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Die
Erfindung bezieht sich auf ein elastomerisches Verbindungsstück nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
Kontaktierung zweier elektronischer Baugruppen mittels redundanter
elastomerischer Kontakte basiert auf dem Prinzip, daß gegenüberliegende
Kontaktflächen
auf den Baugruppen durch dazwischen eingebrachte Verbindungsstücke miteinander
verbunden werden. Die Verbindungsstücke umfassen elastische Kontaktelemente,
in denen eine Vielzahl von parallel angeordneten, voneinander isolierten,
elektrisch leitenden Elementen, beispielsweise Drähten, eingebracht
sind. Die elektrische Verbindung entsteht dadurch, daß die gegenüberliegenden Kontaktflächen durch
die auf diesen Flächen
zu liegen kommenden leitenden Elemente miteinander verbunden werden.
Um eine leitende Verbindung herzustellen, müssen die Kontaktflächen genau
gegenüberliegend
positioniert und um ein definiertes Maß zusammengepreßt werden.
Die elastischen Kontaktelemente werden dabei in einem Halter mechanisch
geführt.
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Aus
der
US 6 183 272 B1 ist
ein elastomerisches Verbindungsstück bekannt mit einem elastomeren
Kontaktelement, in dem eine Vielzahl von voneinander isolierten,
elektrisch leitenden Elementen eingebettet sind. Das ganze elastische
Kontaktelement ist in einem Positionierungsrahmen als Halter angeordnet,
der das elastische Kontaktelement positioniert und zentriert. Dazu
sind an dem Halter Positionierungsstifte vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen
der Baugruppen eingreifen.
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Die
gegenüberliegenden
Kontaktflächen müssen sehr
genau positioniert werden. Dies setzt eine präzise Fertigung von Halter und
Platinenaufnahmen in den Baugruppen voraus. Ein Einsatz des Verbindungsstücks zwischen
Baugruppen, deren Position zueinander mit Toleranzen in X-, Y- und
Z-Richtung behaftet sind, ist so nicht möglich. Bei einer X-Verschiebung
der Baugruppen geht ein signifikanter Bereich der Kontaktflächen verloren.
Dies führt
zu einer Erhöhung
des Kontaktwiderstands, zu einer Verringerung der Strombelastbarkeit
und im Extremfall zu einem Kurzschluß benachbarter Kontaktflächen.
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Die
US 5 709 576 A beschreibt
eine Anordnung zur Verbindung eines LCD mit einer Platine mit gedruckter
Verdrahtung über
ein elastomerisches Verbindungsstück. Um die korrekte und genaue
Positinierung des LCD gegenüber
der Platine bei der Herstellung sicherzustellen, wird ein Testgerät mit besonderen
Kontakten verbunden.
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Aus
der
US 5 588 846 ist
eine rechtwinkelige elektrische Verbindung zwischen zwei Platinen über eine
elastomerische elektrische Komponente bekannt.
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Die
DE 693 22 832 T2 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungsstruktur für eine elektronische Packungsstruktur.
Ein elastomerisches Verbindungsstück dient dabei zur Herstellung einer
elektrischen Verbindung zwischen zwei voneinander beabstandeten
Baugruppen und besteht aus einem elastomeren Kontaktelement, in
dem eine Vielzahl von voneinander isolierten, elektrisch leitenden
Elementen eingebettet sind. Zur genauen Ausrichtung der Lage des
elastomerischen Verbindungsstücks
sind darin Nuten angeordnet, die beim Zusammenbau in einen, mit
den Baugruppen verbundenen Ausrichtungsrahmen eingreifen. Dadurch
werden die Kontaktstellen der Baugruppen zu den Kontaktstellen des
elastomerischen Verbindungsstücks
ausgerichtet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastomerisches Verbindungsstück zu schaffen, bei
dem die zu kontaktierenden Baugruppen in ihrer Position zueinander
Verschiebungen in X-, Y- und Z-Richtung aufweisen dürfen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Für die sichere
Kontaktierung ist ein Kraftfluß zwischen
den Leiterplatten der beiden elektronischen Baugruppen und dem elastomeren
Kontaktelement erforderlich, um das Kontaktelement an die Kontaktflächen zu
pressen. Dieser Kraftfluß wird
nach der Erfindung aufgetrennt, indem an jedem der beiden, den Baugruppen
zugewandten Endbereiche des Kontaktelements ein eigener, separater
Halter für
die Verbindung mit der jeweiligen Baugruppe befestigt ist. Mit den
beiden separaten Haltern ist das Kontaktelement an jedem seiner
beiden, den Baugruppen zugewandten Endbereiche fixiert. Jeder der
beiden Halter wird mit der jeweiligen Baugruppe fest verbunden,
beispielsweise angeschraubt, und erzeugt so den erforderlichen Anpreßdruck.
Bei einer Verbindunsgvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen elastomerischen
Verbindungsstück
und zwei voneinander beabstandeten elektronischen Baugruppen ermöglicht die Überlänge des elastomeren
Kontaktelements gegenüber
dem Abstand der Baugruppen eine Verschiebung der Position der Halter
zueinander in X-, Y- und Z-Richtung. Damit ist die Kontaktierung
im Toleranzbereich der Baugruppenpositionen möglich. Durch die Möglichkeit,
die zu kontaktierenden Baugruppen in einem weiten Bereich frei zueinander
zu positionieren, kann die mechanische Aufnahme der Baugruppen kostengünstig mit
großen
Toleranzen gefertigt werden. Der große Vorteil der bisherigen Verbindungsstücke, nämlich die
Unempfindlichkeit gegenüber
mechanischem Schock und Vibration, bleibt dabei vollständig erhalten.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Fixierung des Kontaktelements im jeweiligen Holder kann auf vielfältige weise
erfolgen. Die Halter können
beispielsweise mit dem Kontaktelement verklebt oder verpreßt sein.
Dabei kommt beim Verpressen vorzugsweise ein spezifisch ausgeformter
Halter zum Einsatz.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens einer der,
den Baugruppen zugewandten Endbereiche des Kontaktelements und der
entsprechende Halter durch spezifische Formgebung miteinander befestigt.
Diese Befestigung kann beispielsweise realisiert werden, indem das
elastomere Kontaktelement an wenigstens einem der, den Baugruppen
zugewandten Endbereichen eine Verdickung gegenüber seinem mittleren Bereich
aufweist und die Verdickung von dem Halter umschlossen ist. Dabei
ist es günstig,
wenn die Verdickung von dem der Baugruppe zugewandten Ende beabstandet
ist und das elastomere Kontaktelement an diesem Ende einen geringeren
Querschnittsdurchmesser als die Verdickung aufweist.
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Wenn
das elastomere Kontaktelement von mehreren Einzelelementen gebildet
ist, erhöht
sich die Flexibiltät
des Kontaktelements und es lassen sich neben Verschiebungen in X-,
Y- und Z-Richtung sogar Rotationen der beiden Baugruppen zueinander ausgleichen.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Darstellung eines elastomerischen Verbindungsstücks nach
dem Stand der Technik,
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2 und 3 einen
Schnitt durch ein elastomerisches Verbindungsstück nach dem Stand der Technik
zwischen zwei Leiterplatten,
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4 und 5 einen
Schnitt durch erfindungsgemäße elastomerische
Verbindungsstücke,
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6 und 7 andere
Ausgestaltungen von elastischen Kontaktelementen und
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8 einen
Schnitt durch ein elastomerisches Verbindungsstück mit einem Kontaktelement gemäß 6 oder 7.
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In
der 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung
eines elastomerischen Verbindungsstücks 1 nach dem Stand
der Technik ohne Halter gezeigt, wobei einzelne Bestandteile durchsichtig
gezeichnet sind.
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In
einem elastischen Kontaktelement 2, beispielsweise aus
Silikongummi, sind eine Vielzahl von voneinander isolierten Drähten 3 als
elektrisch leitende Elemente eingebettet. Dabei ist vorliegend lediglich
eine Reihe von Drähten 3 vorgesehen,
es sind jedoch auch zwei- und mehrreihige Kontaktelemente bekannt.
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Das
Kontaktelement 2 ist zwischen zwei elektronischen Baugruppen,
nämlich
einer Hauptplatine 4 und einer Modulplatine 5 zusammengepreßt angeordnet.
Die entsprechende Preßkraft
wird in bekannter Weise mittels Schrauben erzeugt, die den Halter
des elastomerischen Verbindungsstücks 1 sowie die Hauptplatine 4 und
die Modulplatine 5 durchgreifen und sich auf den Außenflächen der
Platinen abstützen.
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Auf
der Oberseite der Hauptplatine 4 und der Unterseite der
Modulplatine 5 sind Kontaktflächen 6 vorgesehen.
Dabei kommen bei korrekter Positionierung von Hauptplatine 4 und
Modulplatine 5 bei dem Beispiel der 5 immer
zwei Drähte 3 auf
den Kontaktflächen 6 zu
liegen und stellen eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen
Kontaktflächen her.
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In
den 2 und 3 ist ein Schnitt durch ein
elastomerisches Verbindungsstück 1 nach
dem Stand der Technik zwischen zwei Leiterplatten 4, 5 dargestellt,
wobei nicht alle Schnittflächen
schraffiert dargestellt sind. Auch ist der Halter des elastomerischen
Vebindungsstücks
nicht gezeichnet. Gleiche Bestandteile sind mit denselben Bezugszeichen
versehen.
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Wie
sich aus der 2 ergibt, befinden sich bei
korrekter Positionierung der beiden Platinen 4, 5 bei
diesem Beispiel jeweils drei Drähte 3 auf
den Kontaktflächen 6 und
stellen eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen her.
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Sind
die Platinen 4, 5 jedoch, wie in 3 gezeichnet,
gegeneinander in X-Richtung verschoben positioniert, erfolgt die
elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen 6 nur noch durch
jeweils einen, in der 3 schraffiert gezeichneten Draht 3.
Dies führt
zu einer Erhöhung
des Kontaktwiderstands und zu einer Verringerung der Strombelastbarkeit.
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In
der 4 ist ein Schnitt durch ein erfindungsgemäßes elastomerisches
Verbindungsstück 10 zwischen
zwei Platinen 4, 5 dargestellt, wobei wiederum
nicht sämtliche
Schnittflächen
schraffiert sind. Das elastomerische Verbindungsstück 10 umfaßt ein elastisches
Kontaktelement 11, beispielsweise aus Silikongmmi, in dem
eine Vielzahl von Drähten 12 voneinander
isoliert als elektrisch leitende Elemente eingebettet sind.
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An
jedem der beiden, den Platinen 4, 5 von elektronischen
Baugruppen zugewandten Endbereiche 13, 14 des
Kontaktelements 11 ist ein eigener Halter 15, 16 für die Verbindung
mit der jeweiligen Platine 4, 5 befestigt, beispielsweise
geklebt. Die Befestigung der Halter 15, 16 mit
den Platinen 4, 5 erfolgt über nicht dargestellte Schrauben,
die die Halter 15, 16 und die Platinen 4, 5 durchgreifen.
Hierdurch wird der Kraftfluß für die sichere
Kontaktierung zwischen den Kontaktflächen 6 der Platinen 4, 5 der
beiden elektronischen Baugruppen und dem elastischen Kontaktelement 11 gewährleistet.
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Das
elastische Kontaktelement 11 weist eine Überlänge gegenüber dem
Abstand der Platinen 4, 5 auf.
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Die
Position der Halter 15, 16 auf den Platinen 4, 5 wird
beispielsweise durch nicht dargestellte Positionierstift, die in
Ausnehmungen der Platinen 4, 5 eingreifen, festgelegt.
Dadurch kommen die Drähte 12 auf
den Kontaktflächen 6 zzu
liegen und gewährleisten
eine sichere elektrische Verbindung, auch wenn die Platinen 4, 5 gegeneinander
verschoben sind.
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In
der 5 ist ein Schnitt durch ein anderes elastomerisches
Verbindungsstück 20 zwischen
zwei Platinen 4, 5 von elektronischen Baugruppen
dargestellt, wobei auch hier nicht sämtliche Schnittflächen schraffiert
sind. Das elastomerische Verbindungsstück 20 umfaßt ein elastisches
Kontaktelement 21, beispielsweise aus Silikongmmi, in dem
eine Vielzahl von Drähten 22 voneinander
isoliert als elektrisch leitende Elemente eingebettet sind.
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An
jedem der beiden, den Platinen 4, 5 zugewandten
Endbereiche 23, 24 des Kontaktelements 21 ist
ein eigener Halter 25, 26 für die Verbindung mit der jeweiligen
Platine 4, 5 befestigt. Die Befestigung der Halter 25, 26 mit
den Platinen 4, 5 erfolgt z.B. wiederum über nicht
dargestellte Schrauben, die die Halter 25, 26 und
die Platinen 4, 5 durchgreifen. Hierdurch wird
der Kraftfluß für die sichere
Kontaktierung zwischen den Kontaktflächen 6 der Platinen 4, 5 der beiden
elektronischen Baugruppen und dem elastischen Kontaktelement 21 gewährleistet.
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Zur
Befestigung der Halter 25, 26 an den Endbereichen 23, 24 weisen
die Endbereiche 23, 24 jeweils eine Verdickung 27, 28 auf,
die von den Haltern 25, 26 umschlossen ist.
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Auch
das elastische Kontaktelement 21 weist eine Überlänge gegenüber dem
Abstand der Platinen 4, 5 auf.
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Die
Position der Halter 25, 26 auf den Platinen 4, 5 wird
z.B. durch nicht dargestellte Positionierstifte, die in Ausnehmungen
der Platinen 4, 5 eingreifen, festgelegt. Dadurch
kommen die Drähte 22 auf den
Kontaktflächen 6 zu
liegen und gewährleisten eine
sichere elektrische Verbindung, auch wenn die Platinen 4, 5 gegeneinander
verschoben sind.
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6 zeigt
eine andere Ausgestaltung eines elastischen Kontaktelements 31,
in dem eine Vielzahl von voneinander isolierten, elektrisch leitenden
Drähten 32 eingebettet
sind.
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Das
elastische Kontaktelement 31 weist in seinen Endbereichen 33, 34 jeweils
eine Verdickung 37, 38 auf. Im Gegensatz zu dem
elastischen Kontaktelement 21 der 5 sind die
Verdickungen 37, 38 von den der Baugruppe zugewandten
Enden 39, 40 beabstandet. Das elastische Kontaktelement 31 weist
an diesen Enden 39, 40 einen geringeren Querschnittsdurchmesser 41 als
der Querschnittsdurchmesser 42 der Verdickungen 37, 38 auf.
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Das
in der 7 dargestellte elastische Kontaktelement 31 unterscheidet
sich von der 6 dadurch, daß es von
mehreren getrennten Einzelelementen 43 gebildet ist. Dadurch
erhöht
sich die Flexibiltät
des Kontaktelements 31 und es lassen sich neben Verschiebungen
in X-, Y- und Z-Richtung sogar Rotationen der beiden Baugruppen
zueinander ausgleichen.
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In
der 8 ist ein elastomerisches Verbindungsstück 30 mit
einem elastischen Kontaktelement 31 gemäß 6 oder 7 dargestellt.
Das elastische Kontaktelement 31 weist eine Überlänge gegenüber dem
Abstand der Platinen 4, 5 auf.
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Jeweils
eigene Halter 35, 36 umschliessen die Verdickungen 37, 38 und
sind dadurch an den Endbereichen 33, 34 befestigt.
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Die
Befestigung der Halter 35, 36 mit den Platinen 4, 5 erfolgt
z.B. wiederum über
nicht dargestellte Schrauben, die die Halter 35, 36 und
die Platinen 4, 5 jeweils durchgreifen. Hierdurch
wird der Kraftfluß für die sichere
Kontaktierung zwischen den Kontaktflächen 6 der Platinen 4, 5 der
beiden elektronischen Baugruppen und dem elastischen Kontaktelement 31 gewährleistet.
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Die
Position der Halter 35, 36 auf den Platinen 4, 5 wird
durch nicht dargestellte Positionierstifte, die in Ausnehmungen
der Platinen 4, 5 eingreifen, festgelegt. Dadurch
kommen die Drähte 32 auf
den Kontaktflächen 6 zu
liegen und gewährleisten
eine sichere elektrische Verbindung, auch wenn die Platinen 4, 5 gegeneinander
verschoben oder gar verdreht sind.