EP2926412A1 - Kontaktlasche - Google Patents

Kontaktlasche

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EP2926412A1
EP2926412A1 EP13786166.2A EP13786166A EP2926412A1 EP 2926412 A1 EP2926412 A1 EP 2926412A1 EP 13786166 A EP13786166 A EP 13786166A EP 2926412 A1 EP2926412 A1 EP 2926412A1
Authority
EP
European Patent Office
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contact
tab
components
connector
lug
Prior art date
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Application number
EP13786166.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2926412B1 (de
Inventor
Frank Tatzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2926412A1 publication Critical patent/EP2926412A1/de
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Publication of EP2926412B1 publication Critical patent/EP2926412B1/de
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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
    • H01R4/01—Connections using shape memory materials, e.g. shape memory metal
    • 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
    • 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
    • H01R12/70—Coupling devices
    • H01R12/71—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures
    • H01R12/712—Coupling devices for rigid printing circuits or like structures co-operating with the surface of the printed circuit or with a coupling device exclusively provided on the surface of the printed circuit
    • H01R12/716—Coupling device provided on the PCB
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    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials

Definitions

  • the invention relates to a Kohtaktlasche for electrically conductive connection of at least two components, wherein the contact tab is intended to abut on at least one of the components with a contact pressure which is exerted by an elastic deformation of the contact tab. Furthermore, the invention relates to a system with one or more such contact tabs, in particular in an embodiment as a connector system.
  • the currents can either represent signals for information transmission (for example measured values, analog or digital) or serve as supply energy.
  • Such technical systems are generally modular in construction, with the signals or electrical supply energy being transferred from one module to the other module. To ensure proper functioning of the systems, this transmission must take place with the least possible loss.
  • the contact resistance at the contact points In order to transmit high supply currents, the contact resistance at the contact points must be kept as low as possible. A decisive factor for the height of the contact resistance is the contact force prevailing at the contact point. If this is too low, the contact resistance becomes very large, which leads to an unwanted thermal load on the contact point. In the known systems an attempt is made to avoid this by the highest possible spring force of the contact tabs. It does not matter whether the contact tabs are deflected radially (plug-socket contact) or axially (as leaf springs). However, this high spring preload also causes a correspondingly higher insertion force during the coupling process, which can be detrimental, especially when several parallel to be plugged connections and is not user-friendly.
  • the present invention seeks to provide a connector that is characterized by low insertion forces with good transmission capability.
  • a generic contact lug for electrically conductive connection of at least two components, wherein the contact lug is provided to abut on at least one of the component with a contact pressure exerted by an elastic deformation of the contact lug, characterized in that the contact lug at least partially so is formed of a bimetal, that an increase in the temperature of the bimetal leads to an increase in the contact pressure.
  • a corresponding system according to the invention comprises (at least) a contact tab according to the invention and at least two components to be electrically connected by means of the contact tab.
  • the term "bimetal” is understood as meaning a preferably electrically conductive, elastically deformable component comprising at least two layers which consist of materials having different thermal expansion coefficients have conductive properties.
  • the system according to the invention comprises a plug connection with at least two connectors or is designed as such, wherein the at least one contact tab is furthermore preferably part of one of the plug connectors.
  • a plug with low insertion force can be achieved for the connector, wherein after heating of the bimetal of the contact plates or a sufficiently high contact pressure in the contact points between the contact tabs and the at least two components can be realized.
  • the contact tab forms at least a part of a socket of one of the plug connectors, which is for receiving a pin-shaped portion of another of the connectors is provided.
  • the elastic deformation of the contact tab can then take place in the radial direction.
  • a contact pressure of the contact tab in the radial direction against a jacket of the pin-shaped part of the other connector can be formed by a plurality of contact tabs according to the invention in an annular arrangement.
  • the contact tab may provide that it has a first contact region (for contacting a first of the components) and a second contact region (for contacting a second of the components) and a curved or angled profile between the contact regions. A deformation may then be associated with a movement of the two contact areas towards each other.
  • Such a contact tab is particularly suitable for the electrically conductive connection of opposite contact points of the components to be connected, as is often the case with the electrically conductive connection of two or more circuit boards.
  • the contact tab is already elastically deformed when plugging the connector, said elastic deformation can be chosen as low as possible.
  • the system according to the invention can comprise means for temperature control (of the bimetal) of the contact lugs.
  • the contact tab when plugging in the plug connection or during positioning of the components does not yet contact a mating contact element.
  • a largely force-free insertion or positioning can be achieved, wherein the contact pressure is generated exclusively by the subsequent, heating-related deformation of the contact tab.
  • a targeted cooling of the contact tab can be achieved by the means for temperature control, whereby the contact pressure is reduced again. This may be relevant in particular for a release of the electrically conductive connection between the two components.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a system according to the invention in the non-inserted state in a perspective view
  • FIG. 2 the system of Figure 1 in the inserted state.
  • 3 shows a partial longitudinal section through part of the system according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows the system according to FIG. 3 after a heating of the contact tabs;
  • FIG. 5 shows a component with a plurality of contact straps attached thereto of a second embodiment of a system according to the invention in a perspective view
  • FIG. 6 shows a cross section through the component and a contact tab of the system according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows the system according to FIG. 5 with a second component
  • FIG. 8 shows a cross section through the system according to FIG. 7;
  • FIG. 9 shows the system according to FIG. 8 after a heating of the contact lugs
  • FIG. Figs. 1 to 4 show a first embodiment of a connector system according to the invention.
  • the first connector 1 is designed as a coupler and for this purpose comprises a socket-shaped receiving portion 3, in which a pin-shaped contact element 4 of a second connector 5 of the connector system can be inserted.
  • the bush-shaped receiving area 3 is formed by a plurality of ring-shaped contact plates 6, which are formed according to the invention at least partially made of a bimetal.
  • the first connector 1 may for this purpose preferably as Stamped bending component to be formed.
  • the solidly formed in the present embodiment second connector 5 includes in addition to the pin-shaped contact element 4 is still a base body 8, with which this is integrally formed. At a cable-side end of the second connector 5 whose base body 8 is connected in a known manner with a cable 2 electrically conductive.
  • Fig. 1 shows the connector system in the unplugged state, while the inserted state in Figs. 2 to 4 is shown.
  • 3 shows the state directly after plugging in the connector system.
  • the contact tabs 6 already contact the pin-shaped contact element 4 of the second connector 5 with their arcuate inwardly directed contact areas 9 on the outside, but are not yet elastically deformed relevant. This can be done with only a small insertion forces plugging.
  • a transmission of electricity through the connector system is already possible, this due to the low contact pressure in the contact points, a relatively large contact resistance, which leads to electrical power loss and thus to a heating of the connector system, in particular in the region of the contact points 9.
  • This heating leads to a deformation of the contact plates 6 due to a different thermal expansion of the two layers 10, 1 1 of the bimetal from which the first connector 1 is formed. Since the material of the outer layer 10 has a higher coefficient of thermal expansion (in particular coefficient of linear expansion) than the material of the inner layer 1 1, the thermally induced deformation of the contact plates 6 would cause a radially inwardly directed movement of the contact regions 9. However, this movement is prevented by contacting the contact areas 9 with the pin-shaped contact element 4. As a result, by the different thermal expansion coefficients of the bimetal, the contact pressure in the Contact points increased. The increased reaction forces and the unequal stresses in the two layers 10, 1 1 can simultaneously cause buckling of the contact tabs 6, as shown in FIG. 4.
  • FIGS. 5 to 9 show a second embodiment of a system according to the invention. This comprises two components, which may in particular be two printed circuit boards 12, 13. These are electrically connected via a plurality of contact tabs 14 according to the invention.
  • the leaf spring-like contact tabs 14 comprise two planar sections, which are connected via a curved portion.
  • a first of the planar sections forms on its outside, in each case, a contact region 15 by means of which the associated contact tab is firmly connected (for example soldered) to a contact point of a first 12 of the printed circuit boards.
  • an outwardly facing bulge is provided, the surface of which is provided as a contact region 15 for contacting an associated contact point of the second printed circuit board 13.
  • the contact tabs 14 are formed from a two-layered bimetal, wherein the layer with the larger thermal expansion coefficient is respectively arranged on the side which does not form the contact regions 15.
  • the two circuit board 12, 13 are positioned by an arbitrary, not shown device at a defined distance from each other, as shown in FIGS. 7 and 8.
  • the distance between them is so small that an elastic deformation of the arranged between the circuit boards 12, 13 contact tabs 14 is given (see Fig. 6 and 8).
  • the elastic deformation of the contact tabs 14 is relatively low. This ensures that the counterpressure generated by the contact tabs 14 when positioning the printed circuit boards 12, 13 is relatively low.
  • the printed circuit boards 12, 13 are connected not only via the number of five contact tabs 14, but up to several hundred contact tabs 14, as may be the case, for example, in known semiconductor test devices.
  • a low contact pressure in the contact points can lead to poor transmission of signals and in particular high-frequency signals between the circuit boards 12, 13.
  • the contact pressure of the individual contact tabs 14 between the bulge of the respective second planar portion and the associated contact points of the second printed circuit board 13 is reinforced in operation by a thermally induced deformation of the bimetal of the individual contact tabs 14. This is illustrated in FIG. 9, wherein the deformation of the contact lugs 14 is essentially limited to a chamfering of the second planar section, but at the same time the contact pressure in the contact point is correspondingly increased by an unequal distribution of stress.
  • the temperature increase by which the increased contact pressure is achieved in the present embodiment is essentially not achieved by a self-heating due to a relatively high contact resistance, as is the case with the connector system according to FIGS. 1 to 4. Rather, the heating is effected by the operation of a device, for example a semiconductor test device, into which the illustrated system according to the invention is integrated. In this operation, of the plurality of electrical components of the device, a relevant amount of waste heat is generated, which can lead to the heating. This is especially true if the system shown is integrated into a housing of the device, so that the heat dissipation is limited.
  • the device may also include means for temperature control, by the example, the removal of waste heat from the housing can be controlled.

Landscapes

  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktlasche (6; 14) zur elektrisch leitenden Verbindung von mindestens zwei Bauteilen (7, 8; 12, 13), wobei die Kontaktlasche (6; 14) dazu vorgesehen ist, an mindestens einem der Bauteile (7, 8; 12, 13) mit einem Kontaktdruck anzuliegen, der durch eine elastische Deformation der Kontaktlasche (6; 14) ausgeübt wird, wobei die Kontaktlasche (6; 14) zumindest teilweise derart aus einem Bimetall ausgebildet ist, dass eine Erhöhung der Temperatur dieses Bimetalls zu einer Erhöhung des Kontaktdrucks führt.

Description

Kontaktlasche
Die Erfindung betrifft eine Kohtaktlasche zur elektrisch leitenden Verbindung von mindestens zwei Bauteilen, wobei die Kontaktlasche dazu vorgesehen ist, an mindestens einem der Bauteile mit einem Kontaktdruck anzuliegen, der durch eine elastische Deformation der Kontaktlasche ausgeübt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System mit einer oder mehreren solcher Kontaktlaschen, insbesondere in einer Ausführung als Steckverbindersystem.
In vielen technischen Systemen ist es notwendig, eine große Anzahl an elektrischen Strömen zu übertragen. Dabei können die Ströme entweder Signale zur Informationsübermittlung (z.B. Messwerte, analog oder digital), darstellen oder als Versorgungsenergie dienen.
Derartige technische Systeme sind im Allgemeinen in Modulbauweise aufgebaut, wobei die Signale oder die elektrische Versorgungsenergie von einem Modul auf das andere Modul übertragen werden. Um eine einwandfreie Funktion der Systeme zu gewährleisten, muss diese Übertragung möglichst verlustarm stattfinden.
Bisher sind Systeme verbreitet, bei denen die Übertragung von einem Modul auf das nächste mittels herkömmlicher Steckverbinder stattfindet. Dabei ist ein Modul mit einem steckerförmigen Steckverbinder und das andere Modul mit einem kupplerförmigen Steckverbinder einer oder mehrerer kompatibler Steckverbinderserien (z.B. SMA, RPC-2.92, SMP, aber auch andere genormte und nicht genormte Stecker-Buchsen-Verbindungen) ausgestattet. Diese Systeme benötigen aufgrund der Abmessungen der verbauten Steckverbinder viel Bauraum, welcher nicht immer zur Verfügung steht. Außerdem sind sie für höhere Kanalzahlen nicht benutzerfreundlich, da die Steckverbinder meist mittels Schraubverbindungen gekoppelt werden. Des Weiteren sind Systeme bekannt, bei denen die Übertragung mittels einer oder mehrerer, als Blattfedern ausgeführter Kontaktlaschen, welche auf einen feststehenden Gegenpart drücken, realisiert wird. Diese Systeme erlauben eine höhere Packungsdichte, weisen jedoch meist eine relativ geringe Kontaktkraft auf. Aufgrund der hohen Anzahl an Kontakten wird in Summe dennoch eine erhebliche Steckkraft beim Koppeln erreicht, was z.B. beim blinden Stecken einer Leiterplatte zu erheblichen Problemen führen kann.
Um hohe Versorgungsströme übertragen zu können, muss der Übergangswiderstand an den Kontaktstellen möglichst gering gehalten werden. Ein entscheidender Faktor für die Höhe des Übergangswiderstands ist die an der Kontaktstelle herrschende Kontaktkraft. Ist diese zu gering, wird der Übergangswiderstand sehr groß, was zu einer ungewollten thermischen Belastung der Kontaktstelle führt. Bei den bekannten Systemen wird versucht, dies durch eine möglichst hohe Federkraft der Kontaktlaschen zu vermeiden. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Kontaktlaschen radial (Stecker- Buchsen-Kontakt) oder axial (als Blattfedern) ausgelenkt werden. Diese hohe Federvorspannung bewirkt allerdings auch eine dementsprechend höhere Steckkraft beim Kopplungsvorgang, was sich vor allem bei mehreren parallel zu steckenden Verbindungen nachteilig auswirken kann und keinesfalls anwenderfreundlich ist.
Bei der Signalübertragung steht aufgrund der niedrigeren Ströme meist nicht die thermische Belastung der Kontaktstellen im Vordergrund (kann aber auch hier ein Problem sein), sondern die Qualität des übertragenen Signals. Auch hier wird neben vielerlei anderen Maßnahmen versucht, mittels größtmöglicher Kontaktkräfte die Verluste in den Kontaktstellen so gering wie möglich zu halten. Da besonders bei Systemen zur Signalübertragung die Anzahl der Signalpfade sehr hoch und der zur Verfügung stehende Bauraum sehr gering sein kann, können dabei gleich mehrere Probleme auftreten: Zum einen sollte die Kontaktkraft der einzelnen Kanäle so gering wie möglich gehalten werden, um die in der Summe benötigte Steckkraft in Grenzen zu halten. Zum anderen kann aufgrund eines geringen Platzangebotes die Gestaltungsfreiheit für eine optimierte Federgeometrie stark eingeschränkt sein. Erschwerend kann hinzukommen, dass gerade bei diesen Signalübertragungssystemen meist eine hohe Anzahl an möglichst wiederholgenauen Steckzyklen gefordert ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung anzugeben, die sich durch geringe Steckkräfte bei gleichzeitig guter Übertragungsfähigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß dem Anspruch 3, das eine oder mehrere Kontaktlaschen gemäß dem Anspruch 1 aufweist. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sowie des oder der darin genutzten Kontaktlaschen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das besondere thermische Deformationsverhalten von Bimetallen auszunutzen, um während des Steckens einer Steckverbindung lediglich geringe Gesamtsteckkräfte notwendig zu machen, indem dabei keine oder eine nur geringe Deformation der Kontaktlaschen der Steckverbindung erfolgt und den für eine gute Übertragungsfähigkeit erforderlichen Kontaktdruck in den Kontaktstellen, die die Kontaktlaschen mit den elektrisch zu verbindenden Bauteilen ausbilden, durch eine nach dem Zusammenstecken erfolgende Erwärmung der Bimetalle zu erreichen. Durch die geringe Steckkraft wird nicht nur die Handhabung verbessert, sondern auch der Verschleiß beim Stecken bzw. Kontaktieren vermindert, wodurch die Lebensdauer der Komponenten erhöht werden kann.
Dementsprechend ist eine gattungsgemäße Kontaktlasche zur elektrisch leitenden Verbindung von mindestens zwei Bauteilen, wobei die Kontaktlasche dazu vorgesehen ist, an mindestens einem der Bauteil mit einem Kontaktdruck anzuliegen, der durch eine elastische Deformation der Kontaktlasche ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlasche zumindest teilweise derart aus einem Bimetall ausgebildet ist, dass eine Erhöhung der Temperatur des Bimetalls zu einer Erhöhung des Kontaktdrucks führt.
Ein entsprechendes erfindungsgemäßes System umfasst (mindestens) eine erfindungsgemäße Kontaktlasche und mindestens zwei mittels der Kontaktlasche elektrisch zu verbindende Bauteile.
Unter dem Begriff „Bimetall" wird erfindungsgemäß ein vorzugsweise elektrisch leitendes, elastisch deformierbares Bauteil aus mindestens zwei Schichten, die aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen, verstanden. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Werkstoffen um Metalle, die regelmäßig sowohl vorteilhafte elastische als auch elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße System eine Steckverbindung mit mindestens zwei Steckverbindern umfasst oder als solche ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Kontaktlasche weiterhin bevorzugt Teil eines der Steckverbinder ist. Dadurch kann für die Steckverbindung ein Stecken mit geringer Steckkraft erzielt werden, wobei nach einer Erwärmung des Bimetalls des oder der Kontaktlaschen dennoch ein hinreichend hoher Kontaktdruck in den Kontaktstellen zwischen den Kontaktlaschen und den mindestens zwei Bauteilen realisiert werden kann.
Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Kontaktlasche zumindest einen Teil einer Buchse eines der Steckverbinder ausbildet, die zur Aufnahme eines stiftförmigen Abschnitts eines anderen der Steckverbinder vorgesehen ist. Die elastische Deformation der Kontaktlasche kann dann in radialer Richtung erfolgen. Gleichsam erfolgt dann ein Kontaktdruck der Kontaktlasche in radialer Richtung gegen einen Mantel des stiftförmigen Teils des anderen Steckverbinders. Besonders bevorzugt kann die Buchse von einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Kontaktlaschen in einer ringförmigen Anordnung ausgebildet sein.
Eine andere Ausgestaltung der Kontaktlasche kann vorsehen, dass diese einen ersten Kontaktbereich (zur Kontaktierung eines ersten der Bauteile) und einen zweiten Kontaktbereich (zur Kontaktierung eines zweiten der Bauteile) sowie einen gekrümmten oder abgewinkelten Verlauf zwischen den Kontaktbereichen aufweist. Eine Deformation kann dann mit einem Aufeinanderzubewegen der zwei Kontaktbereiche verbunden sein. Eine solche Kontaktlasche eignet sich insbesondere für das elektrisch leitende Verbinden von sich gegenüberliegenden Kontaktstellen der zu verbindenden Bauteile, wie dies häufig bei der elektrisch leitenden Verbindung von zwei oder mehr Leiterplatten der Fall ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann vorgesehen sein, dass die Kontaktlasche beim Stecken der Steckverbindung bereits elastisch deformiert wird, wobei diese elastische Deformation möglichst gering gewählt sein kann. Dadurch wird sichergestellt, dass nach dem Stecken der Steckverbindung und auch ohne eine Erwärmung des Bimetalls der Kontaktlasche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Bauteilen hergestellt ist. Diese kann jedoch infolge des vergleichsweise geringen Kontaktdrucks mit einem relativ großen Übergangswiderstand in der/den Kontaktstelle(n) verbunden sein. Dieser relativ große Übergangswiderstand kann zumindest bei der Übertragung von relativ großen Strömen zu einer Erwärmung der Kontaktlasche führen, die dann zu der erfindungsgemäßen Erhöhung des Kontaktdrucks durch die spezifische Deformation des Bimetalls führt. Der höhere Kontaktdruck führt dann zu einer Verringerung der elektrischen Verlustleistung und damit der weiteren Wärmeerzeugung, bis sich ein von der Stromstärke und der Wärmeabfuhr aus dem System, die auch gesteuert beeinflusst werden kann, abhängiges Gleichgewicht einstellt. Eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems eignet sich insbesondere für die Übertragung von elektrischer Versorgungsenergie, da hier regelmäßig relativ große Stromstärken gegeben sind.
Zur Beeinflussung der Wärmeabfuhr aber auch für eine aktive Wärmezufuhr zur Deformation der Kontaktlasche kann das erfindungsgemäße System Mittel zur Temperierung (des Bimetalls) der Kontaktlaschen aufweisen. Hierunter sollen alle Mittel zur gezielten Beeinflussung der Temperatur der Kontaktlasche verstanden werden. Darunter kann im weiteren Sinn auch ein Gehäuse um eine mindestens ein erfindungsgemäßes System umfassende elektrisches Anlage aufgefasst werden, die im Betrieb Abwärme erzeugt, die durch das Gehäuse nur verlangsamt und vorzugsweise gesteuert (z.B. durch entsprechende Ansteuerung von Lüftern) abgeführt wird.
Sofern derartige Mittel zur Temperierung vorgesehen sind, kann auch vorgesehen sein, dass die Kontaktlasche beim Stecken der Steckverbindung oder beim Positionieren der Bauteile ein Gegenkontaktelement noch nicht kontaktiert. Dadurch kann ein weitgehend kraftfreies Stecken bzw. Positionieren erzielt werden, wobei der Kontaktdruck ausschließlich durch die spätere, erwärmungsbedingte Deformation der Kontaktlasche erzeugt wird. Auch kann durch die Mittel zur Temperierung eine gezielte Kühlung der Kontaktlasche erreicht werden, wodurch sich der Kontaktdruck wieder verringert. Dies kann insbesondere für ein Lösen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den beiden Bauteile relevant sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 : eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems im nicht-gesteckten Zustand in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 2: das System gemäß Fig. 1 im gesteckten Zustand; Fig. 3: einen teilweisen Längsschnitt durch einen Teil des Systems gemäß Fig. 2; Fig. 4: das System gemäß Fig. 3 nach einer Erwärmung der Kontaktlaschen;
Fig. 5: ein Bauteil mit mehreren daran befestigten Kontaktlaschen einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 6: einen Querschnitt durch das Bauteil und eine Kontaktlasche des Systems gemäß Fig. 5;
Fig. 7: das System gemäß Fig. 5 mit einem zweiten Bauteil;
Fig. 8: einen Querschnitt durch das System gemäß Fig. 7; und
Fig. 9: das System gemäß Fig. 8 nach einer Erwärmung der Kontaktlaschen; Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckverbindungssystems.
Dieses umfasst einen ersten Steckverbinder 1 , der an einem kabelseitigen Ende in bekannter Weise mit einem Kabel 2 elektrisch leitend verbunden ist. Der erste Steckverbinder 1 ist als Kuppler ausgebildet und umfasst hierzu einen buchsenförmigen Aufnahmebereich 3, in den ein stiftförmiges Kontaktelement 4 eines zweiten Steckverbinders 5 des Steckverbindersystems eingesteckt werden kann. Der buchsenförmige Aufnahmebereich 3 wird von mehreren ringförmig angeordneten Kontaktlaschen 6 ausgebildet, die erfindungsgemäß zumindest teilweise aus einem Bimetall ausgebildet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl die Kontaktlaschen 6 als auch ein Grundkörper 7 des ersten Steckverbinders 1 , in den diese einstückig übergehen, aus einem Bimetall ausgebildet. Der erste Steckverbinder 1 kann hierzu vorzugsweise als Stanzbiegebauteil ausgebildet sein.
Der im vorliegenden Ausführungsbeispiel massiv ausgebildete zweite Steckverbinder 5 umfasst neben dem stiftförmigen Kontaktelement 4 noch einen Grundkörper 8, mit dem dieses einstückig ausgebildet ist. An einem kabelseitigen Ende des zweiten Steckverbinders 5 ist dessen Grundkörper 8 in bekannter Weise mit einem Kabel 2 elektrisch leitend verbunden.
Die Fig. 1 zeigt das Steckverbindungssystem im nicht-gesteckten Zustand, während der gesteckte Zustand in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist. Dabei zeigt die Fig. 3 den Zustand direkt nach dem Stecken des Steckverbindungssystems. In diesem Zustand ist vorgesehen, dass die Kontaktlaschen 6 mit ihren bogenförmig nach innen gerichteten Kontaktbereichen 9 das stiftförmige Kontaktelement 4 des zweiten Steckverbinders 5 bereits außenseitig kontaktieren, dabei jedoch noch nicht relevant elastisch deformiert sind. Dadurch kann ein Stecken mit nur geringen Steckkräften erfolgen. Gleichzeitig ist jedoch schon eine Übertragung von Strom über das Steckverbindungssystem möglich, wobei diesem infolge des geringen Kontaktdrucks in den Kontaktstellen ein relativ großer Übergangswiderstand entgegensteht, der zu elektrischer Verlustleistung und damit zu einem Erwärmen des Steckverbindungssystems, insbesondere im Bereich der Kontaktstellen 9 führt.
Diese Erwärmung führt zu einer Deformation der Kontaktlaschen 6 infolge einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der zwei Schichten 10, 1 1 des Bimetalls, aus dem der erste Steckverbinder 1 ausgebildet ist. Da der Werkstoff der äußeren Schicht 10 einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten (insbesondere Längenausdehnungskoeffizient) aufweist als der Werkstoff der inneren Schicht 1 1 würde die thermisch bedingte Deformation der Kontaktlaschen 6 eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Kontaktbereiche 9 bewirken. Diese Bewegung wird jedoch durch das Kontaktieren der Kontaktbereiche 9 mit dem stiftförmigen Kontaktelement 4 verhindert. Im Ergebnis wird durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Bimetalls der Kontaktdruck in den Kontaktstellen erhöht. Die erhöhten Reaktionskräfte und die ungleichen Spannungen in den beiden Schichten 10, 1 1 können gleichzeitig auch ein Auswölben der Kontaktlaschen 6 bewirken, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist.
Die Fig. 5 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems. Dieses umfasst zwei Bauteile, bei denen es sich insbesondere um zwei Leiterplatten 12, 13 handeln kann. Diese werden über eine Mehrzahl an erfindungsgemäßen Kontaktlaschen 14 elektrisch leitend verbunden.
Die blattfederartig ausgebildeten Kontaktlaschen 14 umfassen zwei ebene Abschnitte, die über einen gekrümmten Abschnitt verbunden sind. Ein erster der ebenen Abschnitte bildet jeweils auf seiner Außenseite einen Kontaktbereich 15 aus, über den die dazugehörige Kontaktlasche mit einer Kontaktstelle einer ersten 12 der Leiterplatten fest verbunden (z.B. verlötet) ist. In der Nähe des freien Endes des zweiten ebenen Abschnitts ist eine nach außen weisende Ausbuchtung vorgesehen, deren Oberfläche als Kontaktbereich 15 zur Kontaktierung einer dazugehörigen Kontaktstelle der zweiten Leiterplatte 13 vorgesehen ist.
Die Kontaktlaschen 14 sind erfindungsgemäß aus einem zweischichtigen Bimetall ausgebildet, wobei die Schicht mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten jeweils auf derjenigen Seite angeordnet ist, die nicht die Kontaktbereiche 15 ausbildet.
Zu elektrisch leitenden Verbindung werden die beiden Leiterplatte 12, 13 durch eine beliebige, nicht dargestellte Vorrichtung in einem definierten Abstand zueinander positioniert, wie dies in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dabei vorgesehen, dass der Abstand zwischen diesen so gering ist, dass eine elastische Deformation der zwischen den Leiterplatten 12, 13 angeordneten Kontaktlaschen 14 gegeben ist (vgl. Fig. 6 und 8). Direkt nach dem Positionieren der beiden Leiterplatten 12, 13 zueinander sind diese somit bereits elektrisch leitend verbunden. Dabei ist jedoch vorgesehen, dass die elastische Deformation der Kontaktlaschen 14 relativ gering ist. Dadurch wird erreicht, dass der von den Kontaktlaschen 14 erzeugte Gegendruck beim Positionieren der Leiterplatten 12, 13 relativ gering ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Leiterplatten 12, 13 nicht nur über die hier lediglich beispielhafte Anzahl von fünf Kontaktlaschen 14 verbunden sind, sondern über bis zu mehrere Hundert Kontaktlaschen 14, wie dies beispielsweise in bekannten Halbleitertestvorrichtungen der Fall sein kann. Ein geringer Kontaktdruck in den Kontaktstellen kann jedoch zu einer schlechten Übertragung von Signalen und insbesondere Hochfrequenzsignalen zwischen den Leiterplatten 12, 13 führen. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass der Kontaktdruck der einzelnen Kontaktlaschen 14 zwischen der Ausbuchtung des jeweiligen zweiten ebenen Abschnitts und den dazugehörigen Kontaktstellen der zweiten Leiterplätte 13 im Betrieb durch eine thermisch bedingte Deformation des Bimetalls der einzelnen Kontaktlaschen 14 verstärkt wird. Dies ist in der Fig. 9 dargestellt, wobei die Deformation der Kontaktlaschen 14 sich im Wesentlichen auf ein Ausbuchten des zweiten ebenen Abschnitts beschränkt, gleichzeitig jedoch durch eine ungleiche Spannungsverteilung der Kontaktdruck in der Kontaktstelle entsprechend erhöht wird.
Die Temperaturerhöhung, durch die der erhöhte Kontaktdruck erzielt wird, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nicht durch eine Selbsterwärmung in Folge eines relativ hohen Übergangswiderstands erzielt, wie dies bei dem Steckverbindersystem gemäß den Fig. 1 bis 4 der Fall ist. Die Erwärmung erfolgt vielmehr durch den Betrieb einer Vorrichtung, z.B. einer Halbleiterprüfvorrichtung, in die das dargestellte erfindungsgemäße System integriert ist. Bei diesem Betrieb wird von der Vielzahl von elektrischen Komponenten der Vorrichtung eine relevante Menge an Abwärme erzeugt, die zu der Erwärmung führen kann. Dies gilt insbesondere, wenn das dargestellte System in ein Gehäuse der Vorrichtung integriert ist, so dass die Wärmeabfuhr eingeschränkt ist. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung auch Mittel zur Temperatursteuerung umfassen, durch die z.B. die Abfuhr der Abwärme aus dem Gehäuse gezielt gesteuert werden kann. Dadurch kann - ggf. nach einer gewissen Vorlaufzeit - eine weitgehend gleichbleibende Temperatur innerhalb des Gehäuses erreicht werden, die mit einem konstanten Kontaktdruck in den Kontaktstellen verbunden ist. Sollen die beiden Bauteile 12, 13 wieder voneinander entfernt werden, kann auch vorgesehen sein, dass durch die Mittel zur Temperatursteuerung eine gezielte Kühlung der Kontaktlaschen erreicht wird, durch die der kontaktdruck wieder abnimmt.

Claims

Ansprüche:
Kontaktlasche (6; 14) zur elektrisch leitenden Verbindung von mindestens zwei Bauteilen (7, 8; 12, 13), wobei die Kontaktlasche (6; 14) dazu vorgesehen ist, an mindestens einem der Bauteile (7, 8; 12, 13) mit einem Kontaktdruck anzuliegen, der durch eine elastische Deformation der Kontaktlasche (6; 14) ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlasche (6; 14) zumindest teilweise derart aus einem Bimetall ausgebildet ist, dass eine Erhöhung der Temperatur dieses Bimetalls zu einer Erhöhung des Kontaktdrucks führt.
Kontaktlasche (14) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese einen ersten Kontaktbereich (15) und einen zweiten Kontaktbereich (15) sowie einen gekrümmten oder abgewinkelten Verlauf zwischen den Kontaktbereichen (15) aufweist.
System mit einer Kontaktlasche (6; 14) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 und mindestens zwei, mittels der Kontaktlasche elektrisch zu verbindenden Bauteilen (7, 8; 12, 13).
System gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Steckverbindung mit mindestens zwei Steckverbindern (1 , 5), wobei die Kontaktlasche (6) Teil eines der Steckverbinder (1) ist.
System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlasche (6) zumindest einen Teil einer Buchse eines der Steckverbinder (1) ausbildet, die zur Aufnahme eines stiftförmigen Abschnitts eines anderen der Steckverbinder (5) vorgesehen ist. System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlasche (6) beim Stecken der Steckverbindung elastisch deformiert wird.
System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch Mitteln zur Temperierung der Kontaktlasche (6; 14).
System gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktlasche (6; 14) beim Positionieren der Bauteile (7, 8; 12, 13) und insbesondere beim Stecken der Steckverbindung ein Gegenkontaktelement noch nicht kontaktiert.
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