Rohrförmige Auskleidung für ein im Querschnitt kreisförmiges Loch in einer Leiterplatte
Bei der Herstellung von Platten für gedruckte Schaltungen ist es üblich, in den Platten Löcher vorzusehen, die Zuleitungsdrähte von auf der Platte montierten Bauteilen aufnehmen. Danach werden die Leiter an den auf der Platte befindlichen Leitern angelötet, um diese mit den Bauteilen elektrisch zu verbinden. Wenn die Drähte durch Tauchlöten mit den Leitern der Leiterplatte verbunden werden sollen, sieht man in den Löchern der Leiterplatte zweckmässig metallische Auskleidungen vor, welche den Tauchlötvorgang fördern, indem sie durch Kapillarwirkung den Eintritt des Lötmetalls in das Loch unterstützen, so dass zwischen den Drähten und den Leitern der Leiterplatte eine zuverlässige Verbindung erzielt wird.
Es ist ferner zweckmässig, die Auskleidungen für die Löcher in der Leiterplatte so auszubilden, dass sie vor und während des Lötvorganges einen Zuleitungsdraht vorübergehend festhalten, so dass die Leiterplatte während des Lötens in der erforderlichen Weise manipuliert werden kann.
Es ist bekannt, Auskleidungen in Löchern in gedruckten Leiterplatten mit Hilfe von üblichen Einsetzmaschinen einzusetzen, die Öseneinsetzmaschinen ähneln. Dieses Verfahren ist jedoch relativ langsam und teuer, weil die Löcher in den Platten unregelmässig angeordnet sind und jede Leiterplatte gewöhnlich eine grosse Anzahl von Löchern enthält.
Gemäss der Erfindung wird eine rohrförmige Auskleidung für ein im Querschnitt kreisförmiges Loch in einer Leiterplatte vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Auskleidung von einem im Querschnitt grösseren, unrunden Ende zu einem im Querschnitt kleineren, bogenförmigen Ende verjüngt und das grössere Ende so ausgebildet ist, um zu einem kreisförmigen Querschnitt verformt zu werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die kleinste Querabmessung des grösseren Endes der Auskleidung kleiner als das Doppelte des Radius des kleineren Endes der Auskleidung.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung in der Richtung ihrer Achse von einem im Querschnitt ovalen, grösseren Ende zu einem im Querschnitt bogenförmigen, kleineren Ende verjüngt, ist, wobei die Hauptachse des grösseren Endes grösser ist als das Doppelte des Radius des kleineren Endes, die Nebenachse des grösseren Endes kleiner ist als das Doppelte des Radius des kleinreren Endes und das grössere Ende zu einem kreisförmigen Querschnitt verformbar ist.
Solche Auskleidungen eignen sich besonders zum Einsetzen in im Querschnitt kreisförmige Löcher in einer Leiterplatte in einem Rüttelverfahren, weil durch die Verwendung dieser Auskleidungen die in einem derartigen Verfahren gewöhnlich auftretenden Schwierigkeiten beseitigt werden. Diese Schwierigkeiten bestehen beispielsweise in einem Ineinanderschachteln mehrerer Auskleidungen in einem Loch, in einem unvollständigen Ausfüllen der Löcher und in einer falschen Orientierung der Auskleidungen in den Löchern.
Jede Auskleidung soll zweckmässig imstande sein, einen eingeführten Zuleitungsdraht eines Bestandteils vorübergehend festzuhalten, bis der Zuleitungsdraht an der Auskleidung und einem Leiter der Leiterplatte angelötet wird, so dass diese während des Montagevorganges und des Lötvorganges manipuliert werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung besitzt daher ein Halteelement, das aus dem Mantel der Auskleidung herausgedrückt ist und ein mit einem Mantel der Auskleidung einstückiges, festliegendes Ende und ein freies Ende besitzt, wobei sich das Halteelement gegen über der Achse der Auskleidung von seinem festliegenden Ende aus schräg einwärts erstreckt, an seinem freien Ende unter Bildung eines seitwärtsgerichteten Lappens seitlich abgebogen und zum Festhalten eines eingeführten Drahtes zwischen der Fläche des Halteelements und der Innenfläche der Auskleidung geeignet und der Lappen geeignet ist, sich über den Rand eines Loches in einer Leiterplatte hinaus zu erstrecken und die Auskleidung in dem Loch festzuhalten.
Nach dem Einsetzen einer derartigen Auskleidung in ein Loch in einer Leiterplatte kann ein Zuleitungsdraht eines auf der Platte zu montierenden Bestandteils durch die Auskleidung hindurch eingesetzt werden, wobei deren Halteelement auswärtsgebogen wird und elastisch an dem Zuleitungsdraht angreift und ihn vorübergehend in dem Loch in der Leiterplatte festhält. Der Zuleitungsdraht bewegt ferner den Lappen am Ende des Halteelementes über den Rand des Loches hinaus auswärts, so dass der Lappen die Auskleidung bis nach dem Lötvorgang in dem Loch hält.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer Auskleidung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 die Auskleidung im Schaubild,
Fig. 2 die Auskleidung nach Fig. 1 in einem Vertikallängsschnitt,
Fig. 3 die Auskleidung in einer Stirnansicht, in der Richtung des Pfeiles 3-3 in Fig. 2 gesehen,
Fig. 4 in einer Draufsicht einen Blechzuschnitt, aus dem die Auskleidung hergestellt wird,
Fig. 5 im Vertikallängsschnitt das Einsetzen von Auskleidungen in Löcher in einer Schablone,
Fig. 6 eine Darstellung von der Linie 6-6 in Fig. 5 gesehen und
Fig. 7 in einem Vertikallängsschnitt einen Teil einer in Fig. 5 dargestellten Schablone, die oberhalb einer Leiterplatte montiert ist, sowie eine oberhalb der Schablone montierte Stempelplatte, wobei sich die Teile in der Stellung unmittelbar vor dem Einsetzen der Auskleidungen in die Löcher in der Leiterplatte befinden.
Fig. 8 zeigt in einer der Fig. 7 ähnlichen Darstellung die Stellung der Teile nach dem Einsetzen der Auskleidungen in die Löcher in der Leiterplatte,
Fig. 9 zeigt in einer Draufsicht einen Teil der Oberfläche einer Leiterplatte mit einem Loch, in dem eine Auskleidung montiert ist.
Fig. 10 zeigt im Vertikallängsschnitt einen Teil einer Leiterplatte, mit einem Loch, in dem eine Auskleidung montiert ist, wobei in der Auskleidung ein Zuleitungsdraht eines Bestandteils eingesetzt ist.
Fig. 11 zeigt in einer der Fig. 10 ähnlichen Darstellung das Aussehen der Teile nach dem Durchführen eines Tauchlötvorganges.
Fig. 12 zeigt schaubildlich und mit auseinandergezogenen Teilen eine Leiterplatte, eine für die Verwendung mit der Leiterplatte geeignete Schablone, mit deren Hilfe Auskleidungen in Löcher in der Leiterplatte geschoben werden können, und eine Stempelplatte mit Stempeln, die zum Schieben der Auskleidungen aus der Schablone in die Leiterplatte dienen.
Gemäss den Figuren 1 bis 4 besteht die Auskleidung für ein Loch in einer Leiterplatte aus einem allgemein rohrförmigen Metallglied 2, das in der Richtung seiner Achse verjüngt ist und ein relativ grosses Ende 4 mit einem ovalen Querschnitt und ein relativ kleines Ende 6 mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat. Die grösste Querabmessung des ovalen Endes 4 ist beträchtlich grösser als der Durchmesser des kreisförmigen Endes 6. Diese Auskleidung wird aus Blech hergestellt, das eine relativ geringe Dicke von;beispiels- weise 0,13 mm hat, und besitzt eine axiale Naht 8, die vorzugsweise einen Schlitz bildet, dessen Breite aus nachstehend angegebenen Gründen ebensogross oder kleiner ist als die Dicke des Bleches. An einer dem ovalen Ende 4 benachbarten Stelle 12 ist ein fingerförmiges Halteelement 10 einstückig an die Auskleidung angesetzt.
Das Halteelement 10 erstreckt sich schräg zu der Achse der Auskleidung und ist im Bereich des Endes 6 bis 14 derart umgebogen, dass es dort einen seitwärtsgerichteten Lappen 16 bildet. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, ist die Länge der Abwicklung des Halteelementes 10 grösser als die Länge der Auskleidung und wird das Halteelement 10 durch Ausstanzen von Material aus dem Blech ausgebildet. Dies ist in Fig. 4 bis 13 angedeutet. Auf beiden Seiten des Halteelements 10 wird eine beträchtliche Materialmenge bei 18 weggenommen, so dass sich das Halteelement 10 frei auswärts bewegen kann, wenn die Auskleidung in einem Loch in einer Leiterplatte montiert ist und ein Zuleitungsdraht eines Bestandteils eingesetzt wird, wie nachstehend erläutert wird.
Gemäss den Figuren 5 bis 12 werden Auskleidungen gemäss den Figuren 1 bis 3 vorteilhafterweise in Löcher in einer aus Kunststoff, z. B. einem Epoxydharz, bestehenden Leiterplatte 20 vorzugsweise mit Hilfe einer Schablone 22 angebracht, die Löcher 28 an Stellen hat, die den Stellen entsprechen, an denen sich die Löcher 26 in der Leiterplatte 20 befinden, sowie mit Hilfe einer Stempelplatte 24 mit Stempeln 32 an Stellen, die den Stellen entsprechen, an denen die Löcher in der Schablone 22 bzw. der Leiterplatte 20 angeordnet sind. Die Löcher 28 in der Schablone 22 sind gemäss Fig. 5 an ihren oberen Enden abgeschrägt und haben einen Durchmesser, welcher der grössten Querabmessung bzw.
der Hauptachse des ovalen Endes 4 der Auskleidung 2 im wesentlichen entspricht. Die Löcher 26 in der Leiterplatte sind im wesentlichen kreisförmig, können jedoch auch gemäss Fig. 7 an ihren oberen Enden erweitert sein. Die in Fig. 7 gezeigte Querschnittform der Löcher 26 in der Leiterplatte ergibt sich aus dem Ausstanzvorang. durch den am oberen Ende jedes Loches etwas Material entfernt bzw. herausgerissen wird. Der Durchmesser der Löcher 26 in der Leiterpiat- te 20 ist so gewählt, dass das grössere Ende 4 einer in das Loch hineingedrückten Auskleidung 2 in einer Presspassung in dem Loch sitzt.
Zum Einsetzen von Auskleidungen 2 in alle Löcher 26 in der Leiterplatte 20 wird die Schablone 22 zunächst in eine geeignete Trageinrichtung 34 (Fig. 5) eingesetzt, die Seitenwände 36 besitzt. Oben auf der oberen-Fläche der Schablone 22 werden Auskleidungen 2 im Über- schuss angeordnet. Zum Rütteln kann man jeden geeigneten Rüttler verwenden, wie er gewöhnlich für Speisevorgänge herangezogen wird. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass ein nur 20 Sekunden dauernden Rüttelvorgang zum Einsetzen von Auskleidungen 2 in alle Löcher 28 in der Schablone 22 genügt. Danach wird die Platte 34 mit einer Frequenz von etwa 60 Schwingungen pro Sekunde gerüttelt, bis jedes Loch 28 in der Schablone 22 eine Auskleidung 2 enthält.
Infolge der Form der Auskleidungen und insbesondere der relativ grossen Querabmessung der Enden 4 der Auskleidungen 2 treten diese derart in die Löcher 28 ein, dass die kreisförmigen Enden 6 abwärtsgekehrt sind, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht. Wenn eine Auskleidung 2 trachtet, in eines der Löcher 28 in der Schablone in der entgegengesetzten Orientierung einzutreten, wie dies für die in Fig. 5 am weitesten rechts befindliche Auskleidung gezeigt ist, kann die Auskleidung infolge ihrer grossen Querabmessung nicht in das Loch 28 eintreten, und wird von dem Loch 28 weggesohleudert.
Gemäss Fig. 6 besitzen die in den Löchern 28 in der Schablone sitzenden Auskleidungen an ihrem oberen Ende 4 noch ihren ovalen Querschnitt und werden die Auskleidungen in den Löchern 28 mit einer leichten Presspassung so festgehalten, dass die Schablone 22 für die folgenden Arbeitsvorgänge manipuliert werden kann.
Die Leiterplatte 20 wird gemäss Fig. 7 und 8 auf eine Tragplatte 38 gelegt, von deren oberer Fläche sich auf entgegengesetzten Enden Führungszapfen 40 erstrecken. Die Leiterplatte 20 und die Schablone 22 sind mit Löchern versehen, die zur Aufnahme der Zapfen 40 dienen, so dass beim Anbringen der Leiterplatte 20 und der Schablone 22 auf der Tragplatte 38 gemäss Fig. 7 die Löcher in der Schablone 22 genau mit den Löchern 26 in der Leiterplatte 20 fluchten. Danach wird die Stempelplatte 24 so auf den Zapfen 40 montiert, dass die Stempel 32 auf der Unterseite der Platte 24 mit den Löchern 28 in der Schablone und den Löchern 26 in der Leiterplatte fluchten.
Danach wird die Stempelplatte 24 aus der in Fig. 7 gezeigten Stellung in die Stellung nach Fig. 8 bewegt, wobei die Stempel 32 je eine Auskleidung 2 aus einem Loch 28 in der Schablone in ein Loch 26 in der Leiterplatte schieben. Dabei werden die einzelnen Auskleidungen 2 elastisch derart verformt, dass ihre ovalen Enden 4 im wesentlichen kreisförmig werden (Fig. 9). Die offene Naht 8 kann jetzt vollständig geschlossen werden, wenn sie nicht schon beim Einsetzen der Auskleidungen 2 in die Löcher 28 in der Schablone geschlossen wurde. Die Presspassung zwischen dem oberen Ende 6 jeder Auskleidung 2 und dem oberen Ende des Loches 26 in der Leiterplatte genügt nicht nur zum Festhalten der Auskleidung 2 in den Löchern 26, sondern auch zum Einsetzen eines Zuleitungsdrahtes 46 eines Bestandteils 48. wie nachstehend erläutert wird.
Danach werden die Schablone 22, die Stempelplatte 24 und die Leiterplatte 20 von der Tragplatte 38 abgenommen und werden Bestandteile 48, die Leiter 46 besitzen, dadurch auf der Platte 20 montiert, dass die Zuleitungen 46 durch die gewünschten Löcher 26 und die in ihnen befindlichen Auskleidungen 2 eingeführt werden. Gemäss Fig. 1 kreuzen diese Löcher 26 gewöhnlich einen Leiter 50 auf der Unterseite der Leiterplatte 20, so dass beim anschliessenden Tauchlöten der Platte 20 die Drähte 46 elektrisch mit den Leitern 50 verbunden werden. Aus der Fig. 10 geht ferner hervor, dass ein Draht 46 bei seinem Einsetzen in eine Auskleidung 2 den Lappen 16 des Halteelements 10 um ein beträchtliches Stück seitwärts bewegt, so dass der Lappen 16 über den Rand des Loches 26 hinaus bewegt wird.
Nach dieser Verschiebung des Halteelements 10 ist die Auskleidung 2 gegen eine Aufwärtsbewegung gesichert, wie aus der Fig. 10 hervorgeht. Wie vorstehend angegeben wurde, sind die Auskleidungen 2 in den Löchern 26 mit einer Presspassung angeordnet, die zusammen mit der schwachen Konizität der oberen Endteile der Löcher 26 in der Leiterplatte eine Abwärtsbewegung der Auskleidung in der Leiterplatte verhindert.
Infolge der Federkraft der Halteelemente 10, die an den eingeführten Zuleitungsdrähten 46 angreifen und sie gegen die Mäntel der Auskleidungen 2 drücken, werden die Zuleitungsdrähte 46 in den Auskleidungen festgehalten. Nach dem anschliessenden Tauchlöten der Leiterplatte 20 ist zwischen den Drähten 46 und den Leitern 50 eine bleibende elektrische Verbindung vorhanden, wie aus Fig. 11 hervorgeht.
Die grösste Abmessung des kleinen Endes 6 der Auskleidung 2 ist vorzugsweise kleiner als der Nenndurchmesser der Löcher 26 in der Leiterplatte und kleiner als der Durchmesser der Löcher 28 in der Schablone. Die grösste Querabmessung bzw. die Hauptachse des grossen Endes 4 der Auskleidung 2 soll grösser sein als der Durchmesser des Loches 26 in der Leiterplatte und so gewählt sein, dass der grösste Aussenumfang der Auskleidung 2 im wesentlichen ebensogross oder nur sehr wenig grösser ist als der Umfang des Loches 26 in der Leiterplatte. Wie vorstehend angegeben wurde, ist der Nenndurchmesser der Löcher 28 in der Schablone nur etwas grösser als der Durchmesser der Löcher 26 in der Leiterplatte. Wenn diese Beziehungen eingehalten werden, sitzen die Auskleidungen 2 mit einer Feinpassung in den Löchern 28 in der Schablone und mit einer Presspassung in den Löchern 26 in der Leiterplatte.
Beim Einsetzen der Drähte 46 in die Löcher 26 in der Leiterplatte werden die Halteelemente 10 auswärtsgeschwenkt, so dass die Auskleidungen 2 in den Löchern 26 in der Leiterplatte festgehalten werden.
Die vorstehend beschriebene Auskleidung für ein Loch in einer Leiterplatte hat den wichtigen Vorteil, dass sie mit Hilfe eines Rüttelvorganges mit der Leiterplatte vereinigt werden kann. Dies ist in den Figuren 5 bis 8 angedeutet. Die Auskleidung 2 kann in das Loch 28 in der Schablone nicht in einer falschen Orientierung, mit abwärtsgekehrtem grossem Ende 4, eintreten, weil die Enden 4 und 6 verschiedene Abmessungen haben.
Bei abwärtsgekehrtem kleinem Ende 6 kann die Auskleidung 2 dagegen leicht in das Loch 28 eintreten.
Infolge der grösseren Querabmessung oder der Hauptachse des Endes 4 wird die Auskleidung 2 in dem Loch 28 in der Schablone so festgehalten, dass diese zum Auflegen auf die Tragplatte 38 manipuliert werden kaum. Ferner ist das Halteelement 10 so lang, dass der Schwerpunkt der Auskleidung 2 näher bei dem Ende 6 liegt als bei dem Ende 4. Infolgedessen haben die in Fig.
5 gezeigten Auskleidungen eine starke Tendenz, mit abwärtsgekehrten kreisförmigen Enden 6 in die Löcher 28 in der Schablone zu fallen, während nur eine geringere Tendenz besteht, dass sie mit abwärtsgekehrtem grossen Ende 4, wie dies in Fig. 5 für die ganz rechts angeordnete Auskleidung gezeigt ist, in die Löcher fallen. Beim Rütteln erzielt man ferner den Vorteil, dass der seitwärtsgerichtete Lappen 16 des Halteelements 10 einem Ineinanderschachteln von Auskleidungen 2 in einem einzigen Loch 28 in der Schablone entgegenwirkt.
Die den Eintritt jeder Auskleidung 2 in ein Loch 28 in der Schablone beim Rüttelvorgang erleichternden Ausbildungsmerkmale der Auskleidungen 2 verbessern auch die Funktion der Auskleidung 2 nach deren Einsetzen in ein Loch 26 in der Leiterplatte. Beim Einsetzen der Drähte 46 in die Auskleidungen 2 werden die Lappen 16 auswärtsbewegt, so dass sie Anschläge bilden, die eine Aufwärtsbewegung der Auskleidungen 2 gegenüber den Löchern 26 verhindern, so dass die Auskleidungen 2 nicht herausgenommen werden können und bei ihrer Manipulation vor dem Tauchlöten nicht herausfallen. Die Zuleitungsdrähte 46 der Bestandteile werden ebenfalls in den Auskleidungen 2 festgehalten, weil die von den Zuleitungsdrähten 46 auswärtsgebogenen Halteelemente 10 eine Einspannwirkung aus üben.
Wenn die Abmessungen einer Auskleidung 2 sorgfältig ausgewählt sind, können in diese Ausnehmung Drähte in einem relativ weiten Grössen- oder Durchmesserbereich eingeführt werden. Es hat sich gezeigt, dass mit den nachstehenden Abmessungen bei einer bestimmten Kombination des Durchmessers der Löcher in der Leiterplatte und eines Drahtdurchmesserbereiches mit den nachstehenden Abmessungen optimale Ergebnisse erzielt werden:
: Drahtdurchmesserbereich 0,38-0,89 mm Durchmesser des Loches in der Leiterplatte unten 1,22 mm oben 1,45 mm Durchmesser des Loches in der Schablone 1,47 mm Durchmesser der Schrägfläche am oberen Ende des Loches in der Schablone 1,65 mm Länge der Hauptachse des grossen Endes der Auskleidung 1,57 mm Länge der Nebenachse des grossen Endes 1,32 mm Durchmesser des kleinen Endes der Auskleidung 1,22 mm Blechstärke der Auskleidung 0,13 mm Stempeldurchmesser 1,40 mm
Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass der Stempeldurchmesser von 1,4 mm etwas grösser ist als die Länge der Nebenachse (1,32 mm) der Auskleidung.
Infolge dieser Beziehung greift der Stempel zuverlässig an der in dem Loche in der Schablone befindlichen Auskleidung an und kann der Stempel die Auskleidung abwärts in das Loch in der Leiterplatte schieben. Das Loch in der Schablone hat einen Durchmesser von 1,47mm und kann den Stempel frei aufnehmen. Der Umfang des grossen Endes der Auskleidung ist etwas grösser als der Umfang des Loches in der Leiterplatte an dessen oberem Ende, so dass eine Presspassung erzielt wird, wenn die Auskleidung in das Loch in der Leiterplatte geschoben wird. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Auskleidungen mit abwärtsgekehrten grossen Enden in die im Durchmesser grösseren Löcher in der Schablone eintreten, weil diese grösseren Enden der Auskleidungen oval sind.
Bei den oben angegebenen Beziehungen zwischen den Abmessungen und einer Schwingungsamplitude von etwa 1 mm und einer Frequenz von 60 Schwingungen pro Sekunde hat es sich gezeigt, dass innerhalb von zwanzig Sekunden oder weniger in alle Löcher in der Schablone je eine Auskleidung eingesetzt werden kann.
In manchen Fällen ist es zweckmässig, einen oder mehrere der Stempel 32 zu entfernen, damit in das entsprechende Loch in der Leiterplatte keine Auskleidung eingesetzt wird. Diese Massnahme des Entfernens von ausgewählten Stempeln ist besonders vorteilhaft bei Herstellungsvorgängen, bei denen eine genormte Leiterplatte für zahlreiche verschiedene Schaltungen verwendet wird. Derartige genormte Leiterplatten sind mit Löchern entsprechend einem vorherbestimmten Raster versehen. Bei der Herstellung einer bestimmten Schaltung werden Auskleidungen nur in jene Löcher eingesetzt, die einen Zuleitungsdraht eines Bestandteils aufnehmen sollen; die übrigen Löcher werden nicht verwendet.
Die Schablone kann in diesem Falle mit Löchern entsprechend einem Raster versehen sein, der dem Raster der Löcher in der Leiterplatte entspricht, und die Stempelplatte kann Stempel ebenfalls in einem entsprechenden Raster aufnehmen. Man rüttelt die Auskleidungen in der vorstehend beschriebenen Weise in die Löcher in der Schablone ein. Die Stempel werden an der Stempelplatte nur an den Stellen angebracht, die den Stellen entsprechen, an denen in der Leiterplatte Auskleidungen erforderlich sind.
Tubular lining for a hole with a circular cross-section in a printed circuit board
In the manufacture of printed circuit boards, it is common practice to provide holes in the boards to accommodate lead wires from components mounted on the board. Then the conductors are soldered to the conductors on the board in order to connect them electrically to the components. If the wires are to be connected to the conductors of the printed circuit board by dip soldering, metal linings are expediently provided in the holes of the printed circuit board, which promote the dip soldering process by supporting the entry of the solder into the hole through capillary action, so that between the wires and the conductors of the circuit board a reliable connection is achieved.
It is also useful to design the linings for the holes in the circuit board in such a way that they temporarily hold a lead wire before and during the soldering process, so that the circuit board can be manipulated as required during soldering.
It is known to insert liners into holes in printed circuit boards using conventional inserting machines that are similar to eyelet inserting machines. However, this process is relatively slow and expensive because the holes in the boards are irregularly arranged and each circuit board usually contains a large number of holes.
According to the invention, a tubular lining is provided for a hole with a circular cross-section in a circuit board, which is characterized in that the lining tapers from a larger, non-circular end to a smaller, curved end, and the larger end is designed in this way is to be deformed into a circular cross section.
In a preferred embodiment of the invention, the smallest transverse dimension of the larger end of the liner is less than twice the radius of the smaller end of the liner.
Another embodiment of the invention is characterized in that the lining tapers in the direction of its axis from a larger end which is oval in cross section to a smaller end which is arcuate in cross section, the main axis of the larger end being greater than twice the radius of the smaller end, the minor axis of the larger end is smaller than twice the radius of the smaller end and the larger end is deformable to a circular cross-section.
Such linings are particularly suitable for insertion into holes of circular cross-section in a printed circuit board in a vibrating process, because the use of these linings eliminates the difficulties usually encountered in such a process. These difficulties include, for example, nesting of a plurality of liners in a hole, incomplete filling of the holes and incorrect orientation of the liners in the holes.
Each lining should expediently be able to temporarily hold an inserted lead wire of a component until the lead wire is soldered to the lining and a conductor of the circuit board so that it can be manipulated during the assembly process and the soldering process.
One embodiment of the invention therefore has a holding element which is pushed out of the casing of the lining and has a fixed end integral with a casing of the lining and a free end, the holding element being inclined relative to the axis of the lining from its fixed end extends inward, bent laterally at its free end to form a sideways flap and suitable for holding an inserted wire between the surface of the retaining element and the inner surface of the liner and the flap is adapted to extend beyond the edge of a hole in a circuit board and hold the liner in place in the hole.
After inserting such a liner into a hole in a circuit board, a lead wire of a component to be mounted on the board can be inserted through the liner, the holding element of which is bent outwards and elastically engages the lead wire and temporarily holds it in the hole in the circuit board . The lead wire also moves the tab at the end of the retaining element outward beyond the edge of the hole so that the tab holds the liner in the hole until after the soldering process.
An embodiment of a lining is described below with reference to the drawings. In this shows:
Fig. 1 the lining in the diagram,
FIG. 2 shows the lining according to FIG. 1 in a vertical longitudinal section,
Fig. 3 shows the lining in an end view, seen in the direction of the arrow 3-3 in Fig. 2,
4 is a plan view of a sheet metal blank from which the lining is made,
5 shows the insertion of linings into holes in a template in a vertical longitudinal section,
Fig. 6 is a view seen from the line 6-6 in Fig. 5 and
7 in a vertical longitudinal section a part of a template shown in FIG. 5, which is mounted above a circuit board, and a stamp plate mounted above the template, the parts being in the position immediately before the linings are inserted into the holes in the circuit board are located.
FIG. 8 shows, in a representation similar to FIG. 7, the position of the parts after the linings have been inserted into the holes in the circuit board,
Fig. 9 shows, in a plan view, part of the surface of a circuit board with a hole in which a liner is mounted.
Fig. 10 shows in vertical longitudinal section a part of a circuit board, with a hole in which a lining is mounted, a lead wire of a component being inserted in the lining.
FIG. 11 shows in a representation similar to FIG. 10 the appearance of the parts after a dip soldering process has been carried out.
12 shows in perspective and with parts exploded a circuit board, a template suitable for use with the circuit board by means of which liners can be pushed into holes in the circuit board, and a stamp plate with stamps which are used for sliding the liners out of the template into serve the circuit board.
According to Figures 1 to 4, the lining for a hole in a printed circuit board consists of a generally tubular metal member 2 which is tapered in the direction of its axis and a relatively large end 4 with an oval cross-section and a relatively small end 6 with a substantially has a circular cross-section. The largest transverse dimension of the oval end 4 is considerably larger than the diameter of the circular end 6. This lining is made of sheet metal that is relatively thin, for example 0.13 mm, and has an axial seam 8, which is preferably forms a slot, the width of which is as large or smaller than the thickness of the sheet for reasons given below. At a point 12 adjacent to the oval end 4, a finger-shaped holding element 10 is attached in one piece to the lining.
The holding element 10 extends obliquely to the axis of the lining and is bent over in the region of the end 6 to 14 in such a way that it forms a tab 16 directed to the side there. As can be seen from FIG. 4, the length of the development of the holding element 10 is greater than the length of the lining and the holding element 10 is formed by punching out material from the sheet metal. This is indicated in FIGS. 4 to 13. A substantial amount of material is removed from either side of the support member 10 at 18 so that the support member 10 can freely move outwardly when the liner is mounted in a hole in a circuit board and a component lead wire is inserted, as discussed below.
According to FIGS. 5 to 12, linings according to FIGS. 1 to 3 are advantageously inserted into holes in a plastic, e.g. B. an epoxy resin, existing circuit board 20 preferably attached with the aid of a template 22 which has holes 28 at locations that correspond to the locations at which the holes 26 are in the circuit board 20, and with the help of a stamp plate 24 with stamps 32 on Locations that correspond to the locations at which the holes in the template 22 or the circuit board 20 are arranged. The holes 28 in the template 22 are beveled at their upper ends according to FIG. 5 and have a diameter which corresponds to the largest transverse dimension or
the main axis of the oval end 4 of the lining 2 substantially corresponds. The holes 26 in the circuit board are essentially circular, but can also be widened at their upper ends as shown in FIG. The cross-sectional shape of the holes 26 in the circuit board shown in FIG. 7 results from the punching process. through which some material is removed or torn out at the top of each hole. The diameter of the holes 26 in the printed circuit board 20 is selected such that the larger end 4 of a lining 2 pressed into the hole sits in a press fit in the hole.
To insert linings 2 into all holes 26 in the circuit board 20, the template 22 is first inserted into a suitable support device 34 (FIG. 5) which has side walls 36. On top of the upper surface of the template 22, linings 2 are arranged in excess. Any suitable vibrator can be used for vibrating, as it is usually used for food processes. In practice, it has been shown that a vibration process lasting only 20 seconds is sufficient to insert linings 2 into all holes 28 in template 22. The plate 34 is then vibrated at a frequency of approximately 60 vibrations per second until each hole 28 in the template 22 contains a lining 2.
As a result of the shape of the linings and in particular the relatively large transverse dimension of the ends 4 of the linings 2, they enter the holes 28 in such a way that the circular ends 6 face downward, as can be seen from FIG. If a liner 2 seeks to enter one of the holes 28 in the template in the opposite orientation, as shown for the rightmost liner in Figure 5, the liner cannot enter the hole 28 due to its large transverse dimension, and is ouded away from hole 28.
According to Fig. 6, the linings seated in the holes 28 in the template still have their oval cross-section at their upper end 4 and the linings are held in the holes 28 with a slight press fit so that the template 22 can be manipulated for the following operations .
According to FIGS. 7 and 8, the circuit board 20 is placed on a support plate 38, from the upper surface of which guide pins 40 extend to opposite ends. The circuit board 20 and the template 22 are provided with holes which serve to receive the pins 40, so that when the circuit board 20 and the template 22 are attached to the support plate 38 according to FIG. 7, the holes in the template 22 exactly match the holes 26 align in the circuit board 20. The stamp plate 24 is then mounted on the pin 40 in such a way that the stamp 32 on the underside of the plate 24 is aligned with the holes 28 in the template and the holes 26 in the circuit board.
Then the stamp plate 24 is moved from the position shown in FIG. 7 into the position according to FIG. 8, the stamp 32 each pushing a lining 2 from a hole 28 in the template into a hole 26 in the circuit board. The individual linings 2 are elastically deformed in such a way that their oval ends 4 become essentially circular (FIG. 9). The open seam 8 can now be completely closed if it was not closed when the linings 2 were inserted into the holes 28 in the template. The interference fit between the upper end 6 of each liner 2 and the upper end of the hole 26 in the circuit board is sufficient not only to hold the liner 2 in the holes 26, but also to insert a lead wire 46 of a component 48, as will be explained below.
Thereafter, the template 22, the stamping plate 24 and the circuit board 20 are removed from the support plate 38 and components 48 that have conductors 46 are mounted on the plate 20 that the leads 46 through the desired holes 26 and the linings located in them 2 will be introduced. According to FIG. 1, these holes 26 usually cross a conductor 50 on the underside of the circuit board 20, so that the wires 46 are electrically connected to the conductors 50 during the subsequent dip soldering of the board 20. 10 also shows that a wire 46, when it is inserted into a lining 2, moves the tab 16 of the holding element 10 to the side by a considerable distance, so that the tab 16 is moved beyond the edge of the hole 26.
After this displacement of the holding element 10, the lining 2 is secured against an upward movement, as can be seen from FIG. 10. As indicated above, the liners 2 are positioned in the holes 26 with an interference fit which, together with the slight taper of the upper end portions of the holes 26 in the circuit board, prevents downward movement of the liner in the circuit board.
As a result of the spring force of the holding elements 10, which act on the introduced lead wires 46 and press them against the jackets of the linings 2, the lead wires 46 are held in the linings. After the subsequent dip soldering of the circuit board 20, there is a permanent electrical connection between the wires 46 and the conductors 50, as can be seen from FIG. 11.
The largest dimension of the small end 6 of the lining 2 is preferably smaller than the nominal diameter of the holes 26 in the circuit board and smaller than the diameter of the holes 28 in the template. The largest transverse dimension or the main axis of the large end 4 of the liner 2 should be larger than the diameter of the hole 26 in the circuit board and be chosen so that the largest outer circumference of the liner 2 is essentially the same or only very slightly larger than the circumference of the hole 26 in the circuit board. As indicated above, the nominal diameter of the holes 28 in the template is only slightly larger than the diameter of the holes 26 in the circuit board. If these relationships are observed, the liners 2 will be seated with an interference fit in the holes 28 in the template and with an interference fit in the holes 26 in the circuit board.
When the wires 46 are inserted into the holes 26 in the circuit board, the holding elements 10 are pivoted outwards, so that the linings 2 are retained in the holes 26 in the circuit board.
The above-described lining for a hole in a circuit board has the important advantage that it can be combined with the circuit board with the aid of a vibration process. This is indicated in FIGS. 5 to 8. The liner 2 cannot enter the hole 28 in the template in a wrong orientation, with the large end 4 facing downwards, because the ends 4 and 6 have different dimensions.
With the small end 6 facing downwards, on the other hand, the lining 2 can easily enter the hole 28.
As a result of the larger transverse dimension or the main axis of the end 4, the lining 2 is held in the hole 28 in the template in such a way that it can hardly be manipulated to place it on the support plate 38. Furthermore, the holding element 10 is so long that the center of gravity of the lining 2 is closer to the end 6 than to the end 4. As a result, the in Fig.
The linings shown in Figure 5 have a strong tendency to fall into the holes 28 in the template with the circular ends 6 facing downwards, while there is less tendency for them to fall with the large end 4 facing downwards, as shown in Figure 5 for the rightmost liner is to fall into the holes. When vibrating, one also achieves the advantage that the laterally directed tab 16 of the holding element 10 counteracts the linings 2 from nesting one inside the other in a single hole 28 in the template.
The design features of the linings 2 which facilitate the entry of each lining 2 into a hole 28 in the template during the vibration process also improve the function of the lining 2 after it has been inserted into a hole 26 in the circuit board. When the wires 46 are inserted into the linings 2, the tabs 16 are moved outward so that they form stops which prevent the linings 2 from moving upwards in relation to the holes 26, so that the linings 2 cannot be removed and not when they are manipulated prior to dip soldering fall out. The lead wires 46 of the components are also retained in the linings 2 because the holding elements 10 bent outward from the lead wires 46 exert a clamping effect.
If the dimensions of a lining 2 are carefully selected, wires in a relatively wide range of sizes or diameters can be inserted into this recess. It has been shown that with the following dimensions, with a certain combination of the diameter of the holes in the circuit board and a wire diameter range with the following dimensions, optimal results are achieved:
: Wire diameter range 0.38-0.89 mm diameter of the hole in the circuit board below 1.22 mm above 1.45 mm diameter of the hole in the template 1.47 mm diameter of the inclined surface at the upper end of the hole in the template 1.65 mm length of the major axis of the major end of the lining 1.57 mm length of the minor axis of the major end 1.32 mm diameter of the small end of the lining 1.22 mm sheet thickness of the lining 0.13 mm punch diameter 1.40 mm
The table above shows that the punch diameter of 1.4 mm is slightly larger than the length of the minor axis (1.32 mm) of the lining.
As a result of this relationship, the punch reliably engages the liner located in the hole in the template and the punch can push the liner down into the hole in the circuit board. The hole in the template has a diameter of 1.47mm and can accommodate the stamp freely. The circumference of the large end of the liner is slightly larger than the circumference of the hole in the circuit board at the top thereof so that an interference fit is achieved when the liner is pushed into the hole in the circuit board. At the same time, it is prevented that the linings with large ends facing downwards enter the larger diameter holes in the template, because these larger ends of the linings are oval.
With the relationships given above between the dimensions and a vibration amplitude of about 1 mm and a frequency of 60 vibrations per second, it has been shown that a lining can be inserted into each of the holes in the template within twenty seconds or less.
In some cases it is useful to remove one or more of the punches 32 so that no lining is inserted into the corresponding hole in the circuit board. This measure of removing selected stamps is particularly advantageous in manufacturing processes in which a standardized printed circuit board is used for numerous different circuits. Such standardized circuit boards are provided with holes according to a predetermined grid. In making a particular circuit, liners are only inserted into holes intended to receive a component lead wire; the remaining holes are not used.
In this case, the template can be provided with holes corresponding to a grid which corresponds to the grid of the holes in the circuit board, and the stamp plate can also accommodate stamps in a corresponding grid. The liners are shaken into the holes in the template as described above. The stamps are attached to the stamp plate only in those places that correspond to the places where linings are required in the circuit board.