DE102008002969A1

DE102008002969A1 - Kontaktstift für Durchkontaktierungen

Info

Publication number: DE102008002969A1
Application number: DE102008002969A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. Löffler
Original assignee: Kumatec Sondermaschb & Kunstst; Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung GmbH
Current assignee: Kumatec Sondermaschb & Kunstst; Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung GmbH
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-26
Also published as: DE102008002969B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift zum Einsetzen in eine Bohrung (2) in einer mehrlagigen Leiterplatte (1) für die Durchkontaktierung der oberen (3) mit der unteren Leiterbahn (4) und/oder für die Kontaktierung mit den Zwischenleiterbahnen (5, 6) über die Bohrungsstirnflächen (7, 8) derselben (5, 6), soweit sie von der Bohrung (2) durchsetzt sind. Der Kontaktstift (9) ist ein flacher Kontaktstift und besteht aus lötfähigem Metall, dessen Breite gleich oder geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung (2), in die er einsetzbar ist. Der Kontaktstift (9) weist ein Loch oder eine schalenförmige Aufnahme auf, in das mindestens ein Lötmittel (10) perlenartig eingepresst ist, das aus den beiden Ebenen des Kontaktstiftes (9) seitlich vortritt. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktstiftes angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift zum Einsetzen in eine Bohrung in einer mehrlagigen Leiterplatte für die Durchkontaktierung der oberen mit der unteren Leiterbahn und/oder die Kontaktierung mit den Zwischenleiterbahnen über die Bohrungsstirnflächen derselben, soweit sie von der Bohrung durchsetzt sind.
Aus der DE 102 29 953 A1 ist ein Bauelement, insbesondere ein Drehschalter oder eine Stiftleiste, zur Leiterplattenmontage bekannt, das ein Gehäuse mit einer Montageseite aufweist, aus der Anschlussstifte hervorstehen. Jedem Anschlussstift ist eine montageseitig in das Gehäuse eingebrachte Ausnehmung zur Aufnahme eines Lotdepots zugeordnet. Das Bauelement wird nach der THR-Technik (Through-Hole-Reflow-Technologie) an der Leiterplatte befestigt. Nach dieser Technologie ist die Leiterplatte mit durchkontaktierten Bohrungen versehen, wobei die aufgetragene Lotpaste die durchkontaktierten Bohrungen ausfüllt. Bei der Bauteilbestückung schieben die Anschlussstifte des auf der Leiterplatte zu montierenden Bauteils die Lotpaste zumindest teilweise durch das Bohrungsloch hindurch, so dass beim anschließenden Reflow-Löten ein Verlöten des jeweiligen Anschlussstiftes sowohl auf der dem Bauelement zugewandten Montageseite als auch auf der gegenüberliegenden Unterseite der Leiterplatte erfolgt. Für die Kontaktierung der oberen und unteren Leiterbahn ist ein Hohlniet vorgesehen. Bei der TH-Technologie (Trough-Hole-Technologie) ist keine Durchkontaktierung der Leitenplattenbohrungen notwendig. Die Anschlussstifte werden durch die Bohrungen hindurchgesteckt und auf der dem Bauelement gegenüberliegenden Leitenplattenunterseite verlötet. Darüber hinaus ist als Löttechnik die SM-Technologie (Surface-Mounting-Technologie) bekannt, bei der in den Lotpastendepots auf die Leiterbahn sogenannte Pads aufgetragen werden, über die das Bauteil direkt an der Leiterbahn befestigt wird. Auch kann die angegebene THR-Technologie zusammen mit der SMD-Technologie in einem Reflow-Prozess (Heizdurchgang) durchgeführt werden, so dass dann das separate Verlöten der Bauelemente entfällt.
Des Weiteren ist es bekannt, nach dem Einbringen von Bohrungen in Mehrlagenleiterplatten eine Metallisierung der Löcher vorzunehmen, um einen sicheren Kontakt zu den Stirnflächen der Bohrungen in den Leiterbahnenschichten zu bewirken. Um eine Ausfüllung der Bohrung mit Lötzinn oder einem bleifreien Lötmittel zu erreichen, ist es aus der DE 92 18 491 U1 bekannt, das Durchgangsloch beidseitig mit einer Schicht eines Lötmittels mit einer vorgegebener Dicke zu verschließen und im Inneren des Durchgangsloches einen Unterdruck herzustellen. Beim Verlöten fließt dann das Material in die Bohrung hinein.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Zuhilfenahme eines Hilfsmittels das Lötmittel direkt in die Bohrung mechanisch im kalten Zustand einzubringen und eine Verbindung über das Hilfsmittel mit den Leiterbahnen durch Verflüssigung des Lötmittels herzustellen. Es soll eine stoffliche Verbindung entstehen, wobei das Hilfsmittel zunächst eine mechanische Bindung des Lötmittels bewirken soll.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen im Anspruch 1 angegebenen Kontaktstift, sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktstiftes gemäß Anspruch 7.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Kontaktstiftes sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben, vorteilhafte Verfahrensschritte zur Herstellung eines solchen Kontaktstiftes in den Ansprüchen 8 und 9.
Der Kontaktstift nach der Erfindung ist ein flacher Kontaktstift aus lötfähigem Metall, dessen Breite gleich oder geringfügig kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist, in die er einsetzbar ist, so dass der Kontaktstift in die Bohrung eingeführt werden kann. Der Kontaktstift weist entweder ein Loch oder eine schalenförmige Aufnahme auf, beispielsweise eine durch Prägung in den flachen Kontaktstift eingearbeitete Aufnahme, die auch korbförmig, also durch Freischnitt von Materialteilen, ausgebildet sein kann. In dieses Loch oder Aufnahme ist ein Lötmittel, beispielsweise Lötzinn oder nicht bleihaltige Lötmittel, in Form einer Perle eingepresst bzw. hineingedrückt, so dass das so gebildete Lötdepot in dem Kontaktstift gehalten ist. Dies alles erfolgt rein mechanisch. Es kann dabei auch ein Flussmittel in das Lötmitteldepot eingebunden sein, um den späteren Lötprozess in der Leiterplatte zu begünstigen. Das Lötdepot tritt aus den beiden Ebenen des Kontaktstiftes seitlich vor. Die Höhe ist so dimensioniert, dass die Perle des Lötmittels stets in das Loch eingesetzt werden kann. Durch die Größe des Loches in dem Kontaktstift bzw. die Größe der Aufnahme wird die Lötmittelmenge mit bestimmt. Wird nun der Kontaktstift in eine Bohrung einer mehrlagigen Leiterplatte eingesetzt und erfolgt eine Erwärmung des Kontaktstiftes einschließlich der Bohrung über die Lötmittelschmelztemperatur, so schmilzt das Lötmittel und bildet eine stoffliche Verbindung des Randes des Kontaktstiftes mit den Stirnflächen bzw. der Metallisierungsverbindungsschicht zwischen den Leiterbahnen, die durchbohrt sind. Das Lötmittel fließt zur Außenseite hin und stellt die Kontaktierung sicher. Wenn genügend Lötmittel vorhanden ist, so kann dieses auch oben- und untenseitig aus dem Loch heraustreten und auf die das Loch umgebende Lötaugen der Leiterbahnen fließen und sich damit verbinden, so dass eine durchgehende Kontaktierung sichergestellt ist.
Die Anwendung eines flachen Kontaktstiftes hat auch den Vorteil, dass, wenn das Aufnahmeloch lang genug ist, durch das Loch ein Luftstrom hindurchtreten kann, so dass hierüber eine Kühlung durch entsprechende Dimensionierung gegeben ist. Ein Luftstrom innerhalb der belegten Bohrung kann aber auch dann entstehen, wenn seitlich zum Kontaktstift zur jeweiligen Innenwand der Bohrung hin ein Durchgangsloch sich bildet. Dies hat wesentliche Vorteile auch im Hinblick auf eine gewünschte Kühlung der auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Leiterplatte aufgebrachten Bauelemente.
Der Kontaktstift kann grundsätzlich eckig ausgeführt sein, es empfiehlt sich jedoch, diesen Z-förmig auszuführen, damit er leichter in die Bohrung eingeführt werden kann. Die Lötmittelperle, die seitlich hervortritt, ist so groß zu wählen, dass stets ein Einführen in das in der Dimensionierung angepasste Loch bzw. in die Bohrung erfolgen kann. Es ist ersichtlich, dass durch die Erfindung ein sicherer Kontakt und somit eine stoffliche Verbindung auch dann gegeben ist, wenn die Leiterbahnen einer mehrlagigen Leiterplatte durchbohrt sind und die Stirnflächen nur zur Kontaktierung zur Verfügung stehen, da das Lötmittel zu diesen Kontaktierungsstirnflächen hinläuft.
Das Vorsehen eines Kontaktstiftes als Hilfsmittel für die Kontaktierung hat den Vorteil, dass der Kontaktstift auch über die Leiterplatte hinaus verlängerbar ist, so dass die Verlängerung beispielsweise als Messer- oder Gabel kontakt ausgebildet werden kann, um hierauf Steckkontakte stecken zu können. Auch ist die Verlängerung als Stiftkontakt ausbildbar. Der Verlängerungskontakt kann also beliebig ausgeführt sein, kann also auch als Buchse ausgebildet sein. Somit bietet die stoffliche Verbindung zugleich auch einen sicheren Halt für einen solchen Verlängerungskontakt. Der Kontaktstift kann auch so groß dimensioniert sein, dass er beim Einsetzen in die Bohrung die Stirnflächen der Leiterbahnen anschneidet oder sich gegen diese presst. Hierüber ist dann auch ein mechanischer Kontakt zusätzlich zu der stofflichen Verbindung gegeben.
Ein Kontaktstift nach der Erfindung ist auf einfachste Weise dadurch herstellbar, dass seine Grundform aus einem Blech ausgestanzt wird und dass zugleich auch ein Loch mit eingestanzt oder eine schalenförmige Aufnahme eingedrückt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt wird in das Loch eine Lötmittelperle mit oder ohne eingeschlossenem Flussmittel kalt eingepresst. Diese bildet das Lötdepot bzw. das Pad für die Verlötung. Das Lötmittel kann als bleihaltiges Lötmittel oder als bleifreies Lötmittel verwendet werden. Ein so vorgefertigter Kontaktstift wird in einem dritten Verfahrensschritt entweder beim Verpressen des Lötmittels oder danach in einem gesonderten Verfahrensschritt geprägt, so dass er eine vorbestimmte Form erhält, beispielsweise eine Lanzettenform, um leichter eingeführt werden zu können. Des Weiteren kann beim Ausstanzen bereits ein Verlängerungskontakt mit ausgestanzt werden. Dieser Verlängerungskontakt kann, wie zuvor schon beschrieben, zu einer Buchsenform verformt sein und ein Messer- oder ein Gabelkontakt sein. Für diesen Fall besteht der gesamte Kontaktstift mit dem Verlängerungskontakt aus federndem Material, beispielsweise Federbronze, um bei Verwendung als Gabelkontakt einen sicheren Kontakt zu einem Messerkontakt herstellen zu können. Dieser Mes serkontakt kann dann beispielsweise Bestandteil eines Steckers sein.
Die Erfindung ist auch an keine Größe gebunden. Die Löcher können 1 mm, 2 mm, 3 mm oder 4 mm groß sein, je nach Leiterplatte. Die Leiterplatten können ebenfalls zwei-, drei-, vier-, fünf- oder mehrlagig ausgeführt sein, in jedem Fall ist durch das erfindungsgemäße Hilfsmittel ein sicherer Kontakt zwischen den Lagen der Leitenbahnen sichergestellt, auch dann, wenn keine Innenmetalisierung der Bohrungen vorgenommen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels ergänzend erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Leiterplatte mit einer Bohrung, in die ein Kontaktstift nach der Erfindung eingesetzt ist, und
2 den Kontaktstift, der in 1 zur Anwendung kommt, in isolierter Darstellung.
In 1 ist eine Leiterplatte 1 dargestellt, die obenseitig eine Leiterbahn 3 als erste Lage aufweist und untenseitig eine Leiterbahn 4. Zwischen den Isolierschichten der Leiterplatte sind zwei Lagen in Form von Leiterbahnen 5 und 6 eingebracht, die gegeneinander isoliert sind. Die Isolierschichten sind nicht mit Bezugszeichen versehen. Die Mehrlagenleiterplatte 1 ist von einer Bohrung 2 durchsetzt, so dass Bestandteil der Bohrungsinnenfläche neben den Innenflächen der Isolationsschichten auch die jeweiligen Stirnflächen der durchbohrten Leiterbahnen sind. In die Bohrung 2 ist ein Kontaktstift 9 nach der Erfindung dargestellt, der zentral ein Lötdepot 10 aufweist. An dem Kontaktstift 9 ist ferner ein Verlänge rungskontakt 11 in Form eines Messerkontaktes angeformt. Wird nun der Kontaktstift 9 erwärmt, und zwar einschließlich der Stirnflächen der Lagen der Leiterplatten in der Bohrung 2, und das Lötmittel 10 zum Schmelzen gebracht, so wandert das Lötmittel über die äußeren Metallflächen des Kontaktstiftes 9 zu den Stirnflächen der durchbohrten Leiterbahnen und fließt auch auf das oben- und untenseitige Lötauge, das die Bohrung umgibt, so dass eine stoffliche Verbindung gegeben ist.
Der in 2 einzeln dargestellte Kontaktstift 9 mit Verlängerungskontakt 11 und Lötdepot 10 wird rein mechanisch dargestellt. Ein flussmittelhaltiges Lötmittel oder ein Lötmittel mit eingeschlossenem Flussmittel wird in ein Loch des zunächst geradlinigen Kontaktstiftes 9 eingepresst, wodurch eine Aufweitung und damit eine lanzettenförmige Ausprägung bewerkstelligt wird. Die Prägung erfolgt dabei in einem Prägewerkzeug, wobei das Einbringen des Lötdepots 10 rein mechanisch erfolgt. Die Abbildung zeigt ferner, dass an den Kontaktstift 9 ein Verlängerungskontakt 11 angeformt ist, also mit ausgestanzt ist, der im Ausführungsbeispiel als Messerkontakt ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10229953 A1 [0002]
- DE 9218491 U1 [0003]

Claims

Kontaktstift zum Einsetzen in eine Bohrung (2) in einer mehrlagigen Leiterplatte (1) für die Durchkontaktierung der oberen (3) mit der unteren Leiterbahn (4) und/oder für die Kontaktierung mit den Zwischenleiterbahnen (5, 6) über die Bohrungsstirnflächen (7, 8) derselben (5, 6), soweit sie von der Bohrung (2) durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (9) ein flacher Kontaktstift aus lötfähigem Metall ist, dessen Breite gleich oder geringfügig kleiner als der Durchmesser der Bohrung (2) ist, in die er einsetzbar ist, und dass der Kontaktstift (9) ein Loch oder eine schalenförmige Aufnahme aufweist, in das mindestens ein Lötmittel (10) perlenartig eingepresst ist, das aus den beiden Ebenen des Kontaktstiftes (9) seitlich vortritt und beim Erwärmen über die Lötmittelschmelztemperatur eine stoffliche Verbindung zwischen den Kontaktstiftwänden und den Stirnwänden (7, 8) der in der Bohrung (9) endenden Leiterbahnen (6, 5) der mehrlagigen Leiterplatte (1) herstellt.
Mehrlagige Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (9) lanzettenförmig ausgebildet ist.
Mehrlagige Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (9) mit einem Verlängerungskontakt (11) versehen ist, der aus der Ebene der Leiterplatte (1) vorsteht.
Mehrlagige Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötmitteldepot so groß ist, dass das Lötmittel auch auf die Ober- und/oder Unterseite der oberen (3) und der unteren Leiterbahn (4) der Leiterplatte fließt und sich mit dem das Loch umgebenden Lötauge der Leiterbahnen (3, 4) verbindet.
Mehrlagige Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (9) einen solchen Durchmesser aufweist, dass er die Stirnflächen (7, 8) der Lagen (5, 6) anschneidet.
Mehrlagige Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lötmitteldepot Flussmittel mit eingebunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstiftes für eine Durchkontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass in einem ersten Verfahrensschritt der Kontaktstift (9) aus einem Blech ausgestanzt und mit einem Loch oder einer schalenförmigen Aufnahme versehen wird, – dass in einem zweiten Verfahrensschritt in das Loch eine Lötmittelperle mit eingeschlossenem Flussmittel kalt eingepresst wird, und – dass in einem dritten Verfahrensschritt der Kontaktstift (9) in seiner äußeren Form geprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötmittelperle in ein rundes Loch in dem Kontaktstift gepresst wird und durch Prägung der Kontaktstift oval verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kontaktstift (9) ein Verlängerungskontakt (11) mit ausgestanzt wird.