WO2005006821A2 - Bauteil für eine leiterplatte und verfahren zum bestücken einer leiterplatte mit diesem bauteil - Google Patents

Bauteil für eine leiterplatte und verfahren zum bestücken einer leiterplatte mit diesem bauteil Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a component for a printed circuit board with a housing on which at least one pin is designed for engaging in a hole in the printed circuit board, the pin having at least one latching lug which projects beyond the outer circumference of the pin in the radial direction
  • the preamble of claim 1 The invention further relates to a method for equipping a printed circuit board with such a component according to the preamble of claim 6.
  • the invention has for its object to improve a component and a method of the above type in such a way that loading and locking this component can be carried out mechanically and reliably with little effort on a printed circuit board.
  • the catch on the pin is arranged and designed such that the outer circumference of the pin in the area of the catch is smaller than the diameter of the hole in the printed circuit board, the outer circumference of the protruding into the hole in the printed circuit board Section of the pin is designed such that between the outer circumference of this section and the inner wall of the hole in the printed circuit board over at least part of the outer circumference there is such a gap with capillarity for solder that during a soldering process, solder located on the surface of the printed circuit board by capillary action into the space and penetrates it filling.
  • the following steps are provided according to the invention: applying solder paste around at least part of the circumference of the hole on the printed circuit board, placing the component with the pin in the hole in the printed circuit board on it, heating the solder arranged around the hole so that the solder is underneath Capillary action penetrates into the interspace with capillarity, and the solder which has penetrated into the hole is cooled so that it hardens.
  • a positive connection without tolerances in the direction along a longitudinal axis of the hole in the circuit board is achieved in that the latching lug on the pin is arranged and designed such that the latching lug is arranged within the hole in the circuit board when the component is completely placed on the circuit board.
  • the circumference of the pin is formed with at least one recess in the longitudinal direction over the entire section located in the hole in the printed circuit board.
  • a particularly good interlock between the solder penetrating into the hole in the circuit board and the circuit board is achieved in that the hole in the circuit board is metallized.
  • the pin is made of plastic, for example, so that there is no mechanically strong connection to the solder.
  • FIG. 2 is a view of detail X of FIG. 1 before a soldering process
  • Fig. 3 is a sectional view taken along line A-A of Fig. 2,
  • Fig. 4 is a view of detail X of Fig. 1 after a soldering process
  • FIG. 5 is a sectional view along line BB of FIG. 4.
  • 1 shows a preferred embodiment of a component for a printed circuit board 32.
  • the component comprises a housing 10, to which two pins 28 are molded.
  • the component is placed on the circuit board 32, each pin 28 engages in a metallized hole 30 in the circuit board 32.
  • solder paste 50 is applied around part of the circumference of the hole 30 and the pin 28 protrudes into the hole 30.
  • the pin 28 is formed at its free end with a locking lug 52, the diameter of the pin 28 in the area of the locking lug 52 being smaller than the inside diameter of the hole 30. Also in the remaining section of the pin 28 which engages in the hole 30 the diameter of the pin 28 is made smaller than the inside diameter of the hole 30.
  • the length of the pin 28 is selected such that when the component is completely placed on the printed circuit board 32, the detent 52 is still inside the hole 30, as shown in particular in FIG. 3 seen.
  • the pin 28 is provided with recesses 53 in the longitudinal direction, as can be seen in particular from FIG. 2.
  • the smaller diameter of the pin 28 compared to the hole 30 and the recesses 54 are chosen such that an intermediate space with capillary properties is formed between the outer circumference of the pin 28 and the inner circumference of the hole 30.
  • solder 50 In a manufacturing process in which all components are first placed on the circuit board 32 by an automatic pick-and-place machine and then a soldering process takes place in a hot-air oven, the solder 50 is heated and passes into the liquid phase. The liquid solder 50 then penetrates through the capillary action and additionally supported by an adhesive force into the space between the outer periphery of the pin 28 and the inner periphery of the hole 30 and essentially completely fills it. Before the soldering process, the solder 50 is also arranged on non-metallized areas around the hole 30, which results in corresponding adhesive forces in the direction of the hole 30. 4 and 5 show the state after the solder 50 has cooled and hardened.
  • the intermediate space is filled with solder 50, and the solder 50 has positively connected to the metallization 56 of the hole 30.
  • solder 50 has positively connected to the metallization 56 of the hole 30.
  • the locking lug 52 results in a positive connection in the direction of the longitudinal axis of the hole 30, ie in a direction perpendicular to the circuit board 32 the pin 28 is firmly connected or locked in all three directions of the room with the circuit board 32.
  • this connection can absorb torque forces without the pin 32 coming out of the hole 30.
  • no insertion force or latching force had to be used for this.
  • the latching was made automatically in the soldering process.
  • the connection between pin 28 and circuit board 32 is tolerance-free.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Leiterplatte (32) mit einem Gehäuse (10), an dem wenigstens ein Zapfen (28) zum Eingriff in ein Loch (30) der Leiterplatte (32) ausgebildet ist, wobei der Zapfen (28) wenigstens eine. Rastnase (52) aufweist, welche in radialer Richtung bzgl. des Zapfens (28) über dessen Aussenumfang hinausragt. Hierbei ist die Rastnase (52) am Zapfen (28) derart angeordnet und ausgebildet, dass der Aussenumfang des Zapfens (28) im Bereich der Rastnase (52) kleiner ist als der Durchmesser des Loches (30) in der Leiterplatte (32), wobei der Aussenumfang des in das Loch (30) in der Leiterplatte (32) hinein ragenden Abschnittes des Zapfens (28) derart ausgebildet ist, dass sich. zwischen dem Aussenumfang dieses Abschnittes und der Innenwandung des Loches (30) in der Leiterplatte (32) über wenigstens einen Teil des Aussenumfangs ein derartiger Zwischenraum mit Kapillarität für Lot ergibt, dass während eines Lötvorgangs auf der Oberfläche der Leiterplatte (32) befindliches Lot (50) durch Kapillarwirkung in den Zwischenraum hinein und diesen ausfüllend eindringt.

Description

Bauteil für eine Leiterplatte und Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit diesem Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Leiterplatte mit einem Gehäuse, an dem wenigstens ein Zapfen zum Eingriff in ein Loch der Leiterplatte ausgebildet ist, wobei der Zapfen wenigstens eine Rastnase aufweist, welche in radialer Richtung bzgl. des Zapfens über dessen Außenumfang hinausragt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit einem derartigen Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Beim Bestücken eine Leiterplatte mit Bauteilen ist es für manche Bauteile notwendig, diese zusätzlich durch einen Zapfen mit Verrastung mechanisch an der Leiterplatte ∑u befestigen. Hierbei greift der Zapfen durch ein Loch der Leiterplatte, wobei eine Rastnase an dem durchgreifenden Ende des Zapfens mit der dem Bauteil gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte verrastet und dadurch das einmal eingesteckte Bauteil mechanisch fixiert. Hierbei ist es jedoch von Nachteil, daß bereits die Setzkraft 10N beträgt, die von herkömmlichen Bestückungsautomaten nicht aufgebracht werden kann. Dies gilt dann um so mehr für die Kraft zum Einrasten, die üblicherweise 60N bis 110N beträgt. Daher müssen bisher solche Bauteile manuell eingesetzt und verrastet werden. Dies erfordert jedoch einen hohen Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil und ein Verfahren der o.g. Art dahingehend zu verbessern, daß ein Bestücken und Verrasten dieses Bauteils auf einer Leiterplatte maschinell prozeßsicher und mit wenig Aufwand ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil der o.g. Art mit den in An- spruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 6 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einem Bauteil der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Rast- nase am Zapfen derart angeordnet und ausgebildet ist, daß der Außenumfang des Zapfens im Bereich der Rastnase kleiner ist als der Durchmesser des Loches in der Leiterplatte, wobei der Außenumfang des in das Loch der Leiterplatte hinein ragenden Abschnittes des Zapfens derart ausgebildet ist, daß sich zwischen dem Außenumfang dieses Abschnittes und der Innenwandung des Loches in der Lei- terplatte über wenigstens einen Teil des Außenumfangs ein derartiger Zwischenraum mit Kapillarität für Lot ergibt, daß während eines Lötvorgangs auf der Oberfläche der Leiterplatte befindliches Lot durch Kapillarwirkung in den Zwischenraum hinein und diesen ausfüllend eindringt.
Bei einem Verfahren der o.g. Art sind erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen: Auftragen von Lotpaste um wenigstens einen Teil des Umfanges des Loches auf die Leiterplatte herum, Aufsetzen des Bauteils mit dem Zapfen im Loch der Leiterplatte auf diese, Erhitzen des um das Loch herum angeordneten Lotes, so daß das Lot unter Kapillarwirkung in den Zwischenraum mit Kapillarität ein- dringt, und Abkühlen des in das Loch eingedrungenen Lotes, so daß dieses aushärtet.
Dies hat den Vorteil, daß zum Bestücken und Verrasten des Bauteils auf der Leiterplatte keine besonders hohe Kraft notwendig ist, so daß diese Arbeit automati- siert maschinell auf einer Fertigungsstraße für Leiterplatten mit Bestückungsautomat und Heißluftofen durchgeführt werden kann, wobei nach dem Lötvorgang im Heißluftofen automatisch eine Verrastung des Bauteils mit dem in das Loch in der Leiterplatte eingedrungenen Lot hergestellt ist. Gleichzeitig ergibt sich ein toleranzfreier Formschluß zwischen Zapfen und Innenumfang des Loches in der Lei- terplatte in einer Ebene der Leiterplatte. Die Bestückung von Bauteilen mit Verras- tung kann dadurch sehr kostengünstig bei gleichzeitig hohen Haltekräften und wenig Toleranz erfolgen.
Eine formschlüssige Verbindung ohne Toleranzen in Richtung entlang einer Längsachse des Loches in der Leiterplatte erzielt man dadurch, daß die Rastnase am Zapfen derart angeordnet und ausgebildet ist, daß bei vollständig auf die Leiterplatte aufgesetztem Bauteil die Rastnase innerhalb des Loches in der Leiterplatte angeordnet ist.
Zum weiteren Unterstützen der Kapillarwirkung ist der Umfang des Zapfens in Längsrichtung über den gesamten im Loch der Leiterplatte befindlichen Abschnitt mit wenigstens einer Ausnehmung ausgebildet.
Einen besonders guten Formschluß zwischen dem in das Loch in der Leiterplatte eindringenden Lot und der Leiterplatte erzielt man dadurch, daß das Loch in der Leiterplatte metallisiert ist.
Der Zapfen ist beispielsweise aus Kunststoff hergestellt, so daß an diesem keine mechanisch feste Verbindung mit dem Lot entsteht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 eine bevorzugte Äusführungsforrn eines Bauteils aufgesetzt auf eine Leiterplatte in Aufsicht,
Fig. 2 eine Ansicht von Detail X von Fig. 1 vor einem Lötvorgang,
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang Linie A-A von Fig. 2,
Fig. 4 eine Ansicht von Detail X von Fig. 1 nach einem Lötvorgang und
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang Linie B-B von Fig. 4. Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Bauteils für eine Leiterplatte 32. Das Bauteil umfaßt ein Gehäuse 10, dem zwei Zapfen 28 angeformt sind. In Fig. 1 ist das Bauteil auf die Leiterplatte 32 aufgesetzt, wobei jeder Zapfen 28 in ein metallisiertes Loch 30 in der Leiterplatte 32 greift.
Fig. 2 und 3 veranschaulichen zusätzlich den Zustand des aufgesetzten Bauteils vor einem Lötvorgang, wobei eine Metallisierung 56 des Loches 30 ersichtlich ist. Um einen Teil des Umfanges des Loches 30 ist Lotpaste 50 aufgetragen und der Zapfen 28 ragt in das Loch 30 hinein. Der Zapfen 28 ist an seinem freien Ende mit einer Rastnase 52 ausgebildet, wobei der Durchmesser des Zapfens 28 im Bereich der Rastnase 52 kleiner ist als der Innendurchmesser des Loches 30. Auch im restlichen Abschnitt des Zapfens 28, der in das Loch 30 eingreift, ist der Durchmesser des Zapfens 28 kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser des Loches 30. Zusätzlich ist die Länge des Zapfens 28 derart gewählt, daß sich bei vollständig auf die Leiterplatte 32 aufgesetztem Bauteil die Rastnase 52 noch innerhalb des Loches 30 befindet, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich. Zusätzlich ist der Zapfen 28 in Längsrichtung mit Ausnehmungen 53 versehen, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich. Der geringere Durchmesser des Zapfens 28 im Vergleich zum Loch 30 und die Ausnehmungen 54 sind derart gewählt, daß zwischen dem Außenumfang des Zapfens 28- und dem Innenumfang des Loches 30 ein Zwischenraum mit kapillaren Eigenschaften ausgebildet ist.
In einem Herstellungsverfahren, bei dem zunächst alle Bauteile von einem Bestü- ckungsautomaten auf die Lei.erplatte 32 aufgesetzt werden und anschließend ein Lötvorgang in einem Heißluftofen erfolgt, wird das Lot 50 erwärmt und geht in die flüssige Phase über. Das flüssige Lot 50 dringt dann durch die Kapillarwirkung sowie zusätzlich unterstützt von einer Adhäsionskraft in den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Zapfens 28 und dem Innenumfang des Loches 30 ein und füllt diesen im wesentlichen vollständig aus. Das Lot 50 ist dabei vor dem Lötvorgang auch auf nicht metallisierten Bereichen um das Loch 30 herum angeordnet, wodurch sich entsprechende Adhäsionskräfte in Richtung Loch 30 ergeben. Fig. 4 und 5 zeigen den Zustand nach dem Abkühlen und Aushärten des Lotes 50. Der Zwischenraum ist vom Lot 50 gefüllt, und das Lot 50 hat sich mit der Metallisierung 56 des Loches 30 formschlüssig verbunden. Dies ergibt bereits eine formschlüssige Verbindung zwischen der Leiterplatte 32 und dem Zapfen 28 in einer Ebene der Leiterplatte 32. Zusätzlich ergibt sich durch die Rastnase 52 ein Formschluß in Richtung der Längsachse des Loches 30, d.h. in eine Richtung senkrecht zur Leiterplatte 32. Insgesamt ist somit der Zapfen 28 in allen drei Richtungen des Raumes fest mit der Leiterplatte 32 verbunden bzw. verrastet. Zusätzlich kann diese Verbindung Drehmomentkräfte aufnehmen, ohne daß sich der Zapfen 32 aus dem Loch 30 löst. Hierfür mußte jedoch, wie unmittelbar ersichtlich, keine Einsteckkraft oder Verrastkraft aufgewendet werden. Die Verrastung wurde automatisch im Lötvorgang hergestellt. Zusätzlich ist offensichtlich, daß die Verbindung zwischen Zapfen 28 und Leiterplatte 32 toleranzfrei ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Bauteil für eine Leiterplatte (32) mit einem Gehäuse (10), an dem wenigstens ein Zapfen (28) zum Eingriff in ein Loch (30) der Leiterplatte (32) ausgebildet ist, wobei der Zapfen (28) wenigstens eine Rastnase (52) aufweist, welche in radialer Richtung bzgl. des Zapfens (28) über dessen Außenumfang hinausragt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rastnase (52) am Zapfen (28) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß der Außenumfang des Zapfens (28) im Bereich der Rastnase (52) kleiner ist als der Durchmesser des Loches (30) in der Leiterplatte (32), wobei der Außenumfang des in das Loch (30) in der Leiterplatte (32) hinein ragenden Abschnittes des Zapfens (28) derart ausgebildet ist, daß sich zwischen dem Außenumfang dieses Abschnittes und der Innenwandung des Loches (30) in der Leiterplatte (32) über wenigstens einen Teil des Außen- umfangs ein derartiger Zwischenraum mit Kapillarität für Lot ergibt, daß während eines Lötvorgangs auf der Oberfläche der Leiterplatte (32) befindliches Lot (50) durch Kapillarwirkung in den Zwischenraum hinein und diesen ausfüllend eindringt.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rastnase (52) am Zapfen (28) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß bei vollständig auf die Leiterplatte (32) aufgesetztem Bauteil die Rastnase (52) innerhalb des Loches (30) in der Leiterplatte (32) angeordnet ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Zapfens (28) in Längsrichtung über den gesamten im Loch (30) der Leiterplatte (32) befindlichen Abschnitt mit wenigstens einer Ausnehmung (54) ausgebildet ist.
4. Bauteil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (30) in der Leiterplatte (32) metallisiert ist.
5. Bauteil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen aus Kunststoff hergestellt ist.
6. Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit einem Bauteil, welches gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, g e k e n z e i c h n e t d u r c h Auftragen von Lotpaste um wenigstens einen Teil des Umfanges des Loches auf die Leiterplatte herum, Aufsetzen des Bauteils mit dem Zapfen im Loch der Leiterplatte auf diese, Erhitzen des um das Loch herum angeordneten Lotes, so daß das Lot unter Kapillarwirkung in den Zwischenraum mit Kapillarität eindringt, und Abkühlen des in das Loch eingedrungenen Lotes, so daß dieses aushärtet.
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