WO2001084674A1 - Verbindungsanordnung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2001084674A1
WO2001084674A1 PCT/EP2001/003922 EP0103922W WO0184674A1 WO 2001084674 A1 WO2001084674 A1 WO 2001084674A1 EP 0103922 W EP0103922 W EP 0103922W WO 0184674 A1 WO0184674 A1 WO 0184674A1
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Manfred Wilde
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Holzschuh Gmbh + Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a connection arrangement with an end sleeve which is connected on the inside via a hex connection to a connecting wire of a component and is soldered to a conductor surface of a printed circuit board at a soldering joint.
  • the invention further relates to a method for producing an electrical connection between a connecting wire of a component and a printed circuit board mounted on a housing part, in which an end sleeve is connected to the connecting wire by a bead connection and is soldered to a conductor surface of the printed circuit board at a soldering point.
  • the invention is based on the object of specifying a connection arrangement of the type specified at the outset and a method for producing it, thus avoiding the problems mentioned above and a reliable production is guaranteed even with an automated procedure.
  • the solder joint be arranged in a sleeve section outside the area of the bead connection. This ensures a secure connection of the connecting wire and at the same time an even soldering gap.
  • the end sleeve extends through a hole in a printed circuit board and if the soldering point is arranged in a substantially undeformed free end section of the end sleeve which projects beyond the edge of the hole.
  • the bead connection is arranged in the region of the hole in the circuit board at a distance from the conductor surface, advantageously in the region of a central section of the end sleeve.
  • the bead connection is formed symmetrically by a plurality, preferably four beads distributed in a star shape over the circumference of the end sleeve.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the component and possibly the circuit board are anchored to a housing part via the end sleeve as mechanical connecting means.
  • the end sleeve at its connector end plugged onto the connecting wire has a
  • the wall opening advantageously has an undercut into which the end sleeve can be latched in a defined manner with a connection end that is flared conically as a front collar, even with diameter tolerances.
  • the area of the wall opening following the undercut in the insertion direction of the end sleeve is formed by a stepped bore, the small bore diameter possibly being adapted to the diameter of the end sleeve with tolerance clearance.
  • a reliable solder connection is advantageously ensured by the fact that the end sleeve has an undersize in relation to the hole in the printed circuit board while limiting a narrow annular solder gap.
  • the connecting wire consist of copper and the end sleeve made of tinned brass.
  • the object stated at the outset is achieved in that the end sleeve is anchored in a breakthrough in the housing part by means of a snap connection, and in that the free end section of the end sleeve protruding over the housing part is passed through a hole in the printed circuit board and the solder connection on the outside the area of the bead connection lying solder joint is produced.
  • a further improvement of the manufacturing process results from the fact that the bead connection after anchoring the end sleeve in the area of a the breakthrough of the housing part protruding middle section of the end sleeve is made.
  • the end sleeve is soldered to the inside of the connecting wire via an end opening of its free end section. It is advantageous here if the soldering point is produced by dip soldering or soldering by means of a soldering wave under the capillary action of a narrow annular soldering gap between the end sleeve and the conductor surface.
  • Figure 1 shows an electrical connection arrangement with an end sleeve for connecting a connecting wire of a component with a circuit board mounted on a housing part in a sectional view.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the connection area according to FIG. 1;
  • the end sleeve provided with beads or embossments in axial section and in a corresponding side view;
  • the arrangement shown in the drawing is used for the mechanical and electrical connection of an electronic component (not shown) to a housing part 10 and a printed circuit board 12 mounted thereon on a broad side.
  • the preferred area of application is in the field of automotive engineering, in particular for connecting the interference suppression chokes of brushed motors to control electronics.
  • a lead wire 14 of the component is inserted into a hollow cylindrical end sleeve 16 and therein via a crimp or.
  • Bead connection 18 set in an electrically conductive connection.
  • the end sleeve 16 passes through a wall opening 20 of the housing part 10 and a bore 22 of the printed circuit board 12 aligned therewith and is connected with its free end 24 projecting beyond the edge of the bore 22 on the soldering side 26 of the printed circuit board 10 at a solder joint 28 to a conductor surface 30.
  • the bead connection 18 is formed by four oblong-trough-shaped impressions or beads 34, which are distributed in a star shape over the circumference of a central section 32 of the end sleeve 16 and are separated from one another in the circumferential direction by remaining web areas 36.
  • Plastic deformation of the connecting wire in the area of the bead base thus results in an inseparable, rigid connection of the connection partners 14, 16.
  • the deformed connection area lies within the bore 22 of the printed circuit board 12, while the soldering point 28 is arranged outside of it in the essentially undeformed end section 24 of the end sleeve 16. This measure makes it possible to keep a defined narrow soldering gap 38 between the end sleeve 16 and the conductor surface 30, into which the solder is drawn as an annular soldering grape due to the capillary filling pressure.
  • the end sleeve 16 is anchored in a fixed manner in its displacement in the wall opening 20 at its connecting end 40 facing the connecting wire 14 via a snap-in or snap connection 42.
  • the wall opening 20 is provided with an undercut 44 which tapers inwards in a funnel shape and with which a conically widened end face collar 46 of the end sleeve 16 can be brought into engagement.
  • the area of the wall opening 20 adjoining the undercut 44 is formed by a chamfered stepped bore 48, the small diameter of which is adapted to the end sleeve 16, possibly with a tolerance gap.
  • the end sleeve 16 is inserted in a pre-assembly stage by means of a dome as an auxiliary tool into the opening 20 of the housing part 10, which is designed as an injection molded part, and anchored via the snap connection 42.
  • the connecting wire 14 is then inserted into the end sleeve 16 and the bead connection 18 is produced by means of a suitable crimping tool. This also ensures that the component is fixed in the correct position.
  • the printed circuit board 12 is placed on the protruding central section 32 of the end sleeve 16 and the soldered connection is made at the essentially undeformed solder joint 28 in the region of the free end section 24, preferably by means of a soldering wave in a wave bath.
  • an inside solder connection between the end sleeve 16 and the connecting wire 14 is also achieved via the front opening of the free end section 24.
  • the end sleeve also ensures a mechanical connection between the housing part 10 and the printed circuit board 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einer über eine Sickenverbindung (18) innenseitig mit einem Anschlußdraht (14) eines Bauelements verbundenen und an einer Lötstelle (28) mantelseitig mit einer Leiterfläche (30) einer Leiterplatte (12) verlöteten Endhülse (16). Um ein prozeßsicheres Verlöten zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, daß die Lötstelle (28) in einem Hülsenabschnitt (24) außerhalb des Bereichs der Sickenverbindung (18) angeordnet ist.

Description

Verbindungsanordnung und Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einer über eine Sik- kenverbindung innenseitig mit einem Anschlußdraht eines Bauelements verbundenen und an einer Lötstelle mantelseitig mit einer Leiterfläche einer Leiterplatte verlöteten Endhülse. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschluß- draht eines Bauelements und einer an einem Gehäuseteil gelagerten Leiterplatte, bei welchem eine Endhülse durch eine Sickenverbindung mit dem Anschlußdraht verbunden und an einer Lötstelle mit einer Leiterfläche der Leiterplatte verlötet wird.
Bei elektrischen Baueinheiten für Automobile sind Anordnungen dieser Art beispielsweise zur Verbindung einer Drosselspule als Bauelement eines Bürstensystems mit einer Motoransteuerung bekannt. Dabei wird die Endhülse in einem Krimpwerkzeug mit U-förmiger Prägekontur mit dem Anschlußdraht verbunden, wobei durch die Verformung zugleich eine form- schlüssige Abstützung der Endhülse auf einem die Leiterplatte tragenden und mit einem Durchbruch für den Anschlußdraht versehenen Gehäuseteil erreicht werden soll. Neben dem nicht prozeßsicher herstellbaren Rückhaltewiderstand dieser mechanischen Verbindung treten beim Herstellen der Lötverbindung mit der Leiterfläche Probleme aufgrund der relativ großen Freiflächen bzw. Lötfugen gegenüber der Prägekontur auf, was eine aufwendige Sichtkontrolle und gegebenenfalls ein manuelles Nachlöten erforderlich macht.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbin- dungsanordnung der eingangs angegebenen Art sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, womit die zuvor erwähnten Probleme vermieden werden und auch bei automatisiertem Verfahrensablauf eine prozeßsichere Fertigung gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 12 angege- bene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorgeschlagen, daß die Löt- stelle in einem Hülsenabschnitt außerhalb des Bereichs der Sickenverbindung angeordnet ist. Damit kann eine sichere Verbindung des Anschlußdrahts und zugleich ein gleichmäßiger Lötspalt sichergestellt werden. Zur Halterung eines Bauteils ist es weiter von Vorteil, wenn die Endhülse eine Bohrung einer Leiterplatte durchgreift, und wenn die Lötstelle in einem über den Rand der Bohrung überstehenden, im wesentlichen unverformten freien Endabschnitt der Endhülse angeordnet ist. Dabei ist es günstig, wenn die Sickenverbindung im Bereich der Bohrung der Leiterplatte im Abstand von der Leiterfläche, vorteilhafterweise im Bereich eines Mittelabschnitts der Endhülse angeordnet ist.
Um den Verformungsbereich axial zu begrenzen, ist es vorteilhaft, wenn die Sickenverbindung symmetrisch durch mehrere, vorzugsweise vier sternförmig über den Umfang der Endhülse verteilte Sicken gebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Bauelement und gegebenenfalls die Leiterplatte über die Endhülse als mechanisches Verbindungsmittel an einem Gehäuseteil verankert sind.
In besonders bevorzugter Ausführung ist es vorgesehen, daß die Endhülse an ihrem auf den Anschlußdraht aufgesteckten Anschlußende über eine
Schnappverbindung in einem Wanddurchbruch eines die Leiterplatte tragen- den Gehäuseteils axial verschiebefest gelagert ist. Damit kann unabhängig von der Sickenverbindung eine Vormontage der Endhülse erfolgen, bei der ein definierter Rückhaltewiderstand gegen rückseitiges Ausdrücken sichergestellt ist.
Vorteilhafterweise weist der Wanddurchbruch eine Hinterschneidung auf, in welche die Endhülse mit einem als Stirnbund konisch aufgeweiteten Anschlußende auch bei Durchmessertoleranzen definiert einrastbar ist.
Um ein klemmfreies Einsetzen mittels eines Hilfswerkzeugs zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn der an die Hinterschneidung in Einsteckrichtung der Endhülse anschließende Bereich des Wanddurchbruchs durch eine Stufenbohrung gebildet ist, wobei der kleine Bohrungsdurchmesser gegebenenfalls mit Toleranzspiel an den Durchmesser der Endhülse angepaßt ist.
Eine prozeßsichere Lötverbindung wird vorteilhafterweise dadurch gewährleistet, daß die Endhülse gegenüber der Bohrung der Leiterplatte unter Begrenzung eines engen ringförmigen Lötspalts ein Untermaß aufweist.
Zur weiteren Verbesserung auch der unter plastischer Verformung hergestellten Verbindung wird vorgeschlagen, daß der Anschlußdraht aus Kupfer und die Endhülse aus verzinntem Messing besteht.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die eingangs angegebene Aufgabe da- durch gelöst, daß die Endhülse über eine Schnappverbindung in einem Durchbruch des Gehäuseteils verankert wird, und daß der über das Gehäuseteil überstehende freie Endabschnitt der Endhülse durch eine Bohrung der Leiterplatte hindurchgeführt und die Lötverbindung an der außerhalb des Bereichs der Sickenverbindung liegenden Lötstelle hergestellt wird. Eine weitere Verbesserung des Fertigungsablaufs ergibt sich dadurch, daß die Sickenverbindung nach dem Verankern der Endhülse im Bereich eines über den Durchbruch des Gehäuseteils überstehenden Mittelabschnitts der Endhülse hergestellt wird.
Um eine durchgängige galvanische Lötverbindung zwischen der Leiterfläche und dem Anschlußdraht zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn die Endhülse über eine Stirnöffnung ihres freien Endabschnitts innenseitig mit dem Anschlußdraht verlötet wird. Hierbei ist es günstig, wenn die Lötstelle durch Tauchlöten oder Löten mittels Lötwelle unter Kapillarwirkung eines engen ringförmigen Lötspalts zwischen der Endhülse und der Leiterfläche herge- stellt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine elektrische Verbindungsanordnung mit einer Endhülse zur Verbindung eines Anschlußdrahts eines Bauelements mit einer an einem Gehäuseteil gelagerten Leiterplatte in geschnittener Darstellung;
Fig. 2 den Verbindungsbereich nach Fig. 1 ausschnittsweise vergrößert;
Fig. 3 und 4 die mit Sicken bzw. Einprägungen versehene Endhülse im Axialschnitt und in einer entsprechenden Seitenansicht; und
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5 - 5 der Fig. 2.
Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung dient zur mechanischen und elektrischen Verbindung eines nicht gezeigten elektronischen Bauelements mit einem Gehäuseteil 10 und einer breitseitig daran gelagerten Leiterplatte 12. Der bevorzugte Einsatzbereich liegt im Bereich der Automobiltechnik, insbesondere zur Verbindung der Entstördrosseln von Bürstenmotoren mit einer Ansteuerelektronik.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist ein Anschlußdraht 14 des Bauelements in eine hohlzylindrische Endhülse 16 eingeführt und darin über eine Krimpbzw. Sickenverbindung 18 in elektrisch leitender Verbindung festgelegt. Die Endhülse 16 durchgreift einen Wanddurchbruch 20 des Gehäuseteils 10 und eine damit fluchtende Bohrung 22 der Leiterplatte 12 und ist mit ihrem über den Rand der Bohrung 22 überstehenden freien Ende 24 auf der Lötseite 26 der Leiterplatte 10 an einer Lötstelle 28 mit einer Leiterfläche 30 verbunden.
Wie am besten aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich, ist die Sickenverbindung 18 durch vier sternförmig über den Umfang eines Mittelabschnitts 32 der Endhülse 16 verteilte länglich-muldenförmige Einprägungen bzw. Sicken 34 gebildet, die in Umfangsrichtung durch verbleibende Stegbereiche 36 voneinander getrennt sind. Unter plastischer Verformung auch des Anschlußdrahts im Bereich des Sickengrunds (der Einfachkeit halber nicht gezeigt) ergibt sich somit eine unlösbare, starre Verbindung der Verbindungspartner 14, 16. Im Montagezustand liegt der verformte Verbindungsbereich innerhalb der Boh- rung 22 der Leiterplatte 12, während die Lötstelle 28 außerhalb davon in dem im wesentlichen unverformten Endabschnitt 24 der Endhülse 16 angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, zwischen der Endhülse 16 und der Leiterfläche 30 einen definierten engen Lötspalt 38 freizuhalten, in welchen das Lot aufgrund der kapillaren Fülldrucks als ringförmige Löttraube hineingezogen wird.
Zur Lagesicherung ist die Endhülse 16 an ihrem dem Anschlußdraht 14 zugewandten Anschlußende 40 über eine Rast- bzw. Schnappverbindung 42 in dem Wanddurchbruch 20 verschiebefest verankert. Zu diesem Zweck ist der Wanddurchbruch 20 mit einer trichterförmig nach innen sich verjüngenden Hinterschneidung 44 versehen, mit welcher ein konisch aufgeweiteter Stirn- bund 46 der Endhülse 16 in Eingriff bringbar ist. Um ein lagerichtiges Einsetzen der Endhülse 16 zu erleichtern, ist der an die Hinterschneidung 44 anschließende Bereich des Wanddurchbruchs 20 durch eine abgeschrägte Stufenbohrung 48 gebildet, deren kleiner Durchmesser an die Endhülse 16 gegebenenfalls unter Freihaltung eines Toleranzspalts angepaßt ist.
Bei der Herstellung der Verbindungsanordnung wird in einer Vormontagestufe die Endhülse 16 mittels eines Doms als Hilfswerkzeug in den Durchbruch 20 des als Spritzgußteil ausgebildeten Gehäuseteils 10 eingesetzt und über die Schnappverbindung 42 verankert. Sodann wird der Anschlußdraht 14 in die Endhülse 16 eingeführt und die Sickenverbindung 18 mittels eines geeigneten Krimpwerkzeugs hergestellt. Damit wird zugleich eine lagerichtige Fixierung des Bauteils sichergestellt.
Bei der Endmontage wird die Leiterplatte 12 auf den überstehenden Mittelabschnitt 32 der Endhülse 16 aufgesetzt und die Lötverbindung an der im wesentlichen unverformten Lötstelle 28 im Bereich des freien Endabschnitts 24 vorzugsweise mittels Lötwelle in einem Schwallbad hergestellt. Dabei wird über die Stirnöffnung des freien Endabschnitts 24 auch eine innenseiti- ge Lötverbindung zwischen der Endhülse 16 und dem Anschlußdraht 14 erreicht. Die Endhülse stellt zugleich eine mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuseteil 10 und der Leiterplatte 12 sicher.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungsanordnung mit einer über eine Sickenverbindung (18) innenseitig mit einem Anschlußdraht (14) eines Bauelements verbunde- nen und an einer Lötstelle (28) mantelseitig mit einer Leiterfläche (30) einer Leiterplatte (12) verlöteten Endhülse (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstelle (28) in einem Hülsenabschnitt (24) außerhalb des Bereichs der Sickenverbindung (18) angeordnet ist.
2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endhülse (16) eine Bohrung (22) einer Leiterplatte (12) durchgreift, und daß die Lötstelle (28) in einem über den Rand der Bohrung (22) überstehenden, im wesentlichen unverformten freien Endabschnitt (24) der Endhülse (16) angeordnet ist.
3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sickenverbindung (18) im Bereich der Bohrung (22) der Leiterplatte (12) im Abstand von der Leiterfläche (30) angeordnet ist.
4. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sickenverbindung (18) im Bereich eines Mittelabschnitts (32) der Endhülse (16) angeordnet ist.
5. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sickenverbindung (18) durch mehrere, vorzugsweise vier sternförmig über den Umfang der Endhülse (16) verteilte Sicken (34) gebildet ist.
6. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement und gegebenenfalls die Leiter- platte (12) über die Endhülse (16) als mechanisches Verbindungsmittel an einem Gehäuseteil (10) verankert sind.
7. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endhülse (16) an ihrem auf den Anschlußdraht (14) aufgesteckten Anschlußende (40) über eine Schnappverbindung (42) in einem Wanddurchbruch (20) eines die Leiterplatte (12) tragenden Gehäuseteils (10) axial verschiebefest gelagert ist.
8. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wanddurchbruch (20) eine Hinterschneidung (44) aufweist, und daß die Endhülse (16) beim Einstecken in den Wanddurchbruch (20) mit ihrem konisch aufgeweiteten Anschlußende (40) in die Hinterschneidung (44) einrastbar ist.
9. Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Hinterschneidung (44) in Einsteckrichtung der Endhülse (16) anschließende Bereich des Wanddurchbruchs (20) durch eine Stufenbohrung (48) gebildet ist, wobei der kleinere Bohrungsdurch- messer gegebenenfalls mit Toleranzspiel an den Durchmesser der
Endhülse (16) angepaßt ist.
10. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Endhülse (16) gegenüber der Bohrung (22) der Leiterplatte (12) unter Begrenzung eines engen ringförmigen
Lötspalts (22) ein Untermaß aufweist.
11. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußdraht (14) aus Kupfer und die End- hülse (16) aus verzinntem Messing besteht.
12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschlußdraht (14) eines Bauelements und einer an einem Gehäuseteil (10) gelagerten Leiterplatte (12), bei welchem eine Endhülse (16) durch eine Sickenverbindung (18) mit dem Anschlußdraht (14) verbunden und an einer Lötstelle (28) mit einer Leiterfläche (30) der
Leiterplatte (12) verlötet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Endhülse (16) über eine Schnappverbindung (42) in einem Durchbruch (20) des Gehäuseteils (10) verankert wird, und daß der über das Gehäuseteil (10) überstehende freie Endabschnitt (24) der Endhülse (16) durch eine Bohrung (22) der Leiterplatte (12) hindurchgeführt und die Lötverbindung an der außerhalb des Bereichs der Sickenverbindung (18) liegenden Lötstelle (28) hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sik- kenverbindung (18) nach dem Verankern der Endhülse (16) im Bereich eines über den Durchbruch (20) des Gehäuseteils (10) überstehenden Mittelabschnitts (32) der Endhülse (16) hergestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Endhülse (16) über eine Stimöffnung ihres freien Endabschnitts
(24) innenseitig mit dem Anschlußdraht (14) verlötet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötstelle (28) durch Tauchlöten oder Löten mittels Lötwelle unter Kapillarwirkung eines engen ringförmigen Lötspalts (22) zwischen der Endhülse (16) und der Leiterfläche (30) hergestellt wird.
PCT/EP2001/003922 2000-05-04 2001-04-06 Verbindungsanordnung und verfahren zu deren herstellung WO2001084674A1 (de)

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