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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem. Das Kontaktsystem umfasst eine Leiterplatte und wenigstens ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement. Die Leiterplatte weist wenigstens zwei elektrisch isolierende Substratschichten, und wenigstens eine innenliegende, insbesondere zwischen den Substratschichten eingeschlossene, elektrisch leitfähige Schicht auf. Das Kontaktelement ist ausgebildet, mit der Leiterplatte verbunden zu werden und die elektrisch leitfähige Schicht elektrisch zu kontaktieren.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktsystemen, umfassend eine insbesondere mehrschichtig ausgebildete Leiterplatte mit einer hochstromtragfähigen Dickkupferschicht, sind gesondert ausgeführte, für eine hohe Stromdichte ausgelegte Kontaktierungen notwendig, mittels denen die Dickkupferschicht von außen kontaktiert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement des Kontaktsystems der eingangs genannten Art ausgebildet, mit wenigstens einer Richtungskomponente in Richtung einer Längserstreckung des Leiterplattenrandes und/oder einer Quererstreckung zum Leiterplattenrand auf den Leiterplattenrand aufgeschoben zu werden, und dabei wenigstens einen Teil der die elektrisch leitfähige Schicht bedeckenden Substratschicht, oder zusätzlich ein auf der elektrisch leitfähigen Schicht angeordneten weiteren Substrat – oder elektrisch leitfähigen Schicht, in einem Kontaktbereich zu entfernen, und die elektrisch leitfähige Schicht dort, insbesondere in dem Kontaktbereich, elektrisch zu kontaktieren.
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Dadurch kann vorteilhaft mittels des Kontaktelements sowohl ein Werkzeug zum Entfernen der Substratschicht gebildet sein, als auch ein Kontaktglied, welches nach dem Entfernen der Substratschicht, vorteilhaft während eines Aufschiebens, die von der Substratschicht befreite elektrisch leitfähige Schicht in dem Kontaktbereich kontaktieren kann. So kann weiter vorteilhaft eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte besonders einfach und aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktelement einen Schälabschnitt auf, welcher ausgebildet ist, wenigstens die Substratschicht in dem Kontaktbereich beim Aufschieben zu entfernen, bevorzugt derart zu entfernen, dass die elektrisch leitfähige Schicht im Kontaktbereich kontaktiert werden kann.
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Bevorzugt weist das Kontaktelement einen Kontaktabschnitt auf und ist ausgebildet, die elektrisch leitfähige Schicht mit dem Kontaktabschnitt elektrisch zu kontaktieren. Der Kontaktabschnitt ist bevorzugt in einer Richtung des Aufschiebens dem Schälabschnitt nachfolgend, weiter bevorzugt zu dem Schälabschnitt benachbart angeordnet.
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Dadurch kann das Kontaktelement, das bevorzugt einstückig ausgebildet ist die Leiterplatte sowohl beschneiden als auch kontaktieren.
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Bevorzugt ist der Schälabschnitt des Kontaktelements durch ein härteres Material gebildet als ein dem Schälabschnitt entlang der Aufschieberichtung nachfolgend angeordneter Kontaktabschnitt. Dadurch kann der Kontaktabschnitt durch ein elektrisch gut leitfähiges, im Vergleich zu dem Schälabschnitt weicheres Elektrolytkupfer gebildet sein, wohingegen der harte Schälabschnitt das Substratmaterial bevorzugt restlos wegschneiden kann.
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Bevorzugt weist der Schälabschnitt eine zum Schälen der Substratschicht ausgebildete Schneide auf. Die Schneide ist beispielsweise durch eine Stahlschneide oder Keramikschneide gebildet. Die Stahlschneide weist vorteilhaft eine größere Härte auf, als ein elektrisch leitfähiges Material des Kontaktabschnitts. Das Material des Kontaktabschnitts ist bevorzugt ein Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktelement wenigstens zwei zueinander elektrisch isolierte Teilkontakte auf. Die Teilkontakte sind jeweils ausgebildet, zueinander verschiedene, übereinander angeordnete elektrisch leitfähige Schichten der Leiterplatte zu kontaktieren. Auf diese Weise können vorteilhaft zwei, zueinander parallel angeordnete und jeweils innenliegende, elektrisch leitfähige Schichten der Leiterplatte mit nur einem Kontaktelement, und somit mit nur einem Aufschiebevorgang elektrisch kontaktiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Kontaktsystems weist jeder Teilkontakt eine Schneide auf. Auf diese Weise kann mittels des Kontaktelements mit jedem Teilkontakt ein Teil einer Substratschicht von einer zu kontaktierenden elektrisch leitfähigen Schicht entfernt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktelement U-förmig ausgebildet, und ist ausgebildet, wenigstens einen Längsabschnitt des Leiterplattenrandes zu umgreifen. So kann vorteilhaft in dem Kontaktelement durch die U-Form eine Art Nut, oder Rinne ausgebildet sein, welche beim Aufschieben dem Kontaktelement vorteilhaft eine mechanische Führung geben kann.
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Bevorzugt ist durch die U-Form eine Rinne gebildet, wobei U-Schenkel der Rinne entlang einer Längserstreckung der Rinne zu einem Ende der Rinne hin eine abnehmende Schenkellänge aufweisen. Auf diese Weise kann das Kontaktelement nicht nur vom Rand her mit dem Leiterplattenrand durch das bereits erwähnte Aufschieben verbunden werden, vielmehr kann auch mittig in der Leiterplatte, insbesondere an dem Leiterplattenrand, mit einem Schälen, beziehungsweise Aufschieben begonnen werden. Der so ausgebildete schräge Rand der U-Schenkel, welcher entlang der Längserstreckung der Rinne ausgebildet ist, kann auch vorteilhaft bei einem Aufschieben und gleichzeitigen Schälen eine Führungsschiene bilden. Beim Aufschieben gleitet dann der die Führungsschiene bildende Rand der U-Schenkel auf dem Substratmaterial, welches zu dem abgeschälten Substratmaterial benachbart verläuft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktelement eine Drahtaufnahme auf, wobei die Drahtaufnahme ausgebildet ist, einen Endabschnitt eines elektrisch leitfähigen Drahtes aufzunehmen und elektrisch zu kontaktieren. So kann durch das Kontaktelement vorteilhaft sowohl ein Werkzeug zum Entfernen eines Teils der Substratschicht, als auch ein Stecker zum Verbinden eines elektrischen Kabels mit der innenliegenden elektrisch leitfähigen Schicht gebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktelement – zusätzlich, oder unabhängig von der zuvor beschriebenen Drahtaufnahme, eine Blechstreifen-Aufnahme, insbesondere eine Busbar-Aufnahme auf. Die Busbar-Aufnahme ist ausgebildet, einen Randabschnitt einer flach ausgebildeten elektrisch leitfähigen Kontaktschiene, beispielsweise eine Busbar, aufzunehmen und den Randabschnitt elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt ist der Randabschnitt der Kontaktschiene mit der Busbar-Aufnahme stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt.
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Vorteilhaft kann zusätzlich, oder unabhängig von der zuvor erwähnten Busbar-Aufnahme eine Schneid- und/oder Klemmverbindung, an dem Kontaktelement ausgebildet sein. Die Schneid- und/oder Klemmverbindung ist bevorzugt ausgebildet, einen Endabschnitt eines Drahtes aufzunehmen, und dabei in eine Isolierung des Endabschnittes einzuschneiden, und den Endabschnitt eines elektrischen Leiters des Drahtes festzuklemmen und so elektrisch zu kontaktieren.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Kontaktelements mit einer insbesondere mehrschichtig ausgebildeten Leiterplatte. Die Leiterplatte weist wenigstens eine innenliegende elektrisch leitfähige Schicht auf. Bei dem Verfahren wird das Kontaktelement – bevorzugt mit wenigstens einer Richtungskomponente – entlang einer Längserstreckung eines Leiterplattenrandes auf den Leiterplattenrand aufgeschoben. Dabei wird von dem Kontaktelement wenigstens eine die innenliegende elektrisch leitfähige Schicht bedeckende Schicht, insbesondere Substratschicht, in einem Kontaktbereich entfernt und die elektrisch leitfähige Schicht elektrisch kontaktiert.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem, bei dem zwei Substratschichten einer Leiterplatte, die jeweils eine elektrisch leitfähige Schicht bedecken, im Bereich eines Leiterplattenrandes von einem Kontaktelement weggeschält werden und jeweils von zueinander verschiedenen Teilkontakten des Kontaktelements kontaktiert werden;
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein zum einseitigen Schälen einer Substratschicht ausgebildeten Kontaktelement und eine Variante des Kontaktelements mit einer Schräge;
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3 zeigt das in 2 dargestellte Kontaktelement und die Variante mit der Schräge, welche jeweils auf einen Leiterplattenrand einer Leiterplatte aufgeschoben sind und eine elektrisch leitfähige Schicht kontaktieren.
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1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem 1. Das Kontaktsystem 1 weist eine Leiterplatte 3 auf. Das Kontaktsystem 1 weist auch ein Kontaktelement 5 auf. Das Kontaktelement 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel längs gestreckt und im Querschnitt U-förmig ausgebildet. Das Kontaktelement 5 weist an einem Ende eine Schneide 30 auf und ist ausgebildet, entlang seiner Längserstreckung, in der 1 durch die Längsachse 12 angedeutet, auf einen Leiterplattenrand 8 der Leiterplatte 3 aufgeschoben zu werden und den Leiterplattenrand 8 der Leiterplatte dabei zu umgreifen.
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Die Leiterplatte 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel mehrschichtig ausgebildet und umfasst zwei innenliegende elektrisch leitfähige Schichten 10 und 11, welche eine elektrisch isolierende Substratschicht 14 zwischeneinander einschließen. Die elektrisch leitfähige Schicht 10 ist zwischen der Substratschicht 14, und einer eine äußere Schicht der Leiterplatte 3 bildende Substratschicht 13 eingeschlossen. Die elektrisch leitfähige Schicht 11 ist zwischen der elektrisch isolierenden Schicht 14, und einer eine weitere äußere Schicht der Leiterplatte 3 bildende Substratschicht 15 eingeschlossen. Die Leiterplatte 3 umfasst somit in diesem Ausführungsbeispiel fünf Schichten.
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Die Schneide 30 ist ausgebildet, beim Aufgeschobenwerden des Kontaktelements 5 auf den Leiterplattenrand 8 die Substratschicht 13 teilweise zu entfernen, insbesondere wegzuschneiden, sodass die durch die Substratschicht 13 abgedeckte, elektrisch leitfähige Schicht 10 durch das Kontaktelement 5 elektrisch kontaktiert werden kann.
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Dazu weist das Kontaktelement 5 einen Teilkontakt 20 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Metallschenkel des Kontaktelements 5 gebildet ist. Das Kontaktelement 5 weist auch einen Teilkontakt 22 auf, welcher zu dem Teilkontakt 20 parallel angeordnet ist und einen weiteren U-Schenkel des Kontaktelements 5 bildet. Der Teilkontakt 22 weist eine Schneide 32 auf, welche an einem Ende des Kontaktelements 5 ausgebildet ist. Die Schneide 32 ist ausgebildet, beim Aufgeschobenwerden des Kontaktelements 5 entlang der Längsachse 12 die Substratschicht 15 teilweise wegzuschneiden und so die elektrisch leitfähige Schicht zum Kontaktiertwerden durch den Teilkontakt 22 freizulegen.
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Das Kontaktelement 5 weist einen Schneidabschnitt 28 auf, wobei der Teilkontakt 20 im Bereich des Schneidabschnitts 28 härter ausgebildet ist als im Bereich eines Kontaktabschnitts 29, welcher in Richtung des Aufschiebens entlang der Längsachse 12 den Schneidabschnitt 28 nachfolgt. Der Teilkontakt 20 ist im Bereich des Kontaktabschnitts 29 gut elektrisch leitfähig ausgebildet. Dazu ist der Teilkontakt 20 im Kontaktabschnitt 29 beispielsweise aus Kupfer ausgebildet. Im Schneidabschnitt 28 kann der Teilkontakt 20 ein härteres Kupfermaterial als das Kupfer im Kontaktabschnitt 29 aufweisen, oder ein anderes härteres Material, beispielsweise Stahl oder Keramik.
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Der Teilkontakt 22 weist die Schneide 32 am Ende des Schneidabschnitts 28 auf, wobei an den Schneidabschnitt 28 der Kontaktabschnitt 29 des Teilkontaktes 22 anschließt.
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Der Teilkontakt 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Drahtaufnahme 24 auf, welche als Sackloch in dem Teilkontakt 20 ausgebildet ist. Der Teilkontakt 22 weist eine Drahtaufnahme 25 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Sackloch in dem Teilkontakt 22 ausgebildet ist.
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Dargestellt ist auch ein während des Aufschiebens des Kontaktelements 5 entlang der Längsachse 12 von dem Schneidabschnitt 28, insbesondere der Schneide 30, weggeschnittenes Substratstück 13’ der Substratschicht 13, weiter ist ein von der Schneide 30 des Teilkontakts 22 weggeschnittenes Substratstück 15’ der Substratschicht 15 dargestellt.
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Die Teilkontakte 20 und 22, welche jeweils einen U-Schenkel einer durch das Kontaktelement 5 gebildeten Rinne bilden, sind mittels eines Isolationsteils 23, beispielsweise einem Kunststoff- oder Keramikteil, voneinander beabstandet miteinander verbunden.
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Das in 1 dargestellte Kontaktelement 5 kann – anders als in 1 dargestellt – eine Leiterplatte kontaktieren, welche eine innenliegende elektrisch leitfähige Schicht aufweist, welche sich von der elektrisch leitfähigen Schicht 10 bis hin zur elektrisch leitfähigen Schicht 11 erstreckt, also keine isolierende Zwischenschicht, insbesondere die Substratschicht 14, aufweist. So kann die elektrisch leitfähige Schicht sowohl von dem U-Schenkel, gebildet durch den Teilkontakt 20, als auch von einer weiteren, gegenüberliegenden Seite durch den U-Schenkel, gebildet durch den Teilkontakt 22, kontaktiert werden. Auf diese Weise kann ein niederohmiger elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 5 und der elektrisch leitfähigen Schicht gebildet sein.
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2 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement 6. Das Kontaktelement 6 ist rinnenförmig ausgebildet und weist einen U-förmigen Querschnitt auf. Das Kontaktelement 6 weist zwei U-Schenkel, nämlich den U-Schenkel 35, und den U-Schenkel 36 auf. Die U-Schenkel 35 und 36 sind Teil einer durch das Kontaktelement 6 gebildeten Rinne, die einen Hohlraum 38 umschließt. Die Schenkel 35 und 36 sind gemeinsam ausgebildet, einen Randabschnitt eines Leiterplattenrandes zu umgreifen und in dem Hohlraum 38 aufzunehmen.
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Die U-Schenkel 35 und 36 sind entlang einer Längserstreckung des Kontaktelements 6 von einer Schneide 33, welche im Bereich eines Endes des Kontaktelements 6 ausgebildet ist, mit zunehmender Entfernung von der Schneide 33 aufeinander zulaufend voneinander beabstandet. Dadurch ist ein Winkel 37 zwischen den U-Schenkeln 35 und 36 gebildet. Die U-Schenkel 35 und 36 können so beim Aufschieben des Kontaktelements 6 entlang der Längsachse 12 den zuvor erwähnten Leiterplattenrand zwischeneinander einklemmen.
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Das Kontaktelement 6 weist einen Schneidabschnitt 28 auf, an dessen Ende die Schneide 33 an dem U-Schenkel 35 ausgebildet ist. Der U-Schenkel 35 weist einen entlang der Längsachse 12 auf den Schneidabschnitt folgenden Kontaktabschnitt 29 auf.
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Der U-Schenkel 36 weist in diesem Ausführungsbeispiel keine Schneide auf. Das Kontaktelement 6 ist somit zum insbesondere einseitigen Kontaktieren einer innenliegenden elektrisch leitfähigen Schicht einer Leiterplatte ausgebildet.
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Das Kontaktelement 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine rohrförmige Drahtaufnahme 26 auf, welche an das Kontaktelement 6 im Bereich des Kontaktabschnitts 29 angeformt ist. Die rohrförmige Drahtaufnahme 26 weist einen zylinderförmigen Hohlraum auf, welcher ausgebildet ist, einen Endabschnitt eines Drahtes, insbesondere eines Kabels aufzunehmen. Der Draht kann beispielsweise in der Drahtaufnahme 26 verlötet, verschweißt oder darin eingeklemmt, insbesondere gecrimpt werden.
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Das Kontaktelement 6 kann anstelle der rohrförmigen Drahtaufnahme 26 eine Drahtaufnahme zum Kontaktieren einer Busbar aufweisen. Eine solche Drahtaufnahme weist beispielsweise zwei zueinander parallel angeordnete Platten auf, in deren Zwischenraum die Busbar eingeführt werden kann.
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2 zeigt auch eine Variante des Kontaktelements 6, bei der der U-Schenkel 35, beginnend von der Schneide 33, bis hin zu einem von der Schneide 33 abgewandten Ende, entlang der Längserstreckung des Kontaktelements 6, insbesondere der Längsachse 12, kontinuierlich abnehmend verkürzt ausgebildet ist. Dadurch ist eine Schräge 40 entlang der Längserstreckung des Kontaktelements 6 an dem Schenkel 35 ausgebildet.
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3 zeigt – schematisch in einer Aufsicht – ein Kontaktsystem 2 umfassend das in 2 bereits dargestellte Kontaktelement 6, und ein Kontaktelement 7, welches als Variante des Kontaktelements 6 mit der Schräge 40 ausgebildet ist.
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Dargestellt ist eine Leiterplatte 4, welche einen Leiterplattenrand 8 aufweist, der sich entlang einer Längsachse 12 erstreckt.
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Das Kontaktelement 6 ist entlang der Längsachse 12, beginnend mit der Schneide von einem Ende der Leiterplatte 4 in Richtung 42 auf den Leiterplattenrand 8 der Leiterplatte 4 aufgeschoben worden. Die Schneide 33 hat dabei die Substratschicht der Leiterplatte 4, welche als äußere Schicht eine innenliegende elektrisch leitfähige Schicht abdeckt, entfernt. Dargestellt ist auch ein Bereich 39, in dem das Substrat entfernt worden ist, und welcher in Richtung 42 des Aufschiebens des Kontaktelements 6 dem Kontaktelement 6 nachfolgt.
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Das Kontaktelement 7 kann auch mit dem Leiterplattenrand 8 verbunden werden, ohne dass das Kontaktelement 7 – wie das Kontaktelement 6 – beginnend von einem Ende des Leiterplattenrandes 8 auf die Leiterplatte 4 aufgeschoben werden muss. Dies wird durch die Schräge 40 bewirkt. Das Kontaktelement 7 kann somit auch von einem Ende des Leiterplattenrandes 8 beabstandet, beispielsweise in der Mitte des Leiterplattenrandes 8, auf die Leiterplatte 4 aufgeschoben werden. Die Schneide 33 schneidet sich dabei kontinuierlich, der Schräge 40 folgend, während eines Aufschiebens in die Richtung 42 auf den Leiterplattenrand in Richtung 44 ein. Die Richtung 44 verläuft orthogonal zur Richtung 42. Das Kontaktelement 7 erzeugt so beim Aufgeschobenwerden hinter sich keinen Bereich 39, in dem das Substrat entfernt ist und die elektrisch leitfähige Schicht dort unisoliert offen liegt.
