DE19533299A1 - Mehrpolige, variable SMD-Anschlußanordnung und Verfahren zu ihrer Montage auf einem Schaltungssubstrat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine an einem Schaltungssubstrat durch SMD-Löten fixierbare mehrpolige Anschlußanordnung und ein Verfahren hierzu.

Beispielsweise bei Leistungs-Modulen, in denen Hybridschal­ tungen auf einem Kühlkörper angebracht und mit einem Schutz­ gehäuse, durch das Außenanschlüsse des Moduls herausgeführt sind, abgedeckt sind, ist eine leistungsfähige Anschlußtech­ nik erforderlich, um die Anschlußstellen auf dem Schaltungs­ substrat mit den senkrecht darüber befindlichen Außenan­ schlüssen im Inneren der Schutzabdeckung zu verbinden. Bisher geschieht dies durch das Auflöten einzelner Kopfdrähte oder L-förmiger Einzelanschlüsse auf das Schaltungssubstrat. In jedem Fall bedarf es dazu einer besonderen Graphitform, um diese Anschlüsse in Position zu halten und anschließend zu löten. Da die Form anschließend wieder entfernt werden muß, ist diese Montagetechnik sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschlußtech­ nik zu entwickeln, die hochstrombelastbar und in Richtung der drei Raumachsen mechanisch flexibel ist und die darüber hin­ aus SMD-fähig ist, es sollen also alle Anschlußpole der An­ schlußanordnung im Kollektiv bestück- und oberflächenlötbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anschlußanordnung der eingangs genannten Art,

• - bestehend aus einem metallischen Stanzbiegeteil mit minde­ stens drei durch einen nach dem Löten entfernbaren gemein­ samen Verbindungsstreifen miteinander verbundene Anschluß­ pole,
• - die variabel gestaltete, substratseitige Kontaktbereiche aufweisen, die im wesentlichen z-förmig, also jeweils zu einer Seite hin, aus der Ebene des Verbindungsstreifens ausgelenkt sind,
• - so daß die zu gegenüberliegenden Seiten ausgelenkten Kon­ taktbereiche eine Standbasis der Anschlußanordnung beim Be­ stücken und Verlöten bilden,
• - wobei die Kontaktbereiche Endbereiche aufweisen, die beim Bestücken und Verlöten eine zum Substrat koplanare Auf­ standsebene bilden.

Diese Anschlußanordnung wird weiterhin erfindungsgemäß in der Weise auf einem Schaltungssubstrat montiert, daß die Kontakt­ bereiche der Anschlußanordnung z-förmig ausgelenkt werden, daß die Anschlußanordnung anschließend so auf das Substrat aufgesetzt und angedrückt wird, daß eine Koplanarität aller Anschlußpole von etwa 50 µm entsteht, daß die Endbereiche der Anschlußpole im Kollektiv mit dem Schaltungssubstrat verlötet werden, und daß schließlich der Verbindungsstreifen von den Anschlußpolen abgetrennt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des An­ spruchs 1 sowie des Verfahrens nach Anspruch 6 sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 bis 3 in jeweils verschiedener Perspektive drei un­ terschiedliche Ausführungsformen von in einem Verbin­ dungsstreifen angeordneten, erfindungsgemäß ausgebil­ deten Anschlußanordnungen,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Anschlußanordnung in auf ei­ nem Schaltungssubstrat montierten Zustand,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausfüh­ rungsform einer montierten Anschlußanordnung.

Die in der Zeichnung dargestellte Anschlußanordnung besteht aus einem aus einem Blechbiegestanzteil hergestellten Verbin­ dungsstreifen 3 an dem, wie Fig. 1 bis 3 zeigt, mehrere, im allgemeinen unterschiedlich gestaltete Kontaktbereiche 1 an­ geordnet bzw. ausgeformt sind. Die Fig. 1 zeigt dabei deut­ lich zwei außenliegende Kontaktbereiche 1, die aus der Ebene 2 des Verbindungsstreifens 3 einseitig, hier im wesentlichen zum Betrachter der Figur hin, z-förmig ausgelenkt wurden, so daß in der in Fig. 3 dargestellten Aufstandsebene 4 für die SMD-Montageebene die notwendige Koplanarität aller Anschlüsse von ca. 50 µm entsteht, bzw. durch leichte Änderung der Aus­ lenkung, z. B. durch Aufdrücken auf das Substrat, herstellbar ist.

In Fig. 1 sind desweiteren drei Kontaktbereiche 5 erkennbar, die wiederum einseitig z-förmig, jedoch in die Gegenrichtung ausgelenkt sind. Auch diese Anschlußpole sind so gebogen, daß sie zur Aufstandsebene 4 eine Koplanarität von ca. 50 µm er­ reichen. Diese Formgebung mit jeweils mindestens einem An­ schlußpol als Standbein zu jeder Seite hin, schafft eine sta­ bile Standbasis "b", die notwendig ist, um ein Kippen, bei­ spielsweise beim Bestücken, Transport oder Reflow-Löten zu verhindern.

Die Formen und Abmessungen der Auslenkungen sowie die Anzahl der Anschlußpole 7 sind variabel den Layout-, Hybridier- und Kontakterfordernissen anpaßbar. Besonders vorteilhaft ist da­ bei, daß neben den Positionsanforderungen auch die elektri­ schen und mechanischen Anforderungen einzelkontaktsspezifisch ausgelegt werden können. Beispielsweise können die Pole 7 und 8 als hochstromführende ( 30A) Motoranschlüsse und damit re­ lativ breiter als die im Kontaktbereich relativ schmaler ge­ stalteten Pole 10, 11 und 12, die beispielsweise für Steuer- oder Sensoranschlüsse vorgesehen sein können, ausgeführt sein.

Die mechanischen Belastungen entstehen, wie in Fig. 4 ange­ deutet, durch zwei verschiedene Einspannebenen 13 und 14, da diese sich zueinander vertikal und horizontal bewegen können. Diese Bewegungen werden von den entsprechend dimensionierten Auslenkungen 15, vgl. Abb. 2 und 3, so kompensiert, daß die Kräfte an den Lötstellen 16 weit unter den kritischen Grenzwerten liegen. Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Quer­ schnittsverjungungen 17 sind so angeordnet, daß eine löttech­ nische Wärmebremse und/oder eine Sollbiegestelle zur Abwen­ dung von mechanischen Schälbelastungen entsteht, die beson­ ders die SMD-Lötstellen gegen ein Abziehen schützen. Die SMD-Ausformung der Endbereiche der Kontaktbereiche ist in den Figuren durchgängig als flacher Kontaktlappen dargestellt, kann jedoch auch anders gestaltet werden. Die SMD-Ausformung 18 der beiden außen liegenden Kontaktbereiche kann mit einer Ju­ stierhilfe versehen werden, die aus den um 90° aus der Auf­ standsebene gebogenen Zinken 20 besteht. Die durch die Zin­ kenbildung entstandene U-Kontur wirkt positiv auf den Lötfluß der Lötstellen 16. Es entstehen weitgehend lunkerfreie und damit haltbarere Lötstellen 16. Die Justierhilfe taucht in Löcher 23 des SMD-Schaltungsträgers 24 ein und positioniert somit lagerichtig die SMD-Kontakte zu den Layout-Pads. Bei Verzicht auf die Zinken wird eine Lagestabilisierung durch eine klebrige Lotpaste auf den Anschlußpads der Schaltung er­ zielt.

Die Lötstifte 25 der Kontakte befinden sich auf der gegen­ überliegenden Seite der SMD-Anschlüsse. Durch den rahmenför­ migen Freischnitt 28 bilden sich jeweils zwei Haltestege 27, vgl. Fig. 2, die für eine stabile Auskopplung an den Verbin­ dungsstreifen 3 sorgen. Diese Stabilität mit zulässiger Bie­ gekraft von gut 3 N im elastischen Verformungsbereich ist der Garant für die notwendige Koplanarität von ca. 50 µm.

Nach dem Auflöten der Kontakte im Kollektiv wird der Verbin­ dungsstreifen 3 abgetrennt, vgl. Fig. 4 und 5. Durch die La­ ge der Trennebene "Ebene C" oder "Ebene D" lassen sich Lötga­ beln 28 und 29 für verschiedene Anschlußdrahtquerschnitte 19 und 22 oder einzelne Lötstifte 25 erzeugen.

Die erfindungsgemäße Anschlußausführung ist fertigungstechnisch großserientauglich. Sie kann im Folgewerkzeug aus bei­ spielsweise verzinntem Halbzeug-Band realisiert und vollauto­ matisch in automatengerechte Verpackungsmaschinen eingebracht werden, die sich für handelsübliche Pick and Place-Maschinen eignen.

Claims (7)

1. An einem Schaltungssubstrat durch SMD-Löten fixierbare mehrpolige Anschlußanordnung,

• - bestehend aus einem metallischen Stanzbiegeteil mit minde­ stens drei durch einen nach dem Löten entfernbaren gemein­ samen verbindungsstreifen (3) miteinander verbundene An­ schlußpole (7, 8, 10, 11, 12),
• - die variabel gestaltete, substratseitige Kontaktbereiche (1, 5) aufweisen, die im wesentlichen z-förmig, also je­ weils zu einer Seite hin aus der Ebene (2) des Verbindungs­ streifens (3) ausgelenkt sind,
• - so daß die zu gegenüberliegenden Seiten ausgelenkten Kon­ taktbereiche (1, 5) eine Standbasis der Anschlußanordnung beim Bestücken und Verlöten bilden,
• - wobei die Kontaktbereiche (1, 5) Endbereiche (18) aufwei­ sen, die beim Bestücken und Verlöten eine zum Substrat (24) koplanare Aufstandsebene (4) bilden.

2. Anschlußanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der End­ bereich jeweils durch eine sich an den jeweiligen z-förmigen Bereich anschließende SMD-Ausformung (18) gebildet ist.

3. Anschlußanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die SMD-Ausformungen (18) der beiden außen liegenden Anschlußpole (7, 8) jeweils einen aus der Aufstandsebene (4), in Richtung Substrat (24) herausgebogenen Justierzinken (20) aufweisen.

4. Anschlußanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens ein hochstromfähiger Anschlußpol (7, 8) mit relativ breiter gestaltetem Kontaktbereich (1) und wenigstens ein Steuer- oder Sensor-Anschlußpol (10, 11, 12) mit relativ schmaler gestaltetem Kontaktbereich (5) vorgesehen ist.

5. Anschlußanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlußpole (7, 8, 10, 11, 12) an ihren vom Substrat (24) ab­ gewandten Enden als Lötstifte (25) oder Lötgabeln (28, 29) ausgebildet sind.

6. Verfahren zur Montage einer Anschlußanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf einem Schaltungssubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktbereiche (1, 5) der Anschlußanordnung z-förmig ausgelenkt werden, daß die Anschlußanordnung anschließend so auf das Substrat (24) aufgesetzt und angedrückt wird, daß eine Koplanarität aller Anschlußpole (7, 8, 10, 11, 12) von etwa 50 µm entsteht, daß die Endbereiche der Anschlußpole im Kol­ lektiv mit dem Schaltungssubstrat (24) verlötet werden und daß schließlich der Verbindungsstreifen (3) von den Anschluß­ polen (7, 8, 10, 11, 12) abgetrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im letz­ ten Verfahrensschritt durch Wahl der Lage der Trennebene Löt­ stifte (25) oder Lötgabeln (28, 29) erzeugt werden.