DE19717882A1 - Schaltungsträger in Form eines spritzgegossenen Kunststoffverbindungsteils (MID) - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltungsträger in Form eines spritzgegos­ senen Kunststoffverbindungsteils (MID = molded interconnect device) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei MID-Bauteilen handelt es sich um Schaltungsträger in Form spritzgegos­ sener Kunststoffverbindungsteile mit einem metallischen Überzug. Solche Kunststoffverbindungsteile können aufgrund der Leistungsfähigkeit heutiger Spritzgußverfahren in praktisch beliebiger dreidimensionaler Form gespritzt werden. Anschließend werden diese gespritzten Bauteile mit einem metalli­ schen Überzug versehen. Aufgrund dieses Überzugs können die MID-Bauteile mit weiteren elektromechanischen Bauteilen elektrisch leitend in Kontakt gebracht werden.

Elektromechanische Bauteile sind vor der Entwicklung von MID-Bauteilen herkömmlicherweise auf Leiterplatten oder auf mit Kunststoff umspritzte Stanzteile gelötet worden. Weiterhin bekannt sind konventionelle lötfreie Kontaktierungsverfahren mittels sogenannter Plug-In-Teile, welche in einer Leiterplatte eingepreßt sind. Bei den Plug-In-Teilen handelt es sich um hülsen­ förmige Metallteile, die im wesentlichen lediglich eine unidirektionale Ver­ schiebung eines einzuführenden Kontaktstifts ermöglichen. Die Anschlüsse des elektromechanischen Bauteils werden dann in diese Plug-In-Teile gesteckt, um dadurch einen elektrischen Kontakt bereit zu stellen.

MID-Bauteile verdrängen zusehends die bekannten Bauteile wie Leiterplatten oder mit Kunststoff umspritzte Stanzteile. Um die MID-Bauteile mit elektro­ mechanischen Bauteilen zu verbinden, kann dabei auf an sich bekannte Techniken zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zurückge­ griffen werden.

Nachteilig bei den bisher im Bereich der MID-Bauteile verwendeten Techniken zur Herstellung elektrischer Verbindungen ist jedoch die Tatsache, daß damit einhergehend meist nur ungenügende mechanische Verbindungen geschaffen worden sind. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn bei herkömmli­ chen MID-Bauteilen die Metallisierungsschichten nicht ausreichend auf der darunter liegenden Kunststoffträgerschicht haften, so daß es bei stärkerer mechanischer Beanspruchung der Kontaktstellen zu einem Ablösen der Metall­ schicht samt daran befestigter Kontaktstifte von der Kunststoffträgerschicht kommen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, MID-Bauteile vorzu­ schlagen, die eine verbesserte elektrische und mechanische Verbindung der Kontaktbereiche auf diesen MID-Bauteilen mit anderen elektromechanischen Bauteilen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die hiervon abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.

Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeich­ nungen.

Es zeigen:

Fig. 1a einen Schnitt durch ein MID-Kontaktelement einer ersten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers samt darin einzuführendem Kontaktstift;

Fig. 1b einen Schnitt durch das in Fig. 1a gezeigte MID-Kontaktelement samt darin eingeführtem Kontaktstift;

Fig. 1c eine Draufsicht auf ein in Fig. 1a gezeigtes MID-Kontaktelement samt einem über einen Kontaktstift damit verbundenen Bauelement;

Fig. 2a einen Schnitt durch ein MID-Kontaktelement einer zweiten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers samt darin einzuführendem Kontaktstift;

Fig. 2b einen Schnitt durch das in Fig. 2a gezeigte MID-Kontaktelement samt darin eingeführtem Kontaktstift;

Fig. 2c eine Draufsicht auf ein in Fig. 2a gezeigtes MID-Kontaktelement samt einem über einen Kontaktstift damit verbundenen Bauelement;

Fig. 3a einen Schnitt durch ein MID-Kontaktelement einer dritten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers samt darin einzuführendem Kontaktstift;

Fig. 3b einen Schnitt durch das in Fig. 3a gezeigte MID-Kontaktelement samt darin eingeführtem Kontaktstift;

Fig. 3c eine Draufsicht auf ein in Fig. 3a gezeigtes MID-Kontaktelement samt einem über einen Kontaktstift damit verbundenen Bauelement; und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein MID-Kontaktelement einer vierten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers samt einem über einen Kontaktstift damit verbundenen Bauelement.

Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch ein MID-Kontaktelement einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers samt darin einzuführendem Kontaktstift 6 eines elektromechanischen Bauteils (Bezugszei­ chen 7 in Fig. 1c), welches mit dem MID-Kontaktelement zu verbinden ist.

Auf einer Grundfläche 1 eines Schaltungsträgers in Form eines spritzgegos­ senen Kunststoffteils ist ein MID-Kontaktelement in Form einer Kontaktstift­ aufnahme 2 aufgebracht. Die Grundfläche 1 und/oder die Kontaktstiftauf­ nahme 2 sind mit einem elektrisch leitenden Überzug 9 zumindest abschnitts­ weise bedeckt. Die Kontaktstiftaufnahme 2 ist so ausgeführt, daß sie einen dazu passenden Kontaktstift 6 eines mit dem MID-Bauteil zu verbindenden elektromechanischen Bauteils unter Herstellung einer elektrischen Verbin­ dung rastend aufnehmen kann. Dies geschieht dadurch, daß als Kontaktstift­ aufnahme 2 zum einen ein Kontaktbock vorgesehen ist, der in Form eines Paars von der Grundfläche 1 aufstehender und klammerartig zusammenwir­ kender Klemmbügel 3, 5 ausgeführt ist, deren Nasen 3a, 5a beim Einführen eines Kontaktstifts 6 aufgespreizt werden und den Kontaktstift dabei zwischen sich elektrisch leitend einklemmen, und daß zum anderen ein sich zwischen den beiden Klemmbügeln 3, 5 von der Grundfläche erhebender Auflagevor­ sprung 4 vorgesehen ist.

Fig. 1b zeigt, wie der zwischen die beiden Klemmbügel 3, 5 eingeführte Kontaktstift 6 mit seiner Stirnseite 6a auf dem Auflagevorsprung 4 zu liegen kommt.

Wenn der lichte Raum zwischen der Oberseite des Auflagesvorsprungs 4 und den Innenseiten der Nasen 3a, 5a der Klemmbügel 3, 5 auf die Länge a des einzuführenden Kontaktstifts 6 abgestimmt ist, so wird dieser zwischen den Nasen und dem Auflagevorsprung fest eingeklemmt. Dadurch kommt es zu einer stabilen mechanischen Verbindung zwischen dem Kontaktstift 7 und der Kontaktstiftaufnahme 2 des MID-Bauteils.

Da die Oberflächen des MID-Bauteils weiterhin zumindest im Bereich der Nasen 3a, 5a sowie des Auflagevorsprungs 4 mit einem elektrisch leitenden Überzug 9 versehen sind, wird zudem eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift 7 und der Kontaktstiftaufnahme 2 des MID-Bauteils bewirkt.

Fig. 1c zeigt in einer gegenüber der Darstellung in Fig. 1 um 90° gedrehten schematischen Ansicht ein in Fig. 1a gezeigtes MID-Kontaktelement samt einem über einen Kontaktstift 6 damit verbundenen elektromechanischen Bauelement 7. Es ist dabei nochmals ersichtlich, daß die Nasen 3a, 5a der Klemmbügel 3, 5 den Kontaktstift umgreifen und dadurch eine gute elektrome­ chanische Verbindung schaffen.

Fig. 2a-2c zeigen den Fig. 1a-1c entsprechende Darstellungen eines MID-Kontaktelements gemäß einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Schaltungsträgers. Diese zweite Ausführungsform entspricht weitestge­ hend der in Fig. 1a-1c gezeigten ersten Ausführungsform, mit Ausnahme eines zusätzlichen Kragens 8. Dieser Kragen steht von der Grundfläche 1 in Richtung der Klemmbügel 3, 5 auf und ist längs seines Umfangs weitestgehend in sich geschlossenen, wobei er die gesamte Kontaktstiftaufnahme 2 umfaßt.

Lediglich längs eines in Verlängerung des Zwischenraums zwischen den beiden Nasen 3a, 5a fluchtenden Bereichs ist dieser Kragen 8 durchbrochen, wodurch es auch bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 2b und 2c gezeigt, möglich bleibt, einen längsgestreckten Kontaktstift 7 zwischen die beiden Klemmbügel 3, 5 einzuführen.

Dieser Kragen 8 hat den Vorteil, daß er als Aufnahme für eine Vergußmasse dienen kann, die in den Zwischenraum 11 zwischen dem Kragen und der Kontaktstiftaufnahme 2 gegossen werden kann. Je nach den gewählten Eigen­ schaften einer solchen Vergußmasse kann dabei eine bessere mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktstift 6 und den Klemmbügeln 3, 5, eine elek­ trische Isolierung der Kontaktbereiche oder aber auch eine großflächigere und damit letztendlich niedrigohmigere elektrische Verbindung zwischen dem in die Vergußmasse eingebetteten Kontaktstift 6 sowie der mit einem elektrische leitenden Überzug versehenen Grundfläche 1 und Kontaktstiftaufnahme 2 bewirkt werden, oder aber auch mehrere dieser Ziele gleichzeitig erreicht werden.

Fig. 3a-3c zeigen den Fig. 1a-1c entsprechende Darstellungen eines MID-Kontaktelements gemäß einer dritten Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Schaltungsträgers.

Hierbei besteht die Kontaktstiftaufnahme 2 lediglich aus einem im wesentli­ chen U-förmigen Aufnahmeprofil, in welches ein Kontaktstift 6 eines damit in mechanische und elektrische Verbindung zu bringenden Bauteils 7 eingelegt wird. Die eigentliche mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstiftaufnahme 2 und dem Kontaktstift 6 wird hierbei dadurch erzielt, daß der Kontaktstift in an sich bekannter Weise eingeklebt oder eingelötet wird. Durch die elektrisch leitende Klebemasse oder das elektrisch leitende Lötgut wird dabei der verbleibende Zwischenraum zwischen den Profilschen­ keln 13, 15 der Kontaktstiftaufnahme 2 ausgefüllt und der darin gelagerte Kontaktstift 6 eingebettet. Hierbei treten sowohl die Innenseiten der Profil­ schenkel 13, 15 als auch die zwischen ihnen liegende Auflagefläche 17 des Profils in Kontakt mit dem eingeführten Kontaktstift 6 und umgreifen diesen von drei Seiten her, so daß sich im Gegensatz zu einem einfachen Auflegen auf eine ausschließlich plane Oberfläche eines MID-Kontaktelements abermals eine verbesserte elektrische und mechanische Verbindung ergibt.

Diese Ausführungsform hat im Gegensatz zu den in Fig. 1a-2c gezeigten beiden ersten Ausführungsformen den Vorteil, daß wenn die Profilaussparung 12 zwischen den beiden Profilschenkeln 13, 15 ausreichend groß ist, Kontakt­ stifte unterschiedlichster Größe in die Kontaktstiftaufnahme eingesetzt werden können, ohne daß es der zur Erzielung einer ausreichenden Klemmwirkung bei den beiden ersten Ausführungsformen notwendigen sorgfältigen Anpassung der Dimensionen der Kontaktstiftaufnahme und des Kontaktstifts bedarf.

Insofern ist die in Fig. 3a-3c gezeigte dritte Ausführungsform universeller verwendbar als die ersten beiden Ausführungsformen.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein MID-Kontaktelement gemäß einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers samt einem über einen Kontaktstift 6 damit verbundenen Bauelement 7. Dabei bestehen die Kontaktstiftaufnahmen aus Durchbohrungen einer Grundplatte 1 des spritzgegossenen Kunststoffteils, die mit dem elektrisch leitenden Überzug 9 zumindest abschnittsweise bedeckt ist. Weiterhin sind in diese Durchboh­ rungen Metallhülsen (sogenannte Plug-In-Teile) 10 als Kontaktstiftaufnahmen 2 eingepreßt sind, die zur Aufnahme von Kontaktstiften 6 eines mit dem MID-Kontaktelement zu verbindenden elektromechanischen Bauteils 7 dienen. Die mechanische Verbindung wird hierbei durch die Klemmwirkung des metalli­ schen Hülsenschafts auf den eingeführten Kontaktstift bewirkt.

Eine Verbesserung der mechanischen Verbindung ergibt sich hierbei daraus, daß zusätzlich im Bereich zwischen dem (in Fig. 4 oben gelegenen) Ende des Hülsenschafts und dem Kontaktstift geklebt oder gelötet wird.

Unabhängig davon kann die Klemmwirkung aber auch dadurch verbessert werden, daß der Hülsenschaft nach unten hin konisch zuläuft und/oder daß in der Umfangswand des Hülsenschafts sich nach innen hin erhebende Blattfe­ derzungen eingearbeitet sind, die beim Einführen des Kontaktstifts von diesem nach außen geschoben werden, so daß dieser mühelos eingeschoben werden kann. Beim Versuch, den Kontaktstift wieder herauszuziehen, verkanten sich jedoch diese Blattfederzungen mit den Kanten ihrer freien Enden im Mantel des Kontaktstifts und verhindern somit ein Herausziehen desselben aus dem Schaft. Eine ähnliche Wirkung zeigt die Kante 16 am (in Fig. 4 unten gele­ genen) Ende eines konisch nach innen zulaufenden Hülsenschafts.

Insgesamt führen diese konstruktiven Maßnahmen dazu, daß im wesentlichen lediglich eine unidirektionale Verschiebung eines einzuführenden Kontaktstifts 6 in der Metallhülse 10 möglich ist, d. h. es ist zwar ohne weiteres möglich, einen Kontaktstift in die Metallhülse einzuführen, es ist aber sehr schwierig, diesen wieder herauszuziehen.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß sich basierend auf der Technologie spritzgegossener und metallisierter Kunststoffverbindungsteile (MID) erfin­ dungsgemäß somit folgende Möglichkeiten der Realisierung von Schaltungsträ­ gern ergeben:

a) Verschnappen und gegebenenfalls Verkleben (vgl. insbesondere Fig. 1a-1c)

Die Kontaktstifte 6 eines elektromechanischen Bauteils 7 werden in korrespon­ dierend ausgeführte Kontaktstiftaufnahmen 2 eingeschnappt, wodurch die mechanische Fixierung der Kontakte des elektromechanischen Bauteils erfolgt. Dabei ist die Kontaktstiftaufnahme 2 in dem entsprechenden Bereich mit einer leitfähigen Beschichtung 9 versehen. Vor der Montage des elektromechani­ schen Bauteils kann die Kontaktstiftaufnahme 2 zusätzlich mit einem leitfä­ higen Kleber versehen werden. Durch die Klemmwirkung von Klemmbügeln 3, 5 auf den zwischen sie eingeführten Kontaktstift 6 und durch die gegebenenfalls zusätzliche Verwendung eines leitfähigen Klebers wird bei der Montage des elektromechanischen Bauteils eine elektrisch leitfähige und mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Kontaktstift 6 des Bauteils 7 und der Kontaktstift­ aufnahme 2 hergestellt.

b) Einschnappen und Vergießen (vgl. insbesondere Fig. 2a-2c)

Auch hier kommt eine Kontaktstiftaufnahme 2 in Form eines Kontaktbocks mit Klemmbügeln 3, 5 sowie einem Auflagevorsprung 4 zum Einsatz. Die Geometrie des Kontaktbockes ist so gestaltet, daß die Kontaktstifte 6 des elek­ tromechanischen Bauteils nach Montage im Kontaktbock verrastet und damit mechanisch fixiert sind. Weiterhin wirkt durch den Kontaktbock eine Klemm­ kraft auf den Kontaktstift 6 des Bauteils 7 ein. Zum besseren Schutz gegen extreme äußere Einflüsse kann der gesamte innerhalb eines rundumlaufenden Kragens 8 gelegene Kontaktbereich vergossen werden, wodurch eine größere Resistenz gegenüber äußeren Einflüssen und gleichzeitig eine Abdichtung er­ zielt wird.

c) Verlöten oder Verkleben (vgl. insbesondere Fig. 3a-3c)

Bei dieser Variante kommt ebenfalls eine metallisierte Kontaktstiftaufnahme zum Einsatz. Das elektromechanische Bauteil 7 wird dabei so montiert, daß die Kontaktstifte 6 des elektromechanischen Bauteils in einer Aussparung der Kontaktstiftaufnahme zum Liegen kommen. Die Kontaktierung zwischen der Metallisierung des Kunststoffteils und dem Kontaktstift des damit zu verbin­ denden elektromechanischen Bauteils erfolgt z. B. mittels herkömmlichen Lötzinns oder mittels eines leitfähigen Klebers.

d) Plug-In-Ausführung (vgl. Fig. 4)

Das Plug-In-Bauteil 10 (metallische Hülse, die nur eine unidirektionale Bewe­ gung eines Kontaktstifts in ihrem Inneren ermöglicht) wird in eine metallisch beschichtete Bohrung eines Kunststoffträgers 1 eingepreßt. Bei der Montage des elektromechanischen Bauteils wird ein Kontaktstift 6 desselben in das Plug-In-Bauteil 10 geschoben. Aufgrund z. B. von Federzungen im Plug-In-Bauteil wird eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen dem metallisch leitenden Kunststoff und dem elektromechanischen Bauteil und gleichzeitig ei­ ne stabile mechanische Verbindung bewirkt.

Claims (9)

1. Schaltungsträger in Form eines spritzgegossenen Kunststoffverbin­ dungsteils (MID = molded interconnect device) mit elektrisch leitendem Über­ zug zur Herstellung elektrischer Kontakte mit damit zu verbindenden Kon­ taktstiften, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Grundfläche (1) des Schaltungsträgers eine mit dem elektrisch leitenden Überzug (9) zumindest abschnittsweise bedeckte Kontakt­ stiftaufnahme (2, 10) vorgesehen ist, die so ausgeführt ist, daß sie einen korre­ spondierenden Kontaktstift (6) eines mit der Kontaktstiftaufnahme zu verbin­ denden elektromechanischen Bauteils (7) unter Herstellung einer elektrischen Verbindung zumindest teilweise mechanisch umgreifen kann.

2. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Kontaktstiftaufnahme (2) ein Kontaktbock vorgesehen ist, der in Form eines Paars von der Grundfläche (1) aufstehender und klammerar­ tig zusammenwirkender Klemmbügel (3, 5) ausgeführt ist, die beim Einführen eines einzuführenden Kontaktstifts (6) aufgespreizt werden und den Kontakt­ stift (6) dabei zwischen sich elektrisch leitend einklemmen, sowie
ein sich zwischen den beiden Klemmbügeln (3, 5) von der Grundflä­ che (1) erhebender Auflagevorsprung (4), auf dem eine Stirnseite (6a) des ein­ zuführenden Kontaktstifts (6) zum Aufliegen kommen kann.

3. Schaltungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagevorsprung (4) des Kontaktbocks mit dem elektrisch leitenden Überzug (9) zumindest abschnittsweise so bedeckt ist, daß er mit der aufliegenden Stirnfläche (6a) eines eingeführten Kontaktstifts (6) eine elektri­ sche Verbindung bilden kann.

4. Schaltungsträger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbock von einem in Richtung der Klemmbügel (3, 5) aufstehenden und längs seines Umfangs weitestgehend in sich geschlossenen Kragen (8) umfaßt ist, der ein Einführen eines Kontaktstifts (6) in den Kon­ taktbock zuläßt.

5. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstiftaufnahme (2) aus Durchbohrungen der Grundflä­ che (1) des Kunststoffteils besteht, die mit dem elektrisch leitenden Überzug (9) zumindest abschnittsweise bedeckt sind, wobei in diese Durchbohrungen Metallhülsen (10) eingepreßt sind, die zur Aufnahme von Kontaktstiften (6) ei­ nes mit dem Schaltungsträger zu verbindenden elektromechanischen Bauteils (7) dienen.

6. Schaltungsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaft der Metallhülse (10) Blattfederelemente und/oder eine konische Verjüngung an einem Schaftende angebracht sind, die im wesentli­ chen lediglich eine unidirektionale Verschiebung eines einzuführenden Kon­ taktstifts (6) ermöglichen.

7. Schaltungsträger nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische und /oder mechanische Verbindung zwischen einem eingeführtem Kontaktstift (6) sowie der Kontaktstiftaufnahme (2, 10) zusätzlich durch Löten, Verkleben oder Eingießen einer Dichtungsmasse im Bereich der Verbindungs­ stelle verbessert ist.

8. Schaltungsträger nach Anspruch 7, wobei ein elektrisch leitender Kleber oder eine elektrisch leitende Dichtungsmasse zur Verbesserung der Verbindung verwendet worden ist.

9. Schaltungsträger nach Anspruch 7, wobei eine elektrisch isolierende Dichtungsmasse zur Verbesserung der Verbindung verwendet worden ist.