen die Durchgangsöffnungen zwischen den Verbundkontakten und dem Gehäuse entlang der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche ab. Vorzugsweise weist die Dichtungsschicht ein härtbares Polymermaterial auf. In einer Ausführungsform ist darüber eine Polymerschicht geformt, um die Verbundkontakte am Gehäuse zu befestigen.
In einer Ausführungsform verfügt das leitende Teil über eine erste und eine zweite (Kontakt-)Feder, die eine zwei Schleifen bildende Serpentinenform aufweisen. Die erste Feder ist bevorzugt am Basisabschnitt an einer von der zweiten Feder getrennten Stelle angebracht. In einer Ausführungsform überlappen sich die erste und zweite Feder an einer Stelle zwischen den jeweiligen proximalen Enden und distalen Enden, um eine erste Schleife zu bilden. Die distalen Enden der ersten und zweiten Feder weisen eine zweite Schleife auf. In einer Ausführungsform bilden die distalen Enden der ersten und zweiten Feder eine Schleife, wenn sie mit dem ersten oder zweiten Schaltungsteil in Eingriff stehen.
Kurze Beschreibung der mehreren Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine Seitenschnittansicht einer elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A und 7B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite.
8A und 8B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite.
9A und 9B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite.
10A und 10B sind Perspektivansichten eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Seitenschnittansicht der elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Seitenschnittansicht der alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15A ist eine Schnittansicht eines alternativen Verbundkontakts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn.
15B ist eine Seitenansicht des Verbundkontakts von 15A.
16 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen elektrischen Verbindungsanordnung mit Verbundkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nähere Beschreibung der Erfindung
1 ist eine Seitenschnittansicht einer Verbindungsanordnung 50 mit Verbundkontakten 52 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Verbundkontakte 52 sind in Schnittansichten von der Seite und von vorn dargestellt. Der Verbundkontakt 52 auf der rechten Seite von 1 veranschaulicht ein leitendes Teil 54, das an einer ersten und einer zweiten Polymerschicht 56, 58 angebracht ist. Der Verbundkontakt 52 auf der linken Seite von 1 ist mit entfernter Polymerschicht 58 gezeigt.
Im Gebrauch hierin bezeichnet "Polymerschicht" eine oder mehrere Schichten aus einem formbaren Dielektrikum oder einem Isoliermaterial, so z. B. ein Polyethylen, Polyesterverbundstoffe mit leichtem Gewicht, Polyvinylchlorid, Kapton^®-Polyimidfilm oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Das leitende Teil kann jedes Material sein, so z. B. Gold, Kupfer oder BeCu.
In einer Ausführungsform ist das leitende Teil 54 zwischen den Polymerschichten 56, 58 eingefügt, wobei mindestens ein Abschnitt der Seitenkanten des leitenden Teils 54 potentiell freiliegend bleib. Beispielsweise können die Seitenkanten eines oder mehrerer der leitenden Teile 54 im Bereich 88 freiliegen, um sich mit einer Schaltungsschicht 86 elektrisch koppeln zu können. Vorzugsweise ist aber das leitende Teil 54 zwischen den Polymerschichten 56, 58 mit Ausnahme des freiliegenden ersten Grenzflächenabschnitts 60 und zweiten Grenz flächenabschnitts 62 im wesentlichen verkapselt oder von ihnen umgeben.
Die Polymerschichten 56, 58 sind vorzugsweise so verschmolzen oder verbunden, daß sie einem durchgängigen Stück ähneln. Außerdem können die Polymerschichten 56, 58 mit Hilfe von Kleber, mechanischer Verschmelzung, Schmelzen des Grundmaterials oder einer Keimschicht oder auch Abscheidungstechniken gepaart sein, die in Halbleiterverkapselungs- oder Schaltungsfertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Wie später näher diskutiert wird, sorgen die Polymerschichten 56, 58 für gesteuerte oder gestaltete mechanische Eigenschaften, die auf der Grundlage der erforderlichen Geometrien abgewandelt werden können. Das leitende Teil 54 kann vor Laminieren oder sogar danach gedruckt, geätzt, lasergeschnitten, gestanzt oder geformt sein, um Merkmale oder Geometrien zu erzeugen, die für die gewünschte Funktion sorgen. In einer Ausführungsform ist das leitende Teil 54 direkt auf einer der Polymerschichten 56, 58 gebildet, z. B. durch Drucken oder Ätzen. Danach wird die gegenüberliegende Polymerschicht über dem leitenden Teil 54 laminiert.
Der Verbundkontakt 52 kann zur elektrischen Kopplung mit vielfältigen Schaltungsteilen konfiguriert sein, darunter z. B. eine flexible Schaltung, ein Bandkabelverbinder, ein Kabel, eine Leiterplatte, ein Ball-Grid-Array (BGA), ein Land-Grid-Array (LGA), ein Kunststoffchipträger mit Anschlüssen (PLLC), ein Pin-Grid-Array (PGA), eine integrierte Schaltung mit kleinen Außenabmessungen (SOIC), ein Dual-In-Line-Gehäuse (DIP), ein quadratisches, flaches Gehäuse (QFP), ein Chipträger ohne Anschlüsse (LCC), ein Chip-Scale-Package (CSP) oder verkappte oder unverkappte integrierte Schaltungen.
Abschnitte 64 der Polymerschichten 56, 58 bilden Eingriffsmerkmale 66. In der dargestellten Ausführungsform verfügt das Eingriffsmerkmal 66 über ein Paar gegenüberliegende Aussparungen 68 mit einer Form, die allgemein einer Form einer Lötkugel 70 auf dem ersten Schaltungsteil 72 entspricht. Wird das erste Schaltungsteil 72 zur Verbindungsanordnung 50 gedrückt, biegen sich die Eingriffsmerkmale 66 nach außen in einer Richtung 74, bis die Lötkugel 70 einen Eingriff mit den Aussparungen 68 herstellt, z. B. durch Einrasten, Kompression und/oder Verriegeln. Im Gebrauch hierin bezeichnet "Schaltungsteile" z. B. ein verkapptes integriertes Schaltungsbauelement, ein unverkapptes integriertes Schaltungsbauelement, eine Leiterplatte, eine flexible Schaltung, ein "Nacktchip"-(bare die) Bauelement, ein organisches oder anorganisches Substrat, eine starre Schaltung oder jedes andere Bauelement, das elektrischen Strom führen kann.
Im Gebrauch hierin bezeichnen "Verriegelung" und "verriegeln" eine mechanische Kopplung, bei der ein Teil durch ein anderes Teil so eingefangen oder eingeschlossen ist, daß sich mindestens ein Abschnitt eines der Teile mit mindestens einem Freiheitsgrad relativ zum anderen Teil bewegen kann, so z. B. durch Verhaken, Einrasten, nicht festsitzende Preßpassung, Verzinkung. "Verriegelungsmerkmal" bezeichnet eine Struktur zum Verriegeln. Im Gebrauch hierin bezeichnet "Einrasten" Verriegeln durch im wesentlichen elastische Verformung eines Verbundkontakts und/oder eines Gehäuses.
Da die Lötkugel 70 in die Kunststoffabschnitte 64 eingreift, kann die Steckkraft relativ klein sein. Zudem bildet das Kunststoffeingriffsmerkmal 66 keine Nut oder beschädigt die Lötkugel 70 beim Einsetzen anderweitig. Die Verbundkontakte ermöglichen ein Einsetzverfahren, mit dem das relativ dünne leitende Teil 54 wenig oder überhaupt nicht mechanisch beansprucht wird.
Der zweite Grenzflächenabschnitt 62 ist zur elektrischen Kopplung mit Kontaktinseln 80 auf dem zweiten Schaltungsteil 82 konfiguriert, normalerweise durch Lot. Die Polymerschichten 56, 58 hindern jedes Lot (siehe 2) um den zweiten Grenzflächenabschnitt 62 am Hochkriechen durch Dochteffekt in ein Gehäuse 84.
In der gezeigten Ausführungsform weist das Gehäuse 84 eine Kontaktkoppelschicht 86 auf, die einen Eingriff mit einem Koppelmerkmal 88 auf dem Verbundkontakt 52 herstellt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Koppelmerkmal 88 ein schmaler Bereich, der sich mit der Koppelschicht 86 verriegelt oder koppelt. Alternativ kann das Koppelmerkmal 88 ein Vorsprung, eine unregelmäßige oder asymmetrische Kante oder vielfältige andere Strukturen sein, die geeignet sind, einen Eingriff mit dem Gehäuse 84 herzustellen.
Eine Ausrichtschicht 90 dient zum Positionieren des zweiten Grenzflächenabschnitts 62 an einer vorbestimmten Stelle, die den Kontaktinseln 80 auf dem zweiten Schaltungsteil 82 entspricht. Eine Stabilisierschicht 92 begrenzt die Auslenkung des Eingriffsmerkmals 66 in Richtung 74. Die Schichten 86, 90, 92 können selektiv verbunden bzw. verklebt oder unverbunden sein, um durchgängiges Material oder trennbare Schichten zu bilden. Im Gebrauch hierin bezeichnet "Verbindung" bzw. "Verklebung" oder "Verbinden" bzw. "Verkleben" z. B. Kleben, Lösungsmittelkleben, Ultraschallschweißen, Thermofusion oder alle anderen Techniken, die zum Anbringen bzw. Befestigen benachbarter Schichten des Gehäuses geeignet sind.
Vorzugsweise ist das Gehäuse 84 primär zur Positionierung und mechanischen Abstützung der Verbundkontakte 52 gestaltet. Das Gehäuse 84 kann auch verwendet werden, einen Angriffspunkt zum Festhalten oder Induzieren von Biegung zu bilden. In einer alternativen Ausführungsform kann ein monolithisches oder einschichtiges Gehäuse verwendet werden. Die Schichten 86, 90, 92 können aus der gleichen oder aus mehreren Materialarten aufgebaut sein. Optional sind die Schichten 86, 90, 92 selektiv laminiert, um Spannung abzubauen, die durch Wärmeausdehnungsdifferenzen verursacht ist.
Das Gehäuse 84 kann aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein, z. B. Kunststoff. Zu geeigneten Kunststoffen zählen Phenolharze, Polyester und Ryton^®, zu beziehen von Phillips Petroleum Company. Alternativ kann das Gehäuse 84 aus Metall, z. B. Aluminium, mit einer nichtleitenden Oberfläche, z. B. einer anodisierten Oberfläche, aufgebaut sein. Für einige Anwendungen kann das Metallgehäuse für zusätzliche Abschirmung der Verbundkontakte sorgen. In einer alternativen Ausführungsform ist das Gehäuse an die Masse der elektrischen Anlage gelegt, was eine gesteuerte Impedanzumgebung vorsieht. Einige der Verbundkontakte können an Masse gelegt sein, indem sie eine unbeschichtete Oberfläche des Metallgehäuses kontaktieren können. Im Gebrauch hierin bezeichnet "elektrisch isolierendes Verbindergehäuse" oder "Modulgehäuse" ein Gehäuse, das nichtleitend oder im wesentlichen mit einem nichtleitenden Material beschichtet ist, um unerwünschte Leitfähigkeit zwischen den Verbundkontakten und dem Gehäuse wie zuvor diskutiert zu verhindern.
Die einzelnen Schichten 86, 90, 92 können geätzt oder abladiert und gestapelt sein, ohne daß teure Formwerkzeuge nötig sind. Die Schichten 86, 90, 92 können Gehäusemerkmale erzeugen, die ein viel größeres Geometrieverhältnis als das haben, das mit Formen oder Bearbeiten normalerweise möglich ist. Außerdem ermöglichen die Schichten 86, 90, 92 die Erzeugung von Innenmerkmalen, Hinterschneidungen oder Hohlräumen, deren Herstellung mit Hilfe von herkömmlichen Form- oder Bearbeitungstechniken schwierig oder normalerweise unmöglich ist, hierin als "nichtformbares Merkmal" bezeichnet. Weiterhin ermöglichen die Gehäuse, Versteifungsschichten, z. B. Metall, Keramik oder alternative gefüllte Harze, zuzufügen, um die Ebenheit dort zu wahren, wo sich ein geformtes oder bearbeitetes Teil verziehen könnte.
Die Schichten 86, 90, 92 des Gehäuses 84 können optional auch Schaltungsaufbauten aufweisen, z. B. gemäß der Offenba rung im US-Patent Nr. 11/130,494 mit dem Titel "Compliant Interconnect Assembly", eingereicht am 17. Mai 2005, das hierin durch Verweis aufgenommen ist. Leistungs-, Masse- und/oder Entkopplungskapazität kann den Schichten 86, 90, 92 oder zwischen ihnen oder zwischen Stiften zugefügt sein, und eindeutige Merkmale, z. B. eingebettete IC-Bauelemente oder HF-Antennen, können optional eingebaut sein. In einigen Fällen können zusätzliche Schichten verwendet werden, um das Einsetzen oder Entfernen von Bauelementen zu unterstützen, z. B. mit ZIF- (steckkraftlosen) oder Abstreifplatten-Betätigungsmechanismen. Folglich kann die Verbindungsanordnung 50 auf Wegen verbessert sein, die mit Hilfe von herkömmlichen Form- oder Bearbeitungstechniken unmöglich sind.
In einer Ausführungsform ist die Schicht 86 eine Schaltungsschicht, so z. B. eine Masseebene oder Leistungsebene. Die Schaltungsschicht 86 kann optional mit dem leitenden Teil 54 nahe dem Koppelmerkmal 88 elektrisch gekoppelt sein. Durch selektives Koppeln der Verbundkontakte 52 mit der Schaltungsschicht 86 kann die Verbindungsanordnung 50 für Anschlußfähigkeit sorgen, die mit derzeitigen Verbinderstrukturen nicht ohne weiteres verfügbar ist.
Die Verbindungsanordnung 50 ermöglicht die Erzeugung eines hohen Geometrieverhältnisses durch Löcher und Schlitze mit Innenhohlräumen, die nichtformbare Merkmale haben, um Kontaktbiegezwischenräume bei engem Abstand (Raster) zwischen Kontakten zu ermöglichen. Die Verbindungsanordnung 50 bringt 1000–2500 Anschlußstifte im E/A-Bereich mit 1,0 mm Raster und stärker bevorzugt etwa 0,8 Millimeter Raster sowie am stärksten bevorzugt etwa 0,5 Millimeter Raster unter. Solche Feinraster-Verbindungsanordnungen sind für Kommunikations-, Funk- und Speicherbauelemente von besonderem Nutzen.
Die Verbindungsanordnung 50 besitzt die Fähigkeit, die Verbundkontakte 52 in tiefere Schichten einzudrücken, um die Verbundkontakte zu positionieren, auszurichten und festzuhal ten sowie die Grenzfläche abzudichten, um beim Aufschmelzen Lot- oder Flußmittel am Kriechen durch Dochteffekt zu hindern. Eine nach dem Einsetzen angebrachte Lötmaske (wie auf Leiterplatten und IC-Gehäusen durchgeführt) kann ebenfalls zugefügt sein, um Lotabscheidungsbildung und Vermeidung des Dochteffekts zu verbessern.
Durch das Laminierverfahren können Versteifungsschichten, Abstandshalter, Schaltungsaufbauten und/oder Schutzschichten der Verbindungsanordnung 50 zugefügt werden. Außerdem ermöglicht das Laminiersystem die Erzeugung von Verbundkontakten mit hohem Geometrieverhältnis, bei denen nahezu 80–90% der physischen Höhe der Kontakte senkrecht zusammengedrückt werden können, sogar in quadratischen Kontaktfedersystemen. Diese billigen, mit hoher Signalleistung arbeitenden Verbindungsanordnungen 50, die niedrige Profile haben und mit der Systemleiterplatte verlötet werden können, sind für Desktop- und mobile PC-Anwendungen besonders nützlich.
Mit Hilfe der Verbindungsanordnung 50 können Hersteller teure IC-Bauelemente beim Systemaufbau installieren, was die Möglichkeit gibt, das System später kundenspezifisch zu gestalten, ohne Austauschleiterplatten im Bestand zu halten. Durch den Einsatz der Verbindungsanordnung 50 können neue IC-Bauelemente anfangs eingebaute IC-Bauelemente vor Ort (oder bei OEM) ersetzen, ohne daß das System auseinandergebaut oder die Schaltungsplatine umgearbeitet werden muß. Auch Trends hin zu bleifreier Elektronik verstärken die Attraktivität der Verbindungsanordnung. Der IC-Zulieferer kann die Lötkugeln an seinem Gehäuse oder Bauelement weglassen, um den Bleigehalt zu reduzieren.
Optional können die hier offenbarten Verbindungsanordnungen so gestaltet sein, daß sie mehrere Schaltungsteile aufnehmen, z. B. die austauschbaren Chipmodule, die in den US-A-5,913,687 , 6,178,629 und 6,247,938 offenbart sind, die alle hierin durch Verweis aufgenommen sind.
2 veranschaulicht eine alternative Verbindungsanordnung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Gehäuse der Deutlichkeit halber entfernt ist. Jedes der hier offenbarten Gehäuse kann mit der alternativen Verbindungsanordnung 100 verwendet werden. Dargestellt sind Verbundkontakte 102 in Schnittansicht sowohl von der Seite als auch von vorn. Lot 104 verbindet den zweiten Grenzflächenabschnitt 106 mit dem zweiten Schaltungsteil 108. Polymerschichten 116, 118 verhindern, daß das Lot 104 durch Dochteffekt über die Länge eines leitenden Teils 110 kriecht.
In der dargestellten Ausführungsform weist das leitende Teil 110 ein Paar(Kontakt-)Federn 112, 114 auf, die vom zweiten Grenzflächenabschnitt 106 weg vorstehen. Vorzugsweise verkapseln oder umgeben die erste und zweite Polymerschicht 116, 118 im wesentlichen das leitende Teil 110 mit Ausnahme des ersten Grenzflächenabschnitts 120 und des zweiten Grenzflächenabschnitts 106.
Abschnitte 122 der Polymerschichten 116, 118 weisen Eingriffsmerkmale 124 auf, die eine einrastende oder verriegelnde Kompressionsbeziehung mit einer Lötkugel 126 auf dem ersten Schaltungsteil 128 herstellen. In der Ausführungsform von 2 biegen sich die Eingriffsmerkmale entlang einer Achse 130 nach außen, wenn die Lötkugel 126 eingesetzt wird. Die Federn 112, 114 können sich auch zusammen mit den Eingriffsmerkmalen 124 biegen.
3 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 150 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Gehäuse der Klarheit halber weggelassen ist. Dargestellt sind Verbundkontakte 152 in Schnittansichten von der Seite und von vorn. Ein leitendes Teil 154 ist mit mehreren Öffnungen 156 konfiguriert, die zwischen dem ersten Grenzflächenabschnitt 158 und dem zweiten Grenzflächenabschnitt 160 liegen. Die Öffnungen können durch Stanzen, Ätzen, Laserbohren, Formen und vielfältige andere Verfahren hergestellt sein. In der dargestellten Ausführungsform dienen die Öffnungen dazu, die Flexibilität des leitenden Teils 154 im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Grenzflächenabschnitt 158, 160 zu erhöhen.
In der Ausführungsform von 3 dienen Abschnitte 162 der Polymerschichten 164, 166 zum Ergreifen und Ausrichten einer Lötkugel 168 des ersten Schaltungsteils 170 zum ersten Grenzflächenabschnitt 158. Die Lötkugel 168 kann mit dem ersten Grenzflächenabschnitt 158 durch Lot, Kompression, Leitpaste und vielfältige andere Techniken elektrisch gekoppelt sein. Im Gebrauch hierin bezeichnen "mechanisch koppeln" und "mechanische Kopplung" eine oder mehrere körperliche Strukturen, die dazu dienen, zwei oder mehr Komponenten an einer Grenzfläche relativ zueinander zu positionieren. Zu mechanischer Kopplung gehört sowohl ein verriegelnder als auch ein nichtverriegelnder Eingriff.
4 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Verbundkontakt 202 ist in Schnittansichten von vorn und von der Seite gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform sind ein erster und ein zweiter Grenzflächenabschnitt 204, 206 des leitenden Teils 208 zur Festigkeitserhöhung plattiert. Optional ist eine Versteifungsschicht aus Kunststoff 212 auf Polymerschichten 210 laminiert.
Die freiliegenden Metallspitzen des ersten und zweiten Grenzflächenabschnitts 204, 206 des leitenden Teils 208 sind mit Spezialmaterialien plattiert, um die Effekte von Lotverunreinigung zu reduzieren, z. B. Rhodium. In einer weiteren Ausführungsform kann die freiliegende Metallspitze des leitenden Teils 208 so geformt sein, daß sie einen fokussierten Druckpunkt bildet, um Lot wiederholt zu durchstoßen. Die Beschaffenheit der Polymerschichten 212 des Verbundkontakts stellt eine natürliche Maske bereit, die verwendet werden kann, um Plattierung mit Hilfe von alltäglichen Verfahren zu konzentrieren. In einer weiteren Ausführungsform können unterschiedliche Abschnitte des Grundmetalls des leitenden Teils 208 unterschiedlich behandelt sein, indem auf unterschiedliche Abschnitte zu unterschiedlichen Zeiten während des Verfahrens eingewirkt wird, ähnlich wie bei der Herstellung von Leiterplatten.
5 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 250 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte 252 weisen ein längliches leitendes Teil 254 auf, das in einer U-förmigen Konfiguration angeordnet ist. Polymerschichten 256, 258 verkapseln im wesentlichen (Kontakt-)Federn 270, 272 des leitenden Teils 254, wobei sie einen ersten und einen zweiten Grenzflächenabschnitt 260, 262 freiliegend lassen. In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Grenzflächenabschnitt 262 eine Schleife aus dem leitenden Material 254 auf. Der erste Grenzflächenabschnitt 260 entspricht im wesentlichen der Darstellung in 1.
Aussparungen oder Schmalbereiche 264 in den Polymerschichten 256, 258 stellen einen Eingriff mit der Kontaktkoppelschicht 266 am Gehäuse 268 her, um die Federn 270, 272 des leitenden Teils 254 in der gewünschten Orientierung und im gewünschten Abstand festzuhalten. Sobald der Verbundkontakt 252 in das Gehäuse 268 eingesetzt ist, biegt sich der zweite Grenzflächenabschnitt 262, wenn er an Kontaktinseln 280 auf dem zweiten Schaltungsteil 282 gedrückt wird.
6 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Verbundkontakt 302 weist eine Polymerschicht 304 auf, die mit dem Gehäuse 306 in einer Aussparung 308 gekoppelt ist. Die Schicht 304 erstreckt sich so durch eine Öffnung 310 im Gehäuse 306, daß das leitende Teil 312 einen Bogen bildet, der sich von einer Unterseite 312 zu einer Oberseite 314 des Gehäuses 306 erstreckt.
Vorzugsweise ist eine zweite Polymerschicht 316 so vorgesehen, daß das leitende Teil 312 mit Ausnahme des ersten Grenzflächenabschnitts 318 und des zweiten Grenzflächenabschnitts 320 im wesentlichen verkapselt ist. Zu beachten ist, daß die Bezeichnungen "untere" und "obere" in diesem Zusammenhang nur zur zweckmäßigen Unterscheidung unterschiedlicher Teile des Kontaktsystems und der Umgebung dienen, in der es verwendet wird. Diese und andere Richtungsbezeichnungen sollen nicht den Schutzumfang der Erfindung so einschränken, daß das Gehäuse in einer speziellen Richtung orientiert sein muß.
In der dargestellten Ausführungsform hat die erste Schicht 304 vorzugsweise einen gewissen Elastizitätsbetrag, um so als Feder zu wirken und den zweiten Grenzflächenabschnitt 320 an eine Kontaktinsel 322 auf dem zweiten Schaltungsteil 324 zu drücken. Vorzugsweise erstreckt sich der erste Grenzflächenabschnitt 318 über der Oberseite 314, um mit einem ersten Schaltungsteil 326 elektrisch gekoppelt zu sein. In einer Ausführungsform kann der erste Grenzflächenabschnitt 318 in einem Loch 328 und im Gehäuse 306 gleiten. Vorzugsweise sorgen die Schichten 304, 316 für eine Vorspannkraft, um den ersten Grenzflächenabschnitt 318 über der Oberseite 314 zu halten, was zu einer Druckgrenzfläche mit dem ersten Schaltungsteil 326 führt. Somit wirkt der erste Grenzflächenabschnitt 318 wie eine Feder, während er das erste Schaltungsteil 326 ergreift.
7A und 7B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts 350 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. Wie 7A am besten zeigt, ist das leitende Teil 352 so konfiguriert, daß es für unterschiedliche Biegung über die Länge des Verbundkontakts 350 sorgt. In der dargestellten Ausführungsform hat ein oberer Abschnitt 354 größere Nachgiebigkeit als ein unte rer Abschnitt 356. Die Form des leitenden Teils 352 und der verkapselnden Polymerschichten 358, 360 kann so konfiguriert sein, daß variierende Biege- und Nachgiebigkeitsbeträge entlang jedem Abschnitt dieses Verbundkontakts 350 vorgesehen sind.
8A und 8B sind Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts 370 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. Ein leitendes Teil 372 und Polymerschichten 374, 376 sind mit einem Schmalbereich 378 konfiguriert, um eine Mittelbiegeachse für den Verbundkontakt 370 vorzusehen.
9A und 9B zeigen Schnittansichten eines alternativen Verbundkontakts 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von vorn und von der Seite. Ein leitendes Teil 402 ist mit einem Mittelschlitz oder einer Mittelöffnung 404 so konfiguriert, daß (Kontakt-)Federn 406, 408 am ersten bzw. zweiten Grenzflächenabschnitt 410, 412 im wesentlichen zusammenkommen. Die Öffnung 404 sorgt für erwünschte elektrische Eigenschaften für einige Anwendungen.
Die Verbundkontakttechnologie kann mit vielfältigen anderen Kontaktstrukturen verwendet werden, z. B. denen, die in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 11/253510 mit dem Titel "Fine Pitch Electrical Interconnect Assembly" offenbart sind, die am 19. Oktober 2005 eingereicht wurde und hierin durch Verweis aufgenommen ist.
10A und 10B veranschaulichen einen alternativen Verbundkontakt 450 mit einem komplexen leitenden Zwei-Schleifen-Teil 452, das in Polymermaterial 454 eingebettet oder davon umgeben ist. Spitzen 456, 458 des leitenden Teils 452 weisen einen ersten Grenzflächenabschnitt auf. Die Spitzen 456, 458 sind wie zuvor diskutiert vorzugsweise plattiert. Ein Bereich 460 weist den zweiten Grenzflächenabschnitt auf.
Abschnitte 462 des Polymermaterials 454 weisen Laschen 464, 466 auf. Die Laschen 464, 466 verfügen über ein oder mehrere Eingriffsmerkmale 468. Wie 10B am besten zeigt, sind die Eingriffsmerkmale 468 geeignet, ein Lötteil 470 mechanisch zu ergreifen. Das Lötteil 470 wird mit dem Abschnitt 460 elektrisch gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ergreifen die Laschen 464, 466 das Lötteil 470 auf zwei Seiten auf zusammendrückende oder verriegelnde Weise. Die Laschen 464, 466 und Eingriffsmerkmale 468 können auf vielfältige Weise konfiguriert sein, z. B. gemäß der Offenbarung in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 11/253510 mit dem Titel "Fine Pitch Electrical Interconnect Assembly", die am 19. Oktober 2005 eingereicht und hierin schon durch Verweis aufgenommen wurde.
11 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte 502 weisen ein längliches leitendes Teil 504 auf, das in einer U-förmigen Konfiguration angeordnet ist. Polymerschichten 506, 508 verkapseln im wesentlichen (Kontakt-)Federn 510, 512 des leitenden Teils 504, wobei sie einen ersten und einen zweiten Grenzflächenabschnitt 514, 516 freiliegend lassen. In der gezeigten Ausführungsform können die Polymerschichten 506, 508 jeweils zwei oder mehr Schichten aufweisen.
In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Grenzflächenabschnitt 516 eine Schleife 518 aus dem leitenden Material 504 auf. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schleife 518 eine Ösenstruktur, die sich um mehr als 180 Grad erstreckt. Folglich biegt sich die Schleife 518 nach außen, wenn sie mit einem zweiten Schaltungsteil 522 in Druckeingriff steht.
Der erste Grenzflächenabschnitt 214 entspricht im wesentlichen der Darstellung in 1 mit der Ausnahme, daß sich das leitende Material 504 im wesentlichen um den Umfang der Aussparungen 524 des Eingriffsmerkmals 526 erstreckt. Vorzugsweise hält ein Gehäuse 528 die Federn 510, 512 in ei ner allgemein parallelen Konfiguration fest, um den Eingriff der Lötteile 530 auf dem ersten Schaltungsteil 532 in das Eingriffsmerkmal 526 zu erleichtern.
12 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 550 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte 552 weisen ein längliches leitendes Teil 554 auf, das in einer U-förmigen Konfiguration angeordnet ist. Polymerschichten 556, 558 verkapseln im wesentlichen (Kontakt-)Federn 560, 562 des leitenden Teils 554, wobei sie einen ersten und einen zweiten Grenzflächenabschnitt 564, 566 freiliegend lassen. In der gezeigten Ausführungsform ist jede der Federn 560, 562 in zwei zusätzliche (Kontakt-)Federn 561A, 561B, 561C getrennt (Feder 561D nicht gezeigt).
In der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Grenzflächenabschnitt 566 eine Schleife 568 aus dem leitenden Material 554 auf. Der erste Grenzflächenabschnitt 564 weist die freiliegenden Spitzen 570A, 570B, 570C (Spitze 570D nicht gezeigt) der Federn 561 auf. In der gezeigten Ausführungsform sind die Spitzen 570 in einer allgemein rechteckigen Konfiguration angeordnet. Infolge der flexiblen Beschaffenheit dieses Verbundkontakts 552 kann ein Gehäuse 572 die Federn 561 in vielfältigen Konfigurationen unabhängig positionieren, so daß die Spitzen 570 so angeordnet sind, daß sie einen Eingriff mit einer entsprechenden Kontaktfläche 574 auf dem ersten Schaltungsteil 576 herstellen.
13 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Verbundkontakte 602 sind sowohl in Schnittansicht von der Seite als auch in Schnittansicht von vorn gezeigt. Abschnitte 604 von Polymerschichten 606, 608 dienen zum Ausrichten einer Lötkugel 610 des ersten Schaltungsteils 170 zu den ersten Grenzflächenabschnitten 612. Die Lötkugel 610 kann mit dem ersten Grenzflächenabschnitt 612 durch Lot, Kompres sion, Leitpaste und vielfältige andere Techniken elektrisch gekoppelt sein.
Die Verbundkontakte 602 liegen in einem Gehäuse 614, das aus einem Elastomermaterial aufgebaut ist. Das Elastomergehäuse 614 sorgt für eine Verstärkungskraft außen an den Verbundkontakten 602. Dadurch können die Verbundkontakte 602 ohne Ermüdung vielmals betätigt werden. Zudem können die Polymerschicht 606, 608 und/oder das leitende Teil 616 extrem dünn und flexibel sein. In Ausführungsformen, in denen die Polymerschichten 606, 608 dünn sind, können ergänzende Verstärkungsschichten 618 dem Verbundkontakt 602 nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt 612 optional zugefügt sein. Die Verbundkontakte 602 können in das Gehäuse 614 eingesetzt sein, oder das Gehäuse kann optional um die Verbundkontakte 602 geformt sein.
14 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 630 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Gehäuse der Klarheit halber weggelassen ist. Verbundkontakte 632 sind in Schnittansichten sowohl von der Seite als auch von vorn gezeigt. Abschnitte 634 von Polymerschichten 636, 638 dienen dazu, eine Lötkugel 640 des ersten Schaltungsteils 170 zu den ersten Grenzflächenabschnitten 642 auszurichten.
Die Verbundkontakte 632 sind durch ein Federteil 644 abgestützt. Das Federteil 644 kann Metall, Polymer oder vielfältige andere Materialien sein. Da das Federteil 644 kein Bestandteil der Strombahn ist, wird das Signal bei seinem Durchgang durch das leitende Teil 646 nicht beeinträchtigt. In der dargestellten Ausführungsform umgibt das Federteil 644 den Verbundkontakt 632 über einen Abschnitt seiner Länge. In Ausführungsformen, in denen die Polymerschichten 636, 638 dünn sind, können ergänzende Verstärkungsschichten 648 dem Verbundkontakt 632 nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt 642 optional zugefügt sein. Das Federteil 644 kann optional so konfiguriert sein, daß es das Einsetzen der Verbundkontakte 632 in ein Gehäuse unterstützt, z. B. mit einer Verjüngung. Alternativ kann das Federteil 644 ein Merkmal haben, das den Verbundkontakt 632 im Gehäuse orientiert.
15A und 15B veranschaulichen einen alternativen Verbundkontakt 650 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie 15A am besten zeigt, ist das leitende Teil 652 auf die körperliche Mindestgröße verkleinert, die notwendig ist, um das Signal zu führen. Da die Elastizität der Polymerschichten 656, 658 für die meisten der Strukturkennwerte des Verbundkontakts 650 sorgt, erfordert das leitende Teil 652 keine anderen Merkmale als die zur Signalführung notwendigen. Bevorzugt ist das leitende Teil 652 mit niedriger Impedanz z. B. für Mobiltelefon- und drahtlose Chipanwendungen. Beispielsweise ermöglicht das leitende Teil 652 die Abstimmung einer Einzelimpedanz des Verbundkontakts 650 auf 50 Ohm.
16 ist eine Seitenschnittansicht einer alternativen Verbindungsanordnung 700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verbundkontakte 702 sind in Schnittansichten sowohl von der Seite als auch von vorn dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Verbundkontakte 702 abwechselnd Polymerschichten 704 und leitende Teile 706 auf. Dadurch ist das Raster der Verbindungsanordnung 700 durch die Dicke der Polymerschichten 704 und die Dicke der leitenden Teile 706 bestimmt. Praktisch ist das Raster nur durch die elektrischen Leistungsanforderungen der Verbindungsanordnung 700 begrenzt.
In einer Ausführungsform sind erste und zweite Grenzflächenabschnitte 708, 710 der leitenden Teile 706 optional plattiert, um die Festigkeit zu erhöhen oder die Auswirkungen von Lotverunreinigung zu verringern. In anderen Ausführungsformen kann die freiliegende Metallspitze des leitenden Teils 706 so geformt sein, daß sie einen fokussierten Druckpunkt bildet, um Lot wiederholt zu durchstechen.
In der dargestellten Ausführungsform sind die ersten Grenzflächenabschnitte 708 mit Aussparungen 712 an einem ersten Schaltungsteil 716 elektrisch gekoppelt, und die zweiten Grenzflächenabschnitte 710 sind mit Kontaktflächen (Inseln) 714 auf einem zweiten Schaltungsteil 718 elektrisch gekoppelt. Die Kontaktflächen 712, 714 können mit den Grenzflächenabschnitten 708, 710 durch Lot, Kompression, Leitpaste und vielfältige andere Techniken elektrisch gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform ist eine Schicht 720 eine Schaltungsschicht, so z. B. eine Masseebene oder Leistungsebene. Die Schaltungsschicht 720 kann optional mit dem leitenden Teil 706 eines oder mehrerer der Verbundkontakte 702 nahe dem Koppelmerkmal 722 elektrisch gekoppelt sein. Durch selektives Koppeln der Verbundkontakte 702 mit der Schaltungsschicht 720 kann die Verbindungsanordnung 700 für Anschlußfähigkeit sorgen, die mit derzeitigen Verbinderstrukturen nicht ohne weiteres zur Verfügung steht.
Die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen dienen nur zur Veranschaulichung, da die Erfindung auf unterschiedliche, aber äquivalente Weise abgewandelt und praktisch umgesetzt werden kann, was dem Fachmann anhand der Lehren hierin deutlich sein wird. Beispielsweise können die hier offenbarten Verbundkontakte und Gehäuse auf vielfältige Weise kombiniert sein. Zudem kann jeder der hier offenbarten Anbringungs- bzw. Befestigungsmechanismen für Lötteile mit jeder der (Kontakt-)Federkonfigurationen der Verbinderteile kombiniert sein. Weiterhin sollen die hier aufgezeigten Einzelheiten des Aufbaus oder der Gestaltung keinen Einschränkungen außer den in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen unterliegen. Daher ist klar, daß die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen abgeändert oder abgewandelt sein können und daß alle derartigen Varianten dem Schutzumfang und Grundgedanken der Erfindung entsprechen sollen.
Zusammenfassung
Verbundkontakt für elektrische Feinraster-Verbindungsanordnung
Offenbart ist eine elektrische Verbindungsanordnung zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen auf einem ersten Schaltungsteil mit Anschlüssen auf einem zweiten Schaltungsteil. Die elektrische Verbindungsanordnung verfügt über ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken. Mehrere Verbundkontakte sind in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert. Die Verbundkontakte weisen ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt sowie mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt auf. Eine oder mehrere Polymerschichten erstrecken sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils. Ein oder mehrere Koppelmerkmale an den Verbundkontakten stellen einen Eingriff mit dem Gehäuse her. Mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, koppelt sich mechanisch mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 11/130494 [0057]
- US 5913687 A [0063]
- US 6178629 [0063]
- US 6247938 [0063]

Claims

Elektrische Verbindungsanordnung zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen auf einem ersten Schaltungsteil mit Anschlüssen auf einem zweiten Schaltungsteil, wobei die elektrische Verbindungsanordnung aufweist: ein Gehäuse mit mehreren Durchgangsöffnungen, die sich zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erstrecken; mehrere Verbundkontakte, die in mehreren der Durchgangsöffnungen positioniert sind, wobei die Verbundkontakte aufweisen: ein leitendes Teil mit einem Mittelabschnitt und mindestens einem ersten und einem zweiten Grenzflächenabschnitt; eine oder mehrere Polymerschichten, die sich mindestens entlang dem Mittelabschnitt des leitenden Teils erstrecken; ein oder mehrere Koppelmerkmale, die mit dem Gehäuse in Eingriff stehen; und mindestens ein Eingriffsmerkmal, das in den Polymerschichten nahe dem ersten Grenzflächenabschnitt gebildet ist, um mit einem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil mechanisch gekoppelt zu werden.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist, die mehrere im wesentlichen nichtformbare Durchgangsöffnungen bilden, die sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstrecken.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist, die mehrere im wesentlichen nichtformbare Durchgangsöffnungen bilden, und mindestens ein Verbundkontakt eine Verriegelungsbeziehung mit mindestens einer der im wesentlichen nichtformbaren Durchgangsöffnungen aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Verbundkontakte mit mindestens einer Schicht des Gehäuses mit Hilfe einer Druckkraft, Lot, einer Keilverbindung, eines leitenden Klebers, einer Ultraschallverbindung, einer Drahtverbindung, einer mechanischen Kopplung zwischen den Verbundkontakten und dem ersten Schaltungsteil und/oder einer die Verbundkontakte mit dem Gehäuse koppelnden überformten Schicht gekoppelt sind.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Durchgangsöffnungen in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist und mindestens eine der Schichten eine Schaltungsschicht aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist und mindestens eine der Schichten eine Schaltungsschicht aufweist, die mit mindestens einem der Verbundkontakte elektrisch gekoppelt ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse mehrere Schichten aufweist und mindestens eine der Schichten eine Schaltungsschicht aufweist, die mit mindestens einem der Verbundkontakte nahe dem Mittelabschnitt elektrisch gekoppelt ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Koppelmerkmal auf mindestens einem Verbundkontakt eine Verriegelungsbeziehung mit dem Gehäuse herstellt.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt des Gehäuses ein Elastomermaterial aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Schicht des Gehäuses ein Elastomermaterial aufweist, das um mehrere der Verbundkontakte geformt ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Polymerschichten die leitenden Teile im wesentlichen umgeben.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die leitenden Teile zwischen gegenüberliegenden Polymerschichten liegen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt von Seitenkanten der leitenden Teile freiliegt.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale ein Paar gegenüberliegende Laschen aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale ein Loch, eine Aussparung, einen Vorsprung oder einen Widerhaken in mechanischer Kopplung mit dem Anschluß auf dem ersten Schaltungsteil aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale eine Verriegelungsbeziehung mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale eine Kompressionsbeziehung mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mechanische Kopplung zwischen den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil und dem ersten Grenzflächenabschnitt des Verbundkontakts die einzige Einrichtung zur elektrischen Kopplung ist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale in einen Eingriff mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil plastisch verformt werden.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale in einen Eingriff mit den Anschlüssen auf dem ersten Schaltungsteil elastisch verformt werden.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmerkmale primär die Polymerschichten aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse auf dem ersten Schaltungsteil Lötteile aufweisen und die Eingriffsmerkmale einen Verriegelungseingriff mit dem Lötteilen aufweisen.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der zweite Grenzflächenabschnitt eine Schleife aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Verbundkontakt eine Masseebene aufweist.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das leitende Teil eine Form aufweist, die für vorbestimmte mechanische Eigenschaften sorgt.
Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem Federteil, das mindestens den Mittelabschnitt der Verbundkontakte umgibt.