DE4132996C2 - Kontaktstift für Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift für Leiterplatten mit einem Kontaktteil und einem über einen Anschlagwulst mit dem Kontaktteil verbundenen Lötzapfen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kontaktstifte dieser Art werden allgemein für die Bestückung von Leiterplatten, insbe­ sondere Multilayer-Leiterplatten als Test-, Prüf-, Steckeranschluß-Stifte bzw. Lötstifte sowie für Steckkontaktanschlüsse verwendet.

Aus DE 26 26 094 A1 ist ein Kontaktstift bekannt, wobei ein Biegeteil in eine Hülse ein­ gebracht ist, wodurch dem Kontaktstift federnde Eigenschaften verliehen werden. Ein Nachteil ist allerdings eine aufwendige Herstellung.

In DE 33 20 672 C2 wird ein Kontaktstift zur Durchkontaktierung von Leiterplatten beschrieben. Ein Nachteil dieses Kontaktstifts ist allerdings ein schwieriges Einsetzen des Stifts in ein Lötauge einer Leiterplatte sowie der unzureichende Sitz des Kontakt­ stifts im Lötauge.

Aus FR 607 506 ist ein Kontaktstift mit zwei federnden Lötzapfenteile bekannt, die in einem Punkt zusammengeführt sind, wodurch sich allerdings Nachteile hinsichtlich der Federkraft der Lötzapfenteile ergeben.

Ein weiterer Lötstift mit zwei federnden Lötzapfenteile ist aus DE 37 19 307 A1 be­ kannt. Dieser Lötstift weist am Ende der Lötzapfenteile einen Außenwulst auf, mittels dem eine Fixierung des Lötstifts in der Leiterplatte erreicht wird. Ein Nachteil hierbei ist allerdings, dass der Lötstift nur schwierig in ein Lötauge einer Leiterplatte einge­ setzt werden kann.

Ein weiterer Nachteil bekannter Kontaktstifte ist, dass sie i. a. nicht maschinell in die Bohrungen der Leiterplatten eingepreßt werden können, weil häufig (insbesondere bei durchkaschierten Leiter­ platten) die Löthülsen unzulässig verformt werden und Anbindungen der inneren La­ gen abreißen. Deshalb müssen die bekannten Kontaktstifte ohne mechanischen Druck in die Bohrungen eingesetzt und von Hand gelötet werden. Diese Vorgehens­ weise verteuert die Herstellung der Leiterplatten. Bei Verwendung in normalen Lei­ terplatten ist bei maschinellem Einpressen oft Measlingbildung festzustellen. Schwankender Bohrlochdurchmesser (z. B. 1,3 + 0,2 mm) und bei neueren Leiter­ platten der geringe Lötaugendurchmesser (2, 3 bis 2,5 mm) sind hierfür die Ursachen. Maschinell kann i. a. ein solcher Kontaktstift nur noch mit einer speziell auf die Leiter­ platte eingestellten Maschine und per Einzelstiftzuführung von Hand leicht eingepreßt werden, wobei bei der nachfolgenden Bestückung und auf dem Transportweg zur Lötwelle Kontaktstifte herausfallen oder in unzulässige Schieflage geraten können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kontaktstift der eingangs genannten Art zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile vermeidet und der sich insbesondere für die maschinelle Bestückung der Leiterplatten eignet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1 wiedergegeben. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den übrigen Ansprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß sind die beiden Lötzapfenteile entlang ihrer Länge gestaffelt aus­ geführt, aufweisend

• - ein sich auf seiner Länge nicht verjüngendes Teil in dem die beiden Lötzapfenteile axial hinterschnitten sind, derart, dass ausgehend von dem, dem Anschlagwulst zugewandten Ende der Lötzapfenteile jeweils Längenteile der kontinuierlichen Verjüngung mit einer anschließenden kontinuierlichen Aufweitung bis zu einem Punkt vorhanden sind,
• - ein sich von dem Punkt ab zu dem freien Ende der Lötzapfenteile hin verjüngen­ des Teil.

Wegen des Schlitzes ist der Lötzapfen nicht mehr starr. Vielmehr federn die beiden Lötzapfenteile quer zur Längsrichtung des Zapfens und können daher besser in ein Lötauge auf der Leiterplatte eingeführt werden, da sie beim Einbringen federnd zu­ sammendrücken lassen, so dass nach dem Einbringen der Kontaktstift wegen der Federwirkung sicher und fest im Lötauge sitzt.

Der wesentliche Vorteil der derart ausgebildeten Kontaktstifte besteht darin, daß sie maschinell in die Leiterplatte eingesetzt werden können und sich beim Einsetzen die Stifte bzw. die Löthülsen nicht verformen und dass die Stifte zusammen mit den be­ stückten Leiterplatten über die Lötwelle gefahren werden können. Insbesondere wird durch den geschlitzten Lötzapfen die bisher immer wieder auftretende Delamination an den Bestückungslöchern der Leiterplatten weitgehend vermieden. Außerdem verbessert der Schütz durch seine Kapillarwirkung das Durchlöten der Lötstelle.

Kontaktstifte dieser Art können somit maschinell in Multilayer-Leiterplatten einge­ bracht werden, ohne daß ein Risiko des Abreißens von Leiteranbindungen der In­ nenlagen der Leiterplatten befürchtet werden muß.

Durch eine gestaffelte Ausführung der Lötzapfenlänge ist ferner eine Anpassung an ver­ schiedene Leiterplattendicken möglich.

Mit der Erfindung wird somit insgesamt die Qualität der Lötstellen von Kontaktstiften in einer Leiterplatte erheb­ lich verbessert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die beiden Lötzapfenteile sich jeweils zu ihrem freien En­ den hin auf einem Teil ihrer Länge, vorzugsweise auf dem größeren Teil kontinuierlich verjüngen. Als besonders vor­ teilhaft hat es sich erwiesen, wenn diese Verjüngung auf etwa 3/5 bis 4/5 der Lötzapfenlänge erfolgt.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß insbesondere a) beim Einbringen der Kontaktstifte in vom Durchmesser her nur geringfügig kleinere Lötaugen bzw. b) bei verkantet oder seitlich versetzt in die Lötaugen eingebrachten Kon­ taktstiften ein sicheres, zerstörungsfreies und selbstfin­ dendes Einbringen der Kontaktstifte in die Lötaugen mög­ lich ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn zusätz­ lich oder ergänzend zu dieser Maßnahme die beiden Löt­ zapfenteile zumindest auf einem Teil ihrer Länge, vorzugs­ weise auf dem größeren Teil, oder auf ihrer gesamten Länge ein- oder beidseitig quer zum Schlitz abgeflacht sind. Empfehlenswert ist hier insbesondere eine Abflachung auf eine Länge von etwa 4/7 bis 7/7 der gesamten Lötzapfen­ länge.

Eine solche Abflachung erleichtert ebenfalls das Einbrin­ gen der Kontaktstifte insbesondere in vom Durchmesser nur geringfügig kleinere Lötaugen bzw. bei verkantet bzw. seitlich versetzt angesetzten Kontaktstiften. Ferner schafft eine solche Abflachung einen Freiraum im Lötauge, durch den beim Lötvor­ gang über der Lötwelle zum einen das Lötzinn besser nach oben (in Richtung des Anschlagwulstes) steigen kann, wodurch ein guter Lötkegel erzeugt wird, und zum anderen ein besseres Entgasen im Löthülsenbereich ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß sind die beiden Lötzapfenteile auf dem sich nicht verjüngenden Teil ihrer Länge axial hinterschnitten.

Diese Maßnahme erweist sich insbesondere dann als sehr vorteilhaft, wenn der Kontaktstift in ein nur sehr geringfügig kleineres Lötauge eingeführt werden muß, da in diesem Fall die Lötzapfenteile des Stifts nur einen "linienförmigen" Kontakt statt eines flächigen Kontakts mit dem Lötauge haben (und zwar an der Stelle, an der je­ weils die Hinterschneidung endet und die sich zum freien Ende des Lötzapfenteils hin erstreckende Verjüngung beginnt), was den Einbringungswiderstand erheblich verrin­ gert und dennoch einen festen (strammen) Sitz des Stifts im Lötauge gewährleistet.

Im Hinblick auf eine möglichst gute Qualität der Lötstelle ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Lötzapfenteile auf ihrer in­ neren, dem Schlitz zugewandten Seite jeweils eine Aussparung aufweisen, die das beim Lötvorgang im Schlitz (wegen der Kapillarwirkung) aufsteigende Lötzinn ausfül­ len kann, wodurch eine bessere elektrische Kontaktierung erzielt wird.

Vorzugsweise entspricht die Kontur dieser beiden Aussparungen in etwa der Kontur der äußeren, dem Schlitz jeweils abgewandten Seite des jeweiligen Lötzapfenteils. Hierdurch wird erreicht, daß ein möglichst großen Füllvolumen für das Lötzinn bereit­ gestellt wird, ohne daß dabei die mechanische Stabilität der Lötzapfenteile, insbe­ sondere ihre Federwirkung darunter leiden muß.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktstifts, montiert in einer Leiterplatte, und zwar von der Seite,

Fig. 2 den um seine Längsachse um 90° gedrehten Kontaktstift gemäß Fig. 1 ebenfalls von der Seite,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktstifts, montiert in einer Leiterplatte, und zwar von der Seite.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht der Kontaktstift 1 aus einen Kontaktteil 12 und einem über einen Anschlagwulst 11 mit dem Kontaktteil 12 verbundenen Lötzapfen, der durch einen axial verlaufenden Schlitz 101, der bis zum Anschlagwulst 11 reicht, in zwei gleichgeformte Lötzapfenteile 10A, 10B unterteilt ist.

Auf dem größeren Teil 103A, 103B ihrer Länge (auf etwa 3/5 der Gesamtlänge des Lötzapfens) verjüngen sich die beiden Lötzapfenteile 10A, 10B kontinuierlich zu ih­ rem freien Ende hin, wobei die Verjüngung 103A, 103B im Querschnitt quer zum Schlitz 101 zunächst geradlinig erfolgt und erst in der Nähe des freien Endes in eine Rundung übergeht.

Ferner sind die beiden Lötzapfenteile 10A, 10B auf ihrer ganzen Länge beidseitig quer zum Schlitz 101 abgeflacht, wobei die Abflachung 102A an dem Beginn des zylindrischen Teiles des Anschlagwulstes 11 endet.

Ausgehend von ihrem dem Anschlagwulst 11 zugewandten Ende weisen die beiden Lötzapfenteile 10A, 10B jeweils eine Verjüngung 105A, 105B auf, die vorzugsweise eine durch die jeweilige Abflachung 102A begrenzte kegelstumpfförmige Kontur aufweisen und die zusammen mit zwei sich ab einer Stelle 107A, 107B, von der ab sich die beiden Zapfenteile 10A, 10B zu ihrem freien Ende hin verjüngen, zum Anschlag­ wulst 11 hin erstreckenden weiteren Verjüngungen 104A, 104B der Lötzapfenteile 10A, 10B eine axiale Hinterschnei­ dung des Lötzapfens 10A, 10B bilden.

Auf der inneren, dem Schlitz 101 zugewandten Seite weisen die beiden Lötzapfenteile 10A, 10B jeweils eine Aussparung 106A, 106B auf, deren Kontur in etwa der Kontur der je­ weils äußeren, von dem Schlitz 101 abgewandten Seite des jeweiligen Lötzapfenteils 10A, 10B entspricht und die zu­ sammen eine Erweiterung des Schlitzes 101 darstellen und eine Kammer zur Aufnahme des Lötzinns bilden.

Durch die gewählte Art der Verjüngungen 103A; 103B der axialen Hinterschneidungen 104A, 105A; 104B, 105B und der Aussparungen 106A; 106B nehmen die beiden Lötzapfenteile 10A, 10B insgesamt eine zangenförmige Form an, die sich wegen des Schlitzes 101 federnd zusammendrücken läßt.

Der Kontaktstift 1 ist mit seinem Lötzapfen 10A, 10B in ein Lötauge 22 einer im Querschnitt gezeigten Leiterplatte 2 in etwa bis zum Anschlagwulst 11 eingesteckt. Dabei ist mit 20 die Leiterplatten-Bestückungsseite und mit 21 die Leiterplatten-Lötseite bezeichnet.

Der Durchmesser des Lötauges ist so bemessen, daß er ge­ ringfügig kleiner ist als der größte Durchmesser des Löt­ zapfens 10A, 10B an der Stelle 107A, 107B, von der ab sich die beiden Teile 10A, 10B des Zapfens einerseits zu ihren freien Ende hin verjüngen (103A, 103B) und andererseits in Richtung des Anschlagswulstes 11 hin verjüngen (104A, 104B), so daß ein strammer Sitz des Kontaktstifts 1 in dem Lötauge gewährleistet ist.

Beim Einbringen des Kontaktstiftes werden die beiden Löt­ zapfenteile 10A, 10B federnd zusammengedrückt, sobald sie den Lötaugenrand 22 berühren.

Durch die Hinterschneidung 104A, 104B, 105A, 105B und durch die beidseitige Abflachung 102A ist dabei sicherge­ stellt, daß die Lötzapfenteile 10A, 10B den Lötaugenrand 22 nur jeweils entlang der Linie 107A, 107B berühren (und nicht flächig wie z. B. bei einem kreiszylinderförmig ausgebildeten Lötzapfen), sodaß der Einbringungswiderstand erheblich verringert ist gegenüber einem flächig den Löt­ augenrand 22 kontaktierenden Lötzapfen. Durch den federn­ den Druck der beiden Lötzapfenteile 10A, 10B gegen den Lötaugenrand 22 wird dennoch ein strammer Sitz des Stiftes im Lötauge erreicht.

Da der Anschlagwulst 11 einen größeren Durchmesser auf­ weist als das Lötauge 22, ist ein unerwünschtes "Durch­ schieben" des Kontaktstiftes 1 durch das Lötauge nicht möglich. Der Stift 1 wird maximal bis zum Anschlagwulst 11 in das Lötauge eingesteckt, wobei die vorzugsweise kegel­ stumpfförmig ausgebildeten Verjüngungen 105A, 105B am Ende der beiden Lötzapfenteile 10A, 10B für ein kontinuierli­ ches "Abbremsen" des Kontaktstiftes 1 beim Einstecken in das Lötauge 22 sorgen.

Die in Fig. 3 gezeigte weitere Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Kontaktstifts ist mit Ausnahme der Ausbildung des Schlitzes 101 identisch mit der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktstiftes gemäß Fig. 1 und 2 (ein­ schließlich der dort verwendeten Bezugszeichen). Insoweit kann daher auf die entsprechende Beschreibung der Fig. 1 und 2 verwiesen werden. Der Unterschied in den beiden Ausführungsformen besteht lediglich darin, daß der Schlitz 101 in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 auf seiner ge­ samten Länge eine konstante Breite b aufweist, so daß die in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 vorhandenen Aus­ sparungen 106A und 106B bei dieser Ausführungsform des Kontaktstifts wegfallen. Die beiden Lötzapfenteile 10A und 10B weisten stattdessen auf den entsprechenden (jeweils an den Schlitz 101 angrenzenden) Teilen ihrer Oberfläche Ab­ flachungen 108A und 108B auf.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Schlitz besonders einfach herstellbar ist.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend­ bar. So ist es z. B. möglich, für unterschiedlichen Leiter­ plattendicken (beispielsweise bei Multilayern) die Länge des Lötzapfens insgesamt bzw. die Länge der sich zum freien Ende hin erstreckenden Verjüngungen bzw. die der Hinterschneidungen bzw. die der ein- oder beidseitigen Abflachungen quer zum Schlitz entsprechend anzupassen. Bei Verwendung als reiner Meßpunkt ist i. a. eine verzinnte Ausführung des erfindungsgemäßen Kontaktstifts ausrei­ chend, denkbar ist aber auch z. B. eine vergoldete Ausfüh­ rung, insbesondere bei der Verwendung als Steckerstift.

Claims (7)

1. Kontaktstift für Leiterplatten, mit einem Kontaktteil und einem über einen An­ schlagwulst (11) mit dem Kontaktteil verbundenen Lötzapfen, der durch einen axial verlaufenden und maximal bis zum Anschlagwulst (11) reichenden Schlitz (101) in zwei federnde Lötzapfenteile (10A, 10B) unterteilt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die beiden Lötzapfenteile (10A, 10B) entlang ihrer Länge gestaffelt ausgeführt sind, aufweisend
ein sich auf seiner Länge nicht verjüngendes Teil (104A, 105A, 104B, 105B) in dem die beiden Lötzapfenteile (10A, 10B) axial hinterschnitten sind, der­ art, dass ausgehend von dem, dem Anschlagwulst (11) zugewandten Ende der Lötzapfenteile (10A, 10B) jeweils Längenteile einer kontinuierlichen Verjüngung (105A, 105B) mit einer anschließenden kontinuierlichen Auf­ weitung (104A, 104B) bis zu einem Punkt (107A, 107B) vorhanden sind,
ein sich von dem Punkt (107A, 107B) ab zu dem freien Ende der Lötzapfenteile (10A, 10B) hin verjüngendes Teil (103A, 103B).

2. Kontaktstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (103A, 103B) auf dem sich die Lötzapfenteile (10A, 10B) zu ihrem freien Ende hin kontinuierlich verjüngen der größere Teil, insbesondere etwa 3/5 bis 4/5 der Länge der Lötzapfenteile (10A, 10B) ist.

3. Kontaktstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass beiden Lötzapfenteile (10A, 10B) zumindest auf einem Teil ihrer Län­ ge, vorzugsweise auf dem größeren Teil, insbesondere auf etwa 4/7 bis 7/7 ih­ rer Länge jeweils ein- oder beidseitig (102A) quer zum Schlitz (101) abgeflacht sind.

4. Kontaktstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die beiden Lötzapfenteile (10A, 10B) auf ihrer inneren, dem Schlitz (101) zugewandten Seite jeweils einen Aussparung (106A, 106B) aufweisen.

5. Kontaktstift nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur dieser beiden Aussparungen (106A, 106B) jeweils in etwa der Kontur der äußeren, dem Schlitz (101) abgewandten Seite des jeweiligen Lötzapfenteils (10A, 10B) entspricht.

6. Kontaktstift nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der beiden Lötzapfenteile (10A, 10B) so gewählt sind, dass der Lözapfen zangen­ förmig ausgebildet ist.

7. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (101) auf seiner gesamten Länge oder zumindest auf einem Teil sei­ ner Länge, insbesondere auf dem größeren Teil seiner Länge eine konstante oder zumindest annähernd konstante Breite (b) aufweist.