DD286691A5 - Direkter steckverbinder zur pruefung von leiterplatten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen direkten Steckverbinder zur Pruefung von Leiterplatten, der in allen Bereichen der Elektrotechnik anwendbar ist, in denen Leiterplatten geprueft werden. Erfindungsgemaesz sind die Kontaktelemente eines direkten Steckverbinders in einer offenen Kammer eines Federgehaeuses angeordnete Schraubenfedern, wobei die Windungen der Schraubenfedern untereinander keinen Kurzschlusz aufweisen. Die Loesung ermoeglicht es, kostenguenstig auch in kleineren Stueckzahlen Steckverbinder herzustellen, die eine hohe Anzahl Steckungen ermoeglichen, bei geringer Einsteckkraft eine hohe Andruckkraft der Kontaktelemente aufweisen und bei denen die Qualitaet der Kontaktgabe gemessen werden. Fig. 1{Steckverbinder; Leiterplattenpruefung; Kontaktelemente; Schraubenfedern; Federgehaeuse; Einsteckkraft; Andruckkraft; Kontaktqualitaet; hohe Steckzahl; Kleinserienfertigung}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen direkten Steckverbinder zur elektrischen Prüfung von Leiterplatten. Anwendungsgebiete der Erfindung sind alle Bereiche der Elektrotechnik/Elektronik, in denen Verdrahtungsträger geprüft werden, zum Beispiel in der Nachrichten- und Rechentechnik, der Konsumgüterelektronik usw.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß gegenwärtig flächige Vordrahtungsträger, wie Leiterplatten zur Prüfung der darauf montierten elektronischen Bauelemente mittels Steckverbinder mit dem Prüfgerät elektrisch verbunden werden.

Eine kostengünstige Variante ist die Verwendung eines direkten Steckverbinders, in dessen Aufnahmeteil die Leiterplatte ohne ein weiteres Teil direkt eingeschoben v/ird und über Kontaktfedern der elektrische Kontakt zu den Kontaktflächen der Leiterplatte gewährleistet wird.

Die zungenartigen Kontaktfedern drücken mit ihrer flachen Seite auf die Kontaktflächen der Leiterplatten.

Durch die γοϋβ Anzahl der gleichzeitig auf dor Vorder- und Rückseito der Leiterplatte zu kontaktierenden Leiterbahnen müssen die Kontaktfedern kleine Abmessungen aufwoisen aber gleichzeitig zur sicheren Kontaktgabo mit großen Kräften auf die Kontaktflächen gepreßt werden, so daß erhebliche Abnutzungen bei wiederholten Steckungen entstehen.

Die geometrischen Abmessungen der Leiterplatten und ihrer Kontaktflächen zum Stecken in direkte Steckverbinder stellen an die einzuhaltenden Toleranzen bei der Fertigung der Steckverbinder hohe Anforderungen.

Der Zwang, sichere Kontaktierungen 7j gewährleisten bei gleichzeitigem Einhalten der vorgegebenen Abmessungen, fühlte zu komplizierton Mechanismen, sogenannten Nullkraftsteckern. Bei diosor Art direkter Stockverbinder wird die Leiterplatte mit geringem Kraltaufwand in den Aufnahmeteil des Steckverbinders geschoben, und anschließend gibt ein Hebelsystem die Kontaktfedern frei. Aus Platzgründen wird pro Kontaktfläche nur eine Kontaktfeder eingesetzt. Mit einfachen Methoden ist dann der Übergangswiderstand zwischen der jeweiligen Kontaktfeder und der Kontaktflächo auf der Leiterplatte nicht meßbar. Eine Aussage über die Qualität der Kontaktierung ist nicht möglich.

Dio bei der Feitigung der direkten Steckverbinder eingesetzten Werkstoffe müssen hohen Ansprüchen bezüglich des Isolationswidcrstandes, der Festigkeit und der Dauerformbeständigkeit genügen. Aus Gründen der effektiven Fertigung werden deshalb spezielle Plastwerkstoffo und technologisch komplizierte Vorfahren zur Herstellung von Präzisionsplastteilen eingesetzt.

Eine ökonomisch günstige Herstellung kleiner Stückzahlen ist so nicht möglich.

Ziel dor Erfindung

Ziel der Erfindung ist einen direkten Steckverbinder zur Prüfung von Leiterplatten zu schaffen, der eine hoho Anzahl von Steckungen ermöglicht, bei dem eine sichero Kontaktgabe gewährleistet wird, der Aufwand bei der Prüfung von Leiterplatten gesenkt wird und der auch in kleinen Stückzahlen effektiv gefertigt werden kann.

-2- 286 691 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steckverbinder zu schaffen, mit dem die Kontaktflächen auf Leiterplatten bei geringen Kontaktkräf tensicher kontaktteil werden, Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden und die Qualität der Kontaktgabe gemessen werden kann. Die Aufgabe wird mit einem direkten Steckverbinder zur Prüfung von Leiterplatten mit einem Gehäuse und Kontaktelementen, wobei die Kontaktelemente entsprechend den Kontaktflächen der zu prüfenden Leiterplatte angeordnet sind und die Kontaktelemente elektrisch mit einem Prüfautomatverbunden sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktelemente in einer offenen Kammer eines Federgehäuses angeordnete Schraubenfedern sind, wobei Windungskurzschlüsse ausgeschlossen sind. Die an sich aus dem Maschinenbau bekannten Schraubenfedern worden daboi zweckentfremdet eingesetzt, denn die Schraubenfedern werden nicht in Längsrichtung beansprucht, sondern die einzelnen Winduncart gestaucht und verbogen.

Zur Prüfung wird eine Leiterplatte in den Steckverbinder eingeschoben. Die Kontaktflächen der Leiterplatte berühren die Schraubenfedern. Dadurch werden die Schraubenfedern nach außen gedrückt und die Federwindungen in Steckrichtung gekippt. Da jede einzelne Windung federt, ist eine sichere Kontaktgabe bei kleiner Kontaktkraft gewährleistet. Unebenheiten der Leiterplatte und Fertigungstoleranzen des Steckverbinders lassen sich problemlos ausgleichen.

Nach dem Einschieben der Leiterplatte erfolgt eine Kontrolle, ob eine elektrische Kontaktierung mit dem Steckverbinder vorliegt und welche Qualität diese elektrische Verbindung hat.

Dabei wird als erste Möglichkeit die Änderung des elektrischen Widerstandes der Schraubenfedern gemessen, die durch Überbrücken der Windungen durch die Kontaktflächen der Leiterplatte erfolgt. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Verringerung der elektrischen Induktivität der Schraubenfedern durch den Kurzschluß der Windungen bei erfolgter Kontaktierung zu messen.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, die Verkürzung dor Laufzeit von elektrischen Impulsen zu messen, die durch den Kurzschluß der Windungen der Schraubonfedern bei erfolgter Kontaktierung eintritt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Federgehäuse der Schraubonfedern keilförmig ist oder die Schraubenfeder kegelförmig gewickelt ist. Durch die keilförmige Gestaltung des Fedorgohäusos bzw. kegelförmige Schraubenfedern werden die Kräfte beim Stecken der Leiterplatten reduziert und Dickenunterschiede der Leiterplatten können damit besser ausgeglichen werden.

Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, daß das Federhaus bogenförmig ist und die Mantellinie der Schraubenfedern den Teil eines Kreisbogens bildet, wobei die mittleren Windungen den kleinsten Spalt und die äußeren Windungen den größeren Spalt bilden. Die bogenförmige Gestaltung des Federgehäuses ist besonders für unterschiedliche Leiterplattendicken vorteilhaft.

Die Schraubenfedern können die Induktivitäten eines elektrischen Schwingkreises bilden, wobei es möglich ist, daß in die Schraubenfedern ein Kern hoher Permeabilität eingeschoben ist. Diese Varianten verbessern die Möglichkeiten der meßtechnischen Auswertung der Qualität der Kontaktgabe.

Weiterhin können die Schraubenfedern Teil einer Meßeinrichtung odor das Glied einer Laufzoitkotto soin.

Die erfindungsgemäßo Lösung ermöglicht es, eine große Anzahl von Steckungen pro Steckvorbinder durchzuführen. Dabei ist es möglich, die Leiterplatten mit geringer Kraft zu stecken und dio Qualität der Kontaktgabe zu prüfen. Dor Stockverbinder ist auch bei kleinen Stückzahlen ökonomisch herstellbar, wobei auf Werkstoffe und Verfahren der Leiterplattentechnologie und des Maschinenbaus zurückgegriffen werden kann.

Ausfuhrungsbeisplel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen

Fig. 1: Schnitt durch oinen erfindungsgomäßon Steckverbinder mit eingeführter Leiterplatte Fig. 2: direkter Steckverb'nder mit bogen- bzw. keilförmigem federgehäuse

In Fig.1 befindet sich dio zu prüfende Leiterplatte 1 mit ihren Kontaktflächen 2 im direkten Steckverbinder in Arbeitsstellung. D;o sich im Stirnbereich befindlichen Kontaktflächen 2 auf der Vordor- und Rückseite der Leiterplatte 1 werden gleichzeitig kontaktiert.

Als Kontaktelomente dionen Schraubenfedorn 3 aus Metall. Die Leiterplatte 1 ist dicker als der Luftspalt zwischen don beiden Schraubenfedorn 3 im Ruhezustand des Stsckverbindors, d.h. ohno eingeschobene Leiterplatte 1.

In Arbeitsteilung drückt dio Leiterplatte 1 aie Schraubenfedern 3 nach außen und kippt die Federwindungon in Steckrichtung.

Dadurch, daß jede einzelne Windung federt, erfolgt eine sichere Kontaktgabe bei kleinen Kontaktkräften. Durch die Vielzahl dor Berührungspunkte entsteht insgosamt ein kleiner Übergangswiderstand.

Unebenheiten des Prüflings, Fertigungstoleranzen dos Steckverbinders und Längenänderung infolge hoher oder niedriger Umgebungstemperatur werden ausgeglichen.

Dio Schraubenfedorn 3 sitzen in einem Federgehäuse 4 mit je einer Kammer für jede Schraubenfeder.

Dio beiden gegenüberstehenden Schraubenfedern 3 berühren sich in Ruhestellung nicht.

Die beiden Enden der Schraubenfodarn 3 sind durch oino Bohrung im Federgehäuse geführt und auf don dahinter befindlichen Leiterplatten 5 verlötet.

Dio Leiterplatten 5 sind mit einem Prüfgerät verbunden.

Dio Breite des Distanzstreifens 8 bestimmt den Abstand der Leiterplatten 5 und somit bei vorgegebenem Durchmesser der Schraubenfedern 3 die senkrecht auf die Kontaktflächen 2 wirkenden Kontaktkräfte. Dio Gegenkraft erzeugt der Abstandsblock 11. Dio Schraubenfeder 3 ist aus 0,1 mm dicken Borillium-Bronzedraht gewickolt. Dar Fedorzylinder hat in Ruhestellung einen Durchmesser von 2mm und befindet sich nur zu max. 40% außerhalb der Kammer des Federgehäuses. Die einzelnen Windungen der Schraubenfedern 3 sind elektrisch voneinander durch einen Luftzwischenraum oder eine Isolation getrennt. Ein Windungskurzschluß wird damit vermieden.

Auf einfache Weise läßt sich bei dem direkten Steckverbinder nach Fig. 1 in Form einer Ferndiagnose bestimmen, ob eine

elektrische Kontaktierung der Schr'iUbenfedern 3 mit den Kontaktflächen 2 vorliegt und von welcher Qualität sie ist.

Die erste Möglichkeit besteht darin, die Verringerung des elektrischen Widerstandes der Schraubenfedern 3 zu messen, die

durch Kurzschließen der Windungen durch die Kontaktaktfläche 2 erfolgt, deich- oder Wechselstrom ist bei der Messungnutzbar.

Die zweite Möglichkeit nutzt die Verringerung der elektrischen Induktivität der Schi aubenfeder 3 durch den Kurzschluß der Windungen bei erfolgter Kontaktierung. Zur besseren meßtechnischen Auswertung des Effektes kann dabei im Zylinder dor Spule ein Kern hoher Permeabilität elektrisch isoliert von den Windungen eingeschoben sein. Besonders stark ist die Signaländeriing, wenn die Schraubenfeder 3 die Induktivität eines Schwingkreises darstellt, dessen Wechs.elstromeigenschaften durch den Kurzschluß einzelner Windungen stark verändert werden. So erhöht beispielsweise bei

einem Parallelschwingkreis, der aus der Schraubenfeder 3 und einem Kondensator, der sich zwischen den Spulenenden 6 undbefindet, ein Kurzschluß einzelner Windungen der Schraubenfeder 3 die Resonanzfrequenz. Das Maß der Frequonzerhöhung istdamit ein Qualitätsmerkmal zwischen der Anzahl der Kontaktstellen zwischen der Schraubenfeder 3 und der Kontaktfläche

Durch die Art des Kurzschlusses ganzzahliger einzelner Windungen der Schraubenfeder 3 ändern sich die elektrischen Eigenschaften dar Schraubenfedern 3 in diskreten Sprüngen. Diese sprunghafte Veränderung läßt sich meßtochnisch übet'

einfache Spannungs- und Strommossungen auswerten.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, die Verkürzung der Laufzeit von elektrischen Impulsen zu messen, die durch den Kurzschluß

der Windungen der Schraubenfeder bei erfolgter Kontaktierung eintritt.

Zur Durchführung der Prüfung der Leiterplatte 1 wird nacch der Überprüfung der Qualität des Kontakts die Prüfspannung

entweder an einem Ende oder an beiden Enden der Schraubenfeder 3 gleichzeitig angelegt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Es besteht darin, daß die Mantollinie des Außendurchmessers der Schraubenfeder 3 nicht parallel zur Steckrichtung der zu kontaktierenden Leiterplatte 1 liegt, sondern einen keilförmigen Spalt

bzw. einen Kreisbogen bildet, wobei die mittleren Windungen am höchsten stehen.

In Fig. 2 ist links ein keilförmiger Spalt 9 dargestellt, der durch ein keilförmiges Federhaus 4 entsteht. In Fig. 2 ist auf der rechten Soito ein bogenförmiges Federhaus 4 dargestellt. Das Fuderhaus 4 ist hierbei ein Zylinderabschnitt. Auch durch den Einsatz von kegelförmig gewickelten Schraubenfodorn 3 ist der gewünschte keil- bzw. bogenförmige Spalt

erreichbar.

Die Kontaktfläche zwischen den Windungen der Schraubenfeder und der Kontaktfläche auf der Leiterplatte kann vergrößert

werden, wenn Schraubenfedern mit rechteckigem Querschnitt eingesetzt werden. Insbesondere bei Kontakten über die große

Ströme fließen sollen, ist diese Ausführungsvariante günstig. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind pro Kontaktfläche 2 dor Leiterplatte mehrere Spiralfedern 3

hintereinander, wenn genügend Platz vorhanden ist auch nebeneinander, angeordnet. Die Qualität der Kontaktgabe ist danndurch eine einfache Widerstandsmessung möglich, wobei der Strom bei der ersten Schraubenfeder 3 eingespeist wird und beieiner weiteren Schraubenfeder, die auf der gleichen Kontaktflächo angeordnet ist, entnommen wird.

Claims (5)

1. Direkter Steckverbinder zur Prüfung von Leiterplatten mit einem Gehäuse und Kontaktelementen, wobei die Kontaktelemente entsprechend den Kontaktflächen der zu prüfenden Leiterplatte angeordnet sind und die Kontaktelemente elektrisch mit einem Prüfautomat verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente in einer offenen Kammer eines Federgehäuses (4) angeordnete Schraubenfedern (3) sind, wobei die Windungen der Schraubenfedern (3) untereinander keinen Windungskurzschluß aufweisen.

2. Direkter Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federgehäuse (4) der Schraubenfedern (3) keilförmig ist und/oder die Schraubenfeder (3) kegelförmig gewickelt ist.

3. Direkter Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federhaus (4) bogenförmig ist und die Mantellinie der Schraubenfedern (3) den Teil eines Kreisbogens bildet, wobei die mittleren Windungen den kleinsten Spalt und die äußeren Windungen den größeren Spalt bilden.

4. Direkter Steckverbinder nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern (3) die Induktivitäten eines elektrischen Schwingkreises, einer Meßeinrichtung oder das Glied einer Laufzeitkette sind.

5. Direkter Steckverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schraubenfedern (3) ein Kern hoher Permeabilität eingeschoben ist.