Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft eine Leiterkartensteckverbindung zur elektrischen Kontaktierung
für zwei parallel gegenüberliegende, beabstandete Leiterplatten mit oberflächenmontierbaren
Verbindungselementen zum gegenseitigen Ineinandergreifen, die eine Steckseite und
eine Lötseite aufweisen.
[0002] Eine derartige Verbindung wird benötigt, um zwei parallel ausgerichtete Leiterplatten
elektrisch mittels einer Steckverbindung zu kontaktieren, wobei die Kontaktierung
an beliebigen Stellen von Leiterplatte zu Leiterplatte erfolgen soll und wobei Signale
im GHz-Bereich störungssicher zu übertragen sind.
Stand der Technik
[0003] Leiterkartensteckverbinder für eine "board-to-board" Verbindung sind als kreisförmig
ausgeführte Einzelsteckverbinder oder als länglich ausgeführte Reihensteckverbinder
mit mehrfach nebeneinander angeordneten Kontakten verfügbar.
Wobei Steckverbindungen mit Einzelkontakten überwiegend als Drehteil ausgeführt sind,
deren Herstellung relativ kostenintensiv ist.
[0004] Aus der
US 7,118,383 B2 ist ein Koaxial-Steckverbinder für eine Verbindung von zwei Leiterplatten bekannt,
bei dem zwei oberflächenmontierbare, rohrförmige Steckerkörper ineinander gesteckt
werden, wobei ein stiftförmiger, zentrischer Kontakt des einen Steckerkörpers in einen
U-förmigen Gegenkontakt des anderen Steckerkörpers eingreift.
Aufgabenstellung
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattensteckverbindung
der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass mittels eines kompakten Verbindungselementes,
eine hochfrequenzfähige, elektrische Verbindung zwischen zwei Leiterplatten auszugestalten,
wobei jedes Verbindungselement oberflächenmontiert mit der Leiterplatte verbunden
sein soll.
[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verbindungselement einen mehrseitigen
symmetrischen, kragenförmigen Grundkörper aufweist, dass in zwei gegenüberliegenden
Eckbereichen, einem ersten Eckbereich und einem zweiten Eckbereich des Grundkörpers
Kerben vorgesehen sind, und dass innerhalb des Grundkörpers, in einem dritten Eckbereich
zwischen den beiden Kerben, eine Kontakthalterung für mindestens einen zum Zentrum
des Grundkörpers weisenden elektrischen Signalkontakt vorgesehen ist.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-18 angegeben.
[0008] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels
der kragenförmigen Struktur des Verbindungselementes, in dessen Innenraum ein isoliert
angeordneter, elektrischer Kontakt vorgesehen ist, eine hochfrequenzdichte bis in
den GHz-Bereich verwendbare Steckverbindung möglich ist.
Dabei ist das Verbindungselement vorzugsweise als quadratisches, hermaphroditisches
Steckteil ausgeführt, das heißt, es ist mit einem baugleichen Steckteil steckbar.
Es sind aber auch weitere, mehrseitige, symmetrisch geformte Verbindungselemente denkbar.
Der aus nichtleitendem Material gefertigte Grundkörper des Verbindungselementes ist
komplett von einem elektrisch leitenden Überzug umgeben.
[0009] Während im Inneren des Grundkörpers eine elektrisch isolierende Kontakthalterung
mit einem darin eingehakten elektrischen Kontakt angeordnet ist, das als separates
Bauteil mit entsprechenden gegenseitig wirkenden vorgesehenen Rastmitteln im Grundkörper
einsetzbar ist.
Wobei Grundkörper und Kontakthalterung aus thermischen Erwägungen vorteilhafterweise
aus dem gleichen isolierenden Material gefertigt sind. Entsprechend ist eine Anordnung
der Lötflächen auf den Leiterplatten vorgesehen, so dass der elektrisch leitende Überzug
des Verbindungselementes und der Signalkontakt entsprechend getrennten Lötflächen
kontaktiert.
In einer Variante kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper des Verbindungselementes
an wesentlichen Teilen, vorzugsweise im Innenbereich, mit einem elektrisch leitenden
Überzug versehen.
Wobei die Kontakthalterung - ohne elektrisch leitenden Überzug - direkt in den Grundkörper
eingeformt ist.
Lediglich der innere elektrische Kontakt ist als zusätzliches Bauteil, geformt als
Stanzbiegeteil, erforderlich.
[0010] Zur Erzielung einer hochfrequenzfähigen, abgeschirmten Signalübertragung ist es sinnvoll,
die beiden Verbindungselemente ineinandersteckbar auszuführen, so dass optimalerweise
eine Art Labyrinthdichtung gebildet wird. Dazu ist der kragenförmige Grundkörper an
zwei gegenüberliegenden Eckbereichen mit Kerben versehen, die ein gegenseitiges Ineinanderstecken
der beiden identischenverbindungselemente erlauben. Wobei beim Steckvorgang ein Verbindungselement
axial um 180° gedreht - seitlich leicht versetzt gegenüber dem anderen - angeordnet
ist.
[0011] Weiterhin ist steckseitig in dem durch die beiden Kerben eingeschlossenen Eckbereich
auf der Kontakthalterung, die den elektrischen Kontakt aufnimmt vorteilhafterweise
eine Ansaugfläche vorgesehen, mittels der eine Automatenbestückung des Verbindungselementes
auf einer Leiterplatte erfolgen kann.
[0012] Wie bereits oben angedeutet, ist mindestens der Innenbereich, bis auf den isolierenden
Bereich des elektrischen Kontaktes, mittels MID-Technik elektrisch leitend beschichtet.
Das betrifft auch die beiden Kerben und den mit trichterförmigen Schrägen umlaufenden
Kragenrand, sowie den zur Leiterplatte weisenden Kragenrand, in dem vorteilhafterweise
Bohrungen vorgesehen sind, die auf das zwischen dem Verbindungselement und der Leiterplatte
eingebrachte Lötmittel eine kapillare Wirkung ausüben und eine sichere Lötung bewirken.
[0013] Der umlaufende, steckseitige Kragenrad weist vorteilhafterweise Schrägen auf, die
ein leichteres "Einfangen" zweier zu steckender Verbindungselemente begünstigen, wobei
Fehlausrichtungen in der Z-Achse, horizontal gedreht von bis zu +/- 10° tolerierbar
für ein Verbindungspaar sind.
Während noch bei einer vertikal geneigten Z-Achse von 7° ein "Einfangen" des Gegensteckers
realisierbar ist.
In der Z-Achse, also dem Höhenabstand zwischen zwei Leiterplatten, ist eine Toleranz
für den gesteckten Zustand von +/- 0,75 mm vorgesehen.
Da die Verbindungselemente als Kunststoffspritzteile gefertigt werden, ist ein gestufter
Abstandsbereich zwischen zwei Leiterplatten von ca. 6 - 30 mm vorgesehen.
Vorzugsweise sind Abstände von 6,7 mm, 19 mm, 28,7 mm vorgesehen. Obwohl als Signalkontakt
vorgesehen, ist bei entsprechender Dimensionierung des Verbindungselementes mit dem
Signalkontakt durchaus eine Variante als so genannter Power-Kontakt denkbar, wobei
auch eine Variante ohne den innenliegenden Signalkontakt realisierbar ist.
Weiterhin ist vorgesehen, Mehrfachkontakte innerhalb des Grundkörpers anzuordnen,
die hierbei vorteilhafterweise als hermaphroditische Kontakte ausgebildet sind und
einen geraden und einen S-förmigen Kontaktschenkel ausweisen, so dass beim Kontaktieren
von zwei entsprechend ausgerüsteten Verbindungselementen, jeweils zwei unterschiedlich
geformte Kontaktschenkel miteinander kontaktieren.
Ausführungsbeispiel
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine steckseitige, isometrische Darstellung eines Verbindungselementes,
- Fig. 2
- einen lötseitige, isometrische Darstellung des Grundkörpers des Verbindungselementes,
- Fig. 3a
- eine isometrische Darstellung einer Kontakthalterung des Verbindungselementes,
- Fig. 3b
- eine Darstellung der Kontakthalterung mit Ansicht auf den Eckbereich,
- Fig. 3c
- eine Darstellung der Kontakthalterung mit Ansicht auf den Fußbereich,
- Fig. 4a
- eine Darstellung eines elektrischen Kontaktes, Ansicht außen,
- Fig. 4b
- eine Darstellung des elektrischen Kontaktes, Ansicht innen,
- Fig. 5
- eine Variante des Verbindungselementes,
- Fig. 6a
- zwei miteinander gesteckte kurze Verbindungselemente,
- Fig. 6b
- zwei miteinander gesteckte lange Verbindungselemente,
- Fig. 7
- zwei miteinander gesteckte Verbindungselemente ohne Leiterplatten.
- Fig. 8
- ein Verbindungselement mit einem Mehrfach-Kontakt,
- Fig. 9a
- hermaphroditisches Kontaktelement mit Lötfuß,
- Fig. 9b
- hermaphroditisches Kontaktelement ohne Lötfuß, und
- Fig. 10
- eine Variante eines ovalen Verbindungselementes.
[0015] In der Fig.1 ist in einer isometrischen Darstellung ein einstückiges, kragenförmiges
Verbindungselement mit Sicht auf den Steckbereich gezeigt.
Das Verbindungselement 1 ist als quadratischer, kragenförmiger Grundkörper 10 geformt,
wobei in zwei gegenüberliegenden Eckbereichen 14, 16 jeweils eine senkrecht zum Kragen
11 eingeformte Kerbe 15, 17 vorgesehen ist.
Der gesamte Grundkörper 10 ist mit einer elektrisch leitenden Beschichtung überzogen.
[0016] Die Kerbe 15, 17 hat etwa eine Öffnungsweite, die der Kragendicke entspricht und
in dieser Darstellung eine Tiefe, die etwa der halben Höhe der gesamten Kragenhöhe
entspricht.
In dem von den beiden Kerben 15, 17 eingeschlossenen Eckbereich18, ist innerhalb des
Grundkörpers 10 eine aus isolierendem Material geformte Kontakthalterung 30 eingefügt,
die zur Aufnahme eines elektrischen Signalkontaktes 40, hier als Einzelkontakt ausgeführt,
vorgesehen ist.
Die Kontakthalterung 30 weist zur Steckseite eine hier dreieckförmige Ansaugfläche
31 auf, die als so genannter pick-and-place Punkt ein maschinengesteuertes Platzieren
des Verbindungselementes auf einer Leiterplatte erlaubt.
Der Kragen 11 weist einen steckseitigen Kragenrand 12 mit beidseitig nach innen und
außen und umlaufend Abschrägungen 20, 21 auf, womit ein leichteres Ineinanderschieben
von zwei identischen Verbindungselementen begünstigt wird.
[0017] An den Eckbereichen 14, 16 sind weiterhin nach außen wirkende Anreihungselemente
angeformt, die als Nut 26 und Feder 27 ausgebildet sind. Dabei ist die Feder 27 tonnenförmig
mit sich verjüngenden Außenbereichen geformt, so dass bei einer Aneinanderreihung
mehrerer Verbindungselemente, zunächst ein leichtes Einfügen der Feder in die Nut
erfolgt, bis der dickere Mittelbereich der Nut-Feder-Kombination eine formschlüssige
Verbindung ergibt. Dabei ist anzumerken, dass die Nut 26 ebenfalls eine tonnenförmige
Längsform mit sich erweiternden Außenbereichen aufweist.
[0018] Die Fig. 2 zeigt den quadratischen Grundkörper 10 des Verbindungselementes aus Sicht
der Lötseite.
Signifikant sind zunächst die beiden T-förmigen Ausnehmungen 19 in den beiden Kragenseiten
11, die den Eckbereich 18 bilden. Hier wird die Kontakthalterung 30 mit entsprechend
vorspringenden Rastschienen 32 eingeschoben und gehalten.
[0019] Weiterhin weist der Eckbereich eine Nut 24 auf, in die ein am Signalkontakt angeformter
Lötfuß 42 zum Verlöten auf einem Lötpad auf einer Leiterplatte einsetzbar ist.
Auf dem lötseitigen Kragenrand 13 sind hier zwei Fixierstifte 22 angeformt, die zur
Polarisierung und Halterung auf einer Leiterplatte dienen, bis beim Lötvorgang das
Lötmittel den Kragenrand und die darin vorgesehenen Bohrungen 23, in die es aufgrund
kapillarer Kräfte aufsteigt, endgültig fixiert hat.
[0020] Die Fig. 3a, 3b, 3c zeigen in mehreren Darstellungen die Kontakthalterung 30 in die
der Signalkontakt 40 eingesetzt wird.
Wobei in der Fig. 3a und 3b eine aufrechte Position und die Fig. 3c eine umgekehrte
Position angezeigt ist.
Der Grundriss ist entsprechend dem Einfügen in den Eckbereich 18 als dreieckiger Fuß
36 geformt mit einer Höhe die entsprechend der Wandhöhe des Grundkörpers 10 maximal
bis an die innere Abschrägung 20 reicht.
Das obere glatte Dreieck ist der Ansaugbereich 31 zur maschinengesteuerten Plazierung
des gesamten Verbindungselementes auf einer Leiterplatte vorgesehen.
In der Mitte ist eine säulenähnliche Struktur erkennbar, wobei in der Ausnehmung zwischen
den beiden Säulen hier oben ein Durchbruch 33 im unteren Bereich eine Vertiefung 34
und am Fuß eine Tasche 35 ausgebildet ist. Während mit den senkrechten, vorspringen
Rastschienen 32 die Fixierung der Kontakthalterung in den T-förmigen Ausnehmungen19
im Grundkörper 10 gewährleistet ist.
[0021] Der in Fig. 4a, 4b gezeigte Signalkontakt 40 weist letztlich eine U-Form auf, mit
einem nach außen gebogenen Kontaktbereich 41 und einem flachen Lötfuß 42.
An drei Positionen, im oberen Schenkelende, im unteren Schenkelende sowie unterhalb
des gebogenen Kontaktbereiches sind jeweils dreiseitig freistehende Rasthaken 43 herausgebogen.
Mittels dieser Rasthaken wird der Signalkontakt in dem Durchbruch 33, in der Vertiefung
34 und in der Tasche 35 verrastet.
[0022] Die Fig. 5 zeigt eine Variante 1' des Verbindungselementes 1 bei der nur die Innenwände
und der mit unterschiedlichen Winkeln ausgeführte steckseitige Kragenrand 12 innen
und außen mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen sind, um bei einer
kompletten Steckung eine optimale hochfrequente Abschirmwirkung zu erzielen. Hierbei
ist auch vorgesehen, die isolierende Kontakthalterung 30 für den Signalkontakt 40
direkt in den Grundkörper einzuformen. Die elektrische Beschichtung ist nicht sonderlich
gezeigt.
[0023] In der Fig. 6a sind zwei Verbindungselemente 1 oder 1' dargestellt, die jeweils auf
einer Leiterplatte 3, 5 montiert, miteinander kontaktieren. Dabei ist das hier obere
Verbindungselement mit der Leiterplatte 5 um 180° gedreht. Durch die diagonal eingeformten
Kerben15, 17 im Kragen 11 können die beiden Grundkörper, leicht versetzt, komplett
ineinander gesteckt werden, wobei zunächst die abschirmende Beschichtung der Kragenwände
kontaktieren bis etwas später die beiden innenliegenden Signal kontakte miteinander
kontaktieren.
[0024] Letztlich ist in der Fig. 6b gezeigt, dass unterschiedliche Höhen, gleichbedeutend
mit unterschiedlichen Abständen der Leiterplatten, relativ leicht mit unterschiedlichen
Höhenausführungen der Verbindungselemente realisieren lassen. Dabei sind zunächst
Leiterplattenabstände von etwa 6-30 mm vorgesehen. Wobei die Verlängerung nur für
den mittleren Bereich des Grundkörpers vorgesehen ist, während die Konfiguration für
die beiden steck- und lötseitigen Kragenränder unverändert bleiben.
Hier ist eine entsprechende Verlängerung des Signalkontaktes vorgesehen und damit
auch eine Verlängerung der Kontakthalterung erforderlich.
[0025] Die Fig. 7 zeigt zwei gesteckte Verbindungselemente 1, wobei die obere Leiterplatte
entfernt ist.
Deutlich erkennbar ist die Kontaktierung der beiden Signalkontakte 40, die durch den
nach außen gebogenen Kontaktbereich 41 eine diagonale Kraftkomponente entwickeln,
so dass die Grundkörper 10 der Verbindungselemente stets in die gegenüberliegenden
Eckbereiche gedrängt werden und eine ebenso sichere Kontaktierung der Beschichtung
zur Übertragung des Massesignals gewährleisten.
[0026] In der Fig. 8 ist eine Variante des zuvor beschriebenen Verbindungselementes 1 dargestellt,
wobei ein Mehrfachkontakt 40.1 gezeigt ist, der innerhalb des Grundkörpers 10 in einer
Kontakthalterung 30 angeordnet ist.
Dabei ist der Mehrfachkontakt 40.1 der in der Fig. 9a gezeigt ist, als hermaphroditisches
Kontaktelement ausgebildet, mit zwei miteinander verbundenen Kontaktschenkeln - einem
geraden, flachen Kontaktschenkel 44.1 und einem in etwa S-förmigen Kontaktschenkel
41.1, der, zusammengefasst mit einem Lötfuß 42.1 in eine entsprechende Bohrung einer
Leiterplatte einfügbar ist.
Dazu ist auch eine oberflächenmontierbare Version eines Mehrfachkontaktes vorgesehen,
die in der Fig. 9b gezeigt ist.
[0027] Letztlich ist in der Fig. 10 eine Variante eines Verbindungselementes 1 mit einem
Teilstück einer Leiterplatte 3 gezeigt, wobei das Verbindungselement eine ovale Form
des Grundkörpers 10.1 aufweist, innerhalb dessen der Signalkontakt 40 mittels der
Kontakthalterung 30 gehalten ist.
1. Leiterkartensteckverbindung zur elektrischen Kontaktierung für zwei parallel gegenüberliegende,
beabstandete Leiterplatten (3, 5) mit oberflächenmontierbaren Verbindungselementen
(1) zum gegenseitigen Ineinandergreifen, die eine Steckseite und einer Lötseite aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungselement (1) einen mehrseitigen symmetrischen, kragenförmigen Grundkörper
(10) aufweist,
dass in zwei gegenüberliegenden Eckbereichen, einem ersten Eckbereich (14) und einem zweiten
Eckbereich (16) des Grundkörpers (10) Kerben (15, 17) vorgesehen sind, und
dass innerhalb des Grundkörpers (10), in einem dritten Eckbereich (18) zwischen den beiden
Kerben (15, 17), eine Kontakthalterung (30) für mindestens einen zum Zentrum des Grundkörpers
(10) weisenden elektrischen Signalkontakt (40) vorgesehen ist.
2. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Verbindungselement (1) mit einem weiteren Verbindungselement (1) mit sich selbst
steckbar ist.
3. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper (10) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist.
4. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontakthalterung (30) als separates Teil in dem dritten Eckbereich (18) mittels
Rastschienen (32), die in Ausnehmungen (19) im Grundkörper (10) eingreifen, fixierbar
ist.
5. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnungsweite der Kerben (15, 17) mindestens der Wanddicke des Grundkörpers (10)
entsprechen.
6. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der steckseitige Kragenrand (12) des Grundkörpers (10) innenliegende Abschrägungen
(20) und außenliegenden Abschrägungen (21) mit unterschiedlichen Neigungen aufweist.
7. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass für eine Montage des Grundkörpers (10) auf eine Leiterplatte (3, 5) an der Kontakthalterung
(30) ein Ansaugbereich (31) für eine maschinengesteuerte Bestückung vorgesehen ist.
8. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper (10) einen Kragen (11) mit unterschiedlichen Höhen zur Bildung unterschiedlicher
Abstände zwischen zwei Leiterplatten (3, 5) aufweist.
9. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Grundkörper (10) in seinem lötseitigen Kragenrand (13) mehrere Bohrungen (23)
aufweist.
10. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass auf dem lötseitigen Kragenrand (13) des Grundkörpers (10) mindestens ein Fixierstift
(22) angeformt ist.
11. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass für eine Kombination oder Aneinanderreihung von mehreren Verbindungselementen (1)
eine Nut - Feder-Verbindung (26, 27) an den gegenüberliegenden ersten und zweiten
Eckbereichen (14, 16) angeformt ist.
12. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Nut-Feder-Federverbindung (26, 27) jeweils eine tonnenförmige Längsausformung
aufweist, wobei die Nut (26) sich trichterförmig, erweiternde Außenbereiche aufweist
und die Feder (27) sich beidseitig verjüngende Außenbereiche.
13. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Variante des Verbindungselementes (1') eine elektrisch leitende Beschichtung
aufweist, die auf der Innenseite des Grundkörpers (10) aufgebracht, bis über den steckseitigen
Kragenrand (12) reicht.
14. Leiterplattensteckverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass für die Variante des Verbindungselementes (1') auf dem lötseitigen Kragenrand (13)
des Grundkörpers (10) Lötpads (28) in vertieften Ausnehmungen (28) vorgesehen sind,
die mit der elektrisch leitenden Beschichtung verbunden sind.
15. Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Kontakt als Einzelkontakt (40) oder als Mehrfachkontakt (40.1), jeweils
mit einem Lötfuß (42, 42.2) ausgebildet ist.
16. Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass der Mehrfachkontakt (40.1) hermaphroditisch als gegabeltes Element ausgebildet ist,
wobei ein gerader Kontaktschenkel (44.1), seitlich beabstandet von einem S-förmig
gebogenen Kontaktschenkel (41.1) vorgesehen ist, und wobei beim Steckvorgang, der
jeweils anders geformte Kontaktschenkel kontaktiert wird.
17. Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Einzelkontakte (40) und/oder Mehrfachkontakte (40.1) innerhalb eines entsprechend
geformten Grundkörpers (10) angeordnet sind.
18. Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Kontakt (40, 40.2) als oberflächenlötbarer Kontakt ausgebildet ist.