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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet elektrischer Verbinder
und insbesondere eine elektronische Vorrichtung, in welcher Anschlußstifte elektrisch
durch Löcher
hindurch in einer flachen, flexiblen Schaltung oder einem Substrat
angeschlossen sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Vielfalt elektrischer Verbinder ist zur Nutzung mit einer flachen
flexiblen Schaltung ausgelegt, welche direkt auf dem Verbinder montiert,
oder im Schaltkreis mit Anschlußstiften
auf dem Verbinder verbunden sein kann. Im allgemeinen umfaßt eine flache
flexible Schaltung ein flaches, flexibles, dielektrisches Substrat
mit einem oder mehreren Löcher zum
Aufnehmen eines oder mehrerer Anschlußstifte. Ein verformbarer leitfähiger Film
oder ein anderes Schaltkreisbahnensystem ist auf dem Substrat in
einem Bereich wenigstens um das oder die Löcher herum angeordnet. Die
Anschlußstifte
werden in die Löcher
in dem Substrat eingeführt,
um elektrische und mechanische Verbindungen zwischen den Stiften und
der flachen, flexiblen Schaltung aufzubauen. Normalerweise ist jedes
Loch im Durchmesser kleiner als ein entsprechender Stift. Alternativ
kann der Stift durch die flache, flexible Schaltung durchgestanzt
werden, um die elektrische und mechanische Verbindung damit aufzubauen.
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Um
gute elektrische und mechanische Verbindungen in diesen Arten von
elektronischen Vorrichtungen oder elektrischen Verbindern sicherzustellen,
werden oft Lötzinn
oder andere Kleber verwendet. Beispielsweise wird in dem U.S. Patent
Nr. 4,970,624 vom 13. November 1990, und dem Erwerber der vorliegenden
Erfindung übertragen,
ein uniaxialer Kleber auf der flachen flexiblen Schaltung um das
Loch herum abgeschieden, welches durch den Anschlußstift durchgestoßen wird.
Der Kleber enthält eine
nicht-leitfähige
Basis, welche zufällig
verteilte leitfähige
Partikel enthält.
Wenn der Anschlußstift durch
den Kleber hindurchgedrückt
wird, wird ein Anteil des Klebers mit dem Anschlußstift zwischen
den Stift und die flache flexible Schaltung transportiert. Der transportierte
Anteil des Klebers wird zusammengedrückt, um einen Kontakt zwischen
den leitfähige
Partikeln und dadurch eine Leitfähigkeit
zwischen dem Anschlußstift
und der flachen flexiblen Schaltung aufzubauen, was den anderen
Kleber außer
diesem Anteil in einen nicht leitenden Zustand beläßt. Derartige
Kleber werden oft als "Z-Achsen"-Kleber bezeichnet.
Diese Kleber wurden zum Ersetzen von Löttechniken entwickelt, welche
spezifische temperaturbeständige
Komponenten und Substrate erfordern.
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Leitfähige Kleber
werden in weiteren, flexiblen Schaltungen- mit umfassenden Anwendungen verwendet.
Beispielsweise ist in dem U.S. Patent Nr. 5,456,616 mit Datum vom
10. Oktober 1995, welches auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen
worden ist, das Verbindergehäuse
aus einem Druckgußmetallmaterial,
wie z. B. Magnesium, Aluminium oder dergleichen hergestellt. Der
verformbare Film auf der flachen flexiblen Schaltung ist aus einem
anderen Metallmaterial, wie z. B. aus Kupfer oder dergleichen hergestellt
und kann tatsächlich
mit noch einem anderen metallischen Material, wie z. B. einer Zinn/Blei-Legierung
plattiert sein. Der leitfähige Film
auf der flachen flexiblen Schaltung dient als Masseebene gegenüber der
Rückseite
des Verbindergehäuses.
Das Gehäuse
besitzt eine Vielzahl von Stiften, welche durch Löcher in
der flachen flexiblen Schaltung hindurchragen. Die Verwendung eines "Z-Achsen"-Klebers zwischen
den Gehäusestiften und
der flachen flexiblen Schaltung ist nicht nur, wie vorstehend beschrieben,
teuer, sondern die leitfähige Berührungsstelle
zwischen den unterschiedlichen Metallkomponenten ist auch auf die
Druckbereiche beschränkt.
Demzufolge lehrt dieses Patent die Verwendung eines allseitig leitfähigen Klebers,
welcher auf dem leitfähigen
Film über
den Flächen
der Löcher darin
abgeschieden ist, wobei der leitfähige Kleber die leitfähige Berührungsfläche zwischen
dem Metallgehäuse
und der durch den leitfähigen
Film definierten Metallmasseebene erweitert.
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Obwohl
derartige Einsätze
von leitfähigen Klebern,
unabhängig
davon, ob die Kleber Z-Achsen-Kleber oder allseitige Kleber sind,
ihren gewünschten
Zwecke in bestimmten Anwendungen erfüllen, sind sie sowohl hinsichtlich
der Kosten der Kleber, als auch ihrer Anwendungsverfahren relativ
aufwendig. Zusätzlich
ist die Verwendung jedes Typs von leitfähigen Klebern im Hinblick auf
sekundäre Operationen
und Kosten in Verbindung mit den Metallpartikeln, geschweige denn
das Problem der Verstopfung von Klebeausgabeeinrichtungen durch
die metallischen Partikel teuer.
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Aufgrund
der Probleme in Verbindung mit dem Einsatz von leitfähigen Klebern
wurde ein besonderes System gemäß Offenbarung
in dem U.S. Patent Nr. 5,384,435 mit Datum vom 24. Januar 1995,
welches auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen
worden ist, erdacht. Dieses Patent löst die Probleme mit leitfähigen Klebern
durch Aufbauen einer elektrischen Verbindung direkt zwischen dem
Anschlußstift
und dem flachen Leiter auf dem flachen flexiblen Substrat, indem
verschiedene Parameter zwischen dem Stift und dem Substrat gesteuert
werden. In dem System des '435
Patentes ist der Anschlußstift
im Querschnitt rund, und der runde Stift wird in ein rundes Loch
in dem flachen flexiblen Substrat eingeführt. Obwohl sich dieses System
als ziemlich effektiv erwiesen hat, bleibt ein Bedarf nach weiteren
Verbesserungen, und die vorliegende Erfindung ist für diesen
Zweck gedacht.
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Beispielsweise
hat es sich herausgestellt, daß ein
Stift mit quadratischem Querschnitt die Knickfestigkeit des Anschlußstiftes
verbessern kann, um die Möglichkeit
einer Verbiegung des Stiftes in der Steckrichtung, das heißt axial
zu dem Stift) zu verringern, ohne das Raster oder den Abstand zwischen
den Stiften in einer Verbinderanordnung zu verhindern. Mit anderen
Worten, wenn ein runder Stift einen Durchmesser gleich der Querabmessung zwischen
diametral gegenüberliegenden
Ecken eines quadratischen Stiftes hätte, würden derartig große runde
Stifte notwendigerweise das Raster oder den Abstand zwischen benachbarten
Stiften vergrößern und
damit die Abmessung des Gesamtverbinders vergrößern. Andererseits können quadratische Stifte
ein Problem erzeugen, indem sie ein Einreißen des Loches in dem Substrat
bewirken, sofern keine spezielle Dimensionsbeziehung zwischen den
quadratischen Stiften und den runden Löchern in. dem Substrat vorliegt.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich
mit dem Lösen
dieser Probleme oder Dilemmas.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines
neuen und verbesserten Systems zum Befestigen elektrischer Anschlüsse, wie
z. B. Anschlußstifte
in einem flachen flexiblen Substrat oder einer flexiblen Schaltung.
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Die
Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und
9.
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In
der exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung enthält
eine elektronische Vorrichtung ein flaches flexibles dielektrisches
Substrat oder eine Schaltung, welche weniger als 1,27 mm (0,050
inch) dick ist. Das Substrat besitzt ein im allgemeinen rundes Loch
mit einem gegebenen Durchmesser. Typischerweise ist ein verformbarer
leitfähiger
Film auf dem Substrat in einem Bereich wenigstens um das Loch herum
abgeschieden. Ein im wesentlichen quadratischer Anschlußstift wird
in das Loch in dem Substrat eingeführt. Der Stift besitzt eine
vorgegebene Querschnittsabmessung zwischen seinen diametral gegenüberliegenden
Ecken, die größer als
der Durchmesser des Loches ist. Die Differenz zwischen der Querabmessung
des Stiftes und dem Durchmesser des Loches liegt in der Größenordnung
von 7% bis 67% des Durchmessers des Loches. Diese Parameter ergeben
eine gute Verbindung zwischen dem quadratischen Stift und dem leitfähigen Film
auf dem flexiblen Substrat, ohne das flexible Substrat einzureißen.
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Ein
polygonaler Anschlußstift
wird ebenfalls in Betracht gezogen.
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Wie
es hierin offenbart wird, kann das Loch in dem Substrat vorgestanzt
oder in das Substrat gebohrt sein. Das Substrat kann aus einem Material, wie
z. B. Polyimid, hergestellt sein, obwohl andere Materialien, wie
z. B. Polyester und dergleichen auch geeignet sind. Der verformbare
leitfähige
Film kann aus Kupfer oder einem anderen leitfähigen dicken Filmmaterial bestehen.
Es wird in Betracht gezogen, daß sowohl
der Anschlußstift
als auch der verformbare leitfähige
Film mit einem gemeinsamen Plattierungsmaterial plattiert sein können. In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das Plattierungsmaterial eines Zinn/Blei-Legierung.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
für neu
gehaltenen Merkmale dieser Erfindung werden detailliert in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt. Die
Erfindung wird zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten
durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen verständlich,
in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Figuren
identifizieren und in welchen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht einer die Erfindung verkörpernden
elektrischen Mehrfachanschlußverbinderanordnung
mit Filter ist;
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2 ein
vertikaler Querschnitt in einem vergrößerten Maßstab durch die Verbinderanordnung ist,
wobei die Anordnung auf einer gedruckten Leiterplatte montiert ist;
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3 ein
vergrößerter Querschnitt
durch eine Zwischenverbindung zwischen einem Anschlußstift und
einer flachen flexiblen Schaltung gemäß einem System nach dem Stand
der Technik ist;
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4 ein
vergrößerter Querschnitt
durch eine Zwischenverbindung zwischen einem Anschlußstift und
einer flachen flexiblen Schaltung gemäß der Erfindung ist; und
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5 ein
Querschnitt entlang einer Linie 5-5 in 4 ist.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Gemäß detaillierterer
Bezugnahme auf die Zeichnungen und zuerst auf 1 kann
die Erfindung in einer elektrischen Mehrfachanschluß-Verbinderanordnung
mit Filter, welche insgesamt mit 10 bezeichnet ist, verkörpert sein.
Ein Paar von insgesamt mit 20 bezeichneten flexiblen Kondensatorfilterschaltungen
sind auf der Rückseite
des Verbinders 12 befestigt, wie es hierin nachstehend
detaillierter beschrieben wird. Eine Vielzahl von Anschlüssen 22 ist durch
die flexiblen Kondensatorfilterschaltungen 20 hindurch
auf dem Verbinder 12 angeordnet, wenn die flexible Schaltung über die
Stifte in der Richtung des Pfeils "A" gedrückt wird.
Jede flexible Kondensatorfilterschaltung weist eine Vielzahl von
Chipkondensatoren 21 auf, welche betrieblich den dadurch
hindurchtretenden Anschlüssen
zugeordnet sind. Jeder Anschluß 22 enthält einen
Endabschnitt 22A. Zu Veranschaulichungszwecken stellt 1 Gruppen
von auf Patronengurthaltern 24 festgehaltenen Anschlüssen 22 dar,
welche hauptsächlich
zum Handhaben der Anschlüsse
während
des Plattierungsprozesses verwendet werden. Obwohl nur 16 Anschlüsse in vier Gruppen
dargestellt sind, kann der Verbinder 20 bis zu 80 Anschlüsse aufnehmen,
und ähnlich
konfigurierte Verbinderkonstruktionen können 200 oder mehr Anschlüsse aufnehmen.
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Gemäß 2 in
Verbindung mit 1 enthält der Verbinder 12 ein
Gehäuse 26 mit
einem spritzgeformten dielektrischen Einsatz 28. Das Gehäuse enthält durch
den Einsatz 28 hindurch eine Vielzahl von Durchtrittskanälen 30 für die Aufnahme von
Anschlüssen 22,
wodurch die vorderen Steckenden der Anschlüsse in einem Hohlraum 32 des
Gehäuses
freigelegt werden. Der Hohlraum ist für die Aufnahme einer (nicht
dargestellten) komplementären
elektrischen Verbinderanordnung vorgesehen, welche Buchsenanschlüsse für einen
Kontakt mit den Anschlüssen 22 enthält. Das
Gehäuse 26 bildet eine
Rückseite 34 mit
einer Vielzahl von Befestigungsstiften 36 aus, welche aus
der Rückseite
zum Einführen
in Befestigungslöcher
in flexiblen Kondensatorfilterschaltungen 20 hervorstehen,
um die Schaltungen an der Rückseite
des Gehäuses
zu befestigen und einen elektrischen Kontakt zwischen dem Gehäuse und
dem flexiblen Schaltungen aufzubauen. Das Gehäuse 26 ist bevorzugt
ein Druckgußgehäuse, kann
jedoch auch aus einem plattierten Kunststoff oder dergleichen hergestellt
sein.
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Weiter
kann man gemäß 2 in
Verbindung mit 1 sehen, daß der Verbinder 12,
insbesondere das Gehäuse 26 so aufgebaut
ist, daß es
einen rechtwinkligen Verbinder bereitstellt, welcher auf einer gedruckten
Leiterplatte 38 mit Anschlüssen 22, welche sich
durch Durchtritte 23 im allgemeinen parallel zu der gedruckten
Leiterplatte hindurch erstrecken, angeschlossen werden kann. Man
kann sehen, daß die
Anschlüsse 22 in
rechten Winkeln, wie bei 22b gebogen sind, so daß Endabschnitte 22A der Anschlüsse sich
senkrecht zu der gedruckten Leiterplatte 38 zur Einführung in
geeignete Löcher 42 in
der Leiterplatte zur Verbindung mit geeigneten Leiterbahnen auf
der Platte oder in den Löchern
erstrecken. Die Anschlüsse 22 können auch
in einer geraden oder vertikalen Orientierung vorgesehen werden,
um einen geradlinigen oder vertikalen Verbinder bereitzustellen,
der auf einer gedruckten Leiterplatte 38 montierbar ist.
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Gemäß 3 ist
ein Anschlußstift 22A durch ein
Loch 44 in einer flachen flexiblen Schaltung 20 eingeführt. Dieses
System entspricht dem Stand der Technik wie er in dem vorgenannten
U.S. Patent Nr. 5.384,435 dargestellt ist, und das Loch 44 ist
rund und der Stift 22A ist im Querschnitt rund. Die flache flexible
Schaltung enthält
ein flaches flexibles dielektrisches Substrat 46 mit einem
verformbaren leitfähigen
Film 48 darauf. Das Loch 44 ist zu Beginn in der Schaltung
vorgestanzt. Das Substrat 46 ist weniger als 1,27 mm (0,050
inch) dick. Der runde Anschlußstift 22A wird
durch das Loch 44 eingeführt, um eine elektrische Verbindung
mit dem leitfähigen
Film 48 aufzubauen.
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Das
herkömmliche
System nach 3 bezieht die Anwendung eines
Prinzips in Betracht, welches als ein "gesteuerter Meniskus" gemäß Darstellung
bei 50 in 3 bezeichnet werden kann. Mit
anderen Worten wird, um die Anwendung von Lötzinn, Klebern, Epoxiden und
dergleichen zu eliminieren, eine besondere Durchdringung zwischen
dem runden Anschlußstift 22A und
der flachen flexiblen Schaltung 20 in einem gekrümmten Bereich 50 aufgebaut,
welcher im wesentlichen ein verformter Umfangsbereich der Schaltung
ist, welche senkrechte Kräfte
zu dem Anschlußstift
in der Richtung der Pfeile "C" aufnimmt, wenn der
Stift in der Richtung des Pfeils "D" eingeführt wird.
Es hat sich herausgestellt, daß dieser
Bereich und die Durchdringungskräfte durch
die Steuerung der relativen Durchmesser des runden Anschlußstiftes 22A und
des runden Loches 44 gesteuert werden. In der Praxis hat
sich herausgestellt, daß gute
elektrische Verbindungen aufrechterhalten werden konnten, wenn die
Differenz zwischen dem Durchmesser des Anschlußstiftes 22A und dem Durchmesser
des Loches 44 in der Größenordnung von
5% bis 50% des Durchmessers des Loches lag. Dieses kann als der "Durchdringungs"-Parameter bezeichnet
werden.
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Das
herkömmliche
System von 3 zeigte, daß sekundäre Operationen, wie z. B. Verlöten des Anschlußstiftes
mit dem flachen Leiter der flachen flexiblen Schaltung oder die
Verwendung von Epoxid oder anderem Kleber zwischen dem Stift und
der flexiblen Schaltung vollständig
eliminiert werden können
und trotzdem eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Stift
und dem flachen Leiter (Film) der flexiblen Schaltung erhalten bleibt.
Jedoch ist die Verbindung gemäß Darstellung
in 4 noch eine weitere Verbesserung dieses Konzeptes.
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Insbesondere
hat sich herausgestellt, daß die
Knickfestigkeit des Anschlußstiftes
signifikant erhöht
werden kann, ohne das Raster oder den Abstand zwischen der Vielzahl
von Anschlußstiften
zu vergrößern, indem
Anschlußstifte
verwendet werden, die im Querschnitt quadratisch sind. Jedoch haben quadratische
Stifte bisher Einreißprobleme
an den Ecken der quadratischen Konfiguration aufgrund der Geometrie
des Stiftes in Beziehung zu dem Durchmesser des Loches und der Ausrichtung
dazwischen verursacht. Die vorliegende Erfindung löst diese
Probleme in einem nachstehend beschriebenen System. 4 und 5 stellen
eine elektronische Vorrichtung oder Zwischenverbindung, insgesamt
mit 52 bezeichnet bereit, wie sie bei Anschlußstiften
in Verbindern, wie z. B. dem Verbindern 10 in den 1 und 2 angewendet
werden könnte.
In diesem System enthält
eine insgesamt mit 54 bezeichnete flache flexible Schaltung
wiederum ein flaches flexibles dielektrisches Substrat 56 mit
einem im allgemeinen runden Loch 58 und mit einem verformbaren
leitfähigen
Film 60 darauf. Ein quadratischer Anschlußstift 62 ist
durch ein Loch 58 im Substrat 56 eingeführt, um
eine elektrische Verbindung mit dem leitenden Film 60 aufzubauen.
Der quadratische Stift besitzt eine vorgegebene Querschnittsabmessung
zwischen seinen diametral gegenüberliegenden
Ecken, die größer als
das Loch ist. Insbesondere ist die Differenz zwischen dem Querschnitt
des quadratischen Stiftes und dem Durchmesser des runden Loches
in der Größenordnung
von 7% bis 67% des Durchmessers des Loches.
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Die
vorstehende Beziehung ist am Besten in 5 dargestellt,
in welcher die Querabmessung zwischen diametral gegenüberliegenden
Ecken des quadratischen Stiftes 62 durch einen doppelköpfigen Pfeil 64 dargestellt
ist. Der Durchmesser des Rundloches 58 im flexiblen Substrat 56 ist
durch einen doppelköpfigen
Pfeil 66 dargestellt. Daher ist die Differenz zwischen
der Abmessung 64 und der Abmessung 66 in der Größenordnung
von 7% bis 67%. Diese Parameter stellen den "gesteuerten Meniskus" gemäß Darstellung
bei 68 (4) dar, in welchem der verformte
periphere Bereich der flexiblen Schaltung senkrechte Kräfte auf
den quadratischen Anschlußstift
in der Richtung der Pfeile "E" ausübt, wenn
der Stift in der Richtung des Pfeils "F" eingeführt ist.
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Der
leitfähige
Film 60 und die Plattierung des Anschlußstiftes 62 können aus ähnlichen
oder nicht ähnlichen
Materialien bestehen. Beispielsweise kann der leitfähige Film 60 ein
Kupfermaterial sein und der Anschlußstift kann mit einer Zinn-
oder Zinn/Blei-Legierung plattiert sein. Der Kupferfilm selbst kann
mit einer Zinn/Blei-Legierung plattiert sein, und der Anschlußstift kann
mit einer ähnlichen
Zinn- oder Zinn/Blei-Legierung plattiert sein, um eine ähnliche Metallgrenzfläche zu bilden,
oder der Stift kann mit einem nicht ähnlichen Material plattiert
sein. Natürlich
können
andere Legierungen, wie z. B. Nickel verwendet werden. Das Substrat 56 kann
aus verschiedenen Materialien, wie z. B. einem Polyimidmaterial oder
einem Polyestermaterial bestehen. Es dürfte sich auch verstehen, daß die Ecken
des Stiftes 62 gerundet sein können, um das Einreißen des
Substrates aufgrund von Ausrichtungsproblemen in Verbindung mit
der Befestigung der flexiblen Schaltung an dem Verbinder weiter
zu eliminieren.
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Es
dürfte
sich verstehen, daß die
Erfindung in weiteren spezifischen Formen ohne Abweichung von ihrem
Schutzumfang verkörpert
werden kann. Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind daher in
jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu
betrachten, und die Erfindung ist nicht auf die hierin angegebenen
Details beschränkt.