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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Federverbinder, welcher zur
Oberflächenmontage
bei einer elektronischen Vorrichtung verwendet wird, und ein Verfahren
zum Herstellen des Federverbinders.
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Als
Verfahren zum Verbinden elektrischer Bauteile in einem elektronischen
Gerät,
wie etwa einem Mobiltelefon, mit einem Schaltungssubstrat, wird
ein Federverbinder mit einem Kontaktstift, welcher gleitend in einem
Rohr angebracht ist und durch eine Feder nach außen gedrängt wird, verwendet. Bei dem
Montagevorgang des Bauteils in dem Gerät wird der Federverbinder an
dem Schaltungssubstrat befestigt, und der Kontaktstift wird gegen
eine Polelektrode des elektrischen Bauteils gedrückt, wodurch das Bauteil mit
dem Schaltungssubstrat elektrisch verbunden wird.
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8 stellt
einen herkömmlichen
Federverbinder eines elektronischen Geräts dar, und 9 ist eine
Schnittansicht des Federverbinders.
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Der
Federverbinder 1 umfasst ein zylindrisches Rohr 2,
welches aus Metall hergestellt ist, und einen Kontaktstift 3,
welcher gleitend in dem Rohr 2 eingesetzt ist und durch
eine Schraubenfeder 7 nach außen gedrängt wird. Eine Schulter eines
Flansches 3a des Kontaktstifts 3 wird durch die
Feder 7 gegen eine gebogene Kante 2a des Rohrs 2 gedrückt.
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Wie
in 8 dargestellt, ist das Rohr 2 durch eine
Lötnaht 5 an
einem Schaltungssubstrat 4 befestigt. Ein elektrisches
Bauteil 6 wird bei dem Montagevorgang des elektronischen
Geräts
in der durch einen Pfeil dargestellten Richtung nach unten bewegt, und
eine Polelektrode 6a des Bauteils 6 wird durch die
Schraubenfeder 7 elastisch gegen den Kontaktstift 3 gedrückt, so
dass das Bauteil 6 mit dem Schaltungssubstrat 4 elektrisch
verbunden wird.
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Die
Unterseite des Flansches 3a ist geneigt, so dass die Seitenwand
des Flansches in einem geneigten Zustand gegen die Innenwand des
Rohrs 2 gedrückt
wird. Somit wird der Flansch fest gegen die Innenwand gedrückt, wodurch
die elektrische Leitfähigkeit
zwischen dem Rohr und dem Kontaktstift gewährleistet wird.
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10 ist
eine Schnittansicht, welche einen weiteren herkömmlichen Federverbinder darstellt. Ein
Kontaktstift 3A ist gleichfalls hohl, so dass ein zylindrischer
Raum 3b ausgebildet wird. Die Feder ist in dem Raum 3b eingesetzt.
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Die
japanische Patentoffenlegungs-Veröffentlichung
2002-25657 offenbart einen weiteren Federverbinder. Der
Federverbinder weist gleichfalls einen Kontaktstift auf, welcher
durch eine Schraubenfeder gedrängt
wird.
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Das
Dokument
JP 2002
056914 A beschreibt eine elektrische Verbindungseinrichtung
die das Verbinden von gegenüberliegenden
Kontaktpunkten ermöglicht.
Ein Ausführungsbeispiel
zeigt einen Grundkörper
in dessen Hohlraum eine Feder eingesetzt ist. Die Feder drückt gegen
einen Kontaktstift wobei dieser von einem Außenteil geführt wird. Der Kontaktstift ist
innen hohl und ermöglicht
dadurch die Aufnahme der Feder. Das Außenteil ist gebogen und dient gleichzeitig
als begrenzender Anschlag für
den Kontaktstift.
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Die
Schrift
US 6 340 320
B1 zeigt einen zylindrischen Federverbinder mit einem Kontaktstift
aus Vollmaterial, der von einem durch Tiefziehen hergestelltem Außenteil
umgeben ist. Der Kontaktstift besitzt an seiner Unterseite eine
Schräge
wogegen eine Spiralfeder drückt.
Die Spiralfeder befindet sich in dem Außenteil und das Außenteil
selbst wird von einem Gehäuse
gestützt
bzw. umgeben. Das Außenteil ist
an einem Ende nach innen gebogen und begrenzt dadurch die Bewegung
des Kontaktstifts.
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Dokument
US 5 174 763 zeigt eine
Platte mit einer Vielzahl von Kontaktstiften, wobei jeweils zwei Kontaktstifte
gegenüber
liegen und von einer gemeinsamen Feder auseinander gedrückt werden. Zwei
parallele Abdeckplatten führen
zum einen die Kontaktstifte und zum anderen dienen sie als Begrenzungen
für die
linear beweglichen Kontaktstifte. Die Linearbewegung wird von einem
Führungsstift zwischen
den Kontaktstiften unterstützt.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 37 23 968 A1 offenbart eine elektrische
Abschirmung für Federstifte.
Unter anderem wird ein zylindrischer Kontaktstift gezeigt, welcher
durch eine Feder belastet wird. Die Feder sowie auch der Kontaktstift
befinden sich in ei fern zylindrischen Innenteil. Dieses Innenteil
kann in Bohrungen von z.B. plattenförmigen Einheiten gesteckt werden.
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In
der Patentschrift
DE
197 13 661 C1 wird eine Kontaktanordnung zur elektrischen
Verbindung von Kontaktpunkten beschrieben. Dabei sind die Kontaktpunkte
an einer ebenen Fläche
eines ersten Trägers
angeordnet. Ein zweiter Träger
hat ebenfalls Kontaktpunkte, wobei diese genau gegenüberliegend
zu den oben genannten Kontaktpunkten angeordnet sind. Zwischen den
beiden Trägern
befindet sich ein flächiger
Isolierkörper,
der im Rastermass der Kontaktpunkte Bohrungen ausgebildet hat, die
jeweils von einem elektrischen Leiter in Gestalt einer Durchkontaktierung
durchsetzt sind, wobei auf beiden Seiten des Isolierkörpers an
den Bohrungsenden mit der jeweiligen Durchkontaktierung elektrisch
verbundene Kontaktelemente befestigt sind.
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Bei
dem Verbinder, welcher in 9 dargestellt
ist, nimmt der Kontaktstift 3 einen beträchtlichen Längenabschnitt
des Federverbinders ein. Die Länge der
Schraubenfeder 7 ist auf eine kurze Länge begrenzt. Infolgedessen
kann die Hubstrecke der Feder nicht vergrößert werden.
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Bei
dem Federverbinder von 10 ist, obgleich die Länge der
Schraubenfeder länger
als die der Schraubenfeder von 9 ist, die
Unterseite des Flansches 3a des Kontaktstifts 3A nicht
geneigt, anders als bei dem Kontaktstift von 9. Daher
wird der Flansch 3a nicht mit einem größeren Druck gegen die Innenwand
des Rohrs 2 gedrückt.
Daher ist der Kontaktwiderstand zwischen dem Flansch und der Innenwand
des Rohrs schlecht, so dass die Arbeitsweise des Kontaktstifts instabil
wird. Wenn der Spalt zwischen dem Flansch und der Innenwand verkleinert
wird, wird die Arbeitsweise stabil. Es ist jedoch schwerwiegend
und nachteilig für
die Herstellung des Verbinders, einen Verbinder mit einem kleinen
Spalt zu bearbeiten.
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Ein
gemeinsames Problem beider Federverbinder der 9 und 10 ist
die Tatsache, dass beide Verbinder aus Metall hergestellt sind.
Infolgedessen ist es aufgrund der Tatsache, dass die Wärme des
Federverbinders rasch abfällt,
schwierig, bei dem Verflüssigungsvorgang
des Lötmaterials
Lötmaterial
an dem Verbinder zu schmelzen. Infolgedessen wird die Güte des Lötvorgangs
verschlechtert.
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Demgegenüber wird
aufgrund der Tatsache, dass ein elektronisches Bauteil eines elektronischen Geräts, wie
etwa eine integrierte Schaltung mit Kondensator, generell eine ebene
Oberfläche
aufweist, eine Befestigungsposition durch Unterdrucksaugen mit dem
Bauteil versehen. Aufgrund der Tatsache jedoch, dass jeder der Federverbinder
der 9 und 10 keine ebene Oberfläche aufweist,
kann der Verbinder nicht durch Unterdruck behandelt werden. Daher
muss der Verbinder durch eine spezielle Befestigungsvorrichtung
behandelt werden, welche bewirkt, dass die Anzahl der Schritte zunimmt.
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Bei
dem Montageschritt wird die Schraubenfeder 7 in dem Rohr 2 eingesetzt,
der Kontaktstift 3 wird in dem Rohr eingesetzt, wobei ein
oberer Abschnitt des Rohrs genietet werden muss, um den Flansch 3a zu
halten. Die Schraubenfeder muss einzeln montiert werden, was bewirkt,
dass die Herstellungskosten steigen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Federverbinder
zu schaffen, welcher ausgezeichnete Arbeitseigenschaften aufweist,
einfach anlötbar
und mit geringen Kosten hergestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird ein
Federverbinder für
ein elektronisches Gerät
geschaffen, umfassend ein Gehäuse,
welches aus einem Kunstharz hergestellt ist und in welchem ein zylindrischer
erster Raum ausgebildet ist, leitende Filme, welche an einer Innenwand
des ersten Raums, an einer Oberseite des Gehäuses, an einer Außenwand
des Gehäuses
und an einer Unterseite des Gehäuses
ausgebildet sind, um die Innenwand mit der Unterseite des Gehäuses elektrisch
zu verbinden, eine Schraubenfeder, welche in dem ersten Raum des
Gehäuses
vorgesehen ist, einen Kontaktstift, welcher aus Metall hergestellt ist
und in Axialrichtung gleitend in dem ersten Raum angebracht ist,
wobei der Kontaktstift einen zweiten Raum aufweist, in den ein Abschnitt
der Schraubenfeder eingesetzt ist, so dass der Kontaktstift durch
die Schraubenfeder nach außen
gedrängt
wird und ein Sperrelement zum Begrenzen der Kontaktstiftbewegung,
welches an dem Gehäuse
befestigt ist und eine Öffnung
besitzt durch welche der Kontaktstift teilweise hervorsteht.
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Der
Kontaktstift weist einen Flansch an einem unteren Abschnitt auf,
wobei sich der Flansch in Gleiteingriff mit der Innenwand des ersten
Raums des Gehäuses
befindet und sich das Sperrelement in Kontakt mit dem Flansch befindet.
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Die
Durchmesser beider Enden der Schraubenfeder sind von dem eines Zwischenabschnitts
der Schraubenfeder verschieden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Sperrelement ein Verschlussdeckel, welcher
eine ebene Oberseite aufweist und eine Öffnung, aus welcher der Kontaktstift
hervorsteht, aufweist.
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Weiterhin
hat der Federverbinder einen geneigten Boden in dem ersten Raum
und das Sperrelement ist durch Ultraschallschweißen, Wärmevernietung oder Kleben an
dem Gehäuse
befestigt.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen
eines Federverbinders, umfassend die Schritte des Formens eines
ersten Trägerelements
aus Kunstharz, aus welchem eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten
Gehäusen entlang
von Schneidlinien abteilbar sind, wobei jedes der Gehäuse ein
zylindrisches erstes Loch an einem zentralen Abschnitt aufweist,
und an jeder Kreuzung der Schneidlinien ein zweites zylindrisches
Loch ausgebildet wird, des Ausbildens leitender Filme an jedem der
Gehäuse,
um eine Innenwand des ersten zylindrischen Lochs des Gehäuses über eine
Oberseite und eine eine Außenwand
des Gehäuses
bildende Oberfläche
des zweiten zylindrischen Lochs mit einer Unterseite des Gehäuses elektrisch
zu verbinden, des Einsetzens einer Schraubenfeder und eines Kontaktstifts
in das zylindrische erste Loch des Gehäuses, des Formens eines zweiten
Trägerelements
aus Kunstharz, aus welchem eine Vielzahl von Verschlussdeckeln abteilbar
sind, wobei jeder Verschlussdeckel eine Öffnung aufweist, des Befestigens
des zweiten Trägerelements
an der oberen Oberfläche
des ersten Trägerelements,
und des Schneidens der ersten und zweiten Trägerelemente um jedes Gehäuse abzuteilen.
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Bei
einem weiteren Verfahren zum Herstellen eines Federverbinders wird
das erste und das zweite Trägerelement
in individuelle Gehäuse
und in individuelle Verschlussdeckel geschnitten, und es wird eine
Montageklemmhalterung mit einer Vielzahl von Vertiefungen zum Einsetzen
der Gehäuse
vorgesehen.
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Jedes
der Gehäuse
wird in eine Vertiefung der Montageklemmhalterung eingesetzt, und
jeder der Verschlussdeckel wird an der Oberseite des Gehäuses befestigt.
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Diese
und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
durch die folgende genaue Beschreibung unter Verweis auf die beigefügte Zeichnung
besser ersichtlich.
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1 ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Federverbinders;
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2 ist
eine Vorderansicht des Federverbinders;
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3 ist
eine Unterseitenansicht;
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4a bis 4g stellen
verschiedene Beispiele des Federverbinders dar, wobei je de davon eine
Schnittansicht gemäß einer
Linie IV-IV von 1 ist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Wärmevernietung
darstellt;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel eines Verfahrens
zum Herstellen einer Vielzahl von Federverbindern darstellt;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel eines
Herstel lungsverfahrens darstellt;
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8 stellt
einen herkömmlichen
Federverbinder eines elektronischen Geräts dar;
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9 ist
eine Schnittansicht des Federverbinders; und
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10 ist
eine Schnittansicht, welche einen weiteren herkömmlichen Federverbinder darstellt.
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Der
Federverbinder umfasst ein Gehäuse 11,
welches aus einem Harz hergestellt ist, einen Kontaktstift 12,
welcher aus einem leitenden Metall hergestellt ist und gleitend
in dem Gehäuse
eingesetzt ist, und einen Verschlussdeckel 13, welcher
aus einem Harz hergestellt ist. Das Gehäuse 11 weist eine
quadratische Säule,
wobei gekrümmte
Vertiefungen 15 an vier Ecken ausgebildet sind, und einen zylindrischen
ersten Raum 11e (4a) auf.
Der Verschlussdeckel 13 weist in Draufsicht, wie in 1 dargestellt,
die gleiche Gestalt wie das Gehäuse 11 auf
und ist an dem Gehäuse
durch einen Klebstoff befestigt. Gekörnte Muster in den 1–3 stellen
leitende Beschichtungen dar, welche durch ein Galvanisierverfahren
eines Metalls, wie etwa Cu + Ni + Au, ausgebildet werden. Die leitenden
Beschichtungen umfassen Seitenbeschichtungen 11a an den Vertiefungen 15,
eine obere Beschichtung 11b an der Oberseite des Gehäuses 11,
untere Beschichtungen 11c an der Unterseite des Gehäuses und
einen zylindrischen Film, welcher an der Seitenwand des ersten Raums 11e des
Gehäuses 11 ausgebildet
ist. Der zylindrische Film ist mit dem oberen Film 11b verbunden,
der obere Film ist mit den Seitenbeschichtungen 11a verbunden,
welche mit den unteren Beschichtungen 11c verbunden sind.
Die unteren Beschichtungen 11c sind Polelektroden zum Kontakt
mit einem Schaltungssubstrat.
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In
der Bodenplatte des Gehäuses 11 ist
ein Loch ausgebildet, wie in 3 dargestellt,
um die Strömungseffizienz
einer Galvanisierlösung
zu steigern. Nach dem Galvanisieren wird das Loch 11d durch
Ultraschallbearbeitung oder Einfüllen
von Harz geschlossen.
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Die 4a bis 4g stellen
verschieden Beispiele des Federverbinders dar, wobei jede davon eine
Schnittansicht gemäß einer
Linie IV-IV von 1 ist. Bei dem Beispiel von 4a weist
der erste Raum 11e des Gehäuses 11 eine Öffnung 11f auf, und
der Verschlussdeckel 13 weist gleichfalls eine Öffnung 13a auf.
Der Boden 11g des ersten Raums 11e ist geneigt.
Der Kontaktstift 12 ist hohl, so dass ein zweiter Raum 12b ausgebildet
wird. Ein Flansch des Kontaktstifts 12 befindet sich in
Gleiteingriff mit der Innenwand des ersten Raums 11e. Eine
Schraubenfeder 14 ist in den Räumen 11e und 12b eingesetzt.
Der Körper
des Kontaktstifts 12 steht aus den Öffnungen 11f und 13a nach
außen
hervor, und der Flansch 12a wird durch die Feder 14 gegen
den Verschlussdeckel 13 gedrückt.
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Da
der Boden 11g des ersten Raums 11e geneigt ist,
wird die Schraubenfeder 14 geneigt, so dass dadurch der
Kontaktstift 12 geneigt wird. Daher wird der Flansch 12a des Kontaktstifts
gegen die Innenwand des Gehäuses 11 gedrückt, so
dass der Kontaktwiderstand zwischen dem Flansch und der Innenwand
konstant wird.
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Bei
den Beispielen der 4b bis 4e ist die
Gestalt des zweiten Raums 12b geändert.
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Bei
dem Beispiel von 4e sind die Durchmesser der
Schraubenfeder 14 an beiden Enden verkleinert. Es ist möglich, den
Durchmesser bei einem mittleren Abschnitt der Feder zu verkleinern.
Diese Gestaltungen werden dafür
vorgesehen, dass die Schraubenfeder einfach zu neigen ist.
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Bei
dem Federverbinder von 4f ist
der Durchmesser der Schraubenfeder an einem unteren Endabschnitt
vergrößert, um
das untere Ende der Feder zu stabilisieren. Durch Stabilisieren
des Endabschnitts der Feder ist es möglich, den Kontaktstift zu
neigen. Die Gestaltung des Federverbinders von 4g erfolgt
durch Kombinieren der Verbinder der 4d und 4e.
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Als
Verfahren zum Befestigen des Verschlussdeckels 13 an der
oberen Oberfläche
des Gehäuses 11 können verschiedene
Verfahren, wie etwa Ultraschallschweißen, Wärmevernietung, Kleben und andere,
verwendet werden.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Beispiel einer Wärmevernietung
darstellt.
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Zylindrische
Vorsprünge 11h sind
an den Oberseiten des Gehäuses 11 um
den Kontaktstift 12 ausgebildet. Demgegenüber sind
Kerben 13b in dem Verschlussdeckel 13 vorgesehen,
welche den Vorsprüngen 11h entsprechen.
Die Einkerbungen 13b werden in Eingriff mit den Vorsprüngen 11h gebracht, und
der Verschlussdeckel 13 wird an der Oberseite des Gehäuses 11 angebracht,
wodurch jeder Vorsprung 11h von dem Verschlussdeckel nach
oben hervorsteht. Der hervorstehende Abschnitt des Vorsprungs wird
durch ein Heizelement geschmolzen, so dass eine Vernietung des Vorsprungs 11h erfolgt, um
den Verschlussdeckel 13 an dem Gehäuse 11 zu befestigen.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel eines Verfahrens
zum Herstellen einer Vielzahl von Federverbindern darstellt. Eine
erstes Trägerelement 21,
welche eine Vielzahl von Gehäusen
umfasst, wird durch Formen eines Harzes ausgebildet. Obgleich in 6 sechs
Gehäuse
dargestellt sind, wird bei einem echten Verfahren eine größere Anzahl
von Gehäusen
hergestellt. Die Gehäuse
werden matrixförmig
angeordnet, definiert durch Schneidlinien 25 und 26.
An jeder Kreuzung von Schneidlinien 25 und 26 wird
ein zylindrisches zweites Loch 27 ausgebildet. Bei einem
mittleren Abschnitt jedes Gehäuses
wird ein zylindrisches erstes Loch 28 ausgebildet. Leitende
Filme/Beschichtungen 21a an der Oberseite des ersten Trägerelements 21, Filme
an Innenwänden
der Löcher 27 und 28,
leitende Filme 21b an jeder Vertiefung und Filme an der Unterseite
der Gehäusegruppe
werden durch ein Galvanisierverfahren eines Metalls ausgebildet,
wobei unnötige
Abschnitte durch Folien bedeckt werden.
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In
jedem Loch 28 sind eine (nicht dargestellte) Schraubenfeder
und der Kontaktstift 12 vorgesehen. Somit wird ein erstes
Trägerelement
(21) hergestellt. Sodann wird ein zweites Trägerelement 22 an dem
ersten Trägerelement 21 angebracht
und durch ein geeignetes Verfahren befestigt.
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Zuletzt
wird das erste und das zweite Trägerelement 21, 22 durch
eine Schneidvorrichtung entlang den Schneidlinien 25, 26 geschnitten.
Somit wird eine Vielzahl von Federverbindern hergestellt. Vertiefungen 15,
welche in 3 dargestellt sind, werden durch
Schneiden der Löcher 27 an
vier Ecken jedes Federverbinders ausgebildet.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel eines
Herstellungsverfahrens darstellt.
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Bei
dem Verfahren ist eine Montageklemmhalterung 24 vorgesehen.
In der Klemmhalterung 24 ist eine Vielzahl von Vertiefungen 30 zum
Einbringen von Gehäusen 11 ausgebildet.
Das erste Trägerelement 21 und
das zweite Trägerelement 22,
welche durch das Verfahren hergestellt werden, welches unter Verweis
auf 6 beschrieben wurde, werden in individuelle Gehäuse 11 und
in individuelle Verschlussdeckel 13 geschnitten. Jedes
Gehäuse 11 wird
in der Vertiefung 30 eingesetzt, und der Verschlussdeckel 13 wird
an dem Gehäuse 11 angebracht
und daran befestigt. Aufgrund der Tatsache, dass der Verschluss deckel 13 unabhängig an
dem Gehäuse 11 angebracht
wird, kann eine genaue Mittenausrichtung des Verschlussdeckels für den Kontaktstift
erreicht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist das Gehäuse
aufgrund der Tatsache, dass das Gehäuse aus einem Harz hergestellt
wird und der Abschnitt leitenden Films eine kleine Fläche aufweist, eine
ausgezeichnete Wärmedämmung auf.
Daher ist das Lötmaterial,
welches an dem Gehäuse
vorgesehen ist, einfach zu schmelzen, wodurch der Verflüssigungsvorgang
verbessert wird. Durch Neigen der Unterseite eines Bodens eines
Gehäuses
wird der Kontaktstift durch die Schraubenfeder geneigt, so dass
der Kontaktstift gegen die Innenwand des Gehäuses gedrückt wird, wodurch der Kontaktwiderstand
stabilisiert wird.
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Obgleich
die Verbindung in Verbindung mit dem speziellen bevorzugten Ausführungsbeispiel
davon beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende
Beschreibung den Umfang der Erfindung, welcher durch die folgenden
Ansprüche definiert
ist, erläutern
und nicht begrenzen soll.