DE69108685T2

DE69108685T2 - Press-in contact pin.

Info

Publication number: DE69108685T2
Application number: DE69108685T
Authority: DE
Inventors: Peter Bose
Original assignee: Thomas and Betts Corp
Current assignee: ABB Installation Products Inc
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: DE69108685D1; ES2070422T3; EP0488487B1; AU642555B2; JPH04269472A; JP2718585B2; CA2056713A1; DE9016257U1; EP0488487A1; AU8819891A

Description

FIELD OF INVENTION:

Die Erfindung betrifft einen Anschlußstift zum Einschieben in eine durchmetallisierte Bohrung einer Leiterplatte mit einem Verbindungsabschnitt, einem sich daran anschließenden Einpreßabschnitt, einem Übergangsbereich und einem anfangs in die durchmetallisierte Bohrung einschiebbaren Einführungsabschnitt, wobei der Übergangsbereich drei unterschiedliche Abschnitte aufweist, einen sich an den Einpreßabschnitt anschließenden ersten Abschnitt mit abnehmender Außenabmessung, einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt mit einer im wesentlichen konstanten Außenabmessung und einen sich an den zweiten Abschnitt und den Einführungsabschnitt anschließenden dritten Abschnitt mit abnehmender Außenabmessung.The invention relates to a connecting pin for insertion into a fully plated hole in a circuit board with a connecting section, an adjoining press-in section, a transition region and an introduction section that can initially be inserted into the fully plated hole, the transition region having three different sections, a first section adjoining the press-in section with decreasing external dimensions, a second section adjoining the first section with a substantially constant external dimension and a third section adjoining the second section and the introduction section with decreasing external dimensions.

HISTORY OF THE INVENTION:

Anschlußstifte der mit Preßsitz arbeitenden Bauart sind für die sogenannten lötfreien Verbindungen bekannt. Bei einem bekannten Anschlußstift (DE-PS 2 937 883) ist der Einpreßabschnitt zylinderförmig und der Einführungsabschnitt konisch. Dies bedeutet, daß der Außendurchmesser des bekannten Anschlußstiftes ohne Übergang in der Ebene zwischen dem Einführungs- und dem Einpreßabschnitt bis zu seiner vollen Abmessung zunimmt. Dies bedeutet weiter, daß bei Einpressen des Anschlußstiftes in die Bohrung in einer Leiterplatte der Anschlußstift die Bohrung bei Ankommen seines Einpreßabschnittes an der Oberkante der Bohrung plötzlich vergrößert. Die hierbei auftretende Verdichtungswirkung auf den Werkstoff der Leiterplatte führt nicht zu einein weiteren Risiko. Es kommt jedoch vor, daß die Metallisierung der Bohrung abgekratzt wird und feine Späne und Splitter gebildet werden. Die Splitter können nach einiger Zeit aus der Bohrung austreten und zu unannehmbaren Kurzschlüssen führen. Es besteht auch die Gefahr, daß die leitenden Schichten oder Leiterpfade in einer mehrschichtigen Leiterplatte verformt werden. Die Aussparung, die in dem bekannten Anschlußstift in dessen Einpreßabschnitt vorgesehen ist, ändert diese Lage in keiner Weise. Sie vergrößert die Nachgiebigkeit des Einpreßabschnittes und ermöglicht, daß die sie bildenden Glieder sich beim Einpressen des Einpreßabschnittes in die Bohrung aufeinander zu bewegen. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf die Nachgiebigkeit des Anschlußstiftes in seiner Ebene zwischen dem Einführungs- und dem Einpreßabschnitt. Der Anschlußstift bleibt dort steif. Bei einem weiteren bekannten Anschlußstift (US- PS 4 776 807) weist der Einpreßabschnitt drei über seinem Umfang auseinanderliegende Vorwölbungen auf. Als Folge hiervon liegt er nicht länger mit dein gesamten Umfang des Einpreßabschnittes, sondern nur entlang von drei vertikal verlaufenden Linien an der Innenwand der Bohrung an. Das Risiko der Bildung von Spänen und die Gefahr einer übermäßigen Verformung des Werkstoffes der Leiterplatte liegen weiter vor.Connection pins of the press-fit type are known for so-called solderless connections. In a known connection pin (DE-PS 2 937 883), the press-in section is cylindrical and the introduction section is conical. This means that the external diameter of the known connection pin increases to its full size without a transition in the plane between the introduction and press-in sections. This also means that when the connection pin is pressed into the hole in a circuit board, the connection pin suddenly enlarges the hole when its press-in section reaches the upper edge of the hole. The compacting effect on the material of the circuit board that occurs here does not lead to any further risk. However, it does happen that the metallization of the hole is scraped off. and fine chips and splinters are formed. The splinters can emerge from the hole after some time and lead to unacceptable short circuits. There is also the danger that the conductive layers or conductor paths in a multilayer printed circuit board will be deformed. The recess provided in the known terminal pin in its press-in section does not change this position in any way. It increases the flexibility of the press-in section and enables the members forming it to move towards one another when the press-in section is pressed into the hole. This does not, however, affect the flexibility of the terminal pin in its plane between the lead-in section and the press-in section. The terminal pin remains rigid there. In another known terminal pin (US Pat. No. 4,776,807) the press-in section has three protrusions spaced apart around its circumference. As a result, it no longer rests against the inner wall of the hole along the entire circumference of the press-fit section, but only along three vertical lines. The risk of chip formation and the danger of excessive deformation of the circuit board material still exists.

Ein Anschlußstift gemäß der Darstelung im ersten Absatz dieser Beschreibung ist bekannt (EP-A-0 225 400 und WO 86/04 743). Bei Verwendung dieses bekannten Anschlußstiftes wird die Metallisierung der Bohrung im allgemeinen nicht abgekratzt. Der Werkstoff der Leiterplatte wird jedoch immer noch verformt.A pin as shown in the first paragraph of this description is known (EP-A-0 225 400 and WO 86/04 743). When using this known pin, the metallization of the hole is generally not scratched off. However, the material of the circuit board is still deformed.

SUMMARY DESCRIPTION OF THE INVENTION:

Unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik als Ausgangspunkt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Anschlußstift so auszubilden, daß bei dessen Hineindrücken in eine Leiterplatte Späne auf keinen Fall von der Metallisierung der Bohrung abgekratzt werden noch der Werkstoff der Leiterplatte übermäßig verformt wird. Bei einem Anschlußstift der im ersten Absatz dieser Beschreibung genannten Gattung ergibt sich die Lösung für diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß der Einpreßabschnitt einen in Richtung auf den Übergangsbereich allmählich abnehmenden Außendurchmesser aufweist und die Außenform des Einpreßabschnittes sich in Richtung auf den Übergangsbereich um annähernd 0,5 verjüngt. Die Folge dieser Form des Einpreßabschnittes ist, daß bei seinem Hineindrücken in die Leiterplatte sich deren Werkstoff nur allmählich verdichtet und damit gleichförmig verformt wird. Auf diese Weise neigen die inneren Schichten und Leiterpfade der Vielschicht-Leiterplatten nicht zu einer Beschädigung. Die Konizität von 0,5º der Außenform des Einpreßabschnittes dient dem gleichen Zweck. Vorzugsweise hat der Einpreßabschnitt eine allgemein zylinderförmige Außenform. Die Erfindung schlägt auch vor, daß der Einführungsabschnitt einen vom Querschnitt des Einpreßabschnittes abweichenden Querschnitt aufweist.Taking this state of the art as a starting point, the invention is based on the task of designing a connection pin in such a way that when it is pressed into a circuit board, chips are not scraped off the metallization of the hole, nor is the material of the circuit board excessively deformed. In the case of a connection pin of the type mentioned in the first paragraph of this description, the solution to this problem is found according to the invention in that the press-in section has an outer diameter that gradually decreases in the direction of the transition region and the outer shape of the press-in section tapers by approximately 0.5 in the direction of the transition region. The result of this shape of the press-in section is that when it is pressed into the circuit board, its material only gradually compacts and is thus uniformly deformed. In this way, the inner layers and conductor paths of the multilayer circuit boards do not tend to be damaged. The 0.5° taper of the outer shape of the press-in section serves the same purpose. The press-in section preferably has a generally cylindrical outer shape. The invention also proposes that the introduction section has a cross section that differs from the cross section of the press-in section.

SHORT DESCRIPTION OF THE DRAWINGS:

Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform beschrieben. In der Zeichnung ist:The invention will now be described in more detail using the example of the embodiment shown in the drawing. In the drawing:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Anschlußstiftes,Fig. 1 is a perspective view of the connector pin,

Fig. 2 eine Ansicht im Längsschnitt eines Teiles des Anschlußstiftes entlang der Schnittlinie II - II in Fig. 1,Fig. 2 is a longitudinal sectional view of a part of the connecting pin along the section line II - II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des unteren Bereiches des Anschluß stiftes von Fig. 2,Fig. 3 is a side view of the lower part of the connector pin of Fig. 2,

Fig. 4 ein Schnitt im Längsschnitt mit Darstellung des unteren Bereiches des in einen Teil einer Leiterplatte eingeführten Anschlußstiftes,Fig. 4 is a longitudinal section showing the lower part of the connection pin inserted into a part of a circuit board,

Fig. 5 eine Ansicht im Querschnitt entlang der Schnittlinie V - V in Fig. 4,Fig. 5 is a cross-sectional view along the section line V - V in Fig. 4,

Fig. 6 eine Ansicht im Querschnitt entlang der Schnittlinie VI - VI in Fig. 4 undFig. 6 a cross-sectional view along the section line VI - VI in Fig. 4 and

Fig. 7 eine Ansicht im Querschnitt entlang der Schnittlinie VII - VII in Fig. 4.Fig. 7 is a cross-sectional view along the section line VII - VII in Fig. 4.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS:

Fig. 1 zeigt den Anschlußstift mit seinem Anschlußabschnitt 12, seinem Einpreßabschnitt 14 und einem Übergangsbereich 16 aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Abschnitt 18, 20 und 22 und mit seinem Einführungsabschnitt 24. Der Einführungsabschnitt 24 ist in einen quadratischen Abschnitt 26 und eine Spitze 28 unterteilt. Eine Ausnehmung 30 befindet sich innerhalb des Einpreßabschnittes 14, wobei diese einen oberen Abschnitt 32 und einen unteren Abschnitt 34 aufweist. Die Form dieser beiden Abschnitte 32 und 34 entspricht der Form der sie umschließenden Außenwände.Fig. 1 shows the connecting pin with its connecting section 12, its press-in section 14 and a transition area 16 made up of a first, a second and a third section 18, 20 and 22 and with its insertion section 24. The introduction section 24 is divided into a square section 26 and a tip 28. A recess 30 is located within the press-in section 14, which has an upper section 32 and a lower section 34. The shape of these two sections 32 and 34 corresponds to the shape of the outer walls surrounding them.

Wie ausgeführt weist der Einpreßabschnitt 14 im wesentlichen C-Form auf. Die beiden Schenkel der C-Form sind in den Figuren 5 bis 7 mit 36 bezeichnet. Deren Enden 38 weisen an ihren Außenseiten Abrundungen 40 und an ihren Innenseiten Abrundungen 42 auf. Die Leiterplatte, in deren zahlreiche Bohrungen Anschlußstifte eingepreßt werden, ist in den Figuren 4 bis 7 teilweise zu sehen und mit 44 bezeichnet. Die den Anschlußstift 12 aufnehmende Bohrung trägt das Bezugszeichen 46. Auf ihrer Innenwand befindet sich die Metallisierung 48. Der Einpreßabschnitt 14 liegt nicht mit seiner gesamten Außenwand, sondern nur an einigen Stellen an der Metallisierung 48 oder der Bohrung 46 an. Die Anlagepunkte sind mit 50 bezeichnet.As stated, the press-in section 14 is essentially C-shaped. The two legs of the C-shape are designated 36 in Figures 5 to 7. Their ends 38 have rounded sections 40 on their outer sides and rounded sections 42 on their inner sides. The circuit board, into whose numerous holes connecting pins are pressed, can be seen in part in Figures 4 to 7 and is designated 44. The hole receiving the connecting pin 12 has the reference number 46. The metallization 48 is located on its inner wall. The press-in section 14 does not rest on the metallization 48 or the hole 46 with its entire outer wall, but only at some points. The contact points are designated 50.

Der Anschlußstift wird aus einem quadratischen metallischen Ausgangsmaterial mit einem Querschnitt von zum Beispiel 1 mm² gefertigt. Im Endzustand liegt der Außendurchmesser des Einpreßabschnittes 14 über dem Innendurchmesser einer Bohrung 46.The connecting pin is made from a square metallic starting material with a cross-section of, for example, 1 mm². In the final state, the outer diameter of the press-in section 14 is above the inner diameter of a bore 46.

Die Anschlußstifte können von einem Roboter unter Steuerung durch einen Computer mit einer Kraft von etwa 10 kg in die metallisierten Bohrungen in einer Leiterplatte hineingedrückt werden. Zuerst tritt die Spitze 28 und dann der quadratische Abschnitt 26 in die Bohrung 46 ein. Diese wird noch nicht berührt. Bei der weiteren Vorbewegung des Anschlußstiftes trifft dann der dritte Abschnitt 22 mit seinem nach oben zunehmenden Durchmesser auf die Oberkante der Bohrung 46. Bei der weiteren Vorbewegung des Anschlußstiftes wird die Bohrung 46 allmählich aufgeweitet. Dann tritt der zweite Abschnitt 20 mit seinem gleichbleibenden Durchmesser in die Bohrung 46 ein. Bei der weiteren Vorbewegung des Anschlußstiftes kann sich das Material der Leiterplatte setzen und wird nicht weiter verformt. Schließlich tritt der erste Abschnitt 18 mit seinem wieder zunehmenden Durchmesser in die Bohrung 46 ein. Die Bohrung 46 wird weiter aufgeweitet. Beim Auftreffen des oberen Endes des ersten Abschnittes 18 auf die Oberkante der Bohrung 46 hat die Geschwindigkeit, mit der diese aufgeweitet wird, ein Maximum erreicht. Bei der weiteren Vorbewegung des Anschlußstiftes tritt der Einpreßabschnitt 14 in die Bohrung 46 ein. Die Konizität von 0,5º von dessen Außenwand liegt unter der Konizität des ersten Abschnittes 18. Damit wird die Bohrung 46 beim Einführen des Einpreßabschnittes 14 zwar während eines längeren Zeitraumes, aber pro Zeiteinheit in geringerem Maße aufgeweitet. Dies bedeutet, daß das Material der Leiterplatte einschließlich der Leiterpfade oder der sich in diesem befindenden leitenden Schichten weder zerstört noch unregelmäßig verformt sind. Beim Einpressen des Einpreßabschnittes 14 in die Bohrung 46 bewegen sich auch die Schenkel 36 der C-Form aufeinander zu. Auch hierdurch werden das Material der Leiterplatte 44 und die Metallisierung 48 geschont.The connection pins can be pressed into the metallized holes in a circuit board by a robot under control by a computer with a force of about 10 kg. First the tip 28 and then the square section 26 enter the hole 46. This is not yet touched. As the connection pin continues to move forward, the third section 22 with its increasing diameter hits the upper edge of the hole 46. As the connection pin continues to move forward, the hole 46 is gradually widened. Then the second section 20 with its constant diameter enters the hole 46. As the connection pin continues to move forward, the material of the circuit board can settle and is not deformed further. Finally, the first section 18 with its increasing diameter again enters the hole 46. The hole 46 is further widened. When the upper end of the first section 18 hits the upper edge of the hole 46, the speed at which it is widened has reached a maximum. As the connection pin continues to move forward, the press-in section 14 enters the hole 46. The taper of 0.5º of its outer wall is less than the taper of the first section 18. As a result, the hole 46 is widened over a longer period of time when the press-in section 14 is inserted, but to a lesser extent per unit of time. This means that the material of the circuit board, including the conductor paths or the conductive layers located therein, are neither destroyed nor irregularly deformed. When the press-in section 14 is pressed into the hole 46, the legs 36 of the C-shape also move towards one another. This also protects the material of the circuit board 44 and the metallization 48.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen, wie der Einpreßabschnitt 14 an der Innenseite der Bohrung 46 oder deren Metallisierung 48 anliegt. Infolge der Verdickung an den Enden 38 der Schenkel 36 der C-Form und der sich daraus ergebenden relativen Schwächung in dem mittleren, die Schenkel verbindenden Bereich, zieht sich der Einpreßabschnitt 14 etwa auf halber Höhe der Bohrung 46 radial nach innen ein. Fig. 4 zeigt dieses Bild. Der Einpreßabschnitt 14 liegt nur in einem kurzen Abstand unterhalb der Oberkante und in einem kurzen Abstand oberhalb der Unterkante der Bohrung 46 an deren Metallisierung 48 an. Fig. 4 zeigt dieses Bild. In seiner Mitte ist der Einpreßabschnitt 14 eingeschnürt. Diese Erscheinung wird Gitarreneffekt genannt. In den beiden Ebenen, in denen der Einpreßabschnitt 14 an der Metallisierung 48 anliegt, liegt keine linien-, sondern nur eine punktförmige Berührung vor. Fig. 4 und insbesondere die Figuren 5 und 7 zeigen dieses Bild. Der Einpreßabschnitt 14 liegt nur an drei Anlagepunkten 50 an der Metallisierung 46 an. Auf halber Höhe der Bohrung 46 liegt er wegen des Gitarreneffektes sogar nur an zwei Anlagepunkten 50 an der Metallisierung 48 an. Fig. 6 zeigt dies deutlich. Die Anlage des Einpreßabschnittes 14 an je drei Anlagepunkten 50 in einer unteren und einer oberen Ebene reicht jedoch aus, um den gesamten Anschlußstift kipp- und drehfest in der Bohrung 46 zu halten. Dabei ist zu beachten, daß die beiden Enden 38 der Schenkel 36 infolge der Elastizität des Einpreßabschnittes 14 ständig nach außen gegen die Metallisierung 48 gedrückt werden.Figures 4 to 7 show how the press-in section 14 rests against the inside of the bore 46 or its metallization 48. Due to the thickening at the ends 38 of the legs 36 of the C-shape and the resulting relative weakening in the middle area connecting the legs, the press-in section 14 retracts radially inwards at about half the height of the bore 46. Fig. 4 shows this image. The press-in section 14 rests against the metallization 48 of the bore 46 only a short distance below the upper edge and a short distance above the lower edge of the bore 46. Fig. 4 shows this image. The press-in section 14 is constricted in its middle. This phenomenon is called the guitar effect. In the two planes in which the press-in section 14 rests against the metallization 48, there is no linear contact, but only a point-like contact. Fig. 4 and in particular figures 5 and 7 show this picture. The press-in section 14 rests against the metallization 46 at only three contact points 50. Halfway up the hole 46, it rests against the metallization 48 at only two contact points 50 because of the guitar effect. Fig. 6 shows this clearly. The contact of the press-in section 14 at three contact points 50 in a lower and an upper plane is, however, sufficient to hold the entire connection pin in the hole 46 so that it cannot tilt or rotate. It should be noted that the two ends 38 of the legs 36 are constantly pressed outwards against the metallization 48 due to the elasticity of the press-in section 14.

Der wahre Umfang der Erfindung wird in den beigehefteten Ansprüchen dargelegt.The true scope of the invention is set forth in the appended claims.

Claims

1. Connection pin for insertion into a fully plated hole in a circuit board with a connecting section (12), an adjoining press-in section (14), a transition region (16) and an insertion section (24) that can initially be inserted into the fully plated hole, the transition region (16) having three different sections, a first section (18) with a decreasing diameter adjoining the press-in section (14), a second section (20) with a substantially constant outer diameter adjoining the first section (18), and a third section (22) with a decreasing outer diameter adjoining the second section (20) and the insertion section (24), characterized in that the press-in section (14) has an outer diameter that gradually decreases in the direction of the transition region (16), and the outer shape of the press-in section (14) changes in the direction of the Transition area (16) tapered by approximately 0.5 degrees.

2. Connection pin according to claim 1, characterized in that the press-in section (14) has a generally cylindrical outer shape.

3. Connection pin according to claim 1, characterized in that the introduction section (24) has a cross-section that differs from the press-in section (14).