DE102010010331A1

DE102010010331A1 - Elektrische Kontaktanordnung

Info

Publication number: DE102010010331A1
Application number: DE102010010331A
Authority: DE
Inventors: Dieter Holste; Ulrich Rosemeyer
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-08
Also published as: WO2011107547A1; CN102783257A; US20130005163A1; JP2013521639A; EP2543240A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Kontaktanordnung eines Federkontaktelements (10) an einer Leiterplatte (12) mit einer auf einer Oberfläche der Leiterplatte (12) angeordneten Lötfläche (16) und einer auf der Lötfläche (16) angeordneten eben ausgebildeten Kontaktfläche (18), wobei das Federkontaktelement (10) auf der Kontaktfläche (18) anordbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung eines Federkontaktelements an einer Leiterplatte.
Zur direkten Kontaktierung von Federkontaktelementen auf Leiterplatten wird üblicherweise in dem Leiterbild der Leiterplatte eine Lötfläche in Form einer Kupferfläche zur Kontaktierung aufgebracht. Die Oberfläche der Kupferfläche ist leit- und lötfähig ausgebildet. Bei dieser Art der Kontaktierung ist es jedoch meist nur möglich, die Federkontaktelemente auf der Vorderseite bzw. der nach oben gerichteten Seite der Leiterplatte anzuordnen. Bei dieser Art der Herstellung ist die Oberfläche einem großem Verschleiß durch die Kontaktierung und den Kräften im kontaktierenden Zustand, zum Beispiel durch Vibration, ausgesetzt. Zudem ist ein hoher Platzbedarf zur Anordnung des Federkontaktelements, um eine Kontaktierung herzustellen, notwendig.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Kontaktanordnung eines Federkontaktelements an einer Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, welche sich durch eine verschleißfreiere Anordnung und einen verringerten Platzbedarf auszeichnet. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße elektrische Kontaktanordnung eines Federkontaktelementes an einer Leiterplatte weist eine auf einer Oberfläche der Leiterplatte angeordnete Lötfläche und eine auf der Lötfläche angeordnete eben ausgebildete Kontaktfläche auf, wobei das Federkontaktelement auf der Kontaktfläche anordbar ist.
Die erfindungsgemäße elektrische Kontaktanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Lötfläche flächig auf mindestens einen Teilbereich der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist und auf dieser Lötfläche eine eben ausgebildete Kontaktfläche aufgebracht ist. Eben ausgebildet bedeutet, dass die Kontaktfläche flächig, beispielsweise in Form einer Platte, ausgebildet ist. Auf dieser Kontaktfläche kann wiederum ein Federkontaktelement angeordnet werden. Die Lötfläche ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei Aufbringen eines Lotmittels auf die Lötfläche ein Lotpastendruck flächig oder beliebig teilflächig aufgebracht werden kann, wobei die Lötfläche die gesamte Fläche oder einen Teilbereich der Fläche der Kontaktfläche abdecken kann. Vorzugsweise ist die Lötfläche an vier Randeckbereichen der Kontaktfläche vorgesehen. Mittels der Lötfläche und des auf die Lötfläche aufzubringenden Lotmittels kann die Kontaktfläche an bzw. auf der Leiterplatte fixiert werden. Die eben ausgebildete Kontaktfläche selber ist elektrisch leitend ausgebildet und dient zum einen als eine mechanische Lagerung zur Fixierung des Federkontaktelements an der Leiterplatte und zum anderen zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung des Federkontaktelements mit der Leiterplatte. Durch das Vorsehen der Lötfläche und der darauf eben ausgebildeten Kontaktfläche ist es möglich, dass das Federkontaktelement auf der Unterseite der Leiterplatte anordbar ist, so dass es zum Beispiel möglich ist, einen Schirmanschluss an dem Federkontaktelement vorzusehen bzw. das Federkontaktelement als Schirmanschluss auszubilden, welcher aus Platzgründen bevorzugt unterhalb der Leiterplatte kontaktieren sollte. Somit ist es mit der erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktanordnung möglich, eine möglichst verschleißfreie und platzsparende Kontaktierung, insbesondere für Kontaktierungen, wo nur wenig Bauraum zur Verfügung steht, bereitzustellen. Die eben ausgebildete Kontaktfläche zeichnet sich ebenso durch eine platzsparende Anordbarkeit aus. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße elektrische Kontaktanordnung eine durch Verschleißerscheinungen erforderliche Reparatur der Leiterplatte, welche bei den bekannten elektrischen Kontaktanordnungen bisher nicht möglich gewesen ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die eben ausgebildete Kontaktfläche ein Blechelement. Das Blechelement zeichnet sich durch die Möglichkeit einer besonders platzsparenden Anordnung aus, wobei das Blechelement beliebig großflächig und dick ausgebildet sein kann. Vorzugsweise ist das Blechelement aus einem Bronzematerial, bevorzugt aus CuSn6, ausgebildet und kann zusätzlich mit einer vor Korrosion schützenden, elektrisch leitenden Oberfläche, vorzugsweise ausgebildet aus Zinn (Sn), Silber (Ag) und/oder Gold (Au), versehen sein. Dadurch ist eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit der Kontaktfläche gegeben. Die als Blechelement ausgebildete eben ausgeformte Kontaktfläche ermöglicht eine Verhinderung der Abnutzung der Leiterplatte im Kontaktbereich. Dieser ist üblicherweise mit einer Basisschicht versehen. Die Basisschicht besteht in der Regel aus beliebig dickem Kupfer, das direkt auf die Leiterplatte aufgebracht und verbunden wird. Auf diese Basisschicht können eine oder mehrere Oberflächen aufgebracht werden. Durch das Vorsehen eines Blechelements kann eine besonders kostengünstige Kontaktfläche zur Verfügung gestellt werden.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Federkontaktelement parallel zur Längsfläche der Leiterplatte auf die eben ausgebildete Kontaktfläche aufschiebbar ist. Dadurch ist eine besonders einfache und sichere Befestigung des Federkontaktelements an der Leiterplatte möglich, wobei besonders bevorzugt dadurch eine Kontaktierung bei einem sehr begrenzten Bauraum möglich ist. Dadurch kann die Handhabbarkeit der elektrischen Kontaktanordnung gegenüber bekannten elektrischen Kontaktanordnungen wesentlich verbessert werden.
Vorzugsweise ist auf die Lötfläche eine Lotpaste zur Ausbildung einer mattenförmigen Lotpastenfläche auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht. Mattenförmig bedeutet hierbei bevorzugt, dass das in Form einer Lotpaste ausgebildete Lotmittel derart auf die Lötfläche aufgebracht ist, dass eine flächige Benetzung der Lötfläche mittels der Lotpaste erfolgt. Die Lotpaste kann dabei entsprechend den Abmessungen der Kontaktfläche auf der Leiterplatte aufgebracht sein, die Fläche der Lotpaste kann aber auch kleiner oder größer als die Abmessungen der Kontaktfläche ausgebildet sein. Die Aufbringung der Lotpaste kann beispielsweise durch Aufdrucken erfolgen. Bei der Aufbringung der Lotpaste ist es möglich, sowohl eine gesamtflächige Aufbringung vorzusehen oder aber auch mehrere Einzelflächen vorzusehen. Bei der Aufbringung der Lotpaste bildet sich bevorzugt eine mattenförmige Lotpastenfläche aus, wodurch eine besonders gute Fixierung der eben ausgebildeten Kontaktfläche an der Lötfläche möglich ist. Bei der Verwendung einer Lotpaste als Lotmittel kann vorzugsweise ein Reflow-Löten zur Befestigung der Kontaktfläche an der Leiterplatte verwendet werden. Dafür wird zunächst auf die Lötfläche der Leiterplatte Lotpaste aufgetragen. Anschließend wird die eben ausgebildete Kontaktfläche auf der Lotpaste bzw. der Lötfläche angeordnet. Die Verwendung von Lotpaste hat den Vorteil, dass diese eine große Haftwirkung aufweist ohne, dass zusätzliche Klebemittel notwendig wären, und so die eben ausgebildete Kontaktfläche unmittelbar an der Lotpaste bzw. an der Lötfläche fixiert werden kann. Durch Zufuhr von Wärme schmilzt die aufgebrachte Lotpaste auf, wobei sich beim Aufschmelzen der Lotpaste bzw. des Lotmittels die eben ausgebildete Kontaktfläche infolge der Oberflächenspannung auf der Lötfläche automatisch zentrieren kann. Durch die Verwendung einer Lotpaste kann eine großflächige, einfach herzustellende Verlötung erfolgen.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Leiterplatte im Bereich der Lötfläche eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei die Durchgangsbohrung als Belüftungsbohrung ausgebildet ist oder wobei die Durchgangsbohrung zur Ausbildung einer Durchkontaktierung vorgesehen ist. Ist die Durchgangsbohrung als Belüftungsbohrung ausgebildet, ist es möglich, dass Luft beim Löten von der Lötfläche entweichen kann, so dass die beim Löten entstehende Wärme abgeführt werden kann. Dadurch kann die Bildung von Luftblasen und/oder Lunkern zwischen der Lötfläche und der eben ausgebildeten Kontaktfläche verhindert werden, wodurch die Festigkeit der Verbindung der Lötfläche mit der Kontaktfläche, insbesondere gegen Scherkräfte sowie gegen Schub- und Druckspannung, erhöht werden kann. Ferner kann über die Belüftungsbohrung in einem weiteren, das heißt vorzugsweise durch einen zusätzlichen Lötprozess von der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte nach Erforderlichkeit zusätzlich Lotmittel zugeführt werden, um die Festigkeit der Lotverbindung zwischen der Kontaktfläche und der Lötfläche erhöhen zu können. Ist die Durchgangsbohrung als eine Durchkontaktierung ausgebildet, ist eine Verankerung des auf die Lötfläche aufgebrachten Lotmittels in der Durchgangsbohrung möglich, wodurch die Festigkeit der Verbindung des Lotmittels mit der Lötfläche bzw. der Leiterplatte, insbesondere gegen Scherkräfte, verbessert werden kann. Wird zusätzlich über die als Durchkontaktierung ausgebildete Durchgangsbohrung Lotmittel zu dem bereits auf der Lötfläche vorgesehenen Lotmittel zugeführt, kann die Festigkeit der Kontaktfläche auf der Lötfläche gegen Scherkräfte zusätzlich erhöht werden. Das Vorsehen einer als Durchkontaktierung ausgebildeten Durchgangsbohrung zur Zuführung von Lotmittel ermöglicht ein Reflow- und ein nachfolgendes Wellenlötverfahren.
Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Kontaktfläche an mindestens einem ihrer Randbereiche eine Fase und/oder eine Anlaufschräge aufweist. Durch das Vorsehen einer Fase und/oder einer Anlaufschräge kann bei der Befestigung des Federkontaktelements an der Kontaktfläche eine Auslenkung des Federkontaktelements ermöglicht werden, wodurch die Montage einfacher und materialschonender ausgeführt werden kann. Bei der Vorsehung einer Fase an der Kontaktfläche kann die Kontaktfläche beispielsweise in Form einer gerade geformten Kontaktfläche bzw. eines gerade geformten Blechelements ausgebildet sein, wobei an einem Randbereich der gerade geformten Kontaktfläche bzw. des gerade geformten Blechelements die Fase ausgebildet sein kann. Das Vorsehen einer Anlaufschräge kann sowohl durch eine Abwinkelung der Kontaktfläche bzw. des Blechelementes oder durch eine Veränderung der Dicke der Kontaktfläche bzw. des Blechelements erfolgen. Das Vorsehen einer Fase und/oder einer Anlaufschräge verhindert Beschädigungen des Federkontaktelements, insbesondere bei der Fixierung des Federkontaktelements an der Kontaktfläche. Ferner ermöglicht das Vorsehen einer Fase und/oder einer Anlaufschräge, dass das Federkontaktelement sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung zu der Kontaktfläche verwinkelt eingeführt werden kann und dadurch die Ineinanderführung des Federkontaktelements mit der Kontaktfläche vereinfacht wird, wodurch die Handhabbarkeit einer Fixierung des Federkontaktelements an der Kontaktfläche bzw. an der Leiterplatte vereinfacht wird. Die Fase und/oder die Anlaufschräge sind vorzugsweise an dem Randbereich der Kontaktfläche vorgesehen, welcher in Einschubrichtung bzw. in Befestigungsrichtung des Federkontaktelements an der Kontaktfläche vorne an bzw. als erster vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktanordnung;
2 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte mit der darauf angeordneten Lötfläche gemäß der Erfindung in einer Draufsicht auf die Unterseite der Leiterplatte;
3 eine schematische Darstellung der in 2 gezeigten Leiterplatte in einer Draufsicht auf die Oberseite der Leiterplatte; und
4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kontaktfläche.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Kontaktanordnung eines Federkontaktelements 10 an einer Leiterplatte 12, wobei hierbei eine Draufsicht auf die Unterseite 14 der Leiterplatte 12 dargestellt ist. Auf der Oberfläche der Unterseite 14 der Leiterplatte 12 ist eine Lötfläche 16, auf die eine mattenförmige Lotpastenfläche aufgetragen werden kann, vorgesehen. Auf der Lötfläche 16 ist eine eben ausgebildete Kontaktfläche 18 in Form eines Blechelements angeordnet, an welcher das Federkontaktelement 10 befestigbar ist, um eine Kontaktierung zwischen dem Federkontaktelement 10 und der Leiterplatte 12 herzustellen. Das Federkontaktelement 10 kann dabei als Schirmanschluss dienen. Die Befestigung des Federkontaktelements 10 an der Kontaktfläche 18 erfolgt vorzugsweise durch Aufschieben des Federkontaktelements 10 auf die Kontaktfläche 18 über die Seitenfläche 26 der Leiterplatte 12, wobei eine bevorzugte Aufschieberichtung des Federkontaktelements 10 mit dem Pfeil 30 gekennzeichnet ist.
Wie in 2 gezeigt, ist die Lötfläche 16 flächig auf der Unterseite 14 der Leiterplatte 12 aufgebracht, wobei auf die Lötfläche 16 vorzugsweise eine Lotpaste flächig auf die Oberfläche der Unterseite 14 der Leiterplatte 12 aufgebracht ist, so dass eine Art Lötpad gebildet wird. Es ist aber auch möglich, die Lötfläche 16, die Kontaktfläche 18 und das Federkontaktelement 10 auf der Oberseite 18 der Leiterplatte 12 vorzusehen. Ferner ist es auch möglich, ein oder mehrere Federkontaktelemente 10 auf der Unterseite 14 und der Oberseite 18 der Leiterplatte 12 vorzusehen.
In 3 ist die Leiterplatte 12 in Form einer Draufsicht auf die Oberseite 28 der Leiterplatte 12 gezeigt, wobei hierbei erkennbar ist, dass bei der hier gezeigten Ausführungsform die Leiterplatte 12 eine Durchgangsbohrung 20 aufweist. Die Durchgangsbohrung 20 kann als Belüftungsbohrung oder als Durchkontaktierung ausgebildet sein, über welche bei der Lötung entstehende Wärme bzw. Luft von der Lötfläche 16 entweichen kann, um die Ausbildung von Luftblasen und/oder Lunker zwischen der Lötfläche 16 und der auf der Lötfläche 16 angeordneten Kontaktfläche 18 zu verhindern. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Durchgangsbohrung 20 als Durchkontaktierung ausgebildet, bei welcher ein metallisierter Ring 32 an der Innenfläche der Durchgangsbohrung 20 ausgebildet, wodurch eine Verankerung des auf die Lötfläche 16 aufgebrachten Lotmittels möglich ist. Die Durchgangsbohrung 20 ist zusätzlich auch in 2 angedeutet, wobei die Durchgangsbohrung 20 in 2 mit dem auf der Lötfläche 16 aufgebrachten Lotmittel überzogen ist.
In 4 ist die eben ausgebildete Kontaktfläche 18 gezeigt, wobei die Kontaktfläche 18 als ein Blechelement ausgebildet ist, welche im Wesentlichen eben ausgeformt ist, wobei der Randbereich 22 der Kontaktfläche 18 mit einer Anlaufschräge 24 versehen ist. Die Anlaufschräge 24 ist hierbei in Form einer Abwinkelung der als Blechelement ausgebildeten Kontaktfläche 18 am Randbereich 22 ausgebildet. Die Anlaufschräge 24 ist dabei derart geformt, dass die Anlaufschräge 24, wie in 1 gezeigt, bei einer Anordnung an der Leiterplatte 12 an einer Seitenfläche 26 der Leiterplatte 12 anliegt und in diesem Bereich der Seitenfläche 26 der Leiterplatte 12 die Leiterplatte 12 schützt und gleichzeitig als eine Art Führungsmittel bei der Befestigung des Federkontaktelements 10 an der Leiterplatte 12 dient.
Bezugszeichenliste

10: Federkontaktelement
12: Leiterplatte
14: Unterseite
16: Lötfläche
18: Kontaktfläche
20: Durchgangsbohrung
22: Randbereich
24: Anlaufschräge
26: Seitenfläche
28: Oberseite
30: Aufschieberichtung
32: Metallisierter Ring

Claims

Elektrische Kontaktanordnung eines Federkontaktelements (10) an einer Leiterplatte (12), mit einer auf einer Oberfläche der Leiterplatte (12) angeordneten Lötfläche (16) und einer auf der Lötfläche (16) angeordneten eben ausgebildeten Kontaktfläche (18), wobei das Federkontaktelement (10) auf der Kontaktfläche (18) anordbar ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eben ausgebildete Kontaktfläche (18) ein Blechelement ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federkontaktelement (10) parallel zur Längsfläche der Leiterplatte (12) auf die eben ausgebildete Kontaktfläche (18) aufschiebbar ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Lötfläche (16) eine Lotpaste zur Ausbildung einer mattenförmigen Lotpastenfläche auf die Oberfläche der Leiterplatte (12) aufgebracht ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (12) im Bereich der Lötfläche (16) eine Durchgangsbohrung (20) aufweist, wobei die Durchgangsbohrung (20) als Belüftungsbohrung ausgebildet ist oder wobei die Durchgangsbohrung (20) zur Ausbildung einer Durchkontaktierung vorgesehen ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (18) an mindestens einem ihrer Randbereiche (22) eine Fase und/oder eine Anlaufschräge (24) aufweist.