EP2880717A1 - Einpresskontaktierung - Google Patents

Einpresskontaktierung

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EP2880717A1
EP2880717A1 EP13744478.2A EP13744478A EP2880717A1 EP 2880717 A1 EP2880717 A1 EP 2880717A1 EP 13744478 A EP13744478 A EP 13744478A EP 2880717 A1 EP2880717 A1 EP 2880717A1
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EP
European Patent Office
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press
pin
aluminum
coating
electrical contacting
Prior art date
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EP13744478.2A
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English (en)
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EP2880717B1 (de
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Michael Guyenot
Friedhelm Guenter
Sabrina RATHGEBER
Marc Fischer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2880717A1 publication Critical patent/EP2880717A1/de
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Publication of EP2880717B1 publication Critical patent/EP2880717B1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes
    • H01R12/585—Terminals having a press fit or a compliant portion and a shank passing through a hole in the printed circuit board
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/10—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
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    • H01R43/20—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.
    • Y10T29/49139—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc. by inserting component lead or terminal into base aperture

Definitions

  • Prior art DE 10 2009 042 385 A1 relates to a plug-in device for electrical
  • the connector device has a mounting area and a
  • the transfer region or the entire connector device may be made of aluminum.
  • automotive applications are mentioned, for example, there are high mechanical loads and strong currents are transmitted.
  • DE 10 2005 018 780 A1 discloses a board connection terminal with a stable electrical contact with strong holding force of the terminal.
  • the terminal may be a press-fit terminal or a press-in terminal which is inserted or clamped in a printed circuit board bus bar or a printed circuit board and electrically connected to a circuit board. As a result, power is transmitted from a battery or electrical signals are transmitted without solder joint.
  • Terminal is made of a conductive material, e.g. made of an aluminum alloy, and is formed by punching and pressing the conductive material.
  • the terminal provides the electrical power to the bus bar of a circuit in an electrical connector box, e.g. a junction box or fusebox, and controls electronic elements, e.g. a fuse or a relay.
  • the bus bar may be provided in an electrical connection box disposed in a machine room or under a vehicle interior.
  • DE 10 2009 008 1 18 A1 discloses a method for producing an electrical contact on a printed circuit board, wherein the contact via a non-positive connection between a press-fit pin having a press-fit zone and a contact area and a metallized printed circuit board opening is made.
  • the entire press-fit pin or only the press-fit zone may be formed coated with aluminum.
  • peripherals and circuit boards are often connected by means of press-fit or insulation displacement connections, the so-called cold bonding technique (KKT).
  • the cold contacting technique by means of press-fit connections represents a cost-effective and robust alternative
  • Soldering technique for example, the THT method (through-hole technology).
  • press-in connections blind joining can also be made possible, as described, for example, in US Pat. is required when contacting components located in the lid.
  • copper and various copper alloys such as, for example, CuNiSi and CuSn6 with a corresponding end surface, for example, galvanic tin, are used in the course of cold press-in connections.
  • an electrical contact in particular a press-in pin for a circuit carrier is proposed.
  • the circuit carrier has at least one
  • the press-in pin proposed according to the invention may be made of aluminum solid material, alternatively the press-in pin may comprise aluminum material sections or may be formed as a press-fit pin made of aluminum solid material provided with a coating, in particular a roll-coated copper cladding coating.
  • a coating in particular a roll-coated copper cladding coating.
  • Embodiment of the invention proposed Einpresspins, which is connected by means of cold contacting technology with the circuit board, the aluminum full material can be coated with a galvanic coating in the first embodiment of the Einpresspins.
  • This galvanic coating may be, for example, NiAu or Sn.
  • press-fit pin proposed according to the invention, it is manufactured as a "sandwich" component and comprises in a sequential sequence
  • Circuit carrier is pressed into the corresponding press-in.
  • an aluminum section adjoins this first section of the press-fit pin, within which there is a deflection zone of the press-in pin.
  • deflection zone is meant, for example, such a zone of Einpresspins, within which the press-in pin experiences, for example, a 90 ° deflection and passes from a vertical course, for example in a horizontal course.
  • the deflection of the press-in pin can also assume other angular profiles depending on requirements and application.
  • the press-in pin in its second embodiment represents a hybrid component.
  • Variant be made of Al solid material.
  • a Cu cladding coating can be applied on the outer surface of this Al material according to the third embodiment.
  • the application of this Cu-shell coating is preferably carried out by way of roll cladding.
  • a press-in pin whose mechanical properties are to be characterized substantially by the Al material.
  • the resilient region i. the press-in area of the press-in pin in the circuit carrier is formed by two cheeks, which are separated by an opening.
  • the press-in pin proposed according to the invention can still be produced from strip-shaped material, which is accompanied by the advantage that tools and / or proven production processes do not have to be changed.
  • the press-in pin proposed according to the invention can be mounted with its ultrasound support in the above-outlined three embodiments in the corresponding press-in zones of the circuit carrier.
  • an electrical contact or a connector may need a reibkorrosionsbe relatively low-density surface.
  • a surface can be achieved, for example, by manufacturing technology in that the complete bands, i. the raw material or partially already punched Einpastepins can be finished by means of a galvanically applied coating.
  • the galvanic coating can be, for example, NiAu, Sn, NiPdAu and the like.
  • connection given by a connector between the periphery, device and a circuit board can be significantly improved.
  • an existing Einpresspin portfolio can be replaced or expanded in electronic controls.
  • the solution proposed according to the invention can be used as a media-resistant press-in technique, such as e.g. When used in vehicle transmissions required use, it can be a cost advantage achieved by the fact that instead of copper, the replacement material aluminum can be used.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of a press-fit pin proposed according to the invention, produced from aluminum full material
  • FIG. 2 shows a further, second embodiment of the invention
  • Einpresspins in the aluminum full material is provided with a galvanic coating.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of the press-fit pin made of aluminum solid material proposed according to the invention.
  • FIG. 1 shows a circuit substrate 10, wherein in the carrier substrate of
  • Circuit carrier 10 interconnects 30 are embedded.
  • the running within the circuit substrate 10 traces 30 are connected to contact surfaces 32.
  • the contact surfaces 32 in turn are enclosed by contact surfaces 28 which supplement a press-in opening 12 in the circuit carrier 10. From the sectional view of Figure 1 shows that the press-in opening 12 extends continuously through the circuit substrate 10 from the top to the bottom.
  • the injection port 12 provides a
  • Press-in zone 14 in which a press-16 is pressed.
  • the press-in pin 16 according to the illustration in FIG. 1 is one which is made entirely of aluminum material 36.
  • continuous press-16 is pressed under ultrasonic support in the press-fit zone 14 of the circuit substrate 10. Due to the ultrasound support can in
  • Embodiment of the proposed solution according to the invention takes place by way of cold contacting technology.
  • the illustration according to FIG. 1 shows that the press-in pin has a 90 ° deflection 18.
  • This is, as Figure 1 can be seen, made of aluminum full material 36 of the press-16.
  • the press-in pin 16 At the end of the press-fit pin 16, which projects into the press-in opening 12 of the press-fit zone 14, the press-in pin 16 has a resilient region 20.
  • the resilient region 20 is defined in the aluminum material 36 by a first cheek 22 and a second cheek 24. Between the cheeks 22 and 24 is an opening 26.
  • the two cheeks 22 and 24 have elastic properties and contact the contact surfaces 32 after installation of the Einpresspins 16 in the
  • Press-fit opening 12 The press-fit pin made of aluminum solid material 36 shown in FIG. 1 may have a complete or partial electroplating coating.
  • Suitable surfaces are, for example, NiAu and Sn.
  • FIG. 2 shows a further, second embodiment variant of the invention
  • this press-fit pin 16 is one which has a copper spring region 38, adjoined by a deflecting region 40 made of aluminum solid material, which in turn merges into a Cu conductor section 42.
  • the geometry of the press-fit pin according to the representation in FIG. 2 according to the second embodiment variant of the solution proposed according to the invention is identical to the geometry of the press-fit pin 16 according to the illustration in FIG. 1, which is manufactured there from aluminum full material 36.
  • the deflection 18 according to the second embodiment of the press-fit pin 16 likewise lies in the aluminum section 40 of the press-fit pin 16.
  • the circuit carrier 10 according to the embodiment of FIG. 2 is constructed analogously to the circuit carrier 10 according to FIG. In the carrier substrate of the circuit substrate 10 embedded conductor tracks 30 which are connected to contact surfaces 32 which are enclosed by contact surfaces 28 extend. The contact surfaces 28 finally limit the press-in opening 12, which lies within the press-fit zone 14 of the circuit carrier 10. Analogously to the representation according to FIG. 1, the press-in opening 12 extends completely through the circuit carrier 10, i. from its top to its bottom.
  • the copper spring region 38 is not made Aluminum but made of copper.
  • the aluminum deflection region 40 as shown in FIG. 2 has the advantage that in the region of the deflection 18 a lower modulus of elasticity and thus a lower rigidity with the same geometry are compared with FIG. 1
  • thermomechanically induced stresses due to temperature changes can also be reduced better in the configuration of the press-fit pin 16 according to the second embodiment variant according to FIG.
  • FIG. 3 shows a further, third embodiment of the invention
  • the press-in pin 16 shown there is also essentially made of Al base material 36, but over its entire surface it is provided with a cladding coating 48, which may be roll-clad, for example, from copper.
  • a cladding coating 48 which may be roll-clad, for example, from copper.
  • the geometry of the press-fit pin 16 is substantially identical to the geometries of the press-fit pins 16 according to the embodiment variants according to FIGS. 1 and 2 described above.
  • a resilient region 20 of the Einpresspins 16 is formed, which is provided in the region of the opening 26 on the inside and on the outside of the first cheek 22 and the second cheek 24 with a cladding coating 48, for example made of copper.
  • the circuit carrier 10 according to FIG. 3 comprises individual conductor tracks 60 embedded in its interior, which are electrically connected to contact surfaces 32, which in turn are enclosed by abutment surfaces 28 which bound the press-in opening 12 of the press-in zone 14 in the circuit carrier 10. Also in connection with the embodiment variants of the press-fit pins 16 according to FIGS. 2 and 3, it should be mentioned that these are supported by ultrasound in the
  • Press-in opening 12 of the press-in zone 14 are mounted.
  • All variants of the Einpresspins 16 according to Figures 1 to 3 is common that the production of Einpresspins 16 can be made as previously from band-shaped material. This has the advantage that tools and a proven manufacturing process can be maintained unchanged.
  • the above-mentioned band-shaped material or already partially punched Einpastepins can be finished by means of a galvanically applied coating.
  • Such friction corrosion resistant surfaces are, for example, NiAu, Sn, NiPdAu, to name a few.
  • the connection point can be one which represents a plug connection between a periphery and a component on the one hand and the circuit carrier 10 on the other hand.
  • the solution proposed according to the invention advantageously makes it possible to supplement an existing press-in pin portfolio with electronic control systems.
  • the proposed solution according to the invention can be used, in particular, in the context of a media-resistant press-fit technique, as required, for example, for use in transmission control systems of vehicles.
  • the replacement material aluminum replaces the previously used copper, which can save material costs to a considerable extent, since aluminum is a cheaper base material compared to copper.
  • the inventively proposed solution can attenuate or reduce thermomechanically induced loads, so that an electrical connector, which is produced by way of cold contacting technique, is considerably improved in terms of their durability. It would also be conceivable to realize further layer sequences, ie a layer composite of Cu, Al, Cu and Al. Instead of Cu and Al would be present

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontaktierung, insbesondere ausgeführt als Einpresspin (16) für einen Schaltungsträger (10). Dieser umfasst mindestens eine Einpresszone (14) an der Leiterbahnen (30) kontaktierbar sind. Der Einpresspin (16) ist entweder aus Al-Vollmaterial (36) gefertigt, oder enthält mindestens einen Al-Materialabschnitt (40), oder ist aus Aluminiumvollmaterial (36, 46) mit einer Cu-Mantelbeschichtung (48) ausgeführt.

Description

Beschreibung Titel
Einpresskontaktierung
Stand der Technik DE 10 2009 042 385 A1 bezieht sich auf eine Steckervorrichtung zum elektrischen
Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direktem Einsteckens der
Steckvorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte in eine Kontaktöffnung der Leiterplatte. Hierzu weist die Steckervorrichtung einen Befestigungsbereich auf und einen
Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stromes von dem Leiter auf die Leiterplatte. Der Übertragungsbereich oder die gesamte Steckervorrichtung kann aus Aluminium hergestellt sein. Als Einsatzzweck für die Steckervorrichtung werden Automobilanwendungen genannt, wobei beispielsweise hohe mechanische Belastungen vorliegen und starke Ströme übertragen werden. DE 10 2005 018 780 A1 offenbart einen Platinenverbindungsanschluss mit einem stabilen elektrischen Kontakt bei starker Haltekraft des Anschlusses. Der Anschluss kann ein Presspassanschluss oder ein Einpressanschluss sein, welcher in einer Busleiste für gedruckte Schaltungen oder eine gedruckte Leiterplatte eingesetzt beziehungsweise geklemmt und mit einer Platine elektrisch verbunden wird. Dadurch wird Strom aus einer Batterie übertragen oder elektrische Signale werden ohne Lötstelle übertragen. Der
Anschluss ist aus einem leitfähigen Material, so z.B. aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und wird durch Stanzen und Pressen des leitfähigen Materials geformt. Der Anschluss stellt die elektrische Energie für die Busleiste eines Schaltkreises in einem elektrischen Verbinderkasten, z.B. eine Anschlussdose oder ein Sicherungskasten bereit und steuert elektronische Elemente, wie z.B. eine Sicherung oder ein Relais. Die Busleiste kann in einem elektrischen Verbindungskasten vorgesehen sein, der in einem Maschinenraum oder unter einer Fahrzeuginnenausstattung angeordnet ist.
DE 10 2009 008 1 18 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts auf einer Leiterplatte, wobei der Kontakt über eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einem Einpressstift, der eine Einpresszone und einem Kontaktbereich aufweist und einer metallisierten Leiterplattenöffnung hergestellt wird. Der gesamte Einpressstift oder lediglich die Einpresszone können mit Aluminium beschichtet ausgebildet sein. Bei derzeit auf dem Markt erhältlichen Steuergeräten für Automobilanwendungen werden häufig Peripherie und Schaltungsträger mittels Einpress- oder Schneidklemmverbindungen, der sogenannten kalten Kontaktiertechnik (KKT) verbunden. Die kalte Kontaktiertechnik mittels Einpressverbindungen stellt eine kostengünstige und robuste Alternative zur
Löttechnik beispielsweise dem THT-Verfahren (Through-Hole Technology) dar. Beim Einsatz von Einpressverbindungen kann ferner ein blindes Fügen ermöglicht werden, wie dies z.B. bei der Kontaktierung von im Deckel befindlichen Komponenten erforderlich ist. Derzeit werden im Rahmen von Einpressverbindungen im Wege der kalten Kontaktiertechnik Kupfer und verschiedene Kupferlegierungen wie beispielsweise CuNiSi und CuSn6 mit einer entsprechenden Endoberfläche zum Beispiel galvanisches Zinn eingesetzt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Kontaktierung, insbesondere ein Einpresspin für einen Schaltungsträger vorgeschlagen. Der Schaltungsträger hat mindestens eine
Einpresszone an der Leiterbahnen kontaktierbar sind. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Einpresspin kann aus Aluminiumvollmaterial gefertigt sein, alternativ kann der Einpresspin Aluminiummaterialabschnitte enthalten oder auch als ein aus Aluminiumvollmaterial gefertigter Einpresspin ausgebildet sein, der mit einer Beschichtung, insbesondere einer walzplattierten Kupfermantelbeschichtung versehen ist. In einer bevorzugten
Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins, der im Wege der kalten Kontaktiertechnik mit dem Schaltungsträger verbunden wird, kann in der ersten Ausführungsvariante des Einpresspins das Aluminiumvollmaterial mit einer galvanischen Beschichtung überzogen sein. Bei dieser galvanischen Beschichtung kann es sich beispielsweise um NiAu oder Sn handeln.
In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins wird dieser als "Sandwich"-Bauteil gefertigt und umfasst in sequentieller Abfolge
beispielsweise einen aus Kupfer-Material gefertigten federnden Bereich, der im
Schaltungsträger in die entsprechende Einpresszone hinein gedrückt wird. An diesen ersten Abschnitt des Einpresspins schließt sich beispielsweise ein Aluminium-Abschnitt an, innerhalb dessen eine Umlenkzone des Einpresspins liegt. Mit Umlenkzone ist beispielsweise eine solche Zone des Einpresspins gemeint, innerhalb der der Einpresspin beispielsweise eine 90°-Umlenkung erfährt und von einem vertikalen Verlauf beispielsweise in einen horizontalen Verlauf übergeht. Anstelle der erwähnten 90°-Umlenkung kann die Umlenkung des Einpresspins je nach Erfordernissen und Anwendungsfall auch andere Winkelverläufe annehmen.
An diesen die Umlenkung des Einpresspins verwirklichenden AI-Abschnitt kann sich wiederum ein Leitungsabschnitt anschließen, der aus Cu oder aus einer Cu-Legierung gefertigt ist. Somit stellt der Einpresspin in seiner zweiten Ausführungsvariante ein Hybrid- Bauteil dar.
In einer weiteren dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins, kann dieser beispielsweise ebenfalls ähnlich wie die erste
Ausführungsvariante aus Al-Vollmaterial gefertigt sein. Auf die äußere Oberfläche dieses AI- Materials kann gemäß der dritten Ausführungsvariante eine Cu-Mantelbeschichtung aufgebracht werden. Das Aufbringen dieser Cu-Mantelbeschichtung erfolgt bevorzugt im Wege des Walzplattierens. Erhalten wird gemäß der dritten Ausführungsvariante ein Einpresspin, dessen mechanische Eigenschaften im Wesentlichen durch das AI-Material zu charakterisieren sind.
Der federnde Bereich, d.h. der Einpressbereich des Einpresspins in den Schaltungsträger wird durch zwei Wangen gebildet, die durch eine Öffnung voneinander getrennt sind.
Aufgrund der Elastizität der Wangen, lassen sich diese beispielsweise durch
Ultraschallunterstützung in die entsprechenden Einpresszonen des Schaltungsträgers montieren, so dass Oxide besser vom Aluminiummaterial abgetrennt werden können.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass durch die Verwendung von Aluminium statt Kupfer, beziehungsweise
Kupferlegierungen der Aluminiumwerkstoff ein geringeres E-Modul und somit eine geringere Steifigkeit als Cu aufweist. Bei gleicher Geometrie stellen sich somit bessere Werte hinsichtlich des E-Moduls und der Steifigkeit verglichen mit Kupfermaterial ein. Dies wiederum führt dazu, dass thermomechanisch induzierte Spannungen infolge von Temperaturwechseln besser abgebaut werden können. In vorteilhafter Weise kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Einpresspin nach wie vor aus bandförmigem Material hergestellt werden, was mit dem Vorteil einhergeht, dass Werkzeuge, beziehungsweises bewährte Fertigungsprozesse nicht verändert werden müssen. Um Oxide zuverlässig zu entfernen, kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Einpresspin in seinen oben stehend skizzierten drei Ausführungsvarianten mit Ultraschallunterstützung in die entsprechenden Einpresszonen des Schaltungsträgers montiert werden.
Hinsichtlich der Herstellbarkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins, ist hervorzuheben, dass eine elektrische Kontaktierung beziehungsweise eine Steckverbindung eine reibkorrosionsbeständige Oberfläche benötigen kann. Eine derartige Oberfläche kann beispielsweise fertigungstechnisch dadurch erreicht werden, dass die kompletten Bänder, d.h. das Rohmaterial beziehungsweise teilweise bereits ausgestanzte Einpresspins mittels einer galvanisch aufgebrachten Beschichtung veredelt werden können. Bei der galvanischen Beschichtung kann es sich beispielsweise um NiAu, Sn, NiPdAu und dergleichen handeln.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann die Robustheit beziehungsweise die Dauerhaltbarkeit einer im Wege der Kaltkontaktierung hergestellten elektrischen
Verbindung gegeben durch eine Steckverbindung zwischen Peripherie, Bauelement und einem Schaltungsträger erheblich verbessert werden. Durch die Ausführungsvarianten gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein bestehendes Einpresspin-Portfolio bei elektronischen Steuerungen ersetzt beziehungsweise ausgebaut werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann als medienbeständige Einpresstechnik wie z.B. beim Einsatz in Fahrzeuggetrieben erforderlich, Verwendung finden, es kann ein Kostenvorteil dadurch erreicht werden, dass statt Kupfer der Ersatzwerkstoff Aluminium eingesetzt werden kann.
Durch die hybride Ausformung der Einpresspins lässt sich ein optimales Verhältnis zwischen der mechanisch notwendigen Stabilität einerseits und der anwendungsspezifisch
erforderlichen elektrischen Leitfähigkeit erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins hergestellt aus Aluminiumvollmaterial,
Figur 2 eine weitere, zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Einpresspins, hier als ausgebildet als Hybrid- oder Sandwich-Bauteil und Figur 3 eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Einpresspins, bei dem Aluminiumvollmaterial mit einer galvanischen Beschichtung versehen ist.
Ausführungsformen der Erfindung
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins aus Aluminiumvollmaterial zu entnehmen.
Figur 1 zeigt einen Schaltungsträger 10, wobei in das Trägersubstrat des
Schaltungsträgers 10 Leiterbahnen 30 eingebettet sind. Die innerhalb des Schaltungsträgers 10 verlaufenden Leiterbahnen 30 sind mit Kontaktflächen 32 verbunden. Die Kontaktflächen 32 ihrerseits sind von Anlageflächen 28 umschlossen, welche eine Einpressöffnung 12 im Schaltungsträger 10 ergänzen. Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass sich die Einpressöffnung 12 durchgängig durch den Schaltungsträger 10 von dessen Oberseite zu dessen Unterseite hin erstreckt. Die Einpressöffnung 12 stellt eine
Einpresszone 14 dar, in welcher ein Einpresspin 16 eingepresst wird. Bei dem Einpresspin 16 gemäß der Darstellung in Figur 1 handelt es sich um einen solchen, welcher durchgängig aus Aluminiummaterial 36 gefertigt ist. Der aus Aluminiumvollmaterial gefertigte
durchgängige Einpresspin 16 wird unter Ultraschallunterstützung in die Einpresszone 14 des Schaltungsträgers 10 eingepresst. Durch die Ultraschallunterstützung können in
zuverlässiger Weise Oxide vom Aluminiummaterial 36 des durchgängigen Einpresspins 34 entfernt werden. Das Einpressen des Einpresspins 16 gemäß der ersten
Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erfolgt im Wege der kalten Kontaktierungstechnik. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass der Einpresspin eine 90°-Um- lenkung 18 aufweist. Diese ist, wie Figur 1 zu entnehmen ist, aus Aluminiumvollmaterial 36 des Einpresspins 16 ausgebildet. An dem Ende des Einpresspins 16, welches in die Einpressöffnung 12 der Einpresszone 14 hineinragt, weist der Einpresspin 16 einen federnden Bereich 20 auf. Der federnde Bereich 20 ist im Aluminiummaterial 36 durch eine erste Wange 22 sowie eine zweite Wange 24 definiert. Zwischen den Wangen 22 und 24 liegt eine Öffnung 26. Die beiden Wangen 22 und 24 weisen elastische Eigenschaften auf und kontaktieren die Kontaktflächen 32 nach Montage des Einpresspins 16 in der
Einpressöffnung 12. Der in der Figur 1 dargestellte aus Aluminiumvollmaterial 36 gefertigte Einpresspin kann eine vollständige oder partielle Galvanik-Beschichtung aufweisen.
Geeignete Oberflächen sind zum Beispiel NiAu und Sn.
Figur 2 zeigt eine weitere, zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Einpresspins, der als Hybrid- oder Sandwich-Bauteil ausgebildet ist.
Wie der Darstellung gemäß Figur 2 entnommen werden kann, handelt es sich bei diesem Einpresspin 16 um einen solchen, der einen Cu-Federbereich 38 aufweist, an den sich ein aus Aluminiumvollmaterial gefertigter Umlenkbereich 40 anschließt, der wiederum in einen Cu-Leitungsabschnitt 42 übergeht. Die Geometrie des Einpresspins gemäß der Darstellung in Figur 2 nach der zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist identisch zur Geometrie des Einpresspins 16 gemäß der Darstellung in Figur 1 , der dort aus Aluminiumvollmaterial 36 gefertigt ist.
Wie Figur 2 zeigt, liegt die Umlenkung 18 gemäß der zweiten Ausführungsvariante des Einpresspins 16 ebenfalls im aus Aluminium gefertigten Teilabschnitt 40 des Einpresspins 16. Der Schaltungsträger 10 gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 2 ist analog zum Schaltungsträger 10 gemäß Figur 1 aufgebaut. Im Trägersubstrat des Schaltungsträgers 10 verlaufen eingebettete Leiterbahnen 30, die mit Kontaktflächen 32 verbunden sind, die von Anlageflächen 28 umschlossen sind. Die Anlageflächen 28 schließlich begrenzen die Einpressöffnung 12, die innerhalb der Einpresszone 14 des Schaltungsträgers 10 liegt. Analog zur Darstellung gemäß Figur 1 erstreckt sich die Einpressöffnung 12 vollständig durch den Schaltungsträger 10, d.h. von dessen Ober- zu dessen Unterseite.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 1 ist beim Einpresspin 16 gemäß der zweiten Ausführungsvariante, die in Figur 2 dargestellt ist, der Cu-Federbereich 38 nicht aus Aluminium sondern aus Kupfer gefertigt. Der Aluminium-Umlenkbereich 40 gemäß der Darstellung in Figur 2 hat den Vorteil, dass im Bereich der Umlenkung 18 ein geringeres E- Modul und somit eine geringere Steifigkeit bei gleicher Geometrie verglichen mit
Kupferwerkstoff vorliegt. Dadurch können thermomechanisch induzierte Spannungen infolge von Temperaturwechseln auch bei der Konfiguration des Einpresspins 16 gemäß der zweiten Ausführungsvariante nach Figur 2 besser abgebaut werden.
Figur 3 zeigt eine weitere, dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Einpresspins aus Aluminiumvollmaterial mit einer walzplattierten
Beschichtung.
Figur 3 kann entnommen werden, dass der dort dargestellte Einpresspin 16 im Wesentlichen ebenfalls aus AI-Grundmaterial 36 gefertigt ist, jedoch über seine gesamte Oberfläche mit einer Mantelbeschichtung 48, die beispielsweise aus Kupfer walzplattiert sein kann, versehen ist. Die mechanischen Eigenschaften des Einpresspins 16 gemäß der in Figur 3 wiedergegebenen Ausführungsvariante werden im Wesentlichen durch das
Aluminiummaterial 36, 46 definiert. Auch in der dritten Ausführungsvariante gemäß Figur 3 ist die Geometrie des Einpresspins 16 im Wesentlichen identisch mit den Geometrien der Einpresspins 16 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten nach Figur 1 und 2.
Analog zu diesen ist ein federnder Bereich 20 des Einpresspins 16 ausgebildet, der im Bereich der Öffnung 26 an der Innenseite und an der Außenseite der ersten Wange 22 beziehungsweise der zweiten Wange 24 mit einer Mantelbeschichtung 48 beispielsweise aus Kupfer versehen ist. Der Schaltungsträger 10 gemäß Figur 3 umfasst einzelne, in dessen Inneres eingebettete, Leiterbahnen 60, die mit Kontaktflächen 32 elektrisch verbunden sind, die ihrerseits von Anlageflächen 28 umschlossen werden, die die Einpressöffnung 12 der Einpresszone 14 im Schaltungsträger 10 begrenzen. Auch im Zusammenhang mit den Ausführungsvarianten der Einpresspins 16 gemäß der Figuren 2 und 3 ist zu erwähnen, dass diese mit Ultraschallunterstützung in der
Einpressöffnung 12 der Einpresszone 14 montiert werden. Durch den Einsatz von Ultraschall bei der Kaltmontage der Einpresspins 16 können andernfalls am Aluminiummaterial verbleibende Oxide zuverlässig entfernt werden. Sämtlichen Ausführungsvarianten der Einpresspins 16 gemäß den Figuren 1 bis 3 ist gemeinsam, dass die Herstellung der Einpresspins 16 wie bisher aus bandförmigem Material erfolgen kann. Dies bietet den Vorteil, dass Werkzeuge und ein bewährter Fertigungsprozess unverändert beibehalten werden können. Für den Fall, dass eine Steckverbindung eine reibkorrosionsbeständige Oberfläche erfordert, kann das vorstehend erwähnte bandförmige Material beziehungsweise bereits teilweise ausgestanzte Einpresspins mittels einer galvanisch aufgebrachten Beschichtung veredelt werden. Derartige reibkorrosionsbeständige Oberflächen sind z.B. NiAu, Sn, NiPdAu, um einige zu nennen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einpresspins 16 gemäß den beschriebenen Ausführungsvarianten kann die Robustheit und damit die Lebensdauer einer Verbindungsstelle erheblich erhöht werden. Bei der Verbindungsstelle kann es sich um eine solche handeln, die eine Steckverbindung darstellt zwischen einer Peripherie und einen Bauelement einerseits und andererseits mit dem Schaltungsträger 10. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise ein bestehendes Einpresspin-Portfolio bei elektronischen Steuerungen ergänzt werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich insbesondere im Rahmen einer medienbeständig ausgelegten Einpresstechnik einsetzen, wie diese beispielsweise beim Einsatz in Getriebesteuerungen von Fahrzeugen erforderlich wird. Der Ersatzwerkstoff Aluminium tritt an die Stelle des bisher eingesetzten Kupfers, wodurch sich Materialkosten in nicht unerheblichem Umfang einsparen lassen, da Aluminium ein kostengünstigeres Grundmaterial verglichen mit Kupfer ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lassen sich thermomechanisch induzierte Lasten dämpfen beziehungsweise reduzieren, so dass eine elektrische Steckverbindung, die im Wege der Kaltkontaktiertechnik erzeugt wird, hinsichtlich ihrer Dauerhaltbarkeit erheblich verbessert ist. Es wäre ebenfalls denkbar, auch weitere Schichtfolgen, d.h. einen Schichtverbund aus Cu, AI, Cu und AI zu verwirklichen. Anstelle von Cu und AI wären im vorliegenden
Zusammenhang zur Herstellung von Hybrideinpresspins auch andere Materialpaarungen denkbar, so zum Beispiel Ni, Cu und Au.

Claims

Ansprüche 1 . Elektrische Kontaktierung, insbesondere Einpresspin (16) für einen Schaltungsträger (10) mit mindestens einer Einpresszone (14), an der Leiterbahnen (30) kontaktierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einpresspin (16) aus Aluminiumvollmaterial (36, 46) gefertigt ist oder Aluminium-Materialabschnitte (40) enthält oder aus Aluminiumvollmaterial (36, 46) mit einer Cu-Mantelbeschichtung (48) ausgeführt ist.
2. Elektrische Kontaktierung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einpresspin (16) aus Al-Vollmaterial (36) gefertigt und mit einer galvanischen Beschichtung überzogen ist.
3. Elektrische Kontaktierung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung NiAu und/oder Sn und/oder NiPdAu und/oder Ag enthält.
4. Elektrische Kontaktierung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einpresspin (16) in sequentieller Abfolge einen Cu-Federbe- reich (38), einen Al-Umlenkbereich (40) und einen Cu-Leitungsabschnitt (42) umfasst.
5. Elektrische Kontaktierung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Umlenkung (18) im Al-Umlenkbereich (40) liegt.
6. Elektrische Kontaktierung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass der Einpresspin (16) einen federnden Bereich (20) aufweist, der durch eine erste Wange (22) und eine zweite Wange (24) gebildet ist.
7. Elektrische Kontaktierung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass das Al-Vollmaterial (46) mit einer Beschichtung (48) aus NiPdAu versehen ist, oder das Al-Vollmaterial (46) mit einer walzplattierten Cu-Mantelbeschichtung (48) versehen ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpresspins (16)
ultraschallunterstützt in die Einpressöffnungen (12) eingepresst werden.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Einpresspins (16) aus bandförmigem Material ausgestanzt werden.
10. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bandförmiges Material oder die ausgestanzten Einpresspins (16) durch eine galvanische Beschichtung reibkorrosionsbeständig beschichtet werden.
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