-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines zum Anschließen einer leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung ausgebildeten elektrischen Verbindungsstücks auf einer Leiterplatte, wobei das Verbindungsstück ein Anschlusselement zum lösbaren Anschließen der leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung sowie ein Verbindungselement aufweist, über welches das Verbindungsstück auf der Leiterplatte montiert wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisches Verbindungsstück zur Montage auf einer Leiterplatte sowie eine elektrische Verbindungseinheit, insbesondere für eine elektrische Schaltungsanordnung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Leiterplatte und einem derartigen Verbindungsstück.
-
Verbindungsstücke, die zur Montage auf einer Leiterplatte vorgesehen sind und zum lösbaren Anschließen von elektrischen Einrichtungen an die Leiterplatte dienen, sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2007 016 855 A1 einen SMD-Stecker (Surface-Mounted Device), welcher ein Steckergehäuse und darin gehäusefest angeordnete Kontaktelemente aufweist, die einerseits als feststehende Steckerkontakte und andererseits als auslenkbare Kontaktfedern ausgebildet sind. An dem Steckergehäuse ist ein Schieber verschiebbar geführt gelagert, der die Auslenkung der Kontaktfedern aus einer Ausgangslage in ihre Kontaktlage steuert. Dieser Stecker wird ohne Lötprozess an einer Leiterplatte angebracht. Zwar kann somit der Lötprozess eingespart werden, jedoch ist an diesem Stecker als nachteilig der Umstand anzusehen, dass er relativ aufwändig aufgebaut ist und ein Steckergehäuse aus Kunststoff sowie ein relativ aufwändiger Schieber benötigt werden.
-
Ein Verbindungsstück zur Montage auf einer Leiterplatte ist des Weiteren aus dem Dokument
US 6 634 911 B1 bekannt. Dieses Verbindungsstück weist zwei Federkontakte auf, welche in federnde Anlage mit zugeordneten Metallisierungsflächen auf der Leiterplatte gebracht werden können. Zu diesem Zwecke wird ein Stift des Verbindungsstücks durch eine Durchgangsöffnung in der Leiterplatte hindurch gesteckt und auf der Rückseite der Leiterplatte umgebogen, so dass die Federkontakte gegen die Metallisierungsflächen gedrückt werden. Hier ist ein relativ aufwändiger Biegeprozess des Stifts erforderlich, was sich insbesondere bei der Montage einer größeren Stückzahl von solchen Verbindungsstücken auf der Leiterplatte als relativ aufwändig und nachteilig erweist, weil die Stifte separat bzw. einzeln umgebogen werden müssen.
-
Ein weiteres Verbindungsstück ist aus dem Dokument
US 4 332 430 A bekannt. Die Montage dieses Verbindungsstücks auf der Leiterplatte erfolgt dadurch, dass an dem Verbindungsstück ausgebildete Fortsätze in korrespondierende Öffnungen in der Leiterplatte eingeführt und dort mit einer Metallisierung der Leiterplatte verlötet werden.
-
Ein Verbindungsstück der eingangs genannten Gattung ist des Weiteren aus der
CH 698 875 B1 als bekannt zu entnehmen.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung das Verbindungsstück auf der Leiterplatte mit gegenüber dem Stand der Technik reduziertem Aufwand montiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch ein elektrisches Verbindungsstück sowie durch eine Verbindungseinheit mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zum Anschließen einer leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung ausgebildetes elektrisches Verbindungsstück auf einer Leiterplatte montiert. Das Verbindungsstück weist ein Anschlusselement zum lösbaren Anschließen der korrespondierenden leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung sowie ein Verbindungselement auf, über welches das Verbindungsstück auf der Leiterplatte montiert wird. Das Verbindungselement wird als oberflächenmontiertes Element mit einer lötfähigen Oberfläche ausgebildet, welche mit einer auf einer Oberfläche der Leiterplatte bereitgestellten Metallisierungsfläche in SMT-Technologie verlötet wird.
-
Das Verbindungsstück bzw. das Verbindungselement wird demnach als SMD-Bauteil ausgestaltet, welches mittels der SMT-Technologie (Surface Mounting Technology) auf die Metallisierungsfläche auf der Leiterplatte gelötet wird. Die Montage des Verbindungsstücks auf der Leiterplatte kann somit mit gegenüber dem Stand der Technik reduziertem Fertigungsaufwand vorgenommen werden. Gegenüber dem genannten Stand der Technik hat die Erfindung den Vorteil, dass zum einen kein aufwändiges Steckergehäuse mit einem Schieber bereitgestellt zu werden braucht und zum anderen auch keine Stifte gebogen werden müssen. Es reicht alleine aus, dass auf die Metallisierungsfläche der Leiterplatte beispielsweise eine Lötpaste aufgetragen wird, welche dann in SMT-Technologie erhitzt wird und somit die elektrische Verbindung zwischen der Metallisierungsfläche einerseits und dem Verbindungsstück andererseits herstellt. Es können somit die bereits vorhandenen SMT-Anlagen genutzt werden, und die Leiterplatte kann in einem einzigen Fertigungsschritt sowohl mit dem Verbindungsstück als auch mit anderen, elektronischen – sei es passiven, sei es aktiven – Bauelementen bestückt werden.
-
Das Verbindungsstück ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, so dass das Anschlusselement und das Verbindungselement eine integrale bzw. einstückige Einheit bilden. Das Verbindungselement ist bevorzugt vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Metall oder einer Metalllegierung, ausgebildet.
-
Die Montage des Verbindungsstücks auf der Leiterplatte kann zusätzlich beinhalten, dass ein sich senkrecht zur lötfähigen Oberfläche des Verbindungselements erstreckender und über die lötfähige Oberfläche überstehender lötfähiger Stift des Verbindungsstücks in eine korrespondierende Aussparung in der Leiterplatte aufgenommen und mit einer in der Aussparung bereitgestellten Metallisierung verlötet wird. Somit kann die elektrische Kontaktierung doppelt erfolgen, nämlich einerseits über die SMD-Metallisierungsfläche und andererseits auch über die Metallisierung der Aussparung. Außerdem wird durch einen derartigen Stift und seine Verbindung zur Leiterplatte eine mechanisch sehr robuste Befestigung und somit eine betriebssichere Fixierung des Verbindungsstücks auf der Leiterplatte ermöglicht, was sich insbesondere beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug als besonders vorteilhaft erweist.
-
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Stift in der Aussparung der Leiterplatte mittels der sogenannten „Pin-in-Paste”-Technologie montiert wird: Auf die Metallisierung der Aussparung kann eine Lötpaste aufgetragen werden, so dass diese Lötpaste in die Aussparung der Leiterplatte eingegeben wird, bevor der Stift in die Aussparung eingesteckt wird. Das Verlöten des Stifts mit der Metallisierung kann dann durch Erhitzen der Lötpaste durchgeführt werden. Eine solche Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das Verlöten des Stifts innerhalb der Aussparung sowie das Verlöten der lötfähigen Oberfläche des Verbindungselements mit der zugehörigen Metallisierungsfläche auf der Leiterplatte in einem gemeinsamen SMT-Fertigungsschritt vorgenommen werden kann, indem die Lötpaste in der Aussparung einerseits sowie die Lötpaste auf der Metallisierungsfläche andererseits gleichzeitig auf die Schmelztemperatur erhitzt wird. Die mechanische Stabilität der Verbindung wird somit durch den Einsatz des Stifts erhöht, ohne dass der Fertigungsaufwand wesentlich beeinflusst wird.
-
Also ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Verlöten des Stifts mit der Metallisierung und das Verlöten des Verbindungselements mit der Metallisierungsfläche in ein und demselben Fertigungsschritt in SMT-Technologie durchgeführt werden. Wie bereits ausgeführt, kann dies durch gleichzeitiges Erhitzen der Lötpaste in der Aussparung einerseits sowie der Lötpaste auf der Metallisierungsfläche andererseits vorgenommen werden. Dies reduziert den Fertigungsaufwand auf ein Minimum.
-
Die Erfindung betrifft auch ein elektrisches Verbindungsstück zur Montage auf einer Leierplatte, insbesondere für eine elektrische Schaltungsanordnung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Anschlusselement, welches zum zerstörungsfrei lösbaren Anschließen einer leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung ausgebildet ist, sowie aufweisend ein Verbindungselement, über welches das Verbindungsstück auf der Leiterplatte zu montieren ist. Das Verbindungselement ist als oberflächenmontierbares Element mit einer lötfähigen Oberfläche ausgebildet, welche zum Verlöten mit einer auf der Leiterplatte bereitgestellten Metallisierungsfläche in SMT-Technologie vorgesehen ist.
-
Das Anschlusselement, welches zum Anschließen der leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung dient, kann grundsätzlich auf verschiedenste Art und Weise ausgeführt werden, beispielsweise auch als Stecker oder dergleichen. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anschlusselement ein Basisteil und zwei von dem Basisteil abstehende und federnd aufspreizbare Schenkel aufweist, welche zum lösbaren Anschließen der leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung dienen. Das Anschlusselement ist somit in Form einer gabelartigen Klammer ausgebildet, so dass die leiterplattenexterne Anschlusseinrichtung zwischen die federnden Schenkel aufgenommen und dort eingeklemmt werden kann. Mittels eines derartigen Anschlusselements können an die Leiterplatte beispielsweise Kontaktelemente eines Flachkabels angeschlossen werden, welches in ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs integriert wird und zum Übertragen von elektrischen Signalen zwischen lenkradseitigen elektronischen Komponenten einerseits und lenkradexternen Komponenten andererseits dient.
-
Bevorzugt erstrecken sich die federnd ausgebildeten Schenkel im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zu der lötfähigen Oberfläche des Verbindungselements. Somit ist auch sichergestellt, dass sich die Schenkel im montierten Zustand des Verbindungsstücks im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte erstrecken, so dass ein einfaches Anschließen der leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung möglich ist.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verbindungsstück einen sich senkrecht zur lötfähigen Oberfläche des Verbindungselements erstreckenden und über die lötfähige Oberfläche überstehenden lötfähigen Stift aufweist, der zur Aufnahme in eine korrespondierende Aussparung in der Leiterplatte und zum Verlöten mit einer in der Aussparung bereitgestellten Metallisierung vorgesehen ist.
-
Die lötfähige Oberfläche des Verbindungselements ist vorzugsweise eben und mäanderförmig ausgebildet. Das Verbindungselement kann S-förmig ausgebildet sein, so dass sich insgesamt eine S-förmige Ausgestaltung der lötfähigen Oberfläche ergibt, die mit der Metallisierungsfläche auf der Leiterplatte verlötet wird. Die mäanderförmige Ausgestaltung der lötfähigen Oberfläche und somit vorzugsweise entsprechend auch der Metallisierungsfläche auf der Leiterplatte hat insbesondere den Vorteil, dass dadurch die auf diese Fläche aufgetragene Lötpaste relativ schnell erhitzt werden kann und andererseits die Verbindungsfläche eine für eine gut haftende Verbindung ausreichende Länge aufweist.
-
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Verbindungseinheit, insbesondere für eine elektrische Schaltungsanordnung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Leiterplatte und einem auf der Leiterplatte montierten erfindungsgemäßen Verbindungsstück.
-
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verbindungsstück und die erfindungsgemäße Verbindungseinheit und umgekehrt.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
-
Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsformen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine Leiterplatte als Bestandteil einer Verbindungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 in schematischer und perspektivischer Darstellung ein Verbindungsstück gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches auf der Leiterplatte gemäß 1 in SMT-Technologie montiert wird;
-
3 in schematischer und perspektivischer Darstellung die Verbindungseinheit in einem montierten Zustand, wobei auf der Leiterplatte zwei Verbindungsstücke montiert sind;
-
4 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine Verbindungseinheit mit der Leiterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
-
5 in schematischer und perspektivischer Darstellung ein Verbindungsstück gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welches auf der Leiterplatte gemäß 4 in SMT-Technologie montiert wird.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Eine in 1 dargestellte Leiterplatte 1 dient zur Montage von elektronischen Bauelementen einer Schaltungsanordnung eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise von elektronischen Bauelementen eines Steuergeräts, eines Sensors, einer Bedieneinrichtung oder dergleichen. Auf einer ebenen Oberfläche 2 der Leiterplatte 1 sind Metallisierungsflächen bzw. sogenannte Lötpads bereitgestellt, nämlich eine erste Metallisierungsfläche 3 sowie eine zweite Metallisierungsfläche 4. Die Metallisierungsflächen 3, 4 sind beispielsweise aus Kupfer gebildet. Sie sind S-förmig ausgebildet und weisen somit eine Mäanderform auf. Der ersten Metallisierungsfläche 3 sind zusätzlich zwei kleinere, rechteckige Lötpads 5 zugeordnet, die sich in einem Abstand zur Metallisierungsfläche 3 befinden. Entsprechend sind der zweiten Metallisierungsfläche 4 zwei kleinere, rechteckige Lötpads 6 zugeordnet. Die Metallisierungsfläche 3 einschließlich der Lötpads 5 einerseits sowie die Metallisierungsfläche 4 einschließlich der Lötpads 6 andererseits sind zwei unterschiedlichen elektronischen Bauelementen zugeordnet bzw. werden mit unterschiedlichen Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf der Leiterplatte 1 verbunden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Metallisierungsfläche 3 und die Metallisierungsfläche 4 voneinander galvanisch getrennt sind.
-
Um an die Metallisierungsflächen 3, 4 eine leiterplattenexterne Anschlusseinrichtung elektrisch anzuschließen, welche nicht auf der Leiterplatte 1 montiert wird, wird für jede Metallisierungsfläche 3, 4 jeweils ein Verbindungsstück 7 bereitgestellt, wie es in schematischer Darstellung in 2 gezeigt ist. Das Verbindungsstück 7 ist insgesamt einstückig und insbesondere vollständig aus Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet. Es weist ein Verbindungselement 8 sowie ein sich im Wesentlichen senkrecht zum Verbindungselement 8 erstreckendes und somit einen rechten Winkel mit dem Verbindungselement 8 einschließendes Anschlusselement 9 auf. Über das Verbindungselement 8 wird das Verbindungsstück 7 auf der zugeordneten Metallisierungsfläche 3, 4 der Leiterplatte 1 montiert. Das Anschlusselement 9 dient wiederum zum lösbaren (zerstörungsfrei lösbaren) Anschließen der genannten leiterplattenexternen Anschlusseinrichtung.
-
Das Anschlusselement 9 umfasst ein Basisteil 10, von welchem zwei federnd aufspreizbare Schenkel 11, 12 nach oben hin abstehen, die insgesamt eine federnde Klammer bilden und sich im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zum Verbindungselement 8 erstrecken. Die beiden Schenkel 11, 12 weisen jeweilige, sich parallel zueinander erstreckende erste Abschnitte 13 bzw. 14 sowie sich an die ersten Abschnitte 13, 14 unmittelbar anschließende und in Richtung aufeinander zu laufende zweite Abschnitte 15, 16 auf. Die zweiten Abschnitte 15, 16 haben bauchartige Gewölbe 17 bzw. 18, welche einander zugewandt sind und zwischen denen ein kleiner Luftspalt 19 ausgebildet ist, durch welchen die leiterplattenexterne Anschlusseinrichtung bzw. ein Stecker hindurch gesteckt und somit zwischen die beiden Schenkel 11, 12 aufgenommen und dort eingeklemmt werden kann.
-
Während die beiden Schenkel 11, 12 von dem Basisteil 10 bezüglich der Leiterplatte 1 nach oben abstehen, befinden sich auf der den Schenkeln 11, 12 gegenüberliegenden Seite des Basisteils 10 zwei parallel zueinander angeordnete Stifte 20, 21, welche von dem Basisteil 10 in die entgegengesetzte Richtung abstehen, und somit in Richtung zur Leiterplatte 1. Diese Stifte 20, 21 weisen jeweils eine rechteckförmige Grundfläche 22 bzw. 23 auf, deren Form an die Form der zugeordneten Lötpads 5, 6 angepasst ist. Die beiden Grundflächen 22, 23 der Stifte 20, 21 liegen dabei in einer gemeinsamen Ebene, in welcher außerdem eine ebenfalls lötfähige Oberfläche 24 des Verbindungselements 8 liegt.
-
Das Verbindungselement 8 steht ebenfalls von dem Basisteil 10 seitlich ab, und zwar unter einem rechten Winkel. Die Form des Verbindungselements 8 und somit die Form der lötfähigen Oberfläche 24 ist dabei an die Form der zugeordneten Metallisierungsflächen 3, 4 angepasst und entspricht dieser. Somit ist die Oberfläche 24 bzw. das Verbindungselement 8 insgesamt S-förmig bzw. mäanderförmig ausgeführt.
-
Die Montage des Verbindungsstücks 7 auf der Leiterplatte 1 sieht folgendermaßen aus:
Auf die Metallisierungsflächen 3, 4 sowie auf die zugeordneten Lötpads 5, 6 wird eine Lötpaste aufgetragen. Dann wird das Verbindungsstück 7 an der Leiterplatte 1 angebracht, derart, dass die lötfähige Oberfläche 24 des Verbindungselements 8 mit einer der Metallisierungsflächen 3 oder 4 und die Grundflächen 22, 23 der Stifte 20 bzw. 21 mit den zugeordneten Lötpads 5 oder 6 in Anlage gebracht werden. Hierbei wird das Verbindungsstück 7 mittels der Lötpaste gehalten. In einem weiteren Schritt wird die Lötpaste in SMT-Technologie erhitzt und das Verbindungsstück 7 somit als SMD-Bauteil auf die Leiterplatte 1 gelötet. Es wird somit eine Verbindungseinheit 25 geschaffen, wie sie schematisch in 3 dargestellt ist. Hier sind insgesamt zwei Verbindungsstücke 7 abgebildet, wobei auch mehrere Verbindungsstücke 7 vorgesehen werden können.
-
Eine solche Reihe von Verbindungsstücken 7, wie sie in 3 gezeigt ist, kann beispielsweise zum Anschließen eines Flachkabels an die Leiterplatte 1 dienen, über welches elektrische Signale zwischen der Leiterplatte 1 einerseits und elektronischen Komponenten andererseits übertragen werden, die in ein Lenkrad des Kraftfahrzeugs integriert sind.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nun Bezug nehmend auf die 4 und 5 erläutert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen dadurch, dass der von dem Basisteil 10 abstehende Stift 20 etwas länger ausgeführt ist und über die Oberfläche 24 des Verbindungselements 8 übersteht. Die Länge kann derart gewählt werden, dass sich der Stift 20 vollständig durch die Leiterplatte 1 hindurch erstrecken kann. Der Stift 20 wird bei der Montage in eine Aussparung 26 aufgenommen bzw. eingesteckt, die anstelle jeweils eines der Lötpads 5, 6 ausgebildet ist. Diese Aussparung 26 ist eine Durchgangsöffnung, so dass der Stift 20 auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 1 aus dieser herausragt und ein wenig über die Oberfläche der Leiterplatte 1 übersteht. Auch hier wird eine Lötpaste verwendet, welche auf eine innerhalb der Aussparung 26 befindliche Metallisierung 27 aufgetragen wird. Das Löten erfolgt dann in einem gemeinsamen Fertigungsschritt in SMT-Technologie, so dass gleichzeitig einerseits das Verbindungselement 8 mit der Metallisierungsfläche 3, 4 und andererseits der Stift 20 mit der Metallisierung 27 in der Aussparung 26 verlötet werden.
-
Im Gegensatz zu der bekannten THT-Technologie werden vorliegend keine Anschlussdrähte benötigt, welche auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte einzeln mit den zugeordneten Leiterbahnen verlötet werden müssen. Der eigensteife und nicht-biegbare Stift 20 wird ohne viel Aufwand in die Aussparung 26 eingesteckt und während der SMD-Bestückung der Leiterplatte 1 gelötet. Somit kann die Leiterplatte 1 mit elektronischen Bauteilen einerseits und mit den Verbindungsstücken 7 andererseits gleichzeitig bestückt werden.
-
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 102007016855 A1 [0002]
- US 6634911 B1 [0003]
- US 4332430 A [0004]
- CH 698875 B1 [0005]
