DE102012213806A1 - Contact arrangement for electrically contacting a printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Eine Kontaktanordnung 14 umfasst eine Leiterplatte 10 und ein Kontaktelement 15 zum elektrischen Kontaktieren der Leiterplatte 10. Das Kontaktelement 15 weist eine Kontaktfläche 18 zum elektrischen Kontaktieren eines komplementären Kontaktelements 26 einer Kontaktiereinrichtung 22 auf. Das Kontaktelement 15 weist ein Abstandselement 16a bis 16p auf, das von der Leiterplatte 10 getragen wird und das die Kontaktfläche 18 trägt, so dass die Kontaktfläche 18 einen Abstand zur Oberfläche der Leiterplatte 10 aufweist.A contact arrangement 14 comprises a circuit board 10 and a contact element 15 for making electrical contact with the circuit board 10. The contact element 15 has a contact surface 18 for making electrical contact with a complementary contact element 26 of a contacting device 22. The contact element 15 has a spacer element 16a to 16p which is carried by the circuit board 10 and which carries the contact surface 18, so that the contact surface 18 is at a distance from the surface of the circuit board 10.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung mit einer Leiterplatte und einem Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren der Leiterplatte.The invention relates to a contact arrangement with a printed circuit board and a contact element for electrically contacting the printed circuit board.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Steuergeräte, beispielsweise Motorsteuergeräte für Fahrzeuge, umfassen in der Regel ein Gehäuse und eine Leiterplatte, auf der Bauelemente platziert sind. In Motorsteuergeräten wird häufig auf der Leiterplatte eine Messerleiste montiert, um einen elektrischen Kontakt zwischen einem Kabelbaum (einem Kabelstrang) und der Leiterplatte herzustellen. Die Messerleiste stellt ein zusätzliches Bauteil bei der Montage des Steuergeräts dar.Control devices, such as motor control devices for vehicles, usually include a housing and a printed circuit board, are placed on the components. In motor control devices, a male connector is often mounted on the circuit board to make electrical contact between a wiring harness (a wiring harness) and the circuit board. The male connector represents an additional component in the assembly of the control unit.
Es gibt verschiedene Ansätze, eine Direktkontaktierung zu der Leiterplatte ohne Messerleiste herzustellen. Dies bedeutet, dass die Messerleiste entfallen kann und die einzelnen Pole des Kabelbaums direkt auf die Leiterplatte kontaktiert werden.There are several approaches to make a direct contact to the circuit board without male connector. This means that the male connector can be omitted and the individual poles of the cable harness are contacted directly on the circuit board.
Dazu können die Pole mit Kontakten verbunden sein, die in der Regel auf oder über den Rand der Leiterplatte gesteckt werden. Beim Überfahren einer Moldkante am Rand der Leiterplatte oder der Kontaktflächen (Lands) auf der Leiterplatte, die eine Dicke von bis zu 100 μm mit einer entsprechenden Kante aufweisen können, ist es möglich, dass diese Kontakte dann beschädigt werden.For this purpose, the poles can be connected to contacts, which are usually placed on or over the edge of the circuit board. When driving over a mold edge on the edge of the circuit board or the contact surfaces (land) on the circuit board, which may have a thickness of up to 100 microns with a corresponding edge, it is possible that these contacts are then damaged.
Übliche Lösungsansätze für dieses Problem bestehen darin, einen mittels Federkraft vorgespannten Kontaktträger beim Steckvorgang zu öffnen, um einen Kontakt der sensiblen Elemente zu unterbinden und eine Beschädigung zu vermeiden. Negativ macht sich in diesem Zusammenhang bemerkbar, dass gegen die Anpresskraft einer vorgespannten Feder gearbeitet werden muss. Als Konsequenz hieraus steigt die Steck-/Abziehkraft des Systems. Damit kann sich eine Kostensteigerung für das Kontaktsystem ergeben, da zusätzliche Elemente, wie etwa Hebel, zur Steckkraftreduzierung entworfen und hinzugefügt werden müssen. Durch diese zusätzlichen Elemente kann sich auch eine Bauraumvergrößerung ergeben. Darüber hinaus kann die Skalierbarkeit des Kontaktsystems hinsichtlich Kontaktübergänge reduziert sein, da die nutzbare Federkraft bzw. der Federweg limitiert ist und ein Teil hiervon für die Öffnung des Steckers gegen die Anpressrichtung notwendig ist.Conventional approaches to this problem are to open a spring-biased contact carrier during the insertion process to prevent contact of the sensitive elements and to avoid damage. Negative is noticeable in this context that must be worked against the contact pressure of a preloaded spring. As a consequence, the plugging / peeling force of the system increases. This can result in an increase in the cost of the contact system because additional elements, such as levers, must be designed and added to reduce plug-in power. These additional elements can also result in an increase in space. In addition, the scalability of the contact system can be reduced in terms of contact transitions, since the usable spring force and the spring travel is limited and a part thereof is necessary for the opening of the plug against the pressing direction.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, kostengünstiges, platzsparendes und beschädigungsreduziertes Kontaktsystem für eine Leiterplatte bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a simple, inexpensive, space-saving and damage-reduced contact system for a printed circuit board.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matter of the independent claim. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description.
Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung, die eine Leiterplatte und wenigstens ein Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren der Leiterplatte umfasst. Das Kontaktelement weist eine Kontaktfläche zum elektrischen Kontaktieren eines komplementären Kontaktelements einer Kontaktiereinrichtung auf. Beispielsweise kann die Kontaktanordnung als Stecker aufgefasst werden, der eine Mehrzahl von Kontaktelementen bereitstellt, die mit entsprechenden komplementären Kontaktelementen eines komplementären Steckers in Kontakt treten. Das komplementäre Kontaktelement, das beispielsweise einen Federkontakt umfassen kann, kann die Leiterplatte beim Herstellen des elektrischen Kontakts umgreifen.The invention relates to a contact arrangement comprising a printed circuit board and at least one contact element for electrically contacting the printed circuit board. The contact element has a contact surface for electrically contacting a complementary contact element of a contacting device. For example, the contact assembly may be understood as a plug that provides a plurality of contact elements that contact corresponding complementary contact elements of a complementary connector. The complementary contact element, which may comprise, for example, a spring contact, can embrace the printed circuit board during the production of the electrical contact.
Das Kontaktelement weist ein Abstandselement auf, das von der Leiterplatte getragen wird und das wiederum die Kontaktfläche trägt, so dass die Kontaktfläche einen Abstand zur Oberfläche der Leiterplatte aufweist. Auf diese Weise kann ein komplementäres Kontaktelement bzw. ein komplementärer Stecker (beispielsweise ein Kabelbaumstecker) eine Öffnungsweite aufweisen, die größer ist als die Dicke der Leiterplatte. Beim Zusammenschieben der beiden Kontaktelemente muss im Bereich der größten Dicke des Abstandselements ein mechanischer Kontakt erfolgen.The contact element has a spacer element, which is supported by the circuit board and in turn carries the contact surface, so that the contact surface has a distance from the surface of the circuit board. In this way, a complementary contact element or a complementary plug (for example, a harness connector) having an opening width which is greater than the thickness of the circuit board. When pushing together the two contact elements must be made in the region of the largest thickness of the spacer a mechanical contact.
Auf diese Weise kann ein beschädigungsfreier Schließ- und Öffnungsvorgang mit dem Kontaktsystem aus der Kontaktanordnung und dem komplementären, kabelbaumseitigen Kontaktelements durchgeführt werden. Die gesamte im System verfügbare Federkraft kann für die Anpressung von Kontaktelementen genutzt werden. Das kabelbaumseitige Kontaktelement bzw. der Kabelbaumstecker kann vereinfacht werden, da beispielsweise ein Mechanismus, der den Öffnungswinkel des kabelbaumseitigen Kontaktelements vergrößert, entfallen kann. Insgesamt kann sich die Robustheit des kabelbaumseitigen Kontaktelements erhöhen.In this way, a damage-free closing and opening operation can be carried out with the contact system of the contact arrangement and the complementary, wire-side contact element. The entire spring force available in the system can be used to press contact elements. The harness-side contact element or the harness connector can be simplified because, for example, a mechanism that increases the opening angle of the wire harness-side contact element can be omitted. Overall, the robustness of the wire harness side contact element can increase.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kontaktanordnung zwei Kontaktflächen an gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterplatte auf, die von wenigstens einem Abstandselement getragen werden, so dass beide Kontaktflächen einen Abstand zur jeweiligen Oberfläche aufweisen. Mit der Kontaktanordnung können beispielsweise zwei verschiedene elektrische Kontakte auf verschiedenen Seiten der Leiterplatte kontaktiert werden. Auch ist es möglich, dass ein einziger elektrischer Kontakt über zwei gegenüberliegende Kontaktflächen erfolgt. Insbesondere dann, wenn die Kontaktflächen auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte zur Oberfläche der Leiterplatte beabstandet sind, kann die Öffnungsweite des komplementären, kabelbaumseitigen Kontaktelements weiter erhöht werden.According to one embodiment of the invention, the contact arrangement has two contact surfaces on opposite surfaces of the printed circuit board, which are supported by at least one spacer element, so that both contact surfaces are spaced from the respective surface. With the contact arrangement, for example, two different electrical contacts can be contacted on different sides of the circuit board. It is too possible that a single electrical contact via two opposite contact surfaces. In particular, when the contact surfaces are spaced on opposite sides of the circuit board to the surface of the circuit board, the opening width of the complementary, harness-side contact element can be further increased.
Die Kontaktfläche auf dem Abstandselement kann eine Beschichtung des Abstandselements mit Gold aufweisen. Es ist möglich, die Kontaktfläche zu verkleinern. Auf diese Weise kann die zu verwendende Goldmenge für die Kontaktanordnung beispielsweise durch eine selektive Spot-Galvanik verringert werden. Auch kann ein Sonderprozess entfallen, bei dem Kontaktflächen, die sich direkt auf der Leiterplatte befinden, mit Gold beschichtet werden.The contact surface on the spacer may have a coating of the spacer with gold. It is possible to reduce the contact area. In this way, the amount of gold to be used for the contact arrangement can be reduced, for example, by a selective spot electroplating. Also, a special process can be omitted, in which contact surfaces, which are located directly on the circuit board, are coated with gold.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement als starres Bauteil ausgeführt. In diesem Fall können sich am komplementären Kontaktelement federnde Kontaktflächen befinden.According to one embodiment of the invention, the spacer element is designed as a rigid component. In this case, resilient contact surfaces may be located on the complementary contact element.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Abstandselement ein Federelement auf. Beispielsweise kann das Abstandselement aus einem federnden Material, wie etwa einen federnden Metallstreifen, gefertigt sein. Damit können Anpressfedern am komplementären Kontaktelement entfallen. Insbesondere kann das Abstandselement ein Federelement sein.According to one embodiment of the invention, the spacer element has a spring element. For example, the spacer may be made of a resilient material, such as a resilient metal strip. Thus, pressure springs can be omitted on the complementary contact element. In particular, the spacer element may be a spring element.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Abstandelement einen Metallstreifen auf. Das Abstandselement selbst kann elektrisch leitend sein. Die Kontaktfläche kann ein Abschnitt des Abstandelements sein.According to one embodiment of the invention, the spacer element has a metal strip. The spacer itself may be electrically conductive. The contact surface may be a portion of the spacer element.
Im Allgemeinen kann das Abstandselement jedoch durch Stanzen, Spritzen oder Sintern beliebiger Materialien hergestellt werden.In general, however, the spacer can be made by stamping, spraying or sintering any materials.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement über eine Oberfläche der Leiterplatte gewölbt. Beispielsweise können in einer Steckrichtung des komplementären Kontaktelements die beiden Enden des Abstandselements auf Höhe der Leiterplattenoberfläche angeordnet sein. Dazwischen kann das Abstandselement kontinuierlich an Höhe bzw. Dicke gewinnen. Im Bereich des größten Abstands zur Leiterplatte kann die Kontaktfläche angeordnet sein.According to one embodiment of the invention, the spacer element is curved over a surface of the printed circuit board. For example, in an insertion direction of the complementary contact element, the two ends of the spacer element can be arranged at the level of the circuit board surface. In between, the spacer can continuously gain in height or thickness. In the region of the greatest distance to the circuit board, the contact surface can be arranged.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Abstandselement eine Vertiefung zum Positionieren des komplementären Kontaktelements auf. Es ist jedoch auch möglich, dass das Kontaktelement mehrere Bereiche mit maximalem Abstand zur Leiterplatte aufweist, zwischen denen sich die Kontaktfläche befindet. Diese Bereiche können die Kontaktfläche des komplementären Kontaktelements auf der Kontaktfläche auf dem Abstandselement positionieren.According to one embodiment of the invention, the spacer element has a recess for positioning the complementary contact element. However, it is also possible that the contact element has a plurality of regions at a maximum distance from the printed circuit board, between which the contact surface is located. These areas may position the contact surface of the complementary contact element on the contact surface on the spacer.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überlappt ein Vorderende des Abstandselements eine Kante der Leiterplatte. Damit kann das Abstandselement auch eine scharfe Kante der Leiterplatte überdecken.According to one embodiment of the invention, a front end of the spacer overlaps an edge of the circuit board. Thus, the spacer can also cover a sharp edge of the circuit board.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement mit der Leiterplatte verlötet. Beispielsweise kann das Abstandselement als Einzelteil mit einem Standard-Lötlinienbestücker auf die Leiterplatte gesetzt werden. Das Abstandselement kann beispielsweise ein oberflächenmontiertes Bauteil sein.According to one embodiment of the invention, the spacer is soldered to the circuit board. For example, the spacer can be placed as a single part with a standard Lötbestomputer on the circuit board. The spacer may be, for example, a surface mounted component.
Ist das Abstandselement aus einem Metallstreifen geformt, können die Lötbereiche aus umgeknickten Abschnitten des Metallstreifens geformt werden.If the spacer element is formed from a metal strip, the soldering areas can be formed from bent-over sections of the metal strip.
Beispielsweise kann das Abstandselement über eine Lötlasche mit der Leiterplatte verlötet ist. Die Lötlasche kann beispielsweise ein Rand eines Metallstreifens sein, der unter eine Wölbung des Abstandselements genickt wurde oder der nach außen geknickt wurde.For example, the spacer element is soldered via a solder tab to the circuit board. The solder tab may for example be an edge of a metal strip that has been bent under a curvature of the spacer or has been bent outwards.
Auch kann das Abstandselement am Stanzband geliefert und am Stanzstreifen auf der Leiterplatte positioniert und verlötet werden. Im Anschluss an den Lötprozess kann das verbindende Stanzband von mehreren Abstandselementen beim Vereinzeln der Leiterplatten durch Fräsen, Laserschneiden oder durch Stanzen getrennt werden.Also, the spacer can be supplied to the punching tape and positioned on the punching strip on the circuit board and soldered. Following the soldering process, the connecting punching tape can be separated from a plurality of spacer elements when separating the printed circuit boards by milling, laser cutting or punching.
Alternativ können die Abstandselemente im Stanzstreifen durch Bügellöten mit der Leiterplatte verbunden werden. Das Bügellöten ermöglicht durch die Anpresskraft im Prozessschritt des Lötens eine sehr planare Lötung. Alternatively, the spacer elements can be connected in the punching strip by ironing with the circuit board. The ironing allows a very planar soldering by the contact pressure in the process step of soldering.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement mit einer elektrischen Kontaktfläche auf der Leiterplatte verlötet. Beim Befestigen des Abstandselements auf der Leiterplatte kann auch gleichzeitig eine elektrische Verbindung zur entsprechenden Leitung auf der Leiterplatte hergestellt werden.According to one embodiment of the invention, the spacer element is soldered to an electrical contact surface on the circuit board. When mounting the spacer on the circuit board can also be made at the same time an electrical connection to the corresponding line on the circuit board.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement lediglich an einem Ende an der Leiterplatte befestigt. Ein anderes Ende kann auf der Leiterplatte beweglich sein. Wenn das Abstandselement einen federnden Bogen bzw. eine Blattfeder umfasst, kann sich das lose Ende beim Zusammendrücken des Abstandselements auf der Leiterplatte bewegen.According to one embodiment of the invention, the spacer element is attached only at one end to the circuit board. Another end may be movable on the circuit board. If the spacer comprises a resilient bow or a leaf spring, the loose end may move on compression of the spacer on the circuit board.
Das Abstandselement kann aber auch an beiden Enden befestigt sein. The spacer may also be attached at both ends.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement an einem Ende von der Oberfläche der Leiterplatte weggebogen, so dass eine Federbewegung des Abstandselements erleichtert wird. Beispielsweise kann das Abstandselement an der der Leiterplattenkante gegenüberliegenden Seite nach oben gebogen sein.According to one embodiment of the invention, the spacer is bent away at one end from the surface of the circuit board, so that a spring movement of the spacer is facilitated. For example, the spacer may be bent upwards on the side opposite the printed circuit board edge.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung greift das Abstandselement zur Befestigung an der Leiterplatte in eine Öffnung in der Leiterplatte ein. Beispielsweise kann am Abstandselement ein Positionszapfen oder Rastzapfen ausgebildet sein, der in die Öffnung eingreift. Auch auf diese Weise kann zumindest ein Ende des Abstandselements an der Leiterplatte fixiert werden.According to one embodiment of the invention, the spacer engages for attachment to the circuit board in an opening in the circuit board. For example, a position pin or latching pin can be formed on the spacer, which engages in the opening. Also in this way, at least one end of the spacer can be fixed to the circuit board.
Die Positionierung des Abstandselements auf der Leiterplatte kann entweder durch Positionszapfen bzw. Rastzapfen am Kontaktstück (Bohrung in der Leiterplatte) erfolgen oder durch die zentrierende Wirkung des aufschmelzenden Lotes (Reflow).The positioning of the spacer on the circuit board can be done either by position pins or locking pin on the contact piece (hole in the circuit board) or by the centering effect of the reflowing solder (reflow).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement mit der Leiterplatte verpresst und/oder verprägt. Beispielsweise kann das Abstandselement in eine entsprechende Öffnung in der Leiterplatte verpresst werden oder dort verprägt werden.According to one embodiment of the invention, the spacer element is pressed and / or embossed with the printed circuit board. For example, the spacer can be pressed into a corresponding opening in the circuit board or embossed there.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umgreift das Abstandselement die Leiterplatte beidseitig. Es ist möglich, dass das Abstandselement U-förmig geformt ist und über den Rand der Leiterplatte geschoben wird. In diesem Fall kann das Abstandselement nur reibschlüssig mit der Leiterplatte verbunden sein.According to one embodiment of the invention, the spacer engages around the circuit board on both sides. It is possible that the spacer element is U-shaped and is pushed over the edge of the circuit board. In this case, the spacer element can only be frictionally connected to the printed circuit board.
Zusätzlich kann das Abstandselement mittels einer Umspritzung auf der Leiterplatte positioniert und gehalten werden (beispielsweise mittels eines Verschnappmechanismus oder einer Verklemmung). Eine Umspritzung ermöglicht weitere Funktionsmechanismen, wie beispielsweise die Zentrierung und die Verriegelung des Steckers direkt auf der Leiterplatte. Somit ist eine sehr exakte Positionierung des Steckers auf der Leiterplatte gewährleistet.In addition, the spacer can be positioned and held by means of an encapsulation on the circuit board (for example by means of a snap mechanism or a jam). An encapsulation allows further functional mechanisms, such as the centering and locking of the plug directly on the circuit board. Thus, a very accurate positioning of the plug on the circuit board is guaranteed.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kontaktanordnung eine Mehrzahl von Kontaktelementen, die in wenigstens einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe auf der Leiterplatte angeordnet sind, wobei die zweite Reihe weiter von einem Rand der Leiterplatte entfernt ist als die erste Reihe. Dabei sind die Kontaktflächen der Kontaktelemente der zweiten Reihe auf Abstandselementen angeordnet, so wie sie beispielsweise obenstehend und untenstehend näher beschrieben sind. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Kontaktelemente aus dem Kabelbaumstecker, die die Kontaktelemente der zweiten Reihe kontaktieren soll, die Kontaktelemente aus der ersten Reihe unbeabsichtigt kontaktieren.According to one embodiment of the invention, the contact arrangement comprises a plurality of contact elements arranged in at least a first row and a second row on the printed circuit board, the second row being farther from an edge of the printed circuit board than the first row. The contact surfaces of the contact elements of the second row are arranged on spacer elements, as described for example above and below. In this way it can be prevented that contact elements of the harness connector, which is to contact the contact elements of the second row, contact the contact elements of the first row unintentionally.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Basically, identical or similar parts are provided with the same reference numerals.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments
Die
Die Abstandselemente
Die Kontaktfläche
Anstelle von starren Abstandselementen
Die
Die
In der
Die geschlossene Stellung des Kontaktsystems
Da die Abstandselemente in Bewegungsrichtung
Die
Die
Das Abstandselement
Die Abstandselemente
Dazu können aus abgeknickten Enden (bzw. Bereichen) der Abstandselemente
Das Abstandselement
Das Abstandselement
In den
Auch ist es möglich, dass die Abstandselemente
Die
Die Abstandselemente
Das Abstandselement
Die Kontaktpunkte
Beim Abstandselement
Analog greifen beim Abstandselement
Weiter ist es möglich, dass die Abstandselemente
In den
Die Enden
Auch die Abstandselemente
Die
In der
Bei den Abstandselementen
Die
Die
Die
Die Reihen
Wie aus den
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
Claims (16)
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