Verbindungselement und Verfahren zur Herstellung einer Verbindung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (3) mit einem Verbindungsabschnitt (5) zum Verbinden mit einer Leiterplatte (1), wobei der Verbindungsabschnitt (5) zumindest Bereichsweise in ein Loch (2) in der Leiterplatte (1) aufnehmbar ist. Erfindungsgemäss ist der Verbindungsabschnitt (5) durch eine Schulter (4) begrenzt, die grössere Abmessungen aufweist als ein den Verbindungsabschnitt (5) aufnehmendes Loch (2). Des weiteren ist ein Konus (6) am zur Schulter (4) gegenüberliegenden, stirnseitigen Ende des Verbindungsabschnittes (5) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit einem solchen Verbindungselement.

[0002] Elektronische Bauelemente werden bekanntlich auf Leiterplatten (Printed Circuit Board, oder kurz PCB) montiert, wobei elektrische Kontakte der Bauelemente über Leiterbahnen, welche beispielsweise mit einem Ätzverfahren auf der Leiterplatte hergestellt worden sind, verbunden werden. Ebenso werden Anschlüsse zum Anschliessen von Kabeln an die Leiterplatten mit solchen Leiterbahnen kontaktiert.

[0003] Es ist bekannt, dass sowohl die Anschlüsse als auch die elektronischen Bauteile mit einem Lötverfahren, beispielsweise Wellbadlöten oder Handlöten, mit der Leiterplatte verbunden werden. Das verfestigte Lot sorgt dann sowohl für die mechanische als auch für die elektrische Verbindung. Des weiteren ist es insbesondere zum Verbinden von Anschlüssen mit einer Leiterplatte bekannt, ein sogenanntes Press-Fit-Verfahren zu verwenden. Bei diesem Verfahren erfolgt keine Erwärmung der Kontaktstelle.

[0004] Bei beiden Verfahren ist darauf zu achten, dass keine mechanischen Spannungen entstehen, welche zu Rissen in Leiterbahnen führen können. Bei der Verwendung eines Lötverfahrens entstehen mechanische Spannungen zumeist wegen dem Erwärmen und dem anschliessenden Abkühlen.
Beim bekannten Press-Fit-Verfahren, welches an und für sich bevorzugt eingesetzt wird, da die Möglichkeit zur Kontrolle von mechanischen Spannungen besser erfolgen kann, kommt es jedoch trotzdem wieder vor, dass mechanische Spannungen entstehen.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungselement und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Verbindungselement und einer Leiterplatte anzugeben, welches frei von mechanischen Spannungen ist, gleichzeitig jedoch eine gute elektrische Verbindung gewährleistet.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

[0007] Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf: Indem der Verbindungsabschnitt eine Schulter und darüber hinaus stirnseitig einen Konus aufweist, wird es ermöglicht, eine überaus starke mechanische Verbindung zu erhalten, ohne dass dabei entstehende mechanische Spannungen im Bereich der Leiterbahnen maximal zulässige Werte übersteigen. Das erfindungsgemässe Prinzip liegt dabei darin, dass die beiden Funktionen, elektrische und mechanische Verbindung, getrennt werden. So erfolgt der elektrische Kontakt im Bereich der Schulter - in einer weiteren Ausführungsform, bei der das Loch in der Leiterplatte metallisiert ist, über die Lochinnenwand -, währenddem die mechanische Verbindung aufgrund der Ausgestaltung des Verbindungselementes mit einem Konus besonders auf derjenigen Oberfläche der Leiterplatte entsteht, welche von den Leiterbahnen abgewandt ist.

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur - in drei Teilansichten - verschiedene Phasen bei der Herstellung einer Verbindung zwischen einem erfindungsgemässen Verbindungselement und einer Leiterplatte.

[0009] In der einzigen Figur mit den Teilansichten A, B und C ist mit 1 eine Leiterplatte (Printed Circuit Board - PCB) dargestellt, auf der beispielsweise elektronische Bauelemente (in der Figur nicht dargestellt) montiert und über auf der Leiterplatte 1 vorgesehene Leiterbahnen, welche beispielsweise mit einem Ätzverfahren hergestellt worden sind, nach Bedarf verbunden sind. Zum Bereitstellen von Anschlüssen, damit die Leiterplatte 1 bzw. die auf dieser montierten Bausteine beispielsweise mit elektrischer Energie versorgt werden können resp. damit die Leiterplatte 1 mit anderen Leiterplatten elektrisch verbunden werden kann, sind Verbindungselemente 3 vorgesehen.

[0010] Zum mechanischen und elektrischen Verbinden der Verbindungselemente 3 mit der Leiterplatte 1 sind in dieser Löcher 2 vorgesehen, wobei vorzugsweise für ein Verbindungselement 3 ein Loch 2 in der Leiterplatte 1 vorbereitet ist.

[0011] Das in der einzigen Figur dargestellte Verbindungselement 3 ist als männlicher Steckkontakt ausgebildet. Erfindungsrelevant ist jedoch lediglich das der Leiterplatte 1 zugewandte Ende, welches mit dieser in noch zu erläuternder Weise verbindbar ist. Das Verbindungselement 3 weist am der Leiterplatte 1 zugewandten Ende, und zwar in Richtung der Leiterplatte 1 gesehen, zunächst eine Schulter 4 auf, welche zumindest bereichsweise grössere Abmessungen als das Loch 2 in der Leiterplatte 1 aufweist. In der dargestellten Ausführungsform, bei der das Loch 2 einen runden Querschnitt aufweist, ist die Schulter 4 als Ring ausgebildet. Der Schulter 4 folgt - wiederum in Richtung der Leiterplatte 1 gesehen - ein Verbindungsabschnitt 5, der kleinere Abmessungen als das Loch 2 in der Leiterplatte 1 aufweist. Schliesslich weist das Verbindungselement 3 stirnseitig einen Konus 6 in der Art einer Ausnehmung im Verbindungselement 3 auf. Mit anderen Worten werden die Wände des Verbindungselementes 3 zu dessen Ende hin dünner. Bezogen auf die Gesamtlänge des Verbindungsabschnittes 5 beträgt die Länge des Konus 6 weniger als 50%, vorzugsweise ca. 30%.

[0012] Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Verbindungselement 3 und einer Leiterplatte 1 erläutert:

[0013] In der Teilansicht A der einzigen Figur ist die Leiterplatte 1 für das Einsetzen des Verbindungselementes 3 vorbereitet, indem das Loch 2 in der Leiterplatte 1, unter Berücksichtigung der erwähnten Abmessungen, vorhanden ist. Das Einführen des Verbindungselementes 3 in das Loch 2 kann aufgrund der Abmessungen ohne Kraftaufwand erfolgen. Die Endlage ist aus der Teilansicht B der einzigen Figur ersichtlich. Schliesslich erfolgt das Verpressen, indem mit einem Presswerkzeug von der Unterseite der Leiterplatte 1 den aus dem Loch 2 herausragende Teil des Verbindungsabschnittes 5 verformt wird. Das Verpressen hat eine plastische Verformung des Verbindungsabschnittes 5 zur Folge, wobei der Bereich der Verformung auf den Bereich des Konus 6 beschränkt ist, womit in diesem Bereich die mechanische Verbindung entsteht. Ist, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Innenfläche des Loches 2 durch die Leiterplatte 1 metallisiert, so wird der elektrische Kontakt nicht nur auf den Bereich der Schulter 4 beschränkt, sondern er erstreckt sich bis in den Bereich der plastischen Verformung. Damit wird sowohl eine hervorragende mechanische als auch eine hervorragende elektrische Verbindung möglich. Darüber hinaus ist es bei geeigneter Wahl des Presswerkzeuges möglich, dass nach dem Pressvorgang der Verbindungsabschnitt 5 nicht hervorragt. Bevorzugt ist die Stirnseite des Verbindungselementes 3 mit der Unterseite der Leiterplatte 1 oberflächenbündig.

[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt des Verbindungselementes 3 im Bereich des Verbindungsabschnittes 5 rund. Denkbar ist auch, dass die Querschnittsfläche quadratisch oder polygonal ist. Entsprechend muss der Querschnitt des Loches 2 gewählt werden.

[0015] Die erfindungsgemässe Verbindung ist platzsparend, da keine hervorstehenden Teile auf der Unterseite der Leiterplatte 1 entstehen. Des weiteren ist das Erhitzen der Bauteile - wie bei herkömmlichen Verfahren - weder vor noch während dem Löten der Bauteile erforderlich. Ferner zeichnet sich die Erfindung durch die folgenden weiteren Vorteile auf:

• Es ist keine Reinigung der Kontaktstellen erforderlich;
• Die Überprüfung der Verbindung nach dem Verbinden ist vereinfacht;
• Platzsparende Ausführung: Der gewonnene Platz kann für elektronische Komponenten besser genutzt werden;
• Grössere Toleranzbereiche können zugelassen werden;
• Die erfindungsgemässen Verbindungsstellen sind nicht empfindlich auf mechanische Spannungen;
• Die Presswerkzeuge sind einfach herzustellen und damit auch kostengünstig.

[0016] Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung für alle Abmessungen von Verbindungsabschnitten vorzüglich verwendet werden kann. Insbesondere eignet sich die Verbindungsart auch vorzüglich bei der Leistungsversorgung von Leiterplatten.

Ansprüche

1. Verbindungselement (3) mit einem Verbindungsabschnitt (5) zum Verbinden mit einer Leiterplatte (1), wobei der Verbindungsabschnitt (5) zumindest Bereichsweise in ein Loch (2) in der Leiterplatte (1) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) durch eine Schulter (4) begrenzt ist, die grössere Abmessungen aufweist als ein den Verbindungsabschnitt (5) aufnehmendes Loch (2), und dass ein Konus (6) am zur Schulter (4) gegenüberliegenden Ende des Verbindungsabschnittes (5) vorgesehen ist.

2. Verbindungselement (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verbindungsabschnittes (5) rau ist.

3. Verbindungselement (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5), und damit das Loch (2), einen runden Querschnitt aufweisen.

4. Verbindungselement (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5), und damit auch das Loch (2), einen quadratischen oder polygonalen Querschnitt aufweisen.

5. Verbindungselement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5) länger ist als die Breite der Leiterplatte (1).

6. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Verbindungselement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Leiterplatte (1), in der mindestens ein Loch (2) zum partiellen Aufnehmen des Verbindungselementes (3) vorgesehen ist bzw. hergestellt wird, wobei die Querschnittsabmessungen des Loches (2) grösser sind als diejenigen des Verbindungselementes (3), indem

- der Verbindungsabschnitt (5) des Verbindungselementes (3) in das Loch (2) eingeschoben wird,

- mit einem Presswerkzeug zumindest ein Teil des Verbindungsabschnittes (5) derart plastisch verformt wird, dass das Verbindungselement (3) in der Leiterplatte (1) festgehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) bis zu einer Schulter (4) eingeschoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Verbindungselementes (3) auf der Rückseite der Leiterplatte (1) des weiteren derart erfolgt, dass keine Überhöhung bleibt.

Zeichnung