DE10061533B4

DE10061533B4 - Selbsttragende Kontaktfeder, insbesondere für einen Smartcard-Connector

Info

Publication number: DE10061533B4
Application number: DE2000161533
Authority: DE
Inventors: Jochen Rumpel; Gerhard Braun
Original assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Current assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: EP1342293A1; WO2002049164A1; CN1479959A; CN100397719C; DE10061533A1

Abstract

Kontaktelement für die Kontaktierung einer Kontaktzone einer Smartcard mittels eines Kontaktelementarms (12), der innerhalb eines Rahmens (11) befestigt ist, wobei der Rahmen (11) und der Kontaktelementarm (12) einstückig ausgebildet sind, der Rahmen (11) durch Längs- und Querarme in sich geschlossen ist, und an einem (17) der Querarme (17, 18) der Kontaktelementarm (12) angelenkt ist und an dem Querarm (18) ohne Kontaktelementarmanlenkung ein Abwinkelabschnitt (25) und angrenzend daran ein flacher plattenförmiger oder stegförmiger Auflageabschnitt (26) ausgebildet ist, wobei der Abwinkelabschnitt (25) zusammen mit dem Auflageabschnitt (26) einen Längs- oder Auflagearm (29) bildet, der mit einer Auflagefläche (30) auf der Oberseite einer Leiterplatte (9) aufliegen kann, und wobei der Auflageabschnitt (26) und der Querarm (17) mit Kontaktelementarmanlenkung Oberflächen besitzen, die gegenüber der durch die Oberflächen der Längsarme (15, 16) und des Querarms (18) ohne Kontaktelementarmanlenkung aufgespannten Ebene, die eine Auflagefläche für die Smartcard definiert, nach unten versetzt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktfeder bzw. ein Kontaktelement, welches insbesondere für die Kontaktierung einer Kontaktzone eines Smartcard-Connectors (Chipkartenlesers, Kartenlesers) bzw. die Kontaktierung von Batterien und Mikrophonen geeignet ist.
Smartcard-Connectoren werden in großem Umfang beispielsweise in der Geschäftswelt eingesetzt. Smartcard-Connectoren, insbesondere auch SIMcard-Connectoren, werden in verschiedenen Geräten verwendet, bei denen wenig Einbauraum zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist beispielsweise bei Mobiltelefonen, den sogenannten Handys, eine fortwährende Tendenz zur Miniaturisierung zu beobachten, was Smartcard- bzw. SIMcard-Connectoren mit möglichst geringer Bauhöhe erfordert.
Bei den bekannten Smartcard-Connectoren (die auch als Kartenlese- bzw. Kontaktiereinheiten bezeichnet werden können) werden vorwiegend Kontaktelemente verwendet, die entweder durch Einrasten in einem Kunststoffkörper oder durch Umspritzen mit Kunststoff gehalten werden. Diese Art der Kontaktierung fordert, bezüglich der Herstellbarkeit, eine gewisse Gesamtdicke der Kontaktiereinheit.

Die DE 198 59 993 A1 zeigt eine Kartenlesevorrichtung mit einem elektrischen Verbinder zum Kontaktieren von Kontaktelementen einer zu lesenden Karte. Die beschriebene Kartenlesevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Verbinder derart ausgebildet ist, dass mehrere elektrische Verbinder dieser Art unter gegenseitiger elektrischer und mechanischer Verbindung übereinander stapelbar sind.

Ferner zeigt die US 61 20 328 A einen dünnen elektrischen Verbinder zum Verbinden von Kontaktanschlüssen einer Smart-Card, wobei der Verbinder dünne Kontakte und eine dünne Trägerplatte, die die Kontakte auf einer Leiterplatte hält aufweist. Dabei besitzt jeder Kontakt eine Kontaktklinge und einen damit einstückig ausgebildeten U-förmigen rückwärtigen Befestigungsteil.

Die EP 04 13 144 B1 zeigt eine Verbindungselektrode, bei der Vorsprünge an einem Elektrodensubstrat an beiden Seiten der konvexen Oberfläche eines Kontaktes vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktelement insbesondere für die Kontaktierung einer Kontaktzone einer Smartcard vorzusehen, welches es ermöglicht, einen Smartcard-Connector mit geringstmöglicher Bauhöhe zu realisieren. Die Erfindung ermöglicht somit einen Smartcard-Connector mit geringer Bauhöhe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kontaktelemente herzustellen. Die obige Aufgabe wird durch ein Kontaktelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Kontaktelement vorgesehen, welches es gestattet, Kontakt zwischen einer Leiterplatte und einer Smartcard herzustellen, ohne einen "Kunststoffkörper" zu benötigen. Obwohl das erfindungsgemäße Kon taktelement insbesondere zum Vorsehen eines Kontakts zwischen einer Smartcard und einer Leiterplatte vorgesehen ist, kann man sich auch vorstellen, daß die Leiterplatte durch irgendein anderes, im allgemeinen geräteseitiges, Bauteil ersetzt ist.

Erfindungsgemäß besitzt das Kontaktelement einen selbsttragenden Rahmen mit (schräg) aufgestelltem Kontaktarm, der vorzugsweise in einer Kuppe endet.

Das Kontaktelement besteht aus einem selbsttragenden Rahmen mit einem schräg nach oben über eine durch den Rahmen aufgespannte Ebene hinaus verlaufenden Kontaktarm. Dieser Kontaktarm bildet die eigentliche Kontaktstelle, die mit einer Kontaktzone der Smartcard in Berührung kommen soll. Diese eigentliche Kontaktstelle besteht vorzugsweise lediglich aus einem eine Kontaktkuppe bildenden angeprägten Radius. Dadurch ist grundsätzlich eine Gesamthöhe für einen durch die erfindungsgemäßen Kontaktelemente gebildeten Smartcard-Connector möglich, die sich auf die Höhe des Kuppen-Kreisabschnitts plus Materialstärke des den Rahmen bildenden Bandmaterials beschränkt.

Häufig sind Bohrungen in einer Leiterplatte erforderlich, um Teile eines Kontaktelements dann aufzunehmen, wenn diese mit einer Smartcard in Verbindung stehen. Solche Bohrungen werden durch die besondere Form des erfindungsgemäßen Kontaktelements jedenfalls weitgehend unnötig gemacht.

Der Rahmen ist vorzugsweise aus Metallbandmaterial herausgestanzt. Die Form des Rahmens erlaubt dem Kontaktelement die notwendige Eigenstabilität und gewährleistet darüber hinaus, daß der Schwerpunkt und der Kontaktpunkt und damit der Kraftangriffspunkt sich innerhalb der Kontaktgeometrie befinden.

Das Kontaktelement kann vorzugsweise durch Löten auf der Leiterplatte fixiert werden, wie dies im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darge stellt ist. Es ist aber auch möglich, das Kontaktelement durch Einpressen (mit modifizierten Anschlüssen) auf der Leiterplatte zu fixieren.

Durch Justage, das heißt durch unterschiedlich starkes Abwinkeln der Lötbeinchen können die erfindungsgemäßen Kontaktelemente zur Realisierung unterschiedlicher Bauhöhen für den auf diese Weise aufgebauten Smartcard-Connector verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Geometrie des Kontaktelements gestattet ferner ein beidseitiges Löten des Kontaktelements und verhindert dadurch den sogenannten "Tombstone"(Grabstein)-Effekt, das heißt ein einseitiges Aufschwimmen des Kontaktelements beim Löten.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Draufsicht auf drei erfindungsgemäße Kontaktelemente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die drei Kontaktelemente zusammen, gegebenenfalls mit drei weiteren, nicht dargestellten Kontaktelementen, einen Smartcard-Connector bilden wenn diese Kontaktelemente beispielsweise auf eine in 2 gezeigte, aber in 1 nicht gezeigte Leiterplatte aufgelötet sind;
2 eine Seitenansicht aus Richtung des Pfeiles A in 3 eines Teils eines Smartcard-Connectors;
3 eine Draufsicht auf ein Teil eines Smartcard-Connectors gebildet aus den erfindungsgemäßen Kontaktelementen gemäß 1 und einer Leiterplatte.
Der in den 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemäße Smartcard-Connector 1 weist einen Kontaktelementträger in der Form einer Leiterplatte 9 sowie auf dem Träger bzw. Leiterplatte 9 befestigte Kontaktelemente 10 mit selbsttragendem Rahmen 11 auf. Die Kontaktelemente 10 besitzen einen selbsttragenden Rahmen 11 sowie von dem Rahmen 11 getragene Kontaktelementarme 12.
Der Rahmen 11
Der Rahmen 11 jedes der Kontaktelemente 10 besitzt zwei gegenüberliegende langgestreckte Längsarme 15 und 16, die durch zwei gegenüberliegende Querarme 17 und 18 verbunden sind.
Der Querarm 17
Der Querarm 17 (auch als Lötbeinchen bezeichnet) besitzt vorzugsweise zwei Ausschnitte 19, 20. Von dem zwischen den Ausschnitten 19, 20 begrenzten Bereich des Querarms 17 aus verläuft der Kontaktelementarm 12 schräg nach oben, was noch im Einzelnen beschrieben wird. Der Querarm 17 bildet ferner eine Auflagefläche 21, mit der der Rahmen 11 an der Leiterplatte 9 befestigt, vorzugsweise angelötet, sein kann.
2 veranschaulicht im Einzelnen, daß der in 2 links gelegene Querarm 17 einen flachen, an seiner Unterseite die Auflagefläche 21 bildenden plattenförmigen Auflageabschnitt 22 bildet, an den sich ein Abwinkelabschnitt 23 des Längsarms 15 anschließt. Es sei bemerkt, daß die hier für den Längsarm 15 gemachten Ausführungen in gleicher Weise für den Längsarm 16 gelten.
Der Abwinkelabschnitt 23 geht in einen flachen, ebenen Stegabschnitt 24 über, an dessen in den 1 bis 3 rechten Ende der Querarm 18 gebildet ist. Der Längsarm 15 geht in den Querarm 18 über einen abgewinkelten Abschnitt (Abwinkelabschnitt) 28 über. Ferner bildet der Querarm 18, vorzugsweise mittig daran ausgebildet, einen Abwinkelabschnitt 25 und angrenzend daran einen flachen plattenförmigen oder stegförmigen Auflageabschnitt 26. Der Abwinkelabschnitt 25 bildet zusammen mit dem Auflageabschnitt 26 einen auch als Lötbeinchen zu bezeichnenden Längs- oder Auflagearm 29, der mit einer Auflagefläche 30 auf der Oberseite der Leiterplatte 9 (allgemein eines Trägers) aufliegen kann. Die Auflagefläche 30 liegt vorzugsweise in der gleichen Ebene wie die Auflagefläche 21. Der Längsarm 15 wie auch der Längsarm 16 besitzen Unterseiten 31, die zusammen mit einer Unterseite 32 des Querarms 18 in einer Ebene liegen. Längsarm 15, Längsarm 16 und Querarm 17 bilden in einer Ebene liegende Oberseiten 33 bzw. 34 bzw. 35. Die Oberseiten 33, 34, 35 jedes der Kontaktelemente 10 liegen vorzugsweise in einer Ebene und bilden eine Auflagefläche für eine (nicht gezeigte) Smartcard, die mit ihren Kontaktzonen nach unten zu den Kontaktelementarmen 12 hin weist. Die Auflageflächen 21, 30 sind vorzugsweise unterschiedlich breit um eine wackelsichere Dreipunktauflage zu bilden. Die Auflageflächen 21, 30 sind vorzugsweise Lötanschlüsse, die beidseitig vorzugsweise längsseitig entgegengesetzt am Rahmen 11 ausgebildet sind.
Wie man in 2, aber auch in 1, erkennt, sind durch den Abwinkelabschnitt 23 hervorgerufen die Unterseiten 31 etwas gegenüber der Leiterplattenoberfläche 91 beabstandet. Dieser Abstand ist vorzugsweise, verhältnismäßig klein gewählt, um nur wenig zur Bauhöhe des insgesamt gebildeten Smartcard-Connectors 1 beizutragen.
Der Kontaktelementarm 12
Im Bereich einer durch den Rahmen 11 gebildeten Öffnung 40 ist der sich vom Querarm 17 aus erstreckende Kontaktelementarm 12 angeordnet. Der Kontaktelementarm 12 besitzt einen langgestreckten Kontaktarm 121, der vom Querarm 17 ausgeht und an diesem angelenkt ist. Vorzugsweise, wie bereits erwähnt, ist das ganze Kontaktelement 10 aus einem Metallblech ausgestanzt und in die in den Figuren gezeigte Form verformt bzw. gebogen. Der Kontaktelementarm 12 besitzt an einem Ende einen Abwinkel- oder Anlenkabschnitt 122, und daran anschließend einen ebenen Plattenabschnitt 123. Der ebene Plattenabschnitt 123 liegt auf gleichem Niveau mit den Längsarmen 15, 16, weshalb der ebene Plattenabschnitt 123 in 2 nicht zu sehen ist. Anschließend an den ebenen Plattenabschnitt 123 besitzt der Kontaktarm 12 einen Abwinkelabschnitt 126 und einen ansteigenden Plattenabschnitt 124, um in einem angeprägten Radius zu enden. Der angeprägte Radius bildet eine Kontaktkuppe 127 und einen leicht abfallenden Abschnitt 128. Die Kontaktkuppe 127 dient zur Kontaktgabe mit einer Kontaktzone einer Smartcard. In 1 und 2 erkennt man, daß der Kontaktarm 121 gegenüber der von den Oberseiten 33, 34, 35 definierten Ebene um einen Winkel α ansteigt. Der Winkel α ist verhältnismäßig klein; er liegt in der Größenordnung von 8 bis 25 Grad. Vorzugsweise ist α 12 bis 18 Grad.
Der Querarm 17 bildet vorzugsweise auch (ebenso wie der Querarm 17) einen Kontaktanschluß für das Kontaktelement 12. Am Querarm 18 ist vorzugsweise ein Kontaktanschluß 29 ausgebildet. Je nach der Auslegung der Leiterplatte 9 können die beiden Anschlüsse 17, 29 oder aber auch nur der eine Anschluß, zum Beispiel 29 mit der Leiterplatte 9 verlötet und somit befestigt sein. Sollte einer der Anschlüsse 17, 29 nicht mit der Leiterplatte 9 verlötet sein, so könnte dieser Anschluß auch in anderer Weise mit der Oberfläche 91 der Leiterplatte 9, beispielsweise durch Kleben verbunden sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Smartcard-Connector 1 mit drei Kontaktelementen 10, also drei Kontaktelementarmen 12 dargestellt. Je nach der Anzahl der zu kontaktierenden Kontaktzonen auf einer Smartcard können natürlich weitere drei oder auch noch mehr Kontaktelemente 10 auf der Leiterplatte 9 angeordnet sein.
Wie bereits erwähnt, wird beim Einsatz des Smartcard-Connectors 1 eine Smartcard in Richtung und auf die Oberseiten 33, 34, 35 und auch die Oberseite des ebenen Plattenabschnitts 123 gedrückt, so daß die Kontaktkuppen 127 federnd mit den entsprechenden Kontaktzonen der Smartcard in elektrischen Kontakt kommen. Dabei werden die Kontaktarme 12 elastisch in die Öffnungen 40 hineinverschwenkt, so daß der Winkel α mehr oder weniger auf Null zurückgeführt wird.
Es ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäßen Kontaktelemente sowohl eine sichere Kontaktgabe mit den Kontaktzonen der Smartcard als auch eine außerordentlich geringe Bauhöhe für den Smartcard-Connector 1 in überaus einfacher Weise erreicht wird.

Claims

Kontaktelement für die Kontaktierung einer Kontaktzone einer Smartcard mittels eines Kontaktelementarms (12), der innerhalb eines Rahmens (11) befestigt ist, wobei der Rahmen (11) und der Kontaktelementarm (12) einstückig ausgebildet sind, der Rahmen (11) durch Längs- und Querarme in sich geschlossen ist, und an einem (17) der Querarme (17, 18) der Kontaktelementarm (12) angelenkt ist und an dem Querarm (18) ohne Kontaktelementarmanlenkung ein Abwinkelabschnitt (25) und angrenzend daran ein flacher plattenförmiger oder stegförmiger Auflageabschnitt (26) ausgebildet ist, wobei der Abwinkelabschnitt (25) zusammen mit dem Auflageabschnitt (26) einen Längs- oder Auflagearm (29) bildet, der mit einer Auflagefläche (30) auf der Oberseite einer Leiterplatte (9) aufliegen kann, und wobei der Auflageabschnitt (26) und der Querarm (17) mit Kontaktelementarmanlenkung Oberflächen besitzen, die gegenüber der durch die Oberflächen der Längsarme (15, 16) und des Querarms (18) ohne Kontaktelementarmanlenkung aufgespannten Ebene, die eine Auflagefläche für die Smartcard definiert, nach unten versetzt ist.
Kontaktelement nach Anspruch 1, wobei der Kontaktelementarm (12) aus einer vom Rahmen (11) aufgespannten Ebene herausragt.
Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei Rahmen (11) und der Kontaktelementarm (12) aus Metall ausgestanzt oder ausgeformt sind.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das am Rahmen (11), vorzugsweise ein einziger Kontaktelementarm (12) ausgebildet ist.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (11) eine Öffnung (40) bildet, in deren Bereich der Kontaktelementarm (12) angeordnet ist.
Kontaktelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (11) rechteckig ist.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktelementarm (12) einen langgestreckten, mit einem Ende am Rahmen 11 angelenkten langgestreckten Kontaktarm (121) aufweist, der sich in dem Bereich der Öffnung (40) erstreckt, und zwar vorzugsweise in Längsrichtung, und vorzugsweise etwa über 4/5 der Länge der Öffnung (40).
Kontaktelement nach Anspruch 1, wobei der an dem anderen Querarm (18) angelenkte Längsarm (29) mit seiner Auflagefläche (30) in einer Ebene mit einer Auflagefläche (21) des Querarms (17) liegt, an dem der Kontaktelementarm (12) angelenkt ist, wobei diese Auflageflächen (30, 21) eine Ebene aufspannen, die tiefer liegt als eine Ebene, die durch die Unterseiten (31, 32) der Längsarme (15, 16) aufgespannt wird.
Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 8, wobei Ausschnitte (19, 20) in dem einen Querarm (17) ausgebildet sind, und wobei von einem Bereich zwischen diesen Ausschnitten (19, 20) der Kontaktarm (121) ausgeht.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktelementarm (12) einen Kontaktarm (121) sowie eine an dessen freiem Ende ausgebildete Kontaktkuppe (127) aufweist.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auflageflächen (21, 30) des Quer- oder Auflagearms (17) und des Längs- oder Auflagearms (29) unterschiedliche eine sogenannte Dreipunktauflage bildende Breiten der Auflageflächen (21, 30) besitzen.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sogenannte Schwerpunkt des Kraftangriffspunktes bei Kontaktierung in einem Bereich innerhalb der Auflageflächen des Kontaktelements liegt.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (10) mit selbsttragendem Rahmen beidseitig vorzugsweise in Längsrichtung des Kontaktelements angeordnete Lötanschlüsse bildet.
Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (10) eine durch den Kontaktarm (121) gebildete sogenannte eigentliche Kontaktstelle aufweist, die vorzugsweise lediglich aus einem eine Kontaktkuppe bildenden angeprägtem Radius besteht.