DE10229953A1

DE10229953A1 - Bauelement zur Leiterplattenmontage

Info

Publication number: DE10229953A1
Application number: DE10229953A
Authority: DE
Inventors: Karl Ludwig Kilian
Original assignee: Hartmann Codier GmbH and Co KG
Current assignee: Hartmann Codier GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-01-29
Also published as: WO2004006636A1; AU2003249888A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement (1, 10), insbesondere einen Drehschalter oder eine Stiftleiste, zur Leiterplattenmontage, mit einem eine Montageseite (3, 30) aufweisenden Gehäuse (2, 20) und mit einer Anzahl von montageseitig aus diesem herausgeführten Anschlussstiften (4, 40), wobei jedem Anschlussstift (4, 40) eine montageseitig in das Gehäuse (2, 20) eingebrachte Ausnehmung (5, 50) zur Aufnahme eines Lotdepots (6. 60) zugeordnet ist. Das Bauelement (1, 10) eignet sich besonders zur Verwendung im THR-Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement zur Leiterplattenmontage, mit einem eine Montageseite aufweisenden Gehäuse und mit einer Anzahl von montageseitig aus diesem herausgeführten Anschlussstiften. Unter Bauelement wird hierbei insbesondere ein Dreh- oder Drehcodierschalter oder eine Stift- oder Anschlussleiste verstanden.
Ein derartiges oberflächenmontiertes Bauelement, ein sogenanntes surface mounted device (SMD), beispielsweise ein aus der EP 1 138 997 B1 und aus der WO 01/97240 A1 (PCT/EP01/06521) bekannter Dreh- oder Drehcodierschalter, wird auf eine Leiterplatte aufgesetzt und dort verlötet. Für die Leiterplattenmontage werden auf der Leiterplatte eine der Anzahl der Anschlusspins oder Anschlussstifte des Bauelementes entsprechende Anzahl von Lotpastendepots, sogenannte Pads aufgetragen. Auf diese, dem Raster der Anschlussstifte angepassten Pads wird das Bauteil aufgesetzt und anschließend durch Wärmeeinwirkung ohne weiteres Lötmittel verlötet. Das Aufbringen der Pads auf die Leiterplattenobertläche erfolgt mittels Schablonendruck, Siebdruck oder Dispensen.
Diese Art des Aufbringens von Lotpaste oder Lotmittel gemäß einem vorgegebenen Anschlussmuster auf die Leiterplatte erfolgt auch bei der sogenannten THR-Technik (Through-Hole-Reflow-Technologie). Hierbei ist die Leiterplatte mit durchkontaktierten Bohrungen versehen, wobei die aufgetragene Lotpaste die durchkontaktierten Bohrungen ausfüllt. Bei der Bauteilbestückung schieben die Anschlussstifte des auf der Leiterplatte zu montierenden Bauteils die Lotpaste zumindest teilweise durch das Bohrungsloch hindurch, so dass beim anschließenden Reflow-Löten ein Verlöten des jeweiligen Anschlussstiftes sowohl auf der dem Bauelement zugewandten Montageseite als auch auf der gegenüberliegenden Unterseite der Leiterplatte erfolgt. Demgegenüber werden bei der TH-Technologie (Through-Hole-Technologie), bei der keine Durchkontaktierung der Leiterplatten bohrungen notwendig ist, die Anschlussstifte durch die Bohrungen hindurchgesteckt und auf der dem Bauelement gegenüberliegenden Leitetplattenunterseite verlötet.
Die THR-Technologie hat gegenüber der SM-Technologie (Surface-Mounting-Technologie) den Vorteil sowohl eines vergleichsweise festen mechanischen Sitzes des Bauelementes auf der Leiterplatte als auch einer vergleichsweise guten elektrischen Belastbarkeit. Auch kann diese THR-Technologie zusammen mit der bisherigen SMD-Technologie in einem Reflow-Prozess (Heizdurchgang) durchgeführt werden, so dass dann das separate Verlöten der Bauelemente entfällt.
Häufig werden jedoch insbesondere an einen mechanisch festen Sitz des Bauelementes auf der Leiterplatte sehr hohe Anforderungen gestellt, die durch die SM-Technologie nicht ausreichend erfüllt werden. Insbesondere bei der Leiterplattenmontage von Drehschaltern oder auch von Stift- oder Anschlussleisten ist ein zuverlässiger mechanischer Halt auf der Leiterplatte äußerst wünschenswert. So werden insbesondere bei derartigen Bauelementen infolge deren bestimmungsgemäßen Gebrauch häufig anwendungsbedingt derart große Dreh- oder Biegemomente über die Anschlussstifte auf die Lötstellen ausgeübt, dass die Lötverbindung aufbricht und dadurch der elektrische Kontakt zwischen dem entsprechenden Anschlussstift und der Anschlussstelle auf der Leiterplatte unterbrochen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement, insbesondere einen Drehschalter oder eine Stiftleiste, anzugeben, das unter Ausbildung eines besonders festen mechanischen Sitzes auf einer Leiterplatte montierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dazu ist jedem montageseitig aus dem Gehäuse des Bauelements herausgeführten Anschlussstift eine montageseitig in das Gehäuse eingebrachte Ausnehmung zur Aufnahme eines Lotmitteldepots zugeordnet. Die Montageseite des Bauelementgehäuses ist dabei die bei der Leiterplattenmontage der Leiter plattenoberfläche zugewandte Gehäuseseite, die nachfolgend auch als Gehäuseunterseite bezeichnet wird.
Die Ausnehmungen sind in vorteilhafter Ausgestaltung in einem montageseitig in das Gehäuse integrierten Trägerelement ausgebildet. Das Trägerelement ist somit integraler Bestandteil des Bauelementgehäuses. Für die Gehäuseherstellung ist daher die Trägerelementform ein Bestandteil der Gehäuse-Spritzform. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass das die Ausnehmungen aufweisende Trägerelement gegenüber dem übrigen Bauelementgehäuse materialsparend abgesetzt werden kann. Auch kann das Trägerelement aus einem gegenüber dem eigentlichen Bauelementgehäuse vergleichsweise hitzebeständigen Material bestehen, welches ebenso wie das Gehäusematerial zweckmäßigerweise ein geeigneter Kunststoff ist.
Die Ausnehmungen selbst können praktisch eine beliebige Geometrie aufweisen. Zweckmäßigerweise sind die Ausnehmungen rund, insbesondere kreisförmig, oder rechteckig, insbesondere quadratisch. Unabhängig von der Geometrie der Ausnehmungen sollten diese jedoch zumindest annähernd symmetrisch um eine zentrale Durchtrittsöffnung ausgebildet sein, durch die der jeweilige Anschlussstift an der Montageseite des Gehäuses aus diesem herausgeführt ist.
Insbesondere die symmetrische Ausgestaltung der Ausnehmungen ermöglicht die Verwendung von vorgefertigten Löt- oder Lotmittel-Vorformen, sogenannten Solder Preforms. Derartige Lotmittel-Vorformen können praktisch beliebige Formen oder Geometrien aufweisen. Diese Vorformen sollten an die Geometrie und an die Abmessungen der Anschlussstifte, die einen kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen können, angepasste zentrale Durchgangsöffnungen aufweisen. Dadurch ist insbesondere ein automatisches Einlegen der Lotmittel-Vorformen in die in das Bauelementgehäuse integrierten Ausnehmungen vereinfacht. Letztendlich können entweder die Ausnehmungen hinsichtlich deren Geometrie an auf dem Markt erhältliche Vorformen oder aber dieses an die dann vorgegebenen Ausnehmungen angepasst sein.
Durch die Bereitstellung derartiger Bauelemente, insbesondere mit in den Ausnehmungen bereits eingebrachten Lotmitteldepots, ist hinsichtlich des Bauelementes selbst ein hoher Fertigungsgrad erreicht, so dass dieses für die Leiterplattenmontage ohne Montagezwischenschritte geeignet ist. Dabei ist bei dem Bauelement selbst hinsichtlich des in dessen Gehäuse integrierten Trägerelementes die TH-Technologie bereits realisiert. Das vorgefertigte Bauelement mit bereits in die Ausnehmungen eingebrachtem Lotmitteldepots oder Lotmittel-Vortormen eignet sich daher besonders vorteilhaft zu dessen Verwendung im THR-Verfahren.
Bei der Leiterplattenmontage oder -bestückung mit anschließender Reflow-Verlötung ist mit den in den Ausnehmungen eingelegten Lotmitteldepots zusätzlich zu den bereits im Bereich der durchkontaktierten Bohrungen der Leiterplatte vorgesehenen Pads weiters Lotmittel bereit gestellt, das sich mit dem Lotmittel der Pads auf der Leiterplatte während des Reflow-Prozesses verbindet. Insgesamt ist somit eine mechanisch besonders stabile Befestigung des Bauelementes auf der Leiterplatte bei gleichzeitig hoher elektrischer Belastbarkeit hergestellt. Diese stabile Fixierung ist insbesondere bei mechanisch belasteten Drehschaltern und Stift- oder Anschlussleisten von besonderem Vorteil.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1a bis 1c in teilweise geschnittenen Seitenansichten bzw. in einer Unteransicht auf die Montageseite eines Bauelementgehäuses einen Drehschalter mit integrierten Lotmitteldepots, und
2a bis 2c in jeweils einer Ansicht gemäß 1 eine THR-Stiftleiste mit Lotmittel-Vorformen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1a bis 1b zeigen in einer Seitenansicht, in einer Stirnansicht bzw. in einer Unteransicht einen Dreh- oder Drehcodierschalter 1 als THR-Bauelement zur Leiterplattenmontage. Der Drehschalter 1 umfasst ein Bauelementgehäuse 2, insbesondere aus Kunststoff. Auf der einer Leiterplatte LP zugewandten Gehäuseunterseite oder Montageseite 3 ist im Bereich jedes dort aus dem Gehäuse 2 herausgeführten Anschlussstiftes 4 eine diesem zugeordnete Ausnehmungen 5 vorgesehen, die den jeweiligen Anschlussstift 4 konzentrisch umgibt.
Wie aus 1c vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, sind diese Ausnehmungen 5 rechteckförmig. Prinzipiell können praktisch beliebige Ausnehmungsformen oder -geometrien, beispielsweise runde oder ovale Ausnehmungen 5, vorgesehen sein. In die Ausnehmungen 5 sind Lotmitteldepots 6 eingebracht. Dazu kann in die Ausnehmungen 5 Lotmittel in geschmolzener Form eingebracht werden, das dann beim Erstarren die Ausnehmung 5 im Umfangbereich des jeweiligen Anschlussstiftes 4 ausfüllt. Vorteilhafterweise sind jedoch bereits in die jeweiligen Ausnehmungen 5 vorgefertigte Lotmittel-Vorformen 6 (solder preforms) eingelegt.
Die Ausnehmungen 5 sind, wie insbesondere aus den 1a und 1b ersichtlich ist, zweckmäßigerweise in einem Trägerelement 7 ausgebildet, das an der Montageseite 3 in das Bauelementgehäuse 2 integriert ist. Das Trägerelement 7 wird hierzu zusammen mit dem Gehäuse 2 des Bauelementes oder Drehschalters 1 gespritzt. Das Trägerelement 7 ist somit Bestandteil der zur Bauelementherstellung bereitgestellten Gehäusespritzform.
Die 2a bis 2c zeigen wiederum in einer Seitenansicht, in einer Stirnansicht bzw. in einer Unteransicht auf die Montageseite 30 eine THR-Stiftleiste 10 zur Leiterplattenmontage. Die Stiftleiste 10 weist wiederum ein Gehäuse 20 sowie aus diesem montageseitig, d. h. an der Gehäuseunterseite 30 herausgeführte Anschlussstifte 40 auf.
Im Bereich der bei der Leiterplattenmontage wiederum der Leiterplatte LP zugewandten Montageseite 30 der Stiftleiste 10 sind in das Gehäuse 20 eine der Anzahl der Anschlussstifte 40 entsprechende Anzahl von Ausnehmungen 50 zur Aufnahme von Lotmitteldepots oder -Vorformen 60 in die Gehäuseunterseite 30 eingebracht.
Auch können die Ausnehmungen 50 wiederum in einen entsprechendes Trägerelement 70 eingebracht sein, das dann ebenfalls Teil des Stiftleistengehäuses 20 ist. Die Lotmitteldepots 60 sind dabei wiederum zweckmäßigerweise vorgefertigte Lotmittel-Vorformen.
Für das Through-Hole-Reflow- oder Pin- in-Paste-Verfahren sind in der Leiterplatte LP durchkontaktierte Bohrungen B vorgesehen, die mit Lotpaste oder Lötmittel P unter Bildung sogenannter Pads ausgefüllt sind. Bei der Leiterplattenmontage oder -bestückung schieben die Anschlussstifte 4,40 des Bauelementes 1,10 einen Teil der Lotpaste P durch die Bohrung B hindurch auf die Leiterplattenunterseite, so dass die Anschlussstifte 4 bzw. 40 freiendseitig auch dort mit Lötmittel P in Kontakt sind.
Die Ausbildung von in das Gehäuse 2,20 integrierten Ausnehmungen 5,50 zur Aufnahme von Lotmitteldepots 6 bzw. 60 ist praktisch für alle TH- oder THR-Bauelemente zur Leiterplattenmontage vorteilhaft. Ist deren fester Sitz und zuverlässige elektrische Kontaktierung gewünscht oder gefordert, so ist mittels des in die Ausnehmungen 5,50 bereits eingebrachten Lotmitteldepots 6 bzw. 60 zusätzlich zu den Pads P weiteres Lötmittel bereitgestellt und somit für den eigentlichen Lötvorgang verfügbar. Andernfalls können die gleichen Bauelemente 1,10 auch mit leeren Ausnehmungen 5 bzw. 50, d. h. ohne dort eingebrachten Lotdepots 6,60 montiert werden.
Die Integration eines die Ausnehmungen 5,50 aufweisenden Trägerelementes 7,70 in das Bauelementgehäuse 2,20 ermöglicht es, das Trägerelement 7,70 mit den Ausnehmungen 5,50 gegenüber dem übrigen Bauelementgehäuse 2 bzw. 20 materialsparend abzusetzen. Wie aus 1 b ersichtlich, sind dann die Längen- und/oder Breitenabmessungen des Trägerelementes 7,70 kleiner als diejenigen des Gehäuses 2,20, zumindest im Bereich der Gehäuseunter- oder Montageseite 3 bzw. 30.
Auch können für das Trägerelement 7,70 einerseits und für das eigentliche Bauelementgehäuse 2,20 andererseits verschiedene Materialien oder Kunststoffe verwendet werden, was hinsichtlich der für den Löt- oder Reflow-prozess erforderlichen Hitzebeständigkeit vorteilhaft ist. Hierdurch kann in besonderem Maße die Anforderung erfüllt werden, dass beim Verlöten des Bauelementes 1,10 mit den entsprechenden Leiterplattenanschlüssen oder Pads P die mit dem erhitzten und geschmolzenen Lotmittel 6,60,P mittelbar oder unmittelbar in Wärmekontakt tretenden Gehäuseteile 2,7; 20,70 des Bauelements 1 bzw. 10 den entsprechenden thermischen Belastungen zerstörungsfrei standhalten müssen.

1: Drehschalter
2,20: Gehäuse
3,30: Montage-/Gehäuseunterseite
4,40: Anschlussstift
5,50: Ausnehmung
6,60: Lotmittel-Lotmitteldepot/-Vorform
7,70: Trägerelement
10: Stiftleiste
B: Bohrung
LP: Leiterplatte
P: Lotdepot/Pad

Claims

Bauelement (1,10) zur Leiterplattenmontage, mit einem eine Montageseite (3,30) aufweisenden Gehäuse (2,20) und mit einer Anzahl von montageseitig aus diesem herausgeführten Anschlussstiften (4,40), wobei jedem Anschlussstift (4,40) eine montageseitig in das Gehäuse (2,20) eingebrachte Ausnehmung (5,50) zur Aufnahme eines Lotmitteldepots (6,60) zugeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Ausnehmungen (5,50) in einem montageseitig in das Gehäuse (2,20) integrierten Trägerelement (7,70) ausgebildet sind.
Bauelement nach Anspruch 2, bei dem das Trägerelement (7,70) geringere Längen- und/oder Breitenabmessungen aufweist als das Gehäuse (2,20) an dessen Montageseite (3,30).
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Ausnehmungen (5,50) den jeweiligen Anschlussstift (4,40) zumindest annähernd symmetrisch umgeben.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ausnehmungen (5,50) zur Aufnahme von Lotmittel-Vorformen (6,60) ausgebildet sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit in die Ausnehmungen (5,50) eingelegten Lotmittel-Vorformen (6,60).
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit runden oder rechteckigen Ausnehmungen (5,50).
Drehschalter, insbesondere Drehcodierschalter, als Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Stiftleiste als Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung eines Bauelementes (1,10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 im THR-Verfahren.