DE102011056261B4

DE102011056261B4 - Federkontakt

Info

Publication number: DE102011056261B4
Application number: DE201110056261
Authority: DE
Inventors: Achim Brenner
Original assignee: Harting AG
Current assignee: Harting AG
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: DE102011056261A1; WO2013087677A1

Abstract

Federkontakt zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung, • der mit einem Ende (A) an einer Grundform (2) fixiert ist, • dessen zweites Ende (B) von der Grundform (2) federnd weggeneigt ist und • auf dessen Oberfläche leitendes Material in Form mindestens einer Leiterbahn (3) mit einer Leiterbahnbreite aufgebracht ist wobei • zwischen dem ersten Ende (A) und dem zweiten Ende (B) zumindest eine grabenförmige Vertiefung (4) mit einer Vertiefungsbreite eingebracht ist, • wobei die Vertiefungsbreite (41) größer als die Leiterbahnbreite ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Federkontakt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Federkontakt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Derartige Federkontakte werden benötigt, um eine leitende Verbindung zwischen einem an den Federkontakt angeschlossenem Leiter oder einer Leiterbahn und einer Kontaktstelle herzustellen. Federkontakte werden beispielsweise in Steckverbindern oder auf Leiterplatten eingesetzt.
Die EP 1 523 069 A1 zeigt eine bogenförmige, metallische Kontaktfeder, die auf einer Trägerplatte angeordnet ist. Metallische Kontaktfedern werden in der Regel in Stanz-Bieg-Technik hergestellt. Diese Technik stößt insbesondere bei sehr kleinen Bauteilen an ihre Grenzen.
Die DE 197 17 882 A1 offenbart einen Federkontakt, der aus einem metallisierbaren Kunststoff gefertigt sind. Der metallisierbare Kunststoff wird in einem chemischen Prozess mit einem leitenden Überzug, beispielsweise einer Kupferlegierung, versehen.
US 2007/0269997 A1 zeigt einen Federkontakt mit einem ersten Ende an einer Grundform und einem zweiten Ende, welches von der Grundform federnd weggeneigt ist. Auf der gesamten Oberfläche des Federkontaktes ist leitfähiges Material vorgesehen.
US 2005/0130462 A1 zeigt einen Federkontakt zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung.
US 2002/0053463 A1 zeigt eine Mehrzahl von Federkontakten zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung.
US 7,649,145 B2 zeigt einen Federkontakt zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung.
Bei mehrfacher oder permanenter mechanischer Belastung des Federkontakts wird oftmals der metallische, leitende Überzug von der Oberfläche abgelöst und/oder beschädigt. Dadurch kann die leitende Verbindung zwischen den Kontaktstellen unterbrochen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Federkontakt vorzuschlagen, der vielseitig einsetzbar ist und eine lange Lebensdauer aufweist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Gegenstands des Anspruchs 1 und des Gegenstands des Anspruchs 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Regel ist der Federkontakt mit einem Ende auf einer Grundform, beispielsweise einer Leiterplatte, fixiert und mit einer Leiterbahn elektrisch leitend verbunden. Das zweite Ende ist von der Grundform weggeneigt und kann elastisch zur Grundform hin oder von dieser weg bewegt werden. Der Federkontakt besitzt federnde Eigenschaften.
Eine alternative Ausführungsform des Federkontakts ist mit beiden Enden an der Grundform fixiert. Der mittlere Bereich steht federnd von der Grundform ab.
Alle Ausführungsformen des Federkontakts bestehen aus einem metallisierbaren Kunststoff, der zumindest teilweise mit einem leitenden, metallischen Überzug versehen ist. In der Regel wird der metallische Überzug eine definierte Leiterbahn auf der Oberfläche des Federkontakts bilden. Der leitende Überzug stellt eine leitende Verbindung zwischen einer Kontaktstelle an der Grundform und einer weiteren Kontaktstelle her, die vom zweiten Ende des Federkontakts berührt wird.
Vorteilhafterweise besteht der Metallisierbare Kunststoff aus einem Material, dass mithilfe der MID-Technik bearbeitet werden kann.
Die MID-Technologie (Moulded Interconnection Devices) wird hauptsächlich verwendet um komplexe, 3-dimensionale Leiterbahnstrukturen auf Bauteilen zu erzeugen, die Leiterplattenfunktionalität zur Verfügung stellen.
In der MID-Technologie sind verschiedene Verfahren bekannt. Das LDS-Verfahren ist in der Patentanmeldung DE 101 32 092 A1 beschrieben. Es werden beispielsweise Flüssigkristallpolymere, sogenannte LCP (Liquid Crystal Polymer), eingesetzt, die im Spritzgussverfahren zu Bauteilen geformt werden. Durch Bestrahlung mit einem Laser werden gezielt die Bereiche aktiviert, auf welchen Leiterbahnstrukturen entstehen sollen. Durch die Bestrahlung mit dem Laser wird Metall (z. B. Palladium), das chemisch im Polymer gebunden ist, aktiviert, wobei sich Metallkeime an der Oberfläche bilden. In einem chemischen Bad bildet sich anschließend durch stromlose, chemische Abscheidung an den gebildeten Metallkeimen eine leitende Metallschicht. Die erste Kupferschicht dient im Wesentlichen der Leitfähigkeit. Um eine noch bessere elektrische Leitfähigkeit zu erzielen, können noch weitere metallische Schichten abgeschieden werden. Diese weiteren Schichten dienen außerdem der mechanischen Stabilität und dem Korrosionsschutz.
Alternativ kann der metallisierbare Kunststoff in einem zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt sein. Bei der zwei-Komponenten-MID-Technik wird im ersten Verfahrensschritt ein metallisierbarer Thermoplast, beispielsweise ein mit Palladium dotierter Kunststoff, in ein Werkzeug gespritzt, wobei die mit einem leitenden Überzug zu versehene Fläche abgebildet wird. Im zweiten Verfahrensschritt werden die Bereiche zwischen und um diese(n) Flächen mit einem nichtmetallisierbaren Thermoplasten umspritzt, wodurch das Werkstück – hier der Federkontakt – seine endgültige Form erhält. Anschließend erfolgt die selektive Metallisierung der mit einem leitenden Überzug zu versehenen Flächen in einem elektrolytischen Bad durch einen galvanischen Prozess. Dabei haftet an der Dotierung ein metallischer Stoff, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Auf die Kupferoberfläche können in weiteren Arbeitsschritten andere Metallverbindungen aufgebracht werden.
Bei einer mechanischen Beanspruchung eines federnden Kunststoffkörpers mit metallischer Beschichtung, kann es, wie oben bereits geschildert, zu Schäden an der Beschichtung kommen. Daher ist erfindungsgemäß eine grabenförmige Vertiefung im Kunststoffkörper vorgesehen, durch welche die Leiterbahn zumindest teilweise verläuft.
Aus der Kunststofftechnik ist bekannt, dass bei der Biegebeanspruchung eines balkenförmigen Körpers die äußeren Kunststofffasern gedehnt beziehungsweise gestaucht werden, während die neutrale Faser verformungslos bleibt. Vorteilhafterweise verläuft der tiefste Punkt der Vertiefung entlang der Ebene, die die neutrale Faser einschließt. Es kann aber auch ausreichend sein, wenn der tiefste Punkt der Vertiefung etwas Oberhalb oder Unterhalb dieser Ebene liegt.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Federkontaktes eine zweite grabenförmige Vertiefungen eingebracht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn komplexere Biegelinien durch eine mechanische Beanspruchung entstehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die Vertiefung im Wesentlichen die Form eines Quaders oder Quaderstumpfes. Die Vertiefung ist idealerweise im gleichen Abstand zum ersten und zweiten Ende, also etwa mittig, positioniert. In diesem Bereich erfährt das Material die stärkste Beanspruchung.
Wenn die Vertiefung die Form eines Quaderstumpfes einnimmt, schließen die vom Boden der Vertiefung abgeneigten Flächen mit einer Orthogonalen des Bodens einen Winkel ein. Vorteilhafterweise liegt dieser Winkel zwischen 5° und 75°. Besonders bevorzugt liegt der Winkel zwischen 15° und 45°.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Federkontakts,
2 eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform des Federkontakts,
3 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitt des Federkontakts im Bereich der Vertiefung und
4 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Federkontakts.
Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Federkontakts 1. Das erste Ende A des Federkontakts 1 ist an einer Grundform 2 fixiert. Das zweite Ende B ist vertikal von dieser Grundform beabstandet und kann federnd zu ihr hin oder von ihr weg bewegt werden. In der Regel wird auf das zweite Ende eine Kraft in Richtung des Pfeils 5 ausgeübt.
Entlang der Oberfläche des Federkontakts ist eine Leiterbahn 3 eingebracht, die einendig mit einer Leiterbahn 3 auf der Grundform 2 verbunden ist. Die Leiterbahn 3 am zweiten Ende B des Federkontakts wird später in Kontakt mit einer Kontaktstelle (nicht gezeigt) gebracht.
Zwischen dem ersten A und zweitem Ende B des Federkontakts 1 ist eine Vertiefung 4 eingebracht. In Zusammenschau mit 2 ist zu entnehmen, dass die Vertiefung 4 eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt hat. Die Tiefe T der Vertiefung ist – wie oben geschildert – abhängig von der neutralen Faser des gewählten Materials.
3 zeigt eine alternative Form der Vertiefung, die bei allen aufgeführten Ausführungsformen des Federkontakts eingesetzt werden kann. Die alternative Vertiefung hat im Wesentlichen die Form eines Quaderstumpfes. Die vom Boden 8 der Vertiefung abgeneigten Flächen 6, 7 schließen jeweils einen Winkel α1, α2 mit einer Orthogonalen 9 des Bodens 8 ein.
Die 4 zeigt die schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Federkontakts 1'. Die gleichen Teile tragen auch die gleichen Bezugszeichen. Beide Enden A, B sind auf der Grundform 2 fixiert. Beim Kontakt mit einer Kontaktstelle wird in Richtung des Pfeils 5' auf den mittleren Bereich des Federkontakts 1' eine Kraft ausgeübt. Der Federkontakt 1' umfasst zwei Vertiefungen 4, die jeweils zwischen einem Ende A, B und dem Angriffspunkt der Kraft angeordnet sind. Eine Leiterbahn ist hier aus darstellerischen Gründen nicht eingezeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Federkontakt
2: Grundform
3: Leiterbahn
4: Vertiefung
5: Pfeil
6: abgeneigte Fläche
7: abgeneigte Fläche
8: Boden
9: Orthogonale
A: Erstes Ende
B: Zweites Ende
T: Tiefe
α1: Winkel
α2: Winkel

Claims

Federkontakt zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung, • der mit einem Ende (A) an einer Grundform (2) fixiert ist, • dessen zweites Ende (B) von der Grundform (2) federnd weggeneigt ist und • auf dessen Oberfläche leitendes Material in Form mindestens einer Leiterbahn (3) mit einer Leiterbahnbreite aufgebracht ist wobei • zwischen dem ersten Ende (A) und dem zweiten Ende (B) zumindest eine grabenförmige Vertiefung (4) mit einer Vertiefungsbreite eingebracht ist, • wobei die Vertiefungsbreite (41) größer als die Leiterbahnbreite ist.
Federkontakt zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung, • der mit einem ersten und zweiten Ende (A, B) an einer Grundform (2) fixiert ist, • dessen mittlerer Bereich federnd von der Grundform (2) weggeneigt ist und • auf dessen Oberfläche leitendes Material in Form mindestens einer Leiterbahn (3) mit einer Leiterbahnbreite aufgebracht ist wobei • zwischen dem ersten Ende (A) und dem zweiten Ende (B) zumindest eine grabenförmige Vertiefung (4) mit einer Vertiefungsbreite eingebracht ist, wobei die Vertiefungsbreite (41) größer als die Leiterbahnbreite ist.
Federkontakt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Federkontakt (1, 1') aus einem Kunststoff gebildet ist, der mithilfe der MID-Technik mit einem leitenden Überzug versehbar ist.
Federkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen dem ersten Ende (A) und dem zweiten Ende (B) zwei grabenförmige Vertiefungen (4) eingebracht sind.
Federkontakt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (4) ein erstes und ein zweites Ende aufweist und • in etwa mittig zwischen dem ersten (A) und zweiten Ende (B) lokalisiert ist.
Federkontakt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei • an dem ersten und zweiten Ende der Vertiefung (4) jeweils eine abgeneigte Fläche mit einem Winkel (α1, α2) zwischen den abgeneigten Flächen (6, 7) der Vertiefung und einer Orthogonalen (9) des Bodens (8) vorgesehen ist, wobei der Winkel jeweils zwischen 5° und 75° beträgt.
Federkontakt nach Anspruch 5, wobei • an dem ersten und zweiten Ende der Vertiefung (4) jeweils eine abgeneigte Fläche mit einem Winkel (α1, α2) zwischen den abgeneigten Flächen (6, 7) der Vertiefung und einer Orthogonalen (9) des Bodens (8) vorgesehen ist, wobei der Winkel zwischen 15° und 45° beträgt.
Federkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer neutralen Faser, wobei die Tiefe (T) der Vertiefung (4) im Wesentlichen bis in den Bereich der neutralen Faser hinein reicht.
Steckverbinder mit einem Federkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Teil des Steckverbinders die Grundform (2) darstellt.
Leiterplatte mit einem Federkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Teil der Leiterplatte die Grundform (2) darstellt.