DE69807463T2

DE69807463T2 - Verbinder mit multi-mode-anpassung und dessen verwendung bei einem auswechselbaren chip-modul

Info

Publication number: DE69807463T2
Application number: DE69807463T
Authority: DE
Inventors: J. Rathburn
Original assignee: Gryphics Inc
Current assignee: Gryphics Inc
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2018-05-05
Also published as: EP0980594A1; AU7281698A; US6247938B1; EP0980594B1; WO1998050985A1; KR20010012202A; JP3924329B2; JP2001524256A; KR100509967B1; DE69807463D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen lötfreien Verbinder mit mehreren Anpassungsmodi und ein austauschbares Chipmodul, bei dem der vorliegende Verbinder zum elektrischen Verbinden von einem oder mehreren ersten Schaltungselementen mit einem zweiten Schaltungselement verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Der aktuelle Trend der Konstruktion für auf dem Computergebiet verwendete Verbinder besteht darin, zwischen verschiedenen Schaltungsvorrichtungen Verbinder mit hoher Dichte und hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen. Eine hohe Zuverlässigkeit für solche Verbindungen ist infolge von durch Fehlverbindungen von Vorrichtungen hervorgerufener möglicher Systemausfälle wesentlich. Um weiterhin ein wirksames Reparieren, Aktualisieren, Testen und/oder Ersetzen verschiedener Komponenten, wie Verbinder, Karten, Chips, Platinen und Module, zu gewährleisten, ist es sehr wünschenswert, daß diese Verbindungen im Endprodukt trennbar und wieder anschließbar sind.
In beschichtete Durchgangslöcher oder Durchkontakte eingelötete Stiftverbindungen gehören zu den heute in der Industrie am häufigsten verwendeten. Stifte am Verbinderkörper werden durch beschichtete Löcher oder Durchkontakte an einer gedruckten Leiterplatte eingeführt und unter Verwendung herkömmlicher Mittel an ihrem Ort gelötet. Ein weiterer Verbinder oder ein gekapseltes Halbleiter-Bauelement wird dann durch mechanische Wechselwirkung oder Reibung eingeführt und durch den Verbinderkörper festgehalten. Das Zinn-Blei- Legierungs-Lötmittel und zugeordnete Chemikalien, die während des Prozesses des Lötens dieser Verbinder an die gedruckte Leiterplatte verwendet werden, wurden infolge ihrer Einflüsse auf die Umwelt zunehmend kritisch betrachtet. Die Kunststoffgehäuse dieser Verbinder werden während des Lötprozesses einem erheblichen Maß an thermischer Aktivität unterzogen, wodurch das Bauteil beansprucht wird und seine Zuverlässigkeit bedroht wird.
Die gelöteten Kontakte am Verbinderkörper sind typischerweise das Mittel zum Tragen der mit dem Verbinder verbundenen Vorrichtung, und sie unterliegen einer Ermüdung, einer Verformung durch mechanische Spannungen, einer Überbrückung durch Lötmittel und Koplanaritätsfehlern, wodurch möglicherweise ein vorzeitiger Ausfall oder ein Durchgangsverlust hervorgerufen wird. Wenn insbesondere der passende Verbinder oder das passende Halbleiter-Bauelement in den vorliegenden Verbinder eingeführt und aus diesem entfernt wird, kann die elastische Grenze an den an die Leiterplatte gelöteten Kontakten überschritten werden, wodurch ein Durchgangsverlust hervorgerufen wird. Diese Verbinder sind typischerweise nicht für mehr als einige Einführungs- und Entfernungsvorgänge dieser Vorrichtungen zuverlässig. Diese Vorrichtungen haben auch eine verhältnismäßig große elektrische Länge, wodurch insbesondere bei Hochfrequenz- oder Niederleistungs-Bauteilen die Funktionsweise des Systems beeinträchtigt werden kann. Der Abstand oder die Trennung zwischen benachbarten Vorrichtungszuleitungen, die unter Verwendung dieser Verbinder erzielt werden kann, ist infolge des Risikos eines Kurzschlusses auch begrenzt.
Ein anderes elektrisches Verbindungsverfahren ist als Drahtbonden bekannt, und es beinhaltet das mechanische oder thermische Komprimieren eines weichen Metalldrahts, beispielsweise aus Gold, von einer Schaltung zu einer anderen. Dieses Bonden ist jedoch wegen eines möglichen Brechens von Drähten und damit verbundener mechanischer Schwierigkeiten bei der Drahthandhabung nicht einfach für hochdichte Verbindungen geeignet.
Eine alternative elektrische Verbindungstechnik beinhaltet das Anordnen von Lötkugeln oder dergleichen zwischen jeweiligen Schaltungselementen. Das Lötmittel wird zur Bildung der elektrischen Verbindung aufgeschmolzen. Wenngleich sich diese Technik beim Bereitstellen hochdichter Verbindungen für verschiedene Strukturen als erfolgreich erwiesen hat, ermöglicht sie kein einfaches Trennen und nachfolgendes Wiederverbinden der Schaltungselemente.
Ein Elastomer mit mehreren Leitungswegen wurde auch als eine Verbindungsvorrichtung verwendet. Die in die elastomere Schicht eingebetteten leitenden Elemente stellen eine elektrische Verbindung zwischen zwei in Kontakt mit der elastomeren Schicht gebrachten entgegengesetzten Anschlüssen her. Das die leitenden Elemente tragende elastomere Material wird während der Verwendung komprimiert, wodurch eine gewisse Bewegung der leitenden Elemente ermöglicht wird. Diese elastomeren Verbinder erfordern je Kontakt eine verhältnismäßig hohe Kraft zum Erreichen einer angemessenen elektrischen Verbindung, wodurch die Nichtplanarität zwischen Paßflächen gravierender wird. Das Anordnen der leitenden Elemente ist im allgemeinen nicht steuerbar. Elastomere Verbinder können über die Verbindung zwischen den zugeordneten Schaltungselementen auch einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Die Verbindung mit den Schaltungselementen kann für Staub, Verschmutzung, Oxidation, Temperaturschwankungen, Schwingungen und andere Umweltelemente empfindlich sein, die die Verbindung beeinträchtigen können.
Die mit der Verbinderkonstruktion verbundenen Probleme werden vervielfältigt, wenn mehrere integrierte Schaltungsvorrichtungen zusammen in Funktionsgruppen gekapselt bzw. zusammengepackt werden. Der herkömmliche Weg besteht darin, die Bauteile an eine gedruckte Leiterplatte, eine flexible Schaltung oder ein Keramiksubstrat in Form einer integrierten Schaltung mit einem ungekapselten Siliciumchip oder in gekapselter Form zu löten. Mehrchipmodule, Kugelgitter, ein Kapseln in einer Mehrfachanordnung und ein Chipgrößenkapseln wurden entwickelt, um das Verbinden mehrerer integrierter Schaltungsvorrichtungen in einer Gruppe zu ermöglichen.
Eines der Hauptprobleme bei diesen Technologien besteht in der Schwierigkeit, die Bauteile zu löten, während sichergestellt wird, daß keine Abweisungsbedingungen auftreten. Viele dieser Vorrichtungen beruhen auf an der Unterseite der integrierten Schaltungsvorrichtung angebrachten Lötkugeln, die dann aufgeschmolzen werden, um sie mit Oberflächenmontierungs-Kontaktflecken der gedruckten Leiterplatte, der flexiblen Schaltung oder des Keramiksubstrats zu verbinden. Wie oben erörtert wurde, haben sich diese Verbindungen nicht als sehr zuverlässig und auch nicht als einfach beim Suchen nach Fehlern erwiesen. Der Prozeß des Entfernens und Reparierens einer beschädigten oder fehlerhaften Vorrichtung ist kostspielig und führt häufig zu unbrauchbaren elektronischen Bauteilen und einer Beschädigung anderer Bauteile in der Funktionsgruppe.
EP 574 793, worauf der Oberbegriff des Anspruchs 1 beruht, offenbart einen Verbinder mit flexiblen Schaltungselementen, der nur einen einzigen Anpassungsmodus aufweist. Die flexiblen Schaltungselemente umfassen ein an einem dielektrischen Material angebrachtes leitendes Element. Das leitende Element wird an mindestens zwei getrennten Orten, vorzugsweise in der Nähe der Enden, mit einer Federeinrichtung auf der Rückseite der dielektrischen Schicht verbunden. Wenngleich sich das leitende Element und die Federeinrichtung jeweils bezüglich ihrer eigenen neutralen Achsen verformen, verformen sich die flexiblen Schaltungselemente als eine einheitliche Struktur in einem einzigen Anpassungsmodus.
In EP 431 566 sind mehrere in einer elastomeren Schicht angeordnete Verbindungselemente offenbart. Der zentrale Abschnitt der Verbindungselemente liegt vorzugsweise in einem spitzen Winkel zur Dickenrichtung der Tragschicht. Wenn auf die elastomere Schicht Druck ausgeübt wird, drehen sich die Verbindungselemente innerhalb der Tragschicht ohne ein erhebliches Biegen in einem einzigen Anpassungsmodus. Es sind keine Gehäusestrukturen oder physikalischen Endanschlagsstrukturen offenbart.
Mehrchipmodule wurden infolge des Fehlens bekannter, in großem Umfang vorhandener guter Chips für integrierte Schaltungen, die auf der Siliciumebene getestet und vorgealtert wurden, nur langsam akzeptiert. Diese Chips werden dann an einem Substrat montiert, das mehrere Bauteile verbindet. Bei steigender Anzahl von Vorrichtungen steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit dramatisch an. Weil die Möglichkeit besteht, daß eine Vorrichtung in irgendeiner Weise ausfällt und wirksame Mittel zum Reparieren oder Ersetzen gegenwärtig nicht verfügbar sind, waren die Ausbeuteraten gering und die Herstellungskosten hoch.

Kurzzusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen lötfreien Verbinder mit mehreren Anpassungsmodi, der eine anfängliche Einführungskraft und eine sekundäre Einführungskraft bereitstellt. Der Verbinder weist mehrere nachgiebige Elemente auf, die unabhängig justiert werden können, um in einen breiten Bereich von Schaltungselementen einzugreifen. Der vorliegende Verbinder ermöglicht das Anordnen der Kontaktelemente mit einer feinen Teilung, ohne daß ein Kurzschluß auftritt. Die mehreren nachgiebigen Elemente tragen einem breiten Bereich thermischer Wirkungen und Schwingungswirkungen Rechnung, und sie können so konfiguriert werden, daß einem breiten Bereich von Kompressionsabständen Rechnung getragen wird. Der elektrische Verbinder kann ein erstes Schaltungselement elektrisch mit einem zweiten Schaltungselement verbinden.
Bei einer ersten Ausführungsform weist der elektrische Verbinder ein elektrisch isolierendes Verbindergehäuse mit einer oder mehreren Öffnungen auf. Ein erstes Kontaktelement befindet sich in der Öffnung. Das erste Kontaktelement hat einen ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt, der so konfiguriert ist, daß er an einer ersten Schaltungsschnittstelle in das erste Schaltungselement eingreift. Ein elastisches, dielektrisches Verkapselungsmaterial definiert ein erstes nachgiebiges Element, das einen Abschnitt des ersten Kontaktelements innerhalb der Öffnung definiert. Das erste nachgiebige Element stellt einen ersten Anpassungsmodus bereit. Das erste Kontaktelement definiert ein zweites nachgiebiges Element. Mindestens eine Öffnungsseitenwand ist so positioniert, daß sie in einem Kompressionsmodus in das erste Kontaktelement eingreift, wodurch das erste und das zweite nachgiebige Element auf das Eingreifen in die Öffnungsseitenwand hin einen zweiten Anpassungsmodus annehmen.
Der Kompressionsmodus beinhaltet eine elastische Verformung des Kontaktelements und des Verkapselungsmaterials. Das erste Kontaktelement weist typischerweise einen zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt auf, der so konfiguriert ist, daß er an einer zweiten Schaltungsschnittstelle, die im wesentlichen wie der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt wirkt, in ein zweites Schaltungselement eingreift.
Die elastische Verformung des elastischen Verkapselungsmaterials und des Kontaktelements weist den ersten Anpassungsmodus auf. Die Verformung des Kontaktelements während des ersten Anpassungsmodus ist typischerweise minimal. Die elastische Verformung des Kontaktelements auf das Eingreifen in einen Endanschlag hin weist den zweiten Anpassungsmodus auf.
Der zweite Anpassungsmodus am ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt kann kleiner, größer oder gleich dem zweiten Anpassungsmodus am zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt sein. Der erste und der zweite Anpassungsmodus liegen vorzugsweise innerhalb der elastischen Grenzen des Kontaktelements.
Der Verbinder weist eine anfängliche Einführungskraft und eine sekundäre Einführungskraft mit dem Schaltungselement auf. Die anfängliche Einführungskraft kann kleiner, größer oder gleich der sekundären Einführungskraft sein. Ein erster und ein zweiter Endanschlag können am Gehäuse bereitgestellt sein, um in das Kontaktelement einzugreifen und den zweiten Anpassungsmodus einzuleiten. Der erste und der zweite Schaltungsschnittstellenabschnitt weisen vorzugsweise einen schleifenden bzw. gleitenden Eingriff mit einem entgegengesetzten Verbinderelement auf.
Der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt kann eine Form aufweisen, die zur Form des Verbinderelements komplementär ist. Das elastische Kontaktelement ist typischerweise ein Stück eines leitenden Bahnen- bzw. Schichtmaterials. Der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt kann einen schleifenden Eingriff mit dem ersten Schaltungselement bilden. Das erste Schaltungselement kann eine gekapselte oder nicht gekapselte integrierte Schaltungsvorrichtung sein. Der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt kann in ein Verbinderelement eingreifen, das aus der aus einer Randkarte, einer Vorrichtung mit J-förmigen Zuleitungen, einer flexiblen Schaltung, einem Bandverbinder, einem Kabel, einer Kugelgitter-Mehrfachanordnung (BGA), einer Anschlußsteggitter- Mehrfachanordnung (LGA), einem Chipträger mit Plastikanschlüssen (PLCC), einer Stiftgitter-Mehrfachanordnung (PGA), einer integrierten Schaltung mit geringen Abmessungen (SOIC), einem Doppelreihengehäuse (DIP), einem quadratischen Flachgehäuse (QFP), einem anschlußlosen Chipträger (LCC) und einem Chipgrößengehäuse (CSP) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform, die nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, ist ein starres Kontaktelement im wesentlichen innerhalb des Verbindergehäuses positioniert. Das starre Kontaktelement hat einen ersten und einen zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt. Ein elastisches, dielektrisches Verkapselungsmaterial mit einem ersten nachgiebigen Element umgibt einen Abschnitt des Kontaktelements. Das Verkapselungsmaterial kann einen ersten Anpassungsmodus bereitstellen. Ein erstes elastisches Material mit einem zweiten nachgiebigen Element ist zwischen dem starren Verbinderelement und einem Endanschlag am Gehäuse angeordnet, wodurch das erste und das zweite nachgiebige Element einen zweiten Anpassungsmodus bereitstellen können.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein austauschbares Chipmodul zum elektrischen Verbinden von einem oder mehreren ersten Schaltungselementen mit einem zweiten Schaltungselement. Das austauschbare Chipmodul weist ein Modulgehäuse mit mehreren Vorrichtungsstellen auf, die jeweils mindestens ein erstes Schaltungselement aufnehmen können. Ein erster Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich in jeder der Vorrichtungsstellen. Ein zweiter Verbinder ist zum elektrischen Verbinden des ersten Verbinders mit dem zweiten Schaltungselement bereitgestellt.
Das austauschbare Chipmodul weist vorzugsweise einen zweiten Verbinder auf, der ein zweites Kontaktelement aufweist, welches im wesentlichen die gleiche Struktur wie das erste Kontaktelement hat. Bei einer Ausführungsform weisen das erste Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement ein einziges Kontaktelement auf, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungselement erstreckt. Ein dritter elektrischer Verbinder kann wahlweise zum elektrischen Verbinden des zweiten Schaltungselements mit einem dritten Schaltungselement bereitgestellt sein. Bei einer Ausführungsform weist das dritte Schaltungselement das vorliegende austauschbare Chipmodul auf.
Bei einer Ausführungsform hat der erste Verbinder mehrere Anpassungsmodi und eine anfängliche Einführungskraft, die sich von einer sekundären Einführungskraft unterscheidet. Der erste Verbinder hat mehrere nachgiebige Elemente, die unabhängig justiert werden können, um einen breiten Bereich erster und zweiter Schaltungselemente zuzulassen. Der erste Verbinder ermöglicht es, daß die Kontaktelemente kurzschlußfrei mit einem Anstand von weniger als 0,50 Millimeter angeordnet werden.
Jedes der ersten Schaltungselemente kann bei einem Ausfall entfernt und ausgetauscht werden, es kann aktualisiert werden, oder seine Konfiguration kann geändert werden. Die geringe elektrische Länge des Verbinders mit Mehrmodusanpassung ermöglicht eine ausgezeichnete Signalqualität und eine ähnliche Gesamtgröße wie bei aktuellen Verkapselungstechniken. Indem es unnötig gemacht wird, die ersten Schaltungselemente in das Modul zu löten, werden durch die vorliegende Erfindung die Implikationen bekannter gekapselter integrierter Schaltungen mit einem Chip oder bekannter, vorgealterter integrierter Schaltungen stark verringert.
In der Theorie kann jede gedruckte Leiterplatte, jedes Mehrchipmodul oder jede flexible Schaltung, die in irgendeiner Anordnung gelötete Bauteile aufweist, durch Verwenden des vorliegenden austauschbaren Chipmoduls überflüssig gemacht werden. Eine als Beispiel angegebene Liste anderer Anwendungen sind Doppelreihen- und Einzelreihen- Speichermodule, die in Computern zu verwenden sind, Mehrchipmodule, die in einer Vielzahl von Anwendungen zu verwenden sind, PCMCIA-Karten, die in Notebook-Computern zu verwenden sind, eingebettete Computersystemkarten und herkömmliche PC-Platinen-Austäusche.
Die Verwendung elektrischer Verbindet mit mehreren Anpassungsmodi an jeder Vorrichtungsstelle ermöglicht es, die integrierten Schaltungsvorrichtungen sehr dicht zueinander anzuordnen. Integrierte Siliciumschaltungen mit einem ungekapselten Chip können ohne ein zusätzliches Verkapseln direkt an der Vorrichtungsstelle angeordnet werden. Weiterhin kann unter Verwendung des vorliegenden austauschbaren Chipmoduls einer großen Vielzahl von Gehäusevorrichtungen, wie einer Kugelgitter-Mehrfachanordnung (BGA), einer Anschlußsteggitter-Mehrfachanordnung (LGA), einem Chipträger mit Plastikanschlüssen (PLCC), einer Stiftgitter-Mehrfachanordnung (PGA), einer Randkarte, einer integrierten Schaltung mit geringen Abmessungen (SOIC), einem Doppelreihen-Gehäuse (DIP), einem quadratischen Flachgehäuse (QFP), einem anschlußlosen Chipträger (LCC) und einem Chipgrößengehäuse (CSP), wobei die Gehäusegröße innerhalb von 20% des ungekapselten Siliciumchips liegt, in einer Anzahl von Konfigurationen Rechnung getragen werden. Der Begriff "integrierte Schaltung" bezeichnet hier gekapselte oder nicht gekapselte integrierte Schaltungsvorrichtungen mit einem ungekapselten Siliciumchip.
Das vorliegende austauschbare Chipmodul kann eine gedruckte Leiterplatte mit einer Gruppe daran angelöteter integrierter Schaltungsvorrichtungen ersetzen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine sparsame Verwendung herkömmlicher Materialien, die nicht den Temperaturwirkungen eines wiederholten Lötens und Aufschmelzens widerstehen müssen. Durch Aufnahme von Orten für viele Vorrichtungen in einem Modul ist der erforderliche Platz viel kleiner als dann, wenn das Verwenden mehrerer Vorrichtungsverbinder erforderlich wäre.
Neuere Untersuchungen haben beispielsweise gezeigt, daß modulare Schemata, wie MCMs, Mehrchipgehäuse, Pentium 2 von Intel, Speichermodule und PCMCIA-Karten die Vorteile des Zusammengruppierens integrierter Schaltungsvorrichtungen zum Erreichen kurzer Verbindungslängen dargelegt haben. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, das modulare Konzept auf die nächste Stufe zu stellen, wobei mehrere Bauteile in einem einzigen Modul aufgenommen werden, in das sie eingeführt und entnommen werden können, ohne daß Lötmittel oder Lötprozesse erforderlich wären.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verwenden des vorliegenden austauschbaren Chipmoduls während mehrerer Phasen der Lebensdauer einer integrierten Schaltungsvorrichtung. Nach dem Anordnen in dem austauschbaren Chipmodul können die integrierten Schaltungsvorrichtungen getestet, identifiziert, vorgealtert und bei der Produktion verwendet werden, ohne daß sie jemals entfernt oder gehandhabt werden müßten. Falls eine oder mehrere der integrierten Schaltungsvorrichtungen während der Phase des Testens, der Identifikation, des Voralterns oder der Produktion ausfallen, kann die einzelne Schaltungsvorrichtung aus dem austauschbaren Chipmodul entfernt werden, ohne daß die anderen integrierten Schaltungsvorrichtungen oder das austauschbare Chipmodul beschädigt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer als Beispiel dienenden Ausführungsform des vorliegenden Verbinders.
Fig. 2A ist eine seitliche Schnittansicht des Verbinders aus Fig. 1.
Die Fig. 2B und 2C sind perspektivische Ansichten alternativer Kontaktelemente zur Verwendung im Verbinder aus Fig. 2A.
Fig. 3 ist eine seitliche Schnittansicht einer Anordnung von Schaltungselementen mit dem Verbinder aus Fig. 1.
Fig. 4A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders, wobei das Kontaktelement für einen Eingriff in eine Seitenwand des Gehäuses positioniert ist.
Fig. 4B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 4A.
Fig. 5A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders für einen Eingriff in eine Lötkugelvorrichtung.
Fig. 5B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 5A.
Fig. 6A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders für einen Eingriff in eine Vorrichtung mit J-förmigen Zuleitungen.
Fig. 6B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 6A.
Fig. 7A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders für einen Eingriff in einen Randkartenverbinder.
Fig. 7B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 7A.
Fig. 8A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders für einen Eingriff in eine Leiterplatte.
Fig. 8B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 8A.
Fig. 9A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders, wobei das Kontaktelement für einen Eingriff in eine Seitenwand des Gehäuses geformt ist.
Fig. 9B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 9A.
Fig. 10A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders für einen Eingriff in eine Leiterplatte.
Fig. 105 ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 10A.
Fig. 11A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders für einen Eingriff in eine Stiftzuleitungsvorrichtung.
Fig. 11B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 11A.
Fig. 12A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders.
Fig. 12B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 12A.
Fig. 12C ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders aus Fig. 12A.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht des Verbinders aus Fig. 12A.
Fig. 14A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders zur Verwendung mit einer Randkartenvorrichtung.
Fig. 14B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements aus Fig. 14A.
Fig. 15 ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders zur Verwendung mit einer Vorrichtung mit- J-förmigen Zuleitungen.
Fig. 16A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders zur Verwendung mit einer Lötkugelvorrichtung.
Fig. 16B ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders zur Verwendung mit einer Lötkugelvorrichtung.
Fig. 17 ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders zur Verwendung mit einer Stiftzuleitungsvorrichtung.
Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Verbinders.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht des Verbinders aus Fig. 18 vor dem Eingreifen in ein Schaltungselement.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht des Verbinders aus Fig. 18 nach dem Eingreifen in ein Schaltungselement.
Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht eines als Beispiel dienenden austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 22 ist eine Schnittansicht eines lötfreien Verbinders zur Verwendung im austauschbaren Chipmodul.
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Einheitsabdeckung.
Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Einheitsabdeckung.
Fig. 26 ist eine perspektivische Ansicht eines austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung, das in ein elektrisches Bauteil eingreift.
Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht eines austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung, das in ein elektrisches Bauteil eingreift.
Fig. 28 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen austauschbaren Chipmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung, das in ein zweites austauschbares Chipmodul eingreift.
Fig. 29 ist eine schematische Darstellung der Verwendung des vorliegenden austauschbaren Chipmoduls über verschiedene Abschnitte des Lebenszyklus eines Schaltungselements.
Fig. 30 ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders, bei dem Kontaktelemente mit einem oder mehreren schraubenförmigen Abschnitten verwendet werden.
Fig. 31 ist eine seitliche Schnittansicht eines austauschbaren Chipmoduls, bei dem ein Verbinder im wesentlichen nach Fig. 30 verwendet wird.
Fig. 32 ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen austauschbaren Chipmoduls, bei dem ein Verbinder im wesentlichen nach Fig. 30 verwendet wird.
Die Fig. 33A-33F zeigen alternative Verbinderelemente mit schraubenförmigen Abschnitten.
Fig. 34 zeigt einen Einsatz zum Umwandeln eines Verbinders für eine Verwendung mit einer Kugelgitter- Mehrfachanordnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines lötfreien Verbinders 40 gemäß der vorliegenden Erfindung. Mehrere elastische Kontaktelemente 42 sind durch ein Verkapselungsmaterial 46 in einem Gehäuse 44 festgehalten. Das Gehäuse 44 weist vorzugsweise einen Justiermechanismus, beispielsweise in Gestalt von Öffnungen 82, auf. Die Dichte und der Abstand der elastischen Kontaktelemente 42 können geändert werden, um verschiedenen Schaltungselementen Rechnung zu tragen.
Fig. 2A ist eine seitliche Schnittansicht des lötfreien Verbinders 40, der so angeordnet ist, daß er an einem ersten Schaltungselement 50 und einem zweiten Schaltungselement 52 angreift. Das erste Schaltungselement 50 hat eine erste Arbeitsfläche 54, die eine Lötkugelvorrichtung 56 aufweist. Das zweite Schaltungselement 52 hat eine zweite Arbeitsfläche 58, die einen Anschlußfleck 60 aufweist. Die Schaltungselemente 50, 52 können gedruckte Leiterplatten, Schaltungsmodule, integrierte Schaltungsvorrichtungen, Kabel, flexible Schaltungen, Bandverbinder, Halbleiter-Bauelemente unter Einschluß auf der Oberfläche montierter Bauelemente und eine Vielzahl anderer elektronischer Bauteile sein.
Das elastische Kontaktelement 42 ist durch ein elastisches, dielektrisches Verkapselungsmaterial 46 im Gehäuse 44 festgehalten. Die Fig. 2B und 2C sind jeweils perspektivische Ansichten von Kontaktelementen 42B, 42C, die Zinken 88 zum Unterstützen des Lokalisierens der Kontaktelemente vor dem Verkapseln aufweisen. Das Kontaktelement 42 kann wahlweise durch mechanische Mittel, wie in Fig. 2A dargestellte Aufhängefäden 43 in dem Gehäuse 44 festgehalten sein. Die Fäden 43 sind vorzugsweise am Gehäuse 44 verankert. Die Fäden 43 können permanent sein oder nach dem Anbringen des Verkapselungsmaterials 46 entfernt werden. Die Aufhängefäden 43 können aus einem starren oder einem flexiblen Material bestehen. Sie sind vorzugsweise flexibel, jedoch nicht streckbar, um eine begrenzte Translations- und Rotationsbewegung des Kontaktelements 42 zuzulassen. Der Begriff "Translationsbewegung" bezeichnet eine Bewegung mit horizontalen und/oder vertikalen Komponenten.
Das Kontaktelement 42 hat einen ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt 62, der sich über einer ersten Fläche 64 des Gehäuses 44 erstrecken kann. Ein zweiter Schaltungsschnittstellenabschnitt 66 des Kontaktelements 42 erstreckt sich über der zweiten Fläche 68 des Gehäuses 44. Beide Schaltungsschnittstellenabschnitte 62, 66 können unterhalb der Flächen 64, 68 des Gehäuses 44 mit einer Vertiefung versehen sein. Das distale bzw. ferne Ende 70 des Kontaktelements 42 ist entgegengesetzt einem Endanschlag 72 am Gehäuse 44 positioniert. Der Mittelabschnitt 75 des Kontaktelements 42 ist entgegengesetzt einem Endanschlag 78 am Gehäuse 44 positioniert. Das distale bzw. ferne Ende 74 des Kontaktelements 42 befindet sich entgegengesetzt einem Endanschlag 76 am Gehäuse 44.
Die Justierung der zwei Schaltungselemente 50, 52 bezüglich des Verbinders 40 kann unter Verwendung eines vorstehenden Stifts 80 erzielt werden, der von einer Abdeckung 81 vorsteht, die sich über dem ersten Schaltungselement 50 erstreckt. Der Stift 80 ist mit der entsprechenden Öffnung 82 im Gehäuse 44 justiert und darin positioniert. Bei der dargestellten Ausführungsform gleitet das Gehäuse 44 frei entlang dem Stift 80, um eine zusätzliche planare Anpassung an die Schaltungselemente 50, 52 zu erzielen. Eine Aufnahmeöffnung 84 ist im zweiten Schaltungselement 52 zum Abschließen des Justierungsprozesses bereitgestellt. Es sei bemerkt, daß andere Justierungsmittel einschließlich des Bereitstellens von Stiften, die sich von entgegengesetzten Flächen (der oberen und der unteren Fläche) des Gehäuses 44 erstrecken, zum Einführen in entsprechende Öffnungen innerhalb der jeweiligen Schaltungselemente 50, 52 leicht möglich sind. Bei einer tatsächlichen Anwendung wären typischerweise zwei oder mehr Justierungsmechanismen in der Art des vorstehenden Stifts 80 zum Erreichen der richtigen Justierung der Bestandteile 50, 52, 40 bereitgestellt. Andere Mechanismen zum Festhalten der Schaltungselemente 50, 52 in einem Funktionseingriff mit dem Verbinder 40 sind in US-A-4 445 735 (Bonnefoy), US-A-4 593 961 (Cosmo), US-A-4 793 814 (Zifcat u. a.), US-A-5 061 192 (Chapin u. a.) und US-A-5 096 426 (Simpson u. a.) offenbart.
Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem dielektrischen Material in der Art eines Kunststoffs. Geeignete Kunststoffe sind Phenole, Polyester und Ryton®, die von Phillips Petroleum Company erhältlich sind. Das Kontaktelement besteht vorzugsweise aus Kupfer oder ähnlichen metallischen Materialien, wie Phosphorbronze oder Beryllium-Kupfer. Die Kontaktelemente sind vorzugsweise mit einem korrosionsbeständigen metallischen Material, wie Nickel, Gold, Silber oder Palladium, beschichtet. Beispiele geeigneter Verkapselungsmaterialien sind Sylgard®, das von Dow Corning Silicone aus Midland, MI erhältlich ist, und Master Sil 713, das von Master Bond Silicone aus Hackensack, NJ erhältlich ist.
Fig. 3 ist eine seitliche Schnittansicht des Verbinders 40, der in eine Anordnung eingebaut ist, die die Schaltungselemente 50, 52 aufweist. Wenn der Verbinder 40 auf den Schaltungsschnittstellenabschnitt 66 gedrückt wird, gelangt er in Kontakt mit dem Anschlußfleck 60. Das nachgiebige Verkapselungsmaterial 46 ermöglicht eine anfängliche Bewegung des fernen Endes 74, bis es den Endanschlag 76 am Gehäuse 44 berührt. Die Bewegung des fernen Endes 74 weist vorzugsweise vertikale und horizontale Komponenten auf, um eine Schleifwirkung des Schaltungsschnittstellenabschnitts 66 über die Oberfläche der Kontaktstelle 60 zu bewirken.
Die elastische Verformung des Kontaktelements 42 und die Bewegung des Kontaktelements 42 innerhalb des verhältnismäßig weichen Verkapselungsmaterials 46 definieren einen ersten Anpassungsmodus. Die Fäden 43 können auch zum ersten Anpassungsmodus beitragen, wenn sie vorhanden sind. Der erste Anpassungsmodus kompensiert eine Unebenheit der Kontaktelemente auf dem zweiten Schaltungselement 52. Ein verhältnismäßig weiches Verkapselungsmaterial 46 sorgt für eine verhältnismäßig geringe anfängliche Einführungskraft für den vorliegenden Verbinder 40. Die Einführungskraft betrifft das Eingreifen des vorliegenden Verbinders 40 in ein oder mehrere Schaltungselemente 50, 52.
Nachdem das ferne Ende 74 des Kontaktelements 42 an den Endanschlag 76 angegriffen hat, wirkt das Basismetall des Kontakts als eine Lastfeder, wodurch der zweite Anpassungsmodus bereitgestellt wird. Der Endanschlag 76 verhindert eine Kompression über die elastische Grenze des Kontakts 42 oder des Verkapselungsmaterials 46 hinaus. In ähnlicher Weise trifft das ferne Ende 70 des Kontakts 42 dann auf den Endanschlag 72 am Gehäuse 44, wodurch die Rotations- und Translationsbewegung in horizontaler oder vertikaler Richtung beendet wird.
Der erste Anpassungsmodus ist in erster Linie durch die Elastizität des Verkapselungsmaterials 46 bestimmt, wenngleich die elastische Verformung des Kontaktelements 42 und der Fäden 43 auch Faktoren sein können. Das Verkapselungsmaterial 46 weist einen verhältnismäßig großen Bewegungsbereich bei einer geringen Kraft auf, wodurch ermöglicht wird, daß für den Kontakt 56 trotz einer erheblichen Fehlanpassung ein Durchgang und eine Planarität erreicht werden. Die Fäden 43 können helfen, die Rotations- oder Translationsbewegung des Kontaktelements 42 während des ersten Anpassungsmodus zu definieren.
Sobald das Kontaktelement 42 gegen die Endanschläge 72, 78 gedrückt wird, definiert das Basismetall im wesentlichen den zweiten Anpassungsmodus (wenngleich das Verkapselungsmaterial 46 auch beitragen kann), wodurch eine langfristige Verbindung bereitgestellt wird, die einem Ausfall infolge von Ermüdung, von Schwingungen, von Temperaturschwankungen und infolge eines übermäßigen oder wiederholten Einführens widersteht. Der zweite Schaltungsschnittstellenabschnitt 66 wirkt in ähnlicher Weise, wenngleich die anfänglichen und sekundären Einführungskräfte variieren können.
Die Bedeutung des vorliegenden Verbinders 40 besteht darin, daß die Verbindung zwischen dem Kontaktelement 42 und den Zuleitungen 56, 60 der Vorrichtung unabhängig wirkt und unabhängig gesteuert wird. Der Verbinder 40 kann beispielsweise für den ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt 62 bzw. den zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt 66 einen abweichenden ersten Anpassungsmodus aufweisen, indem zwei oder mehr Verkapselungsmaterialien verwendet werden. Die Geometrie oder die Dicke des Kontaktelements kann auch so eingestellt werden, daß beim ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt 62 bzw. beim zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt 66 ein abweichender zweiter Anpassungsmodus bereitgestellt wird. Beispielsweise bietet der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt 62 dem Kontakt 56 im zweiten Anpassungsmodus einen größeren Widerstand. Die Geometrie des zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitts 66 ist derart, daß der dem Kontakt 60 im zweiten Anpassungsmodus entgegengesetzte Widerstand kleiner ist als der dem ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt entgegengesetzte Widerstand.
Die vorliegende Vorgehensweise ermöglicht das Ändern der Größe, der Form, des Orts oder des Materials des Kontaktelements und der Zusammensetzung, des Härtewerts und der Menge des Verkapselungsmaterials zum Anpassen an einen breiten Bereich von Verbinderanwendungen. Der vorliegende Verbinder 40 kann auch so konfiguriert werden, daß er einen verhältnismäßig kurzen elektrischen Weg aufweist. Der Verbinder 40 kann eine feine Teilung erreichen, die typischerweise nicht durch Stiftverbinder erreicht werden kann. Der vorliegende Verbinder 40 beruht nicht auf dem Verkapselungsmaterial als dem einzigen Unterstützungsmittel und es ist dabei nicht erforderlich, daß die Verbindungselemente verformt werden, um einen Durchgang mit den Schaltungselementen 50, 52 zu erzielen.
Bei herkömmlichen Halbleiter-Bauelement-Anwendungen weist das Verkapselungsmaterial 46 eine geringe anfängliche Einführungskraft im Bereich von etwa 10 Gramm bis etwa 30 Gramm auf. Das Kontaktelement weist eine höhere sekundäre Einführungskraft im Bereich von etwa 40 Gramm bis etwa 100 Gramm auf. Die resultierende elektrische Verbindung weist zum Ende der Eingriffsbewegung hin eine höhere Langzeit- Kraftbelastung auf, um einen Langzeitdurchgang ohne einen Ausfall infolge von Ermüdung, infolge eines Kompressionssitzes oder infolge von Oxidation zu gewährleisten.
Fig. 4A zeigt einen alternativen Verbinder 40A, der zur Verwendung mit einer Lötkugelvorrichtung geeignet ist. Fig. 4B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements 42A. Der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt 62A ist vorzugsweise für einen Eingriff mit einer Kugelgitter- Mehrfachanordnung konfiguriert, wie beim ersten Schaltungselement 50 aus Fig. 2 dargestellt ist. Das Verbinderelement 42A wird durch ein Verkapselungsmaterial 46A in einem Gehäuse 44A gehalten. Das ferne Ende 70A wird durch ein Verkapselungsmaterial 46A entgegengesetzt einem Endanschlag 72A gehalten, und das ferne Ende 74A wird dadurch entgegengesetzt einem Endanschlag 76A gehalten. Die Fig. 5A und 5B zeigen einen alternativen Verbinder 40B, der zur Verwendung mit einer Lötkugelvorrichtung geeignet ist. Die ersten Schaltungsschnittstellenabschnitte 62B des Kontaktelements 42B sind zum Eingreifen in eine Lötkugelvorrichtung an zwei Orten konfiguriert. Die zwei Orte der ersten Schaltungsschnittstellenabschnitte 62B erstrecken sich vorzugsweise über der Fläche des Verkapselungsmaterials 46B.
Fig. 6A ist eine Seitenansicht eines alternativen Verbinders 90 gemäß der vorliegenden Erfindung, der zusammen mit einer Vorrichtung 92 mit J-förmigen Zuleitungen an einem Schaltungselement 94 besonders nützlich ist. Das ferne Ende 104 eines Kontaktelements 96 wird durch ein Verkapselungsmaterial 100 in einem Abstand von einem Endanschlag 106 am Gehäuse 98 gehalten. In ähnlicher Weise wird das ferne Ende 108 des Kontaktelements 96 durch ein Verkapselungsmaterial 102 in einem Abstand vom Endanschlag 110 gehalten. Das Kontaktelement 96 ist durch die Verkapselungsmaterialien 100, 102 am Gehäuse 98 angebracht. Die Verkapselungsmaterialien 100, 102 können gleich oder verschieden sein. Beispielsweise kann das Verkapselungsmaterial 100 einen Härtewert von etwa 25 aufweisen, während das Material 102 einen Härtewert von etwa 60 aufweist.
Wenn die Vorrichtung 92 mit J-förmigen Zuleitungen in Eingriff mit dem Schaltungsschnittstellenabschnitt 112 am Kontaktelement 96 gebracht wird, bewegen sich die fernen Enden 104, 108 zunächst in einem ersten Anpassungsmodus innerhalb des Verkapselungsmaterials 100 bzw. 102. Wiederum kann eine Verformung des Kontaktelements 96 eine Komponente des ersten Anpassungsmodus bilden. Sobald die fernen Enden 104, 108 in den Endanschlag 106 bzw. 110 eingreifen, verformt sich das Kontaktelement 96 innerhalb seiner elastischen Grenze in einem zweiten Anpassungsmodus. Fig. 6B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements 96 aus Fig. 6A.
Fig. 7A ist eine seitliche Schnittansicht des vorliegenden Verbinders 120 zur Verwendung als ein Randkartenverbinder. Das Gehäuse 122 bildet einen Schlitz 124 zum Aufnehmen eines Rands einer Karte 126 mit mindestens einem Anschlußfleck 128. Ein Kontaktelement 130 ist so innerhalb eines Verkapselungsmaterials 132 positioniert, daß ein Schaltungsschnittstellenabschnitt 134 in den Schlitz 124 vorsteht. Das Verkapselungsmaterial 132 hält das ferne Ende 136 des Kontaktelements 130 in einem Abstand zu einem Endanschlag 138. In ähnlicher Weise hält das Verkapselungsmaterial das ferne Ende 140 des Kontaktelements 130 in einem Abstand von einem Endanschlag 142. Fig. 7B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements 130.
Wenn die Karte 126 in den Schlitz 124 eingeführt wird, wird der Schaltungsschnittstellenabschnitt 134 in Eingriff mit dem Kontakt 128 gebracht. Durch das Verformen des Verkapselungsmaterials 132 und des Kontaktelements 130 wird ein erster Anpassungsmodus bereitgestellt, wobei sich das ferne Ende 136 zum Endanschlag 138 hin bewegt. In ähnlicher Weise bewegt sich der ferne Abschnitt 140 in einem ersten Anpassungsmodus zum Endanschlag 142, wenn der zweite Schaltungsschnittstellenabschnitt 144 in Eingriff mit einem Verbinderelement (nicht dargestellt) gebracht wird. Sobald die fernen Abschnitte 136, 140 in Eingriff mit den Endanschlägen 138 bzw. 142 gebracht werden, wirkt das Kontaktelement 130 in einem zweiten Anpassungsmodus als eine Lastfeder und verformt sich innerhalb seines elastischen Bereichs.
Fig. 8A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders 150 gemäß der vorliegenden Erfindung zum elektrischen Verbinden mit einem Anschlußfleck 152. Ein Kontaktelement 154 ist durch ein Verkapselungsmaterial 158 in einem Gehäuse 156 festgehalten. Das Verkapselungsmaterial 158 hält das ferne Ende 160 des Kontaktelements 154 in einem Abstand vom Endanschlag 162. Wenn der Anschlußfleck 152 in Eingriff mit dem Schaltungsschnittstellenabschnitt 164 des Kontaktelements 154 gebracht wird, wird das ferne Ende 160 in einem ersten Anpassungsmodus verschoben, bis es an den Endanschlag 162 angreift. Die Verformung des Kontaktelements 154 kann eine Komponente des ersten Anpassungsmodus bilden. Ein Mittelabschnitt 166 des Kontaktelements 154 schwenkt an einem Abschnitt 168 des Gehäuses 156, so daß das Eingreifen in den Kontaktfleck 152 bewirkt, daß sich das Kontaktelement 154 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Ein Schaltungsschnittstellenabschnitt 170 wird in ähnlicher Weise verschoben, wenn er in Eingriff mit einem Verbinderelement (nicht dargestellt) gebracht wird. Fig. 8B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements 154 aus Fig. 8A. Sobald das ferne Ende 160 an den Endanschlag 162 angreift, wirkt das Kontaktelement 154 als eine Lastfeder und verformt sich innerhalb ihres elastischen Bereichs.
Fig. 9A zeigt einen alternativen Verbinder 150A, wobei das Kontaktelement 154A eine Form aufweist, die im zweiten Anpassungsmodus einen größeren Widerstand bieten soll. Insbesondere bietet der im Kontaktelement 154A an den Schaltungsschnittstellenabschnitten 164A, 170A gebildete scharfe Punkt einer elastischen Verformung einen größeren Widerstand als die in Fig. 8A dargestellten gekrümmten Schaltungsschnittstellenabschnitte 164, 170. Fig. 9B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements 154A aus Fig. 9A.
Fig. 10A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders 150B gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Kontaktelement 154B hat eine Form, die im zweiten Anpassungsmodus einen geringeren Widerstand bieten soll als das Kontaktelement 154 aus Fig. 8A. Wenngleich die Krümmung der Schaltungsschnittstellenabschnitte 164B, 170B im wesentlichen der in Fig. 8A dargestellten entspricht, wird durch die umgekehrte Krümmung des Kontaktelements 154B während des zweiten Anpassungsmodus ein geringerer Widerstand und damit eine geringere sekundäre Einführungskraft erzielt.
Fig. 11A ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders 180 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Eingriff in eine Vorrichtung 182 mit einer Stiftgitter-Mehrfachanordnung. Ein Gehäuse 184 hat einen Schlitz 186 zum Aufnehmen eines Stifts 188. Ein Kontaktelement 190 ist neben dem Schlitz 186 angeordnet. Die fernen Enden 192, 194 des Kontaktelements 190 sind in einem Abstand von jeweiligen Endanschlägen 196, 198 des Gehäuses 184 gehalten. Fig. 11B ist eine perspektivische Ansicht des Kontaktelements 190.
Fig. 12A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders 200, der nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Ein Kontaktelement 202 befindet sich in einem Gehäuse 204. Ein erster Schaltungsschnittstellenabschnitt 206 am Kontaktelement 202 erstreckt sich über einer Fläche 208 des Gehäuses 204. Der zweite Schaltungsschnittstellenabschnitt 210 erstreckt sich über einer Fläche 209 des Gehäuses 204. Alternativ können der erste und der zweite Schnittstellenabschnitt 206 und 210 unterhalb der Flächen 208 bzw. 209 mit einer Vertiefung versehen sein. Elastische Materialien 212, 213 befinden sich an zwei getrennten Orten zwischen dem starren Verbinderelement 202 und dem Gehäuse 204. Das Verbinderelement 202 und die elastischen Elemente 212, 213 werden durch ein Verkapselungsmaterial 214 in dem Gehäuse 204 festgehalten.
Das Kontaktelement 202 kann durch einen oder mehrere Aufhängefäden 220, 227A, 227B gehalten werden, um das Kontaktelement 202 während des Verkapselns genau zu lokalisieren. Die Aufhängefäden 220, 227A, 227B sind vorzugsweise am Gehäuse 204 verankert (siehe Fig. 13). Die Aufhängefäden 220, 227A, 227B können permanent sein oder sie können nach dem Anbringen des Verkapselungsmaterials 214 entfernt werden.
Die Aufhängefäden 220, 227A, 227B können aus einem starren oder einem flexiblen Material bestehen. Die Aufhängefäden 220, 227A, 227B sind vorzugsweise flexibel, jedoch nicht streckbar, so daß eine begrenzte Translations- und Rotationsbewegung des Kontaktelements 202 ermöglicht wird. Die leitenden Elemente 202 können derart entlang dem Faden 220 positioniert werden, daß infolge des Orts des Schnittstellenpunkts entlang dem Körper des Kontaktelements 202 mindestens zwei Momentarme erzeugt werden. Ein einziges starres Aufhängungselement 220 kann sich an einem einzigen Punkt 221 in der Nähe oder entlang der Hauptachse des Kontaktelements 202 befinden, so daß es einen Schwenkpunkt zur Drehung bildet. Alternativ können wahlweise ein zweiter Aufhängefaden 227A und/oder ein dritter Aufhängefaden 227B vorhanden sein (siehe die Fig. 19 und 20).
Die Fäden 220, 227A, 227B können sich an jedem Punkt entlang dem Körper des Kontaktelements 202 befinden, so daß es an einem gewünschten Ort positioniert ist, wenn der Verbinder 200 ruht, daß es jedoch nicht an einem gewünschten Maß einer Translations- oder Rotationsbewegung gehindert wird. Die Aufhängefäden 220, 227A, 227B können nach dem Verkapseln an ihrem Ort bleiben, und sie führen zu einem verstärkten Verbundstoff, der in der Praxis in anderer Weise funktioniert als das Verkapselungsmaterial allein. Die Fäden 220, 227 ermöglichen die gewünschte Bewegung des Kontaktelements 202, nachdem sie auf die zu verbindenden entgegengesetzten Anschlüsse getroffen sind, sie beschränken jedoch die Bewegung in einer oder mehreren Richtungen, und sie begrenzen den Gesamtverfahrweg des Kontaktelements 202, was zu einer Wirkung führt, bei der das Beschädigen des Verkapselungsmaterials 214, der sekundären elastischen Elemente 212, 213, des Kontaktelements 202 oder des entgegengesetzten Anschlusses 216 verhindert, wird. Die Art der Wirkung des Kontaktelements 202 ermöglicht, daß sich jedes Element unabhängig von seinem Nachbar über einen ausreichenden Bereich bewegt, um in einer Ebene auftretenden Abweichungen zwischen den leitenden Elementen und jeglichen der zu verbindenden entgegengesetzten Anschlüsse Rechnung zu trägen.
Das Kontaktelement 202 ist vorzugsweise starr. Wenn das Verbinderelement 216 am ersten Schaltungselement 218 in Kontakt mit dem ersten Schaltungsschnittstellenabschnitt 206 gebracht wird, ermöglicht das Verkapselungsmaterial 214 eine Translations- und eine Rotationsbewegung des Kontaktelements 202 um einen Faden 220. Die Bewegung des Kontaktelements 202 innerhalb des Verkapselungsmaterials 214 weist einen ersten Anpassungsmodus auf, der zusammen mit einem Schaltungselement, wie 218, zu einer verhältnismäßig geringen anfänglichen Einführungskraft führt. Das nachgiebige Verkapselungsmaterial 214 ermöglicht eine vertikale Bewegung, bis das Kontaktelement 202 auf eines oder beide der elastischen Materialien 212, 213 trifft. Die elastischen Materialien 212, 213 bilden in Kombination mit dem Verkapselungsmaterial 214 (und wahlweise den Fäden 220, 227A, 227B) den zweiten Anpassungsmodus. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die elastischen Materialien 212, 213 steifer (sie weisen einen höheren Härtewert auf) als das Verkapselungsmaterial 214, so daß die sekundäre Einführungskraft größer ist als die anfängliche Einführungskraft. Das Kontaktelement 202 berührt schließlich die Endanschläge 222, 223 am Gehäuse 204. Alternativ können die elastischen Materialien 212, 213 so ausgewählt werden, daß die sekundäre Einführungskraft kleiner ist als die anfängliche Einführungskraft.
Das Verkapselungsmaterial 214 ermöglicht einen verhältnismäßig großen Bewegungsbereich bei einer geringen Kraft, wodurch zugelassen wird, daß der Kontakt 202 trotz einer erheblichen Fehlanpassung einen Durchgang und eine Planarität erreicht. Bei einer Ausführungsform ist der Faden 220 keine starre Stütze, wodurch eine Rotations- und eine Translationsbewegung des Kontakts 202 ermöglicht wird. Sobald das Kontaktelement 202 gegen das elastische Material 212, 213- gedrückt wird, bietet der zweite Anpassungsmodus eine Langzeitverbindung, die einem Ausfall infolge von Ermüdung, Schwingungen, Temperaturschwankungen und infolge eines übermäßigen oder wiederholten Einführens widersteht. Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der das Kontaktelement 202 flexibel ist, wirkt der Verbinder 200 als eine Lastfeder, wie oben in Verbindung mit den Fig. 1-3 erörtert wurde.
Fig. 12B ist eine perspektivische Ansicht eines Kontaktelements 202, das nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt und Öffnungen 221, 227 zum Aufnehmen des Fadens 220 aufweist. Fig. 12C zeigt einen alternativen Verbinder 200A, der nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, wobei die Öffnung 221A des Kontaktelements 202A eine Schlitzstruktur zum Aufnehmen des Fadens 220A ist.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht des Verbinders 200 mit mehreren durch Abstandselemente 224 getrennten Kontaktelementen 202. Die Abstandselemente können in den Faden 220 aufgenommen sein. Alternativ können die Kontaktelemente 202 während des Aufbringens des Verkapselungsmaterials 214 in der gewünschten Abstandsbeziehung festgehalten werden (siehe Fig. 12A). Der Faden 220 wird durch das Gehäuse 204 gehalten. Der Abstand zwischen den Kontaktelementen 202 kann durch Ändern der Dicke der Abstandselemente 224 eingestellt werden. Der vorliegende Verbinder kann vorzugsweise Kontaktelemente bereitstellen, die eine Teilung von weniger als etwa 0,4 mm und bevorzugter von weniger als etwa 0,2 mm aufweisen. Die Abstandselemente 224 können aus einer Vielzahl dielektrischer Materialien, wie Kunststoff oder Keramik, hergestellt werden.
Fig. 14A ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders 230, der nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, wobei ein nockenförmiges Kontaktelement 232 durch einen Faden 244 zumindest teilweise in einem Gehäuse 234 festgehalten wird. Fig. 14B ist eine perspektivische. Ansicht des Kontaktelements 232. Einelastisches Material 238 befindet sich neben dem Kontaktelement 232 auf der einem Verkapselungsmaterial 236 entgegengesetzten Seite. Das Gehäuse 234 ist zum Aufnehmen einer Kartenrandvorrichtung 240 konfiguriert, die an mindestens einer Fläche Kontaktelemente 242 aufweist. Wie in Zusammenhang mit Fig. 12A erörtert wurde, verschiebt das Kontaktelement 232 das Verkapselungsmaterial 236 in einem ersten Anpassungsmodus. Nachfolgend greift das Kontaktelement 232 an das elastische Material 238 an, um einen zweiten Anpassungsmodus einzuleiten. Das Gehäuse 234 ist so konfiguriert, daß die maximale Drehung des Kontaktelements 232 um den Faden 244 begrenzt wird.
Fig. 15 ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders 250, der nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, welcher zum Eingreifen in eine Vorrichtung 252 mit J-förmigen Zuleitungen an einem Schaltungselement 254 konfiguriert ist. Das Kontaktelement 256 ist neben einem Verkapselungsmaterial 260 und einem elastischen Material 262 an einem Faden 258 positioniert. Das elastische Material hat vorzugsweise einen höheren Härtewert als das Verkapselungsmaterial 260.
In Fig. 16A ist ein alternativer Verbinder 270A dargestellt, der nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt und der dafür vorgesehen ist, in eine Lötkugelvorrichtung 272 an einem Schaltungselement 274 einzugreifen. Ein Verbinderelement 276A dreht sich um einen Drehpunkt 278A innerhalb eines Verbindergehäuses 280A. Der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt 282A des Kontaktelements 276A weist eine Vertiefung 284A zum Erleichtern des Eingriffs in das Kugelelement 272 des Schaltungselements 274 auf. Ein zweiter Schaltungsschnittstellenabschnitt 286A steht zum Eingreifen in ein zweites Schaltungselement (nicht dargestellt) aus dem Boden des Gehäuses 280A vor. Fig. 16B ist ein alternativer Verbinder 270B, wobei das Kontaktelement 276B für eine Drehung um den Drehpunkt 2788 in einer im wesentlichen vertikalen Konfiguration vorliegt.
Fig. 17 ist eine seitliche Schnittansicht eines alternativen Verbinders 290, der nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, welcher zum Eingreifen in eine Vorrichtung 292 mit einer Stiftgitter- Mehrfachanordnung, die einen Stift 294 aufweist, konfiguriert ist. Das Kontaktelement 296 dreht sich innerhalb des Gehäuses 300 um einen Drehpunkt 298. Ein Verkapselungsmaterial 302 bietet einen ersten Anpassungsmodus, und ein elastisches Material 304 bietet einen zweiten Anpassungsmodus.
Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbinderanordnung 320, die nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt und die eine Mehrfachanordnung von Kontaktelementen 322 aufweist. Eine Form 324 mit mehreren Schlitzen 326 behält den bevorzugten Abstand zwischen den Kontaktelementen 322 bei. Die Verbinderanordnung kann eine große Vielfalt von Größen und Formen annehmen.
Fig. 19 ist eine seitliche Schnittansicht eines Paars von Kontaktelementen 322 aus Fig. 18, die durch ein Paar flexibler Fäden 330, 331 und ein Verkapselungsmaterial 332 im Verbindergehäuse 328 festgehalten sind. Ein elastisches Material 334 befindet sich an zwei Orten neben dem Kontaktelement 322.
Fig. 20 zeigt die Bewegung der Kontaktelemente 322 und der Fäden 330, 331 nach dem Eingreifen in ein Schaltungselement (nicht dargestellt). Die Kontaktelemente 322 komprimieren das elastische Material 334. Zusätzlich zur Rotationsbewegung der Kontaktelemente 322 ist die Translationsbewegung der Kontaktelemente 322 durch die Bewegung der Fäden 330 im wesentlichen in einer Richtung "A" zur Mitte des Verbinders 330 hin verlaufend dargestellt. Die Fäden 331 bewegen sich im allgemeinen in einer Richtung "B" von der Mitte des Verbinders 330 fort.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein austauschbares Chipmodul zum elektrischen Verbinden von einem oder mehreren ersten Schaltungselementen mit einem zweiten Schaltungselement. Die ersten Schaltungselemente sind typischerweise eine Funktionsgruppe gekapselter oder nicht gekapselter integrierter Schaltungsvorrichtungen, und das zweite Schaltungselement ist typischerweise eine gedruckte Leiterplatte, ein Keramiksubstrat oder eine flexible Schaltung. Bei einer Ausführungsform ist das zweite Schaltungselement Teil des austauschbaren Chipmoduls. Das zweite Schaltungselement hat typischerweise einen dritten Verbinder zum Eingreifen in ein drittes Schaltungselement.
Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht eines als Beispiel dienenden austauschbaren Chipmoduls 400 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse 402 hat mehrere Vorrichtungsstellen 404 zum Aufnehmen von einem oder mehreren ersten Schaltungselementen 414 (siehe Fig. 22). Die ersten Schaltungselemente 414 sind entweder als eine integrierte Schaltungsvorrichtung mit einem ungekapselten Chip oder als eine gekapselte integrierte Schaltungsvorrichtung dargestellt. Bei der Ausführungsform aus Fig. 21 weist die Vorrichtungsstelle 404 eine Vertiefung 406 auf, die für das Aufnehmen der ersten Schaltungselemente 414 konfiguriert ist.
Es ist für die Vorrichtungsstellen 404 zum Aufnehmen der ersten Schaltungselemente 414 in der Vertiefung 406 eine Abdeckung 408 bereitgestellt. Bei der Ausführungsform aus Fig. 21 haben die Abdeckungen 408 einen angefasten Rand 409 zum gleitenden Angreifen an eine entsprechende Lippe 411 am Gehäuse 402. Die Abdeckungen 408 können wahlweise eine Öffnung 413 zum Betrachten von Identifizierungsmarkierungen an den ersten Schaltungselementen 414 aufweisen. Abdeckungen 408 mit Öffnungen 413 sind für Silicium-IC-Vorrichtungen mit einem ungekapselten Chip nicht bevorzugt. Ein weiter unten erörterter lötfreier Mehrmodusverbinder 420 befindet sich am Grund der Vertiefung 406. Die Abdeckung 408 und/oder das Gehäuse 402 können als Wärmesenken wirken und/oder aus einem elastischen Material bestehen, um eine zusätzliche ebene Anpassung zwischen den Schaltungselementen 410, 414 und dem lötfreien Verbinder 420 zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform ist der lötfreie Verbinder 420 integriert mit dem Gehäuse 402 ausgebildet. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der lötfreie Verbinder 420 ein diskretes Bauteil, das sich innerhalb des Gehäuses 402 bewegen kann. Bei dieser Ausführungsform weist das Gehäuse 402 einen Mechanismus zum allgemeinen Justieren und/oder Festhalten auf. Weil der lötfreie Verbinder 420 bewegbar ist, erfolgt das Betätigen der elastischen Kontaktelemente 422 mit dem ersten Schaltungselement 410 und dem zweiten Schaltungselement 414 im wesentlichen gleichzeitig. Weiterhin ermöglicht die Bewegung des lötfreien Verbinders 420 eine größere planare Anpassung zwischen den Schaltungselementen 410, 414 und eine besser ausgeglichene Anpassung der Kontaktelemente 422.
Wie am besten in Fig. 22 ersichtlich ist, weisen die Vorrichtungsstellen 404 einen lötfreien Mehrmodusverbinder 420 zum Eingreifen in das erste Schaltungselement 414 und das zweite Schaltungselement 410 auf. Der lötfreie Mehrmodusverbinder 420 weist mehrere elastische Kontaktelemente 422 auf, die sich vom ersten Schaltungselement 414 zum zweiten Schaltungselement 410 erstrecken. Bei einer alternativen Ausführungsform könnten getrennte Sätze elastischer Kontaktelemente 422 zum Eingreifen in das erste Schaltungselement 410 und das zweite Schaltungselement 414 konfiguriert sein.
Die elastischen Kontaktelemente 422 weisen ein erstes nachgiebiges Element auf. Die Kontaktelemente 422 weisen erste Schaltungsschnittstellenabschnitte 424 auf, die so positioniert sind, daß sie an einer ersten Schaltungsschnittstelle 415 in Kontaktflecke 416 am ersten Schaltungselement 414 angreifen. In ähnlicher Weise weisen einige der Kontaktelemente 422 zweite Schaltungsschnittstellenabschnitte 431 auf, die so positioniert sind, daß sie an Kontaktflecken 432a, 432b angreifen. Bei der in Fig. 22 dargestellten Ausführungsform greifen die Kontaktelemente 422 nicht am Kontaktfleck 432c an.
Ein elastisches, dielektrisches Verkapselungsmaterial 426 umgibt einen Abschnitt des elastischen Kontaktelements 422. Das Verkapselungsmaterial 426 weist ein zweites nachgiebiges Element auf. Das elastische Kontaktelement 422 und das dielektrische Verkapselungsmaterial 426 bieten einen ersten Anpassungsmodus des lötfreien Mehrmodusverbinders 420. Eine Reihe von Endanschlägen 430 befindet sich am Gehäuse 402, um in einem zweiten Anpassungsmodus an Abschnitten der Kontaktelemente 422 anzugreifen. Das zweite Schaltungselement 410 weist einen dritten elektrischen Verbinder 407 auf, der elektrisch mit den Kontaktflecken 432a-c verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der elektrische Verbinder 407 ein 168-DIMM-Randkartenverbinder. Der dritte elektrische Verbinder 407 dient dem elektrischen Verbinden des zweiten Schaltungselements 410 mit einem dritten Schaltungselement (siehe allgemein die Fig. 26 und 27).
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen austauschbaren Chipmoduls 440 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 442 weist eine Vorrichtungsstelle 444 zum Aufnehmen einer Mikroprozessorvorrichtung (nicht dargestellt) auf. Eine Reihe von Vorrichtungsstellen 446 ist entlang einem Rand des Gehäuses 442 konfiguriert, um integrierte Flashspeicher-Schaltungsvorrichtungen (nicht dargestellt) aufzunehmen. Die Vorrichtungsstellen 448, 450 sind entlang den anderen Rändern des Gehäuses 442 bereitgestellt, um andere den Mikroprozessor tragende Schaltungselemente aufzunehmen. Bei der in Fig. 23 dargestellten Ausführungsform weist jede der Vorrichtungsstellen 444, 446, 448, 450 eine geeignete Abdeckung 456a-456c auf. Die Abdeckungen 456a-456c weisen einen abgefasten Rand 409 zum gleitenden Eingriff mit einer entsprechenden Lippe 411 am Gehäuse 442 auf.
Das in Fig. 23 dargestellte austauschbare Chipmodul 440 weist entlang einem Rand ein zweites Schaltungselement 451 mit einem 168-DIMM-Randkartenverbinder 452 und entlang dem anderen Rand eine flexible Schaltungsverbindung 454 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Schaltungselement 454 eine gedruckte Leiterplatte. Wie in Zusammenhang mit Fig. 22 erörtert wurde, weist die die Vorrichtungsstellen 444, 446, 448 und 450 bildende Basis der Vertiefungen einen lötfreien Mehrmodusverbinder 420 zum elektrischen Verbinden der integrierten Schaltungsvorrichtungen mit dem zweiten Schaltungselement 451 auf. Die elektrischen Verbinder 452 und 454 sind bereitgestellt, um das zweite Schaltungselement 451 mit einem dritten Schaltungselement (siehe allgemein die Fig. 26 und 27) elektrisch zu verbinden.
Die Fig. 24 und 25 zeigen eine alternative Ausführungsform des austauschbaren Chipmoduls 460 gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine einzige Einheitsabdeckung 462 ist zum Eingriff in ein Gehäuse 464, das mehrere Vorrichtungsstellen 466 aufweist, vorgesehen. Wie am besten in Fig. 25 ersichtlich ist, weist die Abdeckung 462 eine Reihe von Vorsprüngen 468 auf, die das Eingreifen der ersten Schaltungselemente in die lötfreien Mehrmodusverbinder 420 erleichtern. Die Vorsprünge 468 können wahlweise aus einem elastomeren Material bestehen, um eine zusätzliche planare Anpassung zwischen dem Schaltungselement (nicht dargestellt) und dem lötfreien Verbinder 420 bereitzustellen.
Zum Maximieren der Funktionalität des austauschbaren Chipmoduls 460 aus den Fig. 24 und 25 ist die Abdeckung 462 vorzugsweise durch Befestigungselemente in der Art von Schrauben, die sich durch Schraublöcher 470 erstrecken, abnehmbar am Gehäuse 464 angebracht. Justierungsstifte 472 und entsprechende Justierungslöcher 474 können auch zum Justieren der Abdeckung 462 mit dem Gehäuse 464 bereitgestellt sein.
Die Fig. 26 und 27 zeigen eine alternative Ausführungsform des vorliegenden austauschbaren Chipmoduls 480 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung an einer elektronischen Vorrichtung in der Art eines Plattenlaufwerks.
Ein Gehäuse 482 hat eine Vertiefung 484, die eine Vorrichtungsstelle 486 zum Aufnehmen einer integrierten Schaltungsvorrichtung 488 bildet. Eine Abdeckung 490 ist zum Aufnehmen der integrierten Schaltungsvorrichtung 488 in der Vorrichtungsstelle 486 bereitgestellt. Ein lötfreier Mehrmodusverbinder 492 befindet sich am Grund der Vertiefung 484.
Bei der in den Fig. 26 und 27 dargestellten Ausführungsform ist eine Hauptleiterplatte 494 entlang der hinteren Fläche des Gehäuses 482 positioniert, um in den lötfreien Mehrmodusverbinder 492 einzugreifen. Die Hauptleiterplatte 494 hat mehrere Anschlußstellen 498 einer integrierten Schaltungsvorrichtung zum Eingreifen in den lötfreien Verbinder 492 mit Mehrmodusanpassung (siehe Fig. 22). Ein Versteifungselement 500 kann wahlweise an der hinteren Fläche der Hauptleiterplatte 494 angebracht sein. Falls die Hauptleiterplatte 494 eine Reihe oberflächenmontierter integrierter Schaltungsvorrichtungen 502 aufweist, weist das Gehäuse 482 eine Vertiefung 504 zum Ermöglichen des Eingreifens in das austauschbare Chipmodul 480 auf.
Wie in Fig. 27 am besten ersichtlich ist, weist der untere Rand 506 des austauschbaren Chipmoduls 480 einen lötfreien Verbinder 508 mit Mehrmodusanpassung zum Eingreifen in eine Steuerplatine 512 auf. Bei der in Fig. 26 dargestellten Ausführungsform hat die Steuerplatine 512 eine Vertiefung 510 zum Aufnehmen des austauschbaren Chipmoduls 480.
Fig. 28 zeigt eine Ausführungsform mit einem ersten austauschbaren Chipmodul 560, das elektrisch mit einem zweiten austauschbaren Chipmodul 570 verbunden ist. Das erste austauschbare Chipmodul 560 enthält einen oder mehrere erste Schaltungselemente 562, die durch Abdeckungen 568 gegenüber einem lötfreien Mehrmodusverbinder 564 an einem zweiten Schaltungselement (nicht dargestellt) gehalten werden. Das zweite austauschbare Chipmodul 570 wird elektrisch in Eingriff mit einem dritten Verbinder 572 am Gehäuse 574 des ersten austauschbaren Chipmoduls 560 gebracht. Bei einer alternativen Ausführungsform können mehrere austauschbare Chipmodule in einer dreidimensionalen Mehrfachanordnung oder Matrix gestapelt werden.
Fig. 29 zeigt ein Verfahren zum Verwenden eines austauschbaren Chipmoduls 520 gemäß der vorliegenden Erfindung während mehrerer Phasen der Lebensdauer eines ersten Schaltungselements 522. Ein oder mehrere erste Schaltungselemente 522 werden durch eine Abdeckung 526 im austauschbaren Chipmodul 520 gehalten und an einer ersten Schaltungsschnittstelle 528 in Eingriff mit einem lötfreien Mehrmodusverbinder 524 gebracht. Bei der in Fig. 28 dargestellten Ausführungsform bilden die mehreren elastischen Kontaktelemente 532 auch die zweite Schaltungsschnittstelle 530 zum elektrischen Verbinden des austauschbaren Chipmoduls 520 (und daher des ersten Schaltungselements) mit einer Anzahl anderer Schaltungselemente 540, 544, 550.
Während der Anfangsstadien der Lebensdauer des ersten Schaltungselements 522 in der Art einer integrierten Schaltung ist das zweite Schaltungselement 540 typischerweise eine Funktionstestplatine zum Ausführen eines charakterisierenden Testens, eines manuellen Testens der Einrichtung und/oder eines Produktionstestens. Die Funktionstestplatine 540 hat eine Reihe von Kontaktflecken 542, die so angeordnet sind, daß sie in die elastischen Kontaktelemente 532 an der zweiten Schaltungsschnittstelle 530 angreifen. Die elastischen Kontaktelemente 532 ermöglichen es, daß das erste Schaltungselement 522 vorübergehend elektrisch mit dem zweiten Schaltungselement 540 verbunden wird.
Während des nächsten Stadiums der Lebensdauer des ersten Schaltungselements 522 ist das dritte Schaltungselement 544 typischerweise eine Voralterungsplatine zum Voraltern und zur zyklischen Temperaturbeanspruchung des ersten Schaltungselements 522. Wiederum hat die Voralterungsplatine 544 eine Reihe von Kontaktflecken 546, die so angeordnet sind, daß sie an der zweiten Schaltungsschnittstelle 530 in die elastischen Kontaktelemente 532 eingreifen. Im letzten Stadium der Lebensdauer des Schaltungselements 522 ist das vierte Schaltungselement 550 eine Systemniveau-Platine mit geeignet angeordneten Kontaktflecken 552.
Das vorliegende austauschbare Chipmodul 520 ermöglicht es, daß das erste Schaltungselement 522 charakterisiert, getestet, identifiziert, vorgealtert und in der Produktion verwendet wird, ohne jemals vom Modul 520 entfernt werden zu müssen. Falls eine oder mehrere der ersten Schaltungsvorrichtungen in einer dieser Phasen ausfällt, kann das ausgefallene Schaltungselement leicht vom austauschbaren Chipmodul 520 entfernt und ausgetauscht werden, ohne daß die anderen ersten Schaltungselemente oder das austauschbare Chipmodul beschädigt wird.
Fig. 30 ist eine seitliche Schnittansicht eines Verbinders 600 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kontaktelemente 602a-d werden durch ein nachgiebiges dielektrisches Verkapselungsmaterial 606 in Öffnungen 610a-d im Gehäuse 604 gehalten. Die schraubenförmigen Abschnitte 607a-d unterstützen das Festhalten der Kontaktelemente 602a-d am Verkapselungsmaterial 606. Das Verkapselungsmaterial 606 kann an den Kontaktelementen 602a-d haften, oder dies kann nicht der Fall sein. Bei der dargestellten Ausführungsform haben die Kontaktelemente eine Länge "L", so daß sich die oberen Enden 603a-d oberhalb des Gehäuses 604 erstrecken und sich die unteren Enden 605a-d unterhalb des Gehäuses 604 erstrecken.
Das Verkapselungsmaterial 606 ermöglicht eine vertikale Bewegung, eine seitliche Bewegung und eine Drehbewegung der Kontaktelemente 602a-d bei einem unter Druck erfolgenden Eingreifen in entgegengesetzte Schaltungselemente (siehe Fig. 31-35). Die Kontaktelemente 602a-d können lose in die Öffnungen 610a-d passen. Alternativ können sich Endanschläge entlang den Öffnungen befinden, um eine beschränkte Drehbewegung und/oder seitliche Bewegung der Kontaktelemente 602a-d zu ermöglichen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Öffnung sich verjüngend ausgebildet sein, um die vertikale Bewegung der Kontaktelemente 602a-d in einer Richtung zu beschränken. Das Verkapselungsmaterial 606- weist ein erstes nachgiebiges Element auf, das einen ersten Anpassungsmodus definiert.
Die Kontaktelemente 602a-d haben eine Bandform, wobei die Breite "W" des Querschnitts größer als seine Dicke "T" ist. Zumindest ein Abschnitt der Kontaktelemente 602a-d ist verdrillt, wodurch ein im wesentlichen schraubenförmiger Abschnitt 607a-d gebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Durchmesser entlang der Länge "L" der verdrillten Kontaktelemente 602a-d im wesentlichen konstant. Ein im wesentlichen konstanter Durchmesser ermöglicht Öffnungen 610a-d, die einen kleineren Durchmesser aufweisen, und er ermöglicht einen geringeren Abstand der Kontaktelemente 602a-d am Verbinder 600. Bei einer alternativen Ausführungsform kann sich die Breite "W" entlang der Länge "L" der Kontaktelemente 602a-d für spezielle Anwendungen ändern.
Einer oder mehrere schraubenförmige Abschnitte 607a-d können sich an einem diskreten Ort entlang der Länge "L" jedes Kontaktelements, beispielsweise in der Nähe der geometrischen Mitte, befinden. Alternativ kann sich der schraubenförmige Abschnitt über die ganze Länge des Kontaktelements erstrecken. Bei einer Ausführungsform befinden sich zwei diskrete schraubenförmige Abschnitte 607c in der Nähe der Enden 603c, 610c am Kontaktelement 602c, wobei sich ein im wesentlichen planarer Abschnitt 608 in der Nähe der Mitte befindet. Der Begriff "schraubenförmiger Abschnitt" bezeichnet eine im wesentlichen zylindrische Spirale mit konstanter oder sich ändernder Teilung. Bei Ausführungsformen, bei denen sich die Breite "W" entlang der Länge "L" eines Kontaktelements ändert, kann die im wesentlichen zylindrische Spirale eine Reihe im wesentlichen konzentrischer, zylindrischer Spiralen mit konstanter oder sich ändernder Teilung umfassen. Die Kontaktelemente 602a, 602d sind um etwa 180 Grad verdrillt. Das Kontaktelement 602b und das Kontaktelement 602c sind in der Nähe der jeweiligen Enden 603c und 610c jeweils um etwa 90 Grad verdrillt, woraus sich eine Gesamtverdrillung von 180 Grad ergibt. Der Verdrillungsgrad und der Ort des schraubenförmigen Abschnitts erzeugen einen vordefinierten Biegungspunkt. Der Biegungspunkt kann für spezielle Anwendungen eingestellt werden. Die Kontaktelemente 602a-d weisen ein zweites nachgiebiges Element auf. Durch die kombinierte Elastizität des ersten und des zweiten nachgiebigen Elements wird ein zweiter Anpassungsmodus definiert.
Das obere Ende 603a und das untere Ende 605a des Kontaktelements 602a sind im wesentlichen konvex. Das obere Ende 603d des Kontaktelements 602d ist im wesentlichen konkav, und das untere Ende 605d ist im wesentlichen konvex. Die Enden der Kontaktelemente 602a-d können so konfiguriert sein, daß sie der Form der Schnittstelle am ersten und zweiten Schaltungselement entsprechen. Alternativ können die Enden der Kontaktelemente 602a-d so konfiguriert sein, daß sie sich in die Schnittstelle an den Schaltungselementen eingraben und/oder diese verformen, wodurch ein robuster elektrischer Kontakt gebildet wird.
Eine durch entgegengesetzte Schaltungselemente auf die Kontaktelemente 602a-d ausgeübte komprimierende Kraft bewirkt ein Biegen des Verkapselungsmaterials 606 und eine leichte Drehung der Kontaktelemente 602a-d infolge des schraubenförmigen Abschnitts 607a-d. Die Art und der Grad der Drehkraft hängen von der Form der Spitze und der entgegengesetzten Schaltungselemente ab. Die Art des Verkapselungsmaterials 606 ermöglicht eine leichte Bewegung des Kontaktelements 602a-d innerhalb der Öffnungen 610a-d im ersten Anpassungsmodus, bis ein unwesentlicher Kontakt der Kontaktelemente 602a-d mit einer Wand der Öffnung 610a-d oder einem Endanschlag hergestellt wird.
Ein Erhöhen der von den Schaltungselementen ausgeübten komprimierenden Kraft führt zu einer leichten Biegung der bandförmigen Kontaktelemente 602a-d, was gewöhnlich auf das Angreifen des Kontaktelements an eine Seitenwand der Öffnung hin erfolgt. Die elastische Art des Bandmaterials sowie eine weitere Verformung des Verkapselungsmaterials liefern einen zweiten Anpassungsmodus. Die kombinierte seitliche und drehende Bewegung der Kontaktelemente 602a-d liefert eine leichte Schleifwirkung zum Brechen jedes möglicherweise auf den Anschlüssen der Schaltungselemente vorhandenen Oxidfilms oder nichtleitenden Films. Der Verbinder 600 aus Fig. 30 kann mit beliebigen austauschbaren Chipmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Fig. 31 ist eine seitliche Schnittansicht eines als Beispiel dienenden austauschbaren Chipmoduls 620, bei dem der Verbinder 600' im wesentlichen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein Gehäuse 624 hat Vorrichtungsstellen 626 zum Aufnehmen von einem oder mehreren ersten Schaltungselementen 628. Das erste Schaltungselement 628 ist als eine integrierte Schaltungsvorrichtung mit einem ungekapselten Chip oder als eine verkapselte integrierte Schaltungsvorrichtung dargestellt. Eine Abdeckung 630 ist für die Vorrichtungsstellen 626 vorgesehen, um die ersten Schaltungselemente 628 am Modul 620 festzuhalten. Die Abdeckung 630 und/oder das Gehäuse 624 können als Wärmesenken wirken. Kontaktelemente 634a-c erstrecken sich vom ersten Schaltungselement 628 zu einem zweiten Schaltungselement 632. Die Kontaktelemente 634a-c umfassen erste Schaltungsschnittstellenabschnitte 636a-c, die so positioniert sind, daß sie in einem Kompressionsmodus an Kontaktflecken 638 am ersten Schaltungselement 628 an einer ersten Schaltungsschnittstelle 640 angreifen.
Fig. 32 zeigt ein alternatives erstes Schaltungselement 628' mit einer Kugelgitter-Mehrfachanordnung 638' an Stelle der Kontaktflecken 638. In ähnlicher Weise weisen die Kontaktelemente 634a-c zweite Schaltungsschnittstellenabschnitte 642a-c auf, die so positioniert sind, daß sie im Kompressionsmodus an Kontaktflecken 645 an einem zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt 644 angreifen. Bei der in Fig. 31 dargestellten Ausführungsform können sich die Größe und die Form der ersten und der zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitte 636a-c, 642a-c ändern.
Das elastische dielektrische Verkapselungsmaterial 646 umgibt einen Abschnitt der elastischen Kontaktelemente 634a-c. Bei den Ausführungsformen aus den Fig. 31 und 32 haben die Kontaktelemente 634a-c eine Verdrillung von 90 Grad. Das Verkapselungsmaterial 646 weist ein erstes nachgiebiges Element auf und stellt einen ersten Anpassungsmodus bereit. Die Biegung der Kontaktelemente 634a-c und die weitere Verformung des dielektrischen Verkapselungsmaterials 646 liefern einen zweiten Anpassungsmodus des lötfreien Mehrmodusverbinders 600'. Wie oben erörtert wurde, weist das zweite Schaltungselement 632 typischerweise einen dritten elektrischen Verbinder auf (siege Fig. 21), der elektrisch mit den Kontaktflecken 645 verbunden ist. Der dritte elektrische Verbinder (nicht dargestellt) wird typischerweise zum elektrischen Verbinden des zweiten Schaltungselements 632 mit einem dritten Schaltungselement verwendet (siehe allgemein die Fig. 26 und 27).
Die Fig. 33A-33F zeigen alternative Kontaktelemente 650a-650f mit schraubenförmigen Abschnitten 652a-652f. Alle dargestellten Ausführungsformen sind symmetrisch, wenngleich die Symmetrie nicht erforderlich ist. Die Ausführungsformen aus den Fig. 33A-33D weisen eine erste Biegung 654a-d oberhalb der schraubenförmigen Abschnitte 652a-d und eine zweite Biegung 656a-d unterhalb der schraubenförmigen Abschnitte 652a-d auf.
Fig. 34 ist eine schematische Darstellung eines Verbinders 660 mit Kontaktelementen 662, die sich oberhalb des Gehäuses 664 erstrecken. Der Verbinder 660 ist allgemein für ein Eingreifen in eine Anschlußsteggitter-Mehrfachanordnung konfiguriert. Ein Einsatz 666 mit mehreren Öffnungen 668, die dem Abstand der Kontaktelemente 662 entsprechen, kann gegenüber dem Gehäuse 664 angeordnet sein. Die Öffnungen 668 bilden Vertiefungen, die das Eingreifen in eine Kugelgitter-Mehrfachanordnung 670 an einem Schaltungselement 672 erleichtern.
Andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich. Es sei bemerkt, daß die oben angegebene Beschreibung der Veranschaulichung dient und nicht einschränkend ist. Fachleuten werden beim Lesen der oben angegebenen Beschreibung viele andere Ausführungsformen einfallen. Der Schutzumfang der Erfindung soll daher durch die anliegenden Ansprüche festgelegt sein und alle gleichwertigen Formen einschließen, die von den Ansprüchen abgedeckt werden.

Claims

1. Verbindervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines ersten und eines zweiten Schaltungselements (50, 52), wobei jedes Schaltungselement eine erste und eine zweite Arbeitsfläche (54, 58) mit jeweiligen Verbinderelementen (56, 60) aufweist, wobei die Verbindervorrichtung aufweist:

ein elektrisch isolierendes Verbindergehäuse (44), das dafür ausgelegt ist, im wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungselement (50, 52) positioniert zu werden,

ein elastisches Kontaktelement (42), das im allgemeinen innerhalb des Verbindergehäuses (44) positioniert ist und einen elastischen ersten und zweiten Schaltungsschnittstellenabschnitt (62, 66) zum Eingriff mit den Verbinderelementen (56, 60) am ersten und zweiten Schaltungselement (50, 52) aufweist, wobei das elastische Kontaktelement (42) ein erstes nachgiebiges Element aufweist, gekennzeichnet durch

ein elastisches, dielektrisches Verkapselungsmaterial (46), das einen Abschnitt des elastischen Kontaktelements (42) umgibt und ein zweites nachgiebiges Element aufweist, wobei das erste und das zweite nachgiebige Element in der Lage sind, einen ersten Nachgiebigkeitsmodus bereitzustellen, wenn das Kontaktelement (42) durch ein Schaltungselement verschoben wird, und

mindestens eine Fläche am Gehäuse (44), gegen die ein Abschnitt des zweiten nachgiebigen Elements zumindest teilweise komprimiert werden kann, um einen Biegungspunkt bereitzustellen, an dem sich das Kontaktelement in einem zweiten Nachgiebigkeitsmodus elastisch verformt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elastische Verformung des Kontaktelements (42) den zweiten Nachgiebigkeitsmodus aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Eingriff des Kontaktelements (42) am Biegungspunkt den zweiten Nachgiebigkeitsmodus einleitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Biegungspunkt einen ersten und einen zweiten Endanschlag (72, 76) am Gehäuse (44) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Biegungspunkt eine ebene Fläche am Gehäuse (44) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbinder eine anfängliche Einführungskraft aufweist, die kleiner ist als eine sekundäre Einführungskraft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kontaktelement (42) mindestens einen schraubenförmigen Abschnitt aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt (62) eine Form aufweist, die zur Form des Verbinderelements (42) komplementär ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt (62) eine Schalenform aufweist, die so konfiguriert ist, daß ein Eingriff mit dem Verbinderelement (42) eines Schaltungselements hergestellt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elastische Kontaktelement (42) ein Stück eines leitenden Schichtmaterials aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt (62) einen schleifenden Eingriff mit dem ersten Schaltungselement (50) bereitstellt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schaltungsschnittstellenabschnitt (62) in der Lage ist, mit einem Verbinderelement in Eingriff zu kommen, das aus der aus einer. Randkarte, einer Vorrichtung mit J-förmigen Zuleitungen, einer flexiblen Schaltung, einem Bandverbinder, einem Kabel, einer Kugelgitter-Mehrfachanordnung (BGA), einer Anschlußsteggitter-Mehrfachanordnung (LGA), einem Chipträger mit Plastikanschlüssen (PLCC), einer Stiftgitter-Mehrfachanordnung (PGA), einer integrierten Schaltung mit geringen Abmessungen (SOlO), einem Doppelreihengehäuse (DIP), einem quadratischen Flachgehäuse (QFP), einem anschlußlosen Chipträger (LCC) und einem Chipgrößengehäuse (CSP) bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter mindestens ein das Kontaktelement (42) tragendes Tragelement (43) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Tragelement (43) einen Schwenkpunkt aufweist, um den sich das Kontaktelement (42) dreht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Tragelement (43) einen flexiblen Faden aufweist, der eine Translationsbewegung des Kontaktelements (42) ermöglicht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt des zweiten Nachgiebigkeitsmodus durch die Geometrie des ersten Kontaktelements bestimmt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Abschnitt des zweiten Nachgiebigkeitsmodus durch die Dicke des ersten Kontaktelements bestimmt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Schaltungselement (52) aufweist, ein austauschbares Chipmodulgehäuse mit mehreren Vorrichtungsstellen, die jeweils mindestens ein erstes Schaltungselement (50) aufnehmen können,

eine Verbindervorrichtung nach Anspruch 1, die sich in einer oder mehreren der Vorrichtungsstellen befindet, und

einen zweiten Verbinder zum elektrischen Verbinden des zweiten Schaltungselements mit einem dritten Schaltungselement.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der zweite Verbinder aus einer aus Randverbindern, Bandkabeln, gedruckten Leiterplatten, integrierten Schaltungsvorrichtungen, organischen oder anorganischen Substraten, flexiblen Schaltungen, starren Schaltungen und einer Verbindervorrichtung nach Anspruch 1 bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das erste Schaltungselement (50) aus einer aus gekapselten integrierten Schaltungsvorrichtungen, nicht gekapselten integrierten Schaltungsvorrichtungen und einer Funktionsgruppe integrierter Schaltungsvorrichtungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das dritte Schaltungselement ein austauschbares Chipmodul aufweist.

22. Verfahren zum Verwenden des austauschbaren Chipmoduls für mehrere Phasen der Lebensdauer eines ersten Schaltungselements mit den Schritten:

Anordnen mehrerer erster Schaltungselemente an Vorrichtungsstellen in einem Modulgehäuse,

Drücken der ersten Schaltungselemente in die Vorrichtungsstelle zur Bildung einer ersten Schaltungsschnittstelle mit einem ersten Verbinder, der als Verbindervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 konfiguriert ist,

Anordnen eines zweiten Verbinders an dem elektrisch mit dem ersten Verbinder verbundenen Modulgehäuse,

elektrisches Verbinden des zweiten Verbinders mit einem zweiten Schaltungselement,

elektrisches Trennen des zweiten Verbinders vom zweiten Schaltungselement und

elektrisches Verbinden des zweiten Verbinders mit einem dritten Schaltungselement.