DE2040812A1

DE2040812A1 - Elektrische Verbindungsanordnung und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE2040812A1
Application number: DE19702040812
Authority: DE
Inventors: Reynolds Charles Edward
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1969-09-05
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1971-03-18
Also published as: US3573707A; NL7012969A; BE755639A; FR2060844A5

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN

Patentanwalt

8U00 MÜNCHEN 71 (SoUn) 2040812

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213 . V:' .- - . ■

AIiP 2764 München, 12. August 1970

sch ■

AHP. Incorporated
Eisenhower Boulevard ' Harrisburg, Pa., V. St. A₁

Elektrische Verbindungsanordnung und Verfahren zur Herstellung

derselben

Priorität; 5. Sept." 1969; V.St.A.; Nr. 885 648 ,,;..■,

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbindungsanordnungen. ';■■■■-"■■ ·

Unter gewissen Umständen ist .es- wünschenswert, gedruckte Stromkroisplatten zu verwenden, die aus einer dünnen Aluminiumplatte bentoh-en, deren Oberflächen einen dünnen. Überzug aiirj elektrifich isolierendem Material aufweisen, wobei auf den Oberflächen der Überzüge iitromlei t.weg-e vorgesehen sind₀ ofcroj.ikielsplatten¹ diener, Typs weisen eine Keine von Vorteilen im 'Vergleich zu horkömmlichen Btromkreisplatten auf. KLn Vorteil besteht darin, daß die Platte selbst als Kühlmittel wirken kann, wodurch die IJotwendigkeit in v/egfall gelarigt, Tür in der Platte angeordnete Komponenten getrennte r'üh-ii.iittol vor;',uij(Jiien. Außei'dem haben derartige Platten eine

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Bayerische Ver«insbank Manchen 820993

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außerordentlich hohe Lebensdauer und können innerhalb enger Bemessungstoleranzen hergestellt werdeno

Es ergibt sich jedoch bei derartigen Platten ein Problem, wenn elektrische Verbindungen zwischen auf der Platte befestigten Komponenten und den Stromleitwegen auf der Platte hergestellt werden sollen, \ienn man die herkömmliche Technik anwendet und einfach ein Loch durch die Platte bohrt, den Leitungsdraht durch das Loch führt und eine Lötverbindung herstellt, sind die Leitungsdrähte alle elektrisch mit der Platte verbunden. Es besteht die Möglichkeit, die Leitungsdrähte unmittelbar an die Stromleitwege auf der Platte anzulöten, anstatt Löcher durch die Platte zu bohren« Das Bohren von Löchern ist jedoch auf diesem Gebiet allgemein üblich und weist einige Vorteile auf. Wenn beispielsweise der Leitungsdraht durch ein Loch in der Platte eingeführt ist, wird der Draht bis zu einem gewissen G-rad mechanisch gehalten und gestützt, so daß die Festigkeit der Verbindung zwischen der Komponente und der Platte nicht ausschließlich von der Lötverbindung abhängt.

Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Leiter auf einer gedruckten Stromkreisplatte mit einer aus Metall bestehenden Tafel, die auf mindestens einer ihrer IIauptoberflachen einen Überzug aus elektrisch isolierendem Material aufweist, wobei der zweite Le Lter sich auf der Oberseite den Überzugs befindet und wobei die Platte ein Loch zur Aufnahme des ersten Leiters aufweist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß eine aua elektrisch isolierendem Material bestehende IlüLse in das Loch eingesetzt wird, wobei die Länge der flfülße TuLndoij tune gleich der ütärlco der l'aL'el iüt und die

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Hülse so angeordnet ist, daß sie mit dem gesamten in dem Loch freiliegenden Oberflächenbereich der Tafel in Eingriff gelangt, daß eine in der Hülse angeordnete elektrisch leitende Buchse in der Platte befestigt wird, daß der erste Leiter in die Buchse eingesetzt wird und daß Lot zur Anwendung gelangt, um den ersten und zweiten Leiter und die Buchse elektrisch miteinander zu verbinden.

Ein elektrischer Verbinder mit einer elektrisch leitenden Buchse, die so ausgebildet ist, daß sie einen Leiter aufnimmt und an diesem angreift, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch eine die Buchse umgebende Hülse aus elektrisch isolierendem Material, wobei die Hülse sich in einem instabilen Zustand befindet, so daß sie sich bei Anwendung von Hitze radial ausdehnt.

Eine elektrische Terbindungsanordnung, bestehend aus einer gedruckten Stromkreisplatte, die aus einer metaiiisehen Tafel mit einem Überzug aus elektrisch isolierendem Material auf mindestens einer ihrer Hauptflächen geformt ist, wobei ein Leiter auf der Oberfläche des Überzugs vorgesehen ist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch eine elektrisch isolierende HülsV, die in einem Loch in der Platte angeordnet ist, wobei die Hülse in enger Terbindung mit mindestens dem gesamten in dem Loch freiliegenden Flächenbereich "der Tafel steht, durch eine in der Hülse befestigte elektrisch leitende Buchse, durch einen in die Buchse eingeführten weiteren Leiter und durch die beiden Leiter und die Buchse elektrisch miteinander verbindendes Lötmaterial.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erörtert. Von den Figuren zeigen!

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Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung gelangenden Buchse;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung gelangenden Hülse aus elektrisch isolierendem Material;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung, die zeigt, in welcher Vieise die in Fig. 2 gezeigten Hülsen in Löcher in gedruckten Stromkreisplatten eingesetzt werden;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung, die das Einsetzen von Buchsen gemäß Fig. 1 in mit Hülsen versehene Löcher in einer gedruckten Stromkreisplatte zeigt;

Figur 5 eine teilweise Querschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung;

Figur 6 eine perspektivische Darstellung eines Teiles eines Streifens elektrischer Verbinder gemäß der Erfindung;

Figur 7 eine der Figo 6 ähnliche Darstellung, wobei der Verbinder zum Einführen in ein Loch in einer gedruckten Stromkreisplatte positioniert ist.

Eine herkömmliche metallische gedruckte Stromkreisplatte (Fig. 3, 4 und 5) weist eine aus einer Aluminiumlegierung bestehende Tafel 4 auf, deren Hauptoberflächen mit Überzügen 6, 7 aus elektrisch isolierendem Material versehen sind. Gedruckte Stromkreisplatten dieser Art sind auf bestimmten Gebieten der elektronischen Industrie sehr gefragt infolge ihrer langen Lebensdauer, ihrer Abmessungsstabilität unter dem Einfluß wechselnder Temperaturen und der Genauigkeit der Abmessungen, die bei der Herstellung dieser Platten möglich ist. Derartige Platten sind, ebenso wie herkömmliche gedruckte Stromkreisplatten, mit Stromleitwegen 9 versehen, und

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die Leitungsdrähte von auf der Platte 2 angeordneten Komponenten müssen mit diesen Stromleitwegen 9 verbunden werden. Bei einer im Handel erhältlichen gedruckten Stromkreisplatte dieses Typs ist die Platte 4 etwa 1,016 mm stark, und die Überzüge 6, 7 bestehen aus vernetztem Polyäthylen und sind jeweils etwa 0,254 mm stark.

Da die Platte 4 aus Metall besteht, ist es unmöglich, bekannte Verfahren anzuwenden zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Leitungsdraht 26 (Fig. 5) und einem Leiter 9 auf der Platte 2. Wenn der Leitungsdraht 26 nur durch ein loch 8 in der Platte 2 eingeführt und verlötet -würde:, um eine Verbindung zwischen dem Leitungsdraht "2.6 und dem Leiter 9 herzustellen, würde auch eine Verbindung zwischen dem Leitungsdraht 26 und der Tafel 4 der Platte 2 hergestellt v/erden.

Gemäß der Erfindung ist für jedes Loch 8 eine Hülse 10 vorgesehen, der.en Länge im wesentlichen gleich der Gesamtstärke der Platte 2 ist und deren Durchmesser etwas geringer als der Durchmesser des Loches 8 in der Platte ist. Die Hülsen können aus irgendeinem geeigneten Kunststoff bestehen, obwohl ein Material mit ,^uten: V/armf estigkeitseigenschaf ten, ζ. B. Polytetrafluoräthylen, bevorzugt wird. Ursprünglich befindet eich die Hülse in einem instabilen Zustand, d. h. ihr Durchmesser vergrößert nich bei Erhitzung. Unter Hitzeeinwirkung instabile Kunststoffe dieses Typs werden in großem Umfang zur -Isolierung filoktrischer Verbindungen verwendet. Im allgemeinen weinen die für loolierverbindungen verwendeten Hülsen eine ϊ-nnde-n-ti auf, nich bei Erhitzen zuöainmenzu-.K-ichßn, ü. hc. ihre Durchmesser reduzieren sich. Die Hülse gornäß der Erfindung ist jedoch - u~o behandelt, daß sie sich bei Krhit^en' aul' eine Temperatur von etwa 274 G erweitert.

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Derartige Hülsen werden dadurch hergestellt, daß ein Teflonschlauoh mit einem Außendurchmesser von 1,65 mm und einer Wandstärke von 0,152 mm durch eine Form mit einer Öffnung von 1,04 mm bei Zimmertemperatur geführt wird. Dann wird der Schlauch in Stücke der gewünschten Länge geschnitten. Auf diese Weise hergestellte Hülsen können in einer Platte mit Löchern eines Durchmessers von 1,32 mm verwendet werden und dehnen sich unter Hitzeeinwirkung so aus, daß sie fest in den Löchern sitzen. Es besteht auch die Möglichkeit, einen sich ausdehnenden vernetzten Polyäthylenschlauch zu verwenden»

Wie Fig. 3 zeigt, wird eine Hülse 10 in jedes der Löcher 8 eingesetzt, indem eine größere Anzahl von Hülsen 10 auf die Platte 2 gelegt wird und die Platte 2 dann so lange in Schwingungen versetzt wird, bis durch die willkürlichen Bewegungen der Hülsen jedes Loch 8 mit einer Hülse 10 versehen

Nachdem jedes der Löcher 8 mit einer Hülse. 10 ausgekleidet ist, wird die Platte 2 auf eine Temperatur von etwa 274 C erhitzt, so daß sich die Hülsen 10 ausdehnen und die Außenflächen der Hülsen 10 sich eng an die freiliegenden Oberflächen der Tafel 4 der Platte 2 anschmiegen, wie Fig. 5 zeigt. Eine extrem enge Verbindung der Außenfläche jeder Hülse 10 mit dor metallischen Oberfläche des Loches 8, in weichein die jeweilige Hülse angeordnet ist, ist höchst wünschenswert, um die Viärmeübertrugung von dem Leitungsdraht 26 auf die Tafel 4 zu erleichtern, wodurch eine kontinuierliche Verteilung der in der Komponente erzeugten Wärme dadurch erreicht wird, daß die Platte 2 als Kühlblech und Abstrahier verwendet wird, und um die Tafel 4 in bezug auf den Leiter 26 elektrisch au isolieren.

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Nachdem die Löcher 8 mit Hülsen 10 ausgekleidet sind, -wird in jedes Loch 8 eine Buchse 12 zur Aufnahme einer Komponente eingesetzt, wie Fig. 4 zeigt. Pas Einsetzen kann wiederum dadurch erfolgen, daß die Platte in Schwingungen versetzt wird, obwohl, wie noch beschrieben wird, auch andere Mittel angewendet werden können.

Die Buchse 12 ist in Pig. 1 gezeigt und besteht aus gestanztem und geformtem Metallblech mit drei sich seitlich erstreckenden Lappen 14 an einem Ende, die als Anschläge wirken, um die Abwärtsbewegung der Buchse 12 (vgl. Fig. 4) durch ein Loch 8 zu verhindern. Der Hauptteil der Buchse 12 verläuft angrenzend an die Lappen 14 konisch nach innen, wie bei 16 gezeigt ist, und bildet einen eingezogenen Zwischenabschnitt 18 und erweitert sich anschließend wie ein Kegelstift nach außen zu einem vergrößerten Abschnitt 20. Das in Fig. 1 linke Ende 22 der Buchse 12 verjüngt sich auf einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der des vergrößerten Abschnittes 20. Nach Einsetzen der Buchsen 12 in die" Löcher erweitern sich die Enden 22 reduzierten Durchmessers der Buchsen 12 nach außen, wie in Fig. 5. bei 22^f gezeigt ist, und halten die Buchsen 12 in den Löchern 8. Es ist zu beachten, daß jede Buchse 12 drei in Längsrichtung verlaufende getrennte Nähte in ihrem Hauptteil aufweist, wodurch die Erweiterung des Endes 22 erleichtert wird.

Nach dem Aufweiten der Enden 22 der Buchsen 12 werden einzelne Komponenten, z. B₀ ein in Fig. 5 gezeigter liderstand 28, dadurch auf der Platte 2 montiert, daß einfach die Leitungsdrähte 26 der Komponenten durch die Buchsen 12 eingeführt werden. Die eingezogenen Abschnitte 18 der Buchsen greifen an den Leitungsdrähten 26 an.und halten die Komponenten 28 vorübergehend in ihrer Stellung, während die Platte 2 in ein Lötbad getaucht wird zur Bildung von Verbin-

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düngen 24 zwischen den Leitungsdrähten 26 und den Leitern auf den oberen und unteren Überzügen 6, 7 der Platte 2. Man sieht aus Fig. 5, daß der Raum zwischen dem Leiter 26 und der Innenfläche der Buchse 12 vollständig mit Lot ausgefüllt ist und daß zusätzlich Lot die Zwischenräume zwischen der Außenfläche der Buchse 12 und der Innenfläche der Hülse 10 ausfüllt. Um das Eindringen des Lotes und den Lötfluß in alle Zwischenräume in dem Loch 8 zu erleichtern, ist die Buchse 12 mit geeigneten öffnungen versehen, die in Fig. 1 mit 21 und 23 bezeichnet sind.

Wie man ebenfalls aus Fig. 5 sieht, verläuft das das Loch ausfüllende Lot von dem Leiter 26 zu dem Leiter 9 auf beiden Seiten der Platte 2. So formt das Lot eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem Leiter 26 und dem Leiter 9j wobei die Buchse 12 eine Stabilisierung des Leiters 26 bewirkt und jede Relativbewegung zwischen dem Leiter 26 und dem Lot, die die elektrischen Verbindungen gefährden könnte, verhindert. Das Lot durchsetzt auch kontinuierlich die Öffnungen 21 und 23 in der Buchse 12 bis zu der Innenfläche der Hülse 10 und bewirkt eine Wärmeleitung von dem Leiter 26 und dadurch von der Komponente 28 zu der Tafel 4 der Platte 2. Es ist in dieser Beziehung wünschenswert, eine verhältnismäßig dünnwandige Hülse 10 zu verwenden, die zwar eine elektrische Isolierung der Lötverbindungen in bezug auf die Tafel 4 bewirkt, jedoch eine maximale Wärmemenge von dem Leiter 26 zu der Tafel 4 leitet.

Wie bereits beschrieben wurde, resultiert die Ausdehnung der Hülse 10 in einer extrem dichten Passung zwischen der Hülse 10 und dem Loch 8, wobei sich zwischen der Außenfläche der Hülse 10 und der freiliegenden Oberfläche der Tafel 4 ein großer Kontaktbereich ergibt. Dieser enge Kontakt zusammen mit dem ausgedehnten Oberflächenbereich resultiert in be-

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trächtlichen Wärmeübertragungseigenschaften, so daß zusätzliche Kühlanordnungen nicht notwendig sind.

Bei der in den: Fig. 6 und 7 gezeigten Aus führungsform werden die Buchsen 12 in Form eines fortlaufenden Streifens erzeugt, wobei die einzelnen Buchsen 12 einstückig mit einem /ürägerstreifen 30 verbunden sind. Nach dem Ausführen der Stanz- und Formvorgänge wird auf jeder Buchse 12 eine Hülse 10 angeordnet, und anschließend wird die aus der Jülse und der Buchse bestehende Anordnung unmittelbar in ein loch 8 eingesetzt. Es ist vorzuziehen, den Streifen so herzustellen, daß sich die Längsachsen der Buchsen 12 parallel zur Ebene des Trägerstreifens 30 erstrecken, wobei die aus der Hülse und der Buchse bestehenden Anordnungen unmittelbar vor dem Abschneiden von dem Trägerstreifen 30 und dem Einsetzen in die löcher 8 um 90° abgewinkelt werden, wie Figo 7 zeigt. Das Einsetzen kann mit Werkzeugen von der Art erfolgen, die zum Einsetzen von Buchsen oder Anschlußzapfen in gedruckte Stromkreisplatten verwendet werden*

Wenn die Platte 2 nur auf einer Seite einen Isolierüberzug aufweist, können die Hülsen 10 so ausgebildet sein, daß sie länger sind als die Platte dick iat, so daß sie sich über die nichtisolierte Seite der Platte 2 hinauserstrecken, wodurch jede Hülse dazu dient, eine eingeführte Buchse in bezug auf die nichtisolierte Seite der Platte 2 elektrisch zu isolieren. Die zur Ausdehnung der Hülse 10 erforderliche Wärme kann durch den Lötvorgang erhalten werden, wobei das Löten und die Ausdehnung der Hülse 10 gleichzeitig stattfinden O

Patentansprüche; 1098 12/1160

Claims

Pat entansprüch e

1.7Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Leiter auf einer gedruckten Stromkreisplatte mit einer aus Metall bestehenden Tafel, die auf mindestens einer ihrer Hauptoberflächen einen Überzug aus elektrisch isolierendem Material aufweist, wobei der zweite Leiter sich auf der Oberseite des Überzugs befindet und wobei die Platte ein Loch zur Aufnahme des ersten Leiters aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Hülse (10) in das Loch (8) eingesetzt wird, wobei die Länge der Hülse (10) mindestens gleich der Stärke der Tafel (4) ist und die Hülse (10) so angeordnet ist, daß sie mit dem gesamten in dem Loch (8) freiliegenden Oberflächenbereich der Tafel (4) in Eingriff gelangt 5 daß eine in der Hülse (10) angeordnete elektrisch leitende Buchse (12) in der Platte (2) befestigt wird; daß der^rste Leiter (26) in die Buchse (12) eingesetzt wird; und daß Lot (24) zur Anwendung gelangt, um den ersten und zweiten Leiter (26 und 9) und die Buchse (12) elektrisch miteinander zu verbinden

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer eine Vielzahl von Löchern aufweisenden Platte, dadurch gekennzeichnet, daß in jedes Loch (8) eine Hülse (10) dadurch eingesetzt wird, daß eine Vielzahl von Hülsen (10) auf einer der Hauptoberflächen (6) der Platte (2) vorgesehen wird und daß die Platte (2) anschließend in Schwingungen versetzt wird.

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3.'.-Verfahren: nach Anspruch 2, dad u r c h ge k en η - ζ e ic h η e t , daß in jede Hülse (10) in jedem Loch (8) eine Buchse (12) dadurch eingesetzt wird, daß eine Vielzahl von Buchsen (12) auf einer der Hauptoberflächen (6) der Platte (2) -vorgesehen und die Platte (2;) anschließend in Schwingungen versetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, da du roh g e ken η ζ ei c h net, daß anschließend an das Einsetzen in ein Loch (8.) und vor der Anwendung von Lot (24) jede Hülse (10) erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e η η ζ eic h η e t , daß sich jede Hülse (10) radial ausdehnt infolge der Hitzeeinwirkung während des Lötvorganges,

6. Elektrischer Verbinder mit einer elektrisch leitenden Buchse, die so ausgebildet ist, daß sie einen Leiter aufnimmt und an diesem angreift, g e k e η η ζ e i c h η e t d u r ch eine die Buchse (12) umgebende Hülse (10) aus elektrisch isolierendem Material, wobei die Hülse (10) sich in einem instabilen Zustand befindet, so daß sie sich bei Anwendung von Hitze radial ausdehnt.

7. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 6, d a du roh g e k en η ζ e ich η e t , daß die Buchse (12) einen Hauptteil (.20) besitzt mit einer Mehrzahl von sich seitlich erstreckenden Lappen (14) an einem Ende, einem eingezogenen Zwischenabschnitt (18) und einem sich nach innen verjüngenden anderen Ende (22), das nach außen aufgeweitet (22') wird.

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8. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptteil (20) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (21, 23) versehen ist.

9. Elektrische Verbindungsanordnung, bestehend aus einer gedruckten Stromkreisplatte, die aus einer metallischen Tafel mit einem Überzug aus elektrisch isolierendem Material auf mindestens einer ihrer Hauptflächen geformt ist, wobei ein Leiter auf der Außenfläche des Überzugs vorgesehen ist,

W gekennzeichnet durch eine elektrisch isolierende Hülse (10), die in einem Loch (8) in der Platte (2) angeordnet ist, wobei die Hülse (10) in enger Verbindung mit mindestens dem gesamten in dem Loch (8) freiliegenden Flächenbereich der Tafel (4) steht; durch eine in der Hülse (10) befestigte elektrisch leitende Buchse (12); durch einen in die Buchse (12) eingeführten weiteren Leiter (26); und durch die beiden Leiter (9, 26) und die Buchse (12) elektrisch miteinander verbindendes Lötmaterial (24).

10. Elektrische Verbinder nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß

die Buchsen (12) der Verbinder einstückig mit einem gemeinsamen Trägerstreifen (30) ausgebildet sind_o

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