-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lötfreien elektrischen Einpresskontaktierung von elektrisch leitfähigen Einpress-Stiften in Leiterplatten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
-
Einpress-Verbindungen zur direkten Kontaktierung von Leiterplatten kommen in zahlreichen Produkten zum Einsatz. Die Varianten-Vielfalt reicht von Einzel Einpress-Stiften (Pins) in Bordcomputern bis hin zu Steckerleisten mit bis zu ca. 100 Einpress-Stiften in Steuergeräten. Bei großer Anzahl einzupressender Einpress-Stifte steigt die Anforderung an die Genauigkeit der Abstände und der Orientierung der Einpress-Stifte untereinander, der Kontaktierungsöffnungen in der Leiterplatte sowie der Positionierung der Einpress-Stifte vor und während des Pressvorgangs bezüglich der Kontaktierungsöffnungen.
-
Üblicherweise wird ein Einpress-Stift bzw. eine Steckerleiste mit einer Mehrzahl von Einpress-Stiften in eine Kontaktierungsöffnung bzw. in eine Mehrzahl von Kontaktierungsöffnungen der Leiterplatte eingepresst. Die Kontaktierungsöffnung ist häufig mit einer Einpress-Hülse versehen. Der Durchmesser der Einpress-Hülse in der Leiterplatte wird in der Regel vom Lieferanten der Einpress-Stifte empfohlen. Die Auslegung der Einpress-Hülse ist abhängig von der Härte, der Geometrie sowie von der Anwendung der Einpress-Stifte. Beim Einpressen des Einpress-Stiftes in die Einpress-Hülse wird die Innenwand der Einpress-Hülse plastisch verformt und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Einpress-Stift und der Einpress-Hülse erreicht.
-
Die Anforderung an die Lage und Positionsgenauigkeit der Einpress-Stifte bezüglich der Kontaktierungsöffnungen beim Einpressvorgang ist hoch, um ein Verkanten der Einpress-Stifte zu vermeiden und um die Kräfte beim Einpressen möglichst gering zu halten. Zu hohe Einpress-Kräfte oder ein Verkanten der Einpress-Stifte beim Einpressvorgang können die Einpress-Hülse der Kontaktierungsöffnung oder auch die Leiterplatte beschädigen.
-
Aus der
JP 2001 024393 ist bekannt, dass Einpress-Stifte in eine Leiterplatte einpresst werden können, wobei der Einpress-Vorgang mit Ultraschall unterstützt werden kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur lötfreien elektrischen Einpresskontaktierung von elektrisch leitfähigen Einpress-Stiften in Leiterplatten vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur lötfreien elektrischen Einpresskontaktierung von elektrisch leitfähigem Einpress-Stifte in Leiterplatten umfasst folgende Schritte: Bereitstellen einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte eine Dicke (d) aufweist, wobei die Leiterplatte wenigstens eine elektrische Leiterbahn aufweist und wobei die Leiterplatte wenigstens eine senkrecht durch die Leiterplatte hindurchgeführte Kontaktierungsöffnung aufweist, welche zur elektrischen Einpresskontaktierung des Einpress-Stifts vorgesehen ist, wobei die Kontaktierungsöffnung eine metallisierte Innenwandung aufweist, insbesondere eine vollständig metallisierte Innenwandung und weiterhin ein Schritt des Bereitstellens wenigstens eines elektrisch leitfähigen Einpress-Stifts mit einer Längsachse und einem zum Einpressen in die Kontaktierungsöffnung geeigneten Einpressbereich, wobei der Einpressbereich einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist. Schließlich wird der Einpress-Stift in die Kontaktierungsöffnung durch Aufbringen einer entlang der Längsachse des Einpress-Stiftes wirkenden Kraft auf den Einpress-Stift in die Leiterplatte eingepresst. Erfindungsgemäß weist die Kontaktierungsöffnung eine von einer runden Form abweichende Form mit einem ersten Innendurchmesser und einen zweiten Innendurchmesser auf, wobei der zweite Innendurchmesser kleiner als der erste Innendurchmesser ist und wobei das Verhältnis des ersten Innendurchmessers zu dem zweiten Innendurchmesser größer als 1,2 ist und besonders bevorzugt größer als 1,5 ist, wobei der Einpress-Bereich des Einpress-Stiftes entlang seiner Längsachse über eine axiale Länge von wenigstens 50 % der Dicke der Leiterplatte einen Außendurchmesser aufweist, der vor dem Schritt des Einpressens den zweiten Innendurchmesser der Kontaktierungsöffnung übersteigt und kleiner als der erste Innendurchmesser ist.
-
Gegenüber dem Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Verfahren zur lötfreien elektrischen Einpresskontaktierung von elektrisch leitfähigen Einpress-Stifte in Leiterplatten den Vorteil auf, dass durch das Einpressen der Einpress-Stifte in die langlochartige Kontaktierungsöffnung die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Einpress-Stiftes über der Kontaktierungsöffnung deutlich verringert wird, wodurch die Fertigungssicherheit und die Ausbeute steigen und Kosten gespart werden können. Darüber hinaus wird durch die langlochartigen Kontaktierungsöffnungen der Stresseintrag in die Leiterplatte vorteilhaft reduziert, wodurch die Lebensdauer der Kontaktierung und der Leiterplatte ansteigt und wodurch die Anzahl und Dichte der Einpress-Stifte auf der Leiterplatte gesteigert werden kann. Besonders vorteilhaft lässt sich dadurch die Anzahl der Stifte, die simultan in die Leiterplatte eingepresst werden können, steigern, was die Taktzeit bei der Fertigung verkürzt.
-
Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht.
-
Dadurch, dass der Einpress-Stift in radialer Richtung elastisch oder dauerhaft verformbar ist wird vorteilhaft bewirkt, dass die Einpresskraft weiter reduziert werden kann und derart das Risiko für eine Beschädigung der Kontaktierungsöffnung und der Stresseintrag auf die Leiterplatte reduziert werden kann.
-
Dadurch, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Einpress-Stift und der Innenwandung der Kontaktierungsöffnung nach dem Einpressen einen elektrischen Übergangswiderstand von weniger als 50 µOhm (Mikro-Ohm), insbesondere weniger als 10 µOhm (Mikro-Ohm), aufweist wird vorteilhaft bewirkt, dass ein Fehler beim Einpressen durch einen Anstieg des Übergangswiderstand auf mehr als 1 mOhm (Milli-Ohm), besonders vorteilhaft auf mehr als 10 mOhm (Milli-Ohm), besonders einfach elektrisch detektiert werden kann.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Bauelement mit einer Mehrzahl von Einpress-Stifte bereitgestellt, wobei die Mehrzahl der Einpress-Stifte in wenigstens einer Reihe angeordnet ist. Weiterhin wird bei dieser Weiterbildung eine Leiterplatte bereitgestellt, die eine Anzahl von Kontaktierungsöffnungen aufweist, die wenigstens der Anzahl der Einpress-Stifte des Bauelements entspricht, wobei der erste Innendurchmesser der Kontaktierungsöffnungen jeweils in der Erstreckungsrichtung der wenigstens einen Reihe der Einpress-Stifte angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Fügen der Mehrzahl der Einpress-Stifte in besonderem Maße vereinfacht wird, da die Positioniergenauigkeit und der Abstand der Einpress-Stifte untereinander eine höhere Toleranz aufweisen können als mit der herkömmlichen Auslegung der Kontaktierungsöffnung und gleichzeitig ein ausreichender mechanischer und elektrischer Kontakt sichergestellt ist. Durch die dadurch reduzierten Maßhaltigkeitsanforderungen bei der Mehrzahl der Einpress-Stifte wird besonders vorteilhaft eine Kostenreduzierung erreicht. Besonders vorteilhaft wird dadurch beispielsweise auch die Verwendung mehrerer Stecksysteme mit verschiedenen Abständen der Einpress-Stifte untereinander mit nur einer Leiterplatte ermöglicht.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der wenigstens eine Einpress-Stift schräg zu einer auf der Leiterplatte senkrecht stehenden Richtung in die Kontaktierungsöffnung eingepresst, wobei der wenigstens eine Einpress-Stift insbesondere unter einem Winkel zwischen 10° und 80° zu einer auf der Leiterplatte senkrecht stehenden Richtung schräg in die Kontaktierungsöffnung eingepresst wird. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit und Einpressgenauigkeit beim Einpress-Vorgang reduziert werden können, wodurch sich vorteilhaft eine Kostenersparnis und eine Reduzierung des mechanischen Stresseintrags in die Leiterplatte ergibt. Besonders vorteilhaft wird durch das schräge Einpressen der Einpress-Stifte eine Vergrößerung des Einbauraums und eine Kontaktierung von seitlich an der Leiterplatte angeordneten Kontakten ermöglicht. Besonders vorteilhaft kann durch das schräge Einpressen der Einpress-Stifte die elektrische und mechanische Anbindungszone deutlich erhöht werden, d.h. der Bereich, in welchem der wenigstens eine Einpress-Stift und die Innenwandung der Kontaktierungsöffnung in elektrischem und mechanischem Kontakt stehen.
-
Dadurch, dass die Metallisierung der Innenwandung der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung an jeder Stelle wenigstens 25 µm Kupfer aufweist wird vorteilhaft bewirkt, dass eine besonders zuverlässige kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Einpress-Stift und der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung sowie ein besonders zuverlässiger elektrischer Kontakt herstellbar ist. Dies resultiert aus der hohen elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer und der besonders hohen Duktilität von Kupfer.
-
Dadurch, dass die oberste Schicht der Metallisierung der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung aus Zinn besteht wird vorteilhaft bewirkt, dass der Einpress-Vorgang mit besonders geringer Kraft durchgeführt werden kann, da das Zinn das Hineingleiten der Einpress-Stifte durch seine leichte Verformbarkeit besonders unterstützt.
-
Dadurch, dass durch das Einpressen die wenigstens eine Kontaktierungsöffnung gedehnt wird, wobei zumindest bereichsweise der zweite Innendurchmesser der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung vergrößert wird, wobei der zweite Innendurchmesser um höchstens 100 µm vergrößert wird, wird vorteilhaft bewirkt, dass der Stresseintrag in die Leiterplatte gering gehalten werden kann und gleichzeitig eine sichere mechanische und elektrische Kontaktierung zwischen dem Außenwand des Einpress-Stifts und der Innenwandung der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung geschaffen ist.
-
Dadurch, dass das Einpressen durch die Anwendung von auf den Einpress-Stift einwirkenden Ultraschall unterstützt wird wird vorteilhaft bewirkt, dass das Einpressen des Einpress-Stiftes in die Kontaktierungsöffnung mit deutlich geringerem Kraftaufwand im Vergleich zu einem Einpressen ohne Ultraschall-Unterstützung erfolgen kann. Besonders vorteilhaft lässt sich auf diese Weise die notwendige Kraft um wenigstens 10%, bevorzugt um wenigstens 20%, besonders bevorzugt um wenigstens 30% verringern. Besonders vorteilhaft wird dadurch auch der Stresseintrag in die Leiterplatte beim Einpressen verringert und es wird eine dauerhaftere und sicherere Verbindung zwischen dem Einpress-Stift und der Kontaktierungsöffnung geschaffen.
-
Dadurch, dass durch die Anwendung von Ultraschall beim Einpressen wenigstens bereichsweise eine Reibverschweißung zwischen der Außenwand des wenigstens einen Einpress-Stiftes und der Innenwandung der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung entsteht, wird vorteilhaft eine besonders robuste elektrische und mechanische Kontaktierung zwischen dem wenigstens einen Einpress-Stift und der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung geschaffen. Dadurch sinkt vorteilhaft der elektrische Übergangswiderstand und bleibt dauerhaft gering. Weiterhin wird durch die Reibverschweißung die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Einpress-Stift der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung durch eine stoffschlüssige Verbindung vorteilhaft ergänzt.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte mit erfindungsgemäßen Kontaktierungsöffnungen,
-
2a einen Längsschnitt durch einen Einpress-Stift,
-
2b einen Querschnitt durch den Einpress-Stift aus 2a,
-
3 eine perspektivische Ansicht eines Einpress-Stiftes beim Einpressen in eine erfindungsgemäße Kontaktierungsöffnung einer Leiterplatte,
-
4 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils mit einer Mehrzahl von Einpress-Stiften beim Einpressen in eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Kontaktierungsöffnungen einer Leiterplatte,
-
5 eine perspektivische Ansicht von Einpress-Stiften beim erfindungsgemäßen schrägen Einpressen in eine erfindungsgemäße Kontaktierungsöffnung einer Leiterplatte,
-
6 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur erfindungsgemäßen lötfreien elektrischen Einpresskontaktierung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
In 1 ist eine Leiterplatte 100 mit mehreren senkrecht durch die Leiterplatte 100 hindurchgeführten Kontaktierungsöffnungen 150 dargestellt. Die Leiterplatte 100 ist plattenförmig und bevorzugt starr ausgebildet, zum Beispiel als PCB (printed circuit board) , weist eine Dicke (d) auf, beispielsweise 1,6mm oder 1,0mm oder eine andere handelsübliche Dicke (d), und ist beispielsweise aus einem Material FR4 oder besser hergestellt. Die Leiterplatte 100 kann einlagig, zweilagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Auf der Oberfläche der Leiterplatte 100 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Leiterbahnen 110 angeordnet sowie ein elektrisches oder elektronisches Bauelement 120, beispielsweise eine anwenderspezifische integrierte elektronische Schaltung (ASIC). Das elektrische oder elektronische Bauelement 120 ist mittels elektrischer Verbindungselemente, zum Beispiel mittels Bonddrähten mit den Leiterbahnen 110 verbunden. Die Leiterplatte 100 kann beispielsweise in einem elektronischen Steuergerät verwendet werden.
-
Die in der Leiterplatte 100 angeordneten Kontaktierungsöffnungen 150 weisen eine metallisierte Innenwandung 152 auf. Die Metallisierung besteht dabei beispielsweise aus Kupfer, bevorzugt mit einer Mindeststärke von 25 µm, besonders bevorzugt aus mit Zinn beschichtetem Kupfer. Die Metallisierung kann beispielsweise durch einen galvanischen Prozess an der Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnung 150 aufgebracht werden. Es ist auch denkbar, dass die Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnung 150 in Form einer Metall-Hülse ausgebildet ist, die als Einpress-Hülse dient.
-
Die Kontaktierungsöffnung 150 weist in der Draufsicht auf die Leiterplatte eine von der kreisrunden Form abweichende Form auf, zum Beispiel die Form eines Langlochs. Die Querschnittsform kann als elliptische Form ausgeführt sein oder in Rechteckform oder als ein Rechteck mit abgerundeten Kanten. Die langlochartige Kontaktierungsöffnung 150 weist einen ersten Innendurchmesser (L1) entlang einer ersten Achse (A1) und einen zweiten Innendurchmesser (L2) entlang einer zweiten Achse (A2) auf. Das Verhältnis des ersten Innendurchmessers (L1) zu dem zweiten Innendurchmesser (L2) ist größer als 1,2, bevorzugt größer als 1,5, besonders bevorzugt größer als 2,5.
-
2a stellt einen Längsschnitt durch einen als flexiblen Einpress-Stift 202 ausgebildeten Einpress-Stift 200 dar. Der flexible Einpress-Stift 202 weist entlang seiner Längsachse 250 in der Figur von unten nach oben betrachtet folgende Elemente auf. Eine Spitze 220, wobei die Spitze 220 geeignet ist, in eine langlochartige Kontaktierungsöffnung 150 eingeführt zu werden. Einen Einpressbereich 210, wobei der Einpressbereich 210 des flexiblen Einpress-Stifts 202 entlang der Längsachse 250 über eine axiale Länge von wenigstens 50 % der Dicke (d) der Leiterplatte 100 einen Außendurchmesser (D) aufweist, der den zweiten Innendurchmesser (L2) der Kontaktierungsöffnung 150 vor dem Einpressen übersteigt und kleiner als der erste Innendurchmesser (L1) ist. Wird beispielsweise eine Leiterplatte 100 mit einer Dicke (d) von 1,6 mm verwendet, so erstreckt sich der Einpressbereich 210 entlang der Längsachse 250 wenigstens über eine Länge von 0,8 mm.
-
Der flexible Einpress-Stift 202 weist weiterhin einen Kontaktierungsöffnung-Anschlag 240 und ein Andruckende 230 auf. Der Kontaktierungsöffnung-Anschlag 240 verhindert, dass beim Einpressen des als flexibler Einpress-Stift 202 ausgeführten Einpress-Stiftes 200 der flexible Einpress-Stift 202 weiter durch die Kontaktierungsöffnung 150 hindurchgepresst wird als gewünscht. Zum Einpressen des flexiblen Einpress-Stifts 202 in die Kontaktierungsöffnung 150 wird der flexible Einpress-Stift 202 mit seiner Spitze 220 über der Kontaktierungsöffnung 150 positioniert und durch die Ausübung einer axial entlang seiner Längsachse 250 wirkenden Kraft auf sein Andruck-Ende 230 in die Kontaktierungsöffnung 150 hineingepresst.
-
Der in der Figur dargestellte flexible Einpress-Stift 202 weist in seinem Einpress-Bereich 210 von seiner Außenwand 216 radial nach innen betrachtet zunächst einen Abschnitt auf, welcher aus Vollmaterial 214 ausgebildet ist, bevorzugt aus einem Metall. Im Innern befindet sich bevorzugt eine Aussparung 212 im Vollmaterial, durch welche eine elastische Verformung des flexiblen Einpress-Stifts 202 im Einpressbereich 210 ermöglicht wird. Mittels dieser elastischen Verformbarkeit des flexiblen Einpress-Stift 202 lässt sich der flexible Einpress-Stift 202 mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand in eine Kontaktierungsöffnung 150 einpressen und wird dabei elastisch vorgespannt. Durch seine elastische Verformung presst sich anschließend der flexible Einpress-Stift 202 selbsttätig gegen die Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnung und verbessert so den mechanischen und elektrischen Kontakt. Bei einer anderen Ausführungsform mit starren Einpress-Stiften 200 ist der Einpress-Stift in seinem kompletten Querschnitt als Vollmaterial 214 ausgebildet. Die kraftschlüssige Verbindung wird dann zum überwiegenden Teil durch die Verdrängung der Metallisierung der Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnung 150 bewirkt.
-
In 2b ist ein Querschnitt durch den Einpressbereich 210 des flexiblen Einpress-Stifts 202 mit dem Außendurchmesser (D) dargestellt. In der Figur ist zu erkennen, dass bei einer mechanischen Krafteinwirkung auf die Außenwand 216 des flexiblen Einpress-Stifts 202 der Einpress-Bereich 210 aufgrund der Aussparung 212 auf einfache Weise in radialer Richtung verformbar ist. Die Aussparung 212 unterstützt die elastische radiale Verformung des flexiblen Einpress-Stiftes 202 gegenüber einem starren Einpress-Stift 200, welcher im kompletten Querschnitt aus Vollmaterial 214 besteht. Der Querschnitt des dargestellten flexiblen Einpress-Stiftes 202 weist eine runde Form auf, bevorzugt eine kreisrunde Form. Als kreisrunde Form ist dabei eine Form zu verstehen, bei der der Durchmesser der Form an allen Stellen gleich groß ist. Bei der dargestellten kreisrunden Form des Querschnitts ist der Außendurchmesser (D) des flexiblen Einpress-Stiftes im dargestellten Querschnitt innerhalb der Fertigungstoleranzen an allen Stellen gleich groß.
-
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Form des flexiblen Einpress-Stift im Querschnitt auch einer hier nicht dargestellten vieleckigen Form entspricht, beispielsweise der eines regelmäßigen Sechsecks oder eines regelmäßigen Achtecks.
-
3 ist eine Darstellung des Einpress-Vorgangs. Der Einpress-Stift 200, bzw. der flexible Einpress-Stift 202, wird mit seiner Spitze 220 über der Kontaktierungsöffnung 150 positioniert. Am Andruck-Ende 230 des flexiblen Einpress-Stifts 202 wird ein Andruck-Gerät 300 aufgesetzt und der flexible Einpress-Stift 202 wird durch eine entlang seiner Längsachse 250 wirkenden Einpresskraft 310 in die Kontaktierungsöffnung 150 hinein gepresst. Beim Einpress-Vorgang wird die Metallisierung der Kontaktierungsöffnung 150 plastisch verformt und, bei Verwendung eines flexiblen Einpress-Stifts 202, der flexible Einpress-Stift 202 elastisch verformt. Nach dem Einpress-Vorgang ist auf diese Weise der flexible Einpress-Stift 202 bzw. der Einpress-Stift 200 durch eine kraftschlüssige Verbindung mit der Kontaktierungsöffnung 150 verbunden und steht mit der Kontaktierungsöffnung 150 an wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen seiner Außenwand 216 in mechanischem und elektrischem Kontakt. Besonders bevorzugt beträgt die Stärke der Metallisierungsschicht der Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnung 150 nach dem Einpressen im Querschnitt an jeder Stelle wenigstens 8 µm.
-
Der Einpress-Vorgang wird besonders bevorzugt durch die Applikation von Ultraschallwellen 320 auf das Andruck-Gerät 300 unterstützt. Die Unterstützung des Einpress-Vorgangs durch Ultraschall 320 bewirkt eine Reduzierung der notwendigen Einpress-Kraft, beispielsweise um wenigstens 10 %, bevorzugt um wenigstens 20 %, besonders bevorzugt um wenigstens 30% gegenüber einem Einpress-Vorgang ohne Ultraschall-Unterstützung 320. Die Ultraschall-Unterstützung 320 erhöht darüber hinaus die Haltekraft des Einpress-Stiftes 200 in der Kontaktierungsöffnung 150 und steigert die Robustheit der lötfreien Kontaktierung. Infolge der reduzierten Einpresskraft kann die Anzahl der in die Leiterplatte einpressbaren Einpress-Stifte 200 erhöht werden. Aufgrund der Ultraschall-Unterstützung 320 beim Einpressen ist auch ein Überstand der Einpress-Stifte 200 über der Leiterplatte entbehrlich. Darüber hinaus kann in Folge der Ultraschall-Unterstützung 320 des Einpressens eine Reibschweißverbindung zwischen der Außenwand 216 des flexiblen Einpress-Stifte 202 und der Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnung 150 erzielt werden. Dadurch wird eine größere Anbindungszone zwischen dem Einpress-Stift 200 und der Kontaktierungsöffnung 150 der Leiterplatte 100 geschaffen, die den elektrischen und den mechanischen Kontakt verbessert und zu einer gasdichten Verbindung führen kann.
-
4 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar. In dieser Ausführungsform ist ein Bauelement 260 vorgesehen, welches eine Mehrzahl von Einpress-Stiften 200 aufweist. Es können dabei auch flexible Einpress-Stifte 202 vorgesehen sein. Die Einpress-Stifte 200 sind am Bauelement 260 in wenigstens einer Reihe hintereinander angeordnet. Sie weisen untereinander einen wohldefinierten Soll-Abstand (a) auf, der sich als Abstand zwischen ihren Längsachsen 250 bemisst. In Folge von Fertigungstoleranzen kann es vorkommen, dass der reale Abstand zwischen einzelnen Einpress-Stiften 200 nicht dem Soll-Abstand (a) entspricht. Auf diese Weise ist beispielsweise der reale Abstand zwischen einem ersten Einpress-Stifts 204 und einem zweiten Einpress-Stifts 205 um Δa größer als der Soll-Abstand (a) und beträgt somit a + Δa. Der Abstand des zweiten Einpress-Stifts 205 zu seinem anderen Nachbar, einem dritten Einpress-Stift 206, beträgt somit a – Δa.
-
In der Leiterplatte 100 ist eine zu der Mehrzahl der Einpress-Stifte 200 des Bauelements 260 korrespondierende Anzahl von Kontaktierungsöffnungen 150 vorgesehen. Die Kontaktierungsöffnungen 150 sind ebenfalls in einer Reihe angeordnet und weisen von der Mitte der Kontaktierungsöffnung 150 gerechnet zueinander den Kontaktierungsöffnung-Abstand (a) auf, der dem Soll-Abstand der Einpress-Stifte 200 des Bauelements 260 entspricht. Dadurch, dass die Kontaktierungsöffnung 150 eine von der kreisrunden Form, abweichende Form aufweisen, wobei der erste, größere, Innendurchmesser (L1) in der Erstreckungsrichtung der Reihe ausgerichtet ist, ist ein problemloses Einpressen des Bauelements 260 möglich, auch wenn der reale Abstand der Einpress-Stifte 200 untereinander vom Soll-Abstand (a) stärker abweicht als es bei herkömmlichen Kontaktierungsöffnungen möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Form der Kontaktierungsöffnungen 150, das Einpressen des Bauelements 260 auch mit geringeren Positioniergenauigkeiten der Einpress-Stifte 200 gegenüber den Kontaktierungsöffnungen 150 sicher und beschädigungsfrei für die Einpress-Stifte 200 und die Leiterplatte 100 durchzuführen.
-
In 5 ist dargestellt, wie durch die Verwendung einer beispielsweise langlochartigen Kontaktierungsöffnung 150 in der Leiterplatte 100 das schräge Einpressen von Einpress-Stiften 200 möglich ist.
-
Durch die Verwendung einer, beispielsweise langlochartigen, Kontaktierungsöffnung 150 mit zwei unterschiedlichen Innendurchmessern (L1, L2) ist es möglich, den Einpress-Stift 200 bzw. den flexiblen Einpress-Stift 202, schräg in die Kontaktierungsöffnung 150 einzupressen, beispielsweise in einem Winkel (α) zwischen 10° und 80° zu einer auf der Leiterplatte 100 senkrecht stehenden Richtung 102. Das schräge Einpressen erfolgt dabei bevorzugt in einer Richtung, deren Projektion auf die Leiterplatte 100 im Wesentlichen parallel zur ersten Achse (A1) liegt. Bevorzugt wird der Einpress-Stift 200 in einem Winkel (α) zwischen 20° und 70°, besonders bevorzugt in einem Winkel (α) zwischen 30° und 60° zu einer auf der Leiterplatte 100 senkrecht stehenden Richtung 102 eingepresst. Für gewisse Anwendungen ist es vorteilhaft, das schräge Einpressen in einem Winkel (α) zwischen 15° und 50° zu einer auf der Leiterplatte 100 senkrecht stehenden Richtung durchzuführen.
-
Das schräge Einpressen wird besonders bevorzugt mit Ultraschall-Unterstützung 320 durchgeführt. Besonders bevorzugt werden beim schrägen Einpressen flexible Einpress-Stifte 202 verwendet. Durch diese Maßnahmen lassen sich die Einpresskräfte 310 erheblich reduziert. Durch das schräge Einpressen wird beispielsweise auch das Kontaktieren von Leiterplatten in beschränktem Bauraum möglich, da eine seitliche Zuführung der Einpress-Stifte 200 zur Kontaktierungsöffnung 150 der Leiterplatte ermöglicht wird. Das schräge Einpressen vergrößert darüber hinaus auch die Kontaktfläche zwischen der Außenwand 216 der Einpress-Stifte 200 und der Innenwandung 152 der Kontaktierungsöffnungen 150. Dadurch wird ein verbesserter elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem Einpress-Stift 200 und der Kontaktierungsöffnung 150 hergestellt.
-
In 6 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur lötfreien elektrischen Einpresskontaktierung von elektrisch leitfähigen Einpress-Stiften 200 in Leiterplatten 100 dargestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte Leiterplatten-Bereitstellung 500, wobei die Leiterplatte wenigstens eine Kontaktierungsöffnung 150 aufweist, Einpress-Stift-Bereitstellung 510, Positionierung 520 des wenigstens einen Einpress-Stifts 100 über der wenigstens einen Kontaktierungsöffnung 150 der Leiterplatte 100 und Einpressen 530 des wenigstens einen Einpress-Stiftes 200 in die wenigstens eine Kontaktierungsöffnung 150 der Leiterplatte 100.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise zur Anwendung bei der Herstellung von Produkten, bei denen eine lötfreie elektrische Kontaktierung notwendig ist, um thermische Belastungen beim Herstell-Prozess gering zu halten, beispielsweise bei elektrischen oder elektronischen Steuergeräten für Kraftfahrzeuge, bei der Kontaktierung von Leiterplatten für Computer, Smartphones, Tablet-PCs und anderen Consumer-Elektronik-Geräten oder bei der Herstellung von Netzwerk-Steckern für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungen.
-
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
-
