DE19600966C2 - Kontaktfeder zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktfeder zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils. Über eine solche Kontaktfeder wird ein elektrischer Kontakt vorzugsweise zu einer Batterie oder einem Akkumulator, aber auch zu sonstigen elektrischen Bauteilen hergestellt.

Eine solche Kontaktfeder kommt in vielen elektrischen Geräten zum Einsatz, vorzugsweise in mobilen, batterie- oder akkumu­ latorbetriebenen Geräten, wie z. B. tragbaren Computern, Mo­ biltelefonen, tragbaren Geräten der Unterhaltungselektronik, Uhren/Armbanduhren oder auch Handsendern, die z. B. zum Öffnen eines Verriegelungssystems eines Kraftfahrzeugs oder zum Öff­ nen eines Garagentores verwendet werden.

Das zu kontaktierende Bauteil wird vorteilhaft nahe bei einer zugehörigen elektrischen Schaltung angeordnet. Es ist be­ kannt, daß das Bauteil direkt auf eine Kupfer-Kontaktfläche des zugehörigen Schaltungsträgers gesetzt wird. Eine solche Kontaktierung ist jedoch nicht zuverlässig, da bereits kleinste Verunreinigungen auf den Kontaktflächen des Bauteils oder des Schaltungsträgers zu einer Unterbrechung des elekt­ rischen Kontaktes oder zu einem "Wackelkontakt" führen kön­ nen. Auch die Lagerung des Bauteils auf der Kontaktfläche des Schaltungsträgers wirkt sich nachteilig für die Zuverlässig­ keit der elektrischen Kontaktierung des Bauteils aus, da schon ein geringfügiges Verrutschen des Bauteils oder des Schaltungsträgers eine Unterbrechung des elektrischen Kontak­ tes hervorrufen kann.

Ferner ist eine zwischen Schaltungsträger und Bauteil ange­ ordnete Kontaktfeder seit langem bekannt. Eine solche Kon­ taktfeder wird mit einem Haltearm in eine Bohrung im Schal­ tungsträger gesteckt. Der Haltearm wird auf der Rückseite des Schaltungsträgers mit diesem verlötet. Die Befestigung der Kontaktfeder wird manuell oder von einem Spezial- Bestückungsautomaten ausgeführt. Eine Bestückung des Schal­ tungsträgers mit der bekannten Kontaktfeder durch einen Stan­ dard-SMD(Surface Mounting Device)-Bestückungsautomaten ist nicht möglich.

Aus der Patentschrift US 5,152,695 ist ein Verbinder zum Ver­ binden zweier elektronischer Bauteile bekannt. Dieser weist eine Grundplatte mit einer eben ausgebildeten Unterseite und zwei Federarme auf. Die Federarme ragen aus der Grudplatte heraus, so dass ein auf freien Endabschnitten der Federarme aufgelegtes Bauteil senkrecht zur Grundplatte federnd gela­ gert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktfeder zu schaffen, die maschinell bestückbar ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Kontaktfeder enthält eine Grundplatte, von der Federarme abgehen. Bei einer Anordnung einer solchen Kontaktfeder auf einem Schaltungträger liegt die Grundplatte mit ihrer eben ausgebildeten Unterseite auf dem Schaltungs­ träger auf. Zumindest ein Abschnitt eines jeden Federarms verläuft schräg nach oben, wobei die Richtungsangabe auf die durch die Grundplatte bestimmte Ebene bezogen ist. Auf freie Endabschnitte der Federarme wird bei Bedarf ein Bauteil auf­ gelegt, das senkrecht zur Grundplatte federnd gelagert ist und infolge dieser Lagerung zuverlässig mit der Kontaktfeder elektrisch leitend verbunden ist, auch bei einem Bewegungs­ spiel von Bauteil oder Schaltungsträger. Die Kontaktfeder kann mit einem Standard-SMD-Bestückungsautomaten auf einem Schaltungsträger angeordnet werden. Dabei setzt eine Vakuum­ pipette des SMD-Bestückungsautomaten an der Oberseite der Grundplatte an und setzt die angesaugte Kontaktfeder auf ei­ ner mit einer Lötpaste bestrichenen Kontaktfläche des Schal­ tungsträgers mit ihrer Unterseite ab. Mit einem Infrarot- Lötwerkzeug des SMD-Bestückungsautomaten wird eine Lötverbin­ dung zwischen Schaltungsträger und Kontaktfeder hergestellt.

Die Kontaktfeder weist Haltearme auf, die aus der Grundplatte herausragen, und die einen Abschnitt enthalten, der in der durch die Grundplatte bestimmten Ebene angeordnet ist. Durch diese Haltearme wird die Kontaktfeder bei ihrer Befestigung auf einem Schaltungträger gegen diesen abgestützt und kann nicht kippen. Ferner bieten die Haltearme Befestigungspunkte zur Befestigung der Kontaktfeder auf dem Schaltungsträger. Zwischen Haltearmen und Kontaktflächen des Schaltungsträgers kann eine Lötverbindung zur mechanischen Befestigung ange­ bracht werden, die gleichzeitig auch zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen Kontaktfeder und Schaltungsträger dienen kann. Bei einer Grundplatte mit kleinen Abmessungen dienen die Haltearme insbesondere dazu, Befestigungspunkte für eine Lötverbindung zum Schaltungsträger bereitzustellen, die einen möglichst großen Abstand zu den Federarmen und insbesondere zu deren Austrittspunkten aus der Grundfläche aufweisen: Weist nämlich die Grundplatte die Befestigungspunkte auf, ist die Gefahr groß, daß die Federarme insbesondere an ihren Aus­ trittspunkten aus der Grundfläche mit Lötpaste verschmutzt werden oder gar teilweise an den Schaltungsträger gelötet werden. Dies würde die Federkraft der Federarme und damit die Zuverlässigkeit der elektrischen Kontaktierung des Bauteils beeinträchtigen. Zum dritten wird durch die Haltearme eine für einen zuverlässigen Kontakt zum Bauteil erforderliche stabile Lage der Kontaktfeder erwirkt, auch bei Krafteinwir­ kung auf die auf dem Schaltungsträger befestigte Kontaktfe­ der.

Wenn ein freier Endabschnitt eines jeden Haltearms auf seiner Unterseite mit einer Zinnschicht versehen wird, so kann die Kontaktfeder über Lötverbindungen zwischen diesen freien End­ abschnitten der Haltearme und Kontaktflächen auf einem Schal­ tungsträger mit diesem mechanisch und elektrisch verbunden werden. Bei dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind also die Befestigungspunkte auf den freien Endabschnit­ ten der Haltearme angeordnet und weit von den Federarmen und ihren Austrittspunkten aus der Grundplatte entfernt auf den Haltearmen angeordnet, was zu vorgannten Vorteilen führt.

Eine solche Bereitstellung von Befestigungspunkten durch An­ bringen der Haltearme an der Grundplatte bzw. eine Vorberei­ tung einer Lötverbindung durch Aufbringen der Zinnschicht an diesen Befestigungspunkten - nämlich den freien Endabschnit­ ten der Haltearme - ist dann vorteilhaft, wenn Grundplatte, Federarme und auch Haltearme einstückig ausgebildet sind und die Federarme insbesondere seitlich aus der Grundplatte ge­ führt sind.

Die einstückige Ausbildung der Grundplatte mit den Federarmen und den Haltearmen ist von Vorteil, da die gesamte Kontaktfe­ der in einem Herstellungsschritt beispielsweise aus einem Chrom-Nickel-Federstahlblech gestanzt werden kann, und dar­ aufhin lediglich die Federarme schräg nach oben gebogen wer­ den müssen. Durch das Aufbringen einer Zinnschicht zumindest auf die Unterseite der freien Endabschnitte der Haltearme wird eine Lötverbindung an diesen Stellen vorbereitet. Aus herstellungsökonomischen Gründen kann auch die gesamte Unter­ seite der Befestigungsarme und der Grundplatte verzinnt wer­ den.

Sind die Haltearme der Kontaktfeder derart ausgebildet, daß Anfangsabschnitte, die nahe bei der Grundplatte angeordnet sind, eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als die freien Endabschnitte, über die die Kontaktfeder beispielswei­ se auf einen Schaltungsträger gelötet wird, so wird bei dem Lötvorgang möglichst wenig Wärme auf die Grundplatte und die Federarme der Kontaktfeder übertragen.

Vorzugsweise wird der freie Endabschnitt eines jeden Halte­ arms schräg nach oben abgewinkelt, bezogen auf die durch die Grundplatte bestimmte Ebene. So entsteht bei einem Lötvorgang zwischen dem freien Endabschnitt des Haltearms und einer Kon­ taktfläche des Schaltungsträgers ein Lötkegel und damit eine qualitativ hochwertige und zeitbeständige Lötverbindung, die auch optisch in vorteilhafter Weise auf eventuelle Bruchstel­ len überprüft werden kann.

Vorzugsweise ist die Kontaktfeder achsensymmetrisch ausgebil­ det, so daß die Kontaktfeder mit einem Zangenwerkzeug des SMD-Bestückungsautomaten ausgerichtet wird, nachdem sie mit Hilfe einer Vakuumpipette aus einem Liefergurt entnommen wur­ de. In dieser ausgerichteten Lage wird die Kontaktfeder auf dem Schaltungsträger angeordnet. Vorzugsweise enthält die Kontaktfeder zumindest zwei Haltearme, die auf einander ge­ genüberliegenden Seiten der Grundplatte angeordnet sind, so­ daß das Zangenwerkzeug an den freien Endabschnitten der Hal­ tearme angreifen kann.

Bei einer Projektion der Federarme auf die durch die Grund­ platte bestimmte Ebene sind die freien Endabschnitte der Fe­ derarme vorzugsweise außerhalb der Grundplatte angeordnet, da so die Kontaktfeder bis auf Blechstärke durch das Bauteil zu­ sammengedrückt werden kann. Mit dieser Ausbildung wird die Bauhöhe der Kontaktfeder unter Ausnutzung eines maximalem Fe­ derwegs gering gehalten werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Eine erfindungsgemäße Kontaktfeder in perspektivi­ scher Ansicht von schräg oben,

Fig. 2: die Kontaktfeder aus Fig. 1 auf einem Schaltungs­ träger, in perspektivischer Ansicht von schräg oben,

Fig. 3: die Kontaktfeder aus Fig. 1 in perspektivischer An­ sicht von schräg unten, und

Fig. 4: einen Haltearm einer Kontaktfeder auf einem Schal­ tungsträger, im Längsschnitt.

Gleiche Elemente in den Figuren werden figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kontaktfeder mit einer Grundplatte 1, vier einstückig mit der Grundplatte 1 ausge­ bildeten Federarmen 2, wobei jeder Federarm 2 mindestens ei­ nen - bezogen auf eine durch die Grundplatte 1 bestimmte Ebe­ ne E - schräg nach oben gerichteten Abschnitt 21 aufweist so­ wie einen freien Endabschnitt 22. Vier dreiecksförmige Halte­ arme 3 sind ebenfalls einstückig mit der Grundplatte 1 ausge­ bildet und bilden zusammen mit der Grundplatte 1 eine ebene Fläche. Die Haltearme 3 sind um jeweils 90 Grad versetzt zu­ einander angeordnet, die Federarme 2 ebenfalls. Es ist ab­ wechselnd ein Federarm 2 und ein Haltearm 3 aus der Grund­ platte 1 geführt. Die Kontaktfeder ist achsensymmetrisch. Ein Bauteil, beispielsweise eine Knopfbatterie wird auf die frei­ en Endabschnitte 22 der Federarme aufgelegt. Dieses Ausfüh­ rungsbeispiel erlaubt eine sehr gute stabile Lagerung und Kontaktierung des Bauteils auf/mit der Kontaktfeder aufgrund der vier Federarme 2, eine sehr gute stabile Lage der Kon­ taktfeder auf einem Schaltungsträger aufgrund der vier Halte­ arme 3, Lötverbindungen an den freien Endabschnitten der Hal­ tearme 3 zu einem Schaltungsträger ohne die Federarme 2 an den Schaltungsträger mit anzulöten, und eine Bestückung eines Schaltungsträgers mit der Kontaktfeder durch einen SMD- Bestückungsautomaten.

Fig. 2 zeigt die auf einem Schaltungsträger 4 angeordnete Kontaktfeder gemäß Figur: Dabei liegt die Kontaktfeder mit den Unterseiten der Haltearme 3 und der Unterseite der Grund­ platte 1 auf dem Schaltungsträger auf. Lötkegel 41 an den freien Endabschnitten 33 der Haltearme 3 sind angedeutet. An­ fangsabschnitte 31 der Haltearme 3 weisen eine geringere Querschnittsfläche als die freien Endabschnitte 33 der Halte­ arme 3 auf.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Kontaktfeder gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten. Dabei ist insbesondere die einstückige Ausgestaltung der Haltearme 3 mit der Grundplatte 1 zu sehen, wie auch die ebene Auflage­ fläche, bestehend aus den Unterseiten 34 der Haltearme 3 und der Unterseite 11 der Grundplatte 1, die ein stabiles Auflie­ gen der Kontaktfeder auf einem Schaltungsträger gewährleis­ tet.

Fig. 4 zeigt den Längsschnitt eines Haltearms 3 mit einem abgewinkelten freien Endabschnitt 33, wobei die Kontaktfeder mit einem Abschnitt 32 dieses Haltearms 3 auf einem Schal­ tungsträger 4 angeordnet ist. An der Unterseite 34 des freien Endabschnitts 33 ist eine Zinnschicht 35 aufgebracht, die ü­ ber den Lötkegel 41 eine Lötverbindung zur Kontaktfläche 42 des Schaltungsträgers 4 herstellt.

Zur zuverlässigen Kontaktierung eines Bauteils und zum Auf­ bringen eines notwendigen Anpreßdruckes auf das Bauteil kann die erfindungsgemäße Kontaktfeder drei, vier oder mehr Feder­ arme aufweisen. Wenn das Bauteil durch einen Träger in einer definierten Position gehalten wird, sind ggf. auch lediglich zwei Federarme ausreichend.

Claims (8)

1. Kontaktfeder zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils, mit einer Grundplatte (1) mit einer eben ausgebildeten Unter­ seite (11), mit Federarmen (2), die aus der Grundplatte (1) herausragen, sodaß ein auf freie Endabschnitte (22) der Federarme (2) aufgelegtes Bauteil senkrecht zur Grundplatte (1) federnd gelagert ist, und mit Haltearmen (3), die aus der Grundplatte (1) herausragen, und die je einen Abschnitt (32) aufweisen, der in der durch die Grundplatte (1) bestimmten Ebene (E) angeordnet ist.

2. Kontaktfeder nach Anspruch 1, bei der jeder Haltearm (3) an der Unterseite (34) zumindest seines freien Endabschnitts (33) eine Zinnschicht (35) aufweist.

3. Kontaktfeder nach Anspruch 2, bei der der freie Endab­ schnitt (33) jedes Haltearms (3) bezogen auf die durch die Grundplatte (1) bestimmte Ebene (E) schräg nach oben abge­ winkelt ist.

4. Kontaktfeder nach Anspruch 1, bei der jeder Haltearm (3) in seinem Anfangsabschnitt (31) nahe bei der Grundplatte (1) eine geringere Querschnittsfläche aufweist als in seinem freien Endabschnitt (33).

5. Kontaktfeder nach Anspruch 1, bei der die Federarme (2) und die Haltearme (3) einstückig mit der Grundplatte (1) ausgebildet und seitlich aus der Grundplatte (1) geführt sind.

6. Kontaktfeder nach Anspruch 1, die achsensymmetrisch ausgebildet ist.

7. Kontaktfeder nach Anspruch 6, mit zwei Haltearmen (3), die an einander gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte (1) aus der Grundplatte (1) geführt sind.

8. Kontaktfeder nach Anspruch 1, bei der bei einer Projektion der Federarme (2) auf die durch die Grundplatte (1) bestimmte Ebene (E) die freien Endabschnitte (22) der Federarme (2) außerhalb der Grundplatte (1) angeordnet sind.