Устройство электрического соединения элементов из проводящего материала и способ его изготовления

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в приборостроении радиоэлектронной аппаратуры, газоразрядных и электролюминисцентных панелей для осуществления электрических соединений проводящих элементов в этих приборах. Технический результат заключается в обеспечении создания электрических соединений проводящих элементов в отсутствии доступа к месту соединения. Устройство содержит по крайней мере две пластины 1, 2 из изоляционного материала, между которыми размещены прокладки 5 из легкоплавкого изоляционого материала с отверстиями. На пластинах 1, 2 размещен набор контактных площадок 3 из проводящего материала, а на каждой площадке и в отверстиях прокладок по крайней мере один соединительный элемент 4 из проводящего материала. Температура размягчения прокладок отлична от температуры размягчения материала соединительных элементов. Фиксацию соединительных элементов осуществляют нагреванием всего полученного изделия до температуры размягчения прокладки под давлением. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к электронной технике и могут быть использованы в приборостроении радиоэлектронной аппаратуры, газоразрядных и электролюминесцентных панелей для осуществления электрических соединений проводящих элементов в этих приборах.

Известны устройства электрического соединения элементов из проводящих материалов.

Устройство, описанное в патенте США N 4873615, М. кл. H 05 K 5/14, опубл. 10.10.89 г., используется для соединения проводящих выводов интегральных схем с выводами внешней схемы. Устройство содержит прямоугольную рамку, на одной из поверхностей которой имеется участок для приема подложки, которая закреплена на нем. На подложке смонтировано несколько полупроводниковых кристаллов с выступающими электрическими выводами, центральная часть которых закреплена на прямоугольной рамке, гибкая внешняя часть выводов служит для электрического соединения с внешней схемой, а гибкая внутренняя часть выводов соединена с контактной площадкой, электрически контактирующей с кристаллом подложки. При этом гибкий межсоединительный элемент с проводниками механически закреплен на подложке.

При изменении температуры деформации рамки предотвращают возникновение механических напряжений между подложкой и выводами, однако в устройстве затруднен доступ к внутренней части выводов, что значительно снижает его технологичность, устройство трудно использовать при создании электрических соединений в отсутствии доступа к месту соединения.

Известно устройство для получения или прерывания электрического соединения между проводящими элементами в заданных местах интегральных схем, описанное в патенте Франции N 2651083, М. кл. H 05 K 1/11, H 01 R 3/08, опубл. 22.02.91г. Устройство-прототип может содержать одну или несколько пластин из изоляционного материала, параллельных друг другу, на которых располагается набор контактных площадок из проводящего материала. На контактных площадках зафиксированы соединительные элементы из проводящего материала. Соединительные элементы представляют собой пластинки, концами расположенные на смачиваемых поверхностях контактных площадок. При нагревании мест соединения пластины расплавляются, освобождая силы поверхностного натяжения, в результате чего пластинки разделяются на два шарика, размещенных на смачиваемых поверхностях. При необходимости создания соединительного узла между контактными площадками параллельных пластин они располагаются напротив друг друга так, что при расплавлении шарики соединяются в одну таблетку.

Данное устройство использует силы поверхностного натяжения для получения или прерывания контакта в заранее заданных местах интегральных схем, однако использовать его для создания электрического соединения в условиях отсутствия доступа к месту электрического соединения, например, в электролюминесцентных панелях не удается.

Задачей изобретения является создание устройства электрического соединения проводящих элементов в отсутствии доступа к месту соединения.

Указанная задача решается в устройстве электрического соединения проводящих элементов, содержащем по меньшей мере две пластины из изоляционного материала, расположенных параллельно друг другу, на каждой из которых размещен набор контактных площадок из проводящего материала, а на каждой контактной площадке расположен по крайней мере один соединительный элемент из проводящего материала, и согласно изобретению дополнительно содержащем между пластинами прокладки из изоляционного материала с отверстиями, в каждом из которых размещены упомянутые соединительные элементы, зафиксированные на соответствующих контактных площадках.

При этом соединительные элементы могут быть выполнены из легкоплавкого проводящего материала, температуры размягчения которого и материала изолирующей прокладки равны или отличны друг от друга не более, чем на 20-25%.

Соединительные элементы могут быть также выполнены в виде элементов в форме скобы или Z-образных, выполненных из электропроводящего материала.

При этом взаимосвязь прокладки и соединительного элемента из легкоплавкого материала обеспечивается нагреванием под давлением, при котором материалы прокладки и соединительного элемента размягчаются.

При выполнении соединительных элементов в форме скобы или Z-образными при нагревании под давлением концы соединительных элементов фиксируются в размягченной прокладке, обеспечивая надежное соединение.

Причем в обоих случаях производят нагревание всего устройства, а не мест соединения, поэтому не требуется доступа к последним, что обуславливает возможность создания устройства электрического соединения проводящих элементов без доступа воздуха в герметичных условиях.

Пример выполнения предлагаемого устройства, содержащего в качестве примера две параллельные пластины из изоляционного материала, приведена на чертежах, где на фиг.1 приведен пример выполнения устройства с соединительными элементами в виде скобы, на фиг.2 - Z-образные элементы, а на фиг.3 - соединительные элементы из легкоплавкого проводящего материала.

Устройство согласно фиг.1 и 2 содержит первую 1 и вторую 2 параллельные пластины из изоляционного материала, расположенные напротив друг друга, на внутренних сторонах которых размещены контактные площадки 3, на каждой из которых располагается в качестве примера один соединительный элемент 4 из проводящего (электропроводящего) материала. Соединительные элементы 4 зафиксированы на контактных площадках 3 за счет размягчения прокладки 5 из изоляционного материала, размещенной между пластинами 1 и 2, в отверстиях которой устанавливаются соединительные элементы 4.

Известны способы электрического соединения печатных плат между собой, электрического присоединения к печатной плате, при которых осуществляют электрическое соединение элементов из проводящего материала между собой.

Известный способ электрического соединения подложки, на которой смонтировано несколько полупроводниковых кристаллов с выступающими из нее электрическими выводами, и внешней схемы состоит в том, что гибкую часть выводов соединяют с контактными площадками, которые размещают таким образом, что они контактируют с кристаллами подложки. При этом гибкий межсоединительный элемент с проводниками закрепляют на подложке. Подложку устанавливают на специальном участке рамки, которая не является жесткой, и при изменении температуры окружающей среды ее деформации предотвращают возникновение механических напряжений между подложкой и выводами (см. патент США N 4873615).

В то же время способ электрического соединения проводящих выводов и проводящей подложки не дает возможности крепления выводов в отсутствии доступа к месту соединения, поскольку при изготовлении такого устройства соединения затруднен доступ к его внутренней части.

Известен способ электрического соединения и отсоединения проводящих элементов интегральной схемы, выбранной за прототип, при котором на одной пластине из изоляционного материала размещают контактные площадки из проводящих материалов, на которых располагают соединительные элементы из проводящего материала, представляющие собой смачиваемые поверхности. При изготовлении устройства соединительный элемент образуют тем, что вводят пластинку из легкоплавкого материала, которую соединяют с упомянутыми контактными площадками, а концы пластинки располагают на упомянутых смачиваемых поверхностях. При нагревании пластинки она под действием сил поверхностного натяжения расплавляется и разделяется на два шарика, размещающихся на смачиваемых поверхностях.

Для получения соединительного узла используют вторую пластинку из легкоплавкого материала, также соединяя ее концами со смачиваемыми поверхностями, при этом первую и вторую пластинки располагают напротив друг друга. Образуемые при нагревании шарики объединяются в одну таблетку.

Этот способ может использоваться и для изготовления устройства электрического соединения между контактными площадками двух пластин, которые совмещают, располагая их контактные площадки напротив друг друга (см. патент Франции N 2651083).

В тоже время данный способ может быть применен для получения или прерывания контакта (электрического соединения) в заранее заданных местах интегральной схемы, используя силы поверхностного натяжения.

Но его не удается использовать для изготовления устройств электрического соединения, когда такое соединение необходимо обеспечить в отсутствии доступа к месту электрического соединения, например, в электролюминесцентных панелях, используемых в качестве знакосинтезирующих индикаторов.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего изготовить устройство электрического соединения элементов из проводящего материала в отсутствии доступа к месту соединения при одновременном обеспечении его высокой технологичности.

Указанная задача решается в способе изготовления устройства электрического соединения элементов из проводящего материала, при котором по меньшей мере на двух пластинах из изоляционного материала размещают контактные площадки из проводящих материалов, на каждой из которых располагают по крайней мере один соединительный элемент из проводящего материала, осуществляют совмещение пластин, располагая их контактные площадки напротив друг друга, фиксируют соединительные элементы на контактных площадках нагреванием, в котором согласно изобретению между пластинами размещают прокладку из изоляционного материала с отверстиями, в которых устанавливают упомянутые соединительные элементы и осуществляют нагревание полученного устройства под давлением до температуры размягчения прокладки.

Введенные отличия позволяют совместно с известными существенными признаками решить задачу изобретения, поскольку введение между пластинами прокладки из изоляционного материала с отверстиями, в которых устанавливают соединительные элементы, и закрепление последних нагреванием под давлением на контактных площадках за счет размягчения прокладки позволяет создать многослойную композицию из разнородных материалов, в то время как в прототипе можно обеспечить только соединение хорошо смачиваемых элементов материалом соединительных элементов.

При этом необходимо осуществить локальное нагревание пластинки из легкоплавкого материала для осуществления устройства электрического соединения, что невозможно сделать, не имея доступа к ней, т.е. в герметичных условиях.

В предлагаемом способе осуществляют нагревание под давлением всего изделия, что не требует доступа к местам соединения и обеспечивает высокую технологичность способа. Рассмотрим способ изготовления устройства электрического соединения на примере создания электрического соединения между электролюминесцентной панелью с нанесенными на нее знаками, расстояние между которыми составляло 2-3 мм, и требовавшими управления их светимостью путем подачи на них напряжения, и печатной платой с контактными площадками и разъемами для подключения с помощью кабеля к источнику питания.

С этой целью печатная плата с прикатанной к ней легкоплавкой прокладкой из изолирующего материала, например, из поливинилбутиральной пленки, в которую заправлены (в отверстия) соединительные элементы из электропроводящего материала, например из медной или алюминиевой фольги, в виде скобок над контактными площадками платы, совмещается с помощью реперных меток с электролюминесцентной панелью. При этом на панели нанесены контактные площадки так, что по крайней мере два соединительных элемента вступают в контакт с одной контактной площадкой панели.

Собранный пакет подвергают воздействию термического нагрева, величина которого составляет в нашем случае 90-100^oC, что обусловлено температурой размягчения изолирующей прокладки.

При этом нагревание осуществляют в сочетании с давлением, величина которого не разрушает собранного пакета и составляет в нашем случае около 1 кГ/см².

В дальнейшем использовании пакет подвергают герметизации, например, с использованием изолирующего компаунда.

Использование соединительных элементов из проводящего легкоплавкого или электропроводящего материалов в форме скобы или Z-образных не вносит существенных изменений в рассмотренный выше технологический процесс изготовления устройства электрического соединения.

Формула изобретения

1. Устройство электрического соединения элементов из проводящего материала, содержащее по меньшей мере две пластины из изоляционного материала, расположенные параллельно друг другу, на каждой из которых размещен набор контактных площадок из проводящего материала, а на каждой контактной площадке зафиксирован по крайней мере один соединительный элемент из проводящего материала, при этом между пластинами размещены прокладки из изоляционного материала с отверстиями, в которых установлены упомянутые соединительные элементы, отличающееся тем, что прокладки выполнены из легкоплавкого изоляционного материала, температура размягчения которого отлична от температуры плавления материала соединительных элементов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены из легкоплавкого проводящего материала, температуры плавления которого и температура размягчения материала прокладки отличны друг от друга не более чем на 20 - 25%.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены в форме скобы.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительные элементы выполнены Z-образными.

5. Способ изготовления устройства электрического соединения элементов из проводящего материала, при котором по меньшей мере на двух пластинах из изоляционного материала размещают контактные площадки из проводящих материалов, на каждой из которых располагают по крайней мере один соединительный элемент из проводящего материала, осуществляют совмещение пластин, располагая их контактные площадки напротив друг друга, между пластинами размещают прокладку из изоляционного материала с отверстиями, в которых устанавливают упомянутые соединительные элементы, фиксируя их на контактных площадках, отличающийся тем, что фиксацию соединительных элементов осуществляют нагреванием под давлением всего полученного изделия до температуры размягчения прокладки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3