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Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, einen Leiterplattenverbund und ein Verfahren zum Verbinden zweier Leiterplatten zu einem entsprechenden Leiterplattenverbund. Ein Leiterplattenverbund ist beispielsweise aus der
US 5,110,298 A bekannt. Weitere Leiterplattenverbünde sind bekannt aus der
US 6,304,082 B1 , der
DE 10 2007046 493 A1 und der
DE 20 2006 020 076 U1 .
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Aus der industriellen Praxis der Aufbau- und Verbindungstechnologie sind unter dem Begriff „Einpresstechnik“ oder engl. „Pressfit Technology“ Einpresskontakte oder Einpresselemente bekannt, die dazu geeignet sind, elektrische Verbindungen zwischen Leiterplatten oder Substraten herzustellen. Dabei weisen die Steckerverbindungen Stifte auf, die in korrespondierende Bohrungen der Leiterplatten eingeführt werden können. Die Stifte verformen sich mit dem Einschieben in Metallhülsen der Bohrungen plastisch, so dass die beiden Leiterplatten mechanisch fest mit der Steckerverbindung verbunden sind. Die Stecker können auf einer der beiden Leiterplatten ausgebildet sein.
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Solche Verbindung zwischen Leiterplatten weisen mehrere Nachteile auf. Insbesondere sind lediglich Systeme bekannt, bei denen Leiterplatten in einem fixen Winkel wie beispielsweise 90° oder 180° zueinander ausgerichtet werden. Es ist nicht mögliche beide Leiterplatten in unterschiedlichen Verbindungswinkeln zueinander miteinander zu verbinden. Ferner ist eine zusätzliche externe Steckerverbindung aufwendig in der Herstellung und damit teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die oben genannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll eine Leiterplatte, Leiterplattenverbund oder ein Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenverbundes bereitgestellt werden, dass es ermöglicht eine zuverlässige Verbindung zwischen zwei Leiterplatten zu gewährleisten, eine gute und klar definierte elektrische und thermische Verbindung zwischen den Leiterbahnen der beiden Leiterplatten bereitzustellen, eine hohe flexible Anwendbarkeit der Leiterplatten zu gewährleisten und kostengünstig in der Herstellung zu bleiben.
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Erfindungsgemäß wird die beschriebene Aufgabe durch eine Leiterplatte nach Anspruch 1 oder einen Leiterplattenverbund nach Anspruch 2 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Leiterplatte weist eine Oberseite und eine Unterseite, die sich entlang einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte erstrecken, und eine Seitenwand auf, die sich umlaufend zwischen der Oberseite und der Unterseite erstreckt. Die Seitenwand weist ein erstes Eingriffsmittel auf, das mit einem korrespondierenden zweiten Eingriffsmittel einer weiteren Leiterplatte in zumindest zwei verschiedenen Verbindungsstellungen, in denen die Haupterstreckungsebene der beiden Leiterplatten jeweils einen unterschiedlichen Verbindungswinkel zueinander aufweisen, in Eingriff bringbar ist. Durch das Ineinandergreifen der ersten und zweiten Eingriffsmittel ist eine elektrische Verbindung zwischen Leiterbahnen der Leiterplatte und Leiterbahnen der weiteren Leiterplatte und eine mechanische Verbindung zwischen den Leiterplatten herstellbar. Die Außenkontur des ersten Eingriffsmittels ist zum Bereitstellen von zumindest zwei, insbesondere in Einpressrichtung benachbarter, unterschiedlichen Einpresszonen ausgebildet, wobei die Einpresszonen zum Bereitstellen unterschiedlicher Druckverläufe beim Einpressvorgang eingerichtet sind. Dies führt vorteilhaft zu einer gasdichten und formschlüssigen elektrischen und thermischen Verbindung.
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Eine erfindungsgemäße Leiterplatte wird bevorzugt genutzt um einen Leiterplattenverbund herzustellen. Die erfindungsgemäße Leiterplatte kann insbesondere zum einmaligen Zusammenfügen vorgesehen sein. Die weitere Leiterplatte des Leiterplattenverbundes erfüllt bevorzugt ebenfalls die Merkmale der erfindungsgemäßen Leiterplatte. Ein solcher Leiterplattenverbund kann ein Leiterplattenverbund nach Anspruch 2 sein.
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Die erfindungsgemäße Leiterplatte bietet den Vorteil, mit weiteren Leiterplatten in verschiedenen Verbindungswinkeln in Eingriff gebracht werden zu können. Dies ermöglicht es, Leiterplattenverbunde für verschiedene Anwendungsfälle einfach und flexibel herstellen zu können. Gleichzeitig werden die Fertigungskosten gering gehalten, da eine flexible und modulare Nutzung möglich wird und die Eingriffsmittel dennoch einfach herstellbar sind.
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Zumindest ein Eingriffsmittel oder ein Teil der Eingriffsmittel können einstückig ausgeführt sein.
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Bevorzugt sind alle Eingriffsmittel jeweils einstückig mit den Leiterplatten ausgeführt.
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Die Eingriffsmittel können dabei aus der Platte herausgefräst sein oder anderweitig herausgearbeitet sein oder aus dieser hervorstehen. Zum Beispiel kann die Leiterplatte eine Grundplatte aufweisen, die aus einem Isoliermaterial besteht, in das Leiterbahnen eingebracht sind. Die Leiterbahnen der Leiterplatte können als Stiftfortsätze aus der Leiterplatte herausragen. Dazu können die Leiterbahnen zu den Kontaktstellen geführt sein. Alternativ können z.B. Nutenvorsprünge und Bohrungen und/oder Langlöcher in die Grundplatte der Leiterplatte hineingefräst oder gebohrt sein. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den zwei Leiterplatten können zumindest an den Verbindungsstellen zwischen den beiden Leiterplatten leitende Materialien vorgesehen sein. So können z.B. metallisierte Stellen vorgesehen sein, die Verbindungsstellen, insbesondere Pole der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten bilden können. Die einzelnen Verbindungsstellen der elektrischen Verbindung können entsprechend voneinander beabstandet sein. Zwischen den Verbindungsstellen kann entsprechend das Isoliermaterial der Leiterplatten vorgesehen sein.
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Das erste Eingriffsmittel kann in einem Zustand, in dem das erste ein Eingriffsmittel mit dem zweiten Eingriffsmittel der weiteren Leiterplatte in Eingriff steht, gegenüber einem Vorzustand plastisch verformt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Eingriffsmittel der weiteren Leiterplatte in dem Zustand plastisch verformt sein.
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Die Leiterplatte kann zwei, drei oder vier Eingriffsmittel aufweisen. Die Leiterplatte kann beispielsweise mehrere, insbesondere gleichförmig ausgebildete, Eingriffsmittel an einer Seite aufweisen. Die Leiterplatte kann ferner an unterschiedlichen Seiten jeweils zumindest ein Eingriffsmittel aufweisen.
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Das erste Eingriffsmittel, das mit einem zweiten Eingriffsmittel in Eingriff steht, kann eine gasdichte Verbindung mit dem zweiten Eingriffsmittel bilden.
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Das erste Eingriffsmittel kann in einem Verbindungsabschnitt der Seitenwand der Leiterplatte ausgebildet sein. Der Verbindungsabschnitt kann bei einem Ineinandergreifen des ersten Eingriffsmittels mit dem korrespondierenden zweiten Eingriffsmittel der weiteren Leiterplatte an einen korrespondierenden Verbindungsabschnitt der weiteren Leiterplatte angrenzen. Bevorzugt steht der Verbindungsabschnitt der ersten Leiterplatte in direktem Kontakt mit dem Verbindungsabschnitt der zweiten Leiterplatte, wenn die beiden Leiterplatten mittels der Eingriffsmittel miteinander verbunden sind.
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Die Leiterplatte kann mehrere Eingriffsmittel aufweisen, wobei sämtliche Eingriffsmittel der Leiterplatte eine gleiche Form haben.
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Alternativ kann zumindest ein Eingriffsmittel der Leiterplatte eine andere Form als die übrigen Eingriffsmittel der Leiterplatte haben. Zum Beispiel kann die Hälfte der Eingriffsmittel der Leiterplatte eine andere Form, als die übrigen Eingriffsmittel der Leiterplatte haben. In einer weiteren Ausführungsform haben sämtliche Eingriffsmittel der Leiterplatte jeweils eine unterschiedliche Form.
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Das erste Eingriffsmittel kann aus Aussparungen und/oder Vorsprüngen in der /aus der Seitenwand bestehen. Die Aussparungen und/oder Vorsprünge erstrecken sich bevorzugt parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Leiterplatte.
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Das erste Eingriffsmittel kann ein Negativ des korrespondierenden zweiten Eingriffsmittels sein, mit dem es in Eingriff bringbar ist.
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Die Leiterplatte und die weitere Leiterplatte können mittels des Ineingriffbringens des ersten und zweiten Eingriffsmittels in einem beliebigen Verbindungswinkel zueinander miteinander verbindbar sein. Alternativ können die Leiterplatte und die weitere Leiterplatte durch das Ineingriffbringen der Eingriffsmittel in einem beliebigen Verbindungswinkel zwischen 90° und 270° miteinander verbindbar sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Leiterplatte und die weitere Leiterplatte durch das Ineingriffbringen der Eingriffsmittel in mehreren diskreten Verbindungswinkeln zueinander miteinander verbindbar sein. Bevorzugt umfassen diese diskreten Verbindungswinkel die Winkel 45°, 90°, 180° und/oder 270°.
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Die Vorsprünge und/oder Aussparungen des ersten Eingriffsmittels können sich entlang einer Erstreckungsachse erstrecken. Die Erstreckungsachse ist bevorzugt orthogonal zu einer Längserstreckungsrichtung der Seitenwand in einem das Eingriffsmittel aufweisenden Verbindungsabschnitt und verläuft bevorzugt parallel zu der Haupterstreckungsebene der Leiterplatte.
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Die Erstreckungsachse eines Vorsprungs und/oder einer Aussparung eines korrespondierenden zweiten Eingriffsmittels, das mit dem ersten Eingriffsmittel in Eingriff gebracht wird, kann in verschiedenen Winkeln zu den Erstreckungsachsen der Vorsprünge des ersten Eingriffsmittels anordnenbar sein.
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Das erste und das zweite Eingriffsmittel können mittels einer Presspassung miteinander verbindbar sein.
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Jeder Vorsprung und/oder jede Aussparung des ersten Eingriffsmittels kann eine Verbindungsstelle, insbesondere einen Pol, der elektrischen Verbindung zwischen den Leiterbahnen der Leiterplatten bilden. Alternativ kann /können zumindest ein, zwei oder drei Vorsprünge und/oder Aussparungen Verbindungsstellen, insbesondere Pole, der elektrischen Verbindung bilden.
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Ein erfindungsgemäßer Leiterplattenverbund umfasst eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte mit jeweils einer Oberseite und einer Unterseite, die sich entlang der Haupterstreckungsebene der jeweiligen Leiterplatte erstrecken, und mit einer Seitenwand, die sich umlaufend zwischen der Oberseite und Unterseite erstreckt. Die erste Leiterplatte weist ferner ein erstes Eingriffsmittel an der Seitenwand der ersten Leiterplatte und die zweite Leiterplatte ein zu dem ersten Eingriffsmittel korrespondierendes zweites Eingriffsmittel an einer Seitenwand der zweiten Leiterplatte auf. Durch ein Ineingriffbringen der ersten und zweiten Eingriffsmittel ist eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten und eine elektrische Verbindung mit einem definierten elektrischen Widerstand zwischen den Leiterbahnen der ersten Leiterplatte und den Leiterbahnen der zweiten Leiterplatte herstellbar. Die Leiterplatten sind zumindest in zwei unterschiedlichen Verbindungsstellungen mit unterschiedlichen Verbindungswinkeln durch die Eingriffsmittel miteinander verbindbar. Durch die Eingriffsmittel sind zumindest zwei, insbesondere in Einpressrichtung benachbarte, unterschiedliche Einpresszonen bereitgestellt, wobei die Einpresszonen zum Bereitstellen unterschiedlicher Druckverläufe beim Einpressvorgang eingerichtet sind.
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Ein solcher Leiterplattenverbund kann bspw. aus zwei Leiterplatten wie vorhergehend beschrieben bestehen. Dabei entspricht der vorher verwendete Begriff der Leiterplatte der ersten Leiterplatte und der zuvor verwendete Begriff der weiteren Leiterplatte der zweiten Leiterplatte. Ein Leiterplattenverbund kann auch aus 3,4 oder mehr Leiterplatten gebildet sein.
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Die ersten und/oder zweiten Eingriffsmittel können in einem Zustand, in dem die Eingriffsmittel der Leiterplatten miteinander in Eingriff stehen, gegenüber einem Vorzustand plastisch verformt sein.
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Die Leiterplatten können zwei, drei oder vier Eingriffsmittel aufweisen.
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Die Eingriffsmittel, die miteinander in Eingriff stehen, können eine gasdichte Verbindung miteinander bilden.
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Das erste Eingriffsmittel kann jeweils in einem Verbindungsabschnitt der Seitenwand der ersten Leiterplatte ausgebildet sein, der bei einem Ineinandergreifen des ersten Eingriffsmittels mit einem korrespondierenden zweiten Eingriffsmittels der zweiten Leiterplatte an einen korrespondierenden Verbindungsabschnitt der zweiten Leiterplatte angrenzt.
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Die Leiterplatten oder zumindest eine Leiterplatte kann/können jeweils mehrere Eingriffsmittel aufweisen, wobei sämtliche Eingriffsmittel der/einer Leiterplatte eine gleiche Form haben. Alternativ kann zumindest ein Eingriffsmittel einer Leiterplatte eine andere Form haben als die übrigen Eingriffsmittel der Leiterplatte. Beispielsweise kann die Hälfte der Eingriffsmittel einer Leiterplatte eine andere Form haben, als die übrigen Eingriffsmittel der Leiterplatte. In einer anderen Ausführungsform können sämtliche Eingriffsmittel einer Leiterplatte jeweils eine unterschiedliche Form aufweisen.
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Die Eingriffsmittel können aus Aussparungen in der Seitenwand oder Vorsprüngen aus der Seitenwand bestehen. Die Vorsprünge und/oder Aussparungen erstrecken sich bevorzugt parallel zur Haupterstreckungsrichtung der jeweiligen Leiterplatte.
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Das erste Eingriffsmittel kann ein Negativ des korrespondierenden zweiten Eingriffsmittels sein, mit dem es in Eingriff bringbar ist.
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Die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte können mittels des Ineingriffbringens des ersten und zweiten Eingriffsmittels in einem beliebigen Verbindungswinkel zueinander miteinander verbindbar sein. Alternativ können die erste und die zweite Leiterplatte durch das Ineingriffbringen der Eingriffsmittel in einem beliebigen Verbindungswinkel zwischen 20° und 340° miteinander verbindbar sein. In einer weiteren Ausführungsform können die erste und die zweite Leiterplatte durch das Ineingriffbringen der Eingriffsmittel in mehreren diskreten Verbindungswinkeln zueinander miteinander verbindbar sein. Bevorzugt umfassen diese diskreten Verbindungswinkel die Winkel 45°, 90°, 180° und/oder 270°.
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Die Vorsprünge und/oder Aussparungen eines Eingriffsmittels können sich entlang einer Erstreckungsachse erstrecken, die bevorzugt orthogonal zu einer Längserstreckungsrichtung der Seitenwand in einem das Eingriffsmittel aufweisenden Verbindungsabschnitt und parallel zur Haupterstreckungsebene der Leiterplatte verläuft.
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Die Erstreckungsachse eines Vorsprungs und/oder einer Aussparung eines zweiten korrespondierenden Eingriffsmittels, das mit einem ersten Eingriffsmittel in Eingriff gebracht wird, kann in verschiedenen Winkeln zu den Erstreckungsachsen der ersten Vorsprünge anordnenbar sein.
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Zwei miteinander in Eingriff gebrachte Eingriffsmittel können mittels einer Presspassung miteinander verbunden sein.
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Jeder Vorsprung und/oder jede Aussparung eines Eingriffsmittels kann eine Verbindungsstelle, insbesondere einen Pol, der elektrischen Verbindung bilden. Alternativ kann/ können zumindest ein, zwei oder drei Vorsprünge und/oder Aussparungen Verbindungsstellen, Pole der elektrischen Verbindung bilden.
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Weiterhin werden die Aufgaben, die sich aus der vorbekannten Technik ergeben durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
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Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wird jeweils ein Eingriffsmittel jeder der beiden Leiterplatten mit einem Eingriffsmittel der anderen Leiterplatte in Eingriff gebracht. Zumindest eines der in Eingriff gebrachten Eingriffsmittel wird dabei plastisch verformt.
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Mit dem Verfahren können Leiterplatten wie oben beschrieben miteinander verbunden werden. Es können Leiterplattenverbunde wie oben beschrieben hergestellt werden.
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Es kann entweder lediglich ein Eingriffsmittel von zwei miteinander in Eingriff gebrachten Eingriffsmitteln plastisch verformt werden oder beide Eingriffsmittel. Ferner ist es möglich, die plastische Verformung während des Ineinanderschiebens der Eingriffsmittel durchzuführen. In diesem Fall muss der Verbindungswinkel zwischen den Leiterplatten festgelegt werden, bevor die Eingriffsmittel ineinandergeschoben werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Leiterplatten ohne plastische Verformung ineinandergeschoben werden. Anschließend können zumindest Teile der Vorsprünge der Eingriffsmittel oder eines Eingriffsmittels mit einem Werkzeug plastisch verformt werden.
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In jedem Fall kann die Verbindung mehrere Leiterplatten zu einem Leiterplattenverbund durch eine direkte Verpressung der Leiterplatten ohne Einsatz eines zusätzlichen Verbindungselements wie z.B. einem Stecker erfolgen. Entsprechend stehen die Eingriffsmittel der miteinander verbundenen Leiterplatten in direktem Kontakt miteinander. Die Eingriffsmittel können in Form von Zapfen und Nuten ausgeführt sein. Die Zapfen und Nuten können durch Zusammenpressen mechanisch miteinander verbunden sein.
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In einer alternativen Ausführungsform weist eine der Leiterplatten Bohrungen und/oder Langlöcher zur Aufnahme von korrespondierenden Stiften einer weiteren Leiterplatte auf. Die Stifte bzw. Bohrungen bilden entsprechend die Eingriffsmittel der Leiterplatten. Die Formgebung der Stifte kann zur Verbesserung der Kontaktkraft mit einer leichten Wellenform versehen sein. Durch das Vorsehen von Wellen oder Lamellen in der Bohrung oder an dem Stift kann eine mechanische Spannung zwischen dem Stift und der Bohrung hervorgerufen werden. Dies verbessert den mechanischen Halt und sorgt für einen konstanten und definierten elektrischen Widerstand.
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Die Bohrungen können eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und durch ihre Formgebung einen sicheren Halt der Stifte in den Bohrungen gewährleisten.
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Durch eine Metallisierung der Verbindungsstellen der Leiterplatten kann die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung sichergestellt werden. Über eine solche Verbindung kann auch Wärme geleitet werden. So können z.B. Wärmeverluste aus den elektrischen Bauteilen über die Verbindung zwischen zwei Leiterplatten abgeleitet werden. Das Leitermaterial und das Material zur Metallisierung der Verbindungsstellen kann Kupfer sein. Das um die oder zwischen den Leiterbahnen angeordnete Isolationsmaterial der Leiterplatten kann Glasepoxid sein. Bevorzugt bestehen zwei Leiterplatten eines Leiterplattenverbundes aus denselben Materialien. Dadurch kompensieren sich bei Temperaturänderungen thermisch bedingte Änderungen in gleichem Maße.
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Bevorzugt sind zwei Leiterplatten einer Leiterplattenverbindung nicht miteinander verlötet. Die Leiterplatten können allein durch Verpressen ihrer Eingriffsmittel miteinander verbunden sein. Durch das Verpressen kann eine Kaltverschweißung zwischen den Eingriffsmitteln entstehen. Die Kaltverschweißung kann für eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sorgen. Dies bedeutet, dass lediglich minimale Übergangswiderstände im Mikroohmbereich auftreten, welche auch nicht bei Änderungen der Umgebungstemperatur schwanken. Dadurch kann durch die offenbarte Leiterplatte bzw. Leiterplattenverbindung neben Strom auch sehr gut Wärme abgeleitet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass durch die Eingriffsmittel zumindest zwei, insbesondere in Einpressrichtung benachbarte, unterschiedliche Einpresszonen bereitgestellt sind, wobei die Einpresszonen zum Bereitstellen unterschiedlicher Druckverläufe beim Einpressvorgang eingerichtet sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine erste, insbesondere von der Leiterplatte wegweisende, Einpresszone durch einen in Eingriffsrichtung konisch zulaufenden Abschnitt des ersten Eingriffsmittels realisiert ist, welche beim Einpressvorgang einen, insbesondere linearen oder progressiven oder degressiven, Druckanstieg bereitstellt.
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Durch den konisch zulaufenden Abschnitt entsteht eine Druckverstärkung beim Einpressen. Zum Ausgleich des progressiven Druckanstiegs ist die Dehnungbohrung vorgesehen, wodurch ein Federeffekt erzeugt wird. Dieser Federkraftkontakt hat somit einen Feder-Effekt.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine zweite, insbesondere zu der Leiterplatte hinweisende, Einpresszone durch zumindest an einer seitlichen Außenseite des ersten Eingriffsmittels angeordnete ballige Auswölbung realisiert ist, welche einen beim Einpressvorgang gegenüber dem Druckanstieg der ersten Einpresszone kurzfristig erhöhten Druckanstieg bereitstellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das erste Eingriffsmittel auf Höhe der zweiten Einpresszone eine innere Dehnungsbohrung aufweist, welche in Wechselwirkung mit der balligen Auswölbung eine definierte äußere Federkraft erzeugt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsstellen jeweils eine Kupferschicht sowie eine darüber angeordnete Zinn- oder Silberschicht aufweisen.
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Die zusätzliche Schicht dient zum Ausgleich von Mikrounebenheiten und erhöht damit die wirksame Kontaktfläche. Dadurch kann der Übergangswiderstand gesenkt werden. Verzinnte Kontakte haben dadurch nach dem Verpressen einen ähnlichen Übergangswiderstand wie verlötete Kontakte. Darüber hinaus weist Zinn den Vorteil auf, beim Verpressen der Leiterplatten eine Schmierwirkung bereitzustellen.
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Es kann vorgesehen sein, dass über der Zinn- oder Silberschicht eine Nickelsperrschicht aufgebracht ist.
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Dies kann die darunter liegende Zinnschicht bei thermischen Wechseln der Leiterplatte vor der Bildung von Zinnwhiskern schützen.
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Es kann vorgesehen sein, dass über der Nickelsperrschicht eine Silberschicht aufgebracht ist.
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Dies kann gerade für Temperaturbereiche oberhalb von 100 °C die Leitfähigkeit und die thermische Stabilität der Vorrichtung weiter erhöhen. Durch den Mehrschichtaufbau der Verbindungsstellen können die Kontakte dazu eingerichtet sein, neben ihrer Funktion zur Signalübertragung zudem als Hochstromkontakte zu fungieren. Beispielsweise ist es möglich, diese für Ströme von mehr als 10 Ampere zu verwenden.
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Ferner können insbesondere mit Silberoberflächen versehene Kontakte zum Abtransport von Wärmeverlusten dienen.
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Für den Fall, dass die Eingriffsmittel einer Leiterplatte in eine Bohrung eingesteckt werden, kann vorgesehen sein, dass dies in Form einer T-förmigen Verbindung umgesetzt ist, bei der das Eingriffsmittel stiftförmig ist und im Wesentlichen senkrecht in die Bohrung eingesteckt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Kanten des Kontaktstifts in Umfangsrichtung des Kontaktstifts abgerundet sind. Ein Vorteil der abgerundeten Konfiguration besteht darin, dass eine komplette Anbindung der Kontaktfläche in den Radienbereichen erzielt wird. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
- 1a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte;
- 1b zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Leiterplatte;
- 2 zeigt schematische Darstellungen eines Eingriffsmittels einer erfindungsgemäßen Leiterplatte;
- 3a zeigt eine erfindungsgemäßen Leiterplattenverbund in einer ersten Anordnung; und
- 3b zeigt den Leiterplattenverbund aus 3a in einer weiteren möglichen Anordnung;
- 4a zeigt eine Ausführungsform des Eingriffsmittels vor dem Einpressen;
- 4b zeigt die Ausführungsform des Eingriffsmittels gemäß 4a nach dem Einpressen;
- 5a zeigt den Einpressvorgang einer weiteren Ausführungsform des Eingriffsmittels;
- 5b zeigt den Einpressvorgang einer weiteren Ausführungsform des Eingriffsmittels.
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Die 1a und 1b zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Leiterplatte 2. Die Leiterplatten 2 sind jeweils in einer Draufsicht dargestellt, in der die Haupterstreckungsebene der Leiterplatten parallel zur Blattebene verläuft. Entsprechend ist die Oberseite 4 der Leiterplatte 2 sichtbar. Die Leiterplatte 2 weist nicht dargestellte Leiterbahnen auf. Die Verteilung, Anordnung und Geometrie der Leiterbahnen ergibt sich für den Fachmann aus dem jeweiligen Anwendungsfall der Leiterplatte 2. Eine erfindungsgemäße Leiterplatte 2 weist zumindest ein Eingriffsmittel 8 auf, mittels dem es mit einer weiteren Leiterplatte verbindbar ist.
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Die beiden Leiterplatten, die in den 1a und 1b dargestellt sind, weisen jeweils vier Eingriffsmittel 8 auf. Dabei weisen alle vier Eingriffsmittel 8 einer Leiterplatte 2 jeweils die gleiche Form auf. Das heißt, jedes der Eingriffsmittel 8 ist dazu geeignet, mit demselben, korrespondierenden Eingriffsmittel in Eingriff gebracht zu werden. Jedes Eingriffsmittel 8 ist dabei an einem eigenen Verbindungsabschnitt 10a, 10b, 10c oder 10d der Seitenwand 6 ausgebildet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leiterplatten 2 jeweils im Wesentlichen quadratisch. Dabei bildet jeder Verbindungsabschnitt 10a, 10b, 10c und 10d eine Seite der umlaufenden Seitenwand 6 und jeder Verbindungsabschnitt weist ein Eingriffsmittel 8 auf. In alternativen Ausführungsformen sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar. Beispielsweise können Abschnitte der Seitenwand ohne Verbindungsabschnitt und ohne Eingriffsmittel ausgebildet sein. Auch kann ein Verbindungsabschnitt, also hier eine Seite der Leiterplatte 2 mehrere Eingriffsmittel 8 aufweisen. Zum Beispiel ist denkbar, dass die Leiterplatte einen rechteckigen Grundriss aufweist, wobei die Länge doppelt so lang sein kann wie die Breite und entlang der Längsseite zwei Eingriffsmittel nebeneinander angeordnet sind, während entlang der Breitseite nur ein Eingriffsmittel vorgesehen ist.
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Ferner können an einer Leiterplatte 2 auch Eingriffsmittel 8 mit unterschiedlichen Formen vorgesehen werden. So kann sichergestellt werden, dass mehrere Leiterplatten nur in einer gewünschten Weise miteinander verbunden werden können, da eine weitere Leiterplatte aufgrund der nicht korrespondierenden Eingriffsmittel nicht an einer falschen Verbindungsstelle angebracht werden kann. Es ist also zumindest ein Eingriffsmittel einer ersten Leiterplatte derart ausgelegt, dass es mit einem korrespondierenden Eingriffsmittel einer anderen Leiterplatte in Eingriff bringbar ist, das zumindest mit einem anderen Eingriffsmittel der ersten Leiterplatte nicht in Eingriff bringbar ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Eingriffsmittel 8 der 1b korrespondierende Eingriffsmittel 8 zu den Eingriffsmitteln 8 der Leiterplatte 2 aus 1a. Entsprechend können die Leiterplatten 2 in jeder erdenklichen Ausrichtung mechanisch miteinander verbunden werden.
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Die Eingriffsmittel 8 können dazu dienen, eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen der miteinander verbundenen Leiterplatten 2 herzustellen. In einer möglichen Ausführungsform stellt dabei jeweils ein Vorsprung 12 und/oder eine Aussparung 14 eines Eingriffsmittels 8 einen Pol der elektrischen Verbindung dar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann bspw. der Kontakt zwischen den Aussparungen 14 der in 1a dargestellten Leiterplatte 2 mit der in 1b dargestellten Leiterplatte 2 eine elektrische Verbindung bilden, wenn die Eingriffsmittel 8 miteinander in Eingriff gebracht werden. Entsprechend liegt an drei Stellen eine elektrische Verbindung vor, so dass drei elektrische Kontaktstellen, ggf. als drei Pole, gebildet werden.
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Die Vorsprünge 12 weisen bevorzugt ein Übermaß gegenüber den Aussparungen 14 auf. Werden die Eingriffsmittel also ineinander geschoben, verformen sich die Aussparungen 14 und/oder die Vorsprünge 12 plastisch und werden somit mechanisch miteinander verbunden. Ferner entsteht durch die plastische Verformung eine gasdichte Verbindung zwischen den Vorsprüngen 12 und Aussparungen 14. Dadurch lässt sich ein genauer definierter elektrischer Widerstand an dem Übergang zwischen den Leiterplatten sicherstellen.
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Bevorzugt ist der definierte elektrische Widerstand für jeden Verbindungswinkel, in dem die Leiterplatten 2 miteinander verbindbar sind, in etwa gleich groß. Dies kann z.B. dadurch gewährleistet werden, dass die Vorsprünge 12 orthogonal zu ihrer Erstreckungsrichtung EA1, EA2, EA3 einen im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Zusätzlich können die Vorsprünge 12 an ihren Enden abgerundet sein, so dass die Kontaktfläche zwischen den Vorsprüngen und den Vorsprüngen des korrespondierenden Erfassungsmittels winkelunabhängig konstant bleibt.
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Alternativ zu dem Übermaß der Vorsprünge 12 in Bezug auf die Aussparung 14 können die Vorsprünge 12 einer der Leiterplatten 2 einen Überstand in einer Richtung orthogonal zu der Haupterstreckungsebene der zugehörigen Leiterplatte 2 aufweisen. Entsprechend können die Eingriffsmittel 8 zweier Leiterplatten 2 widerstandslos oder mit geringem Widerstand ineinander geschoben werden. Anschließend können die nach oben und/oder unten überstehenden Überstände der Vorsprünge 12 mit einem Werkzeug zusammengedrückt werden, so dass die Vorsprünge plastisch verformt werden und ebenfalls eine mechanische Verbindung mit dem daneben und/oder dazwischen liegenden Vorsprüngen 12 der anderen Leiterplatte 2 eingehen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Eingriffsmittels 8. Dabei weist das Eingriffsmittel 8 drei Vorsprünge 12 auf, die sich jeweils entlang einer Erstreckungsachse EA1, EA2, EA3 erstrecken. Die Erstreckungsachsen EA1, EA2, EA3 verlaufen orthogonal von der Seitenwand 6 der Leiterplatte 2 und parallel zu der Haupterstreckungsebene der Leiterplatte 2. Parallel zu der Längsrichtung der Seitenwand 6 verläuft eine Winkelachse S. Zwei Leiterplatten 2, die über entsprechende Eingriffsmittel 8 miteinander verbunden werden, können in verschiedenen Verbindungswinkeln zueinander miteinander verbunden werden. Jeder dieser möglichen Verbindungszustände stellte eine mögliche Schwenkstellung der Leiterplatten zueinander um die Winkelachse S dar.
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Es sind verschiedene Formen der Verzahnung zweier korrespondierender Eingriffsmittel 8 möglich. Bevorzugt sind die Vorsprünge 12 bzw. Aussparungen 14 im Querschnitt orthogonal zu Haupterstreckungsebene der jeweiligen Leiterplatte 2 rechteckig oder quadratisch. Dies ermöglicht ein Ineinandergreifen der Vorsprünge 12 und Aussparungen 14 unabhängig vom Verbindungswinkel, den die beiden miteinander verbundenen Leiterplatten 2 zueinander haben. Gleichzeitig wird durch die Form bei jedem Winkel ein vergleichsweise hoher Flächenkontakt zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 12 unterschiedlicher Eingriffsmittel 8 hergestellt. Sind die Querschnitte der Vorsprünge orthogonal zu ihrer Erstreckungsrichtung beispielsweise rund, können nur diskrete Verbindungswinkel ermöglicht werden, wenn gleichzeitig einen große Verbindungsfläche zwischen den Eingriffsmitteln vorliegen soll. Dazu müssen auch die Aussparungen einen runden Querschnitt aufweisen. Es können also mehrere Bohrungen in mehreren Winkeln vorgesehen werden, die verschiedene, diskrete Verbindungswinkel zulassen. Alternativ können die Aussparungen auch quaderförmig sein, also einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben. Dann ist aber nur eine schmale, linienförmige Kontaktfläche zu einem stiftförmigen Vorsprung möglich. Insgesamt ist es vorteilhaft, wenn die miteinander verzahnten Vorsprünge zweier Eingriffsmittel, unabhängig vom Winkel, in dem sie miteinander in Eingriff gebracht werden, eine ähnliche Kontaktfläche zueinander aufweisen.
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Die 3a und 3b zeigen zwei erfindungsgemäße Leiterplattenverbünde 16, dabei besteht der Leiterplattenverbund 16 aus 3b aus denselben beiden Leiterplatten 2 wie der Leiterplattenverbund 16 aus 3a. Aufgrund der Geometrie bzw. Form der Verzahnung, also der Form der Eingriffsmittel 8, sind die Leiterplatten 2 in verschiedenen Winkeln α miteinander verbindbar. In 3a sind die Leiterplatten in einem rechten Winkel, also einem Verbindungswinkel α von 90° zueinander angeordnet. In 3b ist der Verbindungswinkel größer und beträgt ca. 120°.
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Wie insbesondere in 3a erkennbar, ist die Verzahnung der Eingriffsmittel 8 derart ausgebildet, dass die Leiterplatten in einem beliebigen Verbindungswinkel α zwischen 20° und 340° zueinander anordenbar sind. Sind Winkel gewünscht, die über diesen Bereich hinausgehen, ist dies z.B. über einen Freischnitt an den Vorsprüngen 12 oder den Aussparungen 14 der Eingriffsmittel 8 erreichbar.
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Die 4a, 4b, 5a, und 5b zeigen verschiedene Ausführungsformen des Eingriffsmittels 8. In den 4a und 4b ist der Vorgang des Einpressens eines ersten Eingriffsmittels 8 einer ersten Leiterplatte 2 in das zweite Eingriffsmittel 8 einer zweiten Leiterplatte 2 gezeigt. Im vorliegenden Fall ist das erste Eingriffsmittel ein Leiterplattenkontaktfinger, welcher in das zweite Eingriffsmittel der zweiten Leiterplatte, einer dem Leiterplattenkontaktfinger entsprechenden Nut eingepresst wird. Die Außenkontur des Leiterplattenkontaktfingers weist zwei unterschiedliche Abschnitte auf, mittels welchen beim Einpressen unterschiedliche Druckverläufe erzielt werden können. Im ersten Abschnitt, welcher sich im von der Leiterplatte wegweisenden Abschnitt des Leiterplattenkontaktfingers befindet, weist die Außenkontur des Leiterplattenkontaktfingers einen in Einpressrichtung konisch zulaufenden Verlauf 18 auf, so dass beim Einpressvorgang die Einpresskraft F mit zunehmender Einpresstiefe erhöht werden muss. Im zweiten Abschnitt, welcher sich im zur Leiterplatte zugewandten Abschnitt befindet, weist der Leiterplattenkontaktfinger an gegenüberliegenden seitlichen Außenseiten ballige Auswölbungen 22 auf. Ferner ist auf Höhe der balligen Auswölbungen 22 eine Dehnungsbohrung 24 in den Leiterplattenkontaktfinger eingebracht. Durch die Wechselwirkung der balligen Auswölbung 22 und der Dehnungsbohrung 24 kann eine vorbestimmte Federkraft erzeugt werden. Aus der Wechselwirkung von konischem Verlauf 18, Auswölbung 22 sowie Dehnungsbohrung 24 ergibt sich ferner eine FederWirkung.
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Die 5a und 5b zeigen den Einpressvorgangs des Leiterplattenkontaktfingers anhand zweier unterschiedlicher Ausführungsformen. Beim Einpressen des Leiterplattenkontaktfingers einer ersten Leiterplatte 2, welcher ein Eingriffsmittel 8 im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist, in eine Nut einer zweiten Leiterplatte 2, wobei die Nut ebenfalls ein Eingriffsmittel 8 im Sinne der vorliegenden Anmeldung sein kann, durchläuft der Leiterplattenkontaktfinger zwei unterschiedliche Einpresszonen, nämlich zunächst eine erste Einpresszone 17 und nachfolgend eine zweite Einpresszone 20. Die dargestellte Nut weist einen geraden Verlauf auf, kann jedoch, sofern diese durch zwei benachbarte konisch zulaufende Leiterplattenkontaktfinger realisiert ist, auch einen zur Leiterplatte hin enger werden Querschnitt aufweisen. Der konische Abschnitt 18 der Leiterplattenkontaktfingers führt beim Einpressen dazu, dass das Übermaß und damit der Einpressdruck des konischen Abschnitts 18 gegenüber der Nut zunimmt. Je nach Ausbildung des konischen Verlaufs kann die Zunahme linear, degressiv oder progressiv sein. Nach Durchqueren der ersten Einpresszone erreicht die ballige Auswölbung 22 die Nut, so dass durch die im Bereich der Auswölbung 22 vergleichsweise große Querschnittszunahme der Einpressdruck über eine kurze Distanz entsprechend stark zunimmt. Durch die im Leiterplattenkontaktfinger angeordnete Dehnungsbohrung 24 kann allerdings die zum Einpressen notwendige Einpresskraft F eingestellt werden. Bei einer relativ großen Dehnungsbohrung 24 kommt es daher zu einer elastischen Verformung des Leiterplattenkontaktfingers im Bereich der zweiten Einpresszone 20. Die Ausführungsform gemäß 5b weist zusätzlich einen Längsschlitz 30 auf, welcher in die Dehnungsbohrung 24 mündet. Durch den Längsschlitz 30 kann zusätzlich das Druckprofil im unteren Abschnitt des Leiterplattenkontaktfingers beeinflusst werden, indem der gesamte untere Abschnitt einfedern kann. Der Längsschlitz 30 kann sich längs durch das Eingriffsmittel 8 erstrecken, wobei entweder vorgesehen sein kann, dass der Schlitz 30 in die Einsteckseite mündet, oder sich nicht vollständig bis zu Einsteckseite erstreckt.
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Die 6a und 6b zeigen eine alternative Ausführungsform eines Leiterplattenverbunds 16. Dabei wird das Eingriffsmittel 8 einer ersten Leiterplatte in ein als Langloch 26 ausgebildetes Eingriffsmittel 8 einer zweiten Leiterplatte 2 eingesteckt. Bei dieser T-förmigen Verbindung wird das stiftförmige Eingriffsmittel 8 im Wesentlichen senkrecht oder unter einem Winkel in die Bohrung 26 eingesteckt. Neben dem konischen Abschnitt 18 weist der Kontaktstift in Umfangsrichtung des Kontaktstifts abgerundete Kanten 28 auf. Ein Vorteil der abgerundeten Konfiguration besteht darin, dass eine komplette Anbindung der Kontaktfläche in den Radienbereichen erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Leiterplatte
- 4
- Oberseite
- 6
- Seitenwand
- 8
- Eingriffsmittel
- 10a, 10b, 10c, 10d
- Verbindungsabschnitt
- 12
- Vorsprung
- 14
- Aussparung
- 16
- erste Einpresszone
- 18
- konisch zulaufender Abschnitt
- 20
- zweite Einpresszone
- 22
- ballige Auswölbung
- 24
- innere Dehnungsbohrung
- 26
- Langloch
- 28
- abgerundete Kanten
- EA1, EA2, EA3
- Erstreckungsachse
- S
- Winkelachse
- α
- Verbindungswinkel
- F
- Einpresskraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5110298 A [0001]
- US 6304082 B1 [0001]
- DE 102007046493 A1 [0001]
- DE 202006020076 U1 [0001]
