CN104412454A - 用于连接电路板的接触元件、接触系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连接电路板的接触元件。电路板具有至少一个特别是电绝缘的衬底层。电路板也具有至少一个导电层。接触元件构造成用于与导电层相连接。根据本发明，接触元件构造成被推到电路板的电路板边缘上。接触元件构造成包围所述电路板边缘，并且具有至少一个带有切割边的切割刀，其中，切割边在分离区段的区域中具有比沿着切割边与分离区段邻近的接触区段更硬的金属。切割边构造成，在被推到电路板边缘上时利用分离区段切断衬底层并且利用接触区段电接触导电层。

Description

用于连接电路板的接触元件、接触系统以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于连接电路板的接触元件。电路板具有至少一个特别是电绝缘的衬底层。电路板也具有至少一个特别是位于内部的导电层。该导电层优选地与衬底层相连接。接触元件构造成用于与导电层相连接。
背景技术
在从现有技术中已知的系统中，接触元件例如与联接部或联接线相连接，电路板的导电的内层与联接元件、例如焊钉或类似者相连接。那么，接触元件可以插头的形式装到焊针上。
发明内容
本发明的特征特别是在于，接触元件构造成被推到电路板的电路板边缘上。优选地，接触元件构造成包围电路板边缘。接触元件具有至少一个带有切割边的切割刀，其中，切割边在分离区段的区域中具有比沿着切割边与分离区段邻近的接触区段更硬的金属。优选地，切割边构造成，在被推到电路板边缘上时利用分离区段切断衬底层并且利用接触区段电接触导电层。
由此，可有利地接触电路板的导电的内层，而例如不需要借助于铣削或钻孔至少在基质的面区域上释放并由此露出导电层。
电路板的导电层优选地形成电路板的内层。电路板优选地是多层电路板，其例如具有至少两个导电层、以及(优选地相应于夹心结构)使导电层彼此绝缘的且包围导电层的衬底层。优选地，基质层是环氧树脂层，更为优选地，是纤维加强的、特别是玻璃纤维加强的环氧树脂层。
接触元件可借助于如此构造的切割边有利地切断衬底层并且利用优选具有比分离区段更好导电性能的接触区段在电路板边缘的区域中接触导电层。
接触元件优选地具有至少两个切割边并且构造成包围电路板边缘以及借助于两个切割边从两侧接触导电层。优选地，接触元件具有两个彼此间隔开的夹紧块，其共同地包围纵向延伸的开口。夹紧块分别具有至少一个切割边。优选地，切割边利用其纵向延伸在开口的纵向上延伸。切割边的刀口从夹紧块开始延伸到布置在夹紧块之间的开口中。
在优选的实施方式中，接触元件具有朝向一个端部变细的并且纵向延伸的开口，其中，切割边形成开口的开口边缘。
借助于变细的且纵向延伸的开口，有利地可实现压紧作用，从而在将电路板边缘插入开口中时，以上阐述的夹紧块在插入电路板边缘期间沿着开口的纵向延伸产生增大的压紧力。
在优选的实施方式中，接触元件构造成U形，其中，U侧边分别通过夹紧块形成。优选地，U形地构造的接触元件的夹紧块中的至少一个具有至少一个切割边。更为优选地，两个夹紧块都具有至少一个切割边。
优选地，切割边分别构造成直线地伸延。
在优选的实施方式中，至少一个切割边绕旋转轴线环绕地并且径向与旋转轴线间隔开地伸延。接触元件优选地构造成借助于绕旋转轴线的旋转运动切入电路板边缘中。更为优选地，接触元件构造成利用分离区段切断衬底层并且利用接触区段电接触导电层。
优选地，上述具有绕旋转轴线环绕地布置的刀口的接触元件构造成圆柱形，其中，旋转轴线相对于圆柱纵轴线同轴地伸延。圆柱形地构造的接触元件至少部分地构造成空心圆柱形，从而在接触元件旋转到电路板边缘上时电路板边缘可以至少部分地容纳在该空腔中。
在优选的实施方式中，切割边的分离区段构造成，在被推上或者在圆柱形的接触元件被旋转到电路板边缘上时切断结合在衬底层中的纤维。该纤维例如为玻璃纤维。
优选地，在分离区段中的切割边的材料具有钢或陶瓷，并且在接触区段中具有铜。优选地，接触区段至少部分地由铜、优选地由纯铜形成。铜优选地是无氧的纯铜。对于在接触区段的区域中的铜的有利实施方式是铜合金、例如铜-锡合金、特别是CuSn4、CuSn6或者根据US标准统一命名系统C18018的铜合金。在另一实施方式中，铜合金具有百分之0.8至1.8的镍、百分之0.15至0.35的硅和百分之0.01至0.05的磷。优选地，铜合金为根据标准UNS-C-19010的合金。
优选地，铜合金具有包括铬、银、铁、钛、硅和大部分铜的混合物。
该混合物的份额分别优选地为0.5％的铬、0.1％的银、0.08％的铁、0.06％的钛和0.03％的硅。接触区段的导电性优选地为每米至少30、优选46兆西门子。
优选地，刀口在接触区段的区域中具有包括锡、铋、银、金、铅或其组合的覆层。
本发明也涉及一种具有至少一个根据上述类型的接触元件的接触系统。该接触系统包括具有至少一个衬底层和至少一个导电层的电路板。优选地，在接触区段的区域中的接触元件的刀口的材料构造成比导电层的材料更硬。例如，电路板的导电层的材料通过纯铜形成，其构造成比特别是在接触区段的区域中的刀口的材料更软。更硬或更软的构造方案优选地指的是导电材料的肖氏硬度和/或弹性模量。
通过刀口在接触区段的区域中更硬的构造方案，优选地通过变细的纵向延伸的开口引起电路板的导电层的塑性变形。更为优选地，接触系统的接触元件构造成，在被推上或旋转上时，在电路板边缘的区域中建立在刀口的接触区段和导电层之间的冷焊接。
优选地，待由切割边、特别是多个切割边中的一个切割边切断的衬底层具有在电路板厚度的百分之五至百分之三十之间的厚度，更为优选地，具有电路板的厚度的至少十分之一的厚度。
优选地，待切断的衬底层的厚度为至少100微米。
例如，导电层可在与衬底层层压之前借助于冲裁产生。例如，导电层具有在0.1至2毫米之间的层厚度。
本发明也涉及一种用于使电路板与接触元件连接的方法。
电路板具有至少一个导电层和至少一个与该导电层相连接的电绝缘的衬底层。在方法中，在将接触元件推到电路板的电路板边缘上时，衬底层(优选地借助于切割刀的分离区段)被切断并且导电层在被切断的衬底层的区域中(优选地借助于切割刀的接触区段)电接触。
优选地，衬底层具有纤维、特别是玻璃纤维并且与纤维一起被切断。
附图说明
现在，以下根据附图和其它实施例描述本发明。从相关权利要求的特征和附图的特征中得到其它有利的实施方式。
图1以纵剖视图示出了接触系统的实施例，该接触系统包括多层地构造的电路板，该电路板具有位于内部的厚铜层和两个接触厚铜层的接触元件；
图2以切割刀的俯视图示出了在图1中示出的接触元件；
图3示出了圆柱形地构造的接触元件，其可旋转到电路板边缘上；
图4以剖视图示出了在图3中示出的接触元件；
图5示出了具有切割边的切割刀的变型方案，该切割边在分离区段中具有齿。
具体实施方式
图1(示意性地)示出了接触系统1的实施例。接触系统1具有电路板3。电路板3具有衬底层4和衬底层4a，其在该实施例中分别通过纤维加强的环氧树脂形成。电路板3也具有三个位于电路板3中的导电层，即，导电层5、导电层6和导电层7。导电层6和7彼此平行地伸延并且彼此间隔开并且通过另一衬底层彼此绝缘。导电层5在该实施例中具有的厚度尺寸为衬底层4和4a的厚度尺寸的三倍，导电层5(以夹心的方式)被包围在衬底层4和4a之间。
接触系统也具有接触元件8和接触元件9。接触元件8在该实施例中构造成U形，其中，U侧边分别形成夹紧块19和夹紧块20。夹紧块19和20共同包围开口13。
接触元件8在该实施例中具有与夹紧块20相连接的切割刀，其形成以上所述的刀口。切割刀具有切割边10并且沿着其纵向延伸具有两种彼此不同的材料，即，较硬的材料24、在该实施例中为钢和与其相比较软的材料21、在该实施例中为铜。铜在该实施例中通过以上所述的铜合金C18018形成。接触区段21延伸穿过使夹紧块19和20相连接的连接区段27，其中，在从连接区段27中伸出的端部的区域中构造有联接部16。联接部16在该实施例中与电连接线25相连接。
夹紧块19具有切割刀，该切割刀沿着其纵向延伸具有分离区段23和接触区段22。分离区段23在该实施例中通过钢形成，接触区段22通过以上所述的铜合金制成。接触区段22如接触区段21那样被引导穿过连接区段27并且以一个端部区段从连接区段27中伸出并且在此形成触点17。触点17与电连接导线26相连接。
如果接触元件8沿着箭头方向18被推到电路板3的端部区段上，则切割边10在分离区段24的区域中切入到衬底层4a中。如果接触元件8在箭头方向18上继续被推到电路板3的端部区段上，则切割边10在接触区段21的区域中在一侧接触导电层5并且在此切入。切割边12利用分离区段23在切割边10已经切入衬底层4a中的相对的一侧切入衬底层4中并且在此接触导电层5。在继续将接触元件8推到电路板3的端部区段上期间，接触区段22在相对的一侧接触导电层5。切割边10和12在分离区段23或24的区域中彼此以一个距离间隔开，其中，该距离相应于导电层5的厚度尺寸14。切割边10和12在接触区段21或22的区域中彼此以一个距离间隔开，其中，该距离等于或小于导电层5的厚度尺寸。切割边10和12在该实施例中彼此包夹角度15，从而在侧边之间的开口13在切割边10和12的区域中构造成朝向使夹紧块19和20相连接的连接区段变细。由此，切割边10和12也可切入导电层中并且分别与该导电层冷焊接在一起。
也示出了接触元件9，其如接触元件8那样构造。具有相同附图标记的接触元件9的元件在性能和功能上相应于具有相同附图标记的接触元件8的元件。接触元件9已经被推到电路板3的、与具有导电层5的端部区段相对的端部区段上。导电层在此与分离区段23和接触区段22接触。由此，电联接部17与导电层7有效电连接。
分离区段24切断、特别是断开或割断向外覆盖导电层6的衬底层4a，从而分离区段24和接触区段21可借助于切割边10以塑性变形的方式接触导电层6。由此形成冷焊接，从而接触区段21与导电层6处于尤其良好的且气密封的导电连接中。由此，电联接部16通过接触区段21在切入部或导电层6的塑性变形的区域中、以及附加地在分离区段24的区域中接触导电层6。
图2以开口13向着切割刀的俯视图示出了在图1中已经示出的夹紧块20。在该实施例中，该夹紧块20具有四个切割刀，其中，在图1中已经示出的切割刀在开口13的入口区域中具有分离区段24，并且沿着刀口的纵向具有接触区段21。平行于包括分离区段24和接触区段21的切割刀且与其间隔开地伸延的切割刀具有分离区段30和接触区段31。与具有接触区段31的切割刀间隔开且平行地伸延的第三切割刀具有分离区段32和接触区段33。第四切割刀具有分离区段34和接触区段35。由此，在推上带有夹紧块20的接触元件时，分离区段24、30、32和34共同地切入电路板的基质中、特别是覆盖导电层的衬底层中。之后，在继续沿着切割边的纵向推上时，接触区段21、31、33和35共同地以压入的方式切入布置在衬底层之下的导电层中，并且由此塑性变形地且借助于冷焊接电接触导电层。也示出了已经示出的联接部16，通过该联接部16可向外接触带有夹紧块20的接触元件。联接部16可与接触区段31、33和35的相应的联接部电连接。由此，连接导线25与接触区段21、31、33和35处于电的有效连接中。
图3示出了接触元件的一个实施方式，其可根据与以上解释的接触元件8相同的工作原理接触电路板的端部区段，然而并非借助于平移运动，而是借助于绕旋转轴线50的旋转运动。为此，接触元件40构造成圆柱形，并且具有两个彼此间隔开的刀口44和42，刀口44和42在其之间包围开口55。刀口42和44分别以径向地绕在该实施例中也形成接触元件40的圆柱竖直轴线的旋转轴线50环绕的方式彼此间隔开。刀口42是在开口55的入口区域中具有分离区段46并且继续沿着刀口42的纵向延伸具有接触区段45的切割刀的组成部分。分离区段46在该实施例中由钢制成，并且接触区段45由铜制成。切割边44是另一包括分离区段48和接触区段47的切割刀的组成部分，其中，分离区段48由钢制成并且接触区段47由铜制成。
如果接触元件40通过在分离区段46和48的区域中的开口55被装到电路板3的端部区段的棱边上，则可借助于接触元件40绕旋转轴线50的旋转运动将电路板端部区段插入开口55中。在此，分离区段46切入衬底层4a中，并且分离区段48切入衬底层4中。导电层5(以夹心的方式)被包围在衬底层4和4a之间。如果使接触元件40继续绕旋转轴线50旋转，则切割边42可跟随借助于分离区段46在衬底层4a中塑造的切割轨迹，并且以在衬底层4a的切割轨迹中运动的方式接触导电层5并且以压入的方式切入其中。为此，切割边42和44以彼此伸向开口55的一个端部的方式构造，从而开口55构造成朝向该端部变细。
图4以沿着在图3中示出的截面51的截面图示出了在图3中示出的接触元件40。在图4中示出的截面图的截面垂直于旋转轴线50伸延。
接触元件40在旋转轴线50的区域中具有中柱53，其(如在图3中示出的那样)通入联接部58中。由此，接触元件40可借助于联接部58与电连接导线(例如通过插接连接)相连接。接触元件40(如在图4中示出的那样)部分地构造成空心的并且为此具有空腔56，电路板3的端部区段在将接触元件40旋转到电路板边缘上时可被容纳在空腔56中。在此，切割边42穿过衬底层4a切入导电层5中。
图5示出了包括纵向区段67的切割刀的变型方案，分离区段64构造在该纵向区段67中。切割边61在分离区段64的区域中具有齿65，切割边61可借助于齿65轻易地切断环氧树脂衬底层的纤维、特别是玻璃纤维。在该实施例中，齿65通过硬化的钢形成并且构造成用于切断包括环氧树脂和玻璃纤维的衬底层。切割刀60在纵向区段66的区域中具有接触区段62。接触区段62由铜、特别是铜合金、例如根据US标准C18018或标准UNS C-19010的合金制成。切割刀60可构造成在图1中示出的接触元件8、接触元件9和/或在图3中的接触元件40处的切割刀。

Claims (10)

1.一种用于连接电路板(3)的接触元件(8、9、40)，所述电路板具有至少一个特别是电绝缘的衬底层(4、4a)和至少一个与所述衬底层(4、4a)相连接、特别是位于内部的导电层(5、6、7)，其中，所述接触元件(8、9、40)构造成用于与所述导电层(5、6、7)相连接，其特征在于，所述接触元件(8、9、40)构造成被推到所述电路板(3)的电路板边缘上并且包围所述电路板边缘，其中，所述接触元件(8、9、40)具有至少一个带有切割边(10、12、42、44、61)的切割刀，其中，所述切割边(10、12、42、44、61)在分离区段(23、24、46、48、67)的区域中具有比沿着所述切割边(10、12、42、44、61)与分离区段邻近的接触区段(21、22、44、45、62)更硬的材料，所述切割边(10、12、42、44、61)构造成，在被推上时利用所述分离区段(23、24、46、48、67)切断所述衬底层(4、4a)并且利用所述接触区段(21、22、44、45、62)电接触所述导电层(5、6、7)。
2.根据权利要求1所述的接触元件(8、9、40)，其特征在于，所述接触元件(8、9、40)具有至少两个切割边(10、12、42、44、61)并且构造成包围所述电路板边缘以及借助于所述切割边(10、12、42、44、61)从两侧接触至少一个导电层(8、9、40)。
3.根据权利要求1或2所述的接触元件(8、9、40)，其特征在于，所述接触元件(8、9、40)具有朝向一个端部变细的并且纵向延伸的开口(13、55)，其中，所述切割边(10、12、42、44、61)形成所述开口(13、55)的开口边缘。
4.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件(8、9、40)，其特征在于，所述接触元件(8、9、40)构造成U形，其中，所述接触元件的U侧边分别构造成夹紧块(19、20)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件(8、9、40)，其特征在于，所述至少一个切割边(10、12、42、44、61)绕旋转轴线(50)环绕地并且径向与所述旋转轴线间隔开地伸延，并且所述接触元件(40)构造成借助于绕所述旋转轴线(50)的旋转运动切入所述电路板边缘中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的接触元件(8、9、40)，其特征在于，在所述分离区段中切割边(10、12、42、44、61)构造成，在被推到所述电路板边缘上时切断结合在所述衬底层(4)中的纤维。
7.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的接触元件(8、9、40)的接触系统(1)，所述接触系统包括具有至少一个衬底层(4、4a)和至少一个导电层(5、6、7)的电路板(3)，其中，在所述接触区段(21、22、44、45、62)的区域中的切割刀的材料构造成比所述导电层(5、6、7)的材料更硬。
8.根据权利要求7所述的接触系统(1)，其特征在于，待由所述切割边(23、24)切断的衬底层(4、4a)至少具有电路板(3)的厚度的十分之一的厚度。
9.一种用于使电路板(3)与接触元件(8、9、40)相连接的方法，其中，所述电路板(3)具有至少一个导电层(5、6、7)和至少一个与所述导电层(5、6、7)相连接的电绝缘的衬底层(4、4a)，其中，在将所述接触元件(8、9、40)推到所述电路板(3)的电路板边缘上时切断所述衬底层(4、4a)并且在所述被切断的衬底层(4、4a)的区域中电接触所述导电层(5、6、7)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述衬底层(4、4a)具有纤维并且与所述纤维一起被切断。
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