DE60018824T2 - Oberflächenmontierte modulare Steckerbuchse - Google Patents

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DE60018824T2
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Stephen B. Salem Bogese II
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
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    • H05K3/3421Leaded components
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R24/60Contacts spaced along planar side wall transverse to longitudinal axis of engagement
    • H01R24/62Sliding engagements with one side only, e.g. modular jack coupling devices
    • H01R24/64Sliding engagements with one side only, e.g. modular jack coupling devices for high frequency, e.g. RJ 45
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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft elektrische Verbinder und insbesondere eine oberflächenmontierte modulare telefonbuchsenähnliche Buchse mit geschützten, automatisch ausgerichteten Lötfahnen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Telefonbuchsenähnliche modulare Buchsen sind in der Computernetzwerk- und Kommunikationsindustrie zur Verbindung von Computern, Modems, Druckern und ähnlichen elektronischen Geräten stark verbreitet.
  • Die Nachfrage nach kleinerer Packung und stärker automatisierter Herstellung hat bewirkt, dass die Industrie vermehrt oberflächenmontierte Bauelemente und die damit verbundenen bei höherer Temperatur ablaufenden Leiterplattenlötverfahren einsetzt, um die Kosten der fertigen Leiterplatten zu senken und die Ausbeute an elektrisch hochwertigen Leiterplatten zu steigern.
  • Zwei vermehrt eingesetzte Herstellungsverfahren sind das IR-Löten und das Dampfphasenlöten. Bei beiden Verfahren wird eine metallische Maske beziehungsweise Schablone mit Ausschneidungen verschiedener Formen und Größen verwendet, mittels derer eine Lötpaste durch Siebdruck auf die Oberfläche einer Leiterplatte aufgebracht wird. Die Ausschneidungen entsprechen den Verbindungsstellen entweder mit Lötfahnen oberflächenmontierter Bauelemente oder Verbinder oder mit metallischen Leiterbahnen, die die elektrischen Leitungen in einer Mehrschichtenleiterplatte bilden. Während des Lötvorganges ist die Temperatur in der Kammer, durch die die Leiterplatten laufen, ausreichend hoch, damit sich die Lötpaste auf der Leiterplatte zu Lot verflüssigt. Dies ermöglicht, dass das Lot auf jede in Kontakt mit der Lötpaste befindliche metallische Oberfläche läuft und hierdurch eine elektrische Verbindung ausbildet, die (im Englischen) üblicherweise „solder filet" (Lötverbindung) genannt wird.
  • Beim IR-Lötverfahren wird Strahlungswärme eingesetzt, um sowohl die oberflächenmontierten Bauelemente wie auch die Lötpaste derart zu erwärmen, dass die Lötfahnen auf eine bestimmte hohe Temperatur erwärmt werden, damit das verflüssigte Lot zu den Lötfahnen hingezogen wird – ein Vorgang, der (im Englischen) „Wicking" („Zerlaufen") genannt wird. Beim Dampfphasenlötverfahren wird ein gasförmiges Material, das Wärme auf die Bauelemente wie auch auf die Lötpaste überträgt, derart erwärmt, dass sich die Lötpaste auf ähnliche Weise wie beim IR-Löten verflüssigt. Gelangt die Leiterplatte in der Reflow-Kammer von der höchsten Temperatur in einen Bereich niedrigerer Temperatur, so erfolgt die Verfestigung des Lotes. Dies erzeugt die Lötverbindungen („solder filets").
  • Die Lötfahnen oberflächenmontierter Verbinder weisen üblicherweise eine von mehreren Ausgestaltungen auf, durch die ein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Leiterplatte und den Verbinderkontakten gegeben ist. Eine dieser Ausgestaltungen ist die sogenannte „J"-Fahne, bei der das lötbare Ende des Kontaktes die Form des Buchstaben „J" aufweist. Das gekrümmte Untere des Buchstaben „J" ist derart angeordnet, dass der tiefste Punkt des gekrümmten Unteren unterhalb der Oberfläche der Leiterplatte befindlich ist, wenn der Verbinder vollständig auf der Leiterplatte aufsitzt. Dies würde eigentlich bedeuten, dass der Verbinder nicht an der Leiterplatte montiert ist und mit dieser in Eingriff treten kann, da der tiefste Lötfahnenpunkt die Oberfläche der Leiterplatte berührt und mit dieser in Eingriff tritt, wodurch verhindert wird, dass der Verbinder auf der Leiterplatte aufsitzt. Das freie Ende der Krümmung wird jedoch nicht gehalten, wodurch möglich wird, dass sich die gekrümmte Fläche bei Eingriff mit einer starren Oberfläche verbiegt. Aufgrund dieses Biegevermögens übt die Krümmung des „J", sobald der Verbinder auf der Leiterplatte aufsitzt, eine Kraft auf die an der Oberfläche der Leiterplatte befindliche Lötpaste aus. Diese Kraft bewirkt, dass die Krümmung des „J" nach unten gegen die Leiterplatte drückt und hierdurch vollständig innerhalb der Lötpaste verbleibt, sodass beim Verflüssigen und Zerlaufen („Wicking") der Lötpaste auf die Lötfahne der untere Teil der Krümmung von Lot umgeben ist, um eine gasdichte Lötverbindung auszubilden. Dies ist notwendig, um eine verlässliche elektrische Verbindung zwischen der Kontaktlötfahne und der metallischen Schaltung der Leiterplatte herzustellen.
  • Die Druckschrift EP-A-0 337 632, die als nächstkommender Stand der Technik betrachtet wird, offenbart eine Buchse, die Kontakte mit einer lötbaren J-Fahne aufweist. Ein Teil jedes Kontaktes ist in einem Kanal angeordnet, der in der unteren Wand des Gehäuses der Buchse vorgesehen ist. Der Lötfahnenfuß jedes Kontaktes erstreckt sich von einer Seitenwand des Gehäuses weg.
  • Eine weitere häufig eingesetzte Ausgestaltung der Lötfahne eines elektrischen Kontaktes in einem Bauelement ist der Möwenflügel („gull wing"). Der Möwenflügel weist in etwa die Form des Buchstaben "L" auf, wobei sich der Fuß des „L" vom Körper des Bauelementes wegerstreckt. Der Fuß kann gegebenenfalls leicht nach unten gewinkelt sein, damit ein Kontakt mit der an der Oberfläche der Leiterplatte befindlichen Lötpaste hergestellt wird. Die Möwenflügelausgestaltung einer Lötfahne ist stabil und nicht biegbar, wodurch der Fuß aufgrund des Effektes der Oberflächenspannung, der den Fuß hinsichtlich der Paste vergleichsweise konstant in seiner Position hält, in der Lötpaste verbleibt. Diese Ausgestaltung der Lötfahnen wird aufgrund des geringen Gewichtes hauptsächlich bei integrierten Schaltungen (ICs) eingesetzt. Das geringe Gewicht eines ICs ermöglicht, dass die Lötpaste dem Bauelement einen nennenswerten Halt verleiht, um die Ausrichtung des Fußes des Möwenflügels mit der Ausrichtung der entsprechenden Lötpastenleiterbahn auf der Leiterplatte zu erhalten, was wiederum dazu führt, dass das Lot um den Fuß des Möwenflügels herum verläuft („wicking"), wodurch eine gasdichte Verbindung mit jeder Lötfahne hergestellt ist.
  • Eine aktuelle Ausgestaltung der Lötfahne stellt eine Abwandlung des Möwenflügels dar, die bei dem Versuch entwickelt wurde, die Schwierigkeiten im Umgang mit Lötfahnen aus dem Stand der Technik bei Verwendung mit Steckern zu überwinden. Diese aktuelle Ausgestaltung der Lötfahne kann als aufgebogenes „L" (sweeping „L") beschrieben werden, was durch die Form und das Profil bedingt ist, die einem aufgebogenen Ellenbogen ähneln. Der vertikale Abschnitt des L weist eine geringere Länge auf, weshalb dieser Abschnitt kürzer als das Ensemble aus Aufbiegung und Fuß ist. Die Aufbiegung weist üblicherweise einen Winkel auf, der größer als 90° ist, sodass der Fuß der Lötfahne nach unten auf die Leiterplatte zu gewinkelt ist. Da die Aufbiegung eine gekrümmte Form aufweist, ist ihr eine inhärente elastische Eigenschaft zweigen, durch die sie den Fuß in dauerhaftem Eingriff mit der auf der Leiterplatte befindlichen Lötpaste halten kann. Aufgrund der elastischen Eigenschaft wird der Fuß in der Lötpaste gehalten, sodass während des Löt-Reflows das Lot um die Spitze des Fußes herum fließt und eine gasdichte Verbindung mit dem Lötfahnenfuß ausbildet.
  • Diese Ausgestaltung weist, obwohl sie im Vergleich zum Stand der Technik eine Verbesserung darstellt, immer noch zwei Hauptmängel der Ausgestaltungen von Lötfahnen aus dem Stand der Technik auf. Bei sämtlichen Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik erstreckt sich ein Abschnitt der Lötfahne über die hintere Wand des Verbinders hinaus. Dieser Abschnitt liegt jenseits der schützenden Begrenzung des Verbindergehäuses frei, weshalb er mechanisch beschädigt oder mit Blick auf seine Ausrichtung aus der ursprünglichen Ausrichtung herausgebracht werden kann. Beschädigungen oder Fehlausrichtungen können während der Packung der Verbinder oder während des Stapelns oder Handhabens bei Versand oder Lagerung, während des Entfernens der Verbinder aus den Packungsbehältern oder während der Bestückung und Verwendung in einem Bestückungsautomaten auftreten.
  • Aufgrund des engen Abstandes der Bauelemente und der Dichte der Verbindungen auf oberflächenmontierten Leiterplatten ist die Ausrichtung der Lötfahnen gegenüber der Lötpaste kritisch und lässt nur eine sehr geringe Fehlertoleranz zu. Sogar bei einer geringen Fehlausrichtung der Lötfahnen können ohne Weiteres ein hoher Widerstand, eine unvollständige Verbindung, eine überhaupt nicht vorhandene elektrische Verbindung oder sogar eine überbrückte Verbindung zwischen zwei aneinander angrenzenden Lötfahnen durch zwischen den zwei Fahnen befindliches Lot auftreten. Die fertig zusammengebaute Leiterplatte ist daher nur wegen des Verbinders schadhaft und muss ausgemustert werden.
  • Eine weitere Unzulänglichkeit ist das Nichtvorhandensein eines Mittels zur Einflussnahme auf die Ausrichtung der Lötfahnen, um die hochgradige Genauigkeit der Ausrichtung aufrechtzuerhalten. Die Ausbeute an mängelfreien Leiterplatten steht in direktem Verhältnis zur relativen Ausrichtung einer Lötfahne gegenüber einem entsprechenden Lötpastenmuster auf der Leiterplatte. Wie vorstehend beschrieben, wird die Dichte der Leiterbahnen auf der Leiterplatte zunehmend größer, weshalb weniger Freiraum zwischen den einzelnen Leiterbahnen verbleibt, sodass wiederum eine geringere Toleranz beim Ausrichten einer Lötfahne gegeben ist.
  • Verschiedene Lösungsansätze wurden bei dem Versuch entwickelt, die aufgeführten Unzulänglichkeiten bei der Ausgestaltung oberflächenmontierter Verbinder zu beseitigen. Diese Lösungsansätze sind beispielsweise in den US-Patenten 4,992,052 und 5,413,491 beschrieben. Das US-Patent 5,413,491 beschreibt zwei Reihen von Kontakten, wobei jeder Kontakt einen Passabschnitt umfasst, der dafür vorgesehen ist, mit einem quadratischen Ansatz sowie mit einem Lötfahnenabschnitt in Form eines Möwenflügels in Eingriff zu treten. Der Fuß jedes Möwenflügelabschnittes ist leicht nach unten gewinkelt, um gegen die Oberfläche der Leiterplatte mit der Lötpaste in Eingriff zu treten, wenn der Stecker vollständig auf der Leiterplatte aufsitzt. Der Fuß jedes Möwenflügels erstreckt sich über die Seitenwand des Verbinderkörpers hinaus, der den Kontakt aufrechterhält, weshalb das freie Ende des Fußes von außen beschädigt werden kann.
  • Ein primäres Ziel des US-Patentes 4,992,052 besteht darin, einen verbesserten Kontakt vom Möwenflügeltyp herzustellen, bei dem ein gewinkelter Übergangsabschnitt vom Anfang des Fußes des „L" zu einem mehr als der Hälfte der Länge des Fußes entsprechenden Punkt Verwendung findet. Der Lötabschnitt des Fußes ist kleiner als der gewinkelte Abschnitt und derart unter einem Winkel gegenüber dem gewinkelten Abschnitt ausgerichtet, dass der Lötabschnitt im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Leiterplatte ist. Der gewinkelte Übergangsabschnitt macht einen elastischen Druckeingriff durch den Lötabschnitt dadurch möglich, dass er den Lötabschnitt an der Oberfläche der Leiterplatte und in der Lötpaste hält.
  • Der aufgeführte Stand der Technik zeigt zwar Verbesserungen hinsichtlich des Problems der genauen Ausrichtung jeder Lötfahne gegenüber dem jeder Lötfahne entsprechenden Lötpastenmuster und vergrößert den elastischen Eingriff jeder Lötfahne mit der entsprechenden Lötpastenfläche, weist jedoch weiterhin Mängel bei der Verwirklichung einer hohen Genauigkeit der Ausrichtung der Lötfahne gegenüber der entsprechenden Lötpaste wie auch beim Schutz der Lötfahnen vor möglicher Fehlausrichtung oder mechanischer Beschädigung auf.
  • Aufgaben der Erfindung und Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine oberflächenmontierte modulare Buchse mit einer Ausrichtungsstruktur bereitzustellen, die eine Einflussnahme auf die Lötfahnen der in der Buchse vorhandenen Kontakte ermöglicht, um die im Stand der Technik auftretenden Unzulänglichkeiten bei der Ausrichtung zu beseitigen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel zur genauen Positionierung der Lötfahnen der Kontakte der modularen Buchse bereitzustellen, damit die Lötfahnenfüße genau in Ausrichtung mit den Lötpastenmustern angeordnet werden können.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine modulare Buchse bereitzustellen, die ermöglicht, dass die Lötfahnen in elastischem Eingriff an der Oberfläche der Leiterplatte und in dem Lötpastenmuster an der Oberfläche der Leiterplatte gehalten werden.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel zum Schutz der Lötfahnen der Kontakte in der Buchse vor einer versehentlichen Beschädigung oder Fehlausrichtung als Ergebnis umgangs- oder versandbedingter Umstände bereitzustellen.
  • Den aufgeführten Aufgaben und Merkmalen sowie weiteren Aufgaben und Merkmalen wird durch die Merkmale des Anspruches 1 entsprochen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Rippen einen V-förmigen Querschnitt auf. Ein vertiefter Kanal ist zwischen jedem Satz aneinander angrenzender V-Rippen derart ausgebildet, dass jede Lötfahne in genau einem Kanal zwischen jedem Satz aneinander angrenzender Rippen angeordnet werden kann. Die Lötfahne weist die Form eines umgekehrten Möwenflügels auf, weshalb der Lötfahnenfuß in jedem Kanal sowie zwischen und unterhalb der unteren Außenwand der Buchse angeordnet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Lötfahnenfuß leicht nach unten gewinkelt, sodass beim Aufbringen der Buchse auf die Leiterplatte und beim vollständigen Aufsitzen auf der Oberfläche der Leiterplatte der Lötfahnenfuß aus seiner dem freien Zustand entsprechenden Stellung heraus ausgelenkt wird. In der ausgelenkten Position übt der Lötfahnenfuß eine Kraft auf die Oberfläche der Leiterplatte aus und verbleibt gegenüber dem an der Oberfläche der Leiterplatte befindlichen Lötpastenmuster in einer vergleichsweise festen Position. Dies führt dazu, dass die Lötpaste den Lötfahnenfuß teilweise einhüllt und während des Reflowlötens umfließt, wodurch eine qualitativ hochwertige gasdichte Lötverbindung hergestellt wird.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die V-Rippen derart voneinander beabstandet, dass die Breite des zwischen den Rippen ausgebildeten Kanals ähnlich der Breite der Lötfahne ist. Der enge Sitz des Fußes der Lötfahne an dem Kanal zwischen den Rippen ermöglicht eine weitgehende winkelmäßige Einflussnahme jedes Kontaktes mit Blick auf die jeweils bevorzugte parallele Position, was zu einer wesentlich stärkeren Ausrichtung des Lötfahnenfußes gegenüber dem jeweiligen Lötpa stenmuster führt. Hierdurch wird eine Lötverbindung erzeugt, bei der die von der Lötverbindung umschlossene Fläche des Fußes größer ist, wodurch eine größere und stärkere gasdichte Lötverbindung hergestellt ist.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die V-Rippen um einem Abstand derart nach unten, dass die Spitze jeder V-Rippe im Wesentlichen koplanar mit der äußeren Oberfläche der Unterwand der Buchse ist. Dies führt dazu, dass die Spitze jeder V-Rippe direkt mit der Oberfläche der Leiterplatte in Kontakt ist, wenn die Buchse vollständig auf der Leiterplatte aufsitzt und mit dieser in Eingriff ist. Der Kontakt der Spitze jeder V-Rippe mit der Oberfläche der Leiterplatte stellt eine physikalische Barriere für die verflüssigte Lötpaste dar, die aus dem Musterbereich in einen angrenzenden Musterbereich fließt, wodurch ein elektrischer Kurzschluss und die damit verbundene Fehlerhaftigkeit der Leiterplatte verhindert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Seitenschnittansicht einer modularen weiblichen Buchse mit einer bestimmten Art von Kontaktpassform.
  • 2 ist eine Seitenschnittansicht einer modularen weiblichen Buchse mit einer alternativen Art von Kontaktpassform.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer modularen weiblichen Buchse von unterhalb und hinterhalb der Buchse vor dem Einbau der Kontakte in die Buchse.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer modularen weiblichen Buchse von unterhalb und hinterhalb der Buchse nach dem Einbau der Kontakte in die Buchse.
  • 5 ist eine weitere perspektivische Ansicht einer modularen weiblichen Buchse von unterhalb und hinterhalb der Buchse nach dem Einbau der Kontakte in die Buchse.
  • Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder einander entsprechende Teile.
  • In 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Buchse allgemein mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet. Ein Kontakt 18 weist einen Passabschnitt 25 auf, der in einem Passzustand als Feder wirkt und eine Kraft ausübt, die ihn in seinen ursprünglichen freien Zustand rückversetzen will. Die Passabschnitte 25 der weiblichen Kontakte sind parallel zueinander und voneinander beabstandet angeordnet, um eine Passung zu dem entsprechenden Abstand zwischen den Kontaktschneiden eines modularen Steckers zu ermöglichen, wodurch eine Ausrichtung der entsprechenden weiblichen und männlichen Kontakte ermöglicht wird. Der Kontakt besteht aus einem Material, das eine inhärente elastische Eigenschaft aufweist, wenn es aus einer Ruheposition heraus ausgelenkt wird. Das freie Ende des Passabschnittes 25 ist derart ausgestaltet, dass es an der „U"-Verbindung zwischen dem Passabschnitt 25 und einem Kontaktzwischenabschnitt 26 gebogen wird. Das freie Ende des Passabschnittes 25 wird während des Eingriffes mit der entsprechenden Kontaktschneide auf den Zwischenabschnitt 26 zu abgehoben. Diese Eigenschaft in Kombination mit bestimmten Ausgestaltungen führt zu ausreichend hohen Kräften, damit das Passpaar aus einem weiblichen und einem männlichen Kontakt eine gasdichte Verbindung bilden kann. Jeder Kontakt 18 weist einen Lötfahnenabschnitt 30 auf, der an dem gegenüberliegenden Ende des Kontaktes 18 von dem Passabschnitt 25 gelegen ist. Der Lötfahnenabschnitt 30 umfasst ein Bein 32, 34 und einen Fuß 36, 38 dergestalt, dass das Bein 32, 34 und der Fuß 36, 38 zusammen die Form des Buchstaben „L" bilden, wobei der Fuß 36, 38 dem Fuß des „L" und das Bein 32, 34 dem vertikalen Teil des „L" entsprechen. Der Fuß 36, 38 ist von dem Bein 32, 34 derart nach unten gewinkelt, dass das freie Ende des Fußes 36, 38 tiefer als die Verbindung des Fußes mit dem Bein des „L" gelegen ist. Der Fuß 36, 38 des Lötfahnenabschnittes 30 wird beim Aufsitzen der Buchse 80 auf einer Leiterplatte bei Ineingriffnahme der Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 ausgelenkt, was dazu führt, dass der Fuß 36, 38 im Wesentlichen senkrecht zu dem Bein 32, 34 angeordnet ist. Die elastischen Eigenschaften des Kontaktmaterials ermöglichen, dass der Fuß 36, 38 dauerhaft eine Kraft auf die Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 ausübt, sodass der Fuß 36, 38 seine Stellung relativ zum Ort der Leiterplatte 10 beibehält. Der Eingriff des Fußes 36, 38 hält den Fuß in der richtigen Stellung in der Lötpaste, weshalb die entsprechende Lötverbindung gasdicht ausgebildet ist und eine verlässliche Verbindung darstellt.
  • Die Buchse 80 weist zwei Montagemittel 15 auf, die an der unteren Wand des Verbinders angebracht sind. Jedes Montagemittel 15 umfasst zwei einander gegenüberliegende Hälften, die derart ausgestaltet sind, dass sie aufeinander zu gebogen werden, wodurch die beiden Hälften während des Aufbringens der Montagemittel auf die Leiterplatte zusammengedrückt werden, um durch eine Öffnung zu passen, die kleiner als der Abstand über die beiden Fußhälften ist. Nachdem die untere Wand 28 der Buchse 80 auf der Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 aufsitzt, werden die beiden Hälften zurück in ihre Ruhestellung gebogen und arretieren die Buchse 80 an der Leiterplatte 10. Der Lötfahnenfuß 36 und der Fuß 38 werden ausgelenkt, sobald die Buchse 80 an der Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 aufsitzt. Sobald die Buchse 80 vollständig aufsitzt, werden die beiden Füße 36 und 38 in eine lotrechte Ausrichtung bezüglich der jeweiligen Beine 32 und 34 ausgelenkt. Die Füße 36, 38 üben eine Kraft auf die Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 aus, die von einer elastischen Spannung von den aus ihrem Ruhezustand ausgelenkten Füßen 36 und 38 herrührt. Das freie Ende 37, 39 des Fußes 36, 38 ist in seinem ausgelenkten Zustand zwischen einem Paar von V-Rippen 47 und 49 (3) gehalten. Die elastische Spannung jedes Fußes 36 und 38 hält jeden Fuß in einer festen Position an der Oberfläche 11 der Leiterplatte 10. Die Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 ist mit einem Lötpastenmuster bedeckt, das für Reflowvorgänge beim IR- oder Dampfphasenlöten ausgelegt ist. Das Lötpastenmuster an der Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 wird durch Bedeckung der Oberfläche 11 mit einer metallischen Maske beziehungsweise Schablone hergestellt, die Ausschneidungen aufweist, die dem Lötpastenmuster entsprechen, das für die Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 gewünscht wird. Unter Verwendung eines Verfahrens, das dem Siebdruck ähnlich ist, wird eine Schicht aus Lötpaste mittels einer flexiblen Rakel auf die metallische Maske aufgestrichen, wodurch jede Ausschneidung mit Lötpaste gefüllt wird. Nach dem die Lötpaste über die Metallmaske gestrichen worden ist, wird die Leiterplatte 10 von der metallischen Maske weg abgesenkt, wodurch das Lötpastenmuster auf der Leiterplatte 10 zurückbleibt. Das Lötpastenmuster führt dazu, dass die Lötpaste auf der Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 derart angeordnet ist, dass die Lötpaste verflüssigt werden kann, während der physikalische Kontakt mit den Kontaktlötfahnen sowie der physikalische Kontakt mit den freiliegenden metallischen Leiterbahnen erhalten bleibt, die integral mit der Leiterplatte 10 ausgebildet sind. Die Aufrechthaltung des physikalischen Kontaktes sowohl mit den Lötfahnen wie auch mit der entsprechenden Leiterplatte ist kritisch dahingehend, ob das Lot durch Umhüllung während der Verflüssigung und nachfolgenden Verfestigung eine gasdichte Lötverbindung zwischen einer metallischen Leiterbahn und der zugehörigen Lötfahne ausbildet. Dies erfordert eine hochgradig genaue Ausrichtung zwischen der Leiterbahn der Leiterplatte 10, dem Lötpastenmuster und den Lötfahnen der Kontakte. Eine Fehlausrichtung der Lötfahne gegenüber dem Lötpastenmuster kann eine über die Lötverbindung gegebene schlechte elektrische Verbindung zwischen der Lötfahne und der metallischen Leiterbahn bedingen.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel der modularen Buchse 80 ist in 2 gezeigt. Dargestellt ist ein Kontaktpassabschnitt 20 des Kontaktes 18 in seinem Ruhezustand vor dem Passen mit einer Kontaktschneide eines modularen männlichen Steckers. Der Kontakt 18 weist eine Ausgestaltung auf, die in dem US-Patent 5,478,261 beschrieben ist, wobei der Kontaktabschnitt 20 einen unteren linearen Träger aufweist, sodass die untere Fläche des unteren linearen Trägers während der Kopplung mit einem männlichen Stecker aus ihrem Ruhezustand abgehoben wird. Der Kontaktpassabschnitt 20 wird zu der oberen Wand des Verbinders 80 hin nach oben ausgelenkt, wobei die untere Fläche des unteren linearen Trägers eine Kraft auf die Oberfläche der entsprechenden Kontaktschneide eines männlichen Steckers ausübt. Der Kontakt 18 umfasst darüber hinaus einen Lötfahnenabschnitt 30, in dem aneinander angrenzende und nebeneinander befindliche Kontakte derart angeordnet sind, dass sie eine abwechselnde zickzackförmige Anordnung von Lötfahnenabschnitten 30 bilden. Diese abwechselnde zickzackförmige Anordnung ist mit angrenzenden Lötfahnenabschnitten 36 und 38 gezeigt. Wie vorstehend beschrieben, weist jeder Lötfahnenabschnitt im Wesentlichen die Form eines umgedrehten „L" auf, wobei sich die Beine 32 und 34 im Wesentlichen vertikal und die Füße 36 und 38 auf das Verbindergehäuse zu sowie unter diesem erstrecken. Die freien Enden 37 und 39 der jeweiligen Lötfüße 36 und 38 sind in ihren vollständig ausgelenkten Positionen gezeigt, die daher rühren, dass die Buchse 80 vollständig auf der Leiterplatte 10 aufsitzt. Dies bewirkt denselben elastischen Eingriff der Lötfahnenfüße 36 und 38 in dem Lötpastenmuster wie bei 1.
  • Gemäß 3 umfasst eine untere Wand 28 der Buchse 80 eine Reihe von Rippen 47, 49 in Form des Buchstaben „V" derart, dass jede Rippe 47, 49 im Wesentlichen linear ausgebildet ist. Die breite Oberseite des „V" ist mit der unteren Wand 28 der Buchse 80 verbunden, um Festigkeit zu verleihen und eine genaue Ausrichtung des „V" von der Aufsitzfläche 45 zu ermöglichen. Die Spitze 58 der Rippe 47 weist eine derartige Höhe auf, dass die Spitze 58 koplanar mit der Aufsitzfläche 45 ist, die diejenige Fläche ist, die an der oberen Oberfläche 11 der Leiterplatte 10 aufsitzt. Die Aufsitzfläche 45 umgibt jedes der Montagemittel 15, um eine Aufsitzfläche für die Montagemittel 15 bereitzustellen, wodurch die Leiterplatte 10 zwischen den Griffkanten der Montagemittel 15 und der Aufsitzfläche 45 arretiert sind. Sitzt die Buchse 80 vollständig auf der Leiterplatte 10 auf, so ist die Oberfläche der Leiterplatte 10 im Wesentlichen koplanar mit der Aufsitzfläche 45 der Buchse 80. Um eine vollständige Trennung aneinander angrenzender Lötfahnenfüße 36, 38 zu ermöglichen, müssen die Spitzen 56 und 58 nahe an der Oberfläche der Lei terplatte 11 befindlich sein, wobei die Spitzen 56, 58 optional die Oberfläche der Leiterplatte 11 berühren können, um einen vollständigen Abschluss zwischen den aneinander angrenzenden Rippen 47 und 49 bereitzustellen. Die Rippen 47 und 49 erstrecken sich von der Hinterwand 40 der Buchse 80 weg nach vorne auf die vordere Fläche der Buchse 80 zu und sind im Wesentlichen parallel zueinander und in einer Seit-an-Seit-Anordnung befindlich. Kanäle sind zwischen jedem der aneinander angrenzenden Sätze von Rippen in Entsprechung dazu ausgebildet, wie der Kanal 50 zwischen den Rippen 47 und 49 ausgebildet ist. Die zwischen den Rippen ausgebildeten Kanäle 50 sind derart vertieft, dass die Tiefe der Vertiefung nicht kleiner als die Dicke des Lötfahnenfußes 36 oder 38 ist. Eine derartige Tiefe des Kanals macht möglich, dass die Lötfahnenfüße 36, 38 vollständig aufgenommen werden, wobei die Lötfahnenfüße 36 und 38 in eine neue Position, die an der Oberfläche der Leiterplatte 11 ruht, vollständig ausgelenkt werden können, sobald die Buchse 80 vollständig auf der Leiterplatte 10 aufsitzt.
  • 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Buchse 80 vollständig mit den Kontakten 18 (1, 2) bestückt ist. Wie vorstehend beschrieben, weist der Lötfahnenabschnitt 30 die Form eines umgedrehten „L" auf, wobei sich das vertikale Bein 32, 34 (1, 2) des „L" an den Fuß 36, 38 anschließt. Es ist ersichtlich, dass der Fuß 36, 38 in seiner Ruheposition von seinem an das vertikale Bein 32, 36 anschließenden Ende her nach unten gewinkelt ist, sodass das freie Ende 37, 39 einen größeren Abstand zu dem Kanal 50 aufweist, als dies bei dem Anschlussende des Fußes 36, 38 der Fall ist. Die gewinkelte Fläche 70 der Rippe 47 stellt ein Mittel dar, um den Lötfahnenfuß 36, 38 in den jeweiligen Kanal 50 zu bringen, der zwischen den Rippen 47 und 49 angeordnet ist. Die gewinkelte Fläche 70 trägt aufgrund ihrer abgeschrägten Form zur Führung des Lötfahnenfußes 38 in die ausgelenkte Position bei und verringert weitgehend die Wahrscheinlichkeit, dass das freie Ende 49 bei seiner Bewegung in die vollständig ausgelenkte Position zwischen den aneinander angrenzenden Rippen 47 und 49 hängt. Zudem existiert in Gegenüberlage zu der gewinkelten Fläche 70 eine entsprechende gewinkelte Fläche in der Rippe 49, wobei beide gewinkelte Flächen in gegenseitiger Abstimmung derart wirken, dass sie den Lötfahnenfuß 38 in eine gewünschte Ausrichtung zwischen den Rippen 47 und 49 führen.
  • Wie 5 zeigt, ist die Breite des Kanals 50 geringfügig größer als die Breite des Lötfahnenfußes 36, um eine äußerst genaue Ausrichtung des Fußes 36 auf die Leiterplatte 10 zu ermöglichen. Aufgrund der inhärenten elastischen Eigenschaften des zur Herstellung des Kontaktes verwendeten Materials übt der Lötfahnenfuß 36 eine Kraft aus, die eine Rückführung in seinen Ruhezustand bewirkt, und wirkt einer Auslenkung während des Aufsitzens der Buchse 80 auf der Leiterplatte 10 entgegen. Während dieser Auslenkung kann sich der Lötfahnenfuß 36 sowohl vertikal wie auch horizontal bewegen, wodurch die Möglichkeit geschaffen ist, dass der Fuß 36 seine relative Position als Ergebnis der Auslenkung ändert. Um den Abstand zu begrenzen, um den sich der Fuß 36 relativ zu den Montagemitteln 15 bewegen kann, zentriert die gewinkelte Fläche 70 der V-Rippe 47 den ausgelenkten Fuß 36 an einer neuen Stelle, die mit der Ausgangsposition des Fußes vergleichbar ist, und zwar an einer horizontalen Position relativ zu den Montagemitteln 15. Diese Eigenschaft der Ausrichtung der V-Rippen stellt sicher, dass der Fuß 36 sicher gegenüber dem Lötpastenmuster gehalten wird, sodass eine qualitativ hochwertige Lötverbindung entstehen kann. Die Anordnung des Fußes 36 derart, dass dieser vollständig unter der unteren Wand der Buchse 80 gelegen ist, stellt einen mechanischen Schutz vor unbeabsichtigten Fehlausrichtungen des Fußes 36 dar. Da sich der Fuß 36 nicht über die Hinterwand 40 der Buchse 80 hinauserstreckt und darüber hinaus aufgrund der Größe und des Vorspringens der Montagemittel 15 geschützt ist, liegt keiner der Lötfahnenfüße 36, 38 über die schützenden Begrenzungen der Buchse 80 hinaus frei.
  • Verbinder mit Buchsen sind üblicherweise in Rohren oder geriffelten Papierbehältern verpackt, wobei zum Zwecke einer automatischen Auswahl, Überführung und Aufbringung auf die Leiterplatte robotische Mittel, so beispielsweise Bestückungseinheiten, eingesetzt werden, um die Verbinder zum Einbau in die Platte zu verbringen. Während der Entfernung der Buchse(n) 80 aus der Verpackung können freiliegende Flächen von den robotischen Mitteln berührt werden, oder es kann bei der Verbringung eine andere Fläche berührt werden, oder diese kann aufgrund eines fehlgeschlagenen Aufbringversuches auf die Leiterplatte gebogen werden. Das Ergebnis einer derartigen versehentlichen Ineingriffnahme kann darin bestehen, dass ein oder mehrere Kontakte gegenüber den anderen Kontakten falsch ausgerichtet sind, was zu einem Verbinder führt, bei dem nicht alle Lötfahnen nach dem Reflowlöten eine qualitativ hochwertige Lötverbindung aufweisen. Der Schutz der Hinterwand 40 stellt in Verbindung mit dem Montagemittel 15 und den V-Rippen 47 und 49 einen größeren mechanischen Schutz für den Kontakt 18 dar, was zu einer größeren Ausbeute an qualitativ hochwertigen Verbindungen führt.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass eine neue und verbesserte modulare Buchse entwickelt wurde, die die Ausbeute an oberflächenmontierten Leiterplatten höherer Dichte verbessert, indem die genaue Ausrichtung der Lötfahnen der modula ren Buchse verbessert wird, und indem die Lötfahnenfüße vor einer von außen einwirkenden Änderung der Ausrichtung geschützt werden.

Claims (7)

  1. Modulare Buchse zum Anbringen an einer Leiterplatte (10), die umfasst: ein Buchsengehäuse mit einer unteren Wand (28), die über der Leiterplatte (10) positioniert werden kann, wobei die untere Wand eine Vielzahl nebeneinander befindlicher Kanäle (50) enthält, die durch Rippen (47, 49) der unteren Wand getrennt werden; eine Vielzahl elektrischer Kontakte (18), die in dem Buchsengehäuse getragen werden und längliche Lötfahnenfüße (36, 38) zum Eingriff mit Leiterbahnen der Leiterplatte (10) haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötfahnenfüße (36, 38) zwischen den Rippen (47, 49) aufgenommen und von außen über die Kanäle (50) zugänglich sind und sich die Rippen entlang der unteren Wand (28) wenigstens über die Länge der Lötfahnenfüße erstrecken.
  2. Buchse nach Anspruch 1, wobei die Rippen (47, 49) einen V-förmigen Querschnitt haben.
  3. Buchse nach Anspruch 1, wobei die Kanäle (50) eine Breite haben, die im Wesentlichen der Breite der Lötfahnenfüße (36, 38) entspricht.
  4. Buchse nach Anspruch 2, wobei jede der V-förmigen Rippen (47, 49) eine Spitze (56, 58) aufweist und die Spitzen der Rippen mit der Leiterplatte (10) in Eingriff gebracht werden können.
  5. Buchse nach Anspruch 1, wobei die Lötfahnenfüße (36, 38) federgespannt sind, so dass sie sich beim Anbringen an der Leiterplatte (10) in die Kanäle (50) hineinbiegen.
  6. Buchse nach Anspruch 1, wobei die Lötfahnenfüße (36, 38) mit den Leiterbahnen auf der Leiterplatte (10) über eine Ausdehnung derselben in Eingriff gebracht werden können.
  7. Buchse nach Anspruch 6, wobei die Lötfahnenfüße (36, 38) elastisch sind.
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