DE102006013506B4

DE102006013506B4 - Elektrischer Steckeranschluss

Info

Publication number: DE102006013506B4
Application number: DE102006013506A
Authority: DE
Inventors: Slobadan Canton Pavlovic
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: GB0606146D0; US20060216970A1; US20070117453A1; US7458828B2; GB2424771B; GB2424771C; GB2424771A; DE102006013506A1

Abstract

Anschlusskörper (38) für einen oberflächenmontierbaren elektrischen Stecker (10), wobei der Anschlusskörper umfasst:
einen ersten Teil (40), mittels dessen der Anschlusskörper (38) an einem Steckergehäuse (30) des Steckers (10) befestigt werden kann,
und einen zweiten Teil (42), der elektrisch leitend mit dem ersten Teil (40) verbunden ist, wobei der zweite Teil (42) eine sich durch denselben erstreckende Öffnung (50) zur Aufnahme eines elektrisch leitenden Materials (56) aufweist, um dadurch eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Teil (42) und einer Oberfläche einer Leiterplatte (52) auszubilden,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Teil (42) einen gekrümmten Teil (58) aufweist, und dass sich die Öffnung (50) durch den gekrümmten Teil (58) erstreckt, wobei der gekrümmte Teil (58) eine konvexe Fläche (62) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckeranschluss.
Mit der zunehmenden Verbreitung von elektronischen Geräten besteht ein Bedarf dafür, eine immer größere Anzahl von elektronischen Komponenten auf Leiterplatten vorzusehen. Früher war es nicht unüblich, dass eine elektronische Komponente mit Anschlussdrähten versehen war, die in Löcher auf der Leiterplatte eingesteckt wurden. Bei dieser Durchgangsloch-Technologie erstrecken sich die Anschlussdrähte von der elektronischen Komponente durch die Leiterplatte hindurch. Deshalb war es schwierig, wenn nicht unmöglich, beide Seiten der Leiterplatte für verschiedene Schaltungsaufbauten zu verwenden.
Heutzutage sind die Durchgangslochverbindungen auf Leiterplatten zumeist durch eine Oberflächenmontage (SMT) ersetzt. Bei SMT-Komponenten werden Flachanschlüsse anstelle der Anschlussdrähte verwendet, die sich früher durch die Leiterplatten erstreckten. Diese Anschlüsse werden mit einer Oberfläche auf einer Seite der Leiterplatte gewöhnlich durch Löten verbunden. Dabei bleibt die gegenüberliegende Seite der Leiterplatte für den Aufbau eines anderen Schaltungsaufbaus unter Verwendung derselben oder anderer SMT-Komponenten verfügbar.
Weil elektronische Komponenten häufig ein sehr leichtes Gewicht aufweisen, ist es nicht ungewöhnlich, dass die in dem flüssigen Lot vorhandene Oberflächenspannung eine SMT-Komponente nach oben von der Leiterplatte wegdrückt, was manchmal als „Manhattan-Effekt” bezeichnet wird. Wenn dies geschieht, kann die resultierende Verbindung zwischen der SMT-Komponente und der Leiterplatte schwach sein. Auch wenn ein Teil des Lots an einem Anschluss der SMT-Komponente haftet, kann sich das Lot beim Abkühlen von dem Anschluss zurückziehen. Wenn weiterhin ein Teil des Lots in Kontakt mit einem Anschluss bleibt, kann die Verbindung während der Verwendung gebrochen werden, insbesondere wenn die Leiterplatte in einem Bereich untergebracht wird, der Schwingungen ausgesetzt ist – etwa in einer Anschlussdose in einem Fahrzeug.
Es ist deshalb wünschenswert, über einen Anschluss für einen SMT-Stecker zu verfügen, der einen Teil oder die gesamte Oberflächenspannung des flüssigen Lots beseitigt, wenn er mit einer Leiterplatte verbunden wird.
Einen gattungsgemäßen Flachanschluss für einen SMT-Stecker offenbart die EP 1 065 754 A1 . In einem verbreiterten, ebenen Bereich des Flachanschlusses ist eine Öffnung vorgesehen, die die Verbindung des Flachanschlusses mit dem Lötmaterial verbessern soll. Ein solches Loch in einem Flachanschluss für einen oberflächenmontierbaren elektrischen Stecker zeigt auch die US 5,535,513 .
Bei der US 5,411,236 ist ein Durchgangsloch zur besseren Verbindung mit dem Lötmaterial nicht im elektrischen Flachanschluss vorgesehen, sondern in einem separat vorgesehenen Befestigungsteil. Das Loch in diesem Befestigungsteil kann gestuft ausgebildet sein.
Das Herstellen von Flachanschlüssen für einen Steckverbinder durch einen Stanzvorgang ist in der DE 100 09 215 C1 beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flachanschluss für einen oberflächenmontierbaren elektrischen Stecker mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, dass eine noch sichere Verbindung mit dem Lötmaterial auf einer Leiterplatte erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flachanschluss mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung gibt einen Anschluss für einen SMT-Stecker mit einer geometrischen Konfiguration an, die eine gute Verbindung zu einer Leiterplatte auch dann sicherstellt, wenn Oberflächenspannungen in einem für die Verbindung verwendeten flüssigen Lot gegeben sind.
Die Erfindung gibt weiterhin einen Flachanschluss für einen oberflächenmontierten elektrischen Stecker an, der einen Anschlusskörper mit einem ersten Teil umfasst, der konfiguriert ist, um mit einem Gehäuse des elektrischen Steckers zusammenzuwirken, um den Anschlusskörper an dem Steckergehäuse zu befestigen. Der Anschlusskörper umfasst weiterhin einen zweiten Teil, der in elektrischer Kommunikation mit dem ersten Teil steht. Der zweite Teil umfasst eine sich durch denselben erstreckende Öffnung, die konfiguriert ist, um ein elektrisch leitendes Material aufzunehmen. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Teil und einer Oberfläche einer Leiterplatte vorgesehen.
Verwendbar wäre der erfindungsgemäße Flachanschluss beispielsweise für eine Anschlussdose in einem Fahrzeug an. Die Anschlussdose umfasst eine Leiterplatte. Der Stecker umfasst ein Steckergehäuse, das konfiguriert ist, um einen Leitungsstecker an einem Kabelbaum aufzunehmen und dadurch die Anschlussdose mit dem Kabelbaum zu verbinden. Der Stecker umfasst weiterhin einen Flachanschluss mit einem ersten und einem zweiten länglichen Glied, die elektrisch miteinander kommunizieren. Das erste längliche Glied ist konfiguriert, um mit dem Steckergehäuse zusammenzuwirken und dadurch das erste längliche Glied an dem Steckergehäuse zu befestigen. Das zweite längliche Glied umfasst eine sich durch dasselbe erstreckende Öffnung, um ein wenigstens teilweise geschmolzenes Lot aufzunehmen. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten länglichen Glied und einer Oberfläche der Leiterplatte vorgesehen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Steckers einschließlich von Flachanschlüssen gemäß der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Vorderansicht auf eine Stromverteilerdose für ein Fahrzeug, die den elektrischen Stecker von 1 umfasst.
2B ist eine perspektivische Ansicht eines Leitungssteckers, der konfiguriert ist, um mit dem Stecker von 2A verbunden zu werden.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Steckers von 1.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines in dem Stecker von 1 verwendeten Flachanschlusses.
5 ist eine Seitenansicht auf den Flachanschluss von 4, der mit einem Teil einer Leiterplatte verbunden ist.
5A ist eine Detailansicht eines Teils der Verbindung zwischen dem Anschluss und der Leiterplatte von 5.
1 zeigt einen SMT-Stecker 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist der Stecker 10 in 1 ein Kopfstecker, der in einer Anschlussdose 12 – siehe 2B – etwa in einem Fahrzeug verwendet werden kann. Die Anschlussdose 12 kann zum Beispiel eine Stromverteilerdose oder eine Verbindungsdose sein. Wie in 2A gezeigt, umfasst die Anschlussdose 12 eine Anzahl von elektronischen Komponenten 14, 16, 18, 20, 22, die mit einer Leiterplatte 24 verbunden sind. Wenn die Anschlussdose 12 zum Beispiel eine Stromverteilerdose in einem Fahrzeug ist, kann ein Leitungsstecker 26 – siehe 2B – verwendet werden, um den Kopfstecker 10 mit verschiedenen Systemen in dem Fahrzeug über einen Kabelbaum 28 zu verbinden.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Kopfstecker 10 ein Steckergehäuse 30 und eine Anzahl von elektrischen Anschlüssen 32, 34, 36. 3 zeigt die Unterseite des Steckers 10 einschließlich von Teilen der verschiedenen elektrischen Anschlüsse für die Verbindung mit einer Leiterplatte wie etwa der Leiterplatte 24 von 2A. Wie in 3 gezeigt, sind die Anschlüsse 32 (zwei auf jeder Seite des Steckers 10) und die Anschlüsse 34 (fünf auf jeder Seite des Steckers 10) jeweils Flachanschlüsse, die konfiguriert sind, um die Oberflächenmontage des Steckers 10 an einer Leiterplatte wie etwa der Leiterplatte 24 zu bewerkstelligen. Dagegen sind die Anschlüsse 36 (zwei an jedem Ende des Steckers 10) Durchgangslochanschlüsse, die konfiguriert sind, um in Löcher auf der Leiterplatte wie etwa der Leiterplatte 24 positioniert zu werden. Ein Stecker wie etwa der Stecker 10 kann Durchgangslochanschlüsse wie etwa die Anschlüsse 36 umfassen oder nicht. Die Durchgangslochanschlüsse können vorteilhaft sein, weil sie verwendet werden können, um den Stecker auf einer Leiterplatte zu positionieren. Wenn weiterhin nur eine kleine Anzahl von Durchgangslöchern verwendet wird, bleibt der größte Teil der Fläche auf der gegenüberliegenden Seite einer Leiterplatte für die Verwendung für einen anderen Schaltungsaufbau verfügbar.
Wie in 3 gezeigt, weisen die Flachanschlüsse 32, 34 jeweils ein Loch in Nachbarschaft zu einem Ende auf, was in 4 im größeren Detail gezeigt ist. 4 zeigt einen der Flachanschlüsse 32, der in Verbindung mit einem Stecker wie etwa dem Stecker 10 verwendet werden kann. Der Flachanschluss 32 umfasst einen Anschlusskörper 38, der einen ersten Teil bzw. ein erstes längliches Glied 40 und einen zweiten Teil bzw. ein zweites längliches Glied 42 aufweist. Wie in 4 gezeigt, bilden das erste und das zweite längliche Glied 40, 42 eine gemeinsame Struktur. Tatsächlich können das erste und das zweite längliche Glied in einem gemeinsamen Stanzvorgang aus einem einzelnen Stück eines elektrisch leitenden Materials wie etwa einer Kupferlegierung ausgebildet werden.
Das erste längliche Glied 40 umfasst Widerhaken 44, die konfiguriert sind, um mit dem Steckergehäuse 30 zusammenzuwirken und den Anschlusskörper 38 an dem Steckergehäuse 30 zu halten. Es kann praktisch sein, das Steckergehäuse 30 aus einem beliebigen technischen Polymer auszubilden, das elektrisch nicht leitet, aber ausreichend stark ist, um eine Anzahl von Anschlüssen wie etwa den Klingenanschluss 32 zu halten. Die Flachanschlüsse 32, 34 können in einem automatisierten Herstellungsvorgang auf dem Fachmann bekannte Weise „gestitcht” werden. Zusätzlich zu den Widerhaken 44, die die Befestigung des Anschlusses 32 an dem Steckergehäuse 30 sicherstellen, kann das erste längliche Glied 40 auch Stopps 46 umfassen, mit denen der Anschluss 32 mit der richtigen Tiefe in dem Steckergehäuse 30 positioniert wird.
In der Ausführungsform von 4 umfasst das zweite längliche Glied 42 ein entferntes Ende 48, das von dem ersten länglichen Glied 40 entfernt angeordnet ist. Neben dem entfernten Ende 48 befindet sich eine Öffnung 50, die sich durch den zweiten länglichen Teil 42 erstreckt. Natürlich muss eine Öffnung wie etwa die Öffnung 50 nicht neben einem entfernten Ende vorgesehen sein, sondern kann auch nahe dem ersten länglichen Glied 40 angeordnet sein. Wie weiter unten ausführlicher erläutert, hilft die Öffnung 50 dabei, einige Probleme bei der Montage von SMT-Steckern und SMT-Komponenten auf Leiterplatten zu beseitigen.
Wie oben genannt, werden SMT-Stecker und SMT-Komponenten häufig unter Verwendung von elektrisch leitendem Material wie etwa Lot auf Leiterplatten montiert. Die in flüssigem Lot vorhandene Oberflächenspannung verhindert dabei häufig eine gute Verbindung zwischen dem Lot und dem Anschluss, wodurch wiederum eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Anschluss und der Leiterplatte verhindert wird. Die Öffnung 50 in dem Anschluss 32 hilft dabei, die Oberflächenspannung in einem Material wie etwa Lot zu überwinden, indem sie das flüssige Lot durch die Öffnung 50 auf eine obere Fläche des Anschlusses zieht. In diesem Beispiel wird Lot verwendet, wobei die vorliegende Erfindung aber ebenso gut angewendet werden kann, um die Oberflächenspannung in anderen elektrisch leitenden Materialien zu beseitigen.
Die Wirkungsweise wird mit Bezug auf 5 erläutert. In 5 ist der Anschluss 32 an einem Teil einer Leiterplatte 52 befestigt gezeigt. Die Leiterplatte 52 umfasst eine Öffnung 54, die zum Beispiel verwendet werden kann, um einen Durchgangslochanschluss wie etwa die Anschlüsse 36 von 3 aufzunehmen. Die Verbindung zwischen dem Anschluss 32 und der Leiterplatte 52 ist im Detail in 5A gezeigt. Wie in 5A gezeigt, wird eine kleine Menge an Lot 56 verwendet, um den Anschluss 32 mit der Leiterplatte 52 zu verbinden. Wie in 5A gezeigt, ist in der Nähe des entfernten Endes 48 des zweiten länglichen Glieds 42 ein gekrümmter Teil 58 vorgesehen. Der gekrümmte Teil 58 umfasst eine konkave Fläche 60 und eine konvexe Fläche 62. Das Lot 56 ist sowohl auf der konkaven Fläche 60 als auch auf der konvexen Fläche 62 vorgesehen, weil es durch die Öffnung 50 nach oben gezogen wurde. Je nach der Konfiguration der Öffnung 50, die nicht perfekt rund sein muss, kann eine kapillare Wirkung auftreten, wodurch die Oberflächenspannung in dem Lot überwunden wird und das Lot durch die Öffnung 50 nach oben zu der konkaven Fläche 60 gezogen wird.
Wie oben genannt, muss die Öffnung 50 nicht perfekt rund sein. Vielmehr kann sich der Querschnitt der Öffnung 50 wie in 5A gezeigt verjüngen, sodass die Öffnung einen ersten Durchmesser 64 an der konkaven Fläche 60 und einen zweiten Durchmesser 66 an der konvexen Fläche 62 aufweist, die größer als der erste Durchmesser 64 ist. Die Querschnittform der Öffnung 50 hängt stark davon ab, wie der gekämmte Teil des zweiten länglichen Glieds 42 geformt ist. Wenn die Öffnung 50 zum Beispiel vor dem Ausbilden des gekrümmten Teils 58 ausgebildet wird, kann das Ausbilden des gekrümmten Teils 58 den ansonsten rechteckigen Querschnitt der Öffnung 50 verzerren.
Die Öffnung 50 und der gekrümmte Teil 58 helfen beide dabei, eine stärkere Verbindung zwischen dem Anschluss 32 und der Leiterplatte 52 vorzusehen. Wie oben genannt, hilft die Öffnung 50 dabei, eine Oberflächenspannung in dem Lot zu überwinden, indem das Lot durch die Öffnung nach oben gezogen wird, sodass das Lot einen Kontakt mit der oberen und unteren Fläche des Anschlusses 32 herstellt. Der gekrümmte Teil 58 hilft aber nicht nur dabei, das Lot 56 in dem konkaven Teil 60 zu halten, sondern hilft auch dabei, den Anschluss 32 auf der Leiterplatte 52 zu positionieren. Die Prozesse zum Platzieren von elektrischen Komponenten und Steckern wie etwa dem Stecker 10 werden zunehmend automatisiert. Deshalb ist es vorteilhaft, über Bezugspunkte zu verfügen, die einfach maschinell erfasst und durch andere automatisierte Techniken verwendet werden können. Weil sich die Öffnung 50 durch den gekrümmten Teil 58 des zweiten länglichen Glieds 42 erstreckt, hilft eine Platzierung der konvexen Fläche 62 über dem Lot 56 dabei sicherzustellen, dass die Öffnung 50 das schmelzende Lot aufnimmt. Das Erfassen einer gekrümmten Fläche wie etwa des gekrümmten Teils 58 kann für die automatisierte Einrichtung einfacher sein als wenn das zweite längliche Glied 42 vollständig flach ist. Zusätzlich zu der in 5A gezeigten Krümmung zwischen den Seiten kann der gekrümmte Teil 58 auch über die Breite des zweiten länglichen Glieds 42 gekrümmt sein, um eine allgemein kugelförmig gekrümmte Fläche vorzusehen, die einfach mit einer konvexen und allgemein kugelförmigen Fläche 68 des Lots 56 ausgerichtet werden kann.
Wie in 5 gezeigt, können das erste und zweite längliche Glied 40, 42 derart geformt sein, dass ein stumpfer Winkel (A) zwischen denselben vorgesehen ist. Dadurch wird ein verbesserter Kontakt zwischen der konvexen Fläche 62 und dem Lot 56 vorgesehen, indem eine Spannung in den Anschluss 32 eingeführt wird, wenn der Stecker 10 auf die Leiterplatte 52 gedrückt wird. Wie zuvor genannt, können das erste und das zweite längliche Glied 40, 42 in einem einzelnen Vorgang aus einem einzelnen Stück eines elektrisch leitenden Materials gestanzt werden. Es ist jedoch erforderlich, eine zweite Operation zum Ausbilden des Winkels (A) zwischen dem ersten und dem zweiten länglichen Glied 40, 42 durchzuführen. Je nach den Möglichkeiten des Stanzvorgangs kann die Öffnung 50 auch im wesentlichen gleichzeitig zu dem ersten und zweiten länglichen Glied 40, 42 in dem Stanzprozess ausgebildet werden. Das Material für den Anschluss 32 kann bei Bedarf mit einem anderen Material beschichtet sein. Wenn der Anschluss 32 zum Beispiel aus einer Kupferlegierung ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, dasselbe mit einem Material wie etwa Zinn oder einer Zinnlegierung zu beschichten. Dadurch kann eine Oberflächenoxidation verhindert werden, die ansonsten auf dem Anschluss 32 auftritt. Weiterhin ist zu beachten, dass eine Beschichtung wie etwa eine Zinnbeschichtung vor oder nach dem Ausbilden der Öffnung 50 aufgetragen werden kann. Zinn weist nämlich einen relativ niedrigen Schmelzpunkt auf, sodass wenn das Zinn in die Öffnung 50 gefüllt ist, es bei dem Kontakt mit dem heißen Lot schmilzt und abfließt. Die vorliegende Erfindung bietet also eine Flexibilität in Bezug auf den Herstellungsprozess.
Wie oben beschrieben, kann die Form der Öffnung 50 geändert werden, wenn der gekrümmte Teil 58 nach dem Ausbilden der Öffnung 50 geformt wird. Trotz der Änderung in der Form der Öffnung 50 kann die Abfolge dieses Prozesses vorteilhaft sein, weil durch das Ausbilden des gekrümmten Teils 58 veranlasst wird, dass ein Material wie etwa eine Kupferlegierung spannungsgehärtet wird. Dann wäre es viel schwerer, die Öffnung 50 auszubilden, wobei auch mehr Energie für den Herstellungsprozess aufgebracht werden müsste. Es ist zu beachten, dass einige Flachanschlüsse zu klein sein können, um effektiv eine Öffnung wie etwa die Öffnung 50 zu stanzen. In diesem Fall sollte ein Laser oder ein anderes Verfahren verwendet werden, um die Öffnung auszubilden. Die Anschlüsse 32 können direkt nach dem Ausbilden an das Steckergehäuse 30 gestitcht oder auf andere Weise befestigt werden.
Es wurden Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr ist die Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend, wobei verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Anschlusskörper (38) für einen oberflächenmontierbaren elektrischen Stecker (10), wobei der Anschlusskörper umfasst: einen ersten Teil (40), mittels dessen der Anschlusskörper (38) an einem Steckergehäuse (30) des Steckers (10) befestigt werden kann, und einen zweiten Teil (42), der elektrisch leitend mit dem ersten Teil (40) verbunden ist, wobei der zweite Teil (42) eine sich durch denselben erstreckende Öffnung (50) zur Aufnahme eines elektrisch leitenden Materials (56) aufweist, um dadurch eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Teil (42) und einer Oberfläche einer Leiterplatte (52) auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (42) einen gekrümmten Teil (58) aufweist, und dass sich die Öffnung (50) durch den gekrümmten Teil (58) erstreckt, wobei der gekrümmte Teil (58) eine konvexe Fläche (62) umfasst.
Anschlusskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskörper (38) einen einstückigen Aufbau aufweist.
Anschlusskörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Teil (58) eine konkave Fläche (60) gegenüber der konvexen Fläche (62) umfasst, wobei sich die Öffnung (50) verjüngt und einen ersten Durchmesser (64) an der konkaven Fläche (60) und einen zweiten Durchmesser (66) an der konvexen Fläche (62) aufweist, wobei sich der zweite Durchmesser (66) von dem ersten (64) Durchmesser unterscheidet.
Anschlusskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Fläche (62) kugelförmig ist.
Anschlusskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (40) einen stumpfen Winkel (A) mit dem zweiten Teil (42) bildet, um einen verbesserten Kontakt zwischen der konvexen Fläche (62) des zweiten Teils (42) und einem Lot (56) auf der Oberfläche der Leiterplatte (52) vorzusehen, wenn der erste Teil (40) an einem Steckergehäuse (32) befestigt ist und im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Leiterplatte (52) ausgerichtet ist.