DE4107657A1 - Montageanordnung fuer auf einer leiterplatte befestigten stecker - Google Patents
Montageanordnung fuer auf einer leiterplatte befestigten steckerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung für auf
einer Leiterplatte befestigten Stecker, wobei für die
Steckerpins durchkontaktierte Bohrungen auf der Leiter
platte vorgesehen sind.
Elektrische Baugruppen weisen in der Regel einen
Stecker auf, über den der Anschluß der Baugruppe er
folgt. Die Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer
üblichen Montageanordnung eines Steckers auf einer Lei
terplatte, die auf einer Trägerplatte, beispielsweise
aus Aluminium angeordnet ist.
Mit den Bezugszeichen 1 und 2 ist in dieser Fig. 1
eine Leiterplatte und ein Stecker bezeichnet, wobei le
diglich ein Steckerpin 3 dieses Steckers 2 mit seiner
Einspannstelle A gezeichnet ist, der senkrecht auf der
Leiterplatte 1 steht. Dieser Steckerpin 3 ist in eine
durchkontaktierte Bohrung 4 der Leiterplatte 1 geführt
und dort verlötet. Über eine Befestigungsschraube 6 ist
die Leiterplatte 1 und die Trägerplatte 5 mit dem
Stecker 2 verschraubt.
Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizien
ten der Materialien von Stecker 2, Steckerpin 3 und
Trägerplatte 5 kommt es zu Zug- und Schubkräften auf
die Steckerlötstellen. Im folgenden soll die Kraft auf
eine solche Lötstelle bei vollkommen starrer Leiter
platte abgeschätzt werden:
Zunächst ergibt sich für die Längenänderung Δl an der Lötstelle bei einer Temperaturerhöhung von 25°C auf 125°C unter Anwendung folgender Formel:
Zunächst ergibt sich für die Längenänderung Δl an der Lötstelle bei einer Temperaturerhöhung von 25°C auf 125°C unter Anwendung folgender Formel:
Δl=ast·l2·ΔT+aAl·l1·ΔT-apin·l2· ΔT,
ein Wert von 32 µm, wobei für die Wärmeausdehnungskoef
fizienten ast, aAl und apin des Steckermaterials, der
Aluminiumträgerplatte 5 und des Steckerpins die Werte
45·10-6 l/K, 24·10-6 l/K und 18·10-6 l/K gewählt
wurden. Die Größen l1 und l2 entsprechen den in der
Fig. 1 angegebenen Längen, die mit 2 mm und 10 mm an
genommen wurden. Hierbei ist der Pin 3 gemäß Fig. 1 am
Punkt A eingespannt. Schließlich beträgt die Tempe
raturdifferenz ΔT=100 K.
Aus der Längenänderung Δl ergibt sich zusammen mit der
Formel:
Fpin=ε·E·A,
ein Wert von 176 N für die Kraft auf die Lötstelle.
Hierbei ist ε die relative Längenänderung 32 µm/10 mm =
3,2·10-3, E das Elastizitätsmodul mit 110 000 N/mm2
und A der Querschnitt des Steckerpins mit 0,5 mm2.
Solche hohen Kräfte stellen eine hohe Belastung der
Lötstellen des Steckers dar, so daß eine Beschädigung
dieser Lötstellen nicht ausgeschlossen werden kann,
verbunden mit der Gefahr des gesamten Ausfalls der
elektronischen Baugruppe.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine
Montageanordnung für auf einer Leiterplatte befestigten
Stecker anzugeben, bei der die o. g. Kräfte derart re
duziert werden, daß die Funktionssicherheit der
Steckerlötstellen gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1 gegeben.
Hiernach wird die Reduzierung der Zug- und Schubkräfte
auf die Lötstelle des Steckerpins durch eine Ausbildung
der die durchkontaktierten Bohrungen für Steckerpins
aufnehmenden Bereiche der Leiterplatte als Zunge er
reicht, indem um diese Bohrungen Schlitze derart ange
ordnet werden, daß die Leiterplattenzungen in der Ebene
der Leiterplatte liegen. Jede Leiterplattenzunge trägt
wenigstens eine Bohrung für einen Steckerpin. Die Redu
zierung der Kräfte beruht auf dem Blattfedereffekt ei
ner solchen Leiterplattenzunge, wobei das Maß der Redu
zierung durch eine geeignete Wahl der Schlitz- bzw.
Zungengeometrie eingestellt werden kann.
Findet ein Stecker mit zwei parallel angeordneten
Steckerpinreihen Anwendung, so wird gemäß einer vor
teilhaften Ausführungsform der Erfindung zur Bildung
von zwei gegenüberliegenden Leiterplattenzungen ein in
der Leiterplatte H-förmig ausgebildeter Schlitz im Be
reich der für die Steckerpins vorgesehenen Bohrungen so
angeordnet, daß jede Leiterplattenzunge die Bohrungen
für eine Steckerpinreihe trägt.
Schließlich kann der Stecker neben den parallel ange
ordneten Steckerpinreihen zusätzlich weitere von diesen
abgesetzte Steckerpins aufweisen, so daß gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung
zur Bildung jeweils einer Leiterplattenzunge für die
durchkontaktierten Bohrungen der weiteren Steckerpins
zusätzliche Schlitze auf der Leiterplatte vorgesehen
sind, wobei diese zusätzlichen Schlitze und der H-för
mig ausgebildete Schlitz einen einzigen Durchbruch in
der Leiterplatte bilden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen darge
stellt und erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispieles der Erfindung,
Fig. 3 eine Schemazeichnung zur Berechnung des
Blattfedereffektes einer erfindungsgemäßen
Leiterplattenzunge,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispieles und
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine auf einer Träger
platte angeordneten Leiterplatte mit den er
findungsgemäßen Strukturen.
In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Ausschnitt
einer Leiterplatte mit drei durchkontaktierten Bohrun
gen 7 gezeigt, wobei diese Bohrungen 7 in einer Reihe
gemäß der Linie a angeordnet sind. Ein Schlitz 11 ist
in dieser Leiterplatte 1 so ausgeführt, daß er einmal
parallel zu der genannten Linie a sowie kammartig zwi
schen den Bohrungen 7 für die Steckerpins eines
Steckers bzw. an der von den Bohrungen 7 gebildeten
Reihe senkrecht hierzu verläuft. Diese kammartige Aus
führung des Schlitzes 11 umfaßt jede Bohrung 7 unter
Ausbildung einer Leiterplattenzunge 13, 14 und 15. Im
Bereich der Verbindung der Leiterplattenzungen 13, 14
und 15 zum übrigen Bereich der Leiterplatte 1 können
die Leitungsbahnen zu den Durchkontaktierungen 7 ge
führt werden, die in dieser Fig. 2 nicht dargestellt
sind. Ferner zeigt diese Fig. 2 auch den Stecker
nicht, dessen Steckerpins auf der Leiterplattenebene im
wesentlichen senkrecht stehen.
Wie weiter oben schon dargelegt wurde, beruht die Redu
zierung der Kräfte auf die Lötstellen der Steckerpins
auf der Wirkung des Blattfedereffektes einer solchen in
Fig. 2 dargestellten Leiterplattenzunge 13, 14 oder
15.
Im folgenden soll mit Hilfe der Fig. 3 die reduzierte
Kraft F auf eine solche Lötstelle abgeschätzt werden.
Hierzu zeigt die Fig. 3 eine einseitig eingespannte
Zunge 13 mit einer Leiterplattendicke h, einer Zungen
länge l und einer Durchbiegung f. Zur Berechnung der
Kraft F wird folgende Formel herangezogen:
wobei b die Breite der Leiterplattenzunge 13 und E das
Elastizitätsmodul von Leiterplattenmaterial ist. Mit
einer Durchbiegung f = 32 µm, einer Zungenbreite b =
2 mm, einer Zungenlänge l = 4 mm, einer Leiterplatten
dicke h = 0,8 mm und einem Elastizitätsmodul der Lei
terplatte E = 18·103 N/mm2 ergibt sich eine Kraft F =
0,97 N. Im Vergleich zu der Kraft Fpin gemäß dem ein
gangs erläuterten Beispiel kann somit durch diese er
findungsgemäße Maßnahme die Zug- und Schubkräfte auf
die Steckerlötstellen beträchtlich reduziert werden.
Durch entsprechende Zungengeometrien sind somit fast
beliebige Kräftereduzierungen erzielbar.
Ein Stecker weist in der Regel zwei parallele Stecker
pinreihen auf. Für einen solchen Stecker zeigt die Fig. 4
ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, wo zwei
parallele Reihen von durchkontaktierten Bohrungen 7a
und 7b auf einer Leiterplatte 1 gezeigt sind. Zwei Boh
rungen 1a auf dieser Leiterplatte 1 sind zur Befesti
gung des nicht dargestellten Steckers vorgesehen. Bei
diesem Ausführungsbeispiel ist nicht für jede Boh
rung 7a und 7b eine Leiterplattenzunge vorgesehen, son
dern die Geometrie des Schlitzes 12 ist so ausgebildet,
daß für jede Reihe der Bohrungen 7a und 7b jeweils eine
Leiterplattenzunge 15a und 15b gebildet wird. Die
Schlitzgeometrie ist H-förmig, wobei er einmal zwischen
den beiden Reihen der Durchkontaktierungen 7a und 7b
sowie unter Bildung der beiden Zungen 15a und 15b seit
lich der beiden Reihen verläuft. Auch diese Fig. 4
enthält nicht die zu den durchkontaktierten Bohrun
gen 7a und 7b führenden Leitbahnen.
Schließlich zeigt die Fig. 5 ein letztes Ausführungs
beispiel der Erfindung mit einer auf einer Träger
platte 5 aus Aluminium befestigten Leiterplatte 1. Zur
Bildung eines umlaufenden Randes ist die Länge und
Breite der Leiterplatte 1 kleiner gewählt als diejenige
der Trägerplatte 5. Die Leiterplatte 1 ist auf die Trä
gerplatte 5 aufgeklebt, wobei die beiden Bohrungen 1b
zur Justierung dienen. Die Struktur der Bohrungen für
die Steckerpins auf der Leiterplatte 1 besteht aus zwei
Anordnungen, die jeweils aus zwei parallel angeordneten
Reihen von Bohrungen 7a und 7b bzw. 8a und 8b sowie je
weils zwei abgesetzten Bohrungen 9a und 9b bzw. 10a und
10b bestehen. Für jede Anordnung ist ein Schlitz 11
bzw. 12 vorgesehen, die nicht miteinander verbunden
sind. Ein Schlitz 11a bzw. 12a mit einer Geometrie ent
sprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bildet
jeweils zwei Leiterplattenzungen 16a und 16b bzw. 15a
und 15b. Ein Schlitz 11b bzw. 12b, ebenfalls H-förmig
ausgebildet, bildet jeweils für die zusätzlichen durch
kontaktierten Bohrungen 10a und 10b bzw. 9a und 9b eine
Leiterplattenzunge 13a und 13b bzw. 14a und 14b. Die
Schlitze 11a und 11b bzw. 12a und 12b bilden einen ge
meinsamen Durchbruch. Die Bohrungen 1a dienen zur Befe
stigung des in der Figur nicht dargestellten Steckers.
Die Orientierung der Steckerpins ist in den dargestell
ten und beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fig.
2, 4 und 5 im wesentlichen senkrecht zur Leiter
plattenebene. Es ist jedoch vorstellbar, daß auch
Stecker zum Einsatz kommen, deren Steckerpins geneigt
zur Ebene der Leiterplatte stehen. Auch in einem sol
chen Fall ist die hier beschriebene Erfindung mit Vor
teil anwendbar.
Wie in den wenigen dargestellten Ausführungsbeispielen
gezeigt ist, kann die Erfindung für jede denkbare Kon
figuration von Bohrungen für Steckerpins eingesetzt
werden.
Claims (3)
1. Montageanordnung für auf einer Leiterplatte (1) be
festigten Stecker (2), wobei für die Steckerpins (3)
durchkontaktierte Bohrungen (7, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b,
10a, 10b) auf der Leiterplatte (1) vorgesehen sind, da
durch gekennzeichnet, daß im Bereich der genannten
Durchkontaktierungen (7, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a,
10b) Schlitze (11, 11a, 11b, 12, 12a, 12b) derart vor
gesehen sind, daß in der Leiterplattenebene zungenartig
ausgebildete Leiterplattenbereiche (13, 13a, 13b, 14,
14a, 14b, 15, 15a, 15b, 16a, 16b) entstehen und daß
jede Leiterplattenzunge (13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b,
15, 15a, 15b, 16a, 16b) wenigstens eine Bohrung (7, 7a,
7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) für einen Steckerpin (3)
aufweist.
2. Montageanordnung mit einem Stecker (2), der zwei
parallel angeordnete Steckerpinreihen aufweist, nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von
zwei gegenüberliegenden Leiterplattenzungen (15a, 15b)
ein in der Leiterplatte (1) H-förmig ausgebildeter
Schlitz (12, 12a) im Bereich der für die Steckerpins
vorgesehenen durchkontaktierte Bohrungen (7a, 7b) so
angeordnet ist, daß jede Leiterplattenzunge (15a, 15b)
die Bohrungen (7a, 7b) für eine Steckerpinreihe trägt.
3. Montageanordnung nach Anspruch 2, wobei der Stecker
(2) zusätzlich weitere von den beiden Steckerpinreihen
abgesetzte Steckerpins aufweist, dadurch gekennzeich
net, daß zur Bildung jeweils einer Leiterplattenzunge
(14a, 14b) für die durchkontaktierte Bohrungen (9a, 9b)
der weiteren Steckerpins zusätzliche Schlitze (12b) auf
der Leiterplatte (1) vorgesehen sind und daß diese zu
sätzlichen Schlitze (12b) und der H-förmig ausgebildete
Schlitz (12a) einen einzigen Durchbruch bilden.
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