[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einer Leiterplatte und mindestens einem Stift gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Anbringen von Stiften an einer Leiterplatte gemäss Oberbegriff des Anspruchs 14.
[0002] Es ist bekannt, eine Leiterplatte ("printed circuit board", PCB) mit einem oder mehreren Stiften zu versehen, um daran einen elektrischen Leiter, z.B. einen Einzeldraht oder ein Kabel anschliessen zu können (vgl. z.B. US 6 280 246 B1 und EP 1 801 919 A2).
[0003] Zur Kontaktierung der Stifte mit der Leiterplatte wird u.a. die sogenannte "Pin-in-Paste"-Technik eingesetzt ("PIP"), für welche auch die Bezeichnung "Through-Hole-Reflow-Technology" (THR) verwendet wird. Diese Technik erlaubt es, die Stifte gleichzeitig mit den oberflächenmontierbaren Bauelementen ("Surface-Mounted-Device", SMD) an der Leiterplatte anzubringen. Dazu wird auch an den für die Stifte vorgesehenen Kontaktöffnungen in der Leiterplatte Lotmittel in Form einer Lotpaste aufgetragen, die beim Anbringen der Stifte in der jeweiligen Kontaktöffnung verteilt und anschliessend erwärmt wird. Nach Abkühlen ist eine dauerhafte elektrische Verbindung zwischen Stift und Leiterplatte gebildet.
[0004] Damit die PIP-Technik anwendbar ist, ist der jeweilige Stift so zu dimensionieren, dass die Länge beschränkt ist, mit welcher das Kontaktende des Stiftes aus der Unterseite der Leiterplatte herausragt. Typischerweise ist diese Länge im Bereich von 0.1 und 0.2 mm. Ein zu langes Kontaktende würde dazu führen, dass es bei der Montage die Lotpaste aus der Kontaktöffnung an der Unterseite der Leiterplatte herausstiesse und somit die Gefahr einer ungenügenden elektrischen Verbindung bestünde.
[0005] Die PIP-Technik, wie sie bis jetzt angewandt wurde, erlaubt daher nur auf einer Seite der Leiterplatte Stifte vorzusehen, was die Möglichkeiten der Verbindung mit einem elektrischen Leiter beschränkt.
[0006] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung mit einer Leiterplatte und mindestens einem Stift sowie ein Verfahren zum Anbringen von Stiften an einer Leiterplatte anzugeben, wobei die Anordnung und das Verfahren mehr Möglichkeiten der Verbindung mit einem elektrischen Leiter bieten.
[0007] Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäss Anspruch 1 und das Verfahren gemäss Anspruch 14 gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemässen Anordnung und des erfindungsgemässen Verfahrens sowie einen Aktuator mit einer erfindungsgemässen Anordnung an.
[0008] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
<tb>Fig. 1 <sep>eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemässen Anordnung;
<tb>Fig. 2 <sep>die Anordnung gemäss Fig. 1in einer perspektivischen Ansicht von unten;
<tb>Fig. 3 <sep>eine Explosionsansicht von Halteelement und Stiften der Anordnung gemäss Fig. 1;
<tb>Fig. 4 <sep>eine perspektivische Ansicht von Halteelement und Stiften gemäss Fig. 3 im zusammengefügten Zustand von unten;
<tb>Fig. 5 <sep>eine Explosionsansicht der Anordnung gemäss Fig. 1; und
<tb>Fig. 6 <sep>einen Aktuator mit einer Anordnung gemäss Fig. 1.
[0009] Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Träger in Form einer Leiterplatte 1, auf welcher elektronische Bauelemente 5 und ein Halteelement 15 mit Stiften der ersten Art 11 sowie mit Stiften der zweiten Art 12 angeordnet sind.
[0010] Die elektronischen Bauelemente 5 sind als oberflächenmontierbare Bauelemente (SMD) ausgebildet, die mittels Oberflächenmontagetechnik ("Surface-Mounted-Technology", SMT) an der Leiterplatte 1 angebracht sind, indem sie über lötbare Anschlussflächen direkt auf der Leiterplatte 1 gelötet sind. Die Bauelemente 5 bilden z.B. eine Steuerungselektronik für einen Elektroantrieb eines Aktuators und umfassen dazu ein Chipgehäuse mit einer integrierten Schaltung.
[0011] Die Stifte 11, 12 sind am Halteelement 15 gehalten und ragen beidseitig aus der Leiterplatte 1 heraus, so dass sie im Wesentlichen gerade Verbindungsenden aufweisen. Die Stifte der ersten Art 11 sowie die Stifte der zweiten Art 12 bilden jeweils den männlichen Teil einer Steckverbindung in Form eines Einbausteckers.
[0012] Das Halteelement 15 ist einstückig ausgebildet und aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, das derart temperaturbeständing ist, dass es auch bei einer Anwendung der PIP-Technik schadlos den dort auftretenden Temperaturen ausgesetzt werden kann. Als Material eignet sich z.B. Kunststoff.
[0013] Die Stifte 11 und 12 sind jeweils einstückig und aus Metall gefertigt und haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt.
[0014] Wie in Fig. 2 angedeutet, weist die Leiterplatte 1 Kontaktstellen la auf, welche in vorgegebener Weise über (in den Figuren nicht dargestellten) Leiterbahnen mit den elektrischen Bauelementen 5 verbunden sind. Eine jeweilige Kontaktstelle la weist eine durch die Leiterplatte 1 durchgehende Öffnung auf, in welche das Kontaktende 11a, 12a eines Stiftes 11, 12 greift, und ist über ein Lot mit dem Kontaktende 11a, 12a elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 1 weist weitere Durchgangsöffnungen 1b auf, aus welchen die Verbindungsenden 12b der Stifte der zweiten Art 12 herausragen.
[0015] Wie Fig. 3 zeigt, sind die Stifte der ersten Art 11 im Wesentlichen gerade ausgebildet. Der jeweilige Stift 11 ist zwischen dem Kontaktende 11a und dem Verbindungsende 11b mit einer Verdickung 11c versehen, welche im zusammengesetzten Zustand in einer Durchgangsöffnung 15c im Halteelement 15 zu liegen kommt, wodurch der Stift 11 sicher am Halteelement 15 gehalten ist.
[0016] Der jeweilige Stift der zweiten Art 12 weist ein U-förmig gebogenes Ende auf, indem das Kontaktende 12a über ein quer dazu angeordnetes Stiftsegment 12c mit dem Verbindungsende 12b verbunden ist.
[0017] Das Halteelement 15 weist seitlich Einschnitte 15a auf, welche eine sich verjüngende Form haben und in welchen die Kontaktenden 12a im zusammengefügten Zustand eingeklemmt sind. Das Halteelement 15 weist Durchgangsöffnungen 15d auf, welche jeweils in einem Vorsprung 15b enden, der auf der Unterseite des Halteelements 15 gebildet ist.
[0018] Im zusammengefügten Zustand wie er in Fig. 4zu sehen ist, sind die Verbindungsenden 12b durch die Durchgangsöffnungen 15d hindurchgeführt und ragen aus den Vorsprüngen 15b heraus. Bei den Stiften der ersten Art 11 sowie zweiten Art 12 ragen die Kontaktenden 11a und 12a aus der selben Seite des Halteelements 15 mit einer im Wesentlichen gleichen Länge L heraus. Die Länge L ist so auf die Dicke D der Leiterplatte 1 abgestimmt, dass das mit den Stiften 11, 12 versehene Halteelement 15 geeignet ist, mittels der PIP-Technik an der Leiterplatte 1 zu befestigen (vgl. auch Fig. 5). Typischerweise ist L höchstens das Doppelte von D und bevorzugt höchstens das Anderthalbfache von D.
[0019] Nebst Vorsehen einer für die PIP-Technik geeigneten Länge L der Kontaktenden 11a, 12a gewährleistet das Halteelement 15 auch einen sicheren Halt der Stifte 11, 12 an der Leiterplatte 1. Insbesondere sind mittels des Halteelements 15 auch Stifte 11, 12 sicher an der Leiterplatte 1 gehalten, die besonders lange Verbindungsenden 11b, 12b aufweisen.
[0020] Die Anordnung ist wie folgt herstellbar:
Die Verbindungsenden 12b der Stifte 12 werden durch die Durchgangsöffnungen 15d des Halteelements 15 hindurchgesteckt. Anschliessend werden die Stifte 12 gebogen, um das U-förmige Ende zu bilden, und die Kontaktenden 12a der Stifte 12 in den Einschnitten 15a eingeklemmt. Es ist auch denkbar, die Stifte 12 bereits vorher zu biegen und dann am Halteelement 15 anzubringen.
[0021] Die Kontaktenden 11a der Stifte 11 werden durch die Durchgangsöffnungen 15c des Halteelements 15 getrieben.
[0022] Zur Kontaktierung der Bauelemente 5 und der Stifte 11, 12 mit der Leiterplatte 1 ist die Oberflächenmontagetechnik (SMT) in Kombination mit der PIP-Technik einsetzbar. Dazu wird die Leiterplatte 1 auf der Oberseite, welche die Kontaktseite bildet, mit Lotpaste oder einem anderen geeigneten Lotmittel versehen, so dass sich diese auf den für die Bauelemente 5 vorgesehenen Kontaktstellen sowie auf den für die Kontaktenden 11a, 12a vorgesehenen Kontaktstellen la befindet. Die Durchgangsöffnungen 1b für die Verbindungsenden 12b der Stifte 12 bleiben dabei frei von Lotpaste. Dadurch ist gewährleistet, dass die Verbindungsenden 12b nicht verschmutzt werden, wenn sie durch die Durchgangsöffnungen 1b gesteckt werden.
[0023] Die Bauelemente 5 und das Halteelement 15 mit den Stiften 11, 12 werden auf die Oberseite der Leiterplatte 1 gelegt. Dabei werden die Verbindungsenden 12b der Stifte 12 durch die Durchgangsöffnungen 1b hindurchgeführt, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist. Die Vorsprünge 15b des Halteelements 15 kommen dabei in den Durchgangsöffnungen 1b zu liegen und die Verbindungsenden 12b ragen aus der Unterseite der Leiterplatte 1 heraus. Im Weiteren durchdringt das jeweilige Kontaktende 11a, 12a beim Anbringen auf der Oberseite der Leiterplatte 1 die Lotpaste, so dass diese in der jeweiligen Durchgangsöffnung la der Kontaktstelle 1a verteilt wird.
[0024] Anschliessend wird zum Aufschmelzen der Lotpaste die bestückte Leiterplatte 1 in üblicher Weise erhitzt, z.B. mittels Wiederaufschmelzlöten ("reflow soldering"). Nach dem Abkühlen sind die Bauelemente 5 und die Kontaktenden 12a, 12b dauerhaft mit den entsprechenden Kontaktstellen elektrisch verbunden.
[0025] Die Anordnung gemäss Fig. 1ist z.B. Teil eines Aktuators, wie er in Fig. 6 zu sehen ist. Dieser umfasst einen in einem Aktuatorgehäuse 19 angeordneten Elektroantrieb 20, der mit einem ersten Steckergehäuse 21 versehen ist. Das Aktuatorgehäuse 19 weist weiter ein nach aussen gerichtetes zweites Steckergehäuse 22 auf. Die Anordnung mit der Leiterplatte 1 und den Stiften 11, 12 ist im Aktuatorgehäuse 19 aufgenommen, wobei die Stifte der ersten Art 11 in das erste Steckergehäuse 21 eingesteckt sind, um sie so mit den Spulen des Elektroantriebs 20 zu verbinden. Zur Kontaktierung der Stifte der zweiten Art 12 ist in das zweite Steckergehäuse 22 eine Kupplung anschliessbar, die den weiblichen Teil der Steckverbindung bildet und die am Ende eines Kabels angebracht ist.
[0026] Die erfindungsgemässe Anordnung und das erfindungsgemässe Verfahren haben u.a. den Vorteil, dass beidseitig der Leiterplatte ein elektrischer Leiter an den Stiften anschliessbar ist.
[0027] Im Weiteren ist es möglich, die Stifte der ersten sowie zweiten Art gleichzeitig mit den elektronischen Bauelementen an der Leiterplatte anzubringen. Insbesondere kann die PIP-Technik in Kombination mit der Oberflächenmontagetechnik verwendet werden. Dabei ist sichergestellt, dass die Verbindungsenden der Stifte der ersten sowie zweiten Art nicht mit Lotmittel verschmutzt und die Kontaktenden der Stifte mittels des Lotmittels zuverlässig elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden. Insgesamt kann die Herstellungsanlage zur Herstellung der Anordnung vereinfacht und die Herstellungszeit der Anordnung reduziert werden.
[0028] Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
[0029] Die Stifte 11 oder 12 brauchen nicht unbedingt eine Steckverbindung zu bilden. Es ist auch denkbar, einen Stift direkt mit einem als elektrischen Leiter dienenden Draht zu kontaktieren, indem dieser z.B. um den Stift gewickelt wird.
[0030] Die Anzahl der Stifte 11 oder 12 braucht nicht so zu sein wie in den Figuren gezeigt, sondern ist an den jeweiligen Anwendungszweck der Anordnung angepasst.
The present invention relates to an arrangement with a printed circuit board and at least one pin according to the preamble of claim 1 and to a method for attaching pins to a printed circuit board according to the preamble of claim 14.
It is known to provide a printed circuit board (PCB) with one or more pins for attaching thereto an electrical conductor, e.g. a single wire or a cable can be connected (see, for example, US 6 280 246 B1 and EP 1 801 919 A2).
To contact the pins with the circuit board u.a. The so-called "pin-in-paste" technique used ("PIP"), for which the term "Through Hole Reflow Technology" (THR) is used. This technique allows the pins to be attached to the circuit board simultaneously with surface-mounted devices (SMDs). For this purpose, solder is applied in the form of a solder paste also at the intended for the pins contact openings in the circuit board, which is distributed during the attachment of the pins in the respective contact opening and then heated. After cooling, a permanent electrical connection between the pin and circuit board is formed.
So that the PIP technique is applicable, the respective pin is to be dimensioned so that the length is limited, with which the contact end of the pin protrudes from the underside of the circuit board. Typically, this length is in the range of 0.1 and 0.2 mm. Too long a contact end would cause the solder paste to be ejected from the contact opening on the underside of the printed circuit board during assembly and therefore to run the risk of an insufficient electrical connection.
The PIP technique, as used until now, therefore allows to provide only on one side of the circuit board pins, which limits the possibilities of connection to an electrical conductor.
An object of the present invention is to provide an arrangement with a printed circuit board and at least one pin and a method for attaching pins to a printed circuit board, wherein the arrangement and the method provide more possibilities of connection to an electrical conductor.
This object is achieved by the arrangement according to claim 1 and the method according to claim 14. The further claims indicate preferred embodiments of the inventive arrangement and the inventive method and an actuator with an inventive arrangement.
The invention will be explained below with reference to an embodiment with reference to figures. Show it
<Tb> FIG. 1 <sep> is a perspective view of the arrangement according to the invention;
<Tb> FIG. 2 <sep> the arrangement according to FIG. 1 in a perspective view from below;
<Tb> FIG. 3 <sep> an exploded view of retaining element and pins of the arrangement according to FIG. 1;
<Tb> FIG. 4 <sep> is a perspective view of holding element and pins according to FIG. 3 in the assembled state from below;
<Tb> FIG. 5 <sep> is an exploded view of the arrangement according to FIG. 1; and
<Tb> FIG. 6 <sep> an actuator with an arrangement according to FIG. 1.
Fig. 1 shows an arrangement with a carrier in the form of a printed circuit board 1, on which electronic components 5 and a holding element 15 with pins of the first type 11 and with pins of the second type 12 are arranged.
The electronic components 5 are formed as surface mount devices (SMD), which are mounted by means of surface mounting technology ("Surface Mounted Technology", SMT) to the circuit board 1 by being soldered via solderable pads directly on the circuit board 1. The components 5 form e.g. a control electronics for an electric drive of an actuator and to include a chip package with an integrated circuit.
The pins 11, 12 are held on the holding element 15 and protrude on both sides of the circuit board 1, so that they have substantially straight connection ends. The pins of the first type 11 and the pins of the second type 12 each form the male part of a connector in the form of a built-in connector.
The holding member 15 is integrally formed and made of an electrically insulating material which is temperature resistant so that it can be exposed to the temperatures occurring there without damage even in an application of the PIP technique. As the material is suitable e.g. Plastic.
The pins 11 and 12 are each made in one piece and made of metal and have a rectangular cross-section in the present embodiment.
As indicated in Fig. 2, the circuit board 1 contact points la, which are connected in a predetermined manner via (not shown in the figures) printed conductors to the electrical components 5. A respective contact point la has an opening extending through the printed circuit board 1 into which the contact end 11a, 12a of a pin 11, 12 engages, and is electrically connected to the contact end 11a, 12a via a solder. The circuit board 1 has further passage openings 1b, from which the connecting ends 12b of the pins of the second type 12 protrude.
As shown in FIG. 3, the pins of the first type 11 are substantially straight. The respective pin 11 is provided between the contact end 11a and the connecting end 11b with a thickening 11c, which comes to lie in the assembled state in a through hole 15c in the holding element 15, whereby the pin 11 is securely held on the holding element 15.
The respective pin of the second type 12 has a U-shaped bent end by the contact end 12a is connected via a transversely arranged thereto pin segment 12c with the connection end 12b.
The holding member 15 has laterally recesses 15a, which have a tapered shape and in which the contact ends 12a are clamped in the assembled state. The holding element 15 has passage openings 15d which each end in a projection 15b which is formed on the underside of the holding element 15.
In the assembled state, as seen in Fig. 4, the connecting ends 12b are passed through the through holes 15d and protrude from the projections 15b. In the case of the pins of the first type 11 and second type 12, the contact ends 11a and 12a protrude from the same side of the retaining element 15 with a substantially equal length L. The length L is matched to the thickness D of the printed circuit board 1 such that the holding element 15 provided with the pins 11, 12 is suitable for fixing to the printed circuit board 1 by means of the PIP technique (see also Fig. 5). Typically, L is at most twice D, and preferably at most one and a half times D.
In addition to providing a suitable for the PIP technology length L of the contact ends 11a, 12a, the holding member 15 also ensures a secure fit of the pins 11, 12 on the circuit board 1. In particular, by means of the holding member 15 and pins 11, 12 to secure held the circuit board 1, the extra long connecting ends 11b, 12b have.
The arrangement can be produced as follows:
The connecting ends 12b of the pins 12 are inserted through the through holes 15d of the holding member 15. Subsequently, the pins 12 are bent to form the U-shaped end, and the contact ends 12a of the pins 12 are clamped in the recesses 15a. It is also conceivable to bend the pins 12 in advance and then attach them to the retaining element 15.
The contact ends 11a of the pins 11 are driven through the through holes 15c of the holding member 15.
For contacting the components 5 and the pins 11, 12 with the circuit board 1, the surface mounting technology (SMT) can be used in combination with the PIP technique. For this purpose, the printed circuit board 1 is provided on the upper side, which forms the contact side, with solder paste or other suitable solder, so that it is located on the provided for the components 5 contact points and on the contact points 11a, 12a provided contact points la. The through holes 1b for the connection ends 12b of the pins 12 remain free of solder paste. This ensures that the connection ends 12b are not contaminated when they are inserted through the through holes 1b.
The components 5 and the holding member 15 with the pins 11, 12 are placed on top of the circuit board 1. In this case, the connection ends 12b of the pins 12 are passed through the passage openings 1b, as indicated in Fig. 5. The projections 15b of the holding element 15 come to lie in the through holes 1b and the connecting ends 12b protrude from the underside of the circuit board 1 out. In addition, the respective contact end 11a, 12a penetrates the solder paste when it is mounted on the upper side of the printed circuit board 1, so that it is distributed in the respective passage 1a of the contact point 1a.
Subsequently, for the soldering of the solder paste, the printed circuit board 1 is heated in a conventional manner, e.g. by reflow soldering. After cooling, the components 5 and the contact ends 12a, 12b are permanently connected to the corresponding contact points.
The arrangement according to Fig. 1 is e.g. Part of an actuator, as seen in Fig. 6. This comprises an electric drive 20 arranged in an actuator housing 19, which is provided with a first connector housing 21. The actuator housing 19 further has an outwardly directed second connector housing 22. The arrangement with the circuit board 1 and the pins 11, 12 is received in the actuator housing 19, wherein the pins of the first type 11 are inserted into the first connector housing 21 so as to connect them to the coils of the electric drive 20. For contacting the pins of the second type 12, a coupling can be connected in the second connector housing 22, which forms the female part of the connector and which is attached to the end of a cable.
The inventive arrangement and the inventive method have u.a. the advantage that on both sides of the circuit board, an electrical conductor is connected to the pins.
Furthermore, it is possible to attach the pins of the first and second type simultaneously with the electronic components on the circuit board. In particular, the PIP technique can be used in combination with the surface mount technique. It is ensured that the connecting ends of the pins of the first and second type are not contaminated with solder and the contact ends of the pins are reliably electrically connected to the circuit board by means of the solder. Overall, the manufacturing equipment for manufacturing the device can be simplified and the manufacturing time of the device can be reduced.
Numerous modifications will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims.
The pins 11 or 12 do not necessarily need to form a connector. It is also conceivable to contact a pin directly with a wire serving as an electrical conductor, by this e.g. wrapped around the pen.
The number of pins 11 or 12 need not be as shown in the figures, but is adapted to the particular application of the arrangement.