VERBESSERUNG DER LÖTBARKEIT UND DER MECHANISCHEN FESTIGKEIT VON KONTAKTSELEMENTEN DIE AUF EINE LEITERPLATTE GELÖTET WERDEN

Abstract

 Erstens wird durch eine geeignete Formgebung erreicht:
- dass an den Lötpins seitliche Schultern angebracht werden, um zu erreichen, dass der Körper des Kontaktelements nicht direkt auf der Leiterplatte, sondern mit Abstand zu dieser montiert wird. Durch diese Art der Montage wird erreicht, dass die thermische Energie, die an die Lötstelle eingebracht wird, nicht durch die Masse des Kontaktelements abgeleitet wird und somit verhindert wird, dass kalte Lötstellen entstehen
- dass die funktionell nicht notwendige Masse des Verbindungselements eliminiert wird, um die für die Lötung notwendige thermische Energie zu reduzieren und folglich kalte Lötstellen zu vermeiden.
Zweitens wird durch eine besondere Formgebung der Lötpins erreicht, dass die Scherkräfte erhöht werden und somit das am Kontaktelement zulässige Drehmoment erhöht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die optimale Formgebung von Kontaktelementen, welche mittels Hand- oder Wellenlötung auf eine Leiterplatte gelötet werden. Solche Kontaktelemente werden üblicherweise als Schraub- oder Steckverbindungen ausgeführt. Bei Schraubverbindungen werden diese vorwiegend mit einem Drehmoment, bei Steckverbindungen hingegen meist mit einem Kippmoment belastet. Die Belastbarkeit hängt direkt von der Qualität der Lötverbindung ab.

[0002] Die grundsätzliche Problematik bei Lötungen von Kontaktelementen besteht darin, dass diese eine relativ große Masse besitzen, daher ist der thermische Energieaufwand zum Schmelzen des Lötmittels und zur Benetzung der Lötpins relativ hoch. Wenn jedoch die Lötstelle nicht mit ausreichend thermischer Energie versorgt wird, dann entstehen sogenannte kalte Lötstellen, welche die Haftung des Kontaktelements auf der Leiterplatte stark verringern und den elektrischen Übergangswiderstand derart erhöhen, dass es zum Abbrennen der Leiterplatte kommen kann.

[0003] Die handelsüblichen Kontaktelemente, wie sie von der Firma Würth Elektronik vertrieben werden [Fig. 1], haben den technischen Nachteil, dass diese direkt auf der Leiterplatte [a] aufliegen, daher praktisch als Kühlkörper für die Leiterplatte fungieren und folglich beim Lötvorgang die thermische Energie der Lötstelle entziehen.

[0004] Ein weiterer Nachteil dieser handelsüblichen Kontaktelemente ist, dass die relativ dünnen Lötpins [b] in großer Anzahl eng beieinanderliegend angebracht sind. Dies hat zur Folge, dass es für die Lötwelle praktisch unmöglich ist, die einzelnen Pins zu umspülen, um einen sogenannten "Meniskus" [c] zu bilden, was für eine gute Lötung erforderlich ist. Es entstehen zwischen den Pins kalte Lötstellen in Form von tropfenartigen Gebilden [d].

[0005] Außerdem werden die Lötpins vom Körper des Kontaktelements vollkommen verdeckt. Daher Ist es unmöglich, von der Bautellseite her festzustellen, ob das Lötzinn in der metallisierten Bohrung entlang dem Lötpin hochgestiegen ist, wie dies von der IPG-Norm gefordert wird.

[0006] Ein Ziel der Erfindung besteht darin, dem Kontaktelement eine derartige Form zu geben, dass die für die Lötung notwendige thermische Energie von der Lötstelle, das heißt vom Lötpin und der Leiterplatte, nicht abgeleitet wird, somit vermieden wird, dass kalte Lötstellen entstehen.

[0007] Dies wird einerseits dadurch erreicht, indem die funktionell nicht notwendige Masse, bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften gezielt (z.B. durch Verjüngung des Körpers des Kontaktelements) so reduziert wird, dass die für die Lötung aufzuwendende thermische Energie minimalisiert wird.

[0008] Andererseits besteht die Erfindung darin, die Lötpins [b] an der Unterseite der Kontaktelemente seitlich mit Schultern [g] zu versehen, um zu vermeiden, dass der Körper des Kontaktelements direkt auf der Leiterplatte aufliegt und somit dieser thermische Energie der Lötstelle entzieht. Diese Schultern fungieren als Wärmefallen.

[0009] Eine weitere Eigenschaft der Erfindung ist es, die Lötpins am Umfang des Kontaktelements und nicht unter diesem anzubringen, so dass die Lötpins nicht vom Körper des Kontaktelements überdeckt werden. Dies ermöglicht es, von der Bauteilseite her das Hochstelgen des Lötzinns entlang dem Lötpln [Fig.2 h] visuell zu verifizieren.

[0010] Weiters ist bei den handelsüblichen Kontaktelementen problematisch, dass wegen der besseren Lötbarkeit die Lötplns, die einen quadratischen oder runden Querschnitt haben, so dünn als möglich gehalten werden. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf das maximal anwendbare Drehmoment aus.

[0011] Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, durch entsprechende Formgebung des Querschnittprofils der Lötpins die mechanische Belastbarkeit des gelöteten Kontaktelements bezüglich des Drehmoments zu erhöhen, ohne dass die Querschnittfläche der Pins selbst erhöht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Lötplns nicht quadratisch oder rund ausgeführt werden, sondern eine rechteckähnliche Form [Fig.3 b] haben, wobei die Längsseite axial am Umfang des Kontaktelements angeordnet ist. Durch eine derartige Formgebung der Pins erhöhen sich die auf diese wirkenden Scherkräfte um ein mehrfaches, somit kann das Kontaktelement mit einem höheren Drehmoment belastet werden.

Ansprüche

1. Kontaktelement, welches mittels eines Lötmittels an eine Leiterplatte (a) gelötet wird, wobei das Kontaktelement einen Grundkörper und mehrere Lötpins (b) umfasst, die durch Öffnungen der Leiterplatte (a) gesteckt und von einer Unterseite der Leiterplatte (a) angelötet werden, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Literplatte (a) zugewandten Seite des Kontaktelements Distanzelemente vorgesehen sind, die an der Oberseite der Leiterplatte (a) zu liegen kommen und als Abstandhalter für den Grundkörper zur Leiterplatte (a) dienen.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente als an den Lötpins (b) vorgesehene seitliche Schultern (g) realisiert sind.

3. Kontaktelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schultern (g) auf einer Fläche der Leiterplatte (a) aufliegen, die kleiner ist als die frei schwebende Fläche des Grundkörpers, welche der Oberseite der Leiterplatte (a) im Abstand gegenüberliegt.

4. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötpins (b) im Bereich des Umfangs des Grundkörpers angeordnet sind, so dass die Lötqualität von der Oberseite der Leiterplatte (a) visuell geprüft werden kann.

5. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement keine Lötpins (b) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie nicht von der Oberseite der Leiterplatte (a) visuell geprüft werden können.

6. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper einen Kopfabschnitt, einen Fußabschnitt und einen dazwischen liegenden, verjüngten Abschnitt (f) aufweist, der einen kleineren Querschnitt hat als der Kopfabschnitt und der Fußabschnitt.

7. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötpins (b) eine rechteckähnliche Form mit einer Längsseite und einer Querseite aufweisen, wobei die Längsseite der Lötpins (b) in Umfangsrichtung angeordnet ist.

Zeichnung