DE8609559U1 - Steckverbinder - Google Patents

Description

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Besch reibung

Stec kverbi rider

Bei einer bekannten Technik zum Verbinden von integrierten SchaLtungen und anderen mikroeLektronisehen Baue Lementen mit einer gedruckten SchaLtungspLatte werden die AnschLüsse der BaueLemente auf Leiterbahnen der SchaLtungspLatte plaziert und mittels Anwendung der RefLou-Löttechnik angelötet. Moritageböhrungen oder andere Befestigungselemente werden zur Halterurig der Bauelemente nicht benötigt, weiL die Adhäsionskraft der Lötpaste ausreicht, die BaueLemente an ihrem Platz zu halten.

Wünschenswert wäre es, wenn elektrische Steckverbinder ebenfalls in dieser Technik mit gedruckten SchaLtungspLatten verbunden werden könnten* Steckverbinder sind beim Stecken und Trennen der Verbindungen jedoch Krafteinwirkungen ausgesetzt, denen die mittels der zuvor genannten

Oberflächen-Hontagetechnik hergestellten Verbindungen nicht standhalten.

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Weil die auf einen Steckverbinder während der Verbindungsherstellung mit einem zugehörigen Steckverbinder einwirkenden Kräfte von den Lötverbindungen der Anschlüsse nicht aufgenommen Werden können, müssen Bohrungen in der gedruckten Sc haLtungspLatte und zusätzlich BefestigungsmitteL vorgesehen werden, um das Steckergehäuse mechanisch sicher auf der SchaLtungspLatte zu haLten.

Da jedoch die Vermeidung des Aufwandes zur mechanischen Befestigung der Steckverbinder eine spürbare Senkung der Herste L Lungskosten einer mit montiertem Steckverbinder versehenen gedruckten SchaLtungspLatte erbringen würde, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Steckverbinder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung zu schaffen, weLcher aLLein mitteLs der Oberflächen-Montagetechnik durch Löten funktionssicher auf einer gedruckten SchaLtungspLatte befestigbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden TeiL dieses Anspruchs angegebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Steckverbinders sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Mit der angegebenen Lösung erzieLbare Vorteile sind in der Beschreibung genannt.

Die Erfindung wird anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wie folgt näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den Ausschnitt einer gedruckten SchaLtungsp latte mit Steckverbinder, vor der Hontage, in perspektivischer Ansicht;

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Mg. 2 die Scha L tungsp Latte der Fig. 1 mit montiertem Steckverbinder, in einer Seitenansicht;

Fig. 3 einen Steckverbinder, in perspektivischer Ansicht;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Anordnung gemäß Fig. 2;

Fig. 5 einen Auschnitt der mit einer LötfLäche der gedruckten SchaLtungspLatte verbundenen Bodenplatte des Steckverbinders, que rgesc hni tten.

In den Figuren 1 bis 4 ist der Steckverbinder mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einer Gehäuseanordnung 12 und einer Gruppe KontakteLemente 14. Der Steckverbinder 10 ist für die Anordnung auf einem entsprechenden Montageplatz 15 der gedruckten Scha ltungspLatte 16 ausgebildet. Letztere ist eine isolierte Platte 18 mit einer Anzahl Leiterbahnen 20, welche auf der Schaltungsplatte 16 befestigte Bauelemente (nicht dargestellt) elektrisch miteinander verbinden.

Der Steckverbinder 10 weist vorderseitig ein buchsenförmiges Verbinderende 22 auf, in das zur Herstellung oder zum Trennen der Verbindungen zu externen elektrischen Schaltungen ein stecke rförmiger Verbinder eingesetzt oder herausgezogen wird. Die Gehäuseanordnung 12 beinhaltet ein Gehäuse 26 aus Isoliermaterial, in das die Kontaktelemente 14 eingebettet sind. Jedes KontakteLement 14 besteht aus einem im Gehäuse 26

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Liegenden Mittelteil; das im vorderen Verbinderende 22 aLs Buchse ausgebildet ist und einer AnschLußfahne 28, die an der Rückseite 30 des Gehäuses austritt und schräg nach unten abgebogen ist.

Für die Bestückung gedruckter Scha LtungspLatten 16 werden BaueLemente verwendet, die mittels einer spezieLLen Montagetechnik auf die Oberfläche der Leiterbahnen 20 gesetzt und mit diesen durch Löten elektrisch und mechanisch verbünden w&rdsπ. Sei dieser Montsgstschriik sind in der S chaltungspLatte 16 keine Löcher zur Aufnahme von Anschlußbeinen oder anderen sich vom Bauelement weg erstreckenden Haltern vorgesehen, sondern es wird die Haltekraft der Leiterbahnen 20 auf der SchaLtungspLatte 16 genutzt. Durch das Eigengewicht des zu montierenden Bauelementes und der Adhäsion der Lötpaste wird das Bauelement so Lange in der Montageposition gehalten, bis es an die Leiterbahnen gelötet ist.

Die Oberflächen-Montagetechnik hat das Bestücken von gedruckten SchaLtungspLatten mit entsprechenden Bauelementen erheblich vereinfacht. Aus hauptsächlich zwei Gründen hatte diese Montagetechnik bei Steckverbindern bislang noch keine Anwendung gefunden. Ein erster Grund ist, daß Steckverbinder während der Herstellung und des Trennens durch die zugehörigen Verbinder ziemlich großen Belastungen ausgesetzt sind und die Leiterbahnen solchen Kräften nicht ausreichend sicher standhalten. Ein zweiter Grund ist, daß wenn die Anschlüsse vor dem Loten gegen die Leiterbahnen der SchaLtungsplatte drücken, das Gehäuse des Steckverbinders etwas kippt und seine Bodenfläche nicht in einer Ebene mit der SchaLtungsp latte Liegt. Eine solche, von der Ebene der Scha ltungspLatte abweichende Winkellage des Gehäuses ist jedoch nicht zulässig.

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Die Gehäuseanordnung 12 ist aus dem zuvor erläuterten Grund so konstruiert, daß sie eine feste Bindung an die Schalungsplatte 16 gestattet. Dies ist durch Vorsehen einer größeren lötbaren Fläche realisiert, die als Metallteil 32 ausgebildet und am Boden des Gehäuses angeordnet ist. Die Gehä'useanordnung 12 ist mit einer Erdungsplatte 34 versehen, die - wie bei Verbindern dieses Typs üblich - ein vorstehendes Kragenteil 36 aufweist, welches die buchsenförmigen Enden der Kontaktelemente 14 umschließt. Die Erdungsplatte 34 ist nun so geformt, daß s'. e sich auch über einen breiten Flächenbereich am Gehäuseboden erstreckt und hier das ebene Metallteil 32 des Gehäuses 26 bildet.

Die gedruckte Schaltungsplatte 16 ist mit einer breiten Zone Erdungsmetallisierung versehen, die eine Lötfläche 38 darstellt, auf welche die entsprechende Fläche des Metallteiles 32 am Boden der Gehäuseanordnung 12 gelötet werden kann. Wenn nun die Gehäuseanordnung auf die gedruckte Schaltungsplatte 16 gesetzt wird, liegt das Metallteil 32 eben auf der Lötfläche 38 und die Anschlußfahnen 28 der Kontaktelemente 14 auf den Leiterbahnen 20. Gehäuseanordnung 12 und Anschlußfahnen 28 können daher zusammen in einem einzigen Lötvorgang gelötet werden.

Um eine zuverlässige Verbindung des Metallteiles 32 sicherzustellen, sollte ein größerer Teil der Bodenfläche des Steckverbinders dafür vorgesehen werden, wenigstens aber 25 % davon. Die Verbindung wird noch verbessert, wenn auf der Bodenseite des Metallteiles 32 zusätzlich mehrere Vorspränge und korrespondierende Vertiefungen

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vorgesehen werden. Wie Fig. 4 zeigt, weist das MetalLteil 32 mehrere baLkenförmige Rippen 40 auf, die durch dazwischen Liegende fLache Nuten 42 voneinander getrennt sind. Die Rippen 40 und Nuten 42 erstrecken sich vorzugsweise paraLLeL zu einer Achse 44, die sich zwischen zwei gegenüberstehenden Seiten 46, 48 des Verbindergehäuses erstreckt und die senkrecht zu einer gedachten Linie verLäuft, weLche sich zwischen Vorder- und Rückseite des Gehäuses erstreckt.

Beim Löten fLießen die Nuten 42 mit Lot zu und biLden nun ihrerseits Lötrippen 41 (Fig. 5), weLche den Druckkräften zu widerstehen helfen, die beim Stecken in PfeiLrichtung 47 auftreten und beim Trennen der Verbindung entgegengesetzt wirken. AnsteLLe von Rippen und Nuten können auch vieLfäLtige Ausbildungen anderer Art vorgesehen werden. Die BodenfLäche des MetaLLteiles 32 Liegt im wesentLichen auf einer gedachten Ebene 49 und ist im wesentLichen abgeflacht, wobei kein Teil der BodenfLäche unterhalb dieser Ebene vorsteht, was verhindern würde, daß die BodenfLäche pLan auf der Lötfläche 38 aufliegt.

Wie zuvor erwähnt, ist es bei Anwendung der Oberflächen-Montagetechnik ein Problem, einen konventionellen Steckverbinder niederzuhalten, weil die Anschlußfahnen 28 (Fig. 4) zwar federn, aber durch ihre Steifigkeit die Gehäuseordnung 12 doch ankippen können, denn deren Gewicht reicht nic^t aus, um eine ebene Auflage auf der Scha Ltungsp latte zu gewährLeisten . Die meisten Kontakte lemente 14 sind so konstruiert, daß sie eine hohe Federkraft aufweisen und aus diesem Grunde bestehen sie aus einer federharten Kupferlegierung. Solch

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hohe Federkraft erzeugt einen hohen Kontaktdruck, welcher üblicherweise gewünscht wird, um einen guten und zuverlässigen Kontakt zu den Leiterbahnen der gedruckten Scha Ltungsp Latte he rzuste L Len. Wie dem auch sei, die hofie Federkraft der Kontaktelemente führt dazu, daß die AnschLußfahnen 28 relativ steif sind und einer Auslenkung widerstehen. Die Anschlußfahnen 28 müssen aber so geformt sein, daß ihre unteren Anlageteile 50 sich in Ruhelage geringfügig unter dem Niveau der gedruckten Schaltungsplatte befinden, damit sie während des Lötens auf den Leiterbahnen liegen. Wenn jedoch verhältnismäßig steife Anschlußfahnen verwendet werden und das Gehäuse nur ein relativ geringes Gewicht hat, ist es möglich, daß das Gehäuse 26 an der Rückseite 30 abhebt und die BodenfLäche 52 der Gehäuseanordnung 12, insbesondere des

Metallteiles 32 dadurch in eine Lage 52A gebracht wird, ir· der sie einen beträchtlichen Abstand zur Scha ltungspLdtte 16 aufweist und nicht mehr zuverlässig angelötet werfen kann.

Um dies zu vermeiden, haben die AnschLußfahnen 28 der Kontaktelemente 14 eine geringere Federkraft als der im

Ij Gehäuse Liegende HauptteiL 26', welcher jeweils die

Verbindung zu den Kontakte Lementen eines anderen Steckverbinders herstellt. Bei dem Steckverbinder 10 weist der untere Teil 56 jeder Anschlußfahne 28 eine weiche Federung, eine geringe Vorspannung und eine kleine

f Federkraft auf. Die dadurch nur kleine erforderliche

Ϊ Kraft zum Auslenken der Anschlußfahnen während der

s Positionierung des Steckverbinders auf der gedruckten

') Scha ltungsp Latte 16 wird vom Gewicht des Steckverbinders

|! aufgebracht. (Die ebene Ausführung des Kont akt kö rpe rs ist

f hierbei sicherer, jedoch nicht unbedingt erforderlich,

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und zwar wegen der Haftungskraft der Lötpaste, die bei der üblicherweise angewendeten Reflow-Löttechnik verwendet wird.) Eine niedrige Federkraft wird durch Glühen des unteren Fahnenteiles 56 erzeugt. Das bedeutet, daß der Hauptteil 26' des KontakteLementes 14 und der obere Fahnenteil 58 der AnschLußfahne 28 von ziemlicher Härte sind, während die Federkraft und Vorspannung des unteren Fahnenteiles 56 durch Weichglühen verringert werden können.

In Fig. 4 ist mittels gestrichelter Linie ein anderes, in der Dicke reduziertes Ausführungsbeispiel des unteren Fahnenteiles 60 dargestellt. Dessen Dicke 62 beträgt nur etwa die Hälfte der Dicke 64 des

Kontaktelemente-Hauptteiles 26" und der des oberen Fahnenteiles 58. Eine Reduzierung der Fahnendicke 62 um die Hälfte, ergibt eine Auslenkung des unteren Anlageteiles 50 mit einer ungefähr um 1/8 verringerten Federkraft.

Eine weitere Möglichkeit, die Federkraft zu verringern, besteht darin, das Kontakte lement aus zwei verschieden legierten Werkstoffen herzustellen, wobei der untere weniger steife Fahnenteil 60 mit dem oberen, eine höhere Federkraft aufweisenden Teil des Kontakte lementes verbunden ist (z.B. durch Schweißen oder Bonden), obwohl dies zu höheren Herstellungskosten führen kann als die beiden anderen zuvor beschriebenen Methoden.

Ein Steckverbinder des in der Hg. 1 bis 4 dargestellten Typs hat eine von der Vorder- bis zur Rückseite des Gehäuses gemessene Länge von 18 mm und ein Gewicht von 8 Gramm. Jede der Anschlußfahnen 28 ist so geprägt, daß der untere Anlageteil 50 (Fig. 4) in Ruhelage mit einem

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Abstand 70 Von ca. 0,13 mm (0,005 ZoLL) UnterhaLb der Ebene 72 Liegt, auf welcher der Boden der Gehäuseanordnung 12 zu Liegen kommt und die mit der Ebene des Gehäusebodens identisch ist. DeshaLb wird das untere AnLageteiL 50 jeder AnschLußfahne nur um ca. 0,13 mm (0,005 ZoLL) nach oben ausgeLenkt. Wegen der geringen Federkraft ist das relativ niedrige Gewicht der Gehäuseanordnung von hur etwa 8 Gramm ausreichend, um die unteren Anlageteile 50 so auszulenken, daß sie in der RoneäyeSuenK 72 licycM, aber dsn LStbsrer? Mctslltsil 32 am Boden der Gehäuseanordnung 12 nicht von der Lötfläche 38 der SchaLtungspLatte abheben. Dadurch können die Teile funktionssicher an die SchaLtungspLatte gelötet werden*

Die Befestigung der Gehäuseanordnung 12 des Steckverbinders fußt allein auf der Lötverbindung zwischen dem Metallteil 32 und der SchattungspLatte 16. Letztere ist frei von irgend welchen Löchern, die sonst Zapfen der Gehäuseanordnung aufzunehmen hätten, welche unterhalb der Ebene des Lötbaren MetaLlteiLes 32 hervorstehen wurden. Stattdessen braucht der Steckverbinder 10 bloß auf die SchaLtungspLatte gesetzt und angelötet zu werden.

Es steht somit ein oberflächenmontierbarer Steckverbinder zur Verfugung, dessen Gehäuseboden und die Anschlußfahnen der KontakteLemente durch Löten mit den Leiterbahnen und entsprechender Lötfläche der Schaltungsplatte verbunden werden können. Seine Gehäuseanordnung ist mit einem breiten und im wesentlichen ebenen (ausgenommen schmale Nuten oder Vertiefungen zwischen Rippen oder ähnlichen Ausbildungen) sowie Lötbaren BodenteiL versehen, mit dem er auf eine korrespondierende Lötfläche der

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Scha Ltungsp Latte geLötet werden kann*. Die HauptteiLe der Kontakte Lemente Liegen eingebettet i iii I so L i e rgehäuse des Steckverbinders/ dessen eine nur ger'inge Federkraft
aufweisenden AnschLußfahnen mit den unteren AnLageteiLen UnterhaLb der Ebene des Gehäuseboden!> Liegen^ die aber
bei AufLage des Steckverbinders auf iHne MontagefLäche
durch das Gewicht der Gehäuseanordnüfig ohne Weiteres bis in die Ebene des Gehäusebodens ausgetlenkt werden können.

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Claims (8)

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1. Steckverbinder für gedruckte Scha Ltungsp Latten mit einer Gehäuseanordnung, die mehrere KontakteLemente enthält, weLche rückwärtig je eine abgebogene AnschLußfahne aufweisen, die durch Löten mit Leiterbahnen der SchaLtungspLatte verbindbar sind, dadurch- gekennzeichnet, daß die Gehäuseanordnung (12) am Boden ein im wesentLichen ebenes Lötbares MetaLLteiL (32) zur Verbindung mit einer entsprechend ausgebiLdeten LötfLäche (38) der SchaLtungspLatte (16) aufweist und daß die Anschlußfahnen (28) am Ende mit federnden AnLageteilen (50) für den Andruck auf Leiterbahnen (20) versehen sind.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der BodenfLäche (52) des MetaLlteiLes (32) zur Lotaufnahme mehrere Vertiefungen angeordnet sind.

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3. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der BodenfLäche (52) des MetaLLteiLes (32) quer zur Steckrichtung der KontakteLemente (14) mehrere Nuten (42) angeordnet sind.

4. Steckverbinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die unteren AnLageteiLe (50) der KontakteLemente (14) in RuheLage eine SteLLung L'twas unterhaLb der Ebene (72) des Gehäusebodens einnehmen.

5. Steckverbinder nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den AnschLußfahnen (28) der KontakteLemente (14) die unteren FahnenteiLe (56) eLastischer sind aLs die oberen FahnenteiLe (58).

6. Steckverbinder nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren FahnenteiLe (56) der aus identischem Werkstoff bestehenden KontakteLemente (14) weichgegLüht sind.

7. Steckverbinder nach Anspruch 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren FahnenteiLe (50) gegenüber den oberen FahnenteiLen je eine reduzierte Dickenabmessung (62) aufweisen.

8. Steckverbinder nach Anspruch 1, 4, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen FahnenteiLe (58) und die HauptteiLe (26¹) der KontakteLemente \!14) aus ein und demseLben Werkstoff hergesteLLt sind und daß die oberen FahnenteiLe (58) mit aus einer anderen WerkstoffLegierung bestehenden unteren FahnenteiLen (56, 60) verbunden sind.

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