DE2840828A1

DE2840828A1 - Verbindungselement fuer gedruckte schaltungen

Info

Publication number: DE2840828A1
Application number: DE19782840828
Authority: DE
Inventors: Peter Graham Harry Massey
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-09-20
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1979-03-29
Also published as: JPS5454274A; GB2005085A; FR2403711A1

Description

DH.-ING. DIPL.-ING. M. SC. I3IP'..-PHYS. DO₁ CIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT - GRiES-SBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 053 b Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED

k - 163 Great King Street

18.September 1978 Birmingham, B19 2XF

England

Beschreibung : Verbindungselement für gedruckte Schaltungen

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Verbinden einer Leiterbahn auf der Vorderseite einer auf beiden Hauptflächen eines flachen, isolierenden Trägers Leiterbahnen aufweisenden gedruckten Schaltung mit einer Leiterbahn auf der Rückseite derselben durch eine in dem Träger vorgesehene öffnung hindurch.

Beim Bestücken von gedruckten Schaltungen ist es bekannt, die durch den Träger bzw. die Trägerplatte hindurchgehenden elektrischen Verbindungen dadurch herzustellen, dass man die Wände der öffnungen in dem Träger metallisiert, was jedoch nur bei solchen Schaltungen wirtschaftlich ist, bei denen eine grosse Anzahl von Verbindungen zwischen Vorder- und Rückseite der gedruckten Schaltung hergestellt werden muss. Bei kleineren Schaltungen ist es üblich, die Verbindungen zwischen Vorder- und Rückseite mit Hilfe besonderer Verbindungselemente herzustellen, die in die entsprechenden öffnungen des Trägers eingesetzt und mit den Leiterbahnen auf beiden Seiten des Substrats verbunden werden. In ihrer einfachsten Form bestehen die Verbindungselemente aus starren Stiften, welche im Preßsitz in die öffnungen des Trägers eingesetzt werden und welche dann mit den entsprechenden Leiterbahnen verlötet werden.

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Bei derartigen starren Stiften ergibt sich jedoch das Problem, dass sich das Trägermaterial einerseits und das Material der Stifte andererseits bei Temperaturänderungen unterschiedlich stark dehnen, was zu Mikrorissen und unter Umständen zu einer Zerstörung der Lötverbindungen zwischen den Zapfen und den zugeordneten Leiterbahnen führen kann.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die starren Stifte durch andere Verbindungselemente zu ersetzen, um diese Schwierigkeiten zu überwinden.Gemäss dem einen. Vorschlag wird als Verbindungselement ein flexibler schlaffer Draht verwendet, dessen Enden mit den zugeordneten Leiterbahnen verlötet werden. Ein solcher Draht durchgreift seine Öffnung in dem Träger, ohne mit dem Träger mechanisch starr verbunden zu sein und kann bei geeigneter Länge unterschiedliche Ausdehnungen des Drahtmaterials und des Trägermaterials auffangen« Nachteilig an einem derartigen drahtförmigen Verbindungselement ist es jedoch, dass es schwierig ist, die Drahtenden beim Verbinden mit dem zugeordneten Leiterbahnen in die gewünschte Lage zu bringen und dort zu sichern.

Aus der GB-PS 1 117 719 ist es ferner bekannt, in die Öffnungen des Trägers eine rohrförmige Metallhülse mit einem Flansch einzusetzen, derart, dass sich der Flansch an einem Leiterbahnbereich auf der einen Seite des Trägers abstützt, während das andere Ende der Hülse in der Öffnung des Trägers in geringem Abstand von der anderen Seite desselben endet. Bei dieser Konstruktion kann nach dem Einsetzen der Hülse in die

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zugeordnete Öffnung der Flansch mit der zugeordneten Leiterbahn auf der einen Seite des Trägers verlötet werden. Nunmehr wird ein Leiter mit einer verformbaren Schleife in die Hülse eingeschoben und mit der Aussenseite des Flansches derselben verschweisst bzw. verlötet. Gemäss einer anderen Variante erfolgt die Verbindung zwischen dem Flansch und dem Leiter vor dem Einsetzen der Hülse in die zugeordnete Öffnung des Trägers. Schliesslich wird das freie Ende des Leiters in Kontakt mit der Leiterbahn auf der anderen Seite des Trägers gebracht und mit dieser verschweisst bzw. verlötet. Bei diesem Konzept ergibt sich jedoch der Nachteil, dass das Verbindungselement aus zwei Teilen besteht, teuer und schwer herzustellen ist und zum Verbinden von Leiterbahnen auf der Vorder- und Rückseite der gedruckten Schaltung mit erheblichem Zeitaufwand eingebaut werden muss.

Es ist auch bekannt, im wesentlichen U-förmige Verbindungselemente zu verwenden und jeden Schenkel derselben mit jeweils einer der durch den Träger hindurch miteinander zu verbindenden Leiterbahnen zu verlöten. Diese Lösung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass für jede der durchgehenden Verbindungen zwei Öffnungen in dem Träger vorgesehen werden müssen und dass für die Verbindungselemente selbst eine relativ grosse Materialmenge benötigt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verbindungselement für gedruckte Schaltungen anzugeben, welches einfach und billig hergestellt und montiert bzw. eingelötet werden kann.

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Diese Aufgabe v/ird gemäss der Erfindung durch ein Verbindungselement der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch seine Ausbildung als freitragender Streifen aus flexiblem, elektrisch leitfähigem Material mit einem Fussteil, der eine Kontaktfläche auf v/eist, die in einer ersten Ebene flächig mit der einen Leiterbahn verbindbar ist, mit einem sich an den Fussteil anschliessenden Brückenteil, welcher einen Brückenbereich aufweist, der in einer gegenüber der Kontaktfläche des Fussteils versetzten zweiten Ebene liegt und sich bei montiertem Verbindungselement im Abstand von der einen Seite des Trägers befindet und mit einem Steckteil, welches ausgehend von dem Fussteil abgewandten Ende des Brückenteils bis in eine dritte Ebene reicht, die von der ersten Ebene einen kleineren Abstand als von der zweiten Ebene aufweist und die bei montiertem Verbindungselement auf der anderen Seite des Trägers liegt, derart, dass das freie Ende des Steckteils, welcher bei montiertem Verbindungselement die Öffnung des Trägers durchgreift, mit der anderen Leiterbahn verbindbar ist.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemässen Verbindungselements besteht darin, dass für jede Verbindung nur eine Öffnung in dem Träger vorgesehen werden muss und dass nur ein einziger Streifen aus flexiblem, elektrisch leitfähigem Material vorgesehen ist, welcher ohne weiteres in die richtige Position bezüglich des Trägers und der zu verbindenden Leiterbahnen gebracht werden kann und der wegen seines Brückenbereichs ausreichende Möglichkeiten bietet, durch Verformung unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Träger-

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materials und des Streifenmaterials aufzufangen.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der Fussteil als im wesentlichen ebener, von einem Ende des Brückenteils abstehender Fussteil ausgebildet ist.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Fussteil ringförmig ausgebildet ist, so dass er dann, wenn an der zugeordneten Leiterbahn ein ringförmiger, zur öffnung des Trägers konzentrischer Anschlussbereich vorgesehen ist, beim Einstecken des Steckteils in die öffnung des Trägers automatisch bezüglich der zugeordneten Leiterbahn ausgerichtet wird. Dabei ist der Anschlussbereich vorzugsweise als geschlossener Ring ausgebildet, während der Fussteil durch einen offenen Ring gebildet wird, wobei der Brückenteil vom äusseren Rand des Fussteils absteht und gegenüber diesem derart zurückgebogen ist, dass der Steckteil die durch den Fussteil begrenzte öffnung durchgreift.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. Es zeigen:

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und 2 um 90 gegeneinander versetzte Querschnitte durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Verbindungselementes gemäss der Erfindung im eingelöteten Zustand an einer gedruckten Schaltung und

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Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Verbindungselementes gemäss Fig. 1 und angrenzender Teile der
gedruckten Schaltung.

Wie die Zeichnung zeigt, weist die gedruckte Schaltung einen isolierenden Träger 11 auf, der als flache Platte ausgebildet ist und auf seinen Hauptflächen bzw. auf der Vorder- und der Rückseite jeweils ein Muster von Leiterbahnen 12 bzw. 13
trägt. Jedes Muster von Leiterbahnen 12,13 v/eist einen länglichen Leiterbahnabschnitt 12a, 13a auf, der in einem kreisförmigen Anschlussbereich 12b bzw. 13b endet. Die Anschlussbereiche 12b, 13b sind konzentrisch zu einer öffnung 14 des
Trägers 11 angeordnet, wobei über diese öffnung eine elektrisch leitende Verbindung herstellbar ist. Der Innendurchmesser
des Anschlussbereiches 12b ist grosser als der Durchmesser
der Öffnung 14, so dass sich das leitfähige Material der
Leiterbahn 12 im Abstand vom Rand der öffnung 14 befindet,
während der Anschlussbereich 13b der Leiterbahn 13 unmittelbar bis zum Rand der öffnung 14 reicht.

Die Muster von Leiterbahnen 12,13 werden auf den Träger aufgedruckt, ehe die öffnung 14 erzeugt wird und sind bei einem praktischen Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass der Anschlussbereich einen Innendurchmesser von 3 mm und einen
Aussendurchmesser von 6 mm aufweist, während der Anschlussbereich 13b einen Innendurchmesser von 1 mm und einen Aussendurchmesser von 3 mm aufweist„ Nach dem Aufbringen der Leiterbahnen wird in dem Träger 11 die öffnung 14 mit einem Stanzwerkzeug erzeugt, dessen Durchmesser etwas grosser ist als der

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Innendurchmesser des Anschlussbereiches 13b, jedoch kleiner als der Innendurchmesser des Anschlussbereiches 12b, wodurch die angestrebte Lage des leitfähigen Materials angrenzend an die Öffnung 14 erreicht wird. Bei einem praktisch verwirklichten Ausführungsbeispiel besass die Öffnung einen Durchmesser von 1,3 mm.

Die Muster von Leiterbahnen 12,13 werden durch den Träger 11 hindurch mit Hilfe eines Verbindungselementes aus einem flexiblen, elektrisch leitfähigen Streifen 15 miteinander verbunden, der vorzugsweise aus einer Beryllium/Kupfer-Legierung besteht und der auf seinen beiden Hauptflächen verzinnt ist, vorzugsweise durch Aufwalzen des Zinns. Der Streifen 15 ist so ausgebildet, dass er ein längliches Teilstück 16 mit einer konstanten Breite aufweist, die etwas geringer ist als der Durchmesser der Öffnung 14 (beim Ausführungsbeispiel 1 mm) und einen bogenförmigen Fussteil 17, der einen Teil-Ring bildet, der - von der Unterbrechung abgesehen - dem Anschlussbereich 12b entspricht. Beim Ausführungsbeispiel ist die Breite des Fussteils 17 in radialer Richtung gleich der Breite des länglichen Teilstücks 16 und betrug bei dem praktisch verwirklichten Ausführungsbeispiel 1 mm im Vergleich zu der radialen Breite von 1,5 mm des ringförmigen Anschlussbereiches 12b.

Vor der Fertigstellung der in der Zeichnung gezeigten Druckschaltung liegen der Fussteil 17 und das längliche Teilstück 16 des Verbindungselementes in einer Ebene. Später wird jedoch zum Ermöglichen der Herstellung einer elektrisch

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leitenden Verbindung zwischen den Leiterbahnen 12 und 13 das längliche Teilstück 16 in sich selbst zurückgebogen, so dass sich ein im wesentlichen U-förmiger Brückenteil ergibt,
dessen Basis 16a einen Abstand von der Ebene des Fussteils
17 aufweist und der einen Schenkel 16b aufweist, welcher die Öffnung 14 durchgreift, die teilweise von dem Fussteil 17
umgeben ist. Der Streifen 15, der nunmehr zu dem fertigen
Verbindungselement verformt ist, wird mit der Druckschaltung verbunden, indem man den Schenkel 16b in die Öffnung 14 steckt, bis der Fussteil 17 an dem Anschlussbereich 12b anliegt,
während sich die Basis 16b im Abstand von dem Träger 11 und
oberhalb desselben befindet. Die ganze Anordnung wird dann
erhitzt, um die Lötzinnbeschichtung auf dem Streifen 15 zum
Schmelzen zu bringen, was zur Folge hat, dass das freie Ende des Schenkels 16b (Steckteil} und der Fussteil 17 nach dem
Abkühlen fest mit den Anschlussbereichen 13b bzw. 12b verbunden sind, so dass das Verbindungselement nunmehr die
Leiterbahnen 12 und 13 durch den Träger hindurch miteinander verbindet. Ein Teil des Schenkels 16b sowie die Basis 16a des länglichen Teilstücks 16 sind mit den Leiterbahnen 12,13
mechanisch nicht unmittelbar verbunden und können sich folglich frei gegenüber dem Träger 11 bewegen. Das Verbindungselement kann sich folglich bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen des Trägers 11 einerseits und des Streifenmaterials andererseits in dem erforderlichen Maße verformen.

Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) reicht das leitfähige Material beider Leiterbahnen 12,13 bis zum Rand der Öffnung 14. In diesem Fall muss das Verbindungs-

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element zum Verbinden der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung so ausgebildet sein, dass in dem länglichen Teilstück 16 angrenzend an den Fussteil 17 bei in die Schaltung eingebautem Verbindungselement ein Bereich verringerter Breite vorgesehen ist, der sich im Abstand vom Rand der öffnung 14 befindet und nicht mechanisch oder elektrisch mit der Leiterbahn 12 verbunden ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass der Bereich des Verbindungselementes, der mit der Leiterbahn 12 verbunden ist, durch eine freie Endfläche des Brückenstückes gebildet wird, die sich im Abstand von dem anderen Schenkel desselben befindet.

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Claims

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. HIP·..-PHYS. C~- DIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT - GR-ESSBACH - HAF.CKER PATENTANWÄLTE IN STUTTSART A 43 053 b /.nmelder: LUCAS INBtIgTRlES k - 163 Great Kinq Street 18.September 1978 Birmingham, B19 2XF England Patentansprüche :

1. Verbindungselement zum Verbinden einer Leiterbahn auf der Vorderseite einer auf beiden Hauptflächen eines flachen, isolierenden Trägers Leiterbahnen aufweisenden gedruckten Schaltung mit einer Leiterbahn auf der Rückseite derselben durch eine in dem Träger vorgesehene Öffnung hindurch, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als freitragender Streifen (15) aus flexiblem, elektrisch leitfähigem Material mit einem Fussteil (17), der eine Kontaktfläche aufweist, die in einer ersten Ebene flächig mit der einen Leiterbahn (12) verbindbar ist, mit einem sich an den Fussteil (17) anschliessenden Brückenteil , welcher

einen Brückenbereich (16a) aufweist, der in einer gegenüber der Kontaktfläche des Fussteils (17) versetzten zweiten Ebene liegt und sich bei montierten Verbindungselement im Abstand von der einen Seite des Trägers (11) befindet und mit einem Steckteil (16b), welches ausgehend von dem vom Fussteil (17) abgewandten Ende des Brückenteils bis in eine dritte Ebene reicht, die von der ersten Ebene einen kleineren Abstand als von der zweiten Ebene aufweist und die bei montiertem Verbindungselement auf der anderen Seite des Trägers (11) liegt, derart, dass das freie Ende des Steckteils, welche bei montiertem Verbindungselement die öffnung (14) des Trägers (11) durchgreift, mit der

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anderen Leiterbahn (13) verbindbar ist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussteil (17) als in wesentlichen ebener Fussteil ausgebildet ist und von dem einen Ende des Erückenteils absteht.

3. Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussteil (17) unter Anpassung an einen ringförmigen Anschlussbereich (12b) einer mit ihm zu verbindenden Leiterbahn (12) ringförmig ausgebildet ist.

4. Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fussteil (17) in Form eines offenen Ringes ausgebildet ist.

5. Verbindungselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen, ausgehend von dem Fussteil (17), in sich selbst derart zurückgebogen ist, dass der Steckteil (16b) die durch den Fussteil (17) begrenzte Ringöffnung durchgreift.

6. Verwendung eines Verbindungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Verbinden elektrischer Leiterbahnen auf der Vorder- und Rückseite gedruckter Schaltungen, die insbesondere derart ausgebildet sind, daß der Anschlußbereich (12b) der mit dem Fußteil (17) zu verbindenden Leiterbahn (12) im Abstand vom Rand der angrenzenden Öffnung (14) des Trägers (11) endet.

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