DE102013018851A1 - Elektrische Verbindungsanordnung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (10) zur elektrischen Verbindung mindestens eines Sensors (12) oder Aktuators mit wenigstens einer Leiterbahn (22) einer Leiterplatte (24), wobei der mindestens eine Sensor (12) oder Aktuator wenigstens eine Druckfeder (18) zum elektrisch leitenden Anschluss aufweist, und die mindestens eine Druckfeder (18) mechanisch vorgespannt zwischen dem mindestens einen Sensor (12) oder Aktuator sowie der Leiterplatte (24) angeordnet ist. Gemäß der Erfindung ist bei dieser Verbindungsanordnung (10) vorgesehen, dass ein der Leiterplatte (24) zugewandter Kontaktendabschnitt (36) der mindestens einen Druckfeder (18) zur Sicherstellung einer zuverlässigen elektrischen Verbindung an einer Kontaktplatte (20, 70, 80, 90) anliegt, die mit der Leiterbahn (22) elektrisch leitend verbunden ist. Hierdurch erreicht die Verbindungsanordnung (10) eine hohe elektrische Kontaktsicherheit und verfügt über eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosionsprozessen aller Art, insbesondere gegenüber umweltbedingten chemischen Korrosionsvorgängen und reibkorrosiven Prozessen. Darüber hinaus ist die Verbindungsanordnung (10) problemlos auch bei paralleler Nutzung der Press-Fit-Technologie einsetzbar.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur elektrischen Verbindung mindestens eines Sensors oder Aktuators mit wenigstens einer Leiterbahn einer Leiterplatte, wobei der mindestens eine Sensor oder Aktuator wenigstens eine Druckfeder zum elektrisch leitenden Anschluss aufweist, und die mindestens eine Druckfeder mechanisch vorgespannt zwischen dem mindestens einen Sensor oder Aktuator sowie der Leiterplatte angeordnet ist.
- Kontaktoberflächen für besonders korrosionsfeste sowie elektrisch zuverlässig leitende Verbindungen zwischen elektronischen Leiterplatten und anderen elektronischen oder elektrischen Komponenten sind üblicherweise aus Zinn, Silber oder Gold hergestellt. Für elektronische Anwendungen in Kraftfahrzeugen, die extremen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind, sind ferner Kontaktierungen bekannt, die auf Federelementen und Anschlussstrukturen mit einer komplexen Geometrie basieren. Diese Federelemente und Anschlussstrukturen werden mit einer Oberflächenvergütung aus Zinn, Silber oder Gold versehen und anschließend elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden. Die Komplexität der eingesetzten Federelemente und der Anschlussstrukturen verursacht jedoch hohe Fertigungskosten und erfordert nicht selten einen größeren Einbauraum.
- Für die Nutzung in Kraftfahrzeugen sind ferner elektrische Kontaktierungen unter Verwendung einer sich auf einer Leiterbahn oder einem Kontaktpad einer Leiterplatte abstützenden metallischen Druckfeder zur elektrischen Anbindung eines externen Bauteils, wie beispielsweise eines Magnetventils oder eines Sensors bekannt. Bei einem solchen Aufbau kommen als Kontaktpartner beispielsweise eine vergoldete Kontaktfeder und eine zumindest in der Kontaktzone vergoldete Leiterbahn mit Kupfer als Basismaterial zum Einsatz, die eine gegenüber schädlichen korrosiven klimatischen Einflüssen weitestgehend unempfindliche und daher zuverlässige elektrische Verbindung ermöglichen. Für eine rationelle Vergoldung ist jedoch eine Sperrschicht aus Nickel zur Unterbindung von Diffusionsprozessen notwendig. Genau diese Sperrschicht hat sich jedoch insbesondere in Verbindung mit der bekannten Press-Fit-Technologie, bei der elektrische Bauteile in metallisierten oder mit metallischen Hülsen versehene Leiterplattenbohrungen durch einfaches Einpressen mechanisch befestigt und zugleich mit den Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch kontaktiert werden, als empfindlich gegenüber klimatischen Einflüssen erwiesen, was zur Bildung von Rissen, Unterwanderungen und lokaler Korrosion in den Kontaktstellen führen kann.
- Auch bei anderen Materialpaarungen von Kontaktfeder und Leiterbahn, wie beispielsweise Silber-Silber, Silber-Zinn oder Silber-Lötzinn können bei nachteiligen Klimaeinflüssen, bei schwingungsbedingten Relativbewegungen zwischen der Kontaktfeder und der Leiterbahn und/oder im Fall von höheren Strombelastungen, chemische Korrosionseffekte und/oder Reibkorrosionserscheinungen auftreten, deren Folgen bis hin zu einem Totalversagen der betroffenen elektrischen Kontaktstelle reichen.
- Aus der
DE 102 44 760 A1 ist eine Drucksensorbaugruppe mit einer elektrischen Verbindung für ein Messelement bekannt. Die elektrische Verbindung zwischen den Messelementen und mehreren Kontakten, die in einem die Messelemente umgebenden Kontaktträger eingebettet sind, ist mittels einer so genannten Bondverbindung durch Mikroschweißen realisiert. Der externe elektrische Anschluss der Drucksensorbaugruppe erfolgt mit mehreren, nach Art einer Schraubendruckfeder ausgeführten Federkontakten, die durch jeweils eine Öffnung eines Einfädeltrichters geführt sind, der seinerseits in einem Drucksensorgehäuse angeordnet ist. Die Federkontakte stützen sich zwischen den Kontakten im Kontaktträger und einem externen Widerlager ab. Innerhalb des Drucksensorgehäuses ist der Federkontakt axial drucksteif auf Block gewickelt, während der Federkontakt außerhalb des Drucksensorgehäuses in axialer Richtung einfedern kann. Eine direkte elektrische Anbindung einer Leiterplatte mit Hilfe der Federkontakte ist nicht vorgesehen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach aufgebaute sowie insbesondere gegen Reibkorrosion und gegenüber anderen Korrosionsprozessen beständige Verbindungsanordnung zur elektrisch zuverlässigen Anbindung eines Sensors und/oder eines Aktuators an eine Leiterplatte vorzustellen.
- Diese Aufgabe ist durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
- Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich externe Bauteile mit Hilfe von Druckfedern auf konstruktiv einfache Art und Weise und zudem elektrisch zuverlässig mit Leiterbahnen einer Leiterplatte kontaktieren lassen.
- Die Erfindung betrifft daher eine Verbindungsanordnung zur elektrischen Verbindung mindestens eines Sensors oder Aktuators mit wenigstens einer Leiterbahn einer Leiterplatte, wobei der mindestens eine Sensor oder Aktuator wenigstens eine Druckfeder zum elektrisch leitenden Anschluss aufweist, und die mindestens eine Druckfeder mechanisch vorgespannt zwischen dem mindestens einen Sensor oder Aktuator sowie der Leiterplatte angeordnet ist. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass ein der Leiterplatte zugewandter Kontaktendabschnitt der mindestens einen Druckfeder zur Sicherstellung einer zuverlässigen elektrischen Verbindung an einer Kontaktplatte anliegt, welche mit der Leiterbahn elektrisch leitend verbunden ist.
- Durch den vorgeschlagenen Aufbau ist eine Verbindungsanordnung realisiert, die eine schwingungsfeste sowie korrosionsresistente Anbindung einer externen Komponente, wie zum Beispiel eines Sensors oder eines Aktuators, an eine elektronische Leiterplatte ermöglicht. Da diese Verbindungsanordnung eine Vergoldung von Leiterbahnen entbehrlich macht, ist die Leiterplatte kostengünstig herstellbar sowie problemlos mit der Nutzung der Press-Fit-Technologie kompatibel. Darüber hinaus ermöglicht die Druckfeder einen axialen Toleranzausgleich sowie die Kompensation von Wärmedehnungen und Fertigungstoleranzen.
- Um eine möglichst großflächige sowie gut anliegende Kontaktfläche der Druckfeder zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die letzte Windung des Kontaktendabschnitts der Druckfeder plan geschliffen ist. Weiterhin können zu diesem Zweck die letzten Windungen des Kontaktendabschnitts der Druckfeder auf Block gewickelt und dadurch axial drucksteif ausgebildet sein.
- Unter dem Begriff Korrosion werden im Zusammenhang mit dieser Beschreibung sowohl Reibkorrosionsprozesse als auch chemische sowie elektrochemische Korrosionsvorgänge verstanden. Reibkorrosionsprozesse treten auf, wenn beispielsweise schwingungsbedingte Relativbewegungen zwischen der Druckfeder und der Kontaktplatte auftreten. Dabei werden mikroskopisch kleine Metallpartikel infolge der Bewegung von den Kontaktpartnern losgelöst sowie abgerieben, wodurch im Ergebnis die wirksame metallische Berührungsfläche verringert wird, was unter anderem eine Erhöhung des elektrischen Übergangswiderstandes bewirken kann. Der Begriff der chemischen Korrosion betrifft hingegen vorrangig chemische Reaktionen eines in der Regel metallischen Werkstoffs mit Stoffen aus seiner Umgebung. Bei elektro-chemischen Korrosionsprozessen ist neben einer stofflichen Veränderung ein elektrischer Stromfluss vorhanden.
- Als Sensor kommen ohne Anspruch auf Vollständigkeit beispielsweise Drucksensoren, Temperatursensoren, Drehzahlsensoren, Wegsensoren, Beschleunigungssensoren und Magnetsensoren in Betracht, während es sich bei den Aktuatoren zum Beispiel um Magnetventile, Stellmotore, Elektromagnete, so genannte Piezo-Stacks oder dergleichen handeln kann.
- Bevorzugt korrespondiert die Anzahl der Druckfedern mit der Anzahl der Kontaktplatten. Der Durchmesser des zum Wickeln der Druckfeder eingesetzten Federdrahtes, der Außendurchmesser der Druckfeder in Relation zu ihrer Gesamtlänge beziehungsweise Höhe sowie die Windungszahl beziehungsweise der Steigungswinkel der Windungen sind so dimensioniert, dass die Druckfeder unter Berücksichtigung der zur Schaffung eines ausreichenden Kontaktdrucks gewählten mechanischen Vorspannung sowie aller im realen Betrieb der Anschlussanordnung auftretenden mechanischen Lasten nicht in radialer Richtung ausknickt.
- Gemäß einer Ausgestaltung der beschriebenen Verbindungsanordnung kann vorgesehen sein, dass die Dicke der Kontaktplatte mindestens doppelt so groß ist wie die Dicke der mit der Kontaktplatte elektrisch leitend verbundenen Leiterbahn. Hierdurch ergibt sich eine hohe Abriebfestigkeit der Kontaktplatte, die sie insbesondere gegenüber reibkorrosiven Prozessen unempfindlich macht.
- Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kontaktplatte aus oder mit einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist, insbesondere als eine CuSn6-Legierung. Hierdurch kann auf eine in der Elektrotechnik weit verbreitete und kostengünstige Metalllegierung zurückgegriffen werden, die sich zudem mittels der bekannten Fertigungs- und Fügeverfahren problemlos weiterverarbeiten lässt. Anstelle der hier lediglich exemplarisch angeführten CuSn6-Legierung aus der großen Gruppe der Bronzen, können auch andere Bronzelegierungen oder andere Metalllegierungen für die Kontaktplatte zum Einsatz kommen. Die Leiterbahnen der Leiterplatte sind demgegenüber bevorzugt aus chemisch reinem Kupfer oder mit einer Kupferlegierung gebildet.
- Gemäß einer anderen günstigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Druckfeder zumindest bereichsweise mit einer passivierten Silberbeschichtung versehen ist. Hierdurch ergibt sich eine hohe elektrische Oberflächenleitfähigkeit der Druckfeder bei einer zugleich guten Korrosionsbeständigkeit. Grundsätzlich ist das Aufbringen der passivierten Silberbeschichtung im Kontaktendabschnitt der Druckfeder ausreichend, da an diesem die eigentliche elektrische Kontaktierung erfolgt.
- Weiter kann vorgesehen sein, dass eine dem Kontaktendabschnitt der Druckfeder zugewandte Oberseite der Kontaktplatte mit einer passivierten Silberbeschichtung versehen ist. Hierdurch ergibt sich ein geringer elektrischer Übergangswiderstand von dem Kontaktendabschnitt der Druckfeder zur Kontaktplatte bei einer zugleich hohen klimatischen Korrosionsfestigkeit. Zusätzlich können auch die Außenflächen beziehungsweise die Außenkanten der Kontaktplatte mit einer passivierten Silberbeschichtung versehen sein, um auch hier einen sehr guten Korrosionsschutz zu erreichen.
- In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn die Silberbeschichtung der Druckfeder und die Silberbeschichtung der Kontaktplatte gleich dick sind. Die jeweilige Silberbeschichtung wird bevorzugt galvanisch aufgetragen. Unabhängig von einer gleich dicken Beschichtung mit Silber ist gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass die Schichtdicke der Silberbeschichtung der Druckfeder und die Schichtdicke der Silberbeschichtung der Kontaktplatte 2 μm bis 5 μm betragen, wenngleich auch größere Schichtdicken möglich sind. Diese Schichtdicken sind recht groß und ermöglichen so eine sehr gute Korrosions- und Abriebbeständigkeit der Kontaktpartner. Im Vergleich dazu ist eine chemische Beschichtung der Druckfeder und/oder der Kontaktplatte mit Silber nur in Schichtdicken von 0,15 μm bis 0,45 μm möglich, und eine Passivierung von chemisch aufgetragenem Silber ist nicht üblich. Die Korrosionsanfälligkeit des unter solch dünnen Schichten angeordneten Kupfers der Leiterbahnen ist entsprechend gering. Eine chemisch aufgetragene Beschichtung aus Gold benötigt wie bereits beschrieben zusätzlich eine Sperrschicht aus Nickel.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine der mindestens einen Leiterbahn zugewandte Unterseite der Kontaktplatte wenigstens bereichsweise verzinnt ist. Hierdurch ist eine ausgezeichnete Verlötbarkeit der Kontaktplatte mit der Leiterplatte beziehungsweise deren wenigstens einen Leiterbahn gegeben. Zur besseren Verarbeitbarkeit der Kontaktplatte in einem Lötprozess, wie beispielsweise in einem Standard-SMD-Lötvorgang, kann die Unterseite der Kontaktplatte gegebenenfalls bereichsweise mit einem geeigneten Klebemittel zur Lagesicherung gegen ein Verrutschen vor dem Lötvorgang versehen sein.
- Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Fläche der Kontaktplatte allseitig den Außendurchmesser des Kontaktendabschnitts der Druckfeder überragt. Hierdurch ist eine verlässliche elektrische Kontaktierung mit einer größtmöglichen elektrischen Kontaktzone gegeben.
- Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Fläche der mindestens einen Leiterbahn im Bereich der Kontaktplatte diese allseitig überragt. Hierdurch wird um die Kontaktplatte herum eine schmale, umlaufende Randzone für einen Meniskus freigehalten, der sich üblicherweise beim Verlöten der Kontaktplatte mit einer Leiterbahn der Leiterplatte aufgrund von Kapillarkräften und der Oberflächenspannung des eingesetzten Lötmittels ausbildet.
- Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kontaktplatte im Bereich ihrer Oberseite eine Vertiefung zur zumindest teilweisen Aufnahme des Kontaktendabschnitts der mindestens einen Druckfeder aufweist. Hierdurch ist eine Lagesicherung der Druckfeder in Relation zur Kontaktplatte gegeben. Die Vertiefung innerhalb der Kontaktplatte kann zugleich an die Formgebung des Kontaktendabschnitts angepasst sein, um eine größtmögliche Kontaktfläche zu schaffen und die Stromleitfähigkeit der Verbindungsanordnung zu erhöhen.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Druckfeder eine zylindrische Schraubendruckfeder. Eine derart ausgebildete Druckfeder lässt sich vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellen.
- Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Kontaktplatte eine mindestens viereckige Umfangsgeometrie, eine kreisförmige Umfangsgeometrie, eine elliptische Umfangsgeometrie, eine ovale Umfangsgeometrie oder eine Kombination von mindestens zwei der genannten Umfangsgeometrien aufweist. Hierdurch entspricht die Umfangsgeometrie der Kontaktplatte den auf Leiterplatten üblicherweise Verwendung findenden Geometrien von Anschlussflächen beziehungsweise Kontaktflächen.
- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung die Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
-
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, -
2 eine Draufsicht auf die Kontaktplatte von1 mit einer darunter liegenden Leiterbahn, und die -
3 bis5 eine Draufsicht auf weitere Ausführungsformen von Kontaktplatten mit der jeweils darunter angeordneten Leiterbahn. - In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleiche Bezugsziffer auf.
- Die Verbindungsanordnung
10 gemäß1 weist einen hier exemplarisch als Drucksensor12 ausgebildeten Sensor14 auf, der mittels einer als zylindrische Schraubendruckfeder16 ausgeführten Druckfeder18 elektrisch leitend mit einer Kontaktplatte20 verbunden ist, welche ihrerseits mit einer auf einer Leiterplatte24 angeordneten Leiterbahn22 elektrisch leitend verbunden ist. An Stelle des Drucksensors12 kann mittels der Verbindungsanordnung10 auch ein Aktuator, wie zum Beispiel ein Magnetventil, ein Stellmotor oder dergleichen, elektrisch mit der Leiterbahn22 der Leiterplatte24 kontaktiert werden. - Eine Unterseite
26 der Kontaktplatte20 ist zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung sowie zur mechanischen Befestigung der Kontaktplatte20 an der Leiterplatte24 mittels einer Lötverbindung28 mit der Leiterbahn22 thermisch gefügt. Anstelle einer Lötverbindung28 können auch andere Fügeverfahren eingesetzt werden, die eine vergleichbar niederohmige Verbindung zwischen der Kontaktplatte20 und der Leiterbahn22 ermöglichen. Ein von der Leiterplatte24 weggerichteter sensorseitiger Endabschnitt30 der Schraubendruckfeder16 ist zum elektrischen Anschluss der nicht dargestellten Messelemente und einer optionalen Messelektronik innerhalb des Drucksensors12 im Bereich einer Gehäuseunterseite32 in ein Gehäuse34 des Drucksensors12 integriert. Die Schraubendruckfeder16 stellt somit den elektrischen Anschluss des Drucksensors12 an der Leiterplatte24 dar. - Ein vom sensorseitigen Endabschnitt
30 wegweisender und der Leiterplatte24 zugewandter Kontaktendabschnitt36 der Schraubendruckfeder16 liegt mit einer mechanischen Vorspannung geeigneter Stärke an einer Oberseite38 der Kontaktplatte20 zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes an. Um die wirksame elektrische Kontaktfläche zwischen dem Kontaktendabschnitt36 und der Kontaktplatte20 zu maximieren, ist der leiterplattenseitige Endabschnitt40 der Schraubendruckfeder16 stirnseitig plan geschliffen. Alternativ dazu kann die Oberflächengeometrie der Oberseite38 der Kontaktplatte20 korrespondierend zur Geometrie des stirnseitigen Endes des Kontaktendabschnitts36 ausgebildet sein. Eine Längsmittelachse42 der zylindrischen Schraubendruckfeder16 verläuft ungefähr lotrecht zu der Oberseite38 der Kontaktplatte20 und zu der Gehäuseunterseite32 des Gehäuses34 des Drucksensors12 . - Die Dicke
44 der Kontaktplatte20 ist deutlich größer als eine Dicke46 der Leiterbahn22 , um eine hinreichende mechanische Stabilität und insbesondere eine ausreichende Abriebfestigkeit der Kontaktplatte20 zu gewährleisten. - In die Kontaktplatte
20 kann eine optionale, zum Beispiel topfartige Vertiefung48 ausgebildet sein, um eine Lagesicherung des Kontaktendabschnitts36 gegenüber parallel zur Oberseite38 der Kontaktplatte20 angreifenden mechanischen Kräften zu erreichen. Die Oberflächengeometrie des Bodens50 der topfartigen Vertiefung48 kann wiederum so gestaltet sein, dass sie zur Minimierung des elektrischen Übergangswiderstands mit der stirnseitigen Formgebung des Kontaktendabschnitts36 der Schraubendruckfeder16 korrespondiert, so dass das Planschleifen des leiterplattenseitigen Endabschnitts40 der Schraubendruckfeder16 entfallen kann. Die Oberseite38 der Kontaktplatte20 verfügt über eine derart große Flächenerstreckung, dass sie bevorzugt allseitig über den Kontaktendabschnitt36 der Schraubendruckfeder16 übersteht, wodurch sich eine maximale elektrische Kontaktfläche ergibt. - Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
10 gegenüber nachteiligen klimatischen Einflüssen sind sowohl die zylindrische Schraubendruckfeder16 als auch die Kontaktplatte20 bevorzugt vollflächig mit einer passivierten Silberbeschichtung60 ,62 versehen. Bei dem Basismaterial der Kontaktplatte20 handelt es sich bevorzugt um eine Bronzelegierung beziehungsweise um eine Kupfer-Zinn-Legierung, insbesondere um eine CUSn6-Legierung. In Verbindung mit der auf die Leiterbahn22 aufgelöteten Kontaktplatte20 ergibt sich eine herausragende Beständigkeit der Verbindungsanordnung10 sowohl gegenüber chemischen Korrosionsvorgängen als auch gegenüber Reibkorrosionsprozessen. - Der Drahtdurchmesser d eines zur Herstellung der zylindrischen Schraubendruckfeder
16 verwendeten metallischen Federdrahtes sowie der Außendurchmesser D der Schraubendruckfeder16 selber sind in Relation zu einer Gesamtlänge L und der Windungszahl beziehungsweise des Steigungswinkels α der Windungen so dimensioniert, dass die Schraubendruckfeder16 unter der zur Schaffung eines ausreichenden Kontaktdrucks gewählten mechanischen Vorspannung sowie aller im Betrieb darüber hinaus einwirkenden Lasten in radialer Richtung nicht ausknickt. Im gezeigten, axial vorgespannten Zustand der Schraubendruckfeder16 entspricht die Gesamtlänge L dem vertikalen Abstand h zwischen der Gehäuseunterseite32 des Drucksensors12 und der Oberseite38 der Kontaktplatte20 im montierten Zustand der Verbindungsanordnung10 . - Abweichend von dem exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung
10 mit lediglich einer Schraubendruckfeder16 ist eine Vielzahl von Druckfedern mit einer korrespondierenden Anzahl von Kontaktplatten und Schraubendruckfedern notwendig, um Sensoren und/oder Aktuatoren mit mehr als einem elektrischen Anschluss und/oder eine größere Anzahl von Sensoren und/oder Aktuatoren elektrisch mit der Leiterbahn22 und weiteren Leiterbahnen der Leiterplatte24 zu kontaktieren. Grundsätzlich ist es hierbei möglich, dass sich mehr als eine Druckfeder auf jeweils einer Kontaktplatte abstützt, um insbesondere die Stromleitfähigkeit der Verbindungsanordnung10 zu optimieren. - Die auf die Leiterplatte
24 aufgelötete Kontaktplatte20 ist hinsichtlich des Fertigungsaufwandes im Vergleich zu bisher bekannten technischen Lösungen als neutral zu beurteilen, da sich diese beispielsweise mit denselben SMD-Bestückungs- und Lötautomaten verarbeiten lässt, die auch zum Bestücken und Verlöten der mittels der Leiterplatte24 miteinander verschalteten elektronischen und elektrischen Bauteile zum Einsatz kommen. - Das Aufbringen der passivierten Silberbeschichtungen
60 ,62 auf die Kontaktplatte20 und auf zumindest den Kontaktabschnitt der Schraubendruckfeder16 kann gleichfalls im Zuge des Fertigungsprozesses der Leiterplatte24 mittels bekannter Beschichtungsverfahren erfolgen. Darüber hinaus erleichtert die passivierte Silberbeschichtung62 der Kontaktplatte20 den Verlötprozess derselben mit der Leiterbahn22 . Nach dem Fertigstellen der Verbindungsanordnung10 können die nicht von der Lötverbindung28 bedeckten Bereiche der Leiterbahn22 noch mit einem Schutzmittel versehen werden, um auch die mit chemisch reinem Kupfer oder mit einer Kupferlegierung gebildeten Leiterbahnen vor schädlichen korrosiven Einflüssen besser zu schützen. Als Schutzüberzug kann beispielsweise ein geeigneter Schutzlack oder dergleichen zum Einsatz kommen. -
2 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktplatte20 der1 ohne die Schraubendruckfeder16 mit der darunter liegenden Leiterbahn22 . Aus der Darstellung ist zunächst ersichtlich, dass die Kontaktplatte20 eine kreisförmige Umfangskontur aufweist, welche die Querschnittsgeometrie der hier lediglich mit gestrichelten radialen Begrenzungslinien angedeuteten zylindrischen Schraubendruckfeder16 konzentrisch umschließt und hierdurch eine größtmögliche Kontaktfläche zwischen der Kontaktplatte20 und der Schraubendruckfeder16 schafft. - Der Durchmesser
54 der Kontaktplatte20 ist bevorzugt zumindest geringfügig kleiner als eine Breite56 der Leiterbahn22 der Leiterplatte24 , um eine schmale, die Kontaktplatte20 konzentrisch umgebende Randzone für einen hier kreisringförmigen Meniskus58 der Lötverbindung28 zu schaffen. Im Ergebnis sind die Abmessungen der Kontaktplatte20 und der Leiterbahn22 auf der Leiterplatte24 bevorzugt stets so bemessen, dass die Leiterbahn22 allseitig zumindest geringfügig über die Kontaktplatte20 übersteht. -
3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Kontaktplatte70 mit einer in etwa quadratischen Umfangskontur mit vier, jedoch jeweils leicht abgerundeten Ecken sowie der darunter angeordneten Leiterbahn22 . Die Kontaktplatte70 ist wiederum durch eine Lötverbindung72 leitend mit der Leiterbahn22 der Leiterplatte24 verbunden. Die Breite74 sowie die Länge76 der Kontaktplatte70 sind jeweils gleich groß und hierbei vorzugsweise geringfügig kleiner als die Breite56 der Leiterbahn22 der Leiterplatte24 , um eine die Kontaktplatte70 umlaufende Randzone für einen Meniskus78 einer Lötverbindung72 bereitzustellen. - Die
4 und5 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Kontaktplatte80 mit einer Umfangsgeometrie, welche der eines gleichseitigen Achtecks entspricht, und eine vierte Ausführungsform einer Kontaktplatte90 , die über eine viereckige beziehungsweise quadratische Umfangsgeometrie ohne abgerundete Ecken verfügt. Die genannten Kontaktplatten80 ,90 sind jeweils auf der darunter verlaufenden Leiterbahn22 der Leiterplatte24 positioniert, jedoch noch nicht mit der Leiterbahn22 verlötet. Zwei schmale Randzonen82 ,92 umgeben die noch nicht mit der Leiterbahn22 der Leiterplatte24 verlöteten Kontaktplatten80 ,90 bevorzugt allseitig und dienen als Ausbreitungsraum für die Menisken der hier nicht dargestellten beziehungsweise noch nicht vorhandenen Lötverbindungen. Hinsichtlich der Breite und der Länge der beiden Kontaktplatten80 ,90 gelten in Relation zur Breite56 der Leiterbahn22 dieselben Aussagen wie bei den bereits weiter oben beschriebenen Kontaktplatten20 ,70 gemäß den2 und3 , so dass an dieser Stelle auf die Erläuterungen zu den2 und3 verwiesen wird. - Über die in den
2 bis5 gezeigten Ausführungsformen hinaus sind Kontaktplatten mit einer ovalen, einer elliptischen oder einer beliebigen Kombination von ovalen und/oder elliptischen Umfangsgeometrien mit mindestens einer der in den2 bis5 gezeigten Umfangsgeometrien möglich. Prinzipiell kann eine Umfangsgeometrie einer Kontaktplatte jeden beliebigen, beispielsweise auch mehrfach gekrümmten Verlauf aufweisen, solange die Kontaktplatte bevorzugt allseitig über den Kontaktendabschnitt der ihr zugeordneten mindestens einen Schraubendruckfeder16 hinüber ragt und zudem an keiner Seite über die ihr zugeordnete Leiterbahn übersteht. - Bei Umfangsgeometrien der Kontaktplatten mit Kanten, die einen sehr kleinen Krümmungsradius aufweisen, kann sich jedoch im Kantenbereich eine im Vergleich zu anderen Oberflächenzonen der Kontaktplatte verminderte Dicke der aufgebrachten passivierten Silberbeschichtung einstellen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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Claims (15)
- Verbindungsanordnung (
10 ) zur elektrischen Verbindung mindestens eines Sensors (12 ) oder Aktuators mit wenigstens einer Leiterbahn (22 ) einer Leiterplatte (24 ), wobei der mindestens eine Sensor (12 ) oder Aktuator wenigstens eine Druckfeder (18 ) zum elektrisch leitenden Anschluss aufweist, und die mindestens eine Druckfeder (18 ) mechanisch vorgespannt zwischen dem mindestens einen Sensor (12 ) oder Aktuator sowie der Leiterplatte (24 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Leiterplatte (24 ) zugewandter Kontaktendabschnitt (36 ) der mindestens einen Druckfeder (18 ) zur Sicherstellung einer zuverlässigen elektrischen Verbindung an einer Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) anliegt, die mit der Leiterbahn (22 ) elektrisch leitend verbunden ist. - Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (
44 ) der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) mindestens doppelt so groß ist wie die Dicke (46 ) der mit der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) elektrisch leitend verbundenen Leiterbahn (22 ). - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (
20 ,70 ,80 ,90 ) mit einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist. - Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (
20 ,70 ,80 ,90 ) aus einer CuSn6-Legierung gebildet ist. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (
18 ) zumindest an ihren kontaktseitigen Enden mit einer passivierten Silberbeschichtung (60 ) versehen ist. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Kontaktendabschnitt (
36 ) der Druckfeder (18 ) zugewandte Oberseite (38 ) der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) mit einer passivierten Silberbeschichtung (62 ) versehen ist. - Verbindungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Silberbeschichtung (
60 ) der Druckfeder (18 ) und die Silberbeschichtung (62 ) der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) gleich dick ist. - Verbindungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Silberbeschichtung (
60 ) der Druckfeder (18 ) und die Schichtdicke der Silberbeschichtung (62 ) der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) 2 μm bis 5 μm beträgt. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens einen Leiterbahn (
22 ) zugewandte Unterseite (26 ) der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) zumindest bereichsweise verzinnt ist. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Unterseite (
26 ) der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) zumindest bereichsweise mit der mindestens einen Leiterbahn (22 ) der Leiterplatte (24 ) verlötet ist. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Kontaktplatte (
20 ,70 ,80 ,90 ) allseitig den Kontaktendabschnitt (36 ) der Druckfeder (18 ) überragt. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der mindestens einen Leiterbahn (
22 ) der Leiterplatte (24 ) im Bereich der Kontaktplatte (20 ,70 ,80 ,90 ) diese allseitig überragt. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (
20 ,70 ,80 ,90 ) im Bereich ihrer Oberseite (38 ) eine Vertiefung (48 ) zur zumindest teilweisen Aufnahme des Kontaktendabschnitts (36 ) der mindestens einen Druckfeder (18 ) aufweist. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (
18 ) eine zylindrische Schraubendruckfeder (16 ) ist. - Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktplatte (
20 ,70 ,80 ,90 ) eine mindestens viereckige Umfangsgeometrie, eine kreisförmige Umfangsgeometrie, eine elliptische Umfangsgeometrie, eine ovale Umfangsgeometrie oder eine Kombination von mindestens zwei der genannten Umfangsgeometrien aufweist.
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