CN109792842B - 结构元件、定位装置、以及用于焊接固定所述结构元件的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有用于与电路板（1）接触的电连接元件（5）的结构元件（4），所述结构元件选择性地具有：用于焊接之后的机械稳定性的附加的固定元件（8）、或用于支撑具有不利的重心的结构元件的定位装置（14）、或者在焊接过程之后可以选择性移除的支撑元件（13）。所述定位装置（14）或支撑元件（13）用于将具有不同形状的结构元件（4）定位在电路板（1）上并使它们在焊接过程期间保持正确的定向。装配将在不受力的情况下进行并且因此有利于自动化以及使用例如拾取和放置机器人，所述拾取和放置机器人通过以要么在接触元件上、要么在支撑元件上接合和/或包围的方式与结构元件相连的定位装置（14）接触并移动相应的结构元件（4）。所述定位装置（14）的支撑件能够在焊接过程期间、例如以回流工艺以及波峰焊接工艺实现可靠的位置。对应地给出了一种用于执行焊接过程的方法。

Description

结构元件、定位装置、以及用于焊接固定所述结构元件的方法

技术领域

本发明涉及一种具有用于与电路板接触的电连接元件的结构元件、和一种用于焊接固定结构元件的定位装置、以及一种用于将结构元件焊接固定在电路板上的方法。在此，本发明尤其涉及结构元件在电路板上的安装及其与电路板焊接之前的定位。

背景技术

由DE 10 2008 029 123 A1中已知一种用于将结构元件焊接固定在电路板上的组件和方法。在此，一体式制成的支架具有安装元件和固定在安装元件上的间隔保持件，其用于将支架固定在电路板上。通过以柔性设计的方式将间隔保持件悬挂在安装元件上，所述间隔保持件在预安装状态下处于由安装元件限定的平面上，其中该间隔保持件被弯折以便将支架安装在电路板上。

此外，由DE 100 21 396 A1中已知一种用于将模块保持在电路板上的装置，该装置具有从电路板的平面突出并安置在电路板上的保持元件以及适配元件，该适配元件具有用于容纳该模块的凹槽，其中保持元件被设计成使得适配元件可以在水平方向上插入保持元件中并且在与保持元件耦合后在很大程度上被所述保持元件包围。

在本发明中所涉及的结构元件例如是电插接连接器或其他电气/机电的结构元件，所述结构元件被固定在电路板上并且为此至少具有通常插入电路板的对应孔中并与之焊接的电连接元件。已知的是，在放置在电路板上之后由于其重心而改变其位置的电气结构元件、或者由于其焊接（例如连接插接连接器）之后的尺寸或机械效应而改变的结构元件，为了实现稳定而设计有附加的锁定钩来将其固定在电路板上。这些结构元件对于工业焊接过程而言、基本上仅对于波峰焊接工艺而言是经济适用的，因为在对电路板装配电子/机电的结构元件时产生作用的力较大，以便偏转结构元件的锁定钩并将其卡入电路板的接收孔中。由于在将锁定钩固定到电路板上时产生作用的振荡，此外安装在表面上的其他结构元件（SMD-BE）也可能移出其装配位置。因此，已知的解决方案不适用于自动化的装配。然而，所产生的要求越来越高，以便尤其还以回流工艺来焊接这样装配的电路板。

发明内容

本发明的基本目的在于，改进上述现有技术并提出允许对电路板装配如下的电子/机电的结构元件的可能性，该电子/机电的结构元件必须或在焊接之后仍然接收机械力、和/或在装配时保持在稳定位置。

根据本发明，该目的通过如下实施方式所述的 一种结构元件、一种定位装置、以及方法来实现。。

相应地，所述结构元件具有定位装置，所述定位装置具有用于将所述定位装置可松脱地支撑在所述电路板上的至少一个支撑件和能够可松脱地连接到所述结构元件的至少一个保持元件，所述保持元件能够被布置成在安装所述结构元件期间将所述结构元件保持在电路板上。所述定位装置因此包括保持元件，该保持元件被设计成使其可以可松脱地连接到结构元件，以便在将所述结构元件安装在所述电路板上以合适的方式支撑所述结构元件，使得所述结构元件直到至焊接时保持在其位置上。这尤其发生在头部重的结构元件上，即具有如下重心的结构元件，该重心导致定位后结构元件翻转并且因此还改变电路板的接触孔中的电连接。由保持元件进行支撑可以与结构元件的设计和相应的应用情形相对应地来实现。因此，保持元件可以被设计成使得其与待支撑的、例如具有插接连接器的结构元件相对应地接合到该插接连接器中，例如接合到插座、或者用于插接销的对应开口中。同样地，保持元件可以在有或没有插接连接器的情况下在端侧包围、从下部接合、或用于以其他合适的方式支撑该结构元件。该结构元件可以另外包括其他支撑元件，所述其他支撑元件并非安置在端侧、而是侧向地安置并且定位装置的保持元件可以与所述其他支撑元件相接合。除了保持元件之外，定位装置具有支撑件，其用于可松脱地将定位元件支撑在电路板上。定位装置的位置通过支撑件通过支架借助在与电路板的表面垂直的方向上作用的重力保持在电路板上，由此使得可松脱地与定位装置的保持元件连接的结构元件上的部件不再能够偏转和/或移动。对于位于电路板边缘的结构元件，定位装置也可以支撑在相邻的电路板上。在将结构元件焊接到电路板上之后移除该定位装置。

在优选的实施方式中，该结构元件另外具有至少一个向外指向的支撑元件，该支撑元件优选地可松脱地与该结构元件连接。这种分离元件（Abschiedselemente）优选侧向地布置在结构元件、例如插接连接器处。在插接连接器的背侧存在连接线缆，并且配合插接器能够在端侧插入。对于具有不利的重心的结构元件，即由于它们在未焊接状态下由结构方式决定的重量分布而不能在没有外部作用的情况下保持在电路板上所设置的位置和取向的这些结构元件，至少一个支撑元件在结构元件上的位置被设计成使得结构元件通过保持元件可以牢固地保持在预设位置上。为此，所述至少一个支撑元件可以形成在所述结构元件的各个部件上，使得所述支撑元件作为臂或翼从所述结构元件侧向地突出或者还朝所述电路板的方向弯折。在第一种情况下，支撑通过定位装置实现，而在第二种情况下，支撑直接在电路板上实现。如果结构元件被优选可松脱地与支撑元件相连的定位装置所引导，则该定位装置在焊接过程之后再次从支撑元件上松脱并被移除。所述至少一个支撑元件在所述结构元件上的可松脱的固定，例如由于断开而用于或者在焊接过程之后移除所述支撑元件以优化在电路板的有限的面积上的部件分组，或者即使当仅通过定位装置位于在端侧进行支撑（例如在插接连接器的情况下）时，也用于移除所述支撑元件。在这种情况下，不需要支撑件。

便利的是，保持元件被设计成使得该保持元件在连接状态下至少部分地包围位于结构元件处的接触元件和/或接合到所述接触元件中或者至少部分地包围所述至少一个支撑元件。在这种情况下，结构元件本身也可以是接触元件。与作为插座或插头的接触元件的设计相对应地，保持元件的形状可以成形为使得通过从至少从一个运动方向将保持元件引导至接触元件实现可松脱连接并且同时优选地至少在电路板的方向上确保稳定的支撑位置。这例如可以通过以对应的极形成物作为插头或插座或者简单地作为从下部接合该结构元件的保持元件的或包围式的保持元件的设计来实现。由支撑元件提供的可能的附加连接表面允许在焊接过程期间借助保持元件将结构元件保持在预设位置。

根据结构元件的另一优选设计，该结构元件具有至少一个固定元件，其用于将电路板机械地固定到具有至少一个沿轴向作用的锁定器件的杆上。该固定元件可具有各种设计，其中重要的是，该固定元件具有例如呈锁定钩形式的加宽部，呈杆中的收缩部形式的狭窄部、螺纹或者（例如在呈孔眼形式的设计中）开口，焊料可以侵入所述开口中，因此无法再在轴向上运动且由此使得结构元件此外被机械地固定在电路板上。这对于较大的或无支撑的结构元件来说是特别重要的，以使用于电连接的焊接连接部在机械方面没有或者有尽可能少的负荷。特别有利的是，固定元件不一定由金属构成，并且尽管如此仍然可以固定在电路板中的对应大的接收孔中。因此，特别优选地是由塑料制成的固定元件。优选地，接收孔被金属化。就此而言也重要的是，由于接收孔具有足够大的直径，固定元件可以不受力地被插入到接收孔中。因此在插接这种结构元件时不再存在振荡使已经位于电路板上的其他结构元件移出其位置的危险。

该目的还通过如下结构元件来实现，该结构元件具有至少一个支撑元件，该支撑元件优选地可松脱地连接到该结构元件并且用于至少在安装到电路板上时用于暂时地支撑该结构元件。上面已经结合定位装置讨论了这种支撑元件，但是也可以在没有定位装置的情况下在结构元件中实现。

该目的还通过一种用于将结构元件焊接固定在电路板上的定位装置来实现，所述定位装置具有用于将所述定位装置可松脱地支撑在所述电路板上的至少一个支撑件和能够可松脱地连接到所述结构元件的至少一个保持元件，所述保持元件能够被布置成在将所述结构元件安装在电路板上时借助于所述支撑件将所述结构元件保持在电路板上。在此，保持元件例如可以被设计成使其以互补的方式与插接接触的极形成相对应或者简单地包围或仅从底部接合并由此用于支撑该结构元件。

优选地，定位装置具有至少一个保持元件，该保持元件被设计成使其至少部分地包围接触元件或至少部分地包围位于结构元件处的支撑元件和/或接合到该接触元件中。对于多个不同的结构元件，合适的保持元件优选地单独进行适配，该保持元件可以或者基于其部分地包围式的和/或接合式的成形而被用于一系列类似的部件，或者以与该结构元件的接触元件互补的方式形成有完全包围和/或接合，从而使得保持元件与接触元件之间实现最优的可松脱连接。由于替代性的至少一个支撑元件的位置，在电路板与结构元件之间产生可松脱的连接，这使得结构元件的先前不利的重心移位且产生经补偿的重量分布。由此可以仅借助结构元件的指向电路板的重力保持其彼此的相对位置。因此，例如作为弯折的变体的现有的设备插接连接器（直至单独触头）可以自动化地被装配在电路板中并且例如以回流工艺进行焊接。

一种用于在安装时焊接固定具有不利的重心的结构元件的方法，所述方法具有一个或多个上述特征而没有固定元件，所述方法提供以下步骤：

-提供带有接触孔的电路板；

-借助在所述接触孔中的电连接元件将所述结构元件布置在所述电路板上；

-将定位装置的至少一个保持元件以可松脱的并且支撑所述结构元件的方式布置在所述电路板上，其中所述保持元件至少部分地包围所述接触元件或所述支撑元件和/或接合到所述接触元件中；

-用液态的焊料填充所述至少一个接触孔并固化所述焊料；或者

-熔化并固化已经位于所述至少一个接触孔中的焊料；以及

-移除所述定位装置。

该方法考虑以波峰焊接工艺以及回流工艺进行生产。熔化和固化的特征也适用于导电粘合剂的使用。

根据该方法的另一优选设计，其中结构元件具有用于将结构元件机械地固定到电路板上的附加的固定元件，可以提供以下内容：

-在电路板中另外设置至少一个、优选金属化的接收孔，其中所述至少一个接收孔具有至少一个直径，所述直径大于所述固定元件的截面，从而使得所述固定元件可以不受力地插入到该接收孔中；

-用液态焊料填充至少一个接触孔和至少一个接收孔并固化该焊料；或者

-熔化并固化已经位于所述至少一个接触孔和所述至少一个接收孔中的焊料。

优选金属化的接收孔的与常见的方法方式相比增大的直径确保以不受力的方式引入相应的固定元件，而无需偏转例如位于固定元件上的、作为锁定器件的锁定钩。接收孔的略微向固定元件偏移的布置同样是一种可能的设计，以便以不受力的方式来设计对电路板装配该结构元件。使接收孔具有足够大的直径以在不卷边（Verkanten）或不施加剪切力的情况下相应地接收锁定钩的要求可以实现：以相对于运动方向线性的运动路程将结构元件定位在电路板上，而结构元件相对彼此没有任何倾斜。这有利于例如拾取和放置机器人的使用并因此有利于电路板装配时的自动化。在所描述的布置中，定位装置借助至少一个支撑件可松脱地位于电路板上。因此，定位装置的位置由支架保持在电路板上，由此结构元件的接合到定位装置的保持元件中和/或包围保持元件的部件（即或接触元件或支撑元件）借助在与电路板的表面垂直的方向上作用的力无法再偏转和/或移动。由此，当结构元件定位在电路板的边缘上时，结构元件可以支撑在相邻的电路板上并保持在正确的焊接位置。对至少一个固定元件的杆和电路板的至少一个接收孔的圆周所限定的空间填充热塑性的、导电的、可松脱的材料（焊料）是以形状配合的方式进行的。经过接收孔的经金属涂层的内侧，例如，在回流焊接工艺中，焊料通过毛细作用被吸入接收孔中并且以这种方式包围该固定元件的杆。与将锁定钩卡入电路板中相比，产生形状配合的固定，从而使得在焊接过程之后仍保持确保对该结构元件的机械固定。同样的内容适用于在使用例如收缩部或孔眼时的情况，其中焊料穿过孔眼的开口来保持固定元件。为此，在焊料封闭接收孔的区域中该固定元件无须是金属的。优选的是由塑料制成的固定元件。在焊料固化之后，定位装置的至少一个保持元件与结构元件的至少一个接触元件或支撑元件的可插入式固定被松脱。通过结构元件的完全焊接（在固定元件以及电连接元件上）和焊料的固化，与具有不利的重心的常规焊接的电气单元相比，特别是在锁定器件处产生额外的锚固，从而获得高机械稳定性。

在如下部件的情况下，其中该部件的重心即使在没有定位装置的情况下也可以在过程期间实现稳定的焊接位置、然而需要将结构元件机械地固定在电路板上，用于焊接固定结构元件的方法，该结构元件具有至少一个固定元件，该固定元件具有带有至少一个在轴向上作用的锁定器件的杆，具有以下步骤：

-提供具有多个接触孔和至少一个接收孔的电路板，其中所述至少一个接收孔具有至少一个直径，所述直径大于所述固定元件的截面，从而使得所述固定元件可以不受力地插入到该接收孔中；

-借助在所述接触孔中的电连接元件将所述结构元件布置在所述电路板上并借助所述结构元件的固定元件的至少一个锁定器件在不受力的情况下将所述结构元件布置在所述电路板的至少一个接收孔中，从而使得所述固定元件的锁定器件定位在所述接收孔中或穿过所述接收孔定位；

-用液态焊料填充至少一个接触孔和至少一个接收孔并固化该焊料；或者

-熔化并固化已经位于所述至少一个接触孔和所述至少一个接收孔中的焊料。

固定元件的锁定器件在接收孔中的定位取决于锁定器件的设计方式。在例如锁定钩的情况下，该锁定够完全穿过接收孔，而在收缩部的情况下或者例如在孔眼的情况下，锁定器件如下程度地被引入到接收孔中，使得焊料到达引入部或孔眼的开口中。对应地，例如即使在螺纹或其他技术上合适的、形成轴向阻力的设计情况下也是如此。以上已经结合其他组合解释了本发明的这种设计的意义。

优选地，所描述的方法还可以与布置定位装置和/或支撑元件（如有必要）相结合。在上文中已经结合另一方面描述了单独的方法步骤。

通过本发明可以实现：以不同的实施方式、以线性的运动路程将结构元件定位在电路板上并保持在正确的取向上以用于焊接过程。装配将在不受力的情况下进行并且因此有利于自动化以及使用例如拾取和放置机器人，所述拾取和放置机器人通过以要么在接触元件上、要么在支撑元件上接合和/或包围的方式与结构元件相连的定位装置接触并移动相应的结构元件。定位装置的支撑件可以在焊接过程期间、例如以回流工艺以及波峰焊接工艺实现可靠的位置。也可以使用导电粘合剂来工作。在焊接部位固化之后，由于可松脱的连接，定位装置可以容易地被移除，并且结构元件的对电子操作而言的非功能性的零件、如支撑元件也可以容易地被移除。

附图说明

借助附图中所示的实施例更详细地解释本发明。结合权利要求和附图从对本发明实施例的以下描述中得出其他特征。本发明的单独特征可以自身单独地或以多个组合的方式在本发明的不同实施方式中实现。在附图中：

图1示出安装前的结构元件、定位装置和电路板的示意图；

图2示出在已安装在电路板上的状态下的结构元件、定位装置和电路板的示意图；

图3示出具有支撑元件、定位装置和电路板的结构元件的优选实施方式的示意图，以及它们在安装之前（图3（a））和处于已安装状态（图3（b））下的布置；

图4示出用于将固定元件焊接固定到电路板上的各个方法步骤。

具体实施方式

图1所示的实施例以侧视图示出了根据本发明所涉及的部件的示意性结构，其包括电路板1、结构元件4和定位装置14。电路板1具有多个孔2、18，它们彼此对准，由此它们可以同时容纳所有待焊接的连接元件5和结构元件4的所有固定元件8。通常，在连接元件5的附近设置有至少一个部件支撑件21。根据容纳目标，孔2、18具有不同直径，由此这里示出的用于容纳固定元件8的接收孔2与用于容纳连接元件5的接触孔18相比的突出之处在于增大的直径。结构元件4包括电连接元件5和至少一个固定元件8构成的组件，其中该固定元件具有杆9和与杆9连接的锁定钩11，例如用于容纳这里未示出的设备插接连接器的螺纹19，以及具有电触头7的电接触元件6。在该示意图中，接触元件6通过电触头7的所示布置形成为双极插头。定位装置14包括：支撑件16，利用该支撑件可以将定位装置14位置固定地放置在电路板1上；以及形成为与电接触元件6的双极插头布置互补的保持元件15。

图2示出了图1中所示部件的有利布置的示意图。结构元件4以这样的方式朝电路板1定向，使得该结构元件的纵向延伸方向平行于电路板1的表面延伸，并且同时一方面将电连接元件5容纳在接触孔18中，另一方面将固定元件8容纳在接收孔2中。固定元件8被引导通过接收孔2，使得锁定钩11优选地完全位于电路板1的背离结构元件4的表面的下方，并且杆9被接收孔2所包围。定位装置14通过支撑件16位置固定地被放置在电路板1上并且通过保持元件15以互补的方式包围结构元件4的接触元件6的电触头7。

类似于图1和图2，图3以示意图的形式、以结构元件4的根据本发明所涉及的零件（图3（a））及其布置（图3（b））的正视图示出了另一个示例性的实施方式。在该实施方式中，在结构元件4处设计有支撑元件13，该支撑元件通过额定断裂褶皱20可松脱地与结构元件4连接。定位装置14在图3（b）的布置中通过支撑件16位置固定地被放置在电路板1上并且通过保持元件15以互补的方式包围结构元件4的支撑元件13，从而使得可以在焊接过程期间将结构元件4稳定地保持在正确的焊接位置。根据未示出的另一示例性的实施方式，支撑元件13可以是被弯折的并且由此即使没有定位装置14也可以支撑在电路板1上。根据需求，可以在完成焊接过程之后折断（abgebrochen）相应的支撑元件13。支撑元件13的数量，尤其自行支撑的（未示出的）支撑元件13的数量是任意的。

图4示出了图1-3中所示的固定元件8的详细视图，并且以图4（a）至图4（c）的顺序示出了用于将固定元件8焊接固定到电路板1上的方法步骤。为了装配电路板1，结构元件4利用位于固定元件8处的杆9和连接至杆9的锁定钩11被引导穿过接收孔2。接收孔2的直径大小被选择成使得从图4（a）至图4（b）所示，具有锁定截面12的锁定钩11可以在不受力的情况下被引导穿过接收孔2并且被定位在电路板2的正下方。由此，在图4（b）中，接收孔2包围具有杆截面10的杆9并且由此形成空腔，该空腔由设有金属涂层3的接收孔2和杆9限定，所述杆此外向下被锁定钩11限定。在图4（c）中，该空腔由焊料17填充，其方式为使得焊料17例如由于毛细作用被接收孔2的经金属涂层3的内侧被拉到接收孔2中并以这种方式包围固定元件8的杆9。

Claims (5)

1.一种用于焊接固定结构元件（4）的方法，所述结构元件具有用于接触电路板（1）的电连接元件（5）和用于将所述结构元件（4）机械地固定到所述电路板（1）上的至少一个固定元件（8），其中所述至少一个固定元件（8）具有杆（9 ），所述杆具有至少一个沿轴向作用的锁定器件（11），其特征在于

提供具有至少一个 接触孔（18）和至少一个接收孔（2）的电路板（1），其中所述至少一个接收孔（2）具有至少一个直径，所述直径大于所述固定元件（8）的截面，从而使得所述固定元件（8）能够不受力地插入到所述接收孔（2）中；

借助在所述接触孔（18）中的电连接元件（5）将所述结构元件（4）布置在所述电路板（1）上并借助所述结构元件（4）的固定元件（8）的至少一个锁定器件（11）在不受力的情况下将所述结构元件布置在所述电路板（1）的至少一个接收孔（2）中，从而使得所述固定元件（8）的锁定器件（11）定位在所述接收孔（2）中或穿过所述接收孔（2）定位；

用液态的焊料（17）填充所述至少一个接触孔（18）和所述至少一个接收孔（2）并固化所述焊料（17）；或者

熔化并固化已经位于所述至少一个接触孔（18）和所述至少一个接收孔（2）中的焊料（17）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将至少一个定位装置（14）布置在所述电路板（1）或相邻的电路板上，所述定位装置具有至少一个能够可松脱地连接到所述结构元件（4）的保持元件（15）和至少一个支撑件（16），其中所述至少一个定位装置（14）通过所述保持元件（15）来保持所述结构元件（4）并且借助于所述支撑件（16）可松脱地支撑在电路板（1）上，并且在所述焊料（17）固化之后移除所述定位装置（14）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个保持元件（15）至少部分地包围接触元件（6）或至少部分地包围位于所述结构元件（4）处的支撑元件（13）和/或接合到所述接触元件（6）中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述电路板（1）上布置具有至少一个附加的支撑元件（13）的结构元件（4），其中所述支撑元件将所述结构元件（4）支撑在所述电路板（1）上或相邻的电路板上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在固化所述焊料（17）后，将所述至少一个支撑元件（13）移除。

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