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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement zur Verbindung zweier elektrischer oder elektronischer Bauteile, insbesondere zweier Leiterplatten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung noch eine Leiterplattenanordnung mit zwei Leiterplatten und einem elektrischen Verbindungselement, das eine flexible Leiterplatte und mindestens zwei Gruppen von starren Kontaktpins aufweist.
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Eine elektrische Verbindung zwischen zwei elektrischen oder elektronischen Bauteilen kann grundsätzlich über elektrische Leitungen erfolgen, deren abisolierte Enden jeweils mit entsprechenden Anschlussflächen der elektrischen oder elektronischen Bauteile verlötet werden. Bei den elektrischen und elektronischen Bauteilen kann es sich dabei insbesondere um Leiterplatten handeln, welche ihrerseits Teil einer größeren Baugruppe, beispielsweise einer Bedieneinheit, einer Anzeige oder einer Sensoreinheit eines elektronischen Messgeräts oder eines anderen elektronischen Geräts sein können.
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Insbesondere dann, wenn die miteinander zu verbindenden Bauteile nur eine geringe Größe aufweisen oder der bei der Montage zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist, ist die Herstellung von Lötverbindungen nicht nur zeitaufwendig und damit relativ teuer, sondern auch fehleranfällig, da sie in der Regel von Hand durchgeführt werden muss. Aus diesem Grund werden in der Praxis häufig elektrische Leitungen als Verbindungselemente verwendet, an deren Enden entsprechend ausgebildete Steckverbinder angeordnet sind. Die Steckverbinder müssen dann nur noch mit korrespondierenden Gegensteckverbindern, die an den elektrischen und elektronischen Bauelementen angeordnet sind, zusammengesteckt werden, so dass auf die Herstellung von Lötverbindungen zur Verbindung der Bauelemente verzichtet werden kann. Nachteilig ist dabei jedoch, dass durch die Verwendung der Steckverbinder und der benötigten Gegensteckverbinder die elektrische Verbindung relativ teuer wird, was sich insbesondere dann besonders negativ bemerkbar macht, wenn mehrere elektrische Verbindungen in einem Gerät, beispielsweise einem Messgerät realisiert werden müssen.
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Aus der
DE 100 09 509 A1 ist ein durch Stanzen aus einem Blechstück hergestelltes Verbindungselement bekannt, mit dessen Hilfe zwei Leiterplatten miteinander verbunden werden können, wobei ein Ende des Verbindungselements in SMD-Technik mit der einen Leiterplatte verbunden und das andere, als Kontaktstift ausgebildete Ende in eine entsprechende Bohrung der anderen Leiterplatte eingepresst wird. Hierbei ist jedoch zum einen die Ausbildung des einen federnden Mittelabschnitt aufweisenden Verbindungselements relativ aufwendig, zum anderen ist das Verbindungselement, das sich senkrecht zu den beiden Leiterplatten erstreckt, nur zur Verbindung zweier starrer Leiterplatten vorgesehen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
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Darüber hinaus sind Steckverbinder zur Verbindung mit Leiterplatten bekannt, deren Kontaktelemente auf der der Leiterplatte zugewandten Seite als Einpresskontakte ausgebildet sind, wobei die Kontakte bei der Montage des Steckverbinders auf der Leiterplatte in metallisierte Löcher in der Leiterplatte eingepresst werden. Außerdem werden entsprechend ausgebildete Einpresskontakte auch zur unmittelbaren lötfreien Verbindung zweier Leiterplatten miteinander eingesetzt. Die Einpresskontakte weisen dabei auf beiden einander gegenüberliegenden Seiten entsprechend ausgebildete Kontaktabschnitte auf, die jeweils in ein metallisiertes Loch in einer Leiterplatte eingepresst werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass durch die Ausbildung der Einpresskontakte die geometrische Anordnung der beiden Leiterplatten zueinander sehr stark eingeschränkt ist. In der Regel müssen die beiden Leiterplatten parallel zueinander angeordnet sein und können auch nur einen relativ geringen Abstand voneinander aufweisen. Daher ist die Verwendung derartiger einfacher elektrischer Verbindungselemente stark eingeschränkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Verbindungselement zur Verfügung zu stellen, das bei möglichst einfacher Herstellung eine hohe Flexibilität bezüglich der Anordnung der miteinander zu verbindenden elektrischen oder elektronischen Bauteile ermöglicht. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenanordnung mit zwei Leiterplatten und einem elektrischen Verbindungselement anzugeben, die variabel an unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst und einfach hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird zunächst durch ein elektrisches Verbindungselement gelöst, das eine flexible Leiterplatte und mindestens zwei starre Kontaktpins aufweist. Der erste Endabschnitt der Kontaktpins ist auf jeweils einer Anschlussfläche auf der Leiterplatte mittels SMD-Technik aufgelötet, wobei sich die Kontaktpins zumindest im Bereich der Anschlussfläche parallel zur Erstreckungsebene der flexiblen Leiterplatte erstrecken, d. h. nicht senkrecht von der flexiblen Leiterplatte abstehen. Der zweite Endabschnitt der Kontaktpins steht über die flexible Leiterplatte über, so dass der zweite Endabschnitt der Kontaktpins zur lötfreien elektrischen Kontaktierung mit einem korrespondierenden Anschlussbereich eines elektrischen oder elektronischen Bauteils zur Verfügung steht.
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Das erfindungsgemäße elektrische Verbindungselement zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass es besonders einfach hergestellt werden kann, da die Bestückung der flexiblen Leiterplatte mit den starren Kontaktpins, deren Erstreckungsrichtung bei der Montage parallel zur Ebene der flexiblen Leiterplatte verläuft, mittels SMD-Technik und damit vollständig automatisiert erfolgen kann. Werden als Kontaktpins gerade, einteilige, nicht umspritzte Kontaktstifte oder Pressfits verwendet, so sind diese zum einen besonders kostengünstig, zum anderen lassen sich derartige Kontaktpins wie normale SMD-Bauteile mit herkömmlichen Bestückungsmaschinen auf der flexiblen Leiterplatte positionieren und verlöten.
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Durch die Verwendung einer flexiblen Leiterplatte, auf der die Kontaktpins mittels SMD-Technik aufgelötet sind, kann die Orientierung und die Position der auf der flexiblen Leiterplatte aufgelöteten Kontaktpins bzw. der Anschlussflächen optimal an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden, so dass die räumliche Zuordnung der beiden miteinander zu verbindenden elektrischen oder elektronischen Bauteile nicht durch das Verbindungselement eingeschränkt ist, sondern vielmehr die räumliche Form des Verbindungselements an die jeweilige räumliche Anordnung der Bauteile angepasst werden kann.
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Zuvor ist ausgeführt worden, dass die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins über die flexible Leiterplatte überstehen. Hierzu können die Kontaktpins derart positioniert und mit ihren ersten Endabschnitten auf der Leiterplatte aufgelötet werden, dass die zweiten Endabschnitte bereits die ebene flexible Leiterplatte überragen, d. h. über einen Randbereich der Leiterplatte überstehen. Daneben ist es jedoch auch möglich, dass die Kontaktpins derart positioniert und mit ihren ersten Endabschnitten auf der Leiterplatte aufgelötet sind, dass die zweiten Endabschnitte die Leiterplatte erst dann überragen, wenn die flexible Leiterplatte entsprechend gefaltet oder gebogen ist. Die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins stehen dann zunächst nicht über die ebene, nicht gefaltete oder gebogene flexible Leiterplatte über. Dennoch sind die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins nach dem Falten oder Biegen der flexiblen Leiterplatte frei zugänglich, so dass sie zur lötfreien elektrischen Verbindung mit einem korrespondierenden Anschlussbereich eines elektrischen oder elektronischen Bauteils verwendet werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements ist die flexible Leiterplatte auf zwei unterschiedlichen Seiten jeweils mit einer Gruppe von mindestens zwei starren Kontaktpins verbunden, wobei jeweils die ersten Endabschnitte der Kontaktpins auf jeweils einer Anschlussfläche auf der Leiterplatte mittels SMD-Technik aufgelötet sind und die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins über die flexible Leiterplatte überstehen. Die erste Gruppe von Kontaktpins dient dann zur Verbindung mit dem ersten elektrischen oder elektronischen Bauteil während die zweite Gruppe von Kontaktpins zur elektrischen Verbindung des zweiten elektrischen oder elektronischen Bauteils dient. Die lötfreie Verbindung der jeweiligen Kontaktpins mit den beiden Bauteilen erfolgt über eine Steckverbindung, wozu die Bauteile entsprechende Aufnahmen für die Kontaktpins, beispielsweise Kontaktbuchsen, aufweisen. Handelt es sich bei den zu verbindenden elektrischen oder elektronischen Bauteilen um Leiterplatten oder weisen diese Bauteile Leiterplatten auf, so kann die Steckverbindung dadurch einfach realisiert werden, dass in den Leiterplatten jeweils zu den Kontaktpins korrespondierende metallisierte Löcher ausgebildet sind, in die die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins eingepresst werden können.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungselements sind die Kontaktpins nur auf einer Seite der flexiblen Leiterplatte angeordnet, während die flexible Leiterplatte auf einer anderen Seite einen Verbindungsabschnitt aufweist, über den die flexible Leiterplatte elektrisch leitend mit einem elektrischen oder elektronischen Bauelement verbindbar ist. Der Verbindungsabschnitt der flexiblen Leiterplatte kann dabei beispielsweise entsprechende Anschlussflächen aufweisen, die mit korrespondierenden Anschlussflächen oder Kontaktelementen des elektrischen oder elektronischen Bauelements verbindbar sind.
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Handelt es sich bei dem elektrischen oder elektronischen Bauelement beispielsweise um ein Sensorelement, so kann dieses, vorzugsweise direkt bei der Bestückung, auf dem Verbindungsabschnitt positioniert und mittels SMD-Technik verlötet werden. Bei dem Sensorelement kann es sich beispielsweise um eine Spule eines induktiven Näherungsschalters oder um einen Temperaturmesswiderstand (Pt-Sensorelement) eines Temperaturmessgeräts handeln. Durch die Flexibilität der flexiblen Leiterplatte kann auch hier der Verbindungsabschnitt der flexiblen Leiterplatte, auf dem das Sensorelement aufgelötet werden soll, so gefaltet oder gebogen werden, dass durch das Verbindungselement keine Einschränkung bezüglich der räumlichen Zuordnung des Sensorelements und des zweiten Bauelements, beispielsweise einer Leiterplatte, besteht.
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Die Kontaktpins, die vorzugsweise als gerade, einteilige, nicht umspritze Kontaktstifte ausgebildet sind, können einfach und damit kostengünstig als Stanzteile hergestellt werden. Dabei kann im zweiten Endabschnitt des Kontaktpins eine Öffnung ausgebildet sein, so dass der Kontaktpin im zweiten Endabschnitt federnde Eigenschaften aufweist, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktpin und einem metallisierten Loch in einer Leiterplatte beim Einpressen des Kontaktpins verbessert wird. Alternativ dazu können die Kontaktpins auch als Drehteile mit einem im Wesentlichen runden Querschnitt oder einem näherungsweise U-förmigen Querschnitt ausgebildet sein. Zur Verbesserung der Kontakteigenschaften kann die Außenfläche des Kontaktpins, zumindest im zweiten Endabschnitt, profiliert sein.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird bei einer Leiterplattenanordnung mit zwei Leiterplatten und einem elektrischen Verbindungselement, welches eine flexible Leiterplatte und mindestens zwei Gruppen von starren Kontaktpins aufweist, dadurch gelöst, dass in den beiden Leiterplatten jeweils mindestens zwei zu den Kontaktpins korrespondierende metallisierte Löcher ausgebildet sind, in die die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins der beiden Gruppen jeweils eingepresst sind.
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Dadurch dass die beiden Leiterplatten der Leiterplattenanordnung über die flexible Leiterplatte miteinander verbunden sind, ist die räumliche Anordnung der beiden Leiterplatten zueinander an die jeweiligen Anforderungen anpassbar, insbesondere nicht durch das elektrische Verbindungselement auf eine ganz bestimmte, insbesondere parallele Zuordnung beschränkt. Über die auf der flexiblen Leiterplatte in SMD-Technik aufgelöteten Kontaktpins ist darüber hinaus eine lötfreie Verbindung zwischen dem Verbindungselement und den beiden Leiterplatten herstellbar, so dass nicht nur das elektrische Verbindungselement selber, sondern auch die Leiterplattenanordnung insgesamt sehr einfach herstellbar ist.
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Grundsätzlich können die beiden Leiterplatten, die über das elektrische Verbindungselement miteinander verbunden werden, ebenfalls flexibel ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht die Leiterplattenanordnung jedoch aus zwei starren oder zumindest bereichsweise starren Leiterplatten, wobei die metallisierten Löcher, in die die zweiten Endabschnitte der Kontaktpins eingepresst werden, vorzugsweise im starren Bereich ausgebildet sind.
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Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße elektrische Verbindungselement und die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Diesbezüglich wird sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 6 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen verwiesen. In den Zeichnungen zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrische Verbindungselements,
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2 eine Variante des elektrische Verbindungselements gemäß 1,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektrische Verbindungselements, und
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4 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung mit zwei starren Leiterplatten und einem elektrischen Verbindungselement.
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Die 1 und 2 zeigen zwei Varianten eines elektrischen Verbindungselements 1 zur Verbindung zweier – in 3 dargestellter – Leiterplatten 2, wobei das Verbindungselement 1 eine flexible Leiterplatte 3 und mehrere starre Kontaktpins 4 aufweist. Die einzelnen Kontaktpins 4 sind dabei mit ihrem ersten Endabschnitt 5 jeweils auf einer Anschlussfläche 6 auf der Leiterplatte 3 mittels SMD-Technik aufgelötet, während die zweiten Endabschnitte 7 der Kontaktpins 4 seitlich über die flexible Leiterplatte 3 überstehen.
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Während bei der in 1 dargestellten Ausführungsform die zweiten Endabschnitte 7 aller Kontaktpins 4 seitlich über die ebene, nicht gefaltete oder gebogene flexible Leiterplatte 3 überstehen, sind bei der Variante gemäß 2 die rechts dargestellten Kontaktpins 4 des elektrischen Verbindungselements 1 so angeordnet, dass ihre zweiten Endabschnitte 7 erst dann über die flexible Leiterplatte 3 überstehen, wenn diese gefaltet oder gebogen ist. Zur Veranschaulichung ist auf der flexiblen Leiterplatte 3 eine Faltlinie 8 eingezeichnet, an der die flexible Leiterplatte 3 gefaltet wird, nachdem die Kontaktpins 4 mit ihren ersten Endabschnitten 5 auf den Anschlussflächen 6 aufgelötet sind. Ist die flexible Leiterplatte 3 an der Faltlinie 8 gefaltet, so stehen die zweiten Endabschnitte 7 der Kontaktpins 4 seitlich über die flexible Leiterplatte 3 über, so dass die zweiten Endabschnitte 7 der Kontaktpins 4 zur lötfreien elektrischen Kontaktierung mit einem korrespondierenden Anschlussbereich eines elektrischen oder elektronischen Bauelements, insbesondere einer Leiterplatte 2, zur Verfügung stehen.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 sind auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Leiterplatte 3 jeweils mehrere, zwei Gruppen 9, 10 bildende Kontaktpins 4 aufgelötet. Im Unterschied dazu sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 nur auf einer Seite der flexiblen Leiterplatte 3 Kontaktpins 4 angeordnet, während die flexible Leiterplatte 3 auf der anderen Seite einen Verbindungsabschnitt 11 aufweist, über den die flexible Leiterplatte 3 elektrisch leitend mit einem elektrischen oder elektronischen Bauelement, beispielsweise einem Temperaturmesswiderstand 12 als Sensorelement verbunden ist. Der Temperaturmesswiderstand 12 ist dabei direkt in SMD-Technik auf einer Anschlussfläche 6 auf dem Verbindungsabschnitt 11 der Leiterplatte 3 aufgelötet.
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Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des elektrischen Verbindungselements 1 erfolgt das Bestücken und anschließende Verlöten der Kontaktpins 4 auf der flexiblen Leiterplatte 3 im ”normalen” SMD-Prozess, also dann, wenn auch andere – hier nicht dargestellte – elektronische Bauelemente auf der flexiblen Leiterplatte 3 positioniert und auf dieser verlötet werden. Durch die Bestückung der Kontaktpins 4 auf der flexiblen Leiterplatte 3 und einem sich eventuell daran anschließendem Konturschneiden der Leiterplatte 3, beispielsweise mittels Laser, ist nahezu jede beliebige Form der flexiblen Leiterplatte 3 herstellbar. Dadurch, dass die zweiten Endabschnitte 7 der Kontaktpins 4 – gegebenenfalls nach dem Biegen oder Falten – über die Seitenfläche der flexiblen Leiterplatte 3 überstehen, ist deren Kontaktbereich frei zugänglich, so dass insbesondere als Pressfits ausgebildete Kontaktpins 4 einfach mit entsprechenden Gegenkontaktelementen verbunden oder in entsprechende Löcher in einer Leiterplatte 2 eingepresst werden können.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung 13 mit zwei Leiterplatten 2 und einem elektrischen Verbindungselement 1. Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 weist das Verbindungselement 1 eine flexible Leiterplatte 3 und mehrere Kontaktpins 4 auf, die in zwei Gruppen 9, 10 auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 3 angeordnet sind. Dabei sind die über die flexible Leiterplatte 3 überstehenden zweiten Endabschnitte 7 der Kontaktpins 4 jeweils in metallisierte Löcher 14 eingepresst, die korrespondierend zu den Kontaktpins 4 in den beiden Leiterplatten 2 ausgebildet sind.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Leiterplattenanordnung 13 sind die beiden Leiterplatten 2 als starre Leiterplatten ausgebildet. Alternativ können die Leiterplatten 2 jedoch auch als Starrflex-Leiterplatten oder als Semiflex-Leiterplatten ausgebildet sein, d. h. als Leiterplatten, die neben einem starren Bereich auch zumindest einen flexiblen Bereich aufweisen.
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Wie aus der Darstellung gemäß 4 leicht erkennbar ist, ist aufgrund der Flexibilität der flexiblen Leiterplatte 3 die räumliche Zuordnung der beiden Leiterplatten 2 zueinander durch das elektrische Verbindungselement 1 nicht eingeschränkt, d. h. mittels des elektrischen Verbindungselements 1 können die beiden Leiterplatten 2 elektrisch miteinander verbunden werden, unabhängig davon wie die beiden Leiterplatten 2 räumlich zueinander angeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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