DE4203605A1 - Elektrischer verbinder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder des lötbaren Oberflächenmon­ tage-Typs zur Befestigung auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplatte, bei dem die Kontakte in eng benachbarten Mittenabständen angebracht sind.

Die Technologie zur Oberflächenmontage (aus dem englischsprachigen Raum auch als Surface Mount Technology bekannt) wurde aufgegriffen als Hilfe bei der Verbindung von Bauteilen mit gedruckten Schaltungsplatten in solchen Fällen, in denen die Bauteile und die Leiterbahnen der gedruckten Schal­ tungsplatten miniaturisiert sind und eng benach­ barte Mittenbeabstandungen aufweisen. Die Zuleitun­ gen derartiger Bauteile bzw. Komponenten, bei denen es sich um integrierte Schaltungen, einzelne Bau­ teile, Verbinder und dergleichen handeln kann, sind alle in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet und liegen auf der Oberfläche der gedruckten Schal­ tungsplatte auf, und zwar auf Leiterbahnen der Schaltungsplatte, wobei Lötmittel in einer beliebi­ gen Form zusammen mit einem geeigneten Flußmittel entweder auf die Leiterbahnen der Schaltungsplatte oder die eigentlichen Kontakte aufgebracht ist.

Danach wird Strahlung in Form von Infrarot- oder Laserstrahlenenergie oder aber eine andere Einrich­ tung zum Aufbringen von Wärme verwendet, um das Lötmittel wieder zu verflüssigen und die verschie­ denen Zuleitungen und Leiterbahnen miteinander zu verbinden. Bei solchen Anwendungen ist es wichtig, daß die Zuleitungen und die Leiterbahnen exakt miteinander ausgerichtet sind, um eine Lötverbin­ dung zwischen den jeweiligen Zuleitungen und Lei­ terbahnen herzustellen, ohne daß dabei Aussetzer- Öffnungen oder eine Überbrückung von Lötmittel zu benachbarten Zuleitungen und Leiterbahnen und damit eine Ursache für Kurzschlüsse entstehen. Eine Reihe von Bauteilen, einschließlich der Verbinder des in der japanischen Patentveröffentlichung 279 581/89 gezeigten Typs, beinhaltet Gehäuse mit Führungs­ nuten längs des unteren Rands oder alternativ hier­ zu mit Öffnungen in den Gehäusen, durch die Fußbe­ reiche der Kontakte hindurch eingepaßt sind und in Ausrichtung mit den damit zu verlötenden Leiter­ bahnen einer Schaltungsplatte gehalten sind. Typischerweise beinhalten solche Verbinder auch eine Befestigungseinrichtung, die das Verbinder­ gehäuse in einer exakten Position auf einer gedruckten Schaltungsplatte festklemmt. Mit diesen Techniken können Kontakte mit der Oberfläche von Schaltungsplatten verlötet werden, doch aufgrund der Tatsache, daß die Beabstandung zwischen den Kontakten immer kleiner wird und 1,27 mm oder we­ niger beträgt, macht die von dem Kunststoffgehäuse, den Kanälen und den Öffnungen abzuverlangende Feinheit die Gehäuse teuer, und zwar aufgrund der beim Formen notwendigen feinen Toleranz. Außerdem kann das zum Bilden von Kanälen und Öffnungen ver­ wendete Gehäusematerial die Lötstelle verdecken, woraus ein Hindernis für eine visuelle oder eine automatische Überprüfung der Lötverbindung unter Verwendung von Bildverarbeitungstechniken als Teil der Qualitätskontrolle entsteht.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten, Oberflächenmontage- Verbinders zum Verlöten der eng voneinander beab­ standeten Kontakte des Verbinders mit eng voneinan­ der beabstandeten Leiterbahnen auf einer gedruckten Schaltungsplatte. Weiterhin besteht ein Ziel in der Schaffung eines verbesserten Verbinders der genann­ ten Art, bei dem das Verlöten von eng benachbarten Kontakten mit gedruckten Schaltungsplatten verein­ facht ist und bei dem eine bessere Überprüfung der Lötverbindungen nach dem Lötvorgang ermöglicht ist.

Die Erfindung erreicht die vorstehend genannten Ziele durch Schaffung eines elektrischen Verbinders des lötbaren Oberflächenmontage-Typs, der ein Gehäuse mit darin enthaltenen elektrischen Kontakten verwendet, die in geeigneten Mitten­ abständen zur Verbindung mit einem weiteren Verbin­ der positioniert sind, wobei die Kontakte Löt­ bereiche aufweisen, die sich in einer gemeinsamen Ebene liegend von dem Gehäuse wegerstrecken und zum Oberflächenmontage-Verlöten mit den Leiterbahnen auf der Oberfläche einer gedruckten Schaltungsplat­ te dienen. Das erfindungsgemäße Gehäuse beinhaltet Nuten in seiner Rückseite, die eine Kontaktfestle­ geplatte aufnehmen und halten, wobei in der Kon­ taktfestlegeplatte Kanäle durch einstückig damit ausgebildete Zinken definiert sind, die sich derart erstrecken, daß sie die Kontaktlötbereiche relativ zu dem Gehäuse und zu einer gedruckten Schaltungs­ platte ausrichten, und zwar derart, daß sich eine verbesserte Freilegung zum Zweck der Erwärmung der Lötbereiche ergibt. Die Kanäle schaffen eine exakte Positionierung der Kontaktlötbereiche relativ zu dem Verbinder, und die Platte kann aus einem hin­ sichtlich seiner Eigenschaften zum Standhalten der Löttemperaturen geeigneten Kunststoffmaterial ge­ formt sein, und zwar auf eng definierte Toleranzen hinsichtlich der Kanäle und der Zinken sowie der mit dem Verbindergehäuse kompatiblen Toleranzen hinsichtlich der in die Nuten des Gehäuses passen­ den Bereiche. Die Platte ist von dem Gehäuse lösbar ausgebildet und läßt sich daher nach dem Lötvorgang von dem Gehäuse abnehmen, wodurch eine visuelle oder maschinelle Überprüfung der Lötverbindungen zwischen den Lötbereichen der Kontakte und den Leiterbahnen auf einer gedruckten Schaltungsplatte erleichtert ist. Der Verbinder besitzt weiterhin Befestigungsglieder, die den Verbinder dadurch exakt auf einer gedruckten Schaltungsplatte festle­ gen, daß sie durch Löcher in der gedruckten Schal­ tungsplatte hindurchgeführt sind und das Verbinder­ gehäuse exakt auf der gedruckten Schaltungsplatte festklemmen. Der Einsatz der Erfindung wird bei Verbindern erwägt, die eine Mehrzahl von Kontaktreihen aufweisen, wobei sich die vorderen Bereiche der Kontakte in mehreren Ebenen er­ strecken, um an ähnlich angeordneten Kontakten von damit verbundenen Verbindern anzugreifen, während die Fußenden bzw. hinteren Enden der Kontakte einander abwechselnd angeordnet sind und durch die Kanäle und die Zinken des Plattenelements für die Oberflächenmontage geeignet in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Dar­ stellungen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine im Querschnitt dargestellte Seiten­ ansicht eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Verbinders, wobei die Kontakte in einem Gehäuse an­ geordnet gezeigt sind;

Fig. 2 eine Frontansicht des in Fig. 1 gezeigten Verbinders;

Fig. 3 eine Perspektivansicht des in Fig. 1 gezeigten Verbinders; und

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte Perspektivansicht des in Fig. 3 gezeigten Verbinders zur Darstellung von Details desselben.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders 10; bei diesem Verbinder handelt es sich ersichtlich um einen buchsenartigen Verbinder des Typs, der mit einem nicht gezeigten steckerartigen Verbinder in Verbindung bringbar ist, der geeignete Gehäusedetails sowie Kontakte zur Verbindung mit dem buchsenartigen Verbinder in allgemein bekannter Weise aufweist. Der Verbinder 10 beinhaltet ein isolierendes Gehäuse, das eine horizontale Befestigungsfläche bzw. Auflagefläche 14 besitzt, die zum Aufliegen auf der oberen Ober­ fläche einer nicht gezeigten gedruckten Schaltungs­ platte dient, welche auf ihrer oberen Oberfläche eine Reihe leitfähiger Kontaktflächen bzw. Leiter­ bahnen aufweist, die zu leitfähigen Bahnschaltkrei­ sen auf oder in der Schaltungsplatte führen. Diese Leiterbahnen verbinden wiederum die Zuleitungen von ebenfalls auf der Schaltungsplatte montierten und mit derartigen Leiterbahnen verlöteten Komponenten oder anderen Verbindern miteinander. Gemäß den Prinzipien der Oberflächenmontage-Technik werden Komponenten bzw. Bauteile, deren Zuleitungen in mit den Leiterbahnen auf der Oberfläche der Platten kompatiblen Mittenbeabstandungen angeordnet sind, oben auf die Oberfläche der Schaltungsplatte aufge­ setzt und dort entweder durch Befestigungseinrich­ tungen in Position gehalten oder durch Befesti­ gungsglieder auf die Schaltungsplatte geklemmt, nachdem in geeignetem Umfang Lötmasse und Flußmit­ tel auf die Leiterbahnen der Schaltungsplatte auf­ gebracht worden sind, wobei die diese Bauteile und Zuleitungen beinhaltende Schaltungsplatte dann in einem ausreichenden Ausmaß Wärme ausgesetzt wird, um ein Schmelzen bzw. eine Wiederverflüssigung des Lötmaterials zu verursachen, wonach dann ein Ab­ kühlen der Anordnung erfolgt, um zwischen den Zu­ leitungen und den Leiterbahnen der Schaltungsplatte Lötverbindungen zur Herstellung einer Verbindung zwischen diesen Zuleitungen und Leiterbahnen herzu­ stellen.

Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, sind an jeder Seite des Verbinders 10 Befestigungsglieder 16 vorhanden, die in der in Fig. 2 gezeigten Weise mehrere Befestigungsstifte beinhalten, und zwar einen an jedem Ende. Die Befestigungsstifte bein­ halten Kunststoffelemente, die in der bei dem Be­ zugszeichen 17 dargestellten Weise mit einer Nut versehen sind, in denen je metallische Befesti­ gungsglieder 18 mit abstehenden Spitzen enthalten sind, die dazu dienen, sich in federnd nachgiebiger Weise in die Wandungen von Löchern in der Schal­ tungsplatte sowie in dem Kunststoffmaterial des Gehäuses einzukrallen, das sich an den Enden des Gehäuses des Verbinders in Form von Nuten 21 fort­ setzt. Wie in den Fig. 1 bis 4 zu sehen ist, bein­ haltet das Gehäuse 12 eine vertikale Steckverbin­ dungsseite 20 sowie eine horizontale Aussparung 22, die sich von der Steckverbindungsseite nach rück­ wärts erstreckt und in die der Verbindungsbereich eines steckerartigen Verbinders eingeführt wird. Das Gehäuse 12 beinhaltet zwei Reihen bzw. Leisten, die sich längs der oberen und der unteren Oberflä­ che der Aussparung 22 im Inneren des Gehäuses erstrecken und zum Aufnehmen und Festhalten von Kontakten 25 und 26 in diesen dienen. Die Kontakte 25 und 26 besitzen vordere Verbindungs-Kontaktbe­ reiche 25a, 26a, die sich im Inneren des Gehäuses innerhalb der Aussparungen 22 erstrecken, sowie Zwischenverbindungsbereiche bzw. Übergangsbereiche 25b, 26b, die sich in dem Gehäuse nach rückwärts erstrecken und in bezug auf die Fläche 14 des Gehäuses im wesentlichen rechtwinklig abgebogen sind. Die Bereiche 25b und 26b führen zu Lötbe­ reichen 25c bzw. 26c, die wiederum im wesentlichen rechtwinklig relativ zu den Bereichen 25b, 26b abgebogen sind und in einer zu der horizontalen Auflagefläche 14 des Gehäuses 12 parallel ver­ laufenden Ebene angeordnet sind. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind die Kontakte 25 und 26 in bezug auf die Lötbereiche 25c, 26c in einander abwechselnder Weise angeordnet, wobei die vorderen Enden der Kontakte zu voneinander beabstandeten, parallelen Ebenen führen, in denen die Kontaktbereiche 25a bzw. 26a liegen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Kontakte 25, 26 in zwei Reihen mit einer eng benachbarten Mitten­ beabstandung in der Größenordnung von 1,27 mm ange­ ordnet werden, während die Kontaktbereiche 25c, 26c in einer noch enger benachbarten Mittenbeabstandung in der Größenordnung von 0,635 mm angeordnet werden können.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, müssen die Kontakt-Lötbereiche 25c, 26c relativ zu den zu kontaktierenden Leiterbahnen auf einer gedruckten Schaltungsplatte exakt ausgerichtet gehalten wer­ den, um Kurzschlüsse zwischen diesen Kontakten oder den Leiterbahnen entweder durch gegenseitige Berüh­ rung der Kontakte oder durch Nebenschließen bzw. Überbrücken der Kontaktstellen zwischen den Kontak­ ten oder Schaltungsplatten-Leiterbahnen durch das Lötmaterial zu verhindern. Gemäß der Erfindung beinhaltet das Gehäuse 12 einstückig damit ausge­ bildete, wegstehende Bereiche 13a und 13b, die im allgemeinen an jedem Ende des Gehäuses angeordnet sind und Flächen in Form von Nuten 13c beinhalten, die zur Aufnahme einer Festlegeplatte 30 mit darin vorhandenen Kanälen 32 dienen. Die Platte 30 ist typischerweise durch Formen aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellt, das die Wärme der Lötvorgänge aushält und sich dennoch mit beträcht­ licher Präzision formen läßt, um die feinen Kanäle 32 zu definieren. Die Platte 30 kann in der in Fig. 1 gezeigten Weise eine Abschrägung bzw. Fase 31 beinhalten, die sich an dem unteren rückwärtigen Ende der Platte 30 befindet und dazu beiträgt, daß die direkte Strahlung, wie sie durch einen zum Erwärmen der Lötbereiche der Kontakte, der Leiter­ bahnen und des darauf befindlichen Lötmaterials ausgelegten Infrarot-Strahl oder Laserstrahl übli­ cherweise ausgeübt wird, eine Wiederverflüssigung des Lötmaterials ermöglicht. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß die Platte 30 von dem Ge­ häuse 12 lösbar ausgebildet ist.

Für den Gebrauch wird der erfindungsgemäße Verbin­ der 10 normalerweise mit der Platte 30 in Position geliefert, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Verbinder wird dann an einer gedruckten Schaltungs­ platte angebracht, wobei die Befestigungsglieder 16 durch Löcher in der Schaltungsplatte hindurch ein­ geführt werden, um das Gehäuse 12 auf die obere Oberfläche der Schaltungsplatte zu klemmen, wobei die Fläche 14 und die Unterseiten der Kontaktbe­ reiche 25c, 26c auf der Oberfläche der Schaltungs­ platte aufliegen und dabei mit Leiterbahnen der Schaltungsplatte ausgerichtet sind. Normalerweise sind gleichzeitig weitere Bauteile auf der Oberflä­ che der Schaltungsplatte angebracht, wobei deren Zuleitungen mit zugeordneten Leiterbahnen ausge­ richtet positioniert sind, wobei dies hier nicht dargestellt ist. Dabei ist zuvor ein geeignetes Lötmittel, wie z. B. eine Lötpaste bzw. eine Löt­ creme mit einem darin enthaltenen, geeigneten Flußmittel, auf die einem Lötvorgang zu unterzie­ henden Leiterbahnen aufgebracht worden, wobei dies beispielsweise durch Siebdruck oder andere Techni­ ken erfolgt; oder alternativ hierzu ist das Lötma­ terial auf die Zuleitungen der Verbinder und Bau­ teile durch allgemein bekannte Mittel aufgebracht worden, wobei auch ein geeignetes Flußmittel mit­ aufgebracht worden ist. Danach wird Wärme durch Infrarot- oder Laserenergie oder durch Dampfphasen- Techniken auf die Schaltungsplatte, genauer gesagt die die Bauteile enthaltenden obere Oberfläche, gerichtet, um eine Wiederverflüssigung des Lötmit­ tels sowie die Bildung von Lötverbindungen zwischen den Zuleitungen und den Kontaktbereichen hervorzu­ rufen, um dadurch eine Verbindung zwischen diesen herzustellen. Danach kann die Platte 30 entfernt werden, um eine visuelle Überprüfung oder eine maschinelle Überprüfung der resultierenden Lötver­ bindungen für Qualitätskontrollzwecke zu ermögli­ chen. Die Platte 30 kann gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung wiederverwendet oder recy­ celt werden, falle dies gewünscht ist.

Claims (6)

1. Elektrischer Verbinder (10) zur Oberflächen­ montage auf einer gedruckten Schaltungsplatte, mit einem dielektrischen Gehäuse (12), das eine Mehrzahl von Kontakten (25, 26) enthält, deren jeder Kontaktbereiche (25a, 26a) an dem einen Ende und Lötbereiche (25c, 26c) an dem entgegengesetzten Ende aufweist, wobei die Kontaktbereiche durch das Gehäuse derart ge­ halten sind, daß sie sich in Positionen zur Verbindung mit den Kontakten eines damit ver­ bundenen Verbinders befinden, und mit einer Kontaktfestlegeplatte (30) mit einer Reihe von Kanälen (32), die über die Lötbereiche (25c, 26c) gepaßt sind und diese dadurch in einer exakt festgelegten Position auf der gedruckten Schaltungsplatte halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) nach dem Verlöten der Kontakte mit der Schaltungsplatte von dem Gehäuse (12) entfernbar ist und dadurch eine leichtere Überprüfung der gebildeten Lötver­ bindungen ermöglicht.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) in der Nähe der Lötberei­ che (25c, 26c) einen Rückzugsbereich (31) zum erleichterten Erwärmen der Lötbereiche während der Lötvorgänge aufweist.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) Nuten (13c) aufweist und die Platte (30) mit diesen Nuten in Eingriff tretende Flächen zum Halten der Platte in Position relativ zu dem Gehäuse aufweist.

4. Elektrischer Verbinder nach einem der voraus­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine Einrichtung aufweist zum derartigen Halten des Gehäuses auf einer gedruckten Schaltungsplatte, daß die Kontakte mit den an der Oberfläche der Schaltungsplatte angreifenden Lötbereichen (25c, 26) mit auf der Oberfläche der Schaltungsplatte vorgesehenen Leiterbahnen ausgerichtet sind.

5. Elektrischer Verbinder nach einem der voraus­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte mit ihren Kontaktbereichen (25a, 26a) in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen und mit ihren Lötbereichen (25c, 26c) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

6. Elektrischer Verbinder nach einem der voraus­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte mit ihren Lötbereichen (25c, 26c) in einander abwechselnder Weise zwischen abwechselnd aufeinanderfolgenden Kanälen (32) der Platte (30) angeordnet sind.