DE19932849C2

DE19932849C2 - Kontaktiereinrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung

Info

Publication number: DE19932849C2
Application number: DE1999132849
Authority: DE
Inventors: Herbert Amrhein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: DE19932849A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktiereinrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung gleichzeitig an mehreren nebeneinander angeordneten Leitern mit mehreren aus einem Körper herausragenden Spitzen (1.1) von in dem Körper gegeneinander isoliert festgelegten und aus diesem an den Spitzen (1.1) gegenüberliegenden Enden (1.3, 1.3', 1.3'') herausgeführten Kontaktelementen (1). Bei einfachem Aufbau wird eine sichere Kontaktgabe an mehreren Leitern dadurch erzielt, dass die in dem einstückigen Körper angeordneten Abschnitte der Kontaktelemente (1) mindestens eine einfache elastische Biegung (1.2) durchlaufen und dass der Körper aus elastischem Isoliermaterial besteht (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Kontaktiereinrichtung ist in der US 5,904,580 A angegeben. Bei dieser bekannten Kontaktiereinrichtung sind Kontaktelemente in einen elasti schen Formkörper eingebettet und weisen in ihrem mittleren Bereich eine mul denförmige Ausbauchung auf. Die Kontaktelemente ragen aus dem Formkörper mit in spitzem Winkel gegenüber der Oberfläche abstehenden Kontaktlappen heraus, so dass sie beim Kontaktieren federelastisch eingebogen werden. Der freie Endabschnitt der Federlappen ist weiter zur zugehörigen Oberseite des Formkörpers hin abgewinkelt, so dass eine Kante entsteht, mit der beim Auslenken des Kontaktlappens ein Wischeffekt zum Reinigen des Kontaktierbereichs bewirkt werden soll.

In der WO 92/08258 A1 ist eine Kontaktiereinrichtung gezeigt, bei der mehrere Kontaktelemente z. B. mit beiderseitigen Spitzen in einer freien Kammer inner halb eines Gehäuses U-förmig bzw. mäanderförmig ausgebildet und gehalten sind. Ein Elastomerkörper geht aus dieser Druckschrift nicht hervor.

Eine weitere Kontaktiereinrichtung ist in der DE 196 52 271 A1 gezeigt. Hierbei ist der Körper mit den Kontaktelementen aus mehreren Einzelkörpern zusam mengesetzt, und die Spitzen sind als Klemmelemente ausgeführt. Diese Kontak tiereinrichtung ist insbesondere geeignet, um Signale an einzelnen eng bei einander liegenden Leitern in Form von IC-Anschlüssen abzugreifen oder zuzu führen und die Kontaktiereinrichtung an den Anschlüssen des Bauelementes festzulegen. Daher ist auch jedes einzelne Kontaktelement mit innerhalb und außerhalb des Gehäuses vorgesehenen Betätigungsmechanismen ausgestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktiereinrichtung der ein gangs genannten Art bereit zu stellen, die auch bei einer Vielzahl eng neben einander liegender Kontaktstellen eine sichere und genaue Kontaktierung unter Durchstoßung von Verunreinigungen ergibt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Der ein stückig aus dem elastischen Isoliermaterial ausgebildete Körper und die darin mit einer elastischen Biegung aufgenommenen Kontaktelemente ergeben insge samt einen elastischen Körper mit den daran vorstehenden Spitzen. Werden diese Spitzen beispielsweise auf eine Vielzahl eng nebeneinander liegender Lei terbahnen des Bauteils zum Kontaktieren mit leichtem Druck aufgesetzt, so ist durch die Elastizität des Körpers und der Kontaktelemente und die in dem Elastomermaterial liegenden U-förmigen Biegungen sicher gewährleistet, dass alle Spitzen mit den Leiterbahnen in Kontakt treten und dabei auch in Folge der kleinen Kontakt flächen der Spitzen eine hohe Flächenpressung erzielt und Kontaktverunreini gungen durchstoßen werden, so dass eine sichere galvanische Verbindung aller Kontaktelemente erhalten wird. Insbesondere können die herausragenden Spit zen in einer Reihe nebeneinander liegend angeordnet sein.

Die Elastizität der Kontaktelemente wird dadurch begünstigt, dass die Biegungen Übergangsab schnitte einer mäanderförmigen Anordnung sind.

Die Kontaktierung aller Kontaktelemente wird auch bei uneben angeordneten Leiterbahnen oder Spitzen dadurch sichergestellt, dass der Körper aus hoch elastischem Elastomer besteht. Die Kontaktelemente sind wie auch bei den vor hergehenden Ausführungsbeispielen vorzugsweise parallel angeordnet und mit dünnen, hochelastischen Elastomerschichten definiert räumlich voneinander ge trennt, wobei eine gute Isolation und eine gute Haftung der Kontaktelemente in nerhalb des Körpers gewährleistet sind.

Zur Kontaktierung räumlich nebeneinander liegender Leiterbahnen besteht eine vorteilhafte Ausbildung darin, dass die herausgeführten Enden ebenfalls als Spit zen ausgebildet sind.

Die Kontaktiereinrichtung kann zum Abnehmen oder Zuführen von Signalen mit Anschlussdrähten oder dgl. weiterhin derart ausgebildet sein, dass die herausgeführten Enden als Kontaktstift oder als Anschlußstück für Anschlußdrähte ausgebildet sind. Dabei kann zur besseren Zugänglichkeit der herausgeführten Enden vorgesehen sein, dass der Körper sich von dem Bereich der herausge führten Enden aus aufweitet und dass die herausgeführten Enden sich fächer artig aufweiten.

Für die Handhabung und den Schutz kann weiterhin die Maßnahme vorteilhaft sein, dass der Körper bis auf die Spitzen in einem Übergehäuse festgelegt ist.

Eine vorteilhafte Verwendung besteht darin, dass die Kontaktiereinrichtung mit beiderseitigen Spitzen zur Kontaktierung der Leiterbahnen zweier nebeneinander liegender Leiterplatten oder einer Leiterplatte mit einer daneben liegenden Flüssigkristallanzeigeplatte oder dgl. verwendet wird.

Die Kontaktiereinrichtung ist im Wesentlichen blockartig ausgebildet und kann praktisch in einer beliebigen Anzahl nebeneinander liegender Kontaktelemente bzw. Spitzen gefertigt und für die Anwendung geeignet parallel zu den Kontakt elementen abgelängt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine stückweise perspektivische Darstellung einer Kontaktier einrichtung mit Kontaktspitzen,

Fig. 2 eine Kontaktiereinrichtung mit auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Kontaktspitzen in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 eine aufgeschnittene Kontaktiereinrichtung in der Ebene eines Kontaktelementes,

Fig. 4 eine erste Möglichkeit, Anschlusskabel an herausgeführten Enden der Kontaktelemente anzubringen,

Fig. 5 eine Möglichkeit, Kontaktbuchsen an den herausgeführten Enden von Kontaktelementen anzubringen,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Kontaktiereinrichtung, bei dem herausgeführte Enden aufgefächert sind,

Fig. 7 eine Kontaktiereinrichtung mit einem Übergehäuse,

Fig. 8 eine Kontaktiereinrichtung mit einem anderen Übergehäuse,

Fig. 9 die Verwendung mehrerer Kontaktiereinrichtungen zum Kontak tieren einer Flüssigkristallanzeigeplatte und einer daneben im Abstand angeordneten Leiterplatte und

Fig. 10 eine Verwendung der Kontaktiereinrichtung zum Kon taktieren zweier im Abstand nebeneinander liegender Leiterplatten.

Die Fig. 1 zeigt eine Kontaktiereinrichtung 10 mit parallel eingebetteten, schmalen metallischen Kontaktelementen 1, die mit Prüfspitzen 1.1 aus einem quaderförmigen Körper aus hochelastischem Elastomer in einer Reihe liegend herausgeführt sind. Der Elastomerkörper ist aus einzelnen Schichten gebildet. Diese bewirken eine definierte räumliche Trennung, eine elektrische Isolation und eine ausreichende Haftung der Kontaktelemente 1 innerhalb des Körpers. Die aus dem Körper 2 herausragenden Spitzen 1.1 der Kontaktelemente 1 be wirken in Folge ihres kleinen Kontaktflächenquerschnittes eine hohe Flächen pressung auch bei geringem Druck, so dass Kontaktverunreinigungen durch stoßen werden und eine sichere galvanische Verbindung mit den Leitern eines Prüflings gewährleistet wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Kontaktiereinrichtung 10 sind auch auf der den Spitzen 1.1 gegenüberliegenden Seite des Körpers 2 an den heraustretenden freien Enden 1.3 Spitzen ausgebildet. Mit einer solchen Kontaktiereinrichtung 10 ist es möglich, z. B. zwei parallel angeordnete Leiterplatten 30 oder bei spielsweise Flüssigkristallanzeigeplatten 20 mit Flüssigkristallanzeige gemäß den Fig. 9 und 10 nebeneinander liegend elektrisch miteinander zu verbinden.

In Fig. 3 ist ein einzelnes Kontaktelement 1 in seitlicher Schnittdarstellung gezeigt. An den beiderseitigen Enden sind die Kontaktelemente 1 mit in Seiten ansicht dreieckförmigen Spitzen 1.1 versehen. Dazwischen ist das Kontaktele ment 1 mäanderförmig mit abwechselnd gegenüberliegenden U-förmigen Krüm mungen in den Körper 2 eingebettet. Dadurch wird eine hohe Elastizität zu sammen mit dem aus Elastomermaterial bestehenden Körper in Längsrichtung des Kontaktelementes 1 und damit eine sichere Kontaktierung der Spitzen 1.1 auch bei evtl. Unebenheiten der Spitzen oder der zu kontaktierenden Leiter auch bei geringem Andruck sicher gewährleistet.

Fig. 4 zeigt im Detail eine Anschlussmöglichkeit eines Kontaktelementes 1 an seinem heraustretenden freien Ende 1.3", das mit einem Loch versehen ist, um Anschlussdrähte daran zu befestigen.

In Fig. 5 ist eine Möglichkeit gezeigt, an einer Kontaktiereinrichtung 1 eine oder mehrere Steckbuchsen anzuschließen. Hierzu ist das heraustretende freie Ende 1.3' jedes Kontaktelementes 1 als Kontaktstift ausgeformt.

Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführung der Gehäuseform der Kontaktiereinrich tung 10. Das Gehäuse der Kontaktiereinrichtung 10 wird durch den Elastomer- Körper 2 selbst gebildet. Die Gehäuseform ist in Längsrichtung schmal und ver jüngt ausgeführt. Durch die auf der Schmalseite herausragenden Spitzen 1.1 erfolgt die Kontaktierung mit dem Prüfling. In dem Gehäuse bzw. Körper 2 sind die Kontaktelemente 1 in Elastomer eingebettet. Seitlich oder auf der Oberseite bzw. Unterseite ist die Gehäusekontur mit Einsickungen, Kerben 5, Vertiefungen oder Erhöhungen versehen, so dass beispielsweise ein Übergehäuse, eine Haube oder dgl. formschlüssig durch Einrasten und/oder durch Kleben festgelegt wer den kann. Das Gehäuse 4 ist auf der Austrittsseite der Kontaktelemente 1 auf geweitet. Die Kontaktelemente 1 verlaufen fächerartig auseinander und sind frei zugänglich. An ihren Enden ermöglichen sie einen Anschluss von Kabeln, Dräh ten oder Stiften.

In Fig. 7 ist eine Möglichkeit dargestellt, die Kontaktiereinrichtung 10 in ein Übergehäuse 6 mit rechteckiger Grundform einzubauen. Hierbei kann der Form- und Kraftschluss zwischen dem Körper 2 bzw. Gehäuse 4 und auch den Kon taktelementen 1 mit dem Übergehäuse 6 durch aushärtenden Kleber 7 erfolgen.

In dem Übergehäuse 6 kann zusätzlich eine Buchseneinheit zum Anschluß äußerer Kabel vorgesehen sein.

Eine weitere Möglichkeit, die Kontaktiereinrichtung 10 in ein Gehäuse 6' ein zubauen, ist in Fig. 8 wiedergegeben. Hierbei besitzt das Übergehäuse 6' im Querschnitt runde oder ovale Form. Dargestellt ist eine runde Halbschale, um z. B. den vorderen Bereich eines Tastkopfes zu bilden. Im Bereich des Körpers 2 ist das Übergehäuse 6' so ausgeformt, dass es in die seitlichen Kerben 5 der Kontaktiereinrichtung 1 eingreift und so einen definierten Formschluss bietet. Durch den Kleber 7 kann dabei die Lage- und Formsicherung noch erhöht wer den.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verbindung einer Flüssigkristallanzei geplatte 20 mit einer Leiterplatte 30 mittels zweier Kontaktiereinrichtungen 10. Beide Platten sind in geringem Abstand parallel übereinander angeordnet. Mit Abstandshaltern in Form von Zwischenstücken 8 werden beide Platten definiert beabstandet gehalten. Hierbei verformen sich die Kontaktelemente 1 der Kon taktiereinrichtung 10 in entsprechendem Ausmaß und stellen mit ihren Spitzen 1.1 eine sichere galvanische Verbindung zwischen Leiterbahnen 9 beider Platten her. Zur Lagesicherung und Montage der Kontaktiereinrichtung 10 auf der Lei terplatte 30 bzw. Flüssigkeitskristallanzeigeplatte 20 kann auf die Kontaktstelle ein elastischer, isolierender nicht aushärtender Klebstoff 7' aufgebracht werden. Dieser wird beim Aufsetzen und Andrücken der Kontaktiereinrichtung 10 von den Spitzen 1.1 verdrängt. Der dabei seitlich austretende Klebstoff 7' benetzt und verklebt den Körper 2 der Kontaktiereinrichtung 10 und hält diese in Posi tion.

In Fig. 10 ist eine mögliche Ausführungsform zur Kontaktierung zweier Leiter platten 30 mittels der Kontaktiereinrichtung 10 dargestellt. Beide Leiterplatten 30 sind in geringem Abstand parallel übereinander angeordnet. Durch Abstands halter bzw. Zwischenstücke 8 werden die beiden Leiterplatten 30 definiert be abstandet gehalten. Hierbei verformen sich die Kontaktelemente 1 der Kontak tiereinrichtung 10 in dem erforderlichen Ausmaß und stellen eine sichere gal vanische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 9 der beiden Leiterplatten 30 her.

Mit den beschriebenen Maßnahmen wird eine Minimierung der Kontaktabstände bis unter 0,1 mm ermöglicht. Damit wird der Miniaturisierung der geometrischen Abmessungen elektronischer Bauelemente Rechnung getragen, die mit immer höheren Taktfrequenzen betrieben werden, wie z. B. Mikroprozessoren und Mi krocontroller. Mit der Ausbildung der Kontaktiereinrichtung wird ein Über sprechen zwischen benachbarten Leitern oder Kontaktelementen 1, das bei den steigenden Signalfrequenzen und den minimierten geometrischen Abständen leicht auftreten kann, weitgehend vermieden. Die Kontaktelemente 1 sind bei der vorliegenden Kontaktiereinrichtung 10 aus einem einzigen metallischen, festen Material ausgebildet, so dass Übergangswiderstände in den Kontakt elementen 1 vermieden werden. In Folge der gewählten Materialhärte der metal lischen Kontaktelemente 1 werden Verunreinigungen zwischen der Kontaktier einrichtung 10 und den Leitern des Prüflings durchstoßen, so dass eine sichere galvanische Verbindung gewährleistet wird. Durch die federnde Ausbildung je des einzelnen Kontaktelements 1 und des Körpers 2 aus dem hochelastischen Elastomermaterial wird eine Federung erzielt, mit der mechanische Material unebenheiten beim Einsatz auf dem Prüfling ausgeglichen werden und eine sichere Kontaktierung beispielsweise an IC-Anschlusspins oder an dünnen Lei terbahnen ermöglicht wird.

Als Material der Kontaktelemente 1 wird vorzugsweise nicht oxydierendes Me tall verwendet, das zur Kontaktverbesserung galvanisch vergütet sein kann. Durch die keilförmige Formgebung der Spitzen 1.1 werden Staub und Schmutz, Öl- und Fettfilme sowie leichte Oberflächenkorrosionen durchgedrückt und eine sichere galvanische Kontaktgabe erzeugt. Ein beliebiges mehrfaches Kontaktie ren wird gewährleistet. Durch die Biegung der Kontaktelemente 1 innerhalb des Körpers 2 werden die axialen Kontaktkräfte in elastische Biegekräfte umge wandelt, die eine Verkürzung des Kontaktelementes unter Federung zulassen. Da die Biegung im elastischen Bereich des kontaktierenden Materials erfolgt, stellt sich der Einzelkontakt nach Lösen der Kontaktierung wieder zurück.

Bei der Herstellung kann so verfahren werden, dass die Einzelelemente in eine Form eingesetzt und danach zur Einbettung mit dem Elastomermaterial einge hüllt werden. Dabei kann die Form des einbettenden Elastomer-Körpers 2 so ge wählt werden, dass sich eine gut handhabbare Größe ergibt und die Kontaktier einrichtung 10 mit einem geeigneten Übergehäuse 6, 6' formschlüssig oder kraftschlüssig unter Verkleben oder Klemmen versehen werden kann und auch elektrische Leitungen fixiert werden. Durch die Einbettung in das flexible Elastomermaterial und die Ausbildung der Kontaktelemente 1 können sich die Spitzen 1.1 leicht relativ zueinander bewegen, um Unebenheiten auszugleichen. Um die geringen Abstände der Kontaktelemente 1 voneinander von kleiner als 0,1 mm zu ermöglichen, werden die verschiedenen Materialeigenschaften und physikalischen Grenzwerte der metallischen Kontaktelemente 1 und der Isolier stoffe aufeinander abgestimmt und optimiert. Dabei werden auch die Biegungen und Materialquerschnitte der Kontaktelemente 1 entsprechend dem erforderli chen Federweg der Kontaktelemente 1 und des elastischen Körpers 2 abge stimmt. Auf diese Weise kann z. B. eine Federkraft an den Spitzen 1.1 ent sprechend einer Kontaktflächenpressung der keilförmigen Spitzen 1.1 von einigen Newton/mm² erreicht werden.

Hinsichtlich der Grenzwerte der elektrischen Durchlagsspannung der verwen deten Isolierstoffe, insbesondere der Elastomere, beispielsweise 20 KV/mm, ergibt sich beispielsweise bei einem Isolationsabstand von 0,03 bis 0,05 mm eine ausreichende Durchschlagsspannung, um Betriebs- und Prüfspannungen von 50 V Gleichspannung zuzulassen. Mit einem Isolationsabstand von bei spielsweise 0,04 mm und einer Metallstärke der Kontaktelemente 1 von 0,04 mm ergibt sich beispielsweise ein Abstand der Kontaktelemente 1 von 0,08 mm.

Die in den Übergehäusen 6, 6' aufgenommenen und darin fixierten, beispiels weise eingeklebten bzw. vergossenen Kontaktiereinrichtungen 10 ermöglichen eine Vielzahl von unterschiedlichen Formgebungen in Abstimmung auf jeweilige Einsatzzwecke. Es kann somit ein vielseitiges Sortiment mit verschiedenen Kontaktiereinrichtungen unterschiedlicher Polzahl und Abmessungen bereit ge stellt werden.

Die Kontaktiereinrichtungen 10 können außer zur Kontaktierung an Leiterplatten und elektrischen und elektronischen Bauteilen auch zur Kontaktierung von Ge weben, Partikeln und dgl. in der physikalischen, chemischen und biologischen Technik verwendet werden, um z. B. Meßgeräte anzuschließen.

Claims

1. Kontaktiereinrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Ver bindung gleichzeitig an mehreren nebeneinander angeordneten Leitern eines zu kontaktierenden Bauteils, wobei die Kontaktierein richtung aus einem Körper aus isolierendem Elastomermaterial besteht, in den gegeneinander isolierte federelastische Kontaktelemente (1) eingebettet sind, welche in dem Elastomerkörper eine Biegungsstruktur durchlaufen und aus diesem auf einer Seite mit Kontak tierabschnitten und auf der gegenüberliegenden Seite mit Enden (1.3, 1.3', 1.3") herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierabschnitte als Kontaktierspitzen (1.1) ausgebildet sind und
dass die Biegungsstruktur mindestens zwei in dem Elastomerkörper eingebettete U-förmige gegensinnige Biegungen (1.2) mit zu den Kontaktier spitzen etwa senkrecht gerichteten Schenkeln aufweist, wobei der Andruck an die Leiter des zu kontaktierenden Bauteils durch Zusammenwirken der Kontaktelemente (1) mit dem Elasto mermaterial in Längsrichtung der Kontaktelemente (1) bewirkt ist.

2. Kontaktiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die herausgeführten Enden (1.3) ebenfalls als Spitzen (1.1) aus gebildet sind.

3. Kontaktiereinrichtung nach der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die herausgeführten Enden (1.3', 1.3") als Kontaktstift oder als Anschlussstück für Anschlussdrähte ausgebildet sind.

4. Kontaktiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Körper sich von dem Bereich der herausgeführten Enden (1.3', 1.3") aus aufweitet und
dass die herausgeführten Enden (1.3") sich fächerartig aufweiten.

5. Kontaktiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper bis auf die Spitzen (1.1) in einem Übergehäuse (6) fest gelegt ist.

6. Verwendung einer Kontaktiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, zur Kontaktierung der Leiterbahnen (9) zweier nebeneinander liegender Leiterplatten (30) oder einer Leiterplatte (30) mit einer daneben liegenden Flüssigkristallanzeigeplatte (20).