EP3973595A1

EP3973595A1 - Baugruppe mit einem lötstift und einer lötstelle

Info

Publication number: EP3973595A1
Application number: EP20728019.9A
Authority: EP
Inventors: Ralf Geske; Simon FOLLMANN; Frank Karger
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2022-03-30
Also published as: CN113875092B; DE102019113788A1; CN113875092A; WO2020234478A1; US12170431B2; US20220239047A1

Abstract

Eine Baugruppe umfasst ein Bauteil (1), einen an dem Bauteil (1) angeordneten Lötstift (3), eine elektrische Baueinheit (2) und eine an der elektrischen Baueinheit (2) angeordnete Lötstelle (4), die eine Öffnung (40) ausbildet, in die der Lötstift (3) zum Herstellen einer Lötverbindung (5) entlang einer Einführrichtung (E) einsetzbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Lötstift (3) einen Einführabschnitt (31) aufweist, der an einander abgewandten Seiten des Lötstifts (3) Einführwandungen (310) ausbildet, die derart unter einem spitzen Winkel (α) zueinander angeordnet sind, dass sich der Einführabschnitt (31) in die Einführrichtung (E) verjüngt, wobei bei hergestellter Lötverbindung (5) zwischen dem Lötstift (3) und der Lötstelle (4) ein Teil des Einführabschnitts (310) außerhalb der Öffnung (40) angeordnet ist derart, dass sich die Einführwandungen (310) abschnittsweise innerhalb der Öffnung (40) und abschnittsweise außerhalb der Öffnung (40) erstrecken.

Description

Baugruppe mit einem Lötstift und einer Lötstelle

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Baugruppe.

Eine derartige Baugruppe umfasst ein Bauteil, einen an dem Bauteil angeordneten Lötstift, eine elektrische Baueinheit und eine an der elektrischen Baueinheit angeordnete Lötstelle, die eine Öffnung ausbildet, in die der Lötstift zum Herstellen einer Lötverbindung entlang einer Einführrichtung einsetzbar ist.

Eine derartige Baugruppe kann beispielsweise ein an einer elektrischen Baueinheit in Form einer Leiterplatte zu befestigendes Bauteil, zum Beispiel einen Steckverbinder zum Anschließen von elektrischen Leitern an die elektrische Baueinheit, aufweisen. An einem solchen Bauteil können hierbei ein oder mehrere Lötstifte angeordnet sein, die zum Befestigen und elektrischen Kontaktieren des Bauteils mit der elektrischen Baueinheit an zugeordnete Lötstellen der Baueinheit angesetzt werden, um die Lötstifte sodann unter Verwenden eines Lötverfahrens mit den Lötstellen mechanisch zu verbinden und elektrisch zu kontaktieren.

Als Lötverfahren kann beispielsweise die sogenannte Through-Hole-Reflow-Technologie (THR) zum Einsatz kommen, im Rahmen derer beispielsweise eine Lotpaste auf eine Lötstelle aufgebracht wird, sodann ein Lötstift in die Öffnung der Lötstelle eingesteckt und anschließend die Lotpaste in einem Aufschmelzvorgang in einem sogenannten Reflow- Ofen zum Herstellen einer Lötverbindung aufgeschmolzen wird.

Übliche Lötstifte insbesondere zur Verwendung der Through-Hole-Reflow-Technologie für die Bestückung von elektrischen Baueinheiten in Form von Leiterplatten mit daran anzubringenden elektrischen oder elektronischen Komponenten weisen eine quadratische oder rechteckige Ouerschnittsform auf. Die Lötstifte sind hierbei in zugeordnete Öffnungen von Lötstellen einzusetzen, die üblicherweise eine runde Form aufweisen und in ihrer lichten Weite größer bemessen sind als die Lötstifte.

In diesem Zusammenhang schreibt die für die THR-Technologie relevante Norm DIN EN 61760-3 eine Positionstoleranz von ±0,2 mm vor. Aus einer solchen Positionstoleranz folgt, dass eine Stiftspitze des Lötstifts innerhalb eines Kreises mit einem Durchmesser von 0,4 mm in der Öffnung der Lötstelle positioniert sein kann und nur im Idealfall mittig in der Öffnung der Lötstelle angeordnet ist. Aufgrund der bestehenden Toleranzen besteht üblicherweise ein Spiel zwischen einem Lötstift und einer Öffnung einer Lötstelle, in die der Lötstift einzusetzen ist. Ein solches Spiel kann unter Umständen zu einem (geringfügigen) Verkippen eines Bauteils zum Beispiel an einer Leiterplatte führen, woraus resultieren kann, dass ein Bauteil zum Beispiel nicht parallel zu einer Leiterplattenkante oder insgesamt versetzt zu einer idealen Nominalposition an der Leiterplatte fixiert wird.

Wünschenswert ist somit, Toleranzen zwischen einem Lötstift und einer Lötstelle zur Herstellung einer Lötverbindung zu reduzieren, um eine genaue Positionierung von Bauteilen an einer zugeordneten elektrischen Baueinheit, zum Beispiel einer Leiterplatte, zu ermöglichen.

Die DE 10 2016 124 072 A1 beschreibt eine Kontakteinrichtung, die ein Verschlussmittel und einen Steckkontakt zum Kontaktieren eines Schaltungsträgers umfasst, wobei der Steckkontakt einen Kontaktabschnitt und einen Verbindungsabschnitt umfasst. Der Kontaktabschnitt grenzt an eine Spitze des Steckkontakts an und ist zum Kontaktieren eines metallisierten Buchsenkontakts des Schaltungsträgers ausgebildet, wobei der Verbindungsabschnitt an den Kontaktabschnitt auf einer von der Spitze abgewandten Seite des Kontaktabschnitts angrenzt und mit dem Kontaktabschnitt verbunden ist.

Bei einer aus der EP 2 235 794 B1 bekannten Anordnung ist neben einem Lötstift ein Zentrierstift angeordnet, der voreilend ausgebildet ist und vor Eindringen des Lötstifts in eine zugeordnete Lötstelle mit einer zugeordneten Zentrieröffnung in Eingriff gelangt.

Die US 6,593,535 beschreibt eine Anordnung, bei der ein konischer Stift in eine zugeordnete Aussparung einzustecken ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe und ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe zur Verfügung zu stellen, die auf konstruktiv einfache Weise die Herstellung einer Lötverbindung zum Befestigen eines Bauteils an einer elektrischen Baueinheit, insbesondere einer Leiterplatte unter Reduzierung von Toleranzen in der Lageabweichung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach weist der Lötstift einen Einführabschnitt auf, der an einander abgewandten Seiten des Lötstifts Einführwandungen ausbildet, die derart unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind, dass sich der Einführabschnitt in die Einführrichtung verjüngt, wobei bei hergestellter Lötverbindung zwischen dem Lötstift und der Lötstelle ein Teil des Einführabschnitts außerhalb der Öffnung angeordnet ist derart, dass sich die Einführwandungen abschnittsweise innerhalb der Öffnung und abschnittsweise außerhalb der Öffnung erstrecken.

Der Lötstift weist einen Einführabschnitt auf. Der Einführabschnitt hat hierbei eine sich in die Einführrichtung verjüngende Form und dient zur Zentrierung des Lötstifts in einer zugeordneten Öffnung einer Lötstelle. Zum Herstellen einer Lötverbindung wird der Lötstift mit seinem Einführabschnitt in die Öffnung der zugeordneten Lötstelle eingesetzt, wobei sich der Lötstift aufgrund der verjüngenden Form des Einführabschnitts in der Öffnung selbsttätig zentrieren kann.

Aufgrund der zentrierenden Wrkung des Einführabschnitts können Toleranzen in der Lage zwischen dem Lötstift und der Lötstelle reduziert werden, sodass die Genauigkeit für die Positionierung eines Bauteils an einer zugeordneten elektrischen Baueinheit, zum Beispiel einer Leiterplatte, verbessert werden kann. Bei Einführen eines Lötstifts in eine Öffnung einer zugeordneten Lötstelle kann der Einführabschnitt mit seinen Einführabschnitten auf einen umgebenden Rand der Öffnung der Lötstelle auflaufen, sodass dadurch der Lötstift in der Öffnung selbsttätig zentriert wird.

In eingesetzter Stellung - bei hergestellter Lötverbindung - ist der Einführabschnitt hierbei nicht vollständig in die Öffnung der Lötstelle eingeführt, sondern nur zum Teil. Der Einführabschnitt ist so ausgelegt, dass er in der eingesetzten Stellung mit einem Teil entgegen der Einführrichtung von der Lötstelle vorsteht und mit diesem Teil nicht in die Öffnung der Lötstelle eingeführt ist, sodass sich auch die winklig zueinander erstreckten Einführwandungen noch teilweise außerhalb der Öffnung der Lötstelle befinden.

In der eingesetzten Stellung können die Einführwandungen beide in Anlage mit einem umgebenden Rand der Öffnung der Lötstelle sein, was ermöglicht, den Lötstift bei Herstellung der Lötverbindung vollständig innerhalb der Öffnung der Lötstelle zu zentrieren. Möglich ist aber auch, dass in der eingesetzten Stellung, entsprechend einer vorgegebenen Sollposition des Bauteils relativ zu der Baueinheit, die Einführwandungen geringfügig beabstandet zu einem umgebenden Rand der Öffnung der Lötstelle sind. Dabei steht ein Teil einer jeden Einführwandung entgegen der Einführrichtung von der Öffnung nach außen hin vor, sodass der Einführabschnitt auch in der eingesetzter Stellung nicht vollständig in die Öffnung eingeführt ist.

Vorteilhaft kann hierbei sein, dass in einer nominellen Soll-Position des Bauteils relativ zu der Baueinheit, beispielsweise verwirklicht durch eine Leiterplatte, kein direkter Kontakt zwischen dem Lötstift und der Lötstelle besteht, indem die Einführwandungen am Einführabschnitt des Lötstifts nicht in Anlage mit der Lötstelle stehen. In einer nominellen Soll-Position ist der Lötstift somit - vor Herstellen der Lötverbindung - berührungsfrei in die Öffnung der Lötstelle eingesetzt und wird erst über die Lötverbindung mit der Lötstelle verbunden, ohne dass dabei jedoch eine unmittelbare, direkte Anlage der Einführwandungen an einer Wandung der Lötstelle (die beispielsweise als durch die Baueinheit in Form der Leiterplatte hindurcherstrecke Durchkontaktierung ausgebildet sein kann) besteht.

Insbesondere kann hierbei vorteilhaft sein, wenn beim Bestücken der Baueinheit mit dem Bauteil und dem damit einhergehenden Einsetzen des Lötstifts des Bauteils in eine zugeordnete Öffnung einer Lötstelle der Baueinheit der Lötstift nicht mit der Lötstelle verklemmt wird, sondern der Lötstift im wesentlichen kraftfrei, also mit Spiel in die Öffnung der Lötstelle eingesetzt wird. Dies kann beim Bestücken vorteilhaft sein, um zu verhindern, dass beim Bestücken das Bauteil außer Eingriff von einem Bestückungsautomaten gelangt, der das Bauteil beispielsweise mit einer Greifeinrichtung in Form einer Ansaugeinrichtung unter Wirkung eines Unterdrucks greift und auf diese Weise an der Baueinheit platziert. Durch das kraftlose Ansetzen des Bauteils an die Baueinheit durch kraftloses Einsetzen des Lötstifts in die zugeordnete Lötstelle der Baueinheit kann eine Kraftwirkung zwischen dem Bestückungsautomaten und dem Bauteil verhindert werden, sodass vermieden wird, dass das Bauteil sich von dem Bestückungsautomaten in ungewünschter Weise löst.

Wird der Lötstift (geringfügig) außerhalb der nominellen Soll-Position an die zugeordnete Lötstelle angesetzt, kann sich der Lötstift durch Wechselwirkung der Einführwandungen des Einführabschnitts mit Wandungsabschnitten der Lötstelle selbsttätig in der Öffnung des Lötstifts zentrieren, wobei dies aber im Wesentlichen kraftlos erfolgt und insbesondere nicht zu einem Verklemmen des Lötstifts in der Öffnung der Lötstelle führt.

In einer Ausgestaltung weist das Bauteil ein Gehäuse und zumindest ein an dem Gehäuse angeordnetes Ansetzelement auf, das in einer an die Baueinheit angesetzten Stellung des Bauteils in Anlage mit einer Oberfläche der Baueinheit (beispielsweise einer Leiterplatte) ist. Die Lage des Bauteils relativ zu der Leiterplatte insbesondere entlang der Einführrichtung, also senkrecht zu einer Erstreckungsebene der zum Beispiel durch eine Leiterplatte ausgebildeten Baueinheit, wird somit durch das Ansetzelement vorgegeben, sodass die Einsetztiefe des Lötstifts in der Lötstelle durch das Ansetzelement bestimmt ist. In der durch das Ansetzelement vorgegebenen Lage greift der Lötstift mit dem Einführabschnitt in die Öffnung der zugeordneten Lötstelle ein, ist dabei aber in einer nominellen Soll-Position nicht mit einem Wandungsabschnitt der Lötstelle in Anlage.

Das zumindest eine Ansetzelement kann durch einen vom Gehäuse vorstehenden Abschnitt ausgebildet sein. Das zumindest eine Ansetzelement kann aber auch durch einen Gehäuseabschnitt des Gehäuses selbst ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere Lötstifte beispielsweise über eine Ausnehmung gegenüber dem Ansetzelement freigestellt sind.

In einer Ausgestaltung weist der spitze Winkel, unter dem die Einführwandungen des Einführabschnitts zueinander erstreckt sind, einen Wert zwischen 5° und 30° auf, beispielsweise 10°. Der Einführabschnitt verjüngt sich somit in die Einführrichtung und läuft in die Einführrichtung spitz zu, was eine - im Wesentlichen kraftlose - Zentrierung des Lötstifts in der Öffnung der zugeordneten Lötstelle bei Ansetzen des Bauteils an die zugeordnete elektrische Baueinheit ermöglicht.

In einer Ausgestaltung weist der Lötstift einen Kopf auf, an den der Einführabschnitt in die Einführrichtung anschließt. Der Kopf kann in seinen Abmessungen größer als der Einführabschnitt ausgebildet sein und somit quer zum Einführabschnitt vorstehen, insbesondere entlang einer quer zur Einführrichtung erstreckten Querrichtung, entlang derer auch die Einführwandungen zueinander beabstandet sind. Über den Kopf kann der Lötstift beispielsweise mit dem zugeordneten Bauteil verbunden sein.

Beispielsweise weist der Kopf parallel zueinander erstreckte Wandungen und an die Wandungen in die Einführrichtung anschließende Übergangsschrägen auf. An die Übergangsschrägen, die schräg zu Einführrichtung erstreckt sind, schließen die Einführwandungen an, wobei aufgrund der Übergangsschrägen die Einführwandungen an ihren dem Kopf zugewandten Enden gegenüber den Wandungen des Kopfes (mit Bezug auf die Querrichtung) nach innen versetzt sind. In einer Ausgestaltung weist die Öffnung der Lötstelle eine lichte Weite auf, die kleiner ist als eine zwischen den Wandungen gemessene Breite des Kopfes. Ein Einführen des Kopfes des Lötstifts in die Öffnung der zugeordneten Lötstelle ist somit ausgeschlossen.

In einer Ausgestaltung sind die Übergangsschrägen unter einem Winkel zueinander angeordnet, der größer ist als der spitze Winkel zwischen den Einführwandungen. Der Winkel zwischen den Übergangsschrägen kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 60° und 120°, beispielsweise 90°, liegen. Die Übergangsschrägen stellen einen Übergang zwischen den unter einem spitzen Winkel zueinander erstreckten Einführwandungen und den parallel zueinander erstreckten Wandungen des Kopfes dar.

In einer Ausgestaltung weist der Lötstift einen Schaftabschnitt auf, der in die Einführrichtung an den Einführabschnitt anschließt und an die Einführwandungen des Einführabschnitts anschließende Schaftwandungen aufweist, die parallel zueinander erstreckt sind. An den sich in die Einführrichtung verjüngenden Einführabschnitt schließt somit ein Schaftabschnitt an, der wiederum parallel zueinander erstreckte Schaftwandungen ausbildet. Mit dem Schaftabschnitt kann der Lötstift beispielsweise in der eingesetzten Stellung an der dem Kopf abgewandten Seite in die Einführrichtung aus der Öffnung der Lötstelle heraus vorstehen. Durch visuelle Inspektion des Schaftabschnitts nach Herstellen der Lötverbindung (beispielsweise unter Verwendung einer Kamera) ist damit auch eine Überprüfung der Verbindung zwischen dem Bauteil und der Baueinheit möglich.

In einer Ausgestaltung weist der Lötstift zudem einen an den Schaftabschnitt anschließenden, in die Einführrichtung spitz zulaufenden Endabschnitt auf. Ein solcher spitz zulaufender Endabschnitt kann das Einsetzen des Lötstifts in die Öffnung einer zugeordneten Lötstelle erleichtern, weil der Lötstift leichter in Eingriff mit der Öffnung der Lötstelle gebracht werden kann.

Der Lötstift kann, in einer Querschnittsebene quer zur Einführrichtung, unterschiedlich geformt sein.

So kann der Lötstift im Querschnitt quer zur Einführrichtung beispielsweise eine rechteckige Grundform aufweisen. Der Lötstift kann in diesem Fall beispielsweise als Stanzteil aus einem Metallblech geformt sein. Alternativ kann der Lötstift im Querschnitt quer zur Einführrichtung beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein und somit, an seinem Einführabschnitt, eine konische Form aufweisen.

Der Lötstift ist hierbei integral aus einem Stück geformt.

Ist der Lötstift im Querschnitt rechteckig ausgebildet, kann der Lötstift beispielsweise Flanken aufweisen, die entlang einer Tiefenrichtung zueinander beabstandet und vorzugsweise parallel zueinander erstreckt sind. Die Tiefenrichtung ist quer zur Einführrichtung und quer zur Querrichtung, entlang derer die Einführwandungen zueinander beabstandet sind, gerichtet. Der Lötstift kann hierbei eine entlang der Tiefenrichtung gemessene Dicke aufweisen, die kleiner ist als die Breite des Lötstifts insbesondere im Bereich des Kopfes, sodass der Lötstift eine flache Grundform aufweist.

Die Flanken können sich vorzugsweise über die gesamte Höhe des Lötstifts erstrecken und können über die gesamte Höhe des Lötstifts parallel zueinander ausgerichtet sein.

In einer Ausgestaltung weist der Einführabschnitt am Übergang zwischen den entlang der Querrichtung zueinander beabstandeten Einführwandungen und den entlang der Tiefenrichtung zueinander beabstandeten Flanken Fasen auf, im Bereich derer Kanten an den Übergängen angeschrägt sind. Die Fasen können sich zum Beispiel entlang der gesamten Höhe des Einführabschnitts und auch am Schaftabschnitt und dem daran anschließenden Endabschnitt erstrecken, sodass Kanten des Lötstifts zum Erleichtern des Einführens in die Öffnung einer zugeordneten Lötstelle angeschrägt sind.

In einer Ausgestaltung ist die Öffnung der Lötstelle im Querschnitt quer zur Einführrichtung rund, beispielsweise kreisrund. Die Form der Öffnung weicht somit von der Form des Lötstifts ab. Beim Einsetzen des Lötstifts in die Öffnung einer zugeordneten Lötstelle können die Einführwandungen mit einem die Öffnung umgebenden Rand in Anlage gelangen, insbesondere an einer die Öffnung umgebenden Kante an einem Eingang der Öffnung, in den der Lötstift bei Einsetzen in die Öffnung in die Einführrichtung eingeführt wird. Durch Auflaufen auf den die Öffnung umgebenden Rand wird der Lötstift selbsttätig in der Öffnung zentriert, sodass der Lötstift mit geringen Toleranzen eine gewünschte Position innerhalb der Öffnung des Lötstifts einnimmt. In einer nominellen Soll-Position kann hierbei jedoch vorgesehen sein, dass kein Kontakt zwischen dem Lötstift und umgebenden Wandungsabschnitten der Lötstelle besteht, sodass der Lötstift beim Bestücken in kraftloser Weise in die Öffnung der Lötstelle eingesetzt werden kann und eine Verbindung zwischen dem Lötstift und der Lötstelle erst durch die Lötverbindung hergestellt wird.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe, aufweisend: Bestücken einer elektrischen Baueinheit mit einem Bauteil unter Verwendung eines Bestückungsautomaten zum Greifen des Bauteils, wobei beim Bestücken ein an dem Bauteil angeordneter Lötstift in eine Öffnung einer an der elektrischen Baueinheit angeordneten Lötstelle entlang einer Einführrichtung zum Herstellen einer Lötverbindung eingesetzt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Lötstift derart in die Öffnung eingesetzt wird, dass bei hergestellter Lötverbindung zwischen dem Lötstift und der Lötstelle ein Teil eines Einführabschnitts des Lötstifts außerhalb der Öffnung angeordnet ist, wobei der Einführabschnitt an einander abgewandten Seiten des Lötstifts Einführwandungen ausbildet, die derart unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind, dass sich der Einführabschnitt in die Einführrichtung verjüngt, wobei sich die Einführwandung des Einführabschnitts abschnittsweise innerhalb der Öffnung und abschnittsweise außerhalb der Öffnung erstrecken.

Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass beim Bestücken der Baueinheit mit dem Bauteil der Lötstift so in die zugeordnete Öffnung der Lötstelle eingesetzt wird, dass zunächst kein Kontakt zwischen dem Lötstift und der Lötstelle besteht und der Lötstift erst durch die Lötverbindung mit der Lötstelle verbunden wird. In einer nominellen Soll-Position kann der Lötstift somit kraftlos in die Öffnung eingesetzt werden, ohne dass es beim Einsetzen zu einem Kontakt mit der Lötstelle kommt.

Eine Einsetztiefe für den Lötstift kann hierbei über ein Ansetzelement an einem Gehäuse des Bauteils vorgegeben werden, das beim Bestücken der Baueinheit mit dem Bauteil in Anlage mit der Baueinheit, beispielsweise verwirklicht durch eine Leiterplatte, kommt, sodass darüber die Lage des Bauteils relativ zu der Baueinheit entlang der Einführrichtung festgelegt ist.

Ansonsten wird auch auf die vorangehend beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen der Baugruppe verwiesen, die analog auch auf das Verfahren Anwendung finden.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer Baugruppe mit einem Bauteil und einer elektrischen

Baueinheit in Form einer Leiterplatte;

Fig. 2 eine Ansicht der Baugruppe, bei an der elektrischen Baueinheit angeordnetem Bauteil;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Lötstifts in einer Öffnung einer Lötstelle nach Herstellung einer Lötverbindung;

Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht des Lötstifts in der Öffnung;

Fig. 5 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Lötstift vor Einstecken in eine

Öffnung einer zugeordneten Lötstelle;

Fig. 6 eine Ansicht des Lötstifts in eingesetzter Stellung;

Fig. 7 eine perspektivische Teilschnittansicht des Lötstifts vor Einsetzen in die

Öffnung der zugeordneten Lötstelle;

Fig. 8 die Ansicht gemäß Fig. 7, bei eingesetztem Lötstift;

Fig. 9 eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie A-A im Bereich eines Einführabschnitts des Lötstifts;

Fig. 10 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bauteils an einer zugeordneten Baueinheit in Form einer Leiterplatte, mit einer Anordnung von Ansetzelementen an einem Gehäuse des Bauteils;

Fig. 11 eine vergrößerte Ansicht im Ausschnitt A gemäß Fig. 10; und

Fig. 12 eine schematische Ansicht bei einem Bestücken einer Baueinheit mit einem

Bauteil unter Verwendung eines Bestückungsautomaten.

Fig. 1 und 2 zeigen in schematischen Ansichten eine Baugruppe, die ein Bauteil 1 zum Beispiel in Form eines Steckverbinders aufweist, der an einer elektrischen Baueinheit 2 zum Beispiel in Form einer Leiterplatte zu positionieren und zu fixieren ist. Das Bauteil 1 weist ein Gehäuse 10 auf, das elektrische oder elektronische Funktionskomponenten des Bauteils 1 einfasst. Lötstifte 3 sind mit den elektrischen Funktionskomponenten des Bauteils 1 verbunden und dienen zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit der elektrischen Baueinheit 2.

Die elektrische Baueinheit 2 weist Lötstellen 4 auf, die jeweils eine Öffnung 40 ausbilden, in die ein zugeordneter Lötstift 3 des Bauteils 1 entlang einer Einführrichtung E einzustecken ist, um Lötverbindungen zwischen den Lötstiften 3 und den Lötstellen 4 herzustellen.

Während Fig. 1 die Baugruppe vor Verbinden des Bauteils 1 mit der elektrischen Baueinheit 2 darstellt, zeigt Fig. 2 das Bauteil 1 in einer an die Baueinheit 2 angesetzten Stellung, in der die Lötstifte 3 in die Öffnungen 40 der Lötstellen 4 eingreifen und über Lötverbindungen mit den Lötstellen 4 verbunden werden können.

Wie aus den schematischen Ansichten gemäß Fig. 3 und 4 ersichtlich, weist ein Lötstift 3 herkömmlich eine viereckige, zum Beispiel rechteckige oder quadratische Grundform auf. Die Öffnung 40 einer Lötstelle 4 ist demgegenüber üblicherweise rund geformt, wobei die lichte Weite der Öffnung 40 größer ist als die maximale Abmessung des Lötstifts 3 (gemessen im Querschnitt quer zur Einrichtung E, entsprechend der Diagonale der viereckigen Form des Lötstifts 3).

Die Überdimensionierung der Öffnung 40 ist erforderlich, um ein einfaches, kraftloses Einführen der Lötstifte 3 eines Bauteils 1 in zugeordnete Lötstellen 4 zu ermöglichen, insbesondere unter Verwendung eines Bestückungsautomaten. Die Abweichungen in den Abmessungen bewirken jedoch ein Spiel der Lötstifte 3 in den Öffnungen 40 der Lötstellen 4, das zur Folge haben kann, dass bei Herstellung einer Lötverbindung 5 (schematisch dargestellt in Fig. 3) es zu Positionsabweichungen zwischen einer Sollposition des Bauteils 1 an der Baueinheit 2 kommen kann, sodass das Bauteil 1 beispielsweise unter Umständen nicht parallel zu einer Leiterplattenkante der als Leiterplatte ausgebildeten Baueinheit 2 angeordnet ist.

Um Toleranzen in der Positionierung eines Lötstifts 3 in einer Öffnung 40 einer zugeordneten Lötstelle 4 zu reduzieren und somit die Genauigkeit der Positionierung eines Bauteils 1 an einer elektrischen Baueinheit 2 zum Beispiel in Form einer Leiterplatte zu verbessern, weist ein in Fig. 5 bis 9 in einem Ausführungsbeispiel dargestellter Lötstift 3 einen Einführabschnitt 31 auf, der unter einem spitzen Winkel a zueinander ausgerichtete Einführwandungen 310 ausbildet und sich aufgrund der schrägen Erstreckung der Einführwandungen 310 in die Einführrichtung E verjüngt. Beim Einsetzen des Lötstifts 3 in eine zugeordnete Öffnung 40 einer Lötstelle 4 kann der Einführabschnitt 31 mit seinen Einführwandungen 310 mit insbesondere einem Randabschnitt 41 der Lötstelle 4 Zusammenwirken, sodass sich der Lötstift 3 innerhalb der Öffnung 40 beim Einführen in die Einführrichtung E selbsttätig zentriert und somit eine gewünschte, zentrierte Position in der Öffnung 40 einnimmt.

Beim Einführen des Lötstifts 3 in die Einführrichtung E in die Öffnung 40 der zugeordneten Lötstelle 4 können die Einführwandungen 310 auf den Randabschnitt 41 der Lötstelle 4 auflaufen, sodass der Lötstift 3 entlang einer durch eine Querrichtung Q und eine Tiefenrichtung T aufgespannten Ebene in der Öffnung 40 versetzt und somit in der Öffnung 40 zentriert wird. In einer eingesetzten Stellung, dargestellt in Fig. 6 und 8, ist der Einführabschnitt 331 aber nicht vollständig in die Öffnung 40 eingeführt, sondern ragt mit einem Teil entgegen der Einführrichtung E noch aus der Öffnung 40 heraus. Der Einführabschnitt 31 mit den Einführwandungen 310 wird somit beim Einsetzen des Lötstifts 3 in die Öffnung 40 nicht vollständig in die Öffnung 40 eingeführt, sondern nur teilweise, bis eine gewünschte Position in der Öffnung 40 erreicht ist.

Hierbei kann vorteilhaft sein, dass der Lötstift 3 in einer nominellen Soll-Position berührungsfrei in die Öffnung 40 der zugeordneten Lötstelle 4 eingesetzt wird, bei einem idealen, nominellen Bestückungsvorgang somit kein Kontakt zwischen dem Lötstift 3 und der Lötstelle 4 auftritt. Lediglich wenn Toleranzen bestehen und der Lötstift 3 außerhalb seiner nominellen Soll-Position an die zugeordnete Lötstelle 4 angesetzt wird, können die Einführwandungen 310 des Einführabschnitts 31 in Anlage mit einer umlaufenden Kante 410 des Randabschnitts 41 gelangen, sodass dadurch sich der Lötstift 3 in im wesentlichen kraftloser Weise selbst in der Öffnung 40 zentrieren kann.

Der Lötstift 3 weist einen Kopf 30 auf, der entgegen der Einführrichtung E an den Einführabschnitt 31 anschließt. In die Einführrichtung E geht der Einführabschnitt 31 demgegenüber in einen Schaftabschnitt 32 über, an den wiederum ein spitz zulaufender Endabschnitt 33 anschließt.

Wie insbesondere aus Fig. 7 und 8 sowie aus der Querschnittansicht gemäß Fig. 9 ersichtlich, weist der Lötstift 3 entlang der Tiefenrichtung T zueinander beabstandete, parallel zueinander erstreckte Flanke 312 auf, die sich über die gesamte Höhe des Lötstifts 3 erstrecken. Der Lötstift 3 kann beispielsweise als Stanzbiegeteil aus einem Blech gefertigt sein und weist eine flache Grundform auf, mit Abmessungen, die in die Tiefenrichtung T kleiner sind als in die Querrichtung Q.

Der Kopf 30 weist entlang der Querrichtung Q zueinander beabstandete Wandungen 300 auf, die parallel zueinander erstreckt sind. Am Übergang zwischen dem Kopf 30 und dem Einführabschnitt 31 sind Übergangsschrägen 31 geformt, die unter einem Winkel ß zueinander erstreckt sind, der (deutlich) größer ist als der Winkel a zwischen den Einführwandungen 310.

Während der Winkel a, unter dem die Einführwandungen 310 zueinander erstreckt sind, beispielsweise einen Wert zwischen 5° und 30°, beispielsweise 10° aufweisen kann, kann der Winkel ß beispielsweise einen Wert zwischen 60° und 120°, beispielsweise 90° aufweisen.

Aufgrund der Formgebung der Übergangsschrägen 101 sind die Einführwandungen 310 an ihren dem Kopf 30 zugewandten Enden jeweils entlang der Querrichtung Q gegenüber den Wandungen 300 des Kopfes 30 nach innen versetzt, wie dies insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist.

Während die Einführwandungen 310 des Einführabschnitts 31 unter einem spitzen Winkel a zueinander erstreckt sind und der Einführabschnitt 31 sich somit in die Einführrichtung E verjüngt, weist der an den Einführabschnitt 31 anschließende Schaftabschnitt 32 parallel zueinander erstreckte, entlang der Querrichtung Q zueinander beabstandete Schaftwandungen 320 auf.

Der Endabschnitt 33 verjüngt sich wiederum gegenüber den Schaftwandungen 320 des Schaftabschnitts 32.

Am Übergang zwischen den Einführwandungen 310 und den Schaftwandungen 320 sowie den Wandungen des Endabschnitts 33 an den entlang der Querrichtung Q einander abgewandten Seiten des Lötstifts 3 und den Flanken 312 an den entlang der Tiefenrichtung T zueinander abgewandten Seiten des Lötstifts 3 sind Fasen 311 gebildet, mittels derer der Lötstift 3 an den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Seiten angeschrägt ist, wie dies aus Fig. 7 und 8 in mit Zusammenschau mit Fig. 9 ersichtlich ist. Der Lötstift 3 bildet somit im Bereich des Einführabschnitts 31 , des Schaftabschnitts 32 und des Endabschnitts 33 keine scharfen Kanten aus, sondern ist im Bereich der Kanten angeschrägt, was das Einführen und Zentrieren des Lötstifts 3 in der Öffnung 40 der zugeordneten Lötstelle 4 weiter erleichtert.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weist die Öffnung 40 der Lötstelle 4 eine lichte Weite D1 auf, die kleiner ist als die Breite D2 des Kopfes 30, gemessen zwischen den parallel zueinander erstreckten Wandungen 300 entlang der Querrichtung Q. Die Breite D3 des Schaftabschnitts 32, gemessen zwischen den Schaftwandungen 320, ist demgegenüber deutlich kleiner als die lichte Weite D1 der Öffnung 40, sodass der Lötstift 3 mit dem Schaftabschnitt 32 in einfacher Weise in die Öffnung 40 einer zugeordneten Lötstelle 4 eingesetzt werden kann, um sodann beim Einführen über den Einführabschnitt 31 in der Öffnung 40 zentriert zu werden.

Bei eingesetztem Lötstift 3 kann eine Lötverbindung 5 (wie schematisch in Fig. 3 dargestellt) zwischen dem Lötstift 3 und der Lötstelle 4 hergestellt werden. Die Lötstelle 4 kann hierzu eine metallene Hülse nach Art einer Durchkontaktierung aufweisen, mit der der Lötstift 3 über die Lötverbindung 5 mechanisch und elektrisch verbunden werden kann.

Ein Lötstift 3 der beschriebenen Art eignet sich insbesondere zur Verwendung der THR- Technologie. Zum Herstellen von Lötverbindungen 5 wird eine Lotpaste in die Öffnungen 40 der Lötstellen 4 eingebracht, bevor die Lötstifte 3 in die Öffnungen 40 eingesetzt werden. Nach Einstecken der Lötstifte 3 wird das Lot der Lotpaste in einem Reflow-Ofen aufgeschmolzen, sodass die Lötstifte 3 mit den Lötstellen 4 verlötet werden.

Bei einem in Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Lötstift 3, der funktional ähnlich wie der vorangehend anhand von Fig. 5 bis 9 beschriebene Lötstift 3 ausgebildet ist, an einem Gehäuse 10 eines Bauteils 1 angeordnet, das als elektrische oder elektronische Funktionskomponente an einer Baueinheit 2 in Form einer Leiterplatte anzuordnen ist.

Bei dem in Fig. 10 und 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem Gehäuse 10 Ansetzelemente 1 1 geformt, die als Abstandshalter zur Definition einer Höhenlage relativ zu der Baueinheit 2 in Form der Leiterplatte dienen und dazu entlang der Einführrichtung E von dem Gehäuse 10 in Richtung der Baueinheit 2 vorstehen. In einer an die Baueinheit 2 angesetzten Stellung des Bauteils 1 sind die Ansetzelemente 1 1 mit Ansetzflächen 110 an vom Gehäuse 10 abgewandten Seiten der Ansetzelemente 1 1 mit einer Oberfläche 20 der Baueinheit 2 in Anlage, sodass darüber die Einsetztiefe des Lötstifts 3 in der Öffnung 40 der zugeordneten Lötstelle 4 definiert ist. Die Ansetzelemente 11 können als an dem Gehäuse geformte Vorsprungselemente ausgebildet sein. Denkbar und möglich ist aber auch, ein oder mehrere Ansetzelemente 11 durch einen flächigen Gehäuseabschnitt, also durch das Gehäuse 10 selbst, insbesondere durch eine Unterseite des Gehäuses 10, auszubilden, wobei in diesem Fall der Lötstift 3 zum Beispiel in einer Ausnehmung nach Art eine Nut oder eine Senke im Bereich der Unterseite des Gehäuses 10 angeordnet und dadurch gegenüber den Ansetzelementen 1 1 freigestellt ist.

Wie aus Fig. 10 und der vergrößerten Ansicht gemäß Fig. 11 - und zudem auch aus der Ansicht gemäß Fig. 6 für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bis 9 - ersichtlich ist, ist der Lötstift 3 in einer nominellen Soll-Position bei an die Baueinheit 12 angesetztem Bauteil 1 nicht mit Wandungsabschnitten der als Durchkontaktierung ausgeformten Lötstelle 4, insbesondere einer umlaufenden inneren Kante 410 des oberen Randabschnitts 41 der Lötstelle 4, in Anlage. Bei Bestücken der Baueinheit 2 mit dem Bauteil 1 gelangt somit, wenn das Bauteil 1 entsprechend einer definierten Soll-Position an die Baueinheit 2 angesetzt wird, der Lötstift 3 mit den Einführwandungen 310 an dem Einführabschnitt 31 nicht in Anlage mit der Lötstelle 4, wobei der Einführabschnitt 31 teilweise in der Öffnung 40 der Lötstelle 4 und teilweise außerhalb der Öffnung 40 zu liegen kommt.

Aufgrund von Toleranzen zum Beispiel in der Anordnung des Lötstifts 3 an dem Gehäuse 10 und auch in der Anordnung von mehreren Lötstiften 3 des Bauteils 1 zueinander kann es zu Abweichungen von der Soll-Position des Lötstifts 3 relativ zu der Lötstelle 4 kommen. In diesem Fall kann der Lötstift 3 mit einer oder beiden Einführwandungen 310 auf die umlaufende innere Kante 410 des Randabschnitts 41 auflaufen und sich somit selbst in der Öffnung 40 zentrieren, wobei dies in im Wesentlichen kraftloser Weise erfolgt und bei Ansetzen des Lötstifts 3 an die Lötstelle 4 keine Klemmwirkung zwischen dem Lötstift 3 und der Lötstelle 4 auftritt.

Das Bestücken der Baueinheit 2 kann insbesondere unter Verwendung eines Bestückungsautomaten 6 erfolgen, wie dies schematisch in Fig. 10 dargestellt ist. Im Rahmen eines Bestückungsvorgangs kann ein Bauteil 1 mit einer Greifeinrichtung 60 des Bestückungsautomaten 6 gegriffen werden, beispielsweise unter Wrkung eines Unterdrucks, um das Bauteil 1 an die zugeordnete Baueinheit 2 anzusetzen und dabei Lötstifte 3 des Bauteils 1 mit zugeordneten Lötstellen 4 an der Baueinheit 2 in Eingriff zu bringen. Weil der Bestückungsvorgang, insbesondere das Einführen der Lötstifte 3 in Öffnungen 40 der zugeordneten Lötstellen 4, in im Wesentlichen kraftloser Weise erfolgt, kann verhindert werden, dass beim Bestücken eine Kraftwirkung an dem Bauteil 1 auftritt, die zu einem Lösen des Bauteils 1 von der Greifeinrichtung 60 des Bestückungsautomaten 6 führen könnte.

Ist das Bauteil 1 an die Baueinheit 2 angesetzt, werden Lötverbindungen 5 zwischen den Lötstiften 3 und den zugeordneten Lötstellen der Leiterplatte 2 hergestellt, um auf diese Weise das Bauteil 1 elektrisch mit der Baueinheit 2 zu verbinden und zudem mechanisch an der Baueinheit 2 zu befestigen.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in anderer Weise verwirklichen.

Ein Bauteil kann über einen oder mehrere Lötstifte mit einer zugeordneten elektrischen Baueinheit, zum Beispiel einer Leiterplatte, verbunden werden. Zum Herstellen von Lötverbindungen kann hierbei die THR-Technologie zum Einsatz kommen, wobei auch andere Lötverfahren anwendbar sind.

Ein Lötstift kann eine flache Grundform aufweisen, wie anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 bis 9 beschrieben. Der Lötstift kann stattdessen jedoch auch beispielsweise eine rotationssymmetrische Grundform mit einem konischen Einführabschnitt aufweisen.

Bezugszeichenliste

1 Bauteil

10 Gehäuse

1 1 Ansetzelement

110 Ansetzfläche

2 Elektrische Baueinheit (Leiterplatte)

20 Oberfläche

3 Lötstift

30 Kopf

300 Wandung

301 Übergangsschräge

31 Einführabschnitt

310 Einführwandung

311 Fase

312 Flanke

32 Schaftabschnitt

320 Wandung

33 Endabschnitt

4 Lötstelle (Durchkontaktierung)

40 Öffnung

41 Randabschnitt

410 Kante

5 Lötverbindung

6 Bestückungsautomat

60 Greifeinrichtung

a, ß Winkel

D1 Weite

D2, D3 Breite

E Einführrichtung

Q Querrichtung

T Tiefenrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Baugruppe, umfassend ein Bauteil (1), einen an dem Bauteil (1) angeordneten Lötstift (3), eine elektrische Baueinheit (2) und eine an der elektrischen Baueinheit (2) angeordnete Lötstelle (4), die eine Öffnung (40) ausbildet, in die der Lötstift (3) zum Herstellen einer Lötverbindung (5) entlang einer Einführrichtung (E) einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötstift (3) einen Einführabschnitt (31) aufweist, der an einander abgewandten Seiten des Lötstifts (3) Einführwandungen (310) ausbildet, die derart unter einem spitzen Winkel (a) zueinander angeordnet sind, dass sich der Einführabschnitt (31) in die Einführrichtung (E) verjüngt, wobei bei hergestellter Lötverbindung (5) zwischen dem Lötstift (3) und der Lötstelle (4) ein Teil des Einführabschnitts (31) außerhalb der Öffnung (40) angeordnet ist derart, dass sich die Einführwandungen (310) abschnittsweise innerhalb der Öffnung (40) und abschnittsweise außerhalb der Öffnung (40) erstrecken.

2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einführwandungen (310) nicht in Anlage mit der Lötstelle (4) stehen, sondern der Einführabschnitt (31) ausschließlich über die Lötverbindung (5) mit der Lötstelle (4) der elektrischen Baueinheit (2) verbunden ist.

3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein Gehäuse (10) und zumindest ein an dem Gehäuse (10) angeordnetes Ansetzelement (11) aufweist, das in einer an die Baueinheit (2) angesetzten Stellung des Bauteils (1) in Anlage mit einer Oberfläche (20) der Baueinheit (2) ist.

4. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel (a) einen Wert zwischen 5° und 30° aufweist.

5. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötstift (3) einen Kopf (30) aufweist, an den der Einführabschnitt (31) in die Einführrichtung (E) anschließt.

6. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (31) parallel zueinander erstreckte Wandungen (300) und an die Wandungen (300) in die Einführrichtung (E) anschließende Übergangsschrägen (301) aufweist, wobei die Einführwandungen (310) an die Übergangsschrägen (301) anschließen.

7. Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (40) der Lötstelle (4) eine lichte Weite (D1) aufweist, die kleiner ist als eine zwischen den Wandungen (300) gemessene Breite (D2) des Kopfes (30).

8. Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsschrägen (301) unter einem Winkel (ß) zueinander angeordnet sind, der größer ist als der spitze Winkel (a) zwischen den Einführwandungen (310).

9. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötstift (3) einen Schaftabschnitt (32) aufweist, der in die Einführrichtung (E) an den Einführabschnitt (31) anschließt und an die Einführwandungen (310) des Einführabschnitts (31) anschließende Schaftwandungen (320) aufweist, die parallel zueinander erstreckt sind.

10. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötstift (3) einen an den Schaftabschnitt (32) anschließenden, in die Einführrichtung (E) spitz zulaufenden Endabschnitt (33) aufweist.

11. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführwandungen (310) entlang einer quer zur Einführrichtung (E) erstreckten Querrichtung (Q) zueinander beabstandet sind, wobei der Lötstift (3) Flanken (312) aufweist, die entlang einer quer zur Einführrichtung (E) und quer zur Querrichtung (Q) erstreckten Tiefenrichtung (T) zueinander beabstandet sind.

12. Baugruppe nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (312) parallel zueinander erstreckt sind.

13. Baugruppe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einführabschnitt (31) am Übergang zwischen den Einführwandungen (310) und den Flanken (312) Fasen (311) aufweist.

14. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (40) im Querschnitt quer zur Einführrichtung (E) rund ist.

15. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe, aufweisend: Bestücken einer elektrischen Baueinheit (2) mit einem Bauteil (1) unter Verwendung eines Bestückungsautomaten (6) zum Greifen des Bauteils (1), wobei beim Bestücken ein an dem Bauteil (1) angeordneter Lötstift (3) in eine Öffnung (40) einer an der elektrischen Baueinheit (2) angeordneten Lötstelle (4) entlang einer Einführrichtung (E) zum Herstellen einer Lötverbindung (5) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötstift (3) derart in die Öffnung (40) eingesetzt wird, dass bei hergestellter Lötverbindung (5) zwischen dem Lötstift (3) und der Lötstelle (4) ein Teil eines Einführabschnitts (31) des Lötstifts (3) außerhalb der Öffnung (40) angeordnet ist, wobei der Einführabschnitt (31) an einander abgewandten Seiten des Lötstifts (3) Einführwandungen (310) ausbildet, die derart unter einem spitzen Winkel (a) zueinander angeordnet sind, dass sich der Einführabschnitt (31) in die Einführrichtung (E) verjüngt, wobei sich die Einführwandungen (310) des Einführabschnitts (31) abschnittsweise innerhalb der Öffnung (40) und abschnittsweise außerhalb der Öffnung (40) erstrecken.