DE102021208217A1

DE102021208217A1 - Kontaktelement zur mittelbaren Verbindung eines Einpresspins mit einer Leiterplatte sowie Leiterplatte mit solch einem Kontaktelement

Info

Publication number: DE102021208217A1
Application number: DE102021208217.3A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Trescher; Marcel Stengel; Hans-Peter Mueller; Oliver Schilli; Stephan Marschall
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-02-02
Also published as: CN117642936A; EP4378026A1; WO2023006494A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement (10) zur mittelbaren Verbindung eines Einpresspins (20) mit einer Leiterplatte (30), wobei das Kontaktelement im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet ist und einen radial nach außen abstehenden, insbesondere radial umlaufenden Vorsprung (15) aufweist, welcher das Kontaktelement (10) in einen ersten Kontaktelementabschnitt (11) und einen zweiten Kontaktelementabschnitt (12) unterteilt, wobei der erste Kontaktabschnitt (11) derartig ausgestaltet, dass dieser insbesondere koaxial fluchtend in eine Ausnehmung (31) der Leiterplatte (30) einführbar ist, und wobei der Vorsprung (15) derartig ausgestaltet ist, dass der Vorsprung in Richtung der Zylinderachse (z) als Anschlag gegenüber der Leiterplatte (30) dient und mit der Leiterplatte (30) verlötbar und/oder verschweißbar und/oder verklebbar ist, und wobei der zweite Kontaktelementabschnitt (12) derartig ausgestaltet ist, dass der Einpresspin (20) vom zweiten Kontaktelementabschnitt (12) zumindest teilweise aufnehmbar ist, und wobei der Vorsprung (15) derartig federnd ausgestaltet ist, dass bei Verbindung des Einpresspins (20) mit der Leiterplatte (30) radial zur Zylinderachse (z) auf die Leiterplatte (30) gerichtete Kräfte zumindest teilweise durch das Kontaktelement (10) kompensierbar sind.Zudem betrifft die Erfindung eine Leiterplatte (30) mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement (10).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement zur mittelbaren Verbindung eines Einpresspins mit einer Leiterplatte.
Bisher wurde eine Verbindung zwischen Einpresspin und Leiterplatte erzeugt, indem der Einpresspin direkt in eine passend auf den Einpresspin ausgestaltete Ausnehmung, welche typischerweise als Durchkontaktierung in Form eines Bohrlochs ausgestaltet wurde, gepresst wurde.
Hierbei ergibt sich jedoch die Problematik, dass entstehende Kräfte aufgrund von Toleranzbewegungen der Leiterplatte und/oder des Einpresspins zur Beschädigung der Verbindung und insbesondere auch zur Beschädigung der Leiterplatte oder auch des Einpresspins führen können, wodurch im Zweifel das elektrische System, welches zusätzlich auf der Leiterplatte angeordnet ist, nicht mehr fehlerfrei kontaktierbar ist.
Da das Einpressen ein abrasiver Prozess ist und die kupferne Durchkontaktierungsschicht schädigen kann, wird zudem eine sehr geringe Toleranz beim Einpressen des Einpresspins in die Ausnehmung der Leiterplatte entlang der Einpressrichtung gefordert, um keine zu großen Beschädigungen hervorzurufen.
Die zuvor geschilderte Problematik soll mit der Erfindung behoben werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement zur mittelbaren Verbindung eines Einpresspins mit einer Leiterplatte, wobei das Kontaktelement im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet ist und einen radial nach außen abstehenden, insbesondere radial umlaufenden Vorsprung aufweist, welcher das Kontaktelement in einen ersten Kontaktelementabschnitt und einen zweiten Kontaktelementabschnitt unterteilt, wobei der erste Kontaktabschnitt derartig ausgestaltet, dass dieser insbesondere koaxial fluchtend in eine Ausnehmung der Leiterplatte einführbar ist, und wobei der Vorsprung derartig ausgestaltet ist, dass der Vorsprung in Richtung der Zylinderachse als Anschlag gegenüber der Leiterplatte dient und mit der Leiterplatte verlötbar und/oder verschweißbar und/oder verklebbar ist, und wobei der zweite Kontaktelementabschnitt derartig ausgestaltet ist, dass der Einpresspin vom zweiten Kontaktelementabschnitt zumindest teilweise aufnehmbar ist, und wobei der Vorsprung derartig federnd ausgestaltet ist, dass bei Verbindung des Einpresspins mit der Leiterplatte radial zur Zylinderachse auf die Leiterplatte gerichtete Kräfte zumindest teilweise durch das Kontaktelement kompensierbar sind.
Vorteilhaft ist hierbei, dass durch dir federnde Ausgestaltung des Vorsprungs eine Beschädigung der Leiterplatte und/oder des Einpresspins vermieden werden kann, sobald die Verbindung zwischen Leiterplatte und Einpresspin mittels des Kontaktelements erfolgt bzw. erfolgt ist. Hierdurch können wiederum Ausfallraten von entsprechend mittels des Kontaktelements kontaktierten Leiterplatten verringert werden.
Des Weiteren kann vorteilhafterweise die Länge des zweiten Kontaktelementabschnitts beliebig angepasst werden, wodurch die Toleranzen beim Einpressen des Einpresspins entlang der Einpressrichtung, welche hier der Richtung der Zylinderachse entspricht, je nach entsprechender Ausgestaltung des zweiten Kontaktelementabschnitts vergrößert werden können.
Unter Verbindung ist hierbei eine elektronische Kontaktierung des Einpresspins mit der Leiterplatte zu verstehen. Hierbei wird insbesondere jedoch auch eine mechanische Befestigung des Einpresspins mit der Leiterplatte erzielt. Als Leiterplatte ist ein Schaltungsträger insbesondere für elektronische Bauelemente zu verstehen. Unter Einpresspin ist ein stiftförmiges elektrisches Bauteil zu verstehen, welches dazu ausgebildet ist, insbesondere eine elektrische Kontaktierung zwischen Bauelement und der Leiterplatte herzustellen.
Unter zylinderförmig ist eine insbesondere hülsenartige Gestaltung des Kontaktelements zu verstehen, wobei unterschiedliche Grundformen denkbar sind, wie beispielsweise ein Kreis oder ein Quadrat oder ein anderes Vieleck. Hierbei bedeutet im Wesentlichen, dass geringe Abweichungen von der Zylinderform möglich sind. Eine beispielshafte Abweichung wird durch den Vorsprung gebildet, wodurch die Gesamtform weiterhin als zylinderförmig zu verstehen. Das Kontaktelement weist entsprechend eine Zylinderachse auf, welche parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Kontaktelements verläuft. Unter radial bezogen auf das Kontaktelement ist entsprechend eine Achse senkrecht zur Zylinderachse zu verstehen.
Unter Vorsprung ist eine Auswölbung relativ zur Zylinderform des Kontaktelements bzw. eines Kontaktelementabschnitts zu verstehen, welche insbesondere das Kontaktelement vollständig umläuft. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Vorsprung nur entlang eines Umlaufabschnitts ausgebildet ist, wobei entsprechend hierbei auch mehrere Vorsprünge möglich sind.
Der Vorsprung dient unter anderem als Anschlag des Kontaktelements gegenüber der Leiterplatte, um das Kontaktelement nur bis zu diesem Anschlag in die Ausnehmung der Leiterplatte einführen zu können. Zudem können Kräfte entlang der Zylinderachse, welche beispielsweise beim Einpressvorgang des Einpresspins in das Kontaktelement auftreten, flächig auf die Leiterplatte weitergeben werden, wodurch eine geringe Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen der Leiterplatte oder des Einpresspins erzielt werden kann. Hierbei kann die Größe des Vorsprungs entsprechend an die jeweilig anfallenden Einpresskräfte angepasst werden.
Des Weiteren dient der Vorsprung dazu, eine Bewegung des ersten Kontaktelementabschnitts gegenüber dem zweiten Kontaktelementabschnitt in radialer Richtung zur Zylinderachse zu ermöglichen, um entsprechend auftretende radiale Kräfte zu kompensieren.
Unter koaxial fluchtend ist zu verstehen, dass der Außendurchmesser des ersten Kontaktelementabschnitts dem Innendurchmesser der Ausnehmung der Leiterplatte im Wesentlichen entspricht und diese daher passgenau ineinander einführbar sind.
Unter Kräfte radial zur Zylinderachse sind hierbei insbesondere Querbelastungen durch Relativbewegungen der Leiterplatte und/oder des Einpresspins in radialer Richtung zur Zylinderachse des Kontaktelements durch Temperatur, innere Verspannungen oder äußere Einflüssen zu verstehen. Solche Querbelastungen können auch durch eine relative Verkippung des Einpresspins oder der Leiterplatte gegenüber dem jeweiligen anderen Bauteil entstehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Vorsprung u-förmig oder mäanderförmig ausgestaltet ist.
Vorteilhaft ist hierbei, dass dies eine besonders gute Möglichkeit darstellt, Kräfte radial zur Zylinderachse des Kontaktelements abzufangen.
Unter u-förmig ist hierbei zu verstehen, dass der Vorsprung in einer Schnittebene durch das Kontaktelement parallel zur Zylinderachse ein U beschreibt, wobei insbesondere die Schenkel des U-Vorsprungs radial zur Zylinderachse verlaufen und der Boden des U-Vorsprungs in radialer Richtung außen angeordnet ist.
Unter mäanderförmig ist eine geschlängelte Struktur zu verstehen, welche s-förmig ausgestaltet ist und insbesondere mehrere s-Formen bzw. u-Formen aneinanderreiht. Hierbei sind insbesondere wiederum die Verbindungsteile zwischen den einzelnen Kurvenabschnitten radial zur Zylinderachse ausgerichtet. Hierdurch ergibt sich in Richtung der Zylinderachse eine Art Stapel, welcher mehrere Ebenen aufweist, die durch geschwungene Verbindungselemente miteinander verbunden sind.
Der Vorsprung ist hierbei insbesondere derartig ausgestaltet, dass Kräfte in Richtung der Zylinderachse nicht oder nur teilweise kompensiert werden und somit eine erhöhte Steifigkeit des Kontaktelements in Richtung der Zylinderachse vorliegt. Dies kann beispielsweise ermöglicht werden, indem der Vorsprung derartig ausgestaltet ist, dass die Schenkel des u- bzw. mäanderförmigen Vorsprungs keinen oder im Vergleich zur Größe des Vorsprungs einen um ein Vielfaches kleineren Abstand in Richtung der Zylinderachse aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich der Durchmesser des ersten Kontaktelementabschnitts vom Durchmesser des zweiten Kontaktelementabschnitts unterscheidet.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Größe des Einpresspins nicht auf die Größe der Ausnehmung der Leiterplatte angepasst sein muss. Hierdurch erhält man einen größeren Freiraum bei der Ausgestaltung von Leiterplatte und Einpresspin.
Unter Durchmesser ist jeweils der Abstand der Wandungen des entsprechenden Kontaktelementabschnitts in radialer Richtung zu verstehen. Die Durchmesser des Kontaktelements sind hierbei insbesondere an den Durchmesser Ausnehmung bzw. an den Durchmesser des Einpresspins angepasst.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Durchmesser des ersten Kontaktelementabschnitts kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Kontaktelementabschnitts.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Ausnehmung der Leiterplatte klein sein kann, wodurch der Platzbedarf für das Kontaktelement gering gehalten werden kann und entsprechend für andere Bauelement-Bestückungen genutzt werden kann. Hierbei kann der Einpresspin trotzdem entsprechend groß ausgestaltet sein, um eine mechanische Festigkeit zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement einen dritten Kontaktelementabschnitt aufweist, welcher sich an das dem Vorsprung gegenüberliegenden Ende des zweiten Kontaktelementabschnitts anschließt und derartig konisch ausgestaltet ist, dass der Durchmesser des dritten Kontaktelementabschnitts zu dessen offenen Ende hin größer wird.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die konische Ausgestaltung als Fügehilfe bei der mittelbaren Verbindung des Einpresspins mit der Leiterplatte dient. Hierdurch kann wiederum der Einpressvorgang des Einpresspins in das Kontaktelement vereinfacht werden, um beispielsweise Prozess-Toleranzen kompensieren zu können.
Unter offenes Ende ist das Ende des Kontaktelementabschnitts zu verstehen, welches die Öffnung zur Einführung des Einpresspin bildet.
Unter konisch ist eine trichterförmige Ausgestaltung des dritten Kontaktelementabschnitts zu verstehen.
Die Erfindung betrifft zudem eine Leiterplatte mit einem Kontaktelement, wobei das Kontaktelement mit dem ersten Kontaktelementabschnitt zumindest teilweise in eine Ausnehmung der Leiterplatte eingeführt ist.
Hierbei ist das Kontaktelement insbesondere mittels des als Anschlag dienenden Vorsprungs mit einem Bereich der Oberfläche der Haupterstreckungsebene der Leiterplatte verlötet und/oder verklebt und/oder verschweißt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens in den zweiten Kontaktelementabschnitt des Kontaktelements ein Einpresspin eingepresst ist.
Figurenliste

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement in einer Schnittdarstellung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement in einer Schnittdarstellung. Dargestellt ist eine Leiterplatte 30. Die Leiterplatte 30 weist eine Ausnehmung 31 auf, welche als Durchbohrung ausgestaltet ist. In die Ausnehmung 31 ist ein zylinderförmiges Kontaktelement 10 mit einem ersten Kontaktelementabschnitt 11 axial fluchtend zumindest teilweise eingeführt. Das Kontaktelement 10 weist einen radial nach außen abstehenden, radial umlaufenden Vorsprung 15 auf, welcher das Kontaktelement 10 in den ersten Kontaktelementabschnitt 11 und einen zweiten Kontaktelementabschnitt 12 unterteilt. Der Vorsprung 15 ist derartig ausgestaltet, dass dieser als Anschlag in Richtung einer Zylinderachse z des Kontaktelements 10 gegenüber der Leiterplatte 30 dient, insbesondere gegenüber der Oberfläche 32 der Haupterstreckungsebene der Leiterplatte 30. Zudem ist das Kontaktelement 10 im Bereich des Vorsprungs 15 mit der Leiterplatte 30 verlötet und/oder verschweißt und/oder verklebt.
Des Weiteren ist ein Einpresspin 20 vom zweiten Kontaktelementabschnitt 12 zumindest teilweise aufgenommen und darin eingepresst.
Zudem ist der Vorsprung 15 derartig federnd ausgestaltet, dass bei Verbindung des Einpresspins 20 mit der Leiterplatte 30 radial zur Zylinderachse z auf die Leiterplatte 30 gerichtete Kräfte zumindest teilweise durch das Kontaktelement 10 kompensierbar sind. Hierfür ist der Vorsprung 15 u-förmig ausgestaltet. Es wäre jedoch auch eine mäanderförmige Ausgestaltung möglich.
Das Kontaktelement 10 ist zudem derartig ausgestaltet, dass der Durchmesser D1 des ersten Kontaktelementabschnitts 11 unterschiedlich zum Durchmesser D2 des zweiten Kontaktelementabschnitts 12 ist und insbesondere kleiner als dieser ist.
Zudem weist das Kontaktelement 10 einen dritten Kontaktelementabschnitt 13 auf, welcher sich an das dem Vorsprung 15 gegenüberliegenden Ende des zweiten Kontaktelementabschnitts 12 anschließt und derartig konisch ausgestaltet ist, dass der Durchmesser D3 des dritten Kontaktelementabschnitts 13 zu dessen offenen Ende 14 hin größer wird.

Claims

Kontaktelement (10) zur mittelbaren Verbindung eines Einpresspins (20) mit einer Leiterplatte (30), wobei das Kontaktelement im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet ist und wenigstens einen radial nach außen abstehenden, insbesondere radial umlaufenden Vorsprung (15) aufweist, welcher das Kontaktelement (10) in einen ersten Kontaktelementabschnitt (11) und einen zweiten Kontaktelementabschnitt (12) unterteilt, wobei der erste Kontaktabschnitt (11) derartig ausgestaltet, dass dieser insbesondere koaxial fluchtend in eine Ausnehmung (31) der Leiterplatte (30) einführbar ist, und wobei der Vorsprung (15) derartig ausgestaltet ist, dass der Vorsprung in Richtung der Zylinderachse (z) als Anschlag gegenüber der Leiterplatte (30) dient und mit der Leiterplatte (30) verlötbar und/oder verschweißbar und/oder verklebbar ist, und wobei der zweite Kontaktelementabschnitt (12) derartig ausgestaltet ist, dass der Einpresspin (20) vom zweiten Kontaktelementabschnitt (12) zumindest teilweise aufnehmbar ist, und wobei der Vorsprung (15) derartig federnd ausgestaltet ist, dass bei Verbindung des Einpresspins (20) mit der Leiterplatte (30) radial zur Zylinderachse (z) auf die Leiterplatte (30) gerichtete Kräfte zumindest teilweise durch das Kontaktelement (10) kompensierbar sind.
Kontaktelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (15) u-förmig oder mäanderförmig ausgestaltet ist.
Kontaktelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser (D1) des ersten Kontaktelementabschnitts (11) vom Durchmesser (D2) des zweiten Kontaktelementabschnitts (12) unterscheidet.
Kontaktelement (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D1) des ersten Kontaktelementabschnitts (11) kleiner ist als der Durchmesser (D2) des zweiten Kontaktelementabschnitts (12).
Kontaktelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (10) einen dritten Kontaktelementabschnitt (13) aufweist, welcher sich an das dem Vorsprung (15) gegenüberliegenden Ende des zweiten Kontaktelementabschnitts (12) anschließt und derartig konisch ausgestaltet ist, dass der Durchmesser (D3) des dritten Kontaktelementabschnitts (13) zu dessen offenen Ende (14) hin größer wird.
Leiterplatte (30) mit einem Kontaktelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (10) mit dem ersten Kontaktelementabschnitt (11) zumindest teilweise in eine Ausnehmung (31) der Leiterplatte (30) eingeführt ist.
Leiterplatte (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in den zweiten Kontaktelementabschnitt (12) des Kontaktelements (10) ein Einpresspin (20) eingepresst ist.