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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein einen Verbindungsstift für elektronische Leiterplatten und insbesondere einen Verbindungsstift für elektronische Leiterplatten, der verhindert, dass eine Beschichtung an der Innenwand eines Durchgangslochs einer elektronischen Leiterplatte beschädigt wird, und der die zwischen einem Leiter eines Bauelements wie einem Pressverbinder, einem Halbleitergehäuse oder dgl. und der Platine aufgebrachte Haltekraft bei oberflächenmontierten Bauelementen auf der elektronischen Leiterplatte verbessert, so dass der Leiter des Bauelements mit Presssitz im Durchgangsloch eingesetzt ist.
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HINTERGRUND
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Allgemein werden bei elektronischen Leiterplatten wie Platinen (PCBs) Pressverbinder in weitem Umfang zum Anschluss von Endgeräten genutzt.
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Der Pressverbinder verbindet durch Presssitz Verbinderleiter durch Durchgangslöcher der elektronischen Leiterplatte. Dabei ist das Durchgangsloch in der elektronischen Leiterplatte ausgebildet und die Innenwand ist mit einem leitfähigen Metallmaterial beschichtet, um ein leitfähiges Loch zu bilden.
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Im Allgemeinen können Lötfehler dann auftreten, wenn die Anzahl der Leiter groß und der Abstand zwischen den Leitern klein ist, so dass der Pressverbinder mit den fest in den Durchgangslöchern sitzenden Leitern verwendet wird.
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Der Pressverbinder bietet die Vorteile eines einfachen Verbindungsprozesses, verursacht keine thermischen Schäden der PCBs der Komponenten, erfordert keine Lötbrücke und verbraucht weniger Energie, da für die Leiter kein Lötprozess erforderlich ist.
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1 ist eine Schnittansicht, die den Anschluss eines Pressverbinders an einer elektronischen Leiterplatte wie einer PCB darstellt. Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet ein Verbindergehäuse und das Bezugszeichen 12 kennzeichnet einen Verbinderleiter zum Anschluss an einer elektronischen Leiterplatte 20.
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Ferner kennzeichnet das Bezugszeichen 21 ein Kunststoffsubstrat der elektronischen Leiterplatte 20 und das Bezugszeichen 22 kennzeichnet eine Schaltungsstruktur der elektronischen Leiterplatte 20.
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Wie in der Figur dargestellt ist der Verbinderleiter 12 mit einem Keilabschnitt 13 ausgeführt, dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser eines Durchgangslochs 24, so dass der Verbinderleiter 12 durch die Berührung des Keilabschnitts 13 mit dem Durchgangsloch 24 fest mit Presssitz in das Durchgangsloch der Leiterplatte 20 gepresst wird.
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Allerdings gibt es bei der verwandten Technik das Problem, dass die Beschichtung 23 der Innenwand des Durchgangslochs 24 in der Leiterplatte 20 durch das Einpressen des Leiters 12 beschädigt werden kann, so dass die Haltekraft wegen der Gefahr einer Beschädigung der Beschichtung nicht auf die vorgeschriebene Stärke oder darüber eingestellt werden kann, was zu einer Schwächung der Haltekraft führt.
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Insbesondere wenn ein Pressverbinder für eine Hochspannungsanforderung eines Elektrofahrzeugs (EV) oder eines Hybridfahrzeugs ausgelegt ist, kann sich ein Überhitzungsproblem durch die Verschlechterung der Haltekraft ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung wurde unter Berücksichtigung der obigen in der verwandten Technik auftretenden Probleme erarbeitet, und ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt einen Verbindungsstift für eine elektronische Leiterplatte bereit. Wenn ein Bauelement wie ein Pressverbinder, ein Halbleitergehäuse der dgl. so auf der elektronischen Leiterplatte oberflächenmontiert ist, dass der Leiter des Bauelements in ein Durchgangsloch der elektronischen Leiterplatte gepresst wird, verhindert der Verbindungsstift die Beschädigung der Beschichtung der Innenwand der Durchgangsloch und verbessert die Haltekraft zwischen dem Leiter und der Leiterplatte.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt einen Verbindungsstift bereit, der die obigen Problem löst und der zusätzlich zum Pressverbinder an andere Teile wie ein auf einer elektronischen Leiterplatte wie einer PCB oberflächenmontiertes Halbleitergehäuse mittels des Durchgangslochs und des Leiters angepasst werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verbindet ein Verbindungsstift für eine elektronische Leiterplatte einen Leiter eines oberflächenmontierten Bauelements der elektronischen Leiterplatte elektrisch mit der Beschichtung der Innenwand eines Durchgangslochs in der elektronischen Leiterplatte. Der Verbindungsstift enthält einen zylindrischen Körper aus einen elektrisch leitfähigen Metall, der in das Durchgangsloch der elektronischen Leiterplatte eingeführt wird. Der Leiter des Bauelements wird eingepresst und die Innenfläche des zylindrischen Körpers ist mit einer Mehrzahl kleiner Erhebungen versehen, die sich verformen, wenn sie mit den Erhebungen des eingepressten Leiters in Kontakt kommen.
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Die Außenfläche des zylindrischen Körpers kann mit der Beschichtung auf der Innenwand des Durchgangslochs in der elektronischen Leiterplatte in Kontakt stehen und kann außerdem mit einer Mehrzahl kleiner Erhebungen versehen sein.
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Die kleinen Erhebungen können gerändelte Erhebungen enthalten, die auf der Innen- und Außenfläche des zylindrischen Körpers beabstandet angeordnet sind.
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Die gerändelten Erhebungen können in einem Winkel (θ) von 25° bis 65° relativ zur Einführrichtung des Leiters angeordnet sein.
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Der zylindrische Körper kann an seiner oberen und unteren Seite mit oberen und unteren Eingriffsteilen versehen sein, die in radialer Richtung gebogen sind, so dass die Eingriffsteile des zylindrischen Körper nach außen gebogen aus der Durchgangsloch herausragen, wodurch die Trennung vom Durchgangsloch verhindert wird.
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Die Unterseite des zylindrischen Körpers und das untere Eingriffsteil können mit einer Mehrzahl Ausschnitte an ihrem Außenumfang versehen sein, so dass dann, wenn der zylindrische Körper in das Durchgangsloch eingesetzt wird, das untere Eingriffsteil in radialer Richtung zur Mitte der Unterseite zusammenklappt.
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Der Verbindungsstift kann aus einer Metallplatte gebildet sein, an der die kleinen Erhebungen ausgebildet sind, und eine Oberflächenbeschichtung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Eigenschaften aufweisen.
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Die Oberflächenbeschichtung kann durch Beschichten der Metallplatte mit einem der Metalle oder Metalllegierungen aus der Gruppe Sn, Sn-Cu, Sn-Mn, Sn-Bi, Sn-Ag, Au und Zn hergestellt werden.
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Beim Verbindungsstift für eine elektronische Leiterplatte gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die an der Innenfläche des Verbindungsstiftes ausgebildeten gerändelten Erhebungen durch die Erhebungen des Leiters verformt, wodurch der Reibungswiderstand und die Einführreibung verringert werden, wenn der Leiter des Verbinders in den Verbindungsstift eingepresst wird.
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Ferner greifen die kleinen Erhebungen des Verbindungsstiftes die Erhebungen des Leiters, die auch nach dem Einführen des Leiters in den Verbindungsstift nicht verformt werden, ineinander ein, so dass die Haltekraft am Verbinder erhöht und ein Lösen des Verbinders aus dem Verbindungsstift durch eine externe Kraft (z. B. Vibration oder Stoßbelastung) verhindert werden.
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Ferner dienen die kleinen Erhebungen auf der Außenfläche des Verbindungsstiftes zum stabilen Fixieren des Verbindungsstiftes im Durchgangsloch in der Leiterplatte, so dass die Haltekraft zwischen dem Durchgangsloch der Leiterplatte und dem Verbindungsstift erhöht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Aufgaben. Merkmal und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
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1 ist eine Schnittansicht, die den Anschluss eines Pressverbinders an einer elektronischen Leiterplatte darstellt.
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2 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem der Leiter eines Pressverbinders mittels eines Verbindungsstiftes in ein Durchgangsloch in der elektronischen Leiterplatte eingepresst wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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3 ist eine perspektivische Ansicht des Verbindungsstiftes der vorliegenden Offenbarung. 4 ist eine Ansicht einer Metallplatte mit gerändelten Erhebungen zur Herstellung des Verbindungsstiftes.
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5 ist ein Schema der Hauptprozesse zur Herstellung des Verbindungsstiftes.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr wird eine Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, so dass der Durchschnittsfachmann derartige Ausführungsformen problemlos ausführen kann.
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Die vorliegende Offenbarung stellt einen Verbindungsstift für elektronische Leiterplatten bereit, der dann, wenn ein Bauelement wie ein Pressverbinder, ein Halbleitergehäuse oder dgl. auf einer elektronischen Leiterplatte oberflächenmontiert wird, so dass ein Leiter des Bauelements in ein Durchgangsloch der elektronischen Leiterplatte eingepresst wird, eine Beschädigung der Beschichtung an der Innenwand des Durchgangslochs verhindert und die Haltekraft zwischen dem Leiter und der Platine verbessert.
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2 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem der Leiter eines Pressverbinders mittels eines Verbindungsstiftes in ein Durchgangsloch in der elektronischen Leiterplatte eingepresst wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und 3 ist eine perspektivische Ansicht des Verbindungsstiftes der vorliegenden Offenbarung.
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4 ist eine Ansicht einer Metallplatte mit gerändelten Erhebungen zur Herstellung des Verbindungsstiftes und 5 ist ein Schema der Hauptprozesse zur Herstellung des Verbindungsstiftes.
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Obwohl ein Pressverbinder beispielhaft als ein Befestigungselement beschrieben wird, ist das mit einer elektronischen Leiterplatte durch den Verbindungsstift der vorliegenden Offenbarung zu verbindende Bauelement nicht darauf beschränkt.
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Das heißt, der Verbindungsstift der vorliegenden Offenbarung kann bei jedem oberflächenmontierten Bauelement verwendet werden, das mit der elektronischen Leiterplatte so elektrisch verbunden ist, dass ein Abschnitt des Halbleitergehäuses und ein Leiter des Bauelements in ein Durchgangsloch der elektronischen Leiterplatte eingepresst werden.
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Wenn wie in den 2 bis 4 dargestellt ist, ein Bauelement wie ein Pressverbinder 10 mit einer elektronischen Leiterplatte 20 wie eine gedruckte Schaltung (printed circuit board) (PCB) (im Folgenden als Leiterplatte bezeichnet) verbunden ist, so dass die jeweiligen Leiter des Verbinders 10 in ein Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 eingepresst sind, wird ein Verbindungsstift 30 der vorliegenden Offenbarung wie dargestellt verwendet.
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Der Verbindungsstift 30 wird zuerst in das Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 eingesetzt. Das heißt, der Leiter 12 des Verbinders 10 wird in den Verbindungsstift 30 eingepresst, der zuvor in das Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 eingesetzt worden ist.
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Der Verbindungsstift 30 dient zum Verbinden des Leiters 12 des Verbinders 10 mit der Beschichtung 23 an der Innenwand des Durchgangslochs 24, um Beschädigung der Beschichtung 23 zu verhindern und diese zu schützen, wenn der Leiter 12 eingepresst wird (wobei er als stoßdämpfendes Element dient), und um die Haltekraft nach dem Einpressen des Leiters 12 zu erhöhen.
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Unter der Beschichtung 23 ist hier ein Abschnitt der Innenwand des Durchgangslochs 24 zu verstehen, der mit einem leitfähigen Metall (z. B. Kupfer) beschichtet ist, um den Leiter 12 mit einer Schaltungsstruktur 22 der Leiterplatte 20 elektrisch zu verbinden. Die Beschichtung hat eine Struktur, die mit der Schaltungsstruktur 22 (z. B. einer Kupfer-Schaltungsstruktur) elektrisch verbunden ist.
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Während der Herstellung der elektronischen Leiterplatte 20 wie der PCB wird die Schaltungsstruktur 22 im Allgemeinen durch Beschichten der Oberfläche eines Kunststoffsubstrats 21 mit einem leitfähigen Metall (Kupfer) und Strukturieren des leitfähigen Metalls ausgebildet.
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Da die Innenwand des Durchgangslochs 24 im Kunststoffsubstrat 21, in das der Leiter 12 des Verbinders 10 eingepresst wird, ebenfalls mit dem leitfähigen Metall beschichtet ist, kann die Beschichtung 23 auf der Innenwand des Durchgangslochs 24 als Vergrößerung der Schaltungsstruktur 22 betrachtet werden.
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Der Verbindungsstift 30 ist an seiner oberen und unteren Seite mit einem oberen und einem unteren Eingriffsteil 32 und 33 versehen, die in radialer Richtung gebogen sind, so dass der Verbindungsstift 30 durch Aufrollen einer ebenen Metallplatte zu einem Zylinder gebildet wird. Wie in 3 dargestellt können das obere und untere Eingriffsteil 32 und 33 eine Flanschform haben, die sich kontinuierlich in Umfangsrichtung erstreckt.
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Die Eingriffsteile 32 und 33 verhindern, dass sich der Verbindungsstift 30, der in das Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 eingesetzt worden ist, aus dem Durchgangsloch 24 löst. Das heißt, das obere und untere Eingriffsteil 32 und 33 verhindern, dass sich der Verbindungsstift 30 aus dem Durchgangsloch an der Ober- und Unterseite der Leiterplatte 20 löst Der Verbindungsstift 30 ist an einer Innenfläche, die mit dem Leiter 12 des Verbinders in Kontakt zu bringen ist, mit einer Mehrzahl kleiner Erhebungen 31a versehen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung charakteristische Merkmale sind. Bei einem Ausführungsbeispiel kann analog zur Innenfläche des Verbindungsstiftes 30 die Außenfläche des Verbindungsstiftes 30, die mit der Beschichtung 23 auf der Innenwand des Durchgangslochs 24 in Kontakt zu bringen ist, ebenfalls mit einer Mehrzahl kleiner Erhebungen 31b versehen sein.
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Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, bestehen die kleinen Erhebungen 31a und 31b auf der Innen- und Außenfläche des Verbindungsstiftes 30 jeweils aus gerändelten Erhebungen, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Die gerändelten Erhebungen 31a und 31b können im Voraus durch Prägen ausgebildet werden, bevor eine Metallplatte, aus der der Verbindungsstift 30 gebildet wird, zu einem Zylinder geformt wird.
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Die gerändelten Erhebungen 31a und 31b sind geringfügig verformbar. Insbesondere werden die gerändelten Erhebungen 31b auf der Innenfläche des Verbindungsstiftes 30 durch Erhebungen 13 des Leiters 12 verformt, um den Reibungswiderstand und die Einführreibung zu verringern, wenn der Leiter 12 des Verbinders 10 in den Verbindungsstift 30 eingepresst wird.
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Ferner stehen die kleinen Erhebungen 31a und 31b des Verbindungsstiftes 30 und die Erhebungen 13 des Leiters 12, die auch nach dem Einsetzen des Leiters 12 in den Verbindungsstift 30 nicht verformt werden, entsprechend miteinander in Eingriff, wodurch ein Lösen des Verbinders 10 aus dem Verbindungsstift 30 aufgrund einer externen Kraft (z. B. Vibration oder Stoßbelastung) verhindert wird.
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Außerdem dienen die kleinen Erhebungen 31b auf der Außenfläche des Verbindungsstiftes 30 zur stabilen Fixierung des Verbindungsstiftes 30 im Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20, wodurch die Haltekraft zwischen dem Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 und dem Verbindungsstift 30 erhöht wird Bei einem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gerändelten Erhebungen 31a und 31b auf der Innen- und Außenfläche des Verbindungsstiftes 30 in einem Winkel (θ) von 25° bis 65° relativ zum Einführwinkel des Leiters 12 angeordnet.
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In einem solchen Winkelbereich kann die Reibungskraft, die bei Einführen des Leiters 12 des Verbinders 10 in den Verbindungsstift erzeugt wird, verringert werden. Die Reibungskraft wird außerhalb dieses Winkelbereichs erheblich größer oder kleiner.
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Wie in 3 dargestellt besteht der Verbindungsstift 30 der vorliegenden Offenbarung aus einem zylindrischen Körper 31 mit den kleinen Erhebungen 31a und 31b auf seiner Innen- und Außenfläche und dem oberen und unteren Eingriffsteil 32 und 33, die sich in a radialer Richtung an der Ober- und Unterseite des zylindrischen Körpers 31 erstrecken.
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Der zylindrische Körper 31 verbindet den Leiter 12 des Verbinders 10 und das Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 fest miteinander, und das obere Eingriffsteil 32 verhindert, dass der Verbindungsstift 30 verschoben wird, während der Leiter 12 des Verbinders 10 in den Verbindungsstift 30 eingeführt wird. Wie in 2 dargestellt erstreckt sich das obere Eingriffsteil 32 außerhalb des Durchgangslochs 24 der Leiterplatte 20 radial nach außen.
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Das untere Eingriffsteil 33 verhindert, dass sich der Verbindungsstift 30 aus dem Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 löst, nachdem der Leiter 12 des Verbinders 10 in den Verbindungsstift 30 eingeführt worden ist. Wie in 2 dargestellt erstreckt sich das untere Eingriffsteil 33 zur Außenseite des Durchgangslochs 24 der Leiterplatte 20 radial nach außen.
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Da das untere Eingriffsteil 33 fest mit der Unterseite des Durchgangslochs 24 in Eingriff steht, verhindert das untere Eingriffsteil 33 ein Lösen des Verbinders 10 durch eine externe Kraft.
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Ferner können die Unterseite des zylindrischen Körpers 31 zusammen mit dem unteren Eingriffsteil 33 des Verbindungsstiftes 30 mit einer Mehrzahl Ausschnitte 34 an ihrem Umfang versehen sein, um die Reibungskraft zu verringern, wenn das untere Eingriffsteil in das Durchgangsloch 24 eingesetzt wird.
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Die Ausschnitte 34 sind in regelmäßigen Abständen dem Umfang der Unterseite des zylindrischen Körpers 31 vorgesehen, und jeder der Ausschnitte 34 stellt einen Spalt bereit, durch den dann, wenn der Verbindungsstift 30 in das Durchgangsloch 24 in der Leiterplatte 20 eingesetzt wird, die Unterseite des zylindrischen Körpers 31 zu seiner Mitte so verbunden wird, dass das untere Eingriffsteil 33 das Durchgangsloch 24 der Leiterplatte 20 passiert.
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4 ist eine Ansicht einer Metallplatte mit gerändelten Erhebungen 31a zur Herstellung des Verbindungsstiftes 30. Bei einem Herstellungsprozess wird der Verbindungsstift 30 durch Zuschneiden der Metallplatte auf die gewünschte Größe wie in 5 gezeigt vorbereitet. Gerändelte Erhebungen 31a und 31b und Ausschnitte 34 werden auf der zugeschnittenen Metallplatte eingeprägt. Das obere und untere Eingriffsteil 32 und 33 werden gebogen und entlang einer in 4 dargestellten Biegelinie geformt, und gleichzeitig wird die Metallplatte zu einem Zylinder aufgerollt.
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Die den Verbindungsstift 30 bildende Metallplatte besteht aus einer leitfähigen Basis-Metallplatte, auf der eine Beschichtung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Eigenschaften an der Stelle, wo die kleinen Erhebungen 31a und 31b ausgebildet sind, aufgebracht ist.
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Die Basis-Metallplatte kann dabei aus einer Fe-Legierung, einer Cu-Legierung oder Cu bestehen. Die Basis-Metallplatte kann insbesondere aus einer Fe-Ni-Legierung, einer Fe-Ni-Co-Legierung, Cu, einer Cu-Sn-Legierung, einer Cu-Zr-Legierung, einer Cu-Fe-Legierung, einer Cu-Zn-Legierung oder dgl. Bestehen. Ferner kann die Basis-Metallplatte nach der Vorplattierung mit Cu oder Ni oberflächenplattiert sein, und die Oberflächenplattierung kann mit Sn, Sn-Cu, Sn-Mn, Sn-Bi, Sn-Ag, Au oder Zn erfolgen.
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Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zu Beispielzwecken beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen möglich sind, ohne von Gültigkeitsbereich und Geist der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen offenbart abzuweichen.
