WO2005107019A1 - Pin zur lötfreien elektrischen verbindung mit einer leiterplatte, ein einpresswerkzeug sowie verfahren zur herstellung einer lötfreien elektrischen verbindung - Google Patents

Pin zur lötfreien elektrischen verbindung mit einer leiterplatte, ein einpresswerkzeug sowie verfahren zur herstellung einer lötfreien elektrischen verbindung Download PDF

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Bernd Eckert
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    • Y10T29/532—Conductor
    • Y10T29/53209—Terminal or connector

Definitions

  • Pin for solderless electrical connection to a printed circuit board, a press-in tool and method for producing a solderless electrical connection
  • the invention relates to a pin for solderless electrical connection to a circuit board, a press-in tool for inserting at least one such pin into a circuit board and a method for producing a solderless electrical connection of a pin to a circuit board using this press-in tool.
  • pins are used, for example, in large numbers for power strips for control units which are used in motor vehicles, the pins being either soldered or pressed into the associated printed circuit board.
  • the pins When the pins are pressed in, they have a special elastic press-in zone for producing a solderless electrical connection with a metallized circuit board hole, which is plastically and elastically deformed when pressed into the circuit board hole and adapts to the hole diameter.
  • the invention has for its object to provide a pin, a press-in tool and a method of the type mentioned, which enables the production of differently designed connector strips without lost assembly aid with high manufacturing quality.
  • this object is achieved by a press-in tool for inserting at least one pin according to claim 6 and by a method for producing a solderless electrical connection of a pin to a printed circuit board according to claim 8.
  • a preferred further embodiment of the press-in tool is specified in claim 7.
  • connector strips with improved manufacturing quality can advantageously be produced, the large elastic regions in the connecting section of the pins leading to mechanical decoupling between an insulating body and the printed circuit board, with the result that even large connector strips also have Pin numbers of more than ten unemployed can be realized.
  • the arrangement with an angled connector strip can be as flexible as with I_öttechnik, and the use of the addressing technology advantageously reduces the size of the tabular zones compared to the known selective oil processes.
  • Different thermal expansion coefficients can advantageously be compensated for by the mechanical decoupling between the insulating body or connector strip and the printed circuit board through the areas not loaded with lost assembly aid, as can relative movements of the connector strips to the printed circuit board.
  • the press-in tool according to the invention which is provided not only for inserting and pressing in a pin, but also in a corresponding arrangement in groups for inserting and pressing in pin groups, advantageously takes over the guiding of the angled pins during assembly, without additional remaining assembly aids , such as lost threading plates, are required.
  • the pins according to the invention can be produced extremely simply from a single stamped part after a single unwinding around an axis in the stamping plane without additional further deformation of the fastening section and the contact profile before pressing.
  • pins, the press-in tool and the method enable automated, monitored assembly of plug strips with high process reliability at low cost.
  • Figure 1 is a perspective view of an embodiment of an angled pin
  • Figure 2 is a front view of the pin of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a section of a row of pins according to FIG. 1 with a partially cut-in press-in tool before it is pressed into a printed circuit board;
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3 after pressing the pins and before removing the press tool. DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
  • FIG. 1 shows a perspective view of an angled pin 10, FIG. 2 showing a front view or top view of the section with the press-in end.
  • the pin 10 is provided for a solderless electrical connection to a circuit board, not shown.
  • Such pins are usually provided in a number of ten or more in one or more rows for arrangement in a connector strip, which are in electrically conductive connection with assigned conductor points on a printed circuit board via the pins.
  • the pin 10 consists of an angled stamped sheet metal profile and has a contact pin section 11, a first fastening section 12 for fastening the pin 10 in a plug or a connector strip (not shown), a connecting section 13, which is preferably around 90 about an axis lying in the punch plane ° is angled and extends to an abutment profile 14, and a second fastening section 15 with a press-in region 16 with deformable legs 16 ', which is at least elastic and possibly plastic for being pressed into a circuit board hole (not shown in FIGS. 1 and 2) is deformable to adapt to the diameter of the circuit board hole.
  • the pin 10 can also have multiple bends by, for example, 2 x 45 ° or other angles.
  • the pin 10 which consists of a stamped sheet metal profile, has in its first fastening section 12 an abutment and fastening profile 17 which is located on the punching plane on both sides of the pin 10
  • the contact profile 14 is also in the punching plane and merges on both sides of the pin 10 via a conical transition section 22 into an extension section 18, which is stepped in a wider manner on both sides
  • Contact section 19 continues, as will be explained in more detail below, the contact section 19 is provided for attaching a press-in tool which is removed again after the pin 10 has been pressed in.
  • FIG. 3 several pins 10 'with longer shafts are arranged in a row by way of example, a press-in tool 24 being placed over the angled section of the pins 10 with slight play as a guide and for stiffening, and with its lower end 29 on the contact profile 19 with a small amount Overlap rests, as can be seen from the partial section.
  • the contact section 19 has a contact shoulder 20.
  • a support section 21 is formed, with which the pin 10 rests on the surface of a printed circuit board 30 after being pressed in.
  • FIG. 3 and 4 schematically show part of a row of pins with a press-in tool 24 attached before being inserted into holes 25 in the printed circuit board 30 and after being pressed into these holes 25, the press-in area 16 of the second fastening section 15 being elastically and plastically deformed and firmly electrically conductive is connected to an electrically conductive inner hole coating.
  • the bearing section 21 of each pin 10 rests on the surface 27 of the printed circuit board 30 after being pressed in, but, as shown in FIG. 4, can also remain at a defined distance.
  • the press-in tool 24 consists of a dimensionally stable guiding and stiffening body 23 which can be attached to the respective pin 10 and which, as can be seen in FIGS. 3 and 4, has the corresponding indentations 28 for the pins 10, which are perpendicular to the plane of the drawing in FIGS 4 are open to the rear so that the press-in tool 24 can be attached and then removed again after the pressing-in.
  • the dimensionally stable guide and stiffening body 23 has a section 29 on its underside for acting on the abutment shoulder 20 of the abutment section 19 of the abutment profile 14.
  • the section 29 is formed in the underside of the press-in tool 24 in the form of a groove 31, which is slightly wider than the thickness of pin 10.
  • press-in tool 24 To remove the press-in tool 24, it is first raised to such an extent that the pin shafts or the contact profile 14 of the pins 10 are exposed, and then the press-in tool is removed from the image plane of FIGS. 3 and 4 upwards.
  • the press-in tool 24 is stable and can also be provided with a matrix of molded-in pin receptacles 28 which are arranged one behind the other in several planes.
  • the dimensionally stable guide and stiffening body 23 with the contact profile 31 ensures safe guidance and stiffening of the pin 10 when pressed in.

Abstract

Ein Pin (10) zur lötfreien elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte besteht aus einem Stanzblechprofil mit einem Kontaktstiftabschnitt (11) für einen Stecker bzw. eine Steckerleiste, einem ersten Befestigungsabschnitt (12) für den Stecker bzw. die Steckerleiste, einem Verbindungsabschnitt (13) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (15) mit einem Einpreßbereich (16), der in ein Leiterplattenloch zumindest elastisch zur Anpassung an den Lochdurchmesser verformbar ist. Der Pin (10) weist in der Stanzebene ein Anlageprofil (14, 18, 19) für ein Einpreßwerkzeug (24) auf und ist in seinem Verbindungsabschnitt (13) einfach aus der Stanzebene abgewinkelt. Für das Einsetzen wenigstens eines Pins (10) ist ein ansetzbares und nach ein Einpressen wieder entfernbares Einpreßwerkzeug vorgesehen, das jeden Pin führt und versteift, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer lötfreien elektrischen Verbindung eines Pins mit einer Leiterplatte unter Verwendung des Einpreßwerkzeugs.

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 STUTTGART
Pin zur lötfreien elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte,, ein Einpreßwerkzeug sowie Verfahren zur Herstellung einer lötfreien elektrischen Verbindung
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft einen Pin zur lötfreien elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte, ein Einpreßwerkzeug zum Einsetzen wenigstens eines derartigen Pins in eine Leiterplatte sowie ein Verfahren zur Herstellung einer lötfreien elektrischen Verbindung eines Pins mit einer Leiterplatte unter Verwendung dieses Einpreßwerkzeugs.
Derartige Pins werden beispielsweise in großer Zahl bei Steckerleisten für Steuergeräte verwendet, die in Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, wobei die Pins in die zugeordnete Leiterplatte entweder eingelötet oder eingepreßt wurden. Bei dem Einpressen der Pins besitzen diese zur Herstellung einer lötfreien elektrischen Verbindung mit einem metallisierten Leiterplattenloch eine spezielle elastische Einpreßzone, die beim Einpressen in das Leiterplattenloch plastisch und elastisch verformt wird und sich an den Lochdurchmesser anpaßt.
Die Formstabilität der Pins, die entweder von Draht gezogen oder im Hinblick auf die Steckseitenspitzengeometrie aus Flachband gestanzt sind, ist nur begrenzt. Daher werden bisher für das Einsetzen Montagehilfen verwendet, die als separates Teil beim Zusammenbau von Steckerleisten aufgesetzt und nach Montage der Steckerleiste im Gerät verbleiben. Darüber hinaus gibt es auch bei Sleckerleislen mit geraden oder komplett eingebetteten abgewinkelten Pins Sonderkonstruktionen, bei denen stets ein direkt an die Steckerleisten eingespritztes Kunststoffgehäuse verwendet wird. Da Steckerleisten bis zu ca. 100 Pins aufweisen, besteht dabei die Gefahr, daß durch die kurzen elastischen Bereiche der freien Schäfte der Pins zwischen dem Isolierkörper der Steckerleiste und der Kontaktstelle in der Leiterplatte eine enge mechanische Kopplung auftritt, welche aufgrund des sogenannten Bimetalleffekts der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine hohe mechanische Belastung der eingepreßten Kontaktstellen hervorruft. Um diesem Nachteil zu begegnen, sind bisher aufwendige Maßnahmen erforderlich, die den Fertigungsaufwand erhöhen und die Freiheiten für die Steckerleistenkomtruktion einschränken.
Aus der U.S. 6,106,308 A ist bereits ein Pin der eingangs genannten Art bekannt, der aus einem zweifach abgewinkelt gestanzten Element besteht, das im Bereich eines Steckers eine abgewinkelte offene Buchse aufweist und im Einsatzbereich eine S-förmig aus der Stanzebene herausragende Schulter besitzt. Durch die mehrfache Abwinklung des Verbmdungsabschnitts des Pins in der Stanzebene wird zwar die Sleifigkeit in der Stanzebene verbessert, ist jedoch senkrecht zu dieser nach wie vor unzureichend. Deshalb werden auch hier die zuvor erwähnten verlorenen Montagehilfen benötigt, deren Nachteile oben beschrieben wurden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pin, ein Einpreßwerkzeug sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, die ohne verlorene Montagehilfe mit hoher Fertigungsqualität die Herstellung von unterschiedlich gestaltbaren Steckerleisten ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Pin mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst, wobei weitere Ausgestaltungen dieses Pins in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben sind.
Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein Einpreßwerkzeug zum Einsetzen wenigstens eines Pins gemäß Anspruch 6 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer lötfreien elektrischen Verbindung eines Pins mit einer Leiterplatte gemäß Anspruch 8 gelöst.
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung des Einpreßwerkzeugs ist im Anspruch 7 angegeben.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Pins, des Einpreßwerkzeugs und des Verfahrens lassen sich vorteilhaft Steckerleisten mit verbesserter Fertigungsqualität herstellen, wobei die großen elastischen Bereiche im Verbindungsäbschnitt der Pins zu einer mechanischen Entkopplung zwischen einem Isolierkörper und der Leiterplatte mit der Folge führen, daß auch große Steckerleisten mit Pin- Zahlen von mehr als zehn unemgeschränkt verwirklicht werden können. Dabei kann die Anordnung bei einer abgewinkelten Steckerleiste ebenso flexibel erfolgen wie bei der I_öttechnik, und durch den Einsatz der Empreßtechnik werden vorteilhaft die Täbuzonen gegenüber den bekannten Selektiv- -LOlverfähren verkleinert. Vorteilhaft können unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten durch die mechanische Entkopplung zwischen dem Isolierkörper bzw. Steckerleiste und der Leiterplatte durch die nicht mit verlorener Montagehilfe belasteten Bereiche ebenso ausgeglichen werden wie Relativbewegungen der Steckerleisten zur Leiterplatte.
Das erfindungsgemäße Einpreßwerkzeug, das nicht nur für das Einsetzen und Einpressen eines Pins, sondern in gruppenweiser entsprechender Anordnung auch für das Einsetzen und die Einpressung von Pin-Gruppen vorgesehen ist, übernimmt vorteilhaft die Führung der abgewinkelten Pins bei der Montage, ohne daß zusätzliche verbleibende Montagehilfen, wie beispielsweise verlorene Fädelplatten, erforderlich sind.
Die erfindungsgemäßen Pins lassen sich außerordentlich einfach aus einem einzigen Stanzteil nach einmaliger Abwicklung um eine Achse in der Stanzebene ohne zusätzliche weitere Verformung des Befestigungsäbschnitts und des Anlageprofils vor dem Einpressen herstellen. Durch Anordnung von derartigen Pins in mehreren Gruppen kann vorteilhaft eine hohe Flexibilität bei der Herstellung von Steckerleisten erreicht werden, wobei vorteilhaft auch sogenannte Minderbestückungen unemgeschränkt möglich sind.
Günstig ist weiterhin, daß mit den Pins, dem Einpreßwerkzeug und dem Verfahren eine automatisierte überwachte Montage von Steckerleisten mit hoher Prozeßzuverlässigkeit kostengünstig ermöglicht wird.
ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines abgewinkelten Pins;
Figur 2 eine Vorderansicht des Pins gemäß Figur 1 ;
Figur 3 einen Ausschnitt aus einer Reihe von Pins gemäß Fig. 1 mit einem aufgesetzten teilgeschnittenen Einpreßwerkzeug vor dem Einpressen in eine Leiterplatte; und
Figur 4 eine Ansicht ähnlich Figur 3 nach dem Einpressen der Pins und vor dem Entfernen des Einpreßwerkzeugs. BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines abgewinkelten Pins 10 dargestellt, wobei Figur 2 eine Vorderansicht bzw. Draufsicht auf den Abschnitt mit dem Einpreßende zeigt. Der Pin 10 ist für eine lötfreie elektrische Verbindung mit einer nicht dargestellten Leiterplatte vorgesehen. Derartige Pins sind üblicherweise in einer Zahl von zehn und mehr in einer oder mehreren Reihen für die Anordnung in einer Steckerleiste vorgesehen, die über die Pins in elektrisch leitende Verbindung mit zugeordneten Leilerpunkten auf einer Leiterplatte sind.
Der erfindungsgemäße Pin 10 besteht aus einem abgewinkelten Stanzblechprofil und weist einen Kontaktstiftabschmtt 11, einen ersten Befestigungsäbschnitt 12 für die Befestigung des Pins 10 in einem nicht dargestellten Stecker bzw. einer Steckerleiste, einen Verbmdungsabschnitt 13, der um eine in der Stanzebene liegende Achse vorzugsweise um 90° abgewinkelt ist und sich bis zu einem Anlageprofil 14 erstreckt, und einen zweiten Befestigungsabschnitt 15 mit einem Einpreßbereich 16 mit verformbaren Schenkeln 16' auf, der für das Einpressen in ein in Figur 1 und 2 nicht dargestelltes Leiterplattenloch s-umindest elastisch und ggf. plastisch verformbar ist, um sich an den Durchmesser des Leiterplattenlochs anzupassen. Der Pin 10 kann auch Mehrfachäbbiegungen um beispielsweise 2 x 45° oder andere Winkel aufweisen.
Der aus einem Stanzblechprofil bestehende Pin 10 besitzt in seinem ersten Befestig_mgsabschnitt 12 ein Anlage- und Befestigungsprofil 17, das sich in der Stanzebene zu beiden Seiten des Pins 10
•erstreckt. Das Anlageprofil 14 befindet sich nach dem Stanzen des Pins 10 und vor dem Abwinkein des Verbindungsabschnitts 13 ebenfalls in der Stanzebene und geht an beiden Seiten des Pins 10 über einen konischen Übergangsäbschnitt 22 in einen Erweiterungsäbschnitt 18 über, der sich stufenförmig zu beiden Seiten in einen breiteren Anlageabschnitt 19 fortsetzt Der Anlageabschnitt 19 ist, wie unten noch näher ausgeführt wird, für das Ansetzen eines Einpreßwerkzeugs vorgesehen, das nach dem Einpressen des Pins 10 wieder entfernt wird.
In Figur 3 sind beispielhaft mehrere Pins 10' mit längerem Schaft in einer Reihe angeordnet, wobei ein Einpreßwerkzeug 24 über den abgewinkelten Abschnitt der Pins 10 mit geringfügigem Spiel als Führung und zur Versteifung aufgesetzt und mit seinem unteren Ende 29 auf dem Anlageprofil 19 mit einem geringen Überstand aufliegt, wie gut aus dem Teilschnitt erkennbar ist. Hierzu weist der Anlageabschnitt 19, wie gut aus Figur 2 erkennbar, eine Anlageschulter 20 auf. An seiner Unterseite ist ein Auflageabschnitt 21 gebildet, mit dem der Pin 10 nach dem Einpressen auf der Oberfläche einer Leiterplatte 30 aufliegt. In den Figuren 3 und 4 ist schematisiert ein Teil einer Pinreihe mit aufgesetztem Einpreßwerkzeug 24 vor dem Einsetzen in Löcher 25 der Leiterplatte 30 und nach dem Einpressen in diese Löcher 25 gezeigt, wobei der Einpreßbereich 16 des zweiten Befestigirngsabschnitts 15 elastisch und plastisch verformt fest elektrisch leitend mit einer elektrisch leitenden Lochinnenbeschichtung verbunden ist. Der Auflageabschnitt 21 jedes Pins 10 ruht nach dem Einpressen auf der Oberfläche 27 der Leiterplatte 30, kann jedoch, wie in Figur 4 gezeigt, auch in einem definierten Abstand verbleiben.
Das Einpreßwerkzeug 24 besteht aus einem an dem jeweiligen Pin 10 ansetzbaren formstabilen Führungs- und Versteifungskörper 23, der, wie in den Figuren 3 und 4 erkenntlich, für die Pins 10 jeweils deren Form entsprechende Einformungen 28 aufweist, die senkrecht zur Zeichenebene der Figuren 3 und 4 nach hinten offen sind, um das Einpreßwerkzeug 24 ansetzen und anschließend nach dem Einpressen wieder entfernen zu können.
Der formstäbile Führungs- und Versteifungskörper 23 besitzt in den Figuren 3 und 4 an seiner Unterseite einen Abschnitt 29 zum Beaufschlagen der Anlageschulter 20 des Anlageabschnitts 19 des Anlageprofils 14. Der Abschnitt 29 ist in die Unterseite des Einpreßwerkzeugs 24 in Form einer Nut 31 eingeformt ist, die geringfügig breiter ist als die Dicke des Pins 10.
Zum Entfernen des Einpreßwerkzeugs 24 wird dieses zunächst soweit angehoben, daß die Pinschäfte bzw. das Anlageprofil 14 der Pins 10 freiliegt, und anschließend wird das Einpreßwerkzeug aus der Bildebene der Figuren 3 und 4 nach oben entfernt.
Das Einpreßwerkzeug 24 ist foπnstabil und kann auch mit einer Matrix von eingeformten Pinaufnahmen 28 versehen sein, die in mehreren Ebenen hintereinander versetzt angeordnet sind. Dabei sorgt der formstabile Führungs- und Versteifungskörper 23 mit dem Anlageprofil 31 für eine sichere Führung und Aussteifung des Pins 10 beim Einpressen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Pin (10) zur lötfreien elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte (30), bestehend aus einem Stanzblechprofil mit einem Kontalrtstiflabschnitt (11) für einen Stecker bzw. eine Steckerleiste; einem ersten Befestigungsäbschnitt (12) für den Stecker bzw. die Steckerleiste; einem Verbindungsäbschnitt (13) und einem zweiten Befestigungsabschnitt (15) mit einem Einpreßbereich (16), der in ein Loch (25) der Leiterplatte (30) zumindest elastisch zur Anpassung an den Lochdurchmesser verformbar ist, wobei der Pin (10) in der Stanzebene ein Anlageprofil (14, 18, 19) für ein Einpreßwerkzeug (24) aufweist, und wobei der Pin (10) in seinem Verbindungsabschnitt (13) aus der Stanzebene abgewinkelt ist.
2. Pin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlageprofil (14) einen
Erweiterungsäbschnitt (18) und einen Anlageabschnitt (19) aufweist.
3. Pin nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anlageäbschnitt (19) senkrecht von dem Pin (10) nach außen erstreckt.
4. Pin nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlageprofil (14) einen Auflageabschnitt (21) für den Anschlag des Pins (10) beim Einpressen in die Leiterplatte (30) aufweist.
5. Pin nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlageprofil
(14) in dem Bereich zwischen dem Verbindungsäbschnitt (13) und dem zweiten Befestigungsäbschnitt
(15) angeordnet ist.
6. Einpreßwerkzeug zum Einsetzen wenigstens eines Pins (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche in eine Leiterplatte (30), bestehend aus einem an dem jeweiligen Pin (10) ansetzbaren formstabilen Führungs- und Versteifungskörper (23), der einen Abschnitt (29) zum Beaufschlagen des Anlageprofils (14) des Pins (10) aufweist und nach Einpressen in die Leiterplatte (30) des wenigstens einen Pins (10) entfernbar ist.
7. Einpreßwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Beaufschlagungsabschnitt (22) am Ende des Führungs- und Versteifungskörpers (23) mit geringem Überstand gebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer lötfreien elektrischen Verbindung eines Pins (10) nach Anspruch 1 mit einer Leiterplatte (30), dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pin (10) zunächst formentsprechend durch ein formstabiles Einpreßwerkzeug (24) versteift und anschließend an seinem Anlageprofil (14) mittels des Einpreßwerkzeugs (24) zum Einsetzen in ein zugeordnetes Loch (25) der Leiterplatte (30) beaufschlagt wird, wonach das Einpreßwerkzeug (24) vom eingepressten Pin (10) entfernt wird.
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