DE10010542A1

DE10010542A1 - Elektrische Komponente zum Oberflächenmontieren auf einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE10010542A1
Application number: DE10010542A
Authority: DE
Inventors: Victor Isac
Original assignee: Weco Electrical Connectors Inc
Current assignee: Weco Electrical Connectors Inc
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2000-09-07
Also published as: US6095857A; CA2299837A1

Abstract

Eine neue oberflächenmontierte elektrische Komponente zum Montieren auf einer Leiterplatte. Die elektrische Komponente schließt mindestens einen Stift und eine Halteoberfläche ein. Der Stift dient sowohl als Punkt eines elektrischen Kontaktes zwischen der elektrischen Komponente und der Leiterplatte als auch als Lötverankerungspunkt. Die Halteoberfläche ist entfernt von dem Stift und dient als ein zusätzlich lötverankerter Punkt zum Begrenzen der Bewegung der elektrischen Komponente auf der Leiterplatte. Sowohl der Stift als auch die Halteoberfläche sind koplanar, wobei ein gleichmäßiges Löten der elektrischen Komponente auf der Leiterplatte ermöglicht wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet oberflächenmontierter elektrischer Komponenten. Insbesondere steht sie in Verbindung mit einem Verfahren zum Montieren und Verankern oberflächenmontierter elektrischer Komponenten wie etwa elektrische Verbindungsglieder zu einer Leiterplatte.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Mit dem Fortschritt des Leiterplattenzusammenbaus ist eine Technik aufgekommen, die als Oberflächenmontage-Technologie bekannt ist, die in dem Montieren von elektrischen Schaltungskomponenten und ihren elektrischen Verbindungen auf der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte (PCB) eher als durch Löcher besteht. Die PCB selbst ist einer flache Platte, deren Frontseite Einbauplätze für integrierte Schaltungschips und Verbindungen für eine Vielfalt elektrischer Komponenten enthält, und deren Rückseite mit elektrisch leitenden Leiterbahnen zwischen den Komponenten bedruckt ist. Ein Beispiel einer derartigen elektrischen Komponente ist das elektrische Verbindungsglied, das, wenn es auf der PCB montiert ist, eine Schnittstelle zwischen diskreten Drähten und der PCB erzeugt. Eine Automatisierung des Leiterplatten- Zusammenbauprozesses bezieht typischerweise die Verwendung von automatischen Bestückungsgeräten zum Plazieren der elektrischen Komponenten auf der PCB ein.

Bestehende oberflächenmontierte elektrische Komponenten, wie elektrische Verbindungslieder, werden auf der PCB durch Löten ihrer elektrischen Stifte an die PCB verankert, wobei diese Stifte auch Punkte eines elektrischen Kontaktes zwischen der Komponente und der PCB vorsehen. Diese Komponenten benötigen jedoch oft zusätzliche Mittel zum mechanischen Befestigen, um die Bewegung der Komponenten auf der PCB zu beschränken, weil eine übermäßige Bewegung unerwünschte Spannungen auf die elektrischen Stiftlötverbindungen ausübt.

Leider haben die Verankerungssysteme, die gegenwärtig zum Befestigen von oberflächenmontierten elektrischen Komponenten auf Leiterplatten verwendet werden, wesentliche Nachteile. In dem Fall von Metall oder Kunststoffklammern sind übermäßig hohe Einfügungskräfte von den Bestückungsgeräten in einem automatischen Zusammenbau erforderlich und ein Zugriff auf die gegenüberliegende Seite der PCB kann ein Bohren der PCB erfordern. In dem Fall von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen ist die Automatisierung des Zusammenbaus sehr schwierig durchzuführen.

Hier zeigt die Hintergrundinformation klar, daß es einen Bedarf in der Industrie gibt, ein verbessertes Verfahren zum Verankern oberflächenmontierter elektrischer Komponenten an einer Leiterplatte vorzusehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue elektrische Komponente zur Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte. Die elektrische Komponente schließt mindestens einen elektrischen Stift ein, der sowohl als ein Punkt eines elektrischen Kontaktes zwischen der elektrischen Komponente und der Leiterplatte dient als auch als ein Punkt zur Lötverankerung. Die elektrische Komponente schließt weiterhin ein neues Verankerungssystem ein. Das Verankerungssystem umfaßt eine Halteoberfläche, die koplanar mit dem elektrischen Stift ist. Die Halteoberfläche ist auch in der Lage, an der Leiterplatte lötverankert zu werden, um somit die Bewegung der elektrischen Komponente auf der Leiterplatte zu begrenzen und unerwünschte Spannungen auf die elektrischen Stiftlötverbindungen zu eliminieren.

Die elektrische Komponente, die das neue Verankerungssystem ein schließt, erfordert keine Einfügungskraft, um auf der Leiterplatte montiert zu werden. Die Automatisierung des Oberflächenmontierungs-Zusammenbauvorgangs ist damit größtenteils vereinfacht, ohne ein Bohren der Leiterplatte oder einen Zugriff zu der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte zu erfordern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich durch die folgende detaillierte Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird. Es ist jedoch verständlich, daß die Zeichnungen nur zu Zwecken der Darstellung und nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung vorgesehen sind, auf die Bezug genommen werden sollte mit den anhängigen Ansprüchen.

Fig. 1 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines oberflächenmontierten elektrischen Verbinderblocks gemäß der vorliegenden Erfindung, der in einer Position, die auf eine PCB zu montieren ist, gezeigt wird;

Fig. 2 ist eine zusammengebaute Ansicht des oberflächenmontierten elektrischen Verbinderblocks, der in Fig. 1 gezeigt wird, auf der PCB;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 aufgenommen ist.

BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In einem spezifischen Beispiel ist die elektrische Komponente, die auf einer PCB oberflächenmontiert werden soll, ein elektrischer Verbinderblock, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Der Verbinderblock 100 ist aus einem isolierenden Material hergestellt, wie etwa aus Kunststoff, und ist geformt, um mindestens einen Verbindungspunkt zum Verbinden mit einer passenden Komponente oder mit diskreten Drähten einzuschließen. Der Verbinderblock 100 schließt weiterhin Stifte 104, 106 und 108 und zwei zylindrische Öffnungen 110 und 112 ein. Die Stifte dienen als elektrische Kontakte zwischen dem Verbinderblock 100 und der PCB 102, während die Öffnungen 110 und 112 einen Teil des Verankerungssystems für den Verbinderblock 100 bilden. Das Verankerungssystem schließt weiterhin zwei zylindrische Anker 114 und 116 ein, mit Endoberflächen 128 und 130. Auf diese Endoberflächen wird hiernach als Halteoberflächen Bezug genommen, und sie werden von einem funktionalen Gesichtspunkt aus in weiterem Detail unten beschrieben. Die Anker 114 und 116 sind hohl und schließen radial auswärts vorspringende Schultern 132 bzw. 134 ein. Jede Schulter ist zum Bilden einer Anlage gegen die obere Fläche des Verbinderblockes 100 gestaltet, wenn sein jeweiliger Anker in eine der Öffnungen in dem Verbinderblock 100 eingefügt ist. Die Länge der Anker 114 und 116 zwischen dem unteren Rand der Schultern 132 bzw. 134 und den Halteoberflächen 128 bzw. 130 ist im wesentlichen gleich der Dicke des Verbinderblocks 100. Wenn somit die Anker 114 und 116 in die Öffnungen 112 bzw. 110 eingefügt sind, sind die Halteoberflächen 128 und 130 koplanar mit den Stiften 104, 106 und 108. Der kreisförmige Querschnittsdurchmesser der zylindrischen Anker 114 und 116 ist derart, daß die Anker eng in die Öffnungen 112 bzw. 110 passen.

Die PCB 102 kann mehrere integrierte Schaltungschips und Verbindungen für eine Vielfalt von anderen elektrischen Komponenten einschließen, von denen keine in der Fig. 1 im Interesse der Klarheit gezeigt ist. Die PCB 102 schließt weiterhin eine Mehrzahl von Lötanschlußflächen ein, die auch einen Teil des Verankerungssystems bilden. Die Lötanschlußflächen 122, 124 und 126 passen in Form, Größe und Abstand mit den Stiften 108, 106 bzw. 104 zusammen und dienen sowohl als elektrische Kontaktpunkte als auch Verankerungspunkte, sobald sie mit den Stiften verlötet sind. Die Lötkontaktflächen 118 und 120 passen in Gestalt, Größe und Abstand mit den Halteoberflächen 128 und 130 der Anker 114 bzw. 116 zusammen und dienen als zusätzliche Verankerungspunkte, wenn sie mit den Ankern verlötet sind.

Beim Gebrauch paßt der Verbinderblock 10 mit den Ankern zusammen, wobei die Anker 114 und 116 in die Öffnungen 112 bzw. 101 eingefügt werden. Die Abmessung, die zwischen den Ankern und den Öffnungen angepaßt ist, stellt sicher, daß sie an Ort und Stelle durch Reibkräfte gehalten werden, sobald die Anker in die Öffnungen eingepaßt sind. Der zu den Ankern passende Verbinderblock 100 wird als nächstes auf der PCB 102 derart positioniert, daß die Stifte 104, 106 und 108 mit den Lötanschlußflächen 126, 124, bzw. 122 ausgerichtet sind, und die Halteoberflächen 128 und 130 sind mit den Lötflächen 118 bzw. 120 ausgerichtet. Die Anordnung des Verbinderblocks 100 mit eingepaßten Ankern auf der PCB 102 kann durch eine Bestückungsmaschine in einem automatischen Zusammenbauvorgang durchgeführt werden, insbesondere, weil der Verbinderblock 100 nicht auf die PCB 102 zu drücken ist. In Wirklichkeit erfordert das Montieren des Verbinderblocks 100 mit eingepaßten Ankern auf die Leiterplatte 102 keine Einfügungskraft, was ein wichtiger Vorteil für dieses neue Verankerungssystem ist.

Wenn die Verbinderblockstifte 104, 106 und 108 einmal genau auf der PCB 102 positioniert sind, werden sie sowie die Halteoberflächen 128 und 130 auf die PCB 102 gelötet. Da die Halteoberflächen 128 und 130 koplanar mit den Stiften 104, 106 und 108 sind, ist ein gleichmäßiges Löten zwischen dem Verbinderblock 10 und der PCB 102 sichergestellt. Der montierte Verbinderblock 100 mit eingepaßten Ankern ist in Fig. 2 gezeigt. Die feste Verbindung der Anker 114 und 116 in dem Verbinderblock 100 beschränkt die Bewegung des letzteren auf der PCB 102 und eliminiert somit unerwünschte Spannungen auf die elektrischen Stiftlötverbindungen 200, 202 und 204. Es ist zu beachten, daß die Anker 114 und 116 keinen Teil des elektrischen Kontaktes zwischen dem Verbinderblock 100 und der PCB 102 bilden und nicht den elektrischen Kontakt beeinträchtigen. Dieses wird durch die Positionierung der Anker in dem Verbinderblock 100 derart sichergestellt, daß sie von den Verbindungsstiften 104, 106 und 108, die als Punkte elektrischen Kontakts zwischen dem Verbinderblock 100 und der PCB 102 dienen, beabstandet sind.

Die Halteoberflächen 128 und 130 für die Anker sind dünn genug, um ein schnelles Aufheizen auf Löttemperaturen zu ermöglichen. Weil eine solche Eigenschaft für typische Lötkontakte gemeinsam ist und dem Fachmann gut bekannt ist, wird sie nicht weiter im Detail beschrieben. Wichtiger ist, daß die Halteoberflächen 128 und 130 perforiert sind, um dem geschmolzenen Lot zu ermöglichen, einzufließen, um somit die Lötverbindungsfläche zu maximieren. Nimmt man Anker 114 als Beispiel, zeigt Fig. 3, daß der Anker 114 auf der Lötfläche 118 der PCB 102 ruht und bei seiner Halteoberfläche 128 durch Lot 300 umgeben ist. Die Halteoberfläche 128 ist perforiert, wobei eine größere Fläche für den Kontakt zwischen dem Lot 300 und der Halteoberfläche 128 bereitgestellt wird. Je größer die Lötverbindungsfläche, desto größer ist die Verankerungskraft, welche den Verbinderblock 100 auf der PCB 102 sichert.

In einer alternativen Ausführungsform können die Halteoberflächen ein integraler Bestandteil des Verbinderblocks sein. Zum Beispiel können die Halteoberflächen metallische Elemente sein, die in die Kunststofform an der Basis des Verbinderblocks eingebettet sind. Weiterhin kann der Verbinderblock eine einzige Halteoberfläche von einer größeren Fläche oder eine Vielzahl von Halteoberflächen aufweisen, die strategisch an der Basis des Verbinderblocks so positioniert sind, daß eine unerwünschte Bewegung des Verbinderblocks auf der PCB eliminiert wird.

Die obige Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter der vorliegenden Erfindung soll nicht in einer begrenzenden Weise gelesen werden, da Verbesserungen und Variationen möglich sind, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung wird in den anhängigen Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert.

Claims

1. Elektrische Komponente zum Montieren auf einer Leiterplatte, wobei die elektrische Komponente umfaßt:

- einen Körper;
- einen Stift zum Bereitstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen einem Verbinderblock und der Leiterplatte, wobei der Stift in der Lage ist, auf der Leiterplatte lötverankert zu werden;
- eine Halteoberfläche, die von dem Stift entfernt ist, wobei die Halteoberfläche in der Lage ist, lötverankert mit der Leiterplatte zum Einschränken der Bewegung der elektrischen Komponente auf der Leiterplatte zu werden, wobei die Halteoberfläche koplanar mit dem Stift ist.

2. Elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei die elektrische Komponente ein elektrischer Verbinder ist.

3. Elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei der Körper der elektrischen Komponente eine obere Fläche und eine untere Fläche einschließt.

4. Elektrische Komponente nach Anspruch 3, wobei die Halteoberfläche koplanar mit der unteren Fläche ist.

5. Elektrische Komponente nach Anspruch 4, wobei die Halteoberfläche eine Aussparung zur Aufnahme von Lot einschließt.

6. Elektrische Komponente nach Anspruch 5, wobei die Aussparung eine Öffnung ist.

7. Elektrische Komponente nach Anspruch 3, wobei die elektrische Komponente eine Verankerung mit einer Basis einschließt, wobei die Basis mindestens einen Abschnitt der Halteoberfläche bildet.

8. Elektrische Komponente nach Anspruch 7, wobei die Verankerung entfernbar von der elektrischen Komponente montiert ist.

9. Elektrische Komponente nach Anspruch 8, wobei die Verankerung ein länglicher Körper ist, der in einer Öffnung in der elektrischen Komponente montiert ist.

10. Elektrische Komponente nach Anspruch 9, wobei die Verankerung eine radial auswärts vorspringende Schulter aufweist, wobei die Schulter eine Anlage gegen die obere Fläche des Körpers der elektrischen Komponente bildet, wenn die Verankerung in der Öffnung montiert wird.

11. Elektrische Komponente nach Anspruch 10, wobei die Verankerung reibflüssig in der Öffnung gesichert ist.

12. Ein Verfahren zum Montieren der in Anspruch 1 definierten elektrischen Komponente auf einer Leiterplatte, wobei das Verfahren umfaßt:

- Ausrichtung des Stiftes mit einer Lötanschlußfläche auf der Leiterplatte;
- Ausrichtung der Halteoberfläche mit einer Lötfläche auf der Leiterplatte;
- Löten des Stiftes und der Halteoberfläche auf die Leiterplatte.