DE2345627A1 - Elektrischer steckverbinder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Steckverbinder zum lösbaren Verbinden rasterföriaig angeordneter Anschlüsse einer einseitig bestückten Leiterplatte einer Baugruppe mit Leiterbahnen einer zu den Baugruppen parallel ausgerichteten, mehrlagigen Verdrahtungsplatte, die ebenfalls rasterförmig angeordnete, mit einseinen Leiterbahnen galvanisch verbundene Kontaktierungsbohrungen besitzt, die steckbare, mit den Anschlüssen der Leiterplatten leitend verbundene Eontaktelemente aufnehmen.

Der ständig zunehmende Einsatz von schnellen, integrierten Schaltkreisen in Perm von Mikrobausteinen beim Aufbau von großen elektronischen Systemen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, hat den Platzbedarf -vermindert und wegen der geringeren Leitungslängen die Schaltgeschwindigkeit erhöht. Die Mikrobäusteine werden vorwiegend auf einem plattenförmigen, mehrlagigen 2räger aus Isolierstoffmaterial, der Leiterplatte, aufgebaut, wobei auf jeder Lage dieser Leiterplatte geätzte Leiterbahnen angeordnet sind. Kürzeste Signalleitungen mit einem definierten Wellenwiderstand und somit höchste Schaltgeschwindigkeit erhielte man, wenn alle Mikrobäusteine eines Systems in einer einzigen Großbau gruppe untergebracht wären. Dem widerspricht jedoch die Forderung, eine Anlage aus kleinen, leicht lösbaren .Baugruppen aufzubauen, um eine rasche und einfachere Wartung zu ermöglicheil.

Deshalb werden bekanntlich kleinere Plachbaugruppen mit einer ein- oder mehrlagigen Leiterplatte, auf der integrierte Bausteine eingelötet sind, über elektrische Steckverbinder mit

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einer Verdrahtungsplatte verbunden. Diese Verdrahtungsplatte ist, Tor allem um definierte Wellenwiderstände der Signalleitungen, aber auch um' eine hohe effektive Leiterdichte zu· erreichen, ebenfalls mehrlagig ausgeführt und enthält Signalleitungen zum Verbinden von Signalanschlüssen der Baugruppen untereinander, aber auch Potential- und Versorgungsleitungen.

lieben Aufbautechniken, bei denen die Baugruppen senkrecht zu der Verdrahtungsplatte angeordnet sind, sind bereits auch solche bekannt, bei denen die Baugruppe und die Verdrahtungsplatte in parallelen Ebenen liegen. Die letztgenannte Aufbautechnik ist bei einer sehr hohen Packungsdichte der integrierten Bausteine auf der Leiterplatte einer Baugruppe zweckmäßiger, gegenüber der ersteren bietet sie die Möglichkeit, kürzere Signalweglängen zu erreichen, die eine Voraussetzung für die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit sind.

]?ür die Anwendung bei einer derartigen Aufbautechnik ist bereits ein elektrischer Steckverbinder zum lösbaren Verbinden von Anschlüssen einer Baugruppe, bestehend aus einer nur einseitig integrierte Bausteine tragenden, mehrlagigen Leiterplatte und einem Anschlußkörper, mit Leitungen einer ebenfalls mehrlagigen Verdrahtungsplatte bekannt. Diese Verdrahtungsplatte ist den Kontaktflächen des Anschlußkörpers zugeordnet und besitzt durchgehende, mit einzelnen Leitungen galvanisch verbundene Kontaktierungsbohrungen, in die Kontaktstifte unter Eederdruck eintauchen und dabei zwischen den Kontaktierungsbohrungen und den Kontaktflächen der Baugruppe einen elektrischen Kontakt herstellen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Lötaugen der Kontaktierungsbohrungen auf der den Baugruppen zugewandten Seite der Verdrahtungsplatte federnde Elemente tragen, die sich im montierten Zustand des Steckverbinders unter dem Druck der Kontaktstifte an die Kontaktflächen der Baugruppe andrücken. Pur diese Kontaktkraft benötigt man allerdings einen auf der gegenüberliegenden Seite der Verdrahtungsplatte angeordneten Druckkörper mit den Kontaktierungsbohrungen

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der Verdrahtungsplatte zugeordneten Bonrungen. In jede dieser Bohrungen ist ein Druckstift eingelegt, der sich über eine zu ihm konzentrisch sitzende Schraubenfeder auf einer mit dem . ' Druckkörper verbundene!Deckplatte abstützt. Im montierten Zustand des Steckverbinders drückt dieser Druckstift gegen den in der zugeordneten Kontaktierungsbohrung der Verdrahtungsplatte verschiebbaren Kontaktstift mit einer ausreichenden axial gerichteten Kraft.

Es ist bereits eine ganze Reihe derartiger Steckverbinder bekannt, die man als Andrucksteckverbinder bezeichnen kann, weil ihnen gemeinsam ist, daß über in die Kontaktierungsbohrungen der Verdrahtungsplatte eingesetzte Keile oder Stiite ein elektrischer Kontakt nur dann hergestellt ist, wenn von außen her auf diese Keile oder Stifte eine axiale Kraft ausgeübt wird, Hun muß man sich verdeutlichen, daß bei dem heutigen Stande der Technologie Kontaktierungsbohrungen in leiterplatten oder der Verdrahtungsplatte Durchmesser von weniger als 1 mm aufweisen und die elektrischen Anschlüsse der Leiterplatten dementsprechend auch in einem sehr engen Raster angeordnet sind. Dann ist es klar, welche Vielzahl von Leitungsanschlüssen auf engstem Raum hergestellt werden muß. Bei der Beurteilung eines elektrischen Steckverbinders für derart dicht gepackte Baugruppen sind daher neben der elektrischen Funktionssicherheit durchaus auch der technische Aufwand und die Möglichkeiten für Herstellung und Montage zu berücksichtigen. Die bekannten Andrucksteckverbinder sind in dieser Hinsicht nicht besonders günstig« Dazu kommt weiterhin, daß die Yerdrahtungsplatte vielfach auch für Prüfungsund Wartungsarbeiten von beiden Seiten zugänglich sein muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Steckverbinder der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Kontakt elemente direkt, d. h. ohne zusätzlich zugeführte äußere Kräfte den elektrischen Kontakt bei kleinem und möglichst konstantem Übergangswiderstand herzustellen vermögen. Die Kontaktelemente sollen bei den vorausgesetzten geringen Abmessungen

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möglichst sta"bil gegenüber mechanischen Beschädigungen und zugleich konstruktiv derart ausgebildet sein, daß sie sich möglichst einfach automatisch fertigen und in einem automatisierbaren "Vorgang montieren lassen.

Ausgangspunkt für eine Lösung dieser Aufgabe ist die Überlegung, daß sich die geforderte hohe mechanische und elektrische Zuverlässigkeit v/ohl am besten mit einem sogenannten Mehrfachkontakt verwirklichen läßt, die an sich auf vielen Gebieten der Elektrotechnik bereits seit langem bekannt sind. Z. B. jsb der sogenannte .Bananenstecker ein derartiges Kontaktelement, der in der modernen Nachrichtentechnik heute nur in Ausnahmefällen den Anforderungen entspricht.

Eine spezielle Anwendung ist jedoch aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 490 818 bekannt, in der ein Kontaktelement für die Verwendung bei elektrischen Rechenmaschinen, insbesondere Analogrechnern beschrieben ist. Bei diesen Rechnern ist einem bestimmten Arbeitsprogramm entsprechend mit Hilfe von sogenannten Steckertafeln eine Vielzahl von lösbaren Kontaktverbindungen .herzustellen. Dafür wird ein mit einer Zuleitung versehenes Kontaktelement verwendet, das durch eine bewegliche Steckertafel hindurchgesteckt wird und eine elektrische Verbindung mit einem weiteren, gerätefesten Vielfachfeld herstellt. Es besteht aus einem Kontaktstift mit zwei hintereinander angeordneten, voneinander unabhängigen Federsystemen, deren erstes mit stärkerem Federdruck eine die gesteckte Lage haltende Berührung mit der Durchstecköffnung der beweglichen Tafel und deren zweites mit schwächerem Federdruck eine elektrische Kontaktberührung mit einer Kontaktbuchse des Vielfachfeldes herstellt.

Bei den üblichen digital arbeitenden elektronischen Datenverarbeitungsanlagen ist allerdings eine entsprechend einem bestimmten Arbeitsprogramm veränderbare Verdrahtung innerhalb

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des Gerätes nicht üblich. Der große Yorteil einer digital arbeitenden elektronischen Datenverarbeitungsanlage liegt ja insbesondere darin, daß sie ohne schaItungsmäßige Veränderung beliebige Arbeitsprogramme durchzuführen vermag und insofern für die verschiedensten Aufgaben einsetzbar ist. Die einleitend beschriebenen Steckverbindungen sind alle nur deswegen lösbar, v/eil es möglich sein muß, bei Prüfungs- und Wartungsarbeiten einzelne Baugruppen auf einfache Weise auszuwechseln. Sieht man von diesem Pehlerfall ab, so wird eine Baugruppe normalerweise nicht mehr von der Verdrahtungsplatte abgezogen. Deswegen ist es auch möglich und - um die Vorteile der hohen Packungsdichte auf den Leiterplatten auszunutzen - auch notwendig, die Steckverbindungen viel platzsparender zu dimensionieren.

Von der Erkenntnis ausgehend, daß das Prinzip eines derartigen Mehrfachkontaktes bei entsprechender konstruktiver Gestaltung auch auf Steckverbinder der eingangs genannten Art anwendbar sein müßte, ist die lösung der«obengenannten Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Eontaktelemente, die als biegsamen Kern einen in Kontaktierungsbohrungen der Leiterplatte einseitig eingelöteten Kontaktstift aufweisen, der im Bereich der Kontaktierungsbohrungen der Verdrahtungsplatte büschelförmig von einem Pedersystem mit einer Mehrzahl von mittig aufgespreizten und am Kontaktstift einseitig festgelegten Blattfedern umhüllt ist.

Der Mehrfachkontakt gewährleistet den geforderten kleinen Kontaktwiderstand; das direkt in eine Kontaktierungsbohrung der Verdrahtungsplatte eingesteckte Kontaktelement ermöglicht optimal kurze ungesehirmte Verbindungslängen im Steckverbinder, so daß die elektrischen Störgrößen sehr kleine Werte annehmen. Die erfindungsgemäße Lösung genügt daher den Porderungen bezüglich der elektrischen Sicherheit und hat gegenüber den herkömmlichen Steckverbindern zum lösbaren Verbinden von Leiterplatten mit einer Verdrahtungsplatte den Vorteil einer besonders

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einfachen Bauweise, die auch "bei kleineren Serien für automatisierte Fertigungsmethoden geeignet ist.

Daß die erfindungsgemäße Lösung aber auch die notwendige mechanische Zuverlässigkeit aufweist, wird besonders deutlich "bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung, die dadurch ausgezeichnet sind, daß das Federsystem aus einem Stanzteil .mit einer Anzahl von untereinander parallelen Blattfedern besteht, die an beiden Enden durch Stege miteinander verbunden sind, wobei die Blattfedern des 3?edersystemes in axialer Richtung derart durchgebogen sind, daß der Biegeradius groß gegenüber dem Durchmesser einer Kontaktierungsbohrung der Verdrahtungsplatte ist. Der große Federradius erlaubt kleine Betätigungskräfte beim Stecken oder Ziehen einer Baugruppe. Damit wird vermieden, daß die ¥and einer Kontaktierung sbohrung, die ja nur durch einen' galvanischen Auftrag aufgebracht ist, durch das Kontakt element beschädigt wird. Dies wird durch eine andere Weiterbildung der Erfindung noch unterstützt, die darin besteht, daß die Blattfedern ' des Feder systeme s in radialer Richtung derart gebogen sind, daß der Biegeradius kleiner als der Radius einer Kontaktierungsbohrung der Verdrahtungsplatte ist.

Trotz kleiner Abmessungen des Pedersystemes ist das Kontaktelement als Einheit gegenüber mechanischen Beschädigungen verhältnismäßig stabil, wie aus einer v/eiteren vorteilhaften Weiterbildung besonders deutlich hervorgeht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Eedersystem an einem der beiden Stege mit dem Kontaktstift verschweißt ist. Der federnde Kontaktstift gleicht Versatztoleranzen zwischen dem Kontakt element und einer Kontaktierungsbohrung aus, so daß der Pederweg des Pedersystemes, der die Kontaktkraft hervorruft, sehr klein dimensioniert werden kann. Weiterhin beschränkt er den Federweg, da er beim Ziehen und Stecken wie ein Anschlag wirkt. Die Blattfedern können also nicht überdehnt werden, so daß gleichbleibende Kontaktkräfte gewährleistet sind.

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Zur näheren Erläuterung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze mit einem Schnitt durch einen Steckverbinder zwischen einer Leiterplatte einer Baugruppe und der dazu parallel angeordneten Verdrahtungsplatte und

Pig. 2 eine ebene Abwicklung des Federsystems des im Steckverbinder verwendeten Kontaktelementes.

In Pig. 1 ist eine mehrlagige Leiterplatte 1 im Schnitt dargestellt, die aus einem Isolier stoff material aufgebaut ist und in jeder Ebene eine Anzahl von Leiterbahnen 11 aufweist. Diese Leiterbahnen 11 sind jeweils mit mindestens einer Kontaktierungsbohrung 12 der Leiterplatte 1 leitend verbunden. Über diese Kontaktierungsbohrungen 12 lassen sich sowohl von der einen Seite her an die Leiterbahnen 11 der Leiterplatte 1 integrierte Bausteine 13 oder externe Signalleitungen anschließen.

Diese externen Signalleitungen werden in einer Verdrahtungsplatte 2 geführt, die analog der Leiterplatte 1 ebenfalls mehrlagig ausgeführt ist und in jeder Ebene Leiterbahnen 21 besitzt. Diese Leiterbahnen 21 sind in analoger ¥eise jeweils auch mit Eontaktierungsbohrungen 22 der Verdrahtungsplatte 2 leitend verbunden, deren Wände ebenfalls mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen sind. Die Kontaktierungsbohrungen 22 und 12 der Verdrahtungsplatte 2 bzw. der Leiterplatte 1 sind nach demselben Raster angeordnet. Dieses Raster besitzen auch Durchgangsbohrungen 31 einer auf der Baugruppenseite der Verdrahtungsplatte 2 angeordneten Aufnahmeplatte 3. Von der Baugruppenseite her sind diese Durchgangsbohrungen 31 der Aufnahmeplatte trichterförmig abgesenkt und dienen damit als Führungen für Kontakt elemente 4 beim Stecken einer Baugruppe auf die Verdrahtungsplatte.

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Diese Kontakt elemente 4 besitzen als federnden Kern einen Kontaktstift 41» der im Bereich der Verdrahtungsplatte 2 von einem Federsystem 42 umhüllt ist und mit seinem oberen Ende in eine Kontaktierungsbohrung 12 der Leiterplatte 1 eingelötet ist. Ergänzend zu der Schnittdarstellung des Federsystemes 42 in Pig. 1 zeigt Pig. 2 dessen zweidimensional Abwicklung. Daraus ist zu erkennen, daß es ein Stanzteil darstellt, aus dem eine Anzahl, hier drei untereinander parallele, Blattfedern ausgestanzt sind, die an beiden Enden durch Stege 422 bzw. 423 untereinander verbunden sind.

Im montierten Zustand umhüllt dieses Federsystem 42 den Kontaktstift 41 im Bereich der Verdrahtungsplatte 2, wobei es axial etwas zusammengeschoben ist. Dadurch ist es in der Mitte aufgespreizt, der so entstandene Biegeradius der Blattfedern 421 des Federsystems 42 ist dabei groß gegenüber dem Durchmesser einer Kontaktierungsbohrung 22 der Verdrahtungsplatte gewählt. Die Blattfedern 421 sind außerdem entlang einer zu ihrer längeren Kante parallelen Achse gekrümmt, dieser Krümmungsradius ist kleiner als der Radius der Kontaktierungsbohrung 22 der Verdrahtungsplatte 2, so daß auch die Kanten der Blattfedern 421 die Wand der Kontaktierungsbohrung 22 nicht beschädigen können. An dem in Pig^ 2 zu erkennenden breiteren Steg 422 ist das Federsystem 42 mit dem Kontaktstift 41 verschweißt. Dies ist in Pig. 1 durch das Bezugszeichen 43 angedeutet. Das Pedersystem 42 ist daher mit dem Kontaktstift 41 mechanisch und elektrisch zuverlässig verbunden, beide !eile bilden ein bei diesen Abmessungen sehr stabiles Kontaktelement, das wegen des großen Biegeradius einer Blattfeder 421 nur geringe Kräfte zum Ziehen bzw. Stecken einer Leiterplatte erfordert. Deshalb sind auch die Wände der Kontaktierungsbohrungen 22 der Verdrahtungs'platte nicht durch einen Abrieb gefährdet, obwohl der Kontaktwiderstand zwischen dem Pedersystem und dieser Wandung niedrig und mit guter Näherung konstant zu halten ist, da das Pedersystem 42 einen Mehrfachkontaki; bildet.

2 Figuren - 9 -

6 Patentanepeüche

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Elektrischer Steckverbinder zum lösbaren Verbinden rasterförmig angeordneter Anschlüsse einer einseitig bestückten Leiterplatte einer Baugruppe mit Leiterbahnen einer zu den Baugruppen parallel ausgerichteten, mehrlagigen Verdrahtungsplatte, die ebenfalls rasterförmig angeordnete, mit einzelnen Leiterbahnen galvanisch verbundene "Eontaktierungsbohrungen besitzt, die steckbazte, mit den Anschlüssen der Leiterplatten leitend verbundene Eontaktelemente aufnehmen, gekennzeichnet durch Eontaktelemente (4), die als biegsamen Eern einen in Eontaktierungsbohrungen (12) der Leiterplatte (1) einseitig eingelöteten Kontaktstift (41) aufweisen, der im Bereich der Eontaktierungsbohrungen (22) der Verdrahtungsplatte (2) büschelförmig von einem Federsystem (42) mit einer Mehrzahl von mittig aufgespreizten und am Kontaktstift einseitig festgelegten Blattfedern (421) umhüllt ist.

2. Elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem (42) aus einem Stanzteil mit einer Anzahl von untereinander parallelen Blattfedern (421) besteht, die an beiden Enden durch Stege (422 bzw. 423) miteinander verbunden sind.

3. Elektrische Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (421) des Pedersysternes (42) in axialer Richtung derart durchgebogen sind, daß der Biegeradius groß gegenüber dem Durchmesser einer Eontaktierungsbohrung (22) der Verdrahtungsplatte (2) ist.

4. Elektrischer Steckverbinder nach einem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (421) des Pedersystemes (42) in radialer Richtung derart gebogen sind, daß der Biegeradius kleiner als der Radius einer Eontaktierungsbohrung (22) der Verdrahtungsplatte (2) ist.

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5. Elektrischer Steckverbinder nach einem der Ansprüche 2 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem (42) an einem der beiden Stege (422) mit dem Kontaktstift (41) verschweißt ist.

6. Elektrischer Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verdrahtungsplatte (2) und den Leiterplatten (1) der Baugruppen eine Aufnahmeplatte (3) angeordnet ist, die deren Kontaktierungsbohrungen (22 bzw. 12) zugeordnet eine Vielzahl von rasterförmig ausgerichteten Durchgangsbohrungen (31) besitzt, die auf der den Baugruppen zugewandten Seite trichterförmig verbreitert sind.

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