DE102015104667A1

DE102015104667A1 - Oberflächenmontierbares stromkontaktelement zur montage an einer leiterplatte, damit ausgestattete leiterplatte und montageverfahren

Info

Publication number: DE102015104667A1
Application number: DE102015104667.9A
Authority: DE
Inventors: Erwin Lichtenberg
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: DE102015104667B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein oberflächenmontierbares Stromkontaktelement (1) zur Montage an einer Leiterplatte (2), mit einem Kontaktbereich (3) zur leitfähigen Auflage auf der Leiterplatte (2) und mit einer Kontaktzunge (8) zum leitfähigen in Kontakt bringen mit einem Stromleiter. Erfindungsgemäß ist der Kontaktbereich (3) an einem Klemmabschnitt (5) angeordnet, der für ein Zwischenklemmen der Leiterplatte (2) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Leiterplatte (2) und ein Verfahren zur Montage eines oberflächenmontierbaren Stromkontaktelements (1) an einer Leiterplatte (2).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenmontierbares Stromkontaktelement sowie eine Leiterplatte, insbesondere für ein Fahrzeug-Bordnetz. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Stromkontaktelements an einer Leiterplatte. Die Erfindung eignet sich insbesondere für einen Einsatz in einem Fahrzeug-Bordnetz.
Stand der Technik
Aus der Praxis ist bekannt, dass durch die fortschreitende Entwicklung elektronischer Baugruppen in der Fahrzeugtechnik, insbesondere in der Automobil- oder Flugzeugtechnik, der Bedarf an (hoch-)stromfähigen, elektrischen Kontaktmöglichkeiten wächst. So ist es in einem Fahrzeug-Bordnetz häufig notwendig, vergleichsweise hohe elektrische Ströme in beziehungsweise auf einer Leiterplatte zu leiten und diese elektrischen Ströme auch von der Leiterplatte an das Fahrzeug-Bordnetz oder Komponenten desselben auszuleiten. Hierfür sind die oben genannten elektrischen Kontaktmöglichkeiten zwischen der Leiterplatte einerseits und dem übrigen Fahrzeug-Bordnetz andererseits erforderlich.
Des Weiteren ist aus der Praxis bekannt, dass elektronische Baugruppen, insbesondere solche in der Fahrzeugtechnik, häufig als so genannte SMD-Bauelemente ausgeführt sind, wobei die englischsprachige Abkürzung „SMD“ für „surface-mounted device“, zu Deutsch „oberflächenmontiertes Bauelement“ steht. Dabei werden die SMD-Bauelemente mit lötfähigen, elektrisch leitfähigen Anschlussflächen versehen und beispielweise direkt auf eine damit zu bestückende Leiterplatte gelötet. Beachtenswert ist bei diesen SMD-Bauelementen, dass die lötfähigen, elektrisch leitfähigen Anschlussflächen üblicherweise keine Bedrahtung aufweisen. Diese Technik wird auch als Oberflächenmontage-Technik (englisch surface-mounting technology, kurz SMT) bezeichnet.
Ein verbreitetes Montage- beziehungsweise Fertigungsverfahren für solche SMD-Bauelemente ist das so genannte Reflow-Löten, das auch als so genanntes Wiederaufschmelzlöten bekannt ist. Bei diesem Lötverfahren wird zunächst eine Lotpaste vor der Bestückung einer Leiterplatte auf diese aufgetragen. Danach wird die Leiterplatte mit den SMD-Bauelementen bestückt, wobei die SMD-Bauelemente auf der vergleichsweise klebrigen Lotpaste anhaften. Schließlich wird die Lotpaste aufgeschmolzen, wobei die SMD-Bauelemente durch eine Oberflächenspannung der Lotpasten-Schmelze einigermaßen zentriert und an der Leiterplatte gehalten werden, bis die Lotpasten-Schmelze ohne Wärmezufuhr aushärtet, wodurch die SMD-Bauteile an der Leiterplatte dann (dauerhaft) fixiert werden.
Die vorstehend beschriebene Technik ist jedoch beispielsweise durch das Eigengewicht und die resultierende Gewichtskraft der zu lötenden Bauelemente begrenzt, wenn die Oberflächenspannung der Lotpasten-Schmelze nicht mehr ausreicht, um das zu lötende Bauelement zuverlässig auf der Leiterplatte zu zentrieren und/oder zu fixieren. Insbesondere hat sich gezeigt, dass es bei den oben beschriebenen, elektrisch leitfähigen Stromkontakten, die vorzugsweise in einem Fahrzeug-Bordnetz eingesetzt werden sollen, problematisch sein kann, diese als SMD-Bauteile auszuführen. Denn häufig bewirken die Anforderungen, die an einen solchen Stromkontakt gestellt werden, ein vergleichsweise hohes Eigengewicht derselben, so dass die Oberflächenspannung der Lotpasten-Schmelze nicht mehr für eine zuverlässige Zentrierung und/oder Fixierung des zu lötenden Stromkontakts auf der Lotpasten-Schmelze ausreicht. Infolgedessen kann ein Aufschwimmen des zu lötenden Stromkontakts auf der Lotpasten-Schmelze auftreten. Dadurch kann keine zuverlässige Montage beziehungsweise Fertigung eines Stromkontakts durch Anwendung der herkömmlichen Oberflächenmontage-Technik sichergestellt werden.
Um diesem Problem zu begegnen, können die Stromkontakte beispielsweise durch einen zusätzlich aufzutragenden Klebstoff oder ein zusätzliches mechanisches Halteteil so lange fixiert werden, bis die Lotpaste aushärtet und kein Aufschwimmen mehr auftreten kann. Dieser Zusatz führt dazu, dass der Montage- beziehungsweise Fertigungsprozess nicht oder nur technisch schwierig (voll-)automatisiert werden kann. Zumindest ist aber ein weiterer Arbeitsschritt zum Auftragen des Klebstoffs oder zum Anbringen des Halteteils notwendig. Alternativ zum separaten Fixieren werden deshalb häufig doch bedrahtete Stromkontakte eingesetzt, die dann wiederum in einem zusätzlichen und/oder zu dem Reflow-Löten unterschiedlichen Montage- beziehungsweise Fertigungsprozess gelötet oder anders fixiert werden müssen. Es kann deshalb notwendig sein, dass ausschließlich die Stromkontakte durch ein anderes Lötverfahren, wie zum Beispiel Selektiv-Löten, oder durch eine Einpresstechnik montiert beziehungsweise gefertigt werden müssen. Deshalb besteht der Wunsch nach einer Vereinfachung dieses Montage- beziehungsweise Fertigungsprozesses.
Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Montage eines Stromkontaktelements an einer Leiterplatte unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel hinsichtlich seines Montage- beziehungsweise Fertigungsprozesses zu verbessern. Idealerweise soll auch ein zuverlässiges Reflow-Löten eines Stromkontaktelements möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren angegeben.
Ein erfindungsgemäßes oberflächenmontierbares Stromkontaktelement, das sich insbesondere zur Montage auf oder an einer Leiterplatte eignet, weist einen Kontaktbereich zur elektrisch leitfähigen Auflage auf der Leiterplatte, zum Beispiel auf einem Lötpad, und eine Kontaktzunge zum elektrisch leitfähigen in Kontakt bringen mit einem Stromleiter auf. Erfindungsgemäß ist der Kontaktbereich an einem Klemmabschnitt angeordnet, der für ein Dazwischenklemmen der Leiterplatte ausgebildet ist.
In anderen Worten ist der Klemmabschnitt zum einen so ausgebildet, dass sich die Leiterplatte auf geeignete Weise zwischen diesem einklemmen beziehungsweise festklemmen lässt. Auf diese Weise lässt sich das Stromkontaktelement relativ zu der Leiterplatte oder umgekehrt die Leiterplatte relativ zum Stromkontaktelement fixieren. Zum anderen ist der Kontaktbereich an dem die Leiterplatte festklemmenden beziehungsweise einklemmenden Klemmabschnitt angeordnet oder an diesem ausgebildet, so dass sich bei gleichzeitigem Klemmen der Leiterplatte auch ein elektrisch leifähiger (gegenseitiger) Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem Stromkontaktelement bewerkstelligen lässt.
Das Stromkontaktelement kann weiterhin so ausgebildet sein, dass es sich lateral, das heißt von seitlicher Richtung auf die Leiterplatte aufstecken lässt. Idealerweise ist eine Klemmkraft des Klemmabschnitts so gewählt beziehungsweise festgelegt, dass ein Abtragen oder übermäßiges Verschmieren einer auf die Leiterplatte aufgetragenen Lotpaste vermieden wird.
Der Kontaktbereich des Stromkontaktelements kann aus einem vergleichsweise elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, einer Kupferlegierung, einer Kupfer-Messing-Legierung, einem anderen Metallwerkstoff, einer anderen Legierung oder Verbundwerkstoff ausgebildet sein. Die Kontaktzunge kann aus demselben oder einem ähnlich geeigneten Material wie der Kontaktbereich gefertigt sein. Bei dem Stromleiter, mit dem die Kontaktzunge in Kontakt gebracht werden kann, kann es sich beispielsweise um eine Flachsteckhülse handeln. Durch eine derart vorgesehene elektrisch leitfähige Verbindung kann ein elektrischer Strom von der Leiterplatte, über das Stromkontaktelement, dessen Kontaktbereich sowie dessen Kontaktzunge an den Stromleiter ausgeleitet werden. Das Stromkontaktelement dient also als elektrisch leitfähiges Kontaktelement zwischen der Leiterplatte und einem davon verschiedenen elektrischen Stromleiter. Das Stromkontaktelement kann als integrales Bauteil, also einteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann das Stromkontaktelement als Stanz-Biegeteil, Stanzteil oder Biegeteil ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Stromkontaktelement kann mit dieser Konfiguration gleich mehrere vorteilhafte Effekte bewirken.
So ist es möglich, das Stromkontaktelement durch ein herkömmliches Lötverfahren, beispielsweise ein so genanntes Reflow-Löten beziehungsweise Wiederaufschmelz-Löten, wie es häufig für oberflächenmontierbare Bauteile (kurz SMD, englisch surface-mount device) verwendet wird, mit der Leiterplatte zu verlöten. Denn ein Aufschwimmen auf einer Lotpasten-Schmelze wird durch das selbständige klemmende Fixieren des Stromkontaktelements und der Leiterplatte relativ zueinander effektiv vermieden. Insbesondere wird durch das Dazwischenklemmen der Leiterplatte im oder an dem Klemmabschnitt das Stromkontaktelement bereits während des Lötens beziehungsweise des Lötvorgangs fixiert und/oder zentriert. Die Fixierung und/oder Zentrierung erfolgt dabei selbständig, das heißt unabhängig von der bestehenden oder nicht bestehenden Oberflächenspannung, und zwar auch bereits vor dem Aushärten der Lötverbindung. Durch die Unabhängigkeit von der Oberflächenspannung ist auch denkbar, eine bleifreie Lotpaste zu verwenden, die zwar vergleichsweise umweltschonend ist, jedoch keine oder nur wenig Oberflächenspannung aufweist.
Zudem müssen für das Löten der übrigen Bestückungselemente der Leiterplatte und für das Löten des Stromkontaktelements keine unterschiedlichen Lötverfahren vorgesehen beziehungsweise eingesetzt werden. Zudem kann das gesamte Löten in einem gemeinsamen Arbeitsgang für die gesamte Leiterplatten-Bestückung, vorzugsweise durch Reflow-Löten erfolgen. Dies verringert effektiv die Bereitstellungskosten für die Montage beziehungsweise Fertigung einer mit dem Stromkontaktelement ausgestatteten Leiterplatte.
Da der Klemmabschnitt vorzugsweise ein Bestandteil des Stromkontaktelements ist, ist auch kein zusätzlicher Klebstoff oder kein separates mechanisches Halteteil zum Fixieren des Stromkontaktelements an der Leiterplatte erforderlich. Vielmehr fixiert sich das Stromkontaktelement selbst gegen ein Aufschwimmen auf der Lotpasten-Schmelze. Dadurch kann der gesamte Montage- beziehungsweise Fertigungsprozess zum elektrischen Verbinden des Stromkontaktelements mit der Leiterplatte kostengünstiger gestaltet und technisch einfacher (voll-)automatisiert werden. Durch das effektive Vermeiden eines Aufschwimmens des Stromkontaktelements auf der aufgeschmolzenen Lotpaste kann eine vergleichsweise zuverlässige Lötverbindung zwischen Stromkontaktelement und Leiterplatte sichergestellt werden. Dabei kann auch eine vergleichsweise großflächige elektrische Verbindung realisiert werden.
Der Montage- beziehungsweise Fertigungsprozess lässt sich noch weiter vereinfachen und damit kostengünstiger gestalten, wenn der Klemmabschnitt als Federklammer beziehungsweise Federspange ausgebildet ist. Anschaulich ausgedrückt kann der Klemmabschnitt beispielsweise nach Art einer Wäscheklammer ausgeführt sein. Die Federspannung der Federklammer ist idealerweise so gewählt beziehungsweise festgelegt, dass beispielsweise bei einem vorzugsweise lateralen Aufstecken des Stromkontaktelements auf die Leiterplatte eine auf die Leiterplatte vorab aufgetragene Lotpaste nicht durch die Federklammer abgetragen oder verschmiert wird.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Klemmabschnitt zwei aufeinander zu gespannte Federschenkel auf, zwischen die die Leiterplatte klemmbar ist. Diese Federschenkel können beispielsweise durch Stanzen und/oder Biegen ausgebildet sein.
Für ein möglichst einfaches Aufstecken auf die Leiterplatte kann wenigstens einer der Federschenkel in Bezug auf die Leiterplatte zumindest abschnittsweise konkav und/oder zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt sein. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Klemmabschnitt, in einem seitlichen Querschnitt betrachtet, ausgehend von der Kontaktzunge, einen konvex gekrümmten Abschnitt aufweist, der in einen sich anschließenden, konkav gekrümmten Abschnitt übergeht. Es können auch beide Federschenkel gekrümmt sein, vorzugsweise gegensinnig gekrümmt. Alternativ dazu können die Federschenkel auch weitgehend flach ausgebildet sein.
Es hat sich für das Aufstecken des Stromkontaktelements auf die Leiterplatte als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens einer der Federschenkel einen im Wesentlichen S-förmig gekrümmten Querschnitt aufweist. Es können auch beide Federschenkel einen S-förmig gekrümmten Querschnitt haben, wobei diese gegensinnig oder spiegelverkehrt zueinander gekrümmt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht einen Zentrierabschnitt vor, der dazu ausgebildet ist, mit einer Zentriernut der Leiterplatte zusammenzuwirken. So kann neben der durch den Klemmabschnitt realisierten kraftschlüssigen, klemmenden Fixierung und/oder Zentrierung zusätzlich eine formschlüssige Fixierung und/oder Zentrierung erfolgen. Dadurch wird ein Verdrehen des Stromkontaktelements gegenüber der dazwischen geklemmten Leiterplatte effektiv vermieden. Je nach Passung des Zentrierabschnitts in der wenigstens einen Zentriernut kann neben einer Reinen Verdrehsicherung auch eine zusätzliche Fixierung des Stromkontaktelements relativ zur Leiterplatte realisiert werden. Durch eine Erwärmung infolge des Wärmeeintrags kann sich während des Lötens das Stromkontaktelement, insbesondere der Zentrierabschnitt ausdehnen, so dass sich sukzessive eine Presspassung zwischen dem Zentrierabschnitt und der wenigstens einen Zentriernut ausbildet.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Zentrierabschnitt durch wenigstens eine Zentrierwange ausgebildet ist, die vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zum Kontaktbereich beziehungsweise im Wesentlichen senkrecht zur Klemmrichtung des Klemmabschnitts angeordnet ist. Unter (Zentrier-)Wange ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine wangenförmig an einer Schmalseite des Stromkontaktelements angeordnete senkrechte Stütze zu verstehen.
Für eine besonders starke Zentrierung und/oder Fixierung ist vorteilhaft, wenn der Zentrierabschnitt durch zwei sich gegenüberliegende Zentrierwangen ausgebildet ist. Dementsprechend kann die Leiterplatte mit zwei Zentriernuten versehen sein, die geometrisch an die Zentrierwangen angepasst sind.
Es hat sich für einen möglichst festen Halt des Zentrierabschnitts in der wenigstens einen Zentriernut als vorteilhaft erwiesen, wenn der Zentrierabschnitt eine Verprägung, wie eine Art Haken, Ausbuchtung oder dergleichen, aufweist. Diese Verprägung kann sich von dem Zentrierabschnitt lateral weg erstrecken. Insbesondere kann sich die Verprägung von dem Zentrierabschnitt in eine Richtung weg erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zum Kontaktbereich gerichtet ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Leiterplatte mit wenigstens einem leitfähigen Kontaktfeld, zum Beispiel einem Lötpad, und wenigstens einem oberflächenmontierbaren Stromkontaktelement, nach einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Erfindungsgemäß ist die Leiterplatte in ihrem Vormontagezustand und/oder Montagezustand zwischen einen Klemmabschnitt des Stromkontaktelements geklemmt und ein Kontaktbereich des Stromkontaktelements liegt auf dem Kontaktfeld auf. Durch das selbständige Einklemmen beziehungsweise Festklemmen der Leiterplatte lässt sich diese relativ zu dem zu verlötenden Stromkontaktelement Fixieren und/oder Zentrieren, so dass ein Reflow-Löten möglich ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Kontaktbereich und dem Kontaktfeld eine Lötverbindung vorgesehen ist. Die Lötverbindung wird vorzugsweise durch Reflow-Löten ausgebildet.
Für ein möglichst zuverlässiges Fixieren und/oder Zentrieren ist es von Vorteil, wenn die Leiterplatte wenigstens eine Zentriernut oder einen Zentrierschlitz aufweist, die insbesondere geometrisch so ausgebildet sind, dass sie mit einem Zentrierabschnitt des Stromkontaktelements zusammenwirken.
Das Kontaktfeld kann sich beispielhaft in Form eines Rechtecks oder in einer anderen Form auf einen bestimmten Bereich der Leiterplatte beschränkt erstrecken oder sich bis zu einem seitlichen Rand der Leiterplatte erstrecken. Vorzugsweise kann sich das Kontaktfeld in (Auf-)Steckrichtung des Stromkontaktelements erstrecken. Insbesondere kann sich das Kontaktfeld bis zwischen die Zentriernuten oder die Zentriernuten hinein erstreckt. Je größer das Kontaktfeld ausgestaltet ist, desto größer ist der wirksame Kontaktbereich zwischen Leiterplatte und Stromkontaktelement, um einen elektrischen Strom möglichst großflächig zu übertragen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Montage eines oberflächenmontierbaren Stromkontaktelements an einer Leiterplatte, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Bereitstellen einer Leiterplatte mit einem elektrisch leitfähigen Kontaktfeld, zum Beispiel einem Lötpad.
– Aufbringen einer Lotpaste auf das Kontaktfeld. Diese kann Blei enthalten oder bleifrei sein, da keine Oberflächenspannung benötigt wird.
– Aufstecken eines oberflächenmontierbaren Stromkontaktelements auf die Leiterplatte unter in Kontakt bringen eines Kontaktbereichs des Stromkontaktelements mit dem Kontaktfeld, wobei ein Dazwischenklemmen der Leiterplatte in einem Klemmabschnitt des Stromkontaktelements bewirkt wird. Das Aufstecken kann beispielsweise lateral, das heißt aus seitlicher Richtung der Leiterplatte erfolgen. Vorteilhafterweise Fixieren sich das Stromkontaktelement und Leiterplatte durch das Dazwischenklemmen selbständig zueinander, so dass keine separate Fixierung notwendig ist.
– Ausbilden einer Lötverbindung zwischen dem Kontaktfeld und dem Stromkontaktelements durch Aufschmelzen der Lotpaste. Vorzugsweise erfolgt das Ausbilden der Lötverbindung durch Reflow-Löten, so dass auch die übrigen Bestückungs-Bauelemente der Leiterplatte in demselben Lötvorgang mit gelötet werden können. Dadurch lässt sich auf technische einfache Weise eine (Voll-)Automatisierung der Montage beziehungsweise Fertigung realisieren.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das aufzusteckende oder aufgesteckte Stromkontaktelement durch einen Zentrierabschnitt des Stromkontaktelements und/oder wenigstens eine Zentriernut der Leiterplatte zentriert wird. Hierfür kann wenigstens eine Zentriernut oder ein Zentrierschlitz in der Leiterplatte vorgesehen oder ausgebildet werden. Diese kann beispielweise durch Fräsen gefertigt werden.
Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft in einem Fahrzeug-Bordnetz, insbesondere einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, einsetzen.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stromkontaktelements in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Stromkontaktelement aus 1,
3 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stromkontaktelements in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Seitenansicht eines Stromkontaktelements in einem dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Seitenansicht eines Stromkontaktelements in einem vierten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Draufsicht auf einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit einem Kontaktfeld (zum Beispiel einem Lötpad) und mit Zentriernuten in einem ersten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Draufsicht auf einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit einem Kontaktfeld (zum Beispiel einem Lötpad) und mit Zentriernuten in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
8 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem Kontaktfeld des ersten Ausführungsbeispiels sowie mit Zentriernuten und auf ein erfindungsgemäßes Stromkontaktelement des ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiels, vor einer (Vor-)Montage,
9 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem Kontaktfeld des ersten Ausführungsbeispiels sowie mit Zentriernuten und auf ein erfindungsgemäßes Stromkontaktelement des ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiels, nach einer (Vor-)Montage,
10 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem Kontaktfeld des zweiten Ausführungsbeispiels sowie mit Zentriernuten und auf ein erfindungsgemäßes Stromkontaktelement des ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiels, vor einer (Vor-)Montage,
11 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem Kontaktfeld des zweiten Ausführungsbeispiels sowie mit Zentriernuten und auf ein erfindungsgemäßes Stromkontaktelement des ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiels, nach einer (Vor-)Montage,
12 eine schematische Seitenansicht eines Teilausschnitts einer erfindungsgemäßen Leitungsplatte des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels und eines erfindungsgemäßen Stromkontaktelements des ersten Ausführungsbeispiels, nach einer (Vor-)Montage,
13 eine schematische Seitenansicht eines Teilausschnitts einer erfindungsgemäßen Leiterplatte des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels und eines erfindungsgemäßen Stromkontaktelements des zweiten Ausführungsbeispiels, nach einer (Vor-)Montage,
14 eine schematische Seitenansicht eines Teilausschnitts einer erfindungsgemäßen Leiterplatte des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels und eines erfindungsgemäßen Stromkontaktelements des dritten Ausführungsbeispiels, nach einer (Vor-)Montage, und
15 eine schematische Seitenansicht eines Teilausschnitts einer erfindungsgemäßen Leiterplatte des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels und eines erfindungsgemäßen Stromkontaktelements des vierten Ausführungsbeispiels, nach einer (Vor-)Montage.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stromkontaktelements 1, das zur Oberflächen-Montage an einer Leiterplatte 2 (siehe 4 bis 8) vorgesehen ist. Das Stromkontaktelement 1 kann als eine Art stromleitendes Verbindungsglied zwischen der Leiterplatte 2 (siehe 4 bis 8) und einem (nicht dargestellten) Stromleiter dienen. Sowohl das Stromkontaktelement 1 als auch die Leiterplatte 2 können beispielsweise in einem elektrischen Fahrzeug-Bordnetz eingesetzt werden.
Aus 1 geht hervor, dass das Stromkontaktelement 1 einen Kontaktbereich 3 mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche 4 aufweist. Die Kontaktfläche 4 dient auch als Lötfläche für eine Lötverbindung, die weiter unten beschrieben wird. Der Kontaktbereich 3 ist an einem Klemmbereich 5 angeordnet, der als eine Art Federklammer beziehungsweise Federspange durch zwei aufeinander zu gespannte Federschenkel 6 und 7 ausgebildet ist. In anderen Worten ist der Klemmbereich 5 federelastisch ausgebildet, was beispielsweise durch geeignetes Biegen der Federschenkel 6 und 7 oder durch ein (nicht dargestelltes) Federelement, wie etwa einer Blattfeder, Schenkelfeder oder dergleichen erreicht werden kann. Die Federschenkel 6 und 7 sind hier im Wesentlichen flach ausgeformt.
In 1 befindet sich die elektrisch leitfähige Kontaktfläche 4 an dem oberen Federschenkel 6. Der Kontaktbereich 3 und der Klemmbereich 5 sind integrale Bestandteile des Stromkontaktelements 1.
An den Klemmbereich 5 mitsamt Kontaktbereich 3 schließt sich in Längsrichtung des Stromkontaktelements 1 eine elektrisch leitfähige Kontaktzunge 8 an, die zum elektrisch leitfähigen in Kontakt bringen mit dem (nicht dargestellten) Stromleiter dient. Auch die Kontaktzunge 8 ist ein integraler Bestandteil des Stromkontaktelements 1.
Zudem ist in 1 erkennbar, dass das Stromkontaktelement 1 einen seitlich daran angeordneten Zentrierabschnitt 9 aufweist. Der Zentrierabschnitt 9 umfasst eine erste Zentrierwange 10, die beispielsweise durch Schweißen oder ein anderes geeignetes Fügeverfahren an dem Stromkontaktelement 1 angebracht ist.
In 2, die eine Draufsicht auf das Stromkontaktelement 1 aus 1 zeigt, ist zu erkennen, dass das Stromkontaktelement 1 beziehungsweise dessen Zentrierabschnitt 9 auch eine zweite Zentrierwange 11 aufweist, die ebenfalls durch Schweißen oder ein anderes geeignetes Fügeverfahren an dem Stromkontaktelement 1 angebracht ist. Die beiden Zentrierwangen 10 und 11 sind senkrecht zu der Klemmrichtung beziehungsweise Vorspannrichtung des Klemmabschnitts 5 angeordnet sind.
Das Stromkontaktelement 1 ist als Biege-/Stanzteil aus einem elektrisch leitfähigen, gegebenenfalls blechförmigen Material, wie beispielsweise einer Kupferlegierung gefertigt.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Stromkontaktelements 1, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die geometrische Form der Federschenkel 6 und 7 des Klemmbereichs 5 unterscheidet. Es ist erkennbar, dass die Federschenkel 6 und 7 jeweils abschnittsweise konkav und abschnittsweise konvex gekrümmt sind. Ausgehend von der Kontaktzunge 8 auf der linken Seite der 3 weist das Stromkontaktelement 1 zunächst einen sich an die Kontaktzunge 8 anschließenden konvex gekrümmten Abschnitt 12 auf, der in einen sich anschließenden, konkav gekrümmten Abschnitt 13 übergeht. Die Federschenkel 6 und 7 sind zueinander gegensinnig ausgeformt.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Stromkontaktelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hier ist abweichend von den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 3 nur der (hier untere) Federschenkel 7, der mit einer Unterseite der Leiterplatte 2 in Kontakt gebracht werden kann, konvex gekrümmt ausgebildet. Dagegen ist der (hier obere) Federschenkel 6, der den Kontaktbereich 3 mit der Kontaktfläche 4 aufweist, gerade beziehungsweise flach ausgeformt.
In 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Stromkontaktelements 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass hier ebenfalls nur der (hier untere) Federschenkel 7, der mit einer Unterseite der Leiterplatte 2 in Kontakt gebracht werden kann, gestuft ausgeformt ist. Das heißt, dass der Federschenkel 7 einen gestuft ausgeformten Querschnitt aufweist. Dagegen ist der Federschenkel 6, der den Kontaktbereich 3 mit der Kontaktfläche 4 umfasst, gerade beziehungsweise flach ausgeformt.
In 6 ist die Leiterplatte 2 beziehungsweise ein Teilausschnitt davon in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Leiterplatte 2 ein elektrisch leitfähiges Kontaktfeld 14 aufweist, das über (nicht dargestellte) Leiterbahnen mit (ebenfalls nicht dargestellten) elektronischen SMD-Bauelementen der Leiterplatte 2 elektrisch verbunden ist. Das Kontaktfeld 14 ist aus einem vergleichsweise gut elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen gefertigt. Das Kontaktfeld 14 ist dazu bestimmt, mit dem Kontaktbereich 3 beziehungsweise der Kontaktfläche 4 des Stromkontaktelements 1 durch deren Auflage auf dem Kontaktfeld 14 in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht zu werden. Das Kontaktfeld 14 dient gleichzeitig als so genanntes Lötpad beziehungsweise als Lötfläche, um den Kontaktbereich 3 beziehungsweise die Kontaktfläche 4 mit dem Kontaktfeld 14 durch Löten miteinander zu verbinden, wie dies weiter unten noch erläutert wird.
Aus 6 geht auch hervor, dass die Leiterplatte 2 in geometrischer Ausrichtung zu dem Kontaktfeld 14 zwei voneinander beabstandete, schlitzförmige Zentriernuten 15 und 16 aufweist, deren Zusammenwirken mit dem Zentrierabschnitt 9 des Stromkontaktelements 1 im Folgenden beschrieben wird. Die Zentriernuten 15 und 16 sind mittels Fräsen, Laserschneiden oder dergleichen in die Leiterplatte 2 eingebracht.
7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Leiterplatte 2, die sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die geometrische Formgebung des Kontaktfelds 14 unterscheidet. Es ist erkennbar, dass sich das Kontaktfeld 14 in Form eines Rechtecks bis zwischen die Zentriernuten 15 und 16 hinein erstreckt. Dies bietet gegenüber dem in 6 dargestellten Kontaktfeld 14 den Vorteil, dass der zwischen dem Kontaktbereich 3 des Stromkontaktelements 1 und dem Kontaktfeld 14 wirksame Kontaktbereich vergleichsweise größer ausgestaltet ist, um so einen elektrischen Strom möglichst großflächig zu übertragen.
In 8, die das Stromkontaktelement 1 des ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiels und die Leiterplatte 2 des ersten Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht (zeitlich) vor einer (vor-)Montage zeigt, ist erkennbar, dass der Zentrierabschnitt 9 des Stromkontaktelements 1 und die Zentriernuten 15 und 16 der Leiterplatte 2 geometrisch aufeinander abgestimmt sind. Insbesondere sind der Zentrierabschnitt 9 und die Zentriernuten 15 und 16 so angeordnet und Bemessen, dass der Zentrierabschnitt 9 in die Zentriernuten 15 und 16 einsteckbar ist. Zudem ist eine Länge L der schlitzförmigen Zentriernuten 15 und 16 so bemessen, dass das bis zum Anschlag aufgesteckte Stromkontaktelement 1 mit seinem Kontaktbereich 3 beziehungsweise seiner Kontaktfläche 4 auf den Kontaktfeld 14 aufliegen kann. In 8 ist außerdem die Aufsteckrichtung R des Stromkontaktelements 1 eingezeichnet, das lateral, das heißt aus seitlicher Richtung auf die Leiterplatte 2 aufgesteckt wird.
9 zeigt die Anordnung aus 8 im nun (vor-)montierten, das heißt aufgesteckten Zustand. Es ist erkennbar, dass die erste Zentrierwange 10 und die zweite Zentrierwange 11 des Stromkontaktelements 1 in die jeweils zugeordnete Zentriernut 15 und 16 der Leiterplatte 2 eingesteckt ist. Die Zentrierwangen 10 und 11 sind hier jeweils zusätzlich mit einer optionalen Verprägung 17 beziehungsweise 18 versehen, die seitlich nach außen vorsteht und die hier nur schematisch eingezeichnet ist.
10 zeigt das Stromkontaktelement 1 des ersten, zweiten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiels und die Leiterplatte 2 des nun zweiten Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht (zeitlich) vor einer (vor-)Montage. Der wesentliche Unterschied zu der in 8 gezeigten Anordnung besteht darin, dass sich das Kontaktfeld 14 der Leiterplatte 2 bis zwischen die beiden Zentriernuten 15 und 16 hinein erstreckt und somit vergleichsweise größer ist.
11 zeigt die Anordnung aus 10 im nun (vor-)montierten, das heißt aufgesteckten Zustand. Es ist erkennbar, dass die erste Zentrierwange 10 und die zweite Zentrierwange 11 des Stromkontaktelements 1 in die jeweils zugeordnete Zentriernut 15 und 16 der Leiterplatte 2 eingesteckt ist.
Die 12 bis 15 zeigen jeweils in einer schematischen Seitensicht das auf die Leiterplatte 2 aufgesteckte, das heißt (vor-)montierte Stromkontaktelement 1 gemäß den vier Ausführungsbeispielen der 1, 3, 4 und 5. Es ist in den 12 bis 15 jeweils erkennbar, dass insbesondere durch die funktionale sowie geometrische Ausgestaltung des Klemmbereichs 5 des Stromkontaktelements 1 die Leiterplatte 2 zwischen dessen Federschenkeln 6 und 7 eingeklemmt beziehungsweise festgeklemmt ist. Auf diese Weise lassen sich das Stromkontaktelement 1 und die Leiterplatte 2 relativ zueinander fixieren.
Anhand von 9, die die (vor-)montierte Anordnung aus 6 in einer (teilweise freigeschnittenen) Seitenansicht zeigt, soll im Folgenden das Verfahren zur Montage des Stromkontaktelements 1 an der Leiterplatte 2 erläutert werden.
Zunächst wird die Leiterplatte 2 mit dem leitfähigen Kontaktfeld 14 bereitgestellt. Danach wird eine (nicht dargestellte) Lotpaste auf das Kontaktfeld 14 aufgebracht und das Stromkontaktelement 1 in der Aufsteckrichtung R (siehe 8) auf die Leiterplatte 2 aufgesteckt, wobei der Kontaktbereich 3 beziehungsweise die Kontaktfläche 4 des Stromkontaktelements 1 mit dem Kontaktfeld 14 in elektrisch leitfähigen Kontakt gebracht wird.
Besonders gut ist in den 12 bis 15 erkennbar, dass durch die Ausgestaltung des Klemmbereichs 5 des Stromkontaktelements 1 die Leiterplatte 2 zwischen dessen Federschenkeln 6 und 7 eingeklemmt beziehungsweise festgeklemmt wird. Dadurch wird die Leiterplatte 2 relativ zu dem Stromkontaktelement 1 fixiert und durch die Klemmkraft des Klemmbereichs 5 auch zumindest ansatzweise zentriert. Zudem ist der Zentrierabschnitt 9 mit seinen beiden Zentrierwangen 10 und 11 in die Zentriernuten 15 und 16 eingesteckt, wodurch eine verdrehsichere Zentrierung erfolgt. Somit sind das Stromkontaktelement 1 und die Leiterplatte 2 passend zueinander ausgerichtet und werden in dieser fixierten und zentrierten Ausrichtung gehalten.
Danach folgt ein Ausbilden einer Lötverbindung 18 zwischen dem Kontaktfeld 14 und dem Stromkontaktelement 1 durch einen Wärmeeintrag und Aufschmelzen der Lotpaste. In diesem Ausführungsbeispiel ist für das Ausbilden der Lötverbindung 18 ein Reflow-Löten vorgesehen. Aufgrund des durch das Löten bedingten Wärmeeintrags dehnt sich das aus einem Metallwerkstoff gefertigte Stromkontaktelement 1 aus, so dass sich der Zentrierabschnitt 9 in den Zentriernuten 15 und 16 ausdehnt und eine Presspassung entsteht. Vorteilhafterweise wird ein Aufschwimmen des Stromkontaktelements 1 auf der aufgeschmolzenen Lotpaste durch das Festklemmen der Leiterplatte 2 durch den Klemmbereich 5 sowie zusätzlich auch durch die Presspassung in den Zentriernuten 15 und 16 zuverlässig vermieden. Auf die Kontaktzunge 8 des mit der Leiterplatte 2 verlöteten Stromkontaktelements 1 kann dann ein geeigneter Stromleiter, wie beispielsweise eine Flachsteckhülse aufgesteckt und mit der Kontaktzunge 8 verlötet werden. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit geschaffen, auch vergleichsweise hohe elektrische Ströme von der Leiterplatte 2, über das Stromkontaktelement 1 und den Stromleiter an ein Fahrzeug-Bordnetz auszuleiten.
Ausgehend von den dargestellten Ausführungsbeispielen können das erfindungsgemäße Stromkontaktelement 1, die Leiterplatte 2 und das Verfahren zur Montage derselben in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden.
Beispielweise ist denkbar, dass die Federschenkel 6 und 7 eine andere geometrische Form als die in den gezeigten geometrischen Formen aufweisen. Zudem ist es möglich, dass die Zentrierwangen 10 und 11 keine Verprägung 17 und 18 umfassen. Auch ist denkbar, dass das Kontaktfeld 14 nicht als im Wesentlichen rechteckiges Feld, sondern rund, oval ausgeformt ist oder eine andere geometrische Form aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Stromkontaktelement
2: Leiterplatte
3: Kontaktbereich
4: Kontaktfläche
5: Klemmbereich
6: Federschenkel
7: Federschenkel
8: Kontaktzunge
9: Zentrierabschnitt
10: erste Zentrierwange
11: zweite Zentrierwange
12: konvex gekrümmter Abschnitt
13: konkav gekrümmter Abschnitt
14: Kontaktfeld
15: Zentriernut
16: Zentriernut
17: Verprägung
18: Verprägung
19: Lötverbindung
L: Länge
R: Aufsteckrichtung

Claims

Oberflächenmontierbares Stromkontaktelement (1) zur Montage an einer Leiterplatte (2), mit einem Kontaktbereich (3) zur leitfähigen Auflage auf der Leiterplatte (2) und mit einer Kontaktzunge (8) zum leitfähigen Verbinden des Stromkontaktelements (1) mit einem Stromleiter, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (3) an einem Klemmabschnitt (5) angeordnet ist, der für ein Zwischenklemmen der Leiterplatte (2) ausgebildet ist.
Stromkontaktelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmabschnitt (5) als Federklammer ausgebildet ist.
Stromkontaktelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmabschnitt (5) zwei aufeinander zu gespannte Federschenkel (6, 7) aufweist, zwischen die die Leiterplatte (2) klemmbar ist.
Stromkontaktelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Federschenkel (6, 7) in Bezug auf die Leiterplatte (2) zumindest abschnittsweise konkav und/oder zumindest abschnittsweise konvex gekrümmt ist.
Stromkontaktelement (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Federschenkel (6, 7) einen im Wesentlichen S-förmig gekrümmten Querschnitt aufweist.
Stromkontaktelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrierabschnitt (9) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, mit einer Zentriernut (15, 16) der Leiterplatte (2) zusammenzuwirken.
Stromkontaktelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (9) durch wenigstens eine Zentrierwange (10, 11) ausgebildet ist, die senkrecht zum Kontaktbereich (3) angeordnet ist.
Stromkontaktelement (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (9) durch zwei sich gegenüberliegende Zentrierwangen (10, 11) ausgebildet ist.
Stromkontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (9) eine Verprägung (17, 18) aufweist.
Leiterplatte (2), mit wenigstens einem leitfähigen Kontaktfeld (14) und wenigstens einem oberflächenmontierbaren Stromkontaktelement (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) in ihrem Vormontagezustand und/oder Montagezustand zwischen einen Klemmabschnitt (5) des Stromkontaktelements (1) geklemmt ist und ein Kontaktbereich (3) des Stromkontaktelements (1) auf dem Kontaktfeld (14) aufliegt.
Leiterplatte (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kontaktbereich (3) und dem Kontaktfeld (14) eine Lötverbindung (19) vorgesehen ist.
Leiterplatte (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) wenigstens eine Zentriernut (15, 16) aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie mit einem Zentrierabschnitt (9) des Stromkontaktelements (1) zusammenwirkt.
Verfahren zur Montage eines oberflächenmontierbaren Stromkontaktelements (1) an einer Leiterplatte (2), aufweisend: – Bereitstellen einer Leiterplatte (2) mit einem leitfähigen Kontaktfeld (14), – Aufbringen einer Lotpaste auf das Kontaktfeld (14), – Aufstecken eines oberflächenmontierbaren Stromkontaktelements (1) auf die Leiterplatte (2) unter in Kontakt bringen eines Kontaktbereichs (3) des Stromkontaktelements (1) mit dem Kontaktfeld (14), wobei ein Zwischenklemmen der Leiterplatte (2) in einem Klemmabschnitt (5) des Stromkontaktelements (1) bewirkt wird, – Ausbilden einer Lötverbindung (19) zwischen dem Kontaktfeld (14) und dem Stromkontaktelement (1) durch Aufschmelzen der Lotpaste.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzusteckende oder aufgesteckte Stromkontaktelement (1) durch einen Zentrierabschnitt (9) des Stromkontaktelements (1) und/oder durch wenigstens eine Zentriernut (15, 16) der Leiterplatte (2) zentriert wird.