Titel

Kontaktsystem mit einem Fügehilfselement und Verfahren zum Fügen

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem mit einer Leiterplatte und wenigstens einem Einpresskontakt. Der Einpresskontakt ist ausgebildet, in einen Durchbruch der Leiterplatte eingepresst zu werden, und die Leiterplatte dabei elektrisch zu kontaktieren.

Einpresskontakte, insbesondere bei einem Kontaktsystem der eingangs genannten Art, können beispielsweise mittels eines Fertigungsautomaten in einen Durchbruch einer Leiterplatte gesteckt werden und die Leiterplatte dabei elektrisch kontaktieren. Die Toleranz bei dem Einsteckvorgang ist dabei klein, insoweit der Durchbruch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Durchbruchwand der Leiterplatte und des Einpresskontakts erzeugt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß weist das Kontaktsystem der eingangs genannten Art wenigstens ein Fügehilfselement auf. Das Fügehilfselement ist ausgebildet, mit der Leiterplatte kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden zu werden. Das Fügehilfselement weist für den wenigstens einen Einpresskontakt - insbesondere wenigstens zwei oder mehrere Einpresskontakte - einen Einfangtrichter auf. Der Einfangtrichter ist angeordnet und ausgebildet, einen zum Einpressen in die Leiterplatte ausgebildeten Endabschnitt des Einpresskontakts in den Durchbruch der Leiterplatte zu führen. Vorteilhaft kann so ein Einpresskontakt mit einer dem Führungstrichter entsprechenden lateralen Toleranz auf die Leiterplatte durch einen Fertigungsautomaten zugeführt und dort in die Leiterplatte eingepresst werden.

Bevorzugt weist das Fügehilfselement einen an den Einfangtrichter anschließenden Führungsschaft auf, welcher ausgebildet ist, eine Fügerichtung des Einpresskontakts beim Einpressen vorzugeben. Vorteilhaft kann der Einpresskontakt so in dem Führungsschaft auch bei einem schrägen Eintreffen in den Trichter insbesondere orthogonal zur Leiterplatte ausgerichtet werden, insbesondere zum Durchbruch hinweisend plastisch geformt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fügehilfselement wenigstens ein Verankerungselement, insbesondere einen Zentrierschrift, auf, wobei das Verankerungselement ausgebildet ist, in eine Ausnehmung oder einen Durchbruch in der Leiterplatte einzugreifen, und das Fügehilfselement so gegen ein Verschieben oder Deplatzieren auf der Leiterplatte zu sichern. Die Leiterplatte weist vorteilhaft einen Durchbruch zum Aufnehmen des Verankerungselements, insbesondere des Zentrierstifts, auf. Vorteilhaft kann das Fügehilfselement so exakt über dem Durchbruch in der Leiterplatte platziert werden.

Bevorzugt ist das Fügehilfselement zum Lötverbinden mit der Leiterplatte ausgebildet. Das Fügehilfselement kann so aufwandsgünstig gemeinsam mit anderen elektronischen Bauelementen mit der Leiterplatte verlötet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fügehilfselement wenigstens einen oder zwei Lötfüße auf, wobei der Lötfuß zum Lötverbinden mit einer Oberfläche der Leiterplatte, insbesondere einer Leiterbahn der Leiterplatte, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann das Fügehilfselement so als SMD-Bauelement aufwandsgünstig bereitgestellt werden und gemeinsam mit anderen elektronischen Bauelementen in einem Lötofen, insbesondere Reflow-Lötofen, verlötet werden. Vorteilhaft kann in der bereits erwähnten Ausführungsform mit dem Verankerungselement das Fügehilfselement, welches mit der Leiterplatte insbesondere formschlüssig gegen ein Verschieben oder ein Deplatzieren verankert ist, beim Reflow-Verlöten in seiner Position gesichert sein. Der Lötfuß ist bevorzugt durch ein Metallstück, oder eine Metallschicht gebildet, wobei das Metallstück oder die Metallschicht mit dem Fügehilfselement verbunden ist. Das Fügehilfselement ist beispielsweise aus Kunststoff gebildet. Die Metallschicht kann auf das Fügehilfselement aufgeklebt sein. Vorteilhaft kann das Fügehilfselement so aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Das Metallstück kann beispielsweise in das Kunststoff-Fügehilfselement eingemoldet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lötfuß durch einen Blechwinkel gebildet, welcher mit einem Schenkel mit dem Fügehilfselement verbunden ist, und dessen weiterer Schenkel zum Lötverbinden mit der Leiterplatte ausgebildet ist. Vorteilhaft kann der Lötfuß so beispielsweise durch Aufstecken oder Einpressen des zum Verbinden mit dem Fügehilfselement ausgebildeten Schenkels aufwandsgünstig mit dem Fügehilfselement verbunden werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fügehilfselement einen Lötstift zum Verlöten in einem Durchbruch der Leiterplatte auf. Der Lötstift kann beispielsweise in das Fügehilfselement eingemoldet oder eingesteckt sein. Der Lötstift weist einen zum Verlöten mit der Leiterplatte ausgebildeten Endabschnitt auf, welcher in den Durchbruch der Leiterplatte eingeführt, und dort verlötet werden kann.

Vorteilhaft kann das Fügehilfselement so gemeinsam mit anderen THT-Bauteilen (THT = Through-Hole-Technology) mit der Leiterplatte verlötet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Einfangtrichter einen Konuswinkel zwischen 20 und 140 Grad, bevorzugt zwischen 40 und 60 Grad, weiter bevorzugt zwischen 45 und 50 Grad, oder 48 Grad auf. Vorteilhaft kann ein Endabschnitt des Einpresskontakts so auf der durch den Konuswinkel gebildeten Schräge bis hin zu dem Führungsschaft geführt werden.

Das Fügehilfselement kann, wie bereits beschrieben, einen Einfangtrichter und einen an den Einfangtrichter anschließenden Führungsschaft aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das Fügehilfselement nur einen Einfangtrichter, und so keinen Führungsschaft aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fügehilfselement aus Kunststoff gebildet. Der Kunststoff ist beispielsweise ein Thermoplast, insbesondere PEEK (PEEK = Poly-Ether-Ether-Keton), PPS (PPS = Poly-Propylen-Sulfid), LCP (LCP = Liquid-Chrystal-Polymer), ein Polyolefin, beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, ein Polyamid oder Polycarbonat.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fügehilfselement wenigstens zwei entlang einer Reihe angeordnete Einfangtrichter auf. Das Fügehilfselement kann wenigstens zwei, nur zwei, wenigstens drei, nur drei, wenigstens vier, nur vier, wenigstens fünf, nur fünf, oder wenigstens sechs, oder nur sechs Einfangtrichter aufweisen. Die Einfangtrichter können beispielsweise entlang einer Geraden angeordnet sein. Die Einfangtrichter können in einer anderen Ausführungsform entsprechend einer Einpress-Pin-Anordnung mehrerer Einpress-Pins angeordnet sein. Beispielsweise kann so ein integriertes Bauelement, insbesondere ein gemeldetes Bauelement, an dem Einpresskontakte zum Einpressen in die Leiterplatte ausgebildet sind, mittels des Fügehilfselements mit einer Toleranz mit der Leiterplatte einpressverbunden werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktsystem ein Halbleitermodul auf, welches elektrische Anschlüsse aufweist. Die elektrischen Anschlüsse sind jeweils als Einpresskontakt ausgebildet und sind jeweils weiter ausgebildet, in die Leiterplatte eingepresst zu werden. Die Einpresskontakte weisen dazu beispielsweise einen nadelöhrförmigen Endabschnitt, oder einen schiffchenförmigen Endabschnitt auf. Die Einpresskontakte sind beispielsweise jeweils aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet.

Die Erfindung betrifft auch ein Fügehilfselement zum Fügen eines Einpresskontakts und einer Leiterplatte, insbesondere für ein Kontaktsystem gemäß der vorbeschriebenen Art. Das Fügehilfselement weist einen Formkörper und wenigstens einen Einfangtrichter zum Zentrieren eines Endabschnitts des Einpresskontakts auf. Der Einfangtrichter ist in dem Formkörper als sich verjüngender Hohlraum ausgebildet. Bevorzugt weist das Fügehilfselement wenigstens einen Lötfuß auf, welcher zum Lötverbinden mit einer Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Zusammenfügen einer Leiterplatte mit einem Halbleitermodul. Bei dem Verfahren wird die Leiterplatte auf Einpresskontakte des Halbleitermoduls gesteckt, wobei ein zum Kontaktieren der Leiterplatte ausgebildeter Endabschnitt des Einpresskontakts durch einen Einfangtrichter, weiter bevorzugt anschließend einen Führungsschaft, bis hin zu einem Durchbruch in der Leiterplatte geführt wird. Der Einpresskontakt wird weiter in den Durchbruch der Leiterplatte eingepresst und kontaktiert dort die Leiterplatte elektrisch.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem mit einem Fügehilfselement, das ausgebildet ist, einen Endabschnitt eines Einpresskontakts aufzunehmen und einen einen Durchbruch einer Leiterplatte zu führen;

Figur 2 zeigt das in Figur 1 dargestellte Fügehilfselement in einer Aufsicht.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem 1. Das Kontaktsystem 1 umfasst eine Leiterplatte 2. Die Leiterplatte 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier, gemeinsam in einer Reihe, zueinander beabstandete Durchbrüche 3, 4, 5 und 6 auf. Die Durchbrüche 3, 4, 5 und 6 sind jeweils zum Aufnehmen eines Einpresskontakts ausgebildet. Dazu weisen die Durchbrüche jeweils eine an einer Durchbruchwand des Durchbruchs ausgebildete Metallschicht oder einen Metallzylinder auf. Eine Metallschicht 7 an der Durchbruchwand des Durchbruchs 3 ist beispielhaft bezeichnet.

Die Leiterplatte 2 weist auch eine Leiterbahn 8 auf, welche mit der Metallschicht 7 elektrisch leitfähig verbunden ist. So kann ein in den Durchbruch 3 eingeführter Einpresskontakt mit weiteren elektronischen Komponenten, welche mit der Leiterplatte 2 verbunden sind, elektrisch verbunden werden. Die Leiterplatte 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch zwei Durchbrüche 9 und 10 auf. Die Durchbrüche 9 und 10 sind jeweils zum Aufnehmen eines Verankerungselements ausgebildet. Die Leiterplatte 2 weist im Bereich des Durchbruchs 9 eine elektrisch leitfähige Schicht 11 auf, und im Bereich des Durchbruchs 10 eine elektrisch leitfähige Schicht 13. Die elektrisch leitfähigen Schichten 11 und 13, insbesondere Leiterbahn, bilden jeweils eine Oberfläche der Leiterplatte und sind jeweils zum Oberflächen-Lötverbinden, insbesondere SMD-Lötverbinden (SMD = Surface-Mounted-Device), mit einem Lötfuß ausgebildet.

Das Kontaktsystem 1 weist auch ein Fügehilfselement 14 auf. Das Fügehilfselement ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kunststoffelement ausgebildet.

Das Fügehilfselement 14 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Kunststoffkörper auf, in dem trichterförmige Ausnehmungen zum Einführen eines Einpresskontakts ausgebildet sind.

Figur 1 zeigt dazu beispielhaft ein Mold-Modul 30, insbesondere einen Inverter. An dem Moldmodul 30 sind in diesem Ausführungsbeispiel vier Einpresskontakte 31, 32, 33 und 34 aus dem Mold-Modul 30, jeweils in dieselbe Richtung herausragend, ausgebildet. Die Einpresskontakte 31, 32, 33 und 34 weisen jeweils einen Einpressabschnitt zum Einpressen in die Leiterplatte 2, und dort in einen Durchbruch, beispielsweise den Durchbruch 3, 4, 5 oder 6, auf. Die Einpresskontakte bilden in diesem Ausführungsbeispiel Steueranschlüsse für das Moldmodul 30.

Das Fügehilfselement 14 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Einfangtrichter24 für den Einpresskontakt 31 , einen Einfangtrichter25 für den Einpresskontakt 32, einen Einfangtrichter 26 für den Einpresskontakt 33 und einen Einfangtrichter 27 für den Einpresskontakt 34 auf. Die Einpresstrichter 24, 25, 26 und 27 münden jeweils in einen Führungsschaft, welcher in diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet ist. Ein Führungsschaft 23, welcher an den Einfangtrichter 24 anschließt, ist beispielhaft bezeichnet. Der Einfangtrichter 24 bildet gemeinsam mit dem Führungsschaft 23 einen insbesondere sich verjüngend ausgebildeten Durchbruch in dem Fügehilfselement 14, insbesondere in dem Kunststoffkörper des Fügehilfselements 14.

Ein Konuswinkel 28 des Einführtrichters 24 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 48 Grad.

Das Fügehilfselement 14 ist zum Lötverbinden, insbesondere SMD-Lötverbinden (SMD = Surface-Mounted-Device), mit der Leiterplatte 2 ausgebildet. Dazu weist das Fügehilfselement 14 zwei Lötfüße 19 und 20 auf, welche jeweils an einem der Befestigungszapfen 17 beziehungsweise 18 des Fügehilfselements 14 aufgesteckt sind. Die Befestigungszapfen 17 und 18 sind jeweils an den Kunststoffkörper des Fügehilfselements 14 angeformt.

Die Lötfüße 19 und 20 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Blechwinkel, insbesondere Stanzgitter oder Lead-Frame, ausgebildet. Die Lötfüße 19 und 20 weisen jeweils an einem Befestigungsschenkel einen Durchbruch zum Durchführen oder zur Aufnahme des Befestigungselements 17 beziehungsweise 18 auf. Die Lötfüße 19 und 20 weisen jeweils einen Lötschenkel 22 beziehungsweise 21 auf. Der Lötschenkel 22 des Lötfußes 19 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lotmittels 12 mit der Metallschicht 11 lötverbunden. Der Lötschenkel 21 des Lötfußes 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lotmittels 12 mit der Metallschicht 13 lötverbunden. In dem Lötschenkel ist in diesem Ausführungsbeispiel eine - insbesondere in Figur 2 näher dargestellte - Ausnehmung zum Durchführen eines Verankerungselements ausgebildet.

Das Mold-Modul 30 weist in diesem Ausführungsbeispiel noch weitere elektrische Anschlüsse auf. Das Mold-Modul 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Halbleiterschalter-Halbbrücke ausgebildet. Ein Masseanschluss 43, ein Stromversorgungsanschluss 44 und ein Ausgangsanschluss 42 sind jeweils als Stanzgitter ausgebildet, und ragen gemeinsam - insbesondere sich in dieselbe Richtung erstreckend - aus dem Mold-Modul 30 heraus. Die Funktionsweise des Kontaktsystems 1 und ein Fügeverfahren zum Fügen eines Einpresskontakts werden nun im Folgenden erläutert:

Das Fügehilfselement 14 kann mit den in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als Zapfen ausgebildeten Verankerungselementen 15 und 16 mit der Leiterplatte 2 steckverbunden werden. Dazu werden die Verankerungselemente 15 beziehungsweise 16 in die entsprechenden Durchbrüche 9 beziehungsweise 10 in der Leiterplatte 2 eingefügt. Die Leiterplatte 2 ist zuvor mit Lotpaste 12 bedruckt worden. Der Lotschenkel 22 liegt nach dem Fügen des Fügehilfselements 14 mit der Leiterplatte 2 auf der Metallschicht 11 auf, und der Lotschenkel 21 liegt dann auf der Metallschicht 13 auf.

Die Leiterplatte 2 kann daraufhin, insbesondere gemeinsam mit anderen, in Figur 1 nicht dargestellten elektronischen Bauelementen, in einem Reflow- Lötofen verlötet werden. Das Lotmittel 12, welches sich zwischen der Leiterplatte 2, insbesondere den Metallschichten 11 beziehungsweise 13 und den Lötfüßen 19 und 20, insbesondere den Lötschenkeln 22 und 21 erstreckt, kann dann aufschmelzen und die Lotschenkel 21 und 22 mit der Leiterplatte 2 stoffschlüssig verbinden. Die Durchbrüche, gebildet durch die Einfangtrichter 24, 25, 26 und 27, münden dann genau in die entsprechenden Durchbrüche 3, 4, 5 und 6 in der Leiterplatte 2.

Das Mold-Modul 30 kann dann in die Leiterplatte 2 eingepresst werden. Das Mold-Modul 30 ist beispielsweise zuvor mit weiteren Komponenten eines Inverters oder eines Elektromotors schraubverbunden oder steckverbunden worden. Die Leiterplatte 2 kann dann auf das Mold-Modul 30 - wie durch die Pfeile 36 und 37 angedeutet - aufgesteckt werden. Die Einpresskontakte 31, 32,

33 und 34 können dann durch die entsprechenden, den Einpresskontakten jeweils zugeordneten Einfangtrichter 24, 25, 26 und 27 - mit einer den Einfangtrichtern entsprechenden Toleranz - eingefangen werden, und in den jeweiligen Führungsschaft geführt werden. Beim weiteren Aufpressvorgang der Leiterplatte 2 auf das Mold-Modul 30 kann dann der Einpressabschnitt 35 der Einpresskontakte in den jeweiligen Durchbruch in der Leiterplatte 2 eingepresst werden. Der Einpresskontakt 31 ist dann in den Durchbruch 3, der Einpresskontakt 32 in den Durchbruch 4, der Einpresskontakt 33 in den Durchbruch 5, und der Einpresskontakt 34 in den Durchbruch 6 der Leiterplatte 2 eingepresst worden, und kontaktiert die Leiterplatte 2 dort jeweils elektrisch.

Figur 2 zeigt das in Figur 1 bereits dargestellte Fügehilfselement 14 in einer Aufsicht. Die Einfangtrichter 24, 25, 26 und 27 sind jeweils in einer Reihe entlang einer Längserstreckung 40 des Fügehilfselements 14 angeordnet. Der Lötfuß 19, welcher auf den Befestigungszapfen 17 aufgesteckt ist, weist an dem Lötschenkel 22 eine Ausnehmung 38 auf. Der Lötschenkel 20, welcher auf den Befestigungszapfen 18 aufgesteckt ist, weist eine Ausnehmung 39 an dem Lötschenkel 21 auf. Die Ausnehmungen 38 und 39 sind in diesem

Ausführungsbeispiel jeweils U-förmig ausgebildet. Die Lötschenkel 21 und 22 können so beim Aufgestecktwerden auf den Kunststoffkörper 41 des Fügehilfselements 14 das in Figur 1 dargestellte Verankerungselement 15 beziehungsweise 16 umgreifen.

Das Verankerungselement 15 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel orthogonal zu dem Befestigungselement 17. Das Verankerungselement 16 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel orthogonal zum Befestigungselement 18.