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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einer gedruckten Schaltungsplatte
und betrifft im Spezielleren eine Doppel-Leiterplatte bzw. Doppelplatine mit
lötfreier
Verbindungskonstruktion, durch die eine obere Leiterplatte und eine
untere Leiterplatte der Doppelplatine ohne Lötvorgang elektrisch miteinander
verbindbar sind.
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Im
Allgemeinen dient eine Leiterplatte zum Verbinden von verschiedenen
elektronischen Komponenten miteinander, die Schaltungen bilden.
Die Leiterplatte besitzt eine ebene Platte aus einem Kunstharzmaterial,
auf eine obere und eine untere Oberfläche der ebenen Platte aufgebrachte
Kupferschichten zum Bilden einer Schaltung, durch die Strom und
Signale fließen,
sowie Öffnungen,
so dass verschiedene Komponenten in die Öffnungen eingesetzt werden
können
und über
die Schaltung sowie Lötvorgänge miteinander
verbunden werden können. Mit
dieser Konstruktion können
die verschiedenen Komponenten ihre gewünschte Funktion ausführen.
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Zum
Platzieren einer Anzahl von Komponenten auf begrenztem Raum ist
ferner eine Technologie vorgeschlagen worden, bei der mehrere Leiterplatten mit
der vorstehend beschriebenen Konstruktion übereinander gestapelt sowie
aneinander angebracht werden. Zum Verbinden von Schaltungen der
jeweiligen Leiterplatten wird beim Stand der Technik ein Stift 500 durch Öffnungen 300 einer
oberen und einer unteren Leiterplatte 100 und 200 mit
darauf ausgebildeten Überzugsschichten 400 eingesetzt,
wobei der Stift die obere und die untere Leiterplatte elektrisch miteinander
verbindet.
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Da
jedoch die Umweltbelastung aufgrund der Entsorgung von Bleiabfall
zu einem ernsthaften Problem geworden ist, ist die Verwendung von
Blei bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten in vielen
Ländern
immer stärker
eingeschränkt worden.
Es besteht also ein Bedarf für
die Schaffung einer lötfreien
Leiterplatte der genannten Art, bei der kein Blei (Pb) verwendet
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Lösung
der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt, und ein Ziel der
vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Doppel-Leiterplatte
bzw. Doppelplatine mit einer lötfreien
Verbindungskonstruktion, die eine elektrische Verbindung einer oberen
Leiterplatte und einer unteren Leiterplatte der Doppelplatine ohne Lötvorgang
ermöglicht.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches
Einsetzen eines elastischen Einpressstifts, der aus dem englischen Sprachraum
als "Action Pin" bekannt ist und
daher im Folgenden auch als Aktionsstift bezeichnet wird, durch Öffnungen
der oberen und der unteren Leiterplatte hindurch zu ermöglichen.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Gewährleistung
einer festen und stabilen Kopplung und Verbindung des Stifts durch
die Öffnungen
der oberen und der unteren Leiterplatte.
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Ferner
besteht noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin,
eine Beschädigung von Überzugsschichten
der Öffnungen
durch Kratzer aufgrund eines wiederholten Kontakts von oberen und
unteren Kontakterhebungen des Stifts mit der Öffnung der oberen Leiterplatte,
wie diese beim Einsetzen des Stifts durch die Öffnungen der oberen und der
unteren Leiterplatte auftritt, zu verhindern, wobei die oberen und
die unteren Kontakterhebungen an einem Körper des Stifts ausgebildet
sind und den Öffnungen
der oberen und der unteren Leiterplatte entsprechend vorgesehen
sind.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das
Auftreten eines unerwünschten
Kontakts der unteren Kontakterhebung mit der Öffnung in der oberen Leiterplatte
beim Einsetzen des Stifts durch die Öffnungen der oberen und der
unteren Leiterplatte durch Vergrößern der Öffnung der
oberen Leiterplatte zu verhindern.
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Erreicht
werden diese Ziele erfindungsgemäß durch
eine Doppelplatine mit einer lötfreien
Verbindungskonstruktion, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung eine Doppelplatine
mit einer lötfreien
Verbindungskonstruktion, die Folgendes aufweist: Eine obere und
eine untere Leiterplatte, von denen jede eine Öffnung mit einer an einer inneren Oberfläche von
dieser ausgebildeten Überzugsschicht
aufweist; sowie einen Aktionsstift, der im Presssitz durch die Öffnungen
der oberen und der unteren Leiterplatte einpassbar ist und der einen
oberen sowie einen unteren federnd nachgiebigen Bereich aufweist,
die an einem oberen bzw. unteren Bereich eines Stiftkörpers ausgebildet
sind, um die obere Leiterplatte und die untere Leiterplatte elektrisch miteinander
zu verbinden.
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Bei
praktischen Ausführungsformen
weist die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion
eine Mehrzahl von Aktionsstiften auf.
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Vorzugsweise
weist der Stiftkörper
an einem oberen und einem unteren Ende ausgebildete Einsetzbereiche
auf, die in Bezug auf eine zentrale Achse des Stiftkörpers in
Einführrichtung
in entgegengesetzter Weise abgeschrägt sind.
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Vorzugsweise
weisen der obere und der untere federnd nachgiebige Bereich Paare
von Kontakterhebungen auf, die an dem Stiftkörper jeweils nach außen ragend
ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die Kontakterhebungen von entgegengesetzten Seiten
des Stiftkörpers
derart weg, dass die Kontakterhebungen an den entgegengesetzten
Seiten jeweils in alternierender Weise ausgebildet sind.
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Weiterhin
vorzugsweise sind die Kontakterhebungen des oberen und des unteren
federnd nachgiebigen Bereichs in Bezug auf eine zentrale Achse des
Stiftkörpers
in alternierender Weise ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist ferner der obere federnd nachgiebige Bereich geringfügig breiter
ausgebildet als der untere federnd nachgiebige Bereich.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt schafft die Erfindung einen zur elektrischen
Verbindung einer Doppelplatine geeigneten Aktionsstift mit den zuvor
erläuterten
Merkmalen.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden
anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht zur Erläuterung einer Doppel-Leiterplatte bzw.
Doppelplatine gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittdarstellung in einer horizontalen Ebene zur Veranschaulichung
eines gekoppelten Zustands der Doppelplatine der 1;
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3 eine
Frontansicht unter Darstellung eines Hauptteils eines Stifts für die Doppelplatine
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine
Längsschnittansicht
unter Darstellung eines Hauptteils eines Beispiels eines herkömmlichen
Leiterplatten-Verbindungsstifts.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen
ausführlich beschrieben,
in denen gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind, wobei auf eine redundante Beschreibung solcher Komponenten
verzichtet wird.
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1 zeigt
eine auseinandergezogene Perspektivansicht unter Darstellung einer
Doppel-Leiterplatte bzw. Doppelplatine gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt
eine Schnittdarstellung in einer horizontalen Ebene zur Veranschaulichung
eines gekoppelten Zustands der Doppelplatine der 1.
Wie in den Zeichnungen zu sehen ist, weist die Doppelplatine gemäß der Erfindung
eine obere und eine untere Leiterplatte 10a und 10b mit Öffnungen 11a bzw. 11b mit einer
an der Innenfläche
der Öffnungen
ausgebildeten Überzugsschicht
sowie einen elastischen Einpressstift bzw. Aktionsstift 20 auf,
der im Presssitz durch die Öffnungen 11a und 11b der
oberen und der unteren Leiterplatte gepasst ist und einen oberen
sowie einen unteren federnd nachgiebigen Bereich 22 und 23 aufweist,
die an dem oberen und dem unteren Bereich eines Stiftkörpers 21 ausgebildet
sind, um die obere Leiterplatte und die untere Leiterplatte 10a und 10b elektrisch
miteinander zu verbinden, so dass die obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b auf diese
Weise ohne Lötvorgang
in stabiler Weise miteinander verbunden werden können.
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Die
obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b weisen
jeweils darauf ausgebildete Grundschaltungen zum Betätigen von
verschiedenen elektrischen/elektronischen Komponenten auf. Jede
der oberen und der unteren Leiterplatte 10a und 10b besitzt
eine ebene Platte, die aus einem Kunstharzmaterial hergestellt ist,
an ihrer oberen und unteren Oberfläche angebrachte Kupferschichten
zum Bilden einer Schaltung, durch die Strom oder elektrische Signale
fließen
können,
sowie eine Mehrzahl von Öffnungen
auf, so dass die verschiedenen Komponenten durch die Öffnungen
hindurch eingesetzt und über
die Schaltung sowie durch Verlöten
miteinander verbunden sind. Mit dieser Konstruktion sind die verschiedenen
Komponenten fest an der oberen und der unteren Leiterplatte angebracht,
so dass sie ihre gewünschte
Funktion ausführen.
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Die Öffnungen 11a und 11b sind
durch die obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b hindurch
ausgebildet sowie einander gegenüberliegend angeordnet,
so dass die Schaltungen der jeweiligen Leiterplatten 10a und 10b miteinander
verbunden werden können,
wenn die obere und die unter Leiterplatte 10a und 10b in
Form von Doppellagen in einem voneinander getrennten Zustand aneinander
angebracht sind. Die Öffnungen 11a und 11b weisen
Metallüberzugsschichten 12a und 12b auf,
die auf ihrer inneren Oberfläche
in Verbindung mit den Schaltungen der Leiterplatten ausgebildet
sind, so dass die obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b durch den
Kontakt mit dem Aktionsstift 20 elektrisch miteinander
verbunden werden, wie dies im Folgenden erläutert wird.
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Wie
vorstehend erwähnt
worden ist, dient der Aktionsstift 20 zum Verbinden von
zwei Leiterplatten, wie z. B. einer oberen und einer unteren Leiterplatte 10a und 10b,
miteinander in einem vertikal übereinander
gestapelten Zustand. Der Stiftkörper 21 des Aktionsstifts 20 ist
leitfähig
und stangenförmig
ausgebildet. Der obere und der untere federnd nachgiebige Bereich 22 und 23 sind
derart ausgebildet sowie an einer äußeren Oberfläche des
Stiftkörpers 21 derart voneinander
getrennt, dass beim Einsetzen des Stifts 20 durch die Öffnungen 11a und 11b der
obere und der untere federnd nachgiebige Bereich 22 und 23 an den
inneren Oberflächen
der Öffnungen 11a und 11b in
federnd nachgiebiger Weise abgestützt sind und mit den Überzugsschichten 12a und 12b in
Kontakt stehen, so dass die obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b auf
diese Weise elektrisch miteinander verbunden werden können.
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Der
obere und der untere federnd nachgiebige Bereich 22 und 23 beinhalten
Paare von Kontakterhebungen 221 und 231, die in
nach außen
ragender Weise an dem Stiftkörper 21 jeweils
derart ausgebildet sind, dass die Kontakterhebungen 221 und 231 mit
den Überzugsschichten 12a und 12b in
Kontakt treten, um den Aktionsstift 20 mit der oberen und der
unteren Leiterplatte 10a und 10b elektrisch zu verbinden.
Die Paare von Kontakterhebungen 221 und 231 sind
durch Pressen oder andere Vorgänge
in integraler Weise an dem oberen und dem unteren Bereich des Stiftkörpers 21 ausgebildet,
so dass der elektrische Widerstand in dem Aktionsstift 20 minimiert
ist.
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Jedes
Paar der Kontakterhebungen 221 oder 231 erstreckt
sich von entgegengesetzten Seiten des oberen oder des unteren federnd
nachgiebigen Bereichs 22 oder 23 derart weg, dass
die Kontakterhebungen 221 oder 231 jeweils in
alternierender Weise an den entgegengesetzten Seiten ausgebildet
sind. Auf diese Weise werden Doppelkontakte zwischen jedem Paar
von Kontakterhebungen 221 oder 231 und einer zugeordneten Überzugsschicht 12a oder 12b erzeugt,
so dass der Widerstand auf ein Minimum reduziert ist und eine gute
Verbindung zwischen dem Aktionsstift 20 sowie der oberen
und der unteren Leiterplatte 10a und 10b unabhängig von einer
Beschädigung
an den Überzugsschichten 12a und 12b ermöglicht wird.
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Ferner
sind die Kontakterhebungen 221 und 231 in Bezug
auf die Längsachse
des Stiftkörpers 21 in
alternierender Weise an dem oberen und dem unteren federnd nachgiebigen
Bereich 22 und 23 ausgebildet. Wenn die Überzugsschicht 12a der
oberen Leiterplatte 10a beim Fixieren des unteren federnd nachgiebigen
Bereichs 23 in der Öffnung 11b der
unteren Leiterplatte 10b durch die Öffnung 11a der oberen
Leiterplatte 10a hindurch beschädigt wird, werden die Kontakterhebungen 221 des
oberen federnd nachgiebigen Bereichs 22 mit anderen Stellen
der Überzugsschicht 12a als
denjenigen Stellen in Kontakt gebracht, durch die die Erhebungen 231 des
unteren federnd nachgiebigen Bereichs 23 hindurchgeführt werden,
so dass auf diese Weise eine sichere Verbindung zwischen dem Aktionsstift
und den Leiterplatten aufrechterhalten wird.
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Vorzugsweise
beinhalten der obere und der untere federnd nachgiebige Bereich 22 und 23 ferner Paare
von Aussparungen 222 und 232, die den Paaren der
Kontakterhebungen 221 bzw. 231 an dem Stiftkörper 21 entsprechen,
so dass jede Aussparung auf einer einer jeweiligen Kontakterhebung
gegenüberliegenden
Seite des Stiftkörpers 21 ausgebildet ist.
Als Ergebnis hiervon wird ein Freiraum zum Aufnehmen der federnd
nachgiebigen Verformung der Kontakterhebungen 221 und 231 vergrößert, so
dass die Kontakterhebungen 221 und 231 in feste
Berührung
mit der inneren Oberfläche
der Öffnungen 11a und 11b gebracht
werden können.
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Darüber hinaus
weist der Stiftkörper 21 vorzugsweise
Einsetzbereiche 24 auf, die an seinem oberen und seinem
unteren Ende gebildet sind und die in Bezug auf eine zentrale Achse
des Stiftkörpers in
einer Einführrichtung
in entgegengesetzter Richtung abgeschrägt sind und eine konische Formgebung
oder eine polygonal-konische Formgebung aufweisen. Wenn der Aktionsstift 20 durch
die Öffnungen 11a und 11b hindurch
eingesetzt wird, kommt es somit zu keiner Beeinträchtigung
der beiden Enden des Aktionsstifts 20 gegenüber den Öffnungen 11a und 11b,
so dass Schwierigkeiten hinsichtlich der Verbindung der Leiterplatten
ausgeräumt
werden.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Konstruktion werden in einem Anfangsstadium
des Einführens des
Stiftkörpers 21 in
die Öffnung 11a der
oberen Leiterplatte 10a mittels des Einsetzbereichs 24 bei
einander überlappender
oberer und unterer Leiterplatte 10a und 10b die
an dem unteren Bereich des Stiftkörpers 21 ausgebildeten
Kontakterhebungen 231 des unteren federnd nachgiebigen
Bereichs 23 durch die Öffnungen 11a der
oberen Leiterplatte 10a unter Ausübung von Reibung auf die innere
Oberfläche
der Öffnung 11a hindurch
geführt.
Bei kontinuierlicher Druckbeaufschlagung des Stiftkörpers 21 wird
dann der untere federnd nachgiebige Bereich 23 durch die Öffnung 11b der
unteren Leiterplatte 10b hindurch eingeführt und
mit der Überzugsschicht 12b an
der inneren Oberfläche
der unteren Leiterplatte 10b in Berührung gebracht, so dass der
Aktionsstift 20 an der oberen und der unteren Leiterplatte 10a und 10b festgelegt
ist und diese elektrisch miteinander verbindet.
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Wenn
der obere federnd nachgiebige Bereich 22 durch die Öffnung 11a der
oberen Leiterplatte 10a hindurch eingeführt wird und der untere federnd
nachgiebige Bereich 23 in der Öffnung 11b der unteren
Leiterplatte 10b festgelegt wird, werden die Kontakterhebungen 221 des
oberen federnd nachgiebigen Bereichs 22 in enge Berührung mit
der Überzugsschicht 12a auf
der inneren Oberfläche
der Öffnung 11a der
oberen Leiterplatte 10a gebracht. Auf diese Weise werden
der obere und der untere federnd nachgiebige Bereich 22 und 23 an
der oberen bzw. der unteren Leiterplatte 10a und 10b festgelegt, und
die Schaltungen der oberen und der unteren Leiterplatte 10a und 10b sind
elektrisch miteinander verbunden, wenn Strom durch den Stiftkörper 21 fließt.
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Ferner
kann eine Abstützeinrichtung
in einen zwischen der oberen und der unteren Leiterplatte 10a und 10b gebildeten
Raum eingesetzt werden, so dass die obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b über eine
vorbestimmte Distanz voneinander beabstandet sind und sie dadurch
fest aneinander angebracht sind. Als Ergebnis hiervon können die
obere und die untere Leiterplatte 10a und 10b über die
Abstützeinrichtung
fest aneinander angebracht werden.
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3 zeigt
eine Frontansicht unter Darstellung eines Hauptteils eines Stifts
für eine
Doppelplatine gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Ein elastischer Einpress- bzw. Aktionsstift
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel hat
die gleiche Konstruktion wie die des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels,
mit der Ausnahme, dass eine Breite L1 eines oberen federnd nachgiebigen
Bereichs 22 geringfügig
größer ist
als eine Breite L2 eines unteren federnd nachgiebigen Bereichs 23.
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Wenn
die Kontakterhebungen 231 des unteren federnd nachgiebigen
Bereichs 23 in einer Öffnung 11b einer
unteren Leiterplatte 10b durch eine Öffnung 11a einer oberen
Leiterplatte 10a hindurch angebracht werden, werden die
Kontakterhebungen 221 des oberen federnd nachgiebigen Bereichs 22 im Inneren
der Öffnung 11a des
oberen federnd nachgiebigen Bereichs 22 fest angebracht,
ohne dass der Durchmesser der Öffnung 11a durch
den hindurchgeführten
un teren federnd nachgiebigen Bereich 23 vergrößert wird
oder eine Plattierungsschicht 12a des oberen federnd nachgiebigen
Bereichs 22 beschädigt
wird.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, schafft die vorliegende
Erfindung einen Stift zum Verbinden der Leiterplatten, durch den
zwei Leiterplatten in paralleler Anordnung fest miteinander verbunden
werden können
und ohne Lötvorgang eine
geeignete elektrische Verbindung zwischen diesen aufrechterhalten
werden kann. Da der Stift den oberen und den unteren federnd nachgiebigen
Bereich aufweist, kann der Stift eine stabile Verbindung zwischen
den Schaltungen der Leiterplatten aufrechterhalten, während er
mit den Leiterplatten fest gekoppelt ist, so dass eine Umweltbelastung
aufgrund von Blei auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Da
ferner gemäß der vorliegenden
Erfindung der Aktionsstift an seinen beiden Enden mit den sanft abgeschrägten Bereichen
ausgebildet ist, lässt
sich der Aktionsstift problemlos in die Leiterplatten einsetzen,
so dass sich das Einführen
des Aktionsstifts in die Öffnungen
der Leiterplatten bequemer gestalten lässt, wenn die Leiterplatten
einander überlappend angeordnet
sind.
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Ferner
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Schaffung einer einfachen und sicheren Verbindung
zwischen den Schaltungen der Leiterplatten beim Verbinden der Leiterplatten
unter Verwendung des Stifts dieser Stift mit dem oberen und dem
unteren federnd nachgiebigen Bereich ausgebildet, die die Paare
von Kontakterhebungen aufweisen, die an dem Stiftkörper nach
außen
ragend ausgebildet sind, so dass sich der Stift für die Verbindung
der Leiterplatten miteinander in einfacher Weise herstellen lässt.
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Ferner
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung jeder obere und untere federnd nachgiebige Bereich an
beiden Seiten der inneren Oberfläche
der Öffnung mittels
des Paares von Kontakterhebungen abgestützt, die in alternierender
Weise auf entgegengesetzten Seiten eines Stiftkörpers ausgebildet sind, so dass
die federnd nachgiebigen Bereiche ferner in sicherer Weise an der Überzugsschicht
angebracht werden können
und die Verbindung zwischen den Leiterplatten verbessert werden
kann.
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Weiterhin
weisen gemäß der vorliegenden Erfindung
der obere und der untere federnd nachgiebige Bereich die Kontakterhebungen
auf, die in Bezug auf die zentrale Achse des Stiftkörpers in
alternierender Weise ausgebildet sind, wobei der obere federnd nachgiebige
Bereich breiter ist als der untere federnd nachgiebige Bereich,
so dass die elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten unabhängig von
einer Beschädigung
der Überzugsschicht
aufgrund der Reibung zwischen den Kontakterhebungen und der Überzugsschicht
an den Öffnungen,
die beim Einführen
des Stifts durch die Öffnungen
der oberen und der unteren Leiterplatte hindurch auftrifft, in sicherer
Weise aufrechterhalten werden kann. Als Ergebnis hiervon lässt sich
eine Trennung der Verbindung zwischen jeglichen federnd nachgiebigen Bereichen
und den Leiterplatten aufgrund einer Beschädigung der Überzugsschicht verhindern.
Selbst wenn die Kontakterhebungen des unteren federnd nachgiebigen
Bereichs den Durchmesser der Öffnung
der oberen Leiterplatte vergrößern oder
die Überzugsschicht
der Öffnung
beim Hindurchtreten durch die Öffnung
der oberen Leiterplatte beschädigen,
kann ferner der obere federnd nachgiebige Bereich im Inneren der Öffnung des
oberen federnd nachgiebigen Bereichs fest angebracht werden, um auf
diese Weise die feste Verbindung zwischen dem Stift und den Leiterplatten
aufrechtzuerhalten.