DE2001142A1

DE2001142A1 - Verbindungsgitter fuer benachbarte Oberflaechen flaechenhafter Schaltungen

Info

Publication number: DE2001142A1
Application number: DE19702001142
Authority: DE
Inventors: Older Robert Burton; Tome Kitaguchi; Parks Howard Lee
Original assignee: Bunker Ramo Corp
Current assignee: Bunker Ramo Corp
Priority date: 1969-01-13
Filing date: 1970-01-12
Publication date: 1970-07-23
Also published as: US3541222A; FR2031120A5; JPS5412621B1; DE2001142C2; GB1284481A

Description

"Verbindungsgitter für benachbarte Oberflächen flächenhafter Schaltungen

Ein auf dem Gebiete der Mikroelektronik auftretendes Hauptproblem besteht in dem Fehlen einer Verbindungstechnik für Mikroschaltungen, die sich mit den vielen ingenieurtechnischen und herstellungstechnischen Erfordernissen der heutigen Programme vereinbaren IaBt₀ Die am weitesten gebräuchliche Technik bei der Verbindung von Mikroschaltungskomponenten ist derzeit das Einkapseln vielschichtiger Schal tungetafeln. Jeder jedoch, der mit solchen eingekapselten, vielschichtigen Schaltungstafeln zu tun hat, kennt ihre mangelhafte Konstruktionsflexibilität, Tatsächlich ist die Konstruktion festgelegt, sobald die Fabrikation beginnt. Die

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann Oppenauer Büro, PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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fertige Anordnung erlaubt keine Veränderung, keine Ueparatur oder Vergrößerung, Vorgänge, die sich nur dann ausführen lassen, wenn die Einheit vollständig umgebaut wird, üer gegenwärtige Trend in Hichtung auf eine Verkürzung der Ausgabepläne, Verringerung der Progranunkosten, Steigerung der Systemleistung und Maximierung der Profite läßt erwünscht erscheinen, daß die Verbindungstechniken so flexibel sind, dall sie Merkmale der Veränderung, der Zunahme oder Vergrößerung und der uetriebssicherheit umfassen.

Die gegenwärtig überall in der elektronischen Industrie gebräuchlichen hochdichten Packungskonstruktionen stützen sich auf Verbindungstechniken, die solche Nachteile aufweisen wie hohe Fabrikationskosten, spezielle liersteiiungserfordernisse, die wiederum teure iierstellungsausrüstungen erfordern, keine Konstruktionsflexibilität und schließlich das Unvermögen, sich gegen normale Schaltungsweiterentwicklungen zu behaupten. Die weit verbreitete benutzung integrierter Schaltungen hat das Problem noch vergrößert.

Eine bekannte Lösung der obigen Probleme sieht ein Druckknopf tafelsystem vor, bei dem ein grundlegendes Verbindungselement, genannt "Kaserknopf", benutzt wird. Ein "Faserknopf" ist grundsätzlich eine bestimmte Länge Draht, die zu einer Kugel gebauscht ist und bei Verwendung in einen Zylinder hineingedrückt wird. Ein typischer "Faserknopf^w kann beispielsweise aus 0,05 nun dickem Draht, der in einen Zylinder von 1,19 mm Durchmesser und 1,19 mm Höhe hineingepreßt ist, bestehen, der eine typische Durchbiegung von 10 % aufweist. Typischerweise werden die "Faserknöpfe" zwischen den Elektroden der beiden Schalttafeln zusammengepreßt, die in speziell für diesen Zweck vorgesehenen Löchern miteinander verbunden werden. Venn der "Faserknopf· für viellagige Schalttafel- oder -plattenverbindungen verwendet werden soll, wird zwischen jede Schalttafel eine gerippte Isolierplatte gelegt. Die Isolierplatte ist mit Löchern versehen, die die "Faserknöpfe" anordnen, so daß die Schalttafeloberflächen mit ausgewählten Kontakten versehen

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werden und die Kompression der "Faserknöpfe" begrenzt wird.

Die Erfindung befaßt sich also mit einem neuartigen Verbinduugsgitter, mit dein auf entgegengesetzten Seiten zweier benachbarter Schalttafeln oder Module, also Bausteine, vorhandene Elektroden miteinander verbunden werden können sowie mit. einem neuartigen Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbindungsgitters.

üemäß einer Ausftihrungsform weist das Verbindungsgitter eitlen liogen oder eine Platte Isoliermaterial auf, die eine Matrix mit Abstand getrennter, leitender Verbindungselemente ^ enthalt, die in dieser Platte eingebettet sind und aus ihren * Seiten hervorstehen. Die Verbindungselemente werden im Vergleich zu deu Elektroden der Tafeln so klein gewählt, daß mehrere Elemente mit jedem Elektrodenpaar in Verbindung stehen, das zwischen den gegenüberliegenden Flachen verbunden werden soll. AuUurdem ist der Abstand der Verbindungselemente so gewählt, daß sie keine unerwünschten Verbindungen mit anderen Elektroden auf den rufe In herstellen oder zu dem übrigen Plattenmateria!, das sich zwischen deu Elektroden befindet. Eine solche Groiienwahl und Abstandswahl für die Verbindungselemente macht eine Ausrichtung des Verbindungsgitters in bezuii auf «lic Schalttafeln oder Module, die das lütter verbinden sollen, liberf 1 iiss i ·:. Die Verbindungselemente sind vorzugsweise aus g dehnbaren, verformbaren Materialien gefertigt, so daß sie sich zusiiniiiienquiitsclien lassen, wenn die Tafeln oder Module zusammengedrückt werden, wodurch ein guter und zuverlässiger elektrischer Kontakt auch während der Erwärmung und Abkühlung und wenn sich die ganze Packung in Schwingung befindet, sichergestellt ist. Das erfindungsgemäße Verbindungsgitter eignet sich insbesondere zur Verbindung koaxialer Leiter von koaxialen Schaltmodulen des ürundtyps, der in der J_eS,A,-Patentschrift 3 3^i ^It) beschrieben ist. Das Verbiudungsgitter läßt sich vorteilhaft zum Verbinden koaxialer Leiter derartiger koaxialer Schaltungsmodule gebrauchen, indem es geeignete,

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ausgerichtete, koaxiale Leiterenden auf den Flächen der Module schafft, zwischen denen das Verbindungsgitter angeordnet ist, wobei eine Ausrichtung des Verbindungsgitters unnötig ist.

Auf diese Weise macht es das erfindungsgemäße Verbindungegitter nicht nur möglich, zu Wartungszwecken und zum Zwecke der konstruktiven Abänderung komplexe elektronische Systeme zusammenzubauen und auseinanderzunehmen, Systeme, die aus vielen Schichten im festen Zustand befindlicher Schaltungen, gedruckter Schaltungen, koaxialer Schaltungen od.dgl. bestehen, sondern das erfindungsgemäße Verbindungegitter bringt darü'berhinaus den wesentlichen Vorteil, daß es keinerlei Ausrichtung in bezug auf die gegenüberliegenden Elektroden der Module oder Bausteine oder Konstruktionsbestandteile erfordert, die miteinander verbunden oder zusammengeschaltet werden sollen.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise zur herstellung eines solchen Verbindungsgitters nach der Erfindung wird eine aus Isoliermaterial bestehende Form geschaffen, die ein Gitter— muster aus Rippen aufweist, zwischen die leitfähiges Material gegossen wird. Ausgewählte Teile der Form werden dann entfernt, so daß ein Träger aus Isoliermaterialentsteht, der eine Matrix aus mit Abstand getrennten, leitenden Verbindungselementen enthält, die aus beiden Seitenflächen des Trägere herausragen.

Die Erfindung hat sich also ganz allgemein zur Aufgabe gemacht, ein neuartiges Verbindungsgitter zur Verbindung von Schaltungstafeln oder -modulen zu schaffen und ist speziell darauf gerichtet, dieses Gitter so auszubilden, daß es keiner Ausrichtung in bezug auf die Tafeln oder Module bedarf und einen raschen und bequemen Aufbau und Auseinanderbau der Tafeln oder Module zuläßt.

Ferner soll ein neuartiges Verfahren zur herstellung eines die obigen Eigenschaften aufweisenden Verbindungsgitters geschaffen werden.

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Diese Aufgabe wird nun mit einem Verbindungsgitter zur Verbindung ausgerichteter Elektroden benachbarter Schaltungstafeln oder Module gelöst, das aus einer Matrix mit Abstand benachbarter, leitender Verbindungselemente besteht, die in einem stützenden, nichtleitenden Material eingebettet sind, wobei die leitenden Verbindungselemente aus beiden Seiten des Materials herausragen. Die Größe und der Abstand der Verbindungselemente sind so gewählt, daß das Verbindungsgitter zwischen den Schaltungstafeln oder Modulen so angeordnet werden kann, daß es die gewünschten Verbindungen zwischen den Elektroden herstellt, ohne daß es zu diesem Zweck in bezug auf die Schaltungstafeln oder Module ausgerichtet werden muß. Das bevorzugte M Verfahren zur Herstellung des Verbindungsgitters verwendet eine leitfähige Form mit einem Gittermuster aus Rippen in einem nichtleitenden Grundkörper. Leitfähiges Material wird dann zwischen die Rippen und die Form gegossen, woraufhin ausgewählte Teile der Form entfernt werden, so daß eine Trägerbahn aus nichtleitendem Material gebildet wird, die eine Matrix aus voneinander getrennten, leitenden Elementen trägt, die aus beiden Seiten der Trägerbahn hervorstehen.

Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht zweier koaxialer Schaltungmodule, zwischen deren entgegengesetzten Flächen sich ein erfindungsgemäßes Verbindungsgitter befindet,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Verbindungsgitters der in Fig. i gezeigten Art,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. k eine perspektivische Ansicht eines Teils einer nichtleitenden Form, die sich zur Aufnahme leit— fähigen Materials zur Herstellung eines Verbindungsgitters eignet,

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Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil des mit der Form von Fig. k hergestellten Verbindungsgitters, und

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie b-b in Fig.

In Fig. 1 ist eine auseinandergebogene Ansicht zweier benachbarter Module 10 und 10^f des koaxialen Schaitungstyps gezeigt, die mit entsprechenden, ausgerichteten, koaxialen Leiterenden 12 und 12^f auf den gegenüberliegenden Flächen 15 und 15 ^r versehen sind. Diese koaxialen Leiterenden stehen durch ein Verbindungsgitter kO miteinander in Verbindung, das zwischen ihnen angeordnet ist. Jedes koaxiale Leiterende ist typischerweise mit einem inneren Leiter 12a oder 12a¹ versehen, der durch ein geeignetes Isoliermaterial 12b oder 12b¹ von dem allgemeinen, metallischen Umgebungsteil isoliert ist, der den koaxialen Leitern als äußerer Leiter dient.

Es wird darauf hingewiesen, daß die koaxialen Leiter oder Leitungen der Module 10 und 10* grundsätzlich so aufgebaut und angeordnet sein können, wie dies in der oben erwähnten ü.S.A.— Patentschrift beschrieben ist. Es versteht sich des weiteren, daß sehr viel mehr koaxiale Leiterenden zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten verwendet werden können, und daß auch andere Arten von Modulenden sich vorteilhaft in der hier beschriebenen Weise verbinden lassen.

Ein Konstruktionsbeispiel für das Verbindungsgitter kO von Fig. 1 ist im einzelnen in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, daß das Verbindungsgitter eine gleichförmig verteilte Matrix aus kugelförmigen, vorzugsweise dehnbaren, leitfähigen Verbindungselementen 50 aufweist, die in einer nichtleitenden Platte 6o so eingebettet sind, daß sie aus beiden Seiten der Platte herausragen. Die Platte 60 kann beispielsweise aus einem Epoxydharzmaterial bestehen. Größe und Abstand der Verbindungselemente 50 sind so gewählt, daß sie es mehreren Verbindungselementen 50 erMiglichen, zwischen jedem Paar gegen-

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liegender Mittelleiter eine Verbindung herzustellen, sobald die Module oder Bauelemente aneinander befestigt sind, wodurch zuverlässige Verbindungen entstehen. Größe und Abstand der Leilerelemente sind ferner so ausgesucht, daß kein Kurz-Schluß, Spannungsabfall und auch keine schädliche Spannungs— gradienteriäuderung zwischen den Mittelleitern und dem umgebenden Metall auftreten, das als Außenleiter.-für die koaxialen Leitungen dient. Es versteht sich, daß eine derartige ¥ahl der Verbindungselemente bO zuläßt, daß das Verbindungsgitter 40 zwischen die Module eingesteckt wird, ohne daß eine Ausrichtung des Gitters in bezug auf die Module erfolgen muß. Obgleich sich als vorteilhaft herausgestellt hat, die Verbindungselemente 50 in gleichmäßigem "'Abstand anzuordnen, ist dieses Merkmal je- A doch ZUi- Verwirklichung des Erfindungsgedankens nicht unbedingt erforderlich. Es wird darauf hingewiesen, daß die Verbindungselemente 50 auch dazu dienen,'die leitenden Flächen 15 und 15» der Module miteinander zu verbinden.

Die Verbindungselemente - 50 sind vorzugsweise verformbar, und die Module sind so befestigt, daß die Elemente zwischen den Modulen 10 und iO¹ zusammengequetscht werden, so daß ein guter elektrischer Kontakt sichergestellt ist. Die Elemente könnten beispielsweise aus einer Blei— oder Goldlegierung bestehen, die sich zusammendrücken oder zusammenpressen laßt, ohne dabei zu reißen, I_n einem solchen Fäll sollte das nichtleitende Material 00 ausreichend geschmeidig sein, so daji, fj sobald die Verbindungselemente 50 zusanimeugeqüetscht werden, die 'Platte bO rfieht,bricht.

Eine bevorzugte Verfahrensweise zur Herstellung des Verbindungsgi t ters 40 wird anhand der Fig« 4 bis b erläutert. Uin Gitterrauster aus nichtleitenden Hippen 70 wird beispiels-weise durch Giessen auf einer Grundplatte 75 aus nichtleitendem Material aufgebaut. Die sich ergebende Struktur bildet eine Form, in die Metall zwischen die Hippen 70 gegossen wird» In geeigneter Weise

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ausgesuchte Teile der Rippen 70 und der Grundplatte 75 werden chemisch oder mechanisch entfernt, beispielsweise durch Ätzen oder Fräsen, so daß eine Bahn l60 aus nichtleitendem Material zurückbleibt, die eine Matrix aus leitenden Verbindungselementen 150 enthält, deren entgegengesetzte Kuppeln 150a und 150b freiliegen, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

( l.J Verbindungsgitter für benachbarte Oberflächen flächenhafter Schaltungen, gekennzeichnet durch eine isolierende Platte (6o), die mehrere getrennte, leitende Verbindungselemente (50) enthält, durch die gegenüberliegende, gegeneinander ausgerichtete Leiterenden (12, 12') eines Schaltungsmodulpaares (10, ΙΟ¹) miteinander verbunden sind.
2. Verbindungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (40) zwischen benachbarten Flächen der Module (1Oi 10¹) angeordnet ist, und daß mehrere getrennte, leitende Verbindungselemente (50) von beiden Seitjen der Platte (60) herausragen,· die sich über einen größeren Teil der Flächen der Module erstrecken, einschließlich der Flächenabschnitte, die keine zu verbindenden Leiterenden (12, 12^r) aufweisen sowie über die Flächenabschnitte, die solche Leiter besitzen,

wobei Größe und Abstand der Verbindungselemente (50) so gewählt sind, daß keine unerwünschten leitfähigen Zwischen-verbindungen auftreten, um auf diese Weise ein Ausrichten, des Gitters (40) in bezug auf die Module (10, 1Ö¹) unnötig zu machen. ,

Patentanwälte DipTi-lng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hantmanh, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · TeUfom 281202 · Ttltgramm-Adreiie! UpaHi/MOnd-.en Boyelt. Vereinsbank ΜΟηΑ·ή, Zwelgit. Öikor-von-Millir-Ring, K»o,-Nr. 8824*5 · Poiffdndt-Kontei MOhcnen Nr. 103397

Opptneu« BOrö. PATENTANWAItDR,; REIKH0LD3GHMIDT ,
3. Verbindungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Größe und Abstand der Verbindungselemente (5Oj so gewählt sind, daß mehrere Elemente mit jedem Paar gegenüberliegender Leiterenden (12, 12¹J in Verbindung stehen.
¹I. Verbindungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (50) in einer Matrix mit gleichförmigem Abstand angeordnet sind.
5. Verbindungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (50) aus einem dehnbaren Material bestehen.
W 6. Verbindungsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Module (10, 10') leitend sind, und daß jedes Leiterende (12, 12') einen Mittelleiter (12a, 12a¹) uud eiuen Isolierteil (12b, 12b') aufweist, der den Leiter gegen seine diesbezügliche Flächen isoliert.
7. Verbindungsgitter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelleiter (12a, 12a») und die Isolierteiie (l2b, 12b¹) auf entgegengesetzten Flächen im wesentlichen miteinander fluchten.
8. Verbindungsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, fe daß die Isolierplatte (40) ausreichend biegsam ist, um sich unter der Quetschwirkung der Elemente (50) anzupassen.
9. Verbindungsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte (40) aus einem Epoxydharz besteht, und daß die Verbindungselemente (50) in diesem iiarz eingebettet sind, so daß sie mit ihm einen integralen Bestandteil bilden.
10. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungssiebs zum Verbinden von Leiterenden auf den Flächen von Schaltungsmodulen,

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dadurch gekennzeichnet, daß eine nichtleitende Form hergestellt wird, die ein Gittermuster (70) aus auf einer nichtleitenden Grundplatte (75) vorhandenen Rippen aufweist, dass zwischen die nichtleitenden Rippen leitfähiges Material gegossen wird, und daß ausgewählte Teile des nichtleitenden Materials entfernt werden, um ein bahnförmiges, nichtleitendes Trägermaterial zu bilden, das eine Matrix aus nichtleitenden Elementen (150) trägt, wobei jedes Element aus beiden Seiten des bahnförmigeu Trägermaterials herausstellte
11. Verbindungsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dall die maximale Abmessung jedes Verbindungseieraents (50.) in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den Flächen erheblich kleiner ist als der minimale Abstand zwischen den, liontaktzonen einer der Schalttafeloberflachen.
12. Vorbindungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (50, 150).kugeiförmig ausgebildet sind.

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