DE2820665A1

DE2820665A1 - Elektrischer anschlusspunkt fuer leiterplatten

Info

Publication number: DE2820665A1
Application number: DE19782820665
Authority: DE
Inventors: Neil F Damon; Richard J Hanlon; Richard C Holt
Original assignee: Augat Inc
Current assignee: Augat Inc
Priority date: 1977-11-18
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1979-05-23
Also published as: JPS61190998A; JPS5473277A; GB1588300A

Description

PATXMTANWALT

Dipl. ing. K. HOLZEB

PHILIPPINE - WKIiSXB - SXBASBM IA

8900 AUGSBUBG

TKLKX 533101 f«M i.

W. 940

Augsburg, den 10. Mai 1978

Augat Incorporated, 33 Perry Avenue, Attleboro, Massachusetts 02703, V.St.A,

Elektrischer Anschlußpunkt für Leiterplatten

Zusatz zu Patent

(Patentanmeldung P 27 44 744.5)

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Anschlußpunkt für Leiterplatten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs,

Auf elektrischen Leiterplatten, gewöhnlich auch als gedruckte Schaltungsplatten bezeichnet, sind meist zahlreiche elektronische Bauelemente angeordnet, beispiels-

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weise integrierte Schaltungen oder andere, mehrere Anschlüsse aufweisende elektronische Schaltungselemente. Die Leiterplatten sind mit gedruckten Leiterbahnen oder Leiterflächen oder Potentialebenen aus Leiterwerkstoff beschichtet und zur Herstellung der Anschlüsse mit Bohrungen versehen.

Bei manchen bekannten Anordnungen werden die Anschlußdrähte oder Anschlußstifte elektronischer Bauelemente in Leiterplattenbohrungen eingelötet, die durchgehend mit einer Auskleidung aus Leiterwerkstoff versehen sind, die auf einer oder beiden Leiterplattenseiten mit Leiterbahnen elektrisch verbunden ist. Beim Einlöten, das durch Einzellötung oder im Wellenlötbad erfolgt, wird der Anschlußdraht bzw. Anschlußstift dauerhaft mechanisch und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden. Dieses bekannte Verfahren erlaubt die bei den bekannten Techniken geringstmögliche Bauhöhe, jedoch bei vollständiger Verlötung aller Bauelemente.

Oftmals ist jedoch eine steckbare Verbindung der Bauelemente mit der Leiterplatte wünschenswert, um die Bauelemente bei Bedarf austauschen zu können. Dies ist jedoch bei dem eben erwähnten bekannten Verfahren der Lötmontage der Bauelemente auf der Leiterplatte nicht möglich.

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-οι. π j :5t aber, boir;piel:;wc>nse aus der Uo-Po 3 784 bereit:; bekannt, in bohrungen von Schaltungsplatten zweiteilige oockelbuciisen einzusetzen, deren eines Ende als Jteckuuchse zur Aufnahme eines Anschlußsfciftes und deren anderes Ende normalerweise als Lötstift oder als Anschlußßtii't für eine Wickelverbindung gestaltet ist. Das als Lötatift bzw. .'/ickelansciilußütift ausgebildete Buchsenonde ra^t um eine beträchtliche Distanz über die nicht mit Bauelementen bestückte Leiterplattenseite hinaus, während der als oteckbuchse ausgebildete Sockelbuchsenteil normalerweise um ein kurzes ütück über die bestückte Leiterplattenseite übersteht. Das einsteckseitige Sockelbuchsenende ist notwendigerweise etwas dicker als eigentlich wünschenswert wäre, da die Einstecköffnung zur Erleichterung des ijinführens der Lauelementerianschlüsse konisch sein muß und da innernalb der oteckbuchse irgendeine Klemmvorrichtunc zum reibschlüsaii^:,en Festhalten eines eingeführten Anschlußdrahteü oder Annchlui'stiftes an{';eordnet sein muß. Es läßt i;icn uotjlialb ni ent vermeiden, daß auch das einsteckseitige ι·Μάυ der »Jockelbuchse verhältni üinäßig weit über die ]jfitcrplattenobei'iseite übersteht, um die erforderliche { rolve rJnstecköi'fnung vorsehen zu können, die größer als die Leiterplattonbohrun^ ist. Hat einer derartigen bekannten Jockelbuchüc i:;t zv/ai· eine Steel;verbindung möglich, jedoch nur unter verhältnismäßig hohem Kostenaufwand, der sich aut; der oben erwähnten Zweiteiligkeit der bekannten

Jocko lbuchse ergibt, was niciit iiux¹ eine kostspielige herstellung, η on Ue η ι uucn zusatzlicnen iU'beitsaufwanu zur Verbindung der beiuen Jocke lbuchsentei le vor eiern ivinsetzen der JockeLouchse in die; Jchaltungsp Latte bedeutet. Außerdem ist die sich ergebende bauhöhe hz:i. Gesamthone der mit den baue lementen und den .!ockelbucnsen mit den vor;3teilenden Jt iften versenenen Leiterplatte beträciitlich und wesentlich größer al;; bei der oben erwärmten direkten LöttechnLk.

weitere bekannte I-Iö^licnkeit, die oteckver- »indungen £;e;3tattet, ist die Verv/eiulunj; von Löoliersteckisockeln. Die Kontaktbucnaun dieser Löolieratec^.jockoL, die zur Aufnahme der elektrischen AnscnlußstLfte der bauelemente dienen, sind mit vorstellenden Lütstil'ton verseilen, die in die beiterplattenbohrun^en e in_;;.e.jetzt und an der beiterplatte angelötet werden. Diese Isoliersockel weisen typischerweise zweizeilig Anscnlußanordnun^en auf, wie sie beispielsweise aus der Uo-PJ j5 <J'&) 331 oekannt sind, bei dieser bekannten f-lö^Liciikeit addiert sich zu der normalen Bauhühe des betreffenden Bauelements noch die Höhe des Lsolierstecksockels hinzu, so daß sich nahezu die doppelte bauhöhe wie bei direkter Montage der 13auelemente auf der Leiterplatte ergibt.

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i-ier r.rfinuurig liegt die Aufgabe zugrunde, in weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes des liaupbpafcents (Patentanmeldung P Δ'[ Hh 'JkH.¹,,) einen elektrischen AiiocnluiApuiiKt, der eine steckverbindung zwischen bauelement und Leiterplatte erniöj Licnt, derart :;u gestalten, daß ei' mit wesentlien _fjerin_tjei'em ivOütenaufwand al« die bekannten Anordnungen nerntellbar ist und gleichzeitig eine i!enamtt)auhöne einer mit isauelementen bestückten Leiterplatte zuläßt, die nicht größer als bei direkter Lütmontage der bauelemente ist und durch enges Aneinanderrücken benachbarter Leiterplatten eine große Packungsdicnte ermöglicht,

üie;;e Aufgabe ./ira durcn die im kennzeichnenden ¹Ieil des nauptannpruein; angeguuene Anordnung gelöst.

i,ei einer mit ürfinduiij_s[;or!iäl'ien Anschlußpunkten veriJutHiiien Leiterplatte sind die Anschlußbuchsen in die durcn^eherid mit beiterwei'KstofΓ ausgekleideten Leiterplattenbonrungen so eingepreßt, daß sie fest in den Leiterplattenbohrutigen sitzen und das Linstecken tier Atiscnlüsse elektronischer bauelemente ermöglichen. Die Ansciilußbucn.;en halten zwar die Ansehlußdrähte bzw. Anöenlußstifte der eingesteckten Üauelemente fest, errnüg-Licnen aber bei t.edarf das Leichte iierausziehen ilieser

⁽i η ? ι / η α 2 η

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Anschlüsse und somit den Austausch der Bauelemente durch andere, in die Anschlußbuchsen einzusteckende Bauelemente.

Die Kostenverringerung bei dem erfindungsgemäßen Anschlußpunkt ergibt sich aus verschiedenen Paktoren. Gegenüber den oben erwähnten bekannten zweiteiligen Sockelbuchsen, die in nicht mit Leiterwerkstoff ausgekleidete Leiterplattenbohrungen eingesetzt werden, aber Steckverbindungen der Bauelemente gestatten, entfällt das äußere Hülsenteil, bei welchem es sich um ein sehr dünnes feinbearbeitetes Teil handelt, das typischerweise aus Berylliumkupfer besteht und mit Wickel und Gold beschichtet ist. Die eigentliche Steckbuchse bestellt aus ähnlichen Werkstoffen und wird in ähnlicher Weise hergestellt. Sodann müssen bei der bekannten zweiteiligen Sockelbuchse das äußere hülsenteil und die eigentliche Steckbuchse zusammenniontiert und in die betreffende Leiterplattenbohrung eingesetzt werden, bei Verwendung eines Isoliersockels müssen das äußere Hülsenteil und die Steckbuchse darait zusammengebaut v/erden. Bei dein erfindungsgemäßen Anschlußpunkt entfallen außer dem äußeren ilülsenteil und dessen Fertigungsaufwand sowie außer dem Isoliersockel auch die Lötlcosten. Jie bereits oben erwähnt, erfordert eine direkte Lötmontage der Bau-

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teile in mit Leiterwerkstoff beschichteten Leiterplattenbohrungen den Lötvorgang notwendigerweise sowohl zur mechanischen Befestigung als auch zur elektrischen Verbindung, so daß keine Steckbarkeit gegeben ist. Bei den erwähnten bekannten zweiteiligen Sockelbuchsen ist im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Anordnung ein Anlöten der in eine unbeschichtete Leiterplattenbohrung eingesetzten Sockelbuchse erforderlich, um die elektrische Verbindung mit der betreffenden Leiterbahn oder Leiterfläche der Leiterplatte herzustellen. Ebenso müssen bei Verwendung von Isoliersockeln im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Anordnung die vorstehenden Lötstifte der Isoliersockel an der Leiterplatte angelötet werden, um die mechanische und elektrische Verbindung herzustellen und das Einstecken der Bauelemente in die Isoliersockel zu ermöglichen.

Für die erfindungsgemäße Anschlußbuchse sind mehrere alternative Konstruktionsmöglichkeiten vorgesehen, bei denen etwas unterschiedliche Maßnahmen zur dauerhaften Fixierung der Anschlußbuchse in der Leiterplattenbohrung Anwendung finden. Die Anschlußbuchse kann beispielsweise gerändelte, mit Riefen oder mit nach außen vorstehenden Graten versehene Außenflächen haben.

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Ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlußpunktes nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 13.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens findet zum Einsetzen der Anschlußbuchse in die Leiterplattenbohrung ein Werkzeug Anwendung, das einen die Anschlußbuchse haltenden Stift aufweist. Oberhalb des Stiftes weist das Werkzeug eine konische Fläche auf, die, wenn das Werkzeug bei der Montage der Anschlußbuchse etwas in die Leiterplatte eingedrückt wird, im oberen Teil der Leiterplattenbohrung eine konische Ansenkung eindrückt. Diese konische Ansenkung erleichtert das Einführen eines Bauelementenanschlußstiftes in die Leiterplattenbohrung und in die darin befindliche Anschlußbuchse.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 perspektivisch einen Teil einer

Leiterplatte mit Anschlußpunkten nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch

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einen Anschlußpunkt der in Pig, I gezeigten Leiterplatte mit einer in eine beschichtete Leiterplattenbohrung eingesetzten Anschlußbuchse,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere

Ausführungsform eines Anschlußpunktes ,

Fig. 4 im Schnitt eine noch weitere Aus

führungsform eines Anschlußpunktes,

Fig. 5 eine weiter abgewandelte Ausführungs-

form eines Anschlußpunktes zusammen mit einem Werkzeug zum Einsetzen der Anschlußbuchse in die beschichtete Leiterplattenbohrung,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsmöglichkeit

eines Anschlußpunktes,

Fig. 7 perspektivisch eine noch weitere

Ausführungsform eines Anschlußpunktes, wobei die Anschlußbuchse

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in ihrer Stellung unmittelbar vor dem Einpressen in die beschichtete Leiterplattenbohrung gezeigt ist,

Pig, 8 eine weitere alternative Gestaltungs

möglichkeit einer Anschlußbuchse für einen Anschlußpunkt nach der Erfindung,

Pig, 9A eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlußbuchse unmittelbar vor dem Einpressen in eine beschichtete Leiterplattenbohrung, und

Fig. 9B einen Schnitt ähnlich Fig. 9A, der

die Anschlußbuchse im in die Leiterplattenbohrung eingepreßten Zustand zeigt.

Pig, 1 zeigt einen Teil einer elektrischen gedruckten Leiterplatte 11 mit auf einer Seite angeordneten Leiterbahnen 12 aus elektrisch leitendem Werkstoff, die jeweils an einem Anschlußpunkt 13 endigen, an welchem die

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Leitermaterialschicht eine Leiterplattenbohrung l4 umschließt. Die Leiterplattenbohrungen 14 sind vorzugsweise durchgehend mit einer elektrisch leitenden Auskleidung beschichtet, die in an sich bekannter Weise aus einer Kupferunterschicht und einem Lötüberzug besteht. Auf der Leiterplatte 11 in Fig. 1 sind mehrere einzelne beschichtete Bohrungen 14 an den Enden von Leiterbahnen 12 und zwei jeweils zweizeilige Anschlußpunktanordnungen 15 mit beschichteten Bohrungen 16 und diese umschließenden Leiterschichtpunkten 17 angeordnet, die elektrisch mit den Bohrungsauskleidungen verbunden sind. In jede Leiterplattenbohrung 16 ist eine Anschlußbuchse 21 eingesetzt, für welche sich zahlreiche Ausführungsformen anbieten, die nachstehend im einzelnen beschrieben sind.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Schnittdarstellung einen einzelnen Anschlußpunkt mit einer durchgehend mit einer Beschichtung 22 ausgekleideten Leiterplattenbohrung 14 und einem Leiterschichtpunkt 13. In die Leiterplattenbohrung ist eine Anschlußhülse 23 eingesetzt, die an ihrem oberen Ende einen konisch erweiterten Bohrungsabschnitt 24 und an ihrem unteren Ende flexible, im Normalzustand zueinander hin konvergierende Finger 25 aufweist, die etwas über die Leiterplattenunterseite 26

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überstehen. Die Größe des Überstandes hängt nicht nur von der Leiterplattendieke, sondern auch von der Anschlußbuchsenlänge ab. In manchen Fällen können sich die flexiblen Finger vollständig oder nahezu innerhalb der Leiterplattenbohrung befinden. Die Anschlußbuchse 23 ist in die Bohrungsbeschichtung 22 eingepreßt. Eine Ringnut in der Außenfläche des zylindrischen Hauptteils der Anschlußbuchse nimmt beim Einpressen verdrängtes Metall der Bohrungsbeschichtung 22 auf und trägt somit zur sicheren axialen Fixierung der Anschlußbuchse in der Leiterplattenbohrung bei. Die Verdrängung des die Leiterplattenbohrung auskleidenden Leiterwerkstoffes tritt auf, da der Hauptteil der Anschlußbuchse im Verhältnis zu dem die Leiterplattenbohrung auskleidenden Leiterwerkstoff unnachgiebig ist. Wegen des konischen Übergangs der flexiblen Finger zu dem zylindrischen Hauptteil der Anschlußbuchse werden von dieser auf die Bohrungsbeschichtung ausgeübte radiale Kräfte gleichmäßig am ganzen Umfang verteilt. Die Nachgiebigkeit der Leiterplatte, die typischerweise aus glasfaserverstärktem Epoxidharz besteht und beim Einpressen der Anschlußbuchse unter mechanische Spannung gesetzt wird, und die Nachgiebigkeit der metallenen Bohrungsbeschichtung ermöglichen in Kombination miteinander die geringfügige radiale Materialverdrängung, die zum Einpressen der Anschlußbuchse in die Leiterplattenbohrung erforderlich ist.

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Die Ringnut 28, die eine Aussparung in der Anschlußbuchsenaußenfläche darstellt, läßt einen Teil des radial verdrängten Bohrungsbeschichtungsmetall radial nach innen in die Ringnut einfließen, wodurch die Anschlußbuchse nach dem Einpressen in der Leiterplattenbohrung fixiert wird. Im Gegensatz zu bekannten, in Leiterplattenbohrungen zu montierenden Sockelbuchsen stellt die erfindungsgemäße Anschlußbuchse also das "weibliche" Element der Halterungskonstruktion und die Bohrungsbeschichtung das "männliche" Element davon dar. Während die Bohrungswandung und ihre Kupferauskleidung radial verdrängt werden, findet, wie weiter unten noch erläutert wird, eine teilweise radiale und teilweise axiale Verdrängung des das Kupfer bedeckenden Zinnüberzugs statt. Die zylindrischen Außenflächenabschnitte J>1 und 32 der Anschlußbuchse sind gerändelt oder gerieft, um einen drehsicheren Sitz der Anschlußbuchse in der Bohrungsbeschichtung 22 herzustellen. Eine solche Oberflächenprofilierung ist jedoch für die einwandfreie Funktion der Anschlußbuchse nicht unbedingt erforderlich.

Es ist darauf hinzuweisen, daß in den Zeichnungen der Klarheit halber die Dicke der Bohrungsbeschichtung und auch des die Bohrung umgebenden Leiterschichtpunktes übertrieben groß dargestellt ist. Lediglich beispielsweise werden folgende mögliche Abmessungen angegeben: Eine

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übliche Leiterplatte der dargestellten Art weist eine Dicke von etwa 1,6 mm aufj die Schichtdicke des Leiterechichtpunktes 13 beträgt etwa 0,09 mm und der Bohrungsauskleidung etwa 0,04 mm. Obwohl jeweils nur eine einheitliche Schicht in den Zeichnungen dargestellt ist, bestehen die Leiterschicht und die Bohrungsauskleidung normalerweise aus einer Kupferunterschicht und einem dünnen Zinnüberzug, der eine beträchtlich größere Elastizität hat als das Kupfer.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte AusfUhrungsform der Erfindung, gemäß welcher eine Anschlußbuchse 33 an ihrer oberen Buchsenöffnung zur Bildung eines Flansches 34 aufgedornt ist, der das Einführen eines Bauelementenanschlußstiftes in die Buchsenöffnung erleichtert. Ebenso wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform dienen konvergierende Finger 35 am unteren Anschlußbuchsenende zur festen Halterung eines eingesteckten Anschlußstiftes. Die Anschlußbuchse 33 kann mittels irgendeiner der in den Zeichnungen gezeigten Maßnahmen in der Leiterplattenbohrung 14 fixiert sein. Beim Einpressen der Anschlußbuchse 33 in die Bohrung 14 wird etwas Metall der Bohrungsbeschichtung 36 durch das gerundete obere Anschlußbuchsenende in der dargestellten Weise verdrängt.

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Die in Pig. 4 gezeigte Ausführungsmögliehkeit ist im wesentlichen ähnlich derjenigen nach Fig. 2, mit der Ausnahme, daß am oberen Ende der Anschlußbuchse 42 ein Plansch 41 gebildet ist, der beim Einpressen der Anschlußbuchse in die Leiterplattenbohrung 14 einen Einpreßtief enbegrenzungsans chlag bildet. Der zylindrische Mittelteil 43 der Anschlußbuchsenaußenfläche ist wiederum gerändelt oder mit Riefen versehen und eine V-förmige Ringnut 44 dient wiederum der Aufnahme von verdrängtem Bohrungsbeschiehtungsmaterial 45, wodurch ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 2 eine gute axiale Fixierung und Drehsicherung erzielt werden.

Fig. 5 zeigt eine Anschlußbuchse 51 mit einem oben konisch erweiterten Bohrungsabschnitt 52 und konvergierenden Fingern 53· Die Anschlußbuchse 51 ist mittels eines Werkzeugs 54, das eine konische Fläche 55 und einen axial vorstehenden Stift 56 aufweist, in die Leiterplattenbohrung 14 eingepreßt worden. Der Stift 56 entspricht hinsichtlich seiner Größe einem Anschlußstift eines elektronischen Bauelements und dient zum Aufnehmen und Halten einer zu montierenden Anschlußbuchse 51, indem er durch die konische Buchsenöffnung 52 eingeführt und dann von den Fingern 53 festgehalten wird. Das Werkzeug 54 wird sodann abwärts geführt, um die Anschlußbuchse 51 in die Bohrung 14 einzupressen, und wird da-

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bei so weit herabgeführt, daß das obere Ende der Anschlußbuchse 51 bis etwa 0,13..»0,25 mm bzw. etwa 10 % der Leiterplattenbohrungslänge unterhalb der Leiterplattenoberseite liegt, wobei der obere Teil der Bohrung 14 angesenkt wird. Die konische Fläche 55 des Werkzeugs 54 ist hinsichtlich ihrer Konizität der konischen Buchsenöffnung 52 angepaßt, so daß die Ansenkung der Bohrungsauskleidung 57 eine Verlängerung der Buchsenöffnung 52 und eine konische Einführungsöffnung für einen Anschlußstift eines elektronischen Bauelements bildet. Etwas des Bohrungsbeschichtungsmaterials 58 fließt über die obere ringförmige Kantenfläche 59 der Anschlußbuchse und stellt somit einen glatten übergang der Ansenkung in die Buchsenöffnung her. Auf diese Weise erhält man eine Einführungsöffnung, deren Durchmesser etwas größer als derjenige der Leiterplattenbohrung 14 und der Buchsenöffnung 52 ist, wobei jedoch durch Verdrängen des elektrisch leitenden Beschichtungsmaterials und in gewissem Maße auch des Isolierwerkstoffes 61 der Leiterplatte 11 die gewünschte Einführungsöffnung ohne Beeinträchtigung der elektrischen Integrität der Beschichtung hergestellt wird.

Beim Einpressen der Anschlußbuchse häuft sich aufgrund des eintretenden Pließens der Bohrungsbeschichtung

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in Axialrichtung etwas Beschxchtungsmaterial 60 am übergang 49 des Buchsenkörpers zu den flexiblen Fingern an, das die Pinger 53 zusammenzudrücken versucht. Um zu verhindern, daß die Pinger zu straff für das Einsetzen eines Anschlußstiftes eines integrierten Schaltungselements vorgespannt sind, ragt der Stift 56 des Werkzeugs 54 beim Einpressen der Anschlußbuchse in die Bohrung 14 über die unteren Enden der Finger hinaus, wodurch diese das gewünschte Maß an Vorspannung erhalten, um nachher einen Anschlußstift eines integrierten Bauelements reibschlüssig festhalten zu können. Die Materialhäufung 60 wirkt auch als Verstärkung des Übergangs 49 und macht dadurch die Federwirkung der Finger etwas straffer als vor dem Einpressen. Zur Verhinderung einer Längs- oder Drehbewegbarkeit der Anschlußbuchse in der Bohrung 14 können geeignete Maßnahmen, wie sie in Verbindung mit den anderen Ausführungsbeispxelen dargestellt und beschrieben sind, getroffen werden.

Alternativ zum Einsetzen der Anschlußbuchse 51 in die Bohrung 14 mittels des Werkzeugs 54 kann die Anschlußbuchse auch von Hand voreingesetzt werden, oder eine große Anzahl von Anschlußbuchsen kann gleichzeitig in die vorgebohrte Leiterplatte voreingesetzt werden, indem diese mit einer Vielzahl darauf liegender Anschlußbuchsen vibriert wird. Da das obere Ende der Anschlußbuchsen zu

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groß ist, um in eine Leiterplattenbohrung eindringen zu können, setzen sich die Anschlußbuchsen schließlich alle in der richtigen Orientierung, d.h. mit den konvergierenden Fingern voraus, in die Leiterplattenbohrungen. Außerdem sind die Anschlußbuchsen so gestaltet, daß der zylindrische Buchsenhauptteil nur etwa ein Drittel der Anschlußbuchsenlänge und die konisch verlaufenden Finger etwa zwei Drittel der Anschlußbuchsenlänge aufweisen. Der Schwerpunkt der Anschlußbuchsen liegt deshalb so, daß das schwerere, sich konisch verjüngende Ende einer über die Leiterplatte hinweggleitenden Anschlußbuchse sich von selbst in eine Leiterplattenbohrung hineinlegt. Diese Anschlußbuchsenform erleichtert auch das endgültige Einpressen aller Anschlußbuchsen in die Bohrungen einer Leiterplatte mittels einer flachen Druckplatte, ohne daß eine besondere Führung erforderlich ist oder die Gefahr der Beschädigung durch die beschichteten Bohrungen besteht. Alternativ dazu kann mittels eines Werkzeugs $k als Einzelwerkzeug oder Mehrfachwerkzeug jede Anschlußbuchse eingepreßt und die Ansenkung des oberen Leiterplattenbohrungsendes gemäß Fig. 5 vorgenommen werden. Diese Methode kann in manchen Fällen besonders vorteilhaft sein, da hierbei die Leiterplattenbohrung selbst zur Herstellung des Einführungskegels benützt werden kann. Dadurch läßt sich die Schaltungsdichte auf der Leiterplatte vergrößern,

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da Leiterbahnen 50 (Fig. 1) auch zwischen den Anschlußpunkten einer zweizeiligen Anschlußpunktanordnung hindurchgeführt werden können. Auch der Durchmesser der Leiterschichtpunkte 13 läßt sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anschlußbuchse verringern öder der Leiterschichtpunkt kann in manchen Fällen ganz entfallen,

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher eine Anschlußbuchse 62 mit konischer Buchsenöffnung 63 einen zylindrischen Hauptteil aufweist, der durch zwei durch eine Umfangsnut 66 voneinander getrennte Außenringbünde 64 und 65 gebildet ist. Die Umfangsnut, die sich beim Einpressen der Anschlußbuchse teilweise mit Bohrungsbeschichtungsmaterial 67 füllt, ist mit V-Querschnitt dargestellt, kann aber auch jede andere geeignete Form haben. Die zylindrischen Außenflächen eines der beiden oder beider Bünde 64 und 65 können gerändelt oder in anderer Weise aufgerauht sein, beispielsweise in der in den Fig. 2 und 4 gezeigten Weise, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Das untere Ende 71 des Bundes 65 weist einen kurzen axialen Abstand vom übergang 72 zwischen dem Buchsenkörper 75 und den einwärts abgewinkelten Fingern 73 auf. Dadurch ist eine Aussparung gebildet und es kann sich an dem übergang 72 beim Einpressen der Anschlußbuchse 62 etwas Material 75 der die Leiterplatten-

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bohrung 76 auskleidenden Beschichtung 77 ansammeln, ohne die Pedereigenschaften der Pinger 73 an diesem übergang zu beeinträchtigen.

Fig. 7 zeigt eine weiter abgewandelte Anschlußbuchse 85, die eine Anzahl radial vorstehender Keile an ihrer Außenfläche aufweist, die einen festen Sitz der Buchse in der Beschichtung 87 einer Leiterplattenbohrung 88 gewährleisten. Diese Keile 86 können gewünschtenfalls mit einer Umfangsnut 83 ähnlich der Nut 66 der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform versehen sein. Die Keile 86 erstrecken sich über eine etwa der axialen Ausdehnung der Bünde 64 und 65 der in Fig. 6 gezeigten Anschlußbuchse 62 entsprechende Distanz über die Außenfläche des Buchsenkörpers, Der Übergang 89, an welchem die Finger 93 nach innen konvergieren, liegt also etwas unterhalb des Endes 91 der Keile 86. Die radial vorstehenden Keile verhindern auch eine Drehung der Anschlußbuchse in der Leiterplattenbohrung und tragen den verhältnismäßig großen Herstellungstoleranzen durchgehend beschichteter Leiterplattenbohrungen Rechnung,

Bei der Anschlußbuchse 85 tritt ähnlich wie bei der Buchse 62 in Fig. 6 eine Verdrängung des Bohrungsbeschichtungsmaterials auf, jedoch in geringerem Maße, da

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nur die Keile 86 beim Einpressen der Anschlußbuchse in die Bohrungsbesehichtung eindringen. Ein besonderer Vorteil der in Fig. 7 gezeigten Ausfuhrungsform liegt darin, daß eine geringere Einpreßkraft zur Montage der Anschlußbuchse in der Leiterplatte erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Anschlußbuchs· 85 verhältnismäßig große Toleranzen der durchgehend beschichteten Leiterplattenbohrungen gestattet.

Die in Fig. 8 gezeigte Anschlußbuchse 62' stellt eine Abwandlung der in Fig. 6 gezeigten Anschlußbuchse dar, wobei an den unteren Enden der Finger 73' ebenfalls Ringbünde bzw. Ringbundsegmente 64" und 65" gebildet sind. Diese dienen nur der Erleichterung der Herstellung und haben nach dem Einsetzen der Anschlußbuchse 62' in eine Leiterplattenbohrung keine besondere Funktion. Der Rohling für die Anschlußbuchse 62' wird aus Rohrmaterial hergestellt. Er wird an beiden Enden kegelig angesenkt und sodann wird zwischen den Ringbünden 65' und 65¹¹ die Wanddicke verringert, bevor durch radiales Ausfräsen die Finger 73 hergestellt werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Rohling an beiden Enden mit der gleichen Ansenkung zu versehen, so daß die Orientierung der nur etwa 2,5 mm langen Buchse bis zum Fräsen der Finger bei allen vorhergehenden Arbeitsgängen keine Rolle spielt.

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Obwohl bei den anderen Ausführungsbeispielen die Außenflächen der federnden Pinger glatt sind, ist es auch möglich, diese Anschlußbuchsen in der gleichen Weise wie die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform herzustellen, wobei dann am Ende der Pinger jeweils gleichartige ringförmige Vorsprünge wie am oberen Ende der Anschlußbuchse vorhanden sind.

Die Fig. 9A und 9B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlußbuchse, die mit 101 bezeichnet ist, und eine mit einer durchgehenden Beschichtung 105 ausgekleidete Bohrung 102 einer Leiterplatte 103. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist kein Leiterschichtpunkt auf der Leiterplattenoberfläche vorhanden, der sich radial von einem Bohrungsende weg erstreckt. Es hat sich gezeigt, daß derartige Leiterschichtpunkte bei den erfindungsgemäßen Anschlußpunkten nicht unbedingt erforderlich ist. Selbstverständlich ist die Bohrungsbeschichtung in vielen Fällen mit einer auf der Leiterplattenoberfläche verlaufenden Leiterbahn oder Leiterfläche verbunden. Bei herkömmlichen elektrischen Anschlußpunkten, bei denen eine Lötung erforderlich ist, sind die beispielsweise in Fig. 7 gezeigten Leiterschichtpunkte aus verschiedenen Gründen notwendig. Diese Leiterschichtpunkte bilden nämlich bei bekannten Anschlußpunkten

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eine Basis für das Lötzinn und dienen auch zum Zurückhalten der Bohrungsbeschichtung innerhalb der Leiterplattenbohrung, da nach dem Einlöten einer elektrischen Leitung durch Vibrationen oder über die angelötete Leitung ausgeübte Zugkräfte die Bohrungsbeschichtung beim Fehlen der Leiterschicht· punkte aus der Leiterplattenbohrung herausgezogen werden könnten.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind derartige Leiterschichtpunkte nicht erforderlich, hauptsächlich weil keine Lötung notwendig ist. Demzufolge besteht keine Notwendigkeit für eine Lötbasis und es ist unwahrscheinlich, daß eine von den flexiblen Fingern der Anschlußbuchse gehaltene eingesteckte Leitung in der Lage ist, die Bohrungsbeschichtung herauszuziehen. Wie oben erläutert, ist die Anschlußbuchse durch ihren Preßsitz in der Leiterplattenbohrung und durch die Verzahnung mit dem verdrängten Besehichtungsraaterial fest in der Bohrung verankert.

Wie Fig. 9A erkennen läßt, tritt die Wechselwirkung zwischen der Anschlußbuchse 101 und der Bohrungsbeschichtung 105 normalerweise zuerst an dem konischen Übergangsbereich 104 auf, der einen Absatz bildet, der demjenigen der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform gleichwertig ist und einen übergang zwischen dem zylindrischen Buchsenhaupt teil 107 und den flexiblen Fingern 106 darstellt,

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Beim Eindringen der Anschlußbuchse in die Leiterplattenbohrung wird das Bes dichtungsmaterial mehr radial verdrängt als in axialer Richtung verschoben, was nicht nur eine sichere Verankerung der Anschlußbuchse, sondern auch einen festen Sitz der Bohrungsbeschichtung in der Leiterplatte bewirkt.

Die Außenfläche des zylindrischen Buchsenhauptteils ist glatt und mit einer Umfangsnut 111 versehen, die zwischen den beiden axialen Enden des Buchsenhauptteils liegt. Wie Fig. 9B zeigt, ist die vollständig in die Leiterplattenbohrung eingepreßte Anschlußbuchse mit ihrem oberen Ende bündig mit der Leiterplattenoberfläche und ein Teil des verdrängten Beschichtungswerkstoffes füllt die Umfangsnut 111 auf. Wegen der sowohl radialen als auch axialen Verdrängung des Beschiehtungsmaterials ist der obere Teil der Bohrungsbeschichtung nach dem Einpressen der Anschlußbuchse etwas dünner als der untere Teil, der nicht dem Einpressen ausgesetzt worden ist. Wegen des auf die Bohrungswand, also auch auf das Leiterplattenmaterial ausgeübten Druckes hat die Bohrungsbeschichtung im oberen Teil der Leiterplattenbohrung einen etwas größeren Außendurchmesser als der untere Beschichtungsabschnitt. Zu Erläuterungszwecken sind diese obere Ausspreizung der Bohrungsbeschichtung und die Verdünnung der Bohrungsbe-

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Schichtung im oberen Bereich in Pig, 9 B übertrieben dargestellt. Ähnlich wie auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 6 häuft sich etwas verdrängtes Besehichtungsmaterial 113 im Bereich des konischen Absatzes 10*1 unterhalb des zylindrischen Buchsenhauptteils 107 oberhalb der flexiblen Pinger 106 an.

Obwohl die Anschlußbuchse 101 in Fig. $B mit ihrem oberen Ende bündig mit der Leiterplattenoberseite dargestellt ist, kann es auch wünschenswert sein, die Anschlußbuchse etwas unterhalb der Leiterplattenoberseite zu versenken, so daß die angesenkte bzw. konische Einführungsöffnung der Anschlußbuchse unterhalb der Leiterplattenoberseite liegt und das Einführen eines Anschlußstiftes eines Bauelements erleichtert.

Das die Wandung der Leiterplattenbohrung bildende Glasfasermaterial, Kupfer und Zinn besitzen ein gewisses mechanisches Rückfederungsvermögen und kehren nach einem Herausnehmen einer Anschlußbuchse in gewissem Maße in ihre Ursprungslage zurück. Es hat sich gezeigt, daß es daher auch möglich ist, erforderlichenfalls Anschlußbuchsen ohne Beschädigung der Bohrungsbeschichtung und unter Ausnützung der bereits erwähnten Vorteile der Erfindung auszutauschen.

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Die erfxndungsgemäßen Anschlußbuchsen können nach jedem zweckmäßigen Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch spangebende Bearbeitung, Pressen oder Walzen. Es kann sich dabei um an sich im wesentlichen bekannte Elemente oder speziell geformte Elemente handeln. Das wesentliche Erfordernis liegt darin, daß die Anschlußbuchsen im Bereich ihres Hauptteils im wesentlichen unnachgiebig sind und mit Preßsitz in die Leiterplattenbohrungen eingepreßt werden und sodann eingesteckte Anschlußstifte reibschlüssig festhalten können. Die einzelnen Anschlußbuchsen können jedoch nach Bedarf wieder entfernt oder ausgetauscht werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anschlußpunkte gegenüber bekannten Anordnungen liegen auf der Hand. Die Anschlußstifte elektronischer Bauelemente sind steckbar, so daß die Bauelemente jederzeit wieder von der Leiterplatte heruntergenommen oder ausgetauscht werden können, wobei das Profil der mit den Bauelementen bestückten Leiterplatte gleich demjenigen einer Leiterplatte mit direkt in die beschichteten Leiterplattenbohrungen eingelöteten, also nicht steckbar, sondern dauerhaft befestigten Bauelementen ist. Die erfindungsgemäßen Anschlußbuchsen sind so gestaltet, daß sie kürzer als die elektrischen Anschlußstifte der einzusteckenden

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Bauelemente sind, so daß sie weder die Bauhöhe der Schaltungsplatte als Ganzes noch die Höhe des betreffenden Bauelements vergrößern. Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich, Bauelemente, beispielsweise Schaltkreisbausteine mit zweizeiligen Anschlußanordnungen, auf beiden Seiten einer gedruckten Leiterplatte zu montieren. Die Anschlußbuchsen können in manchen Bohrungen bzw, Bohrungsanordnungen nach der einen Axialrichtung und in anderen Bohrungen bzw. Bohrungsanordnungen in der anderen Richtung orientiert sein, um das Einstecken der Bauelemente von der jeweils gewünschten Seite zu ermöglichen. Dadurch können die Bauelemente auf beiden Seiten der Leiterplatte in gestapelter Anordnung montiert werden, und die Möglichkeit der Verwendung zahlreicher, sehr schmaler Leiterbahnen zwischen benachbarten, beschichteten Schaltungsplattenbohrungen gestattet die Herstellung der erforderlichen elektrischen Verdrahtung auf einer dicht mit Bauelementen bestückten Schaltungsplatte.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß, da die Anschlußbuchsen axial eine durchgehende öffnung besitzen, ein Luftstrom durch die Schaltungsplatte hindurchtreten kann, was bei den bekannten, an einem Ende geschlossenen Sockelbuchsen oder bei Lötmontage nicht möglich ist. Versuche mit durch einen Luftstrom gekühlten Schaltungs-

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platten haben gezeigt, daß bei Anwendung der Erfindung niedrigere Betriebstemperaturen der Bauelemente möglich sind. Um ein konkretes Beispiel zu nennen, ein mittels Anschlußpunkten nach der Erfindung auf einer Leiterplatte montierter integrierter Schaltkreis mit zweizeiliger Anschlußanordnung arbeitete bei einem Eingangsstrom von 100 mA auf einer um 11°C niedrigeren Temperatur als auf herkömmlichen Schaltungsplatten ohne Möglichkeit eines Luftdurehtritts. Außerdem ermöglicht die Verwendung der eine axiale Durchgangsöffnung aufweisenden erfindungsgemäßen Anschlußbuchsen das Stapeln mehrerer Schaltungsplatten übereinander und das Durchstecken von Anschlußstiften oder Drähten durch mehrere Schaltungsplatten. Alternativ dazu können Anschlußstifte oder Drähte nach unten über die Schaltungsplatte hinausragen, um beispielsweise durch Wicke!verbindungen eine zusätzliche Verdrahtung zu ermöglichen.

Um den mittels der Erfindung erzielten technischen Portschritt aufzuzeigen, sei darauf hingewiesen, daß herkömmliches Löten im Wellenbad gegenüber der Erfindung einige oder sämtliche der nachstehenden Nachteile mit sich bringt:

a) Umbiegen der Bauelementenanschlüsse,

b) Vorerwärmen der Leiterplatten,

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c) Nachfolgendes Reinigen der Leiterplatten,

d) Abdecken von Goldkontakten vor dem Löten,

e) Nicht zugelötete Bohrungen und andere Lötverbindungsdefekte, die umfangreiche Nachbesserungsarbeiten erfordern,

f) Brechen oder Reißen von Lötverbindungen während des Gebrauchs der Leiterplatten,

g) Prüfung der Leiterplatten nach dem Löten,

h) Beschädigung empfindlicher Bauelemente durch die Löthitze,

i) Verziehen der Leiterplatten,
j) Notwendigkeit besonderer Löthalterungen, k) Notwendigkeit von Lötmasken,

1) Flußmittelrückstände und Plußmitteleinschlüsse, und m) Kostspielige Löteinrichtung und Wartung derselben.

Außerdem ermöglicht die Erfindung den Austausch von Schaltungsteilen, da sämtliche Bauelemente steckbar sind. Außerdem ermöglicht die Erfindung ein kleinstmögliches Profil der bestückten Leiterplatte und die Zugänglichkeit der nicht bestückten Leiterplattenunterseite und somit eine bestmögliche Prüfbarkeit derselben. Außerdem kann die Schaltungsdichte gesteigert werden, da die Anwendung der Erfindung eine Reduzierung der Anschlußpunktdurchmesser gegenüber der bei Lötverbindungen erforderlichen Anschlußpunktgröße ermöglicht.

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Bei starken Vibrationen unterworfenen Leiterplatten kann ein Umbiegen oder Anlöten bestimmter Bauelementenanschlüsse, beispielsweise der Eckanschlüsse von
Schaltungselementen mit zweizeiliger Anschlußanordnung, erfolgen. Dieses Löten oder Umbiegen kann individuell
erfolgen und wird nur verhältnismäßig selten erforderlich sein. Das Herausnehmen derartiger, nur an einzelnen
gewählten Punkten festgelöteten Schaltungselement en ist leicht durch Auslöten dieser wenigen Punkte wieder
möglich.

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Claims

Patentansprüehe

ΓΐJ Elektrischer Anschlußpunkt für aus Isolierwerkstoff bestehende, mindestens einseitig mit Leiterflächen beschichtete Leiterplatten, mit einer in eine Leiterplattenbohrung eingesetzten und mit der betreffenden Leiterfläche elektrisch verbundenen Anschlußbuchse, dadurch gekennzeicnnet, daß die Anschlußbuchse (z.B. 23) einen im wesentlichen unnachgiebigen zylindrischen Hauptteil (31, 32) mit einer zwischen dessen beiden axialen Enden gebildeten Umfangsnut (28), weiter eine axiale Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Anschlußstiftes eines elektronischen Bauteils und an ihrem einen Ende eine Anzahl flexibler, zueinander hin konvergierender Pinger (25) zum Pestklemmen des Anschlußstiftes sowie an ihrem anderen Ende eine sich konisch verjüngende Einführöffnung zum Einführen des Anschlußstiftes in die Durchgangsbohrung aufweist, daß weiter die Leiterplattenbohrung mit im Verhältnis zum Hauptteil der Anschlußbuchse verhältnismäßig nachgiebigem, mit der betreffenden Leiterfläche (I3) in Verbindung stehendem Leiterwerkstoff (22) ausgekleidet ist, und daß die Anschlußbuchse mit ihrem üauptteil, dessen Außendurchmesser etwas größer als der lichte Leiterplattenbohrungsdurchmesser ist, derart in die Lexterplattenbohrung eingepreßt ist, daß der diese auskleidende Leiterwerkstoff teilweise

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OFUGINAL INSPECTED

verdrängt wird und die Umfangsnut des Anschlußbuchsenhauptteils mindestens teilweise ausfüllt.
2. Anschlußpunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der konischen Einführungsöffnung versehene obere Ende der Anschlußbuchse (23) mit der Ebene der betreffenden, auf der Leiterplattenoberfläche befindlichen Leiterfläche (13) bündig ist.
3. Anschlußpunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der konischen EinführungsÖffnung versehene obere Ende der Anschlußbuchse (51) mit Bezug auf die Oberfläche der betreffenden Leiterfläche (13) in der Leiterplattenbohrung versenkt ist.
4. Anschlußpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der Anschlußbuchse (z.B. 23) etwa ein Drittel der axialen Anschlußbuchsenlänge und die flexiblen Finger (25) etwa zwei Drittel der Anschlußbuchsenlänge einnehmen, wobei die MassenVerteilung des Anschlußbuchsenmaterials derart getroffen ist, daß die Anschlußbuchse sich bei automatischen Einsetzverfahren von selbst mit den flexiblen Fingern voraus in die Leiterplattenbohrung setzt.

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5. Anschlußpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbuchse (z.B. 23) zwischen ihrem zylindrischen Hauptteil und den flexiblen Fingern (25) eine konische Übergangsfläche aufweist, welche die „,Verdrängung des die Leiterplattenbohrung auskleidenden Leiterwerkstoffes (22) erleichtert.
6. Anschlußpunkt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Übergangsfläche einen Aussparungsbereich aufweist, in welchem sich axial verdrängter, die Leiterplattenbohrung auskleidender Leiterwerkstoff (22) unter Freilassung der flexiblen Finger (25) anhäufen kann.
7. Anschlußpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des zylindrischen Hauptteils der Anschlußbuchse (23) mit Längsriefen versehen ist.
8. Anschlußpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des zylindrischen Hauptteils der Anschlußbuchse aufgerauht ist.
9. Anschlußpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des zylindrischen Hauptteils der Anschlußbuchse (85) mit einer Vielzahl

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Wandung der Leiterplattenbohrung zunächst mit einer mit der betreffenden Leiterfläche elektrisch in Verbindung stehenden Auskleidung aus Leiterwerkstoff versehen und anschließend die Anschlußbuchse in die auskleidete Leiterplattenbohrung derart eingepreßt wird, daß ein Teil des die Leiterplattenbohrung auskleidenden Leiterwerkstoffes verdrängt wird und in die Umfangsnut des Anschlußbuchsenhauptteils hineinfließt und diese mindestens teilweise ausfüllt.

Ik Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet ₃ daß die Anschlußbuchse so tief in die ausgekleidete Leiterplattenbohrung eingepreßt wird, bis ihr die konische Einführungsöffnung aufweisendes oberes Ende mit der Oberfläche der betreffenden Leiterflache im wesentlichen bündig ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbuchse so tief in die ausgekleidete Leiterplattenbohrung eingepreßt wird, bis sich ihr die konische Einführungsöffnung aufweisendes oberes Ende unterhalb der Leiterplattenoberfläche befindet.

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längsverlaufender, radial vorstehender Grate oder Rippen (86) versehen ist,
10. Anschlußpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hauptteil der Anschlußbuchse (62) zwei durch die genannte Umfangsnut (66) voneinander getrennte zylindrische Ringbünde (64, 65) aufweist.
11. Anschlußpunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die konische Einführungsöffnung aufweisende obere Ende der Anschlußbuchse (33, 42) oberhalb der Ebene der betreffenden, auf der Leiterplattenoberfläche befindlichen Leiterfläche (13) gelegen ist.
12. Anschlußpunkt nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das die konische Einführungsöffnung aufweisende obere Ende (34) der Anschlußbuchse (33) unter teilweiser Verdrängung des angrenzenden, die Leiterplattenbohrung auskleidenden Leiterwerkstoffes (36) aufgedornt ist,
13. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Anschlußpunktes nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Leiterplattenbohrung hergestellt und in diese eine Anschlußbuchse eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die

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