DE4107657A1

DE4107657A1 - Montageanordnung fuer auf einer leiterplatte befestigten stecker

Info

Publication number: DE4107657A1
Application number: DE4107657A
Authority: DE
Inventors: Markus Binder; Wilhelm Dipl Ing Mayer; Alfred Dipl Ing Schuster
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1992-09-17
Also published as: DE4107657C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung für auf einer Leiterplatte befestigten Stecker, wobei für die Steckerpins durchkontaktierte Bohrungen auf der Leiter platte vorgesehen sind.

Elektrische Baugruppen weisen in der Regel einen Stecker auf, über den der Anschluß der Baugruppe er folgt. Die Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer üblichen Montageanordnung eines Steckers auf einer Lei terplatte, die auf einer Trägerplatte, beispielsweise aus Aluminium angeordnet ist.

Mit den Bezugszeichen 1 und 2 ist in dieser Fig. 1 eine Leiterplatte und ein Stecker bezeichnet, wobei le diglich ein Steckerpin 3 dieses Steckers 2 mit seiner Einspannstelle A gezeichnet ist, der senkrecht auf der Leiterplatte 1 steht. Dieser Steckerpin 3 ist in eine durchkontaktierte Bohrung 4 der Leiterplatte 1 geführt und dort verlötet. Über eine Befestigungsschraube 6 ist die Leiterplatte 1 und die Trägerplatte 5 mit dem Stecker 2 verschraubt.

Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizien ten der Materialien von Stecker 2, Steckerpin 3 und Trägerplatte 5 kommt es zu Zug- und Schubkräften auf die Steckerlötstellen. Im folgenden soll die Kraft auf eine solche Lötstelle bei vollkommen starrer Leiter platte abgeschätzt werden:
Zunächst ergibt sich für die Längenänderung Δl an der Lötstelle bei einer Temperaturerhöhung von 25°C auf 125°C unter Anwendung folgender Formel:

Δl=a_st·l₂·ΔT+a_Al·l₁·ΔT-a_pin·l₂· ΔT,

ein Wert von 32 µm, wobei für die Wärmeausdehnungskoef fizienten a_st, a_Al und a_pin des Steckermaterials, der Aluminiumträgerplatte 5 und des Steckerpins die Werte 45·10^-6 l/K, 24·10^-6 l/K und 18·10^-6 l/K gewählt wurden. Die Größen l₁ und l₂ entsprechen den in der Fig. 1 angegebenen Längen, die mit 2 mm und 10 mm an genommen wurden. Hierbei ist der Pin 3 gemäß Fig. 1 am Punkt A eingespannt. Schließlich beträgt die Tempe raturdifferenz ΔT=100 K.

Aus der Längenänderung Δl ergibt sich zusammen mit der Formel:

F_pin=ε·E·A,

ein Wert von 176 N für die Kraft auf die Lötstelle. Hierbei ist ε die relative Längenänderung 32 µm/10 mm = 3,2·10^-3, E das Elastizitätsmodul mit 110 000 N/mm² und A der Querschnitt des Steckerpins mit 0,5 mm².

Solche hohen Kräfte stellen eine hohe Belastung der Lötstellen des Steckers dar, so daß eine Beschädigung dieser Lötstellen nicht ausgeschlossen werden kann, verbunden mit der Gefahr des gesamten Ausfalls der elektronischen Baugruppe.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Montageanordnung für auf einer Leiterplatte befestigten Stecker anzugeben, bei der die o. g. Kräfte derart re duziert werden, daß die Funktionssicherheit der Steckerlötstellen gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gegeben.

Hiernach wird die Reduzierung der Zug- und Schubkräfte auf die Lötstelle des Steckerpins durch eine Ausbildung der die durchkontaktierten Bohrungen für Steckerpins aufnehmenden Bereiche der Leiterplatte als Zunge er reicht, indem um diese Bohrungen Schlitze derart ange ordnet werden, daß die Leiterplattenzungen in der Ebene der Leiterplatte liegen. Jede Leiterplattenzunge trägt wenigstens eine Bohrung für einen Steckerpin. Die Redu zierung der Kräfte beruht auf dem Blattfedereffekt ei ner solchen Leiterplattenzunge, wobei das Maß der Redu zierung durch eine geeignete Wahl der Schlitz- bzw. Zungengeometrie eingestellt werden kann.

Findet ein Stecker mit zwei parallel angeordneten Steckerpinreihen Anwendung, so wird gemäß einer vor teilhaften Ausführungsform der Erfindung zur Bildung von zwei gegenüberliegenden Leiterplattenzungen ein in der Leiterplatte H-förmig ausgebildeter Schlitz im Be reich der für die Steckerpins vorgesehenen Bohrungen so angeordnet, daß jede Leiterplattenzunge die Bohrungen für eine Steckerpinreihe trägt.

Schließlich kann der Stecker neben den parallel ange ordneten Steckerpinreihen zusätzlich weitere von diesen abgesetzte Steckerpins aufweisen, so daß gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung zur Bildung jeweils einer Leiterplattenzunge für die durchkontaktierten Bohrungen der weiteren Steckerpins zusätzliche Schlitze auf der Leiterplatte vorgesehen sind, wobei diese zusätzlichen Schlitze und der H-för mig ausgebildete Schlitz einen einzigen Durchbruch in der Leiterplatte bilden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen darge stellt und erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fig. 3 eine Schemazeichnung zur Berechnung des Blattfedereffektes einer erfindungsgemäßen Leiterplattenzunge,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine auf einer Träger platte angeordneten Leiterplatte mit den er findungsgemäßen Strukturen.

In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Ausschnitt einer Leiterplatte mit drei durchkontaktierten Bohrun gen 7 gezeigt, wobei diese Bohrungen 7 in einer Reihe gemäß der Linie a angeordnet sind. Ein Schlitz 11 ist in dieser Leiterplatte 1 so ausgeführt, daß er einmal parallel zu der genannten Linie a sowie kammartig zwi schen den Bohrungen 7 für die Steckerpins eines Steckers bzw. an der von den Bohrungen 7 gebildeten Reihe senkrecht hierzu verläuft. Diese kammartige Aus führung des Schlitzes 11 umfaßt jede Bohrung 7 unter Ausbildung einer Leiterplattenzunge 13, 14 und 15. Im Bereich der Verbindung der Leiterplattenzungen 13, 14 und 15 zum übrigen Bereich der Leiterplatte 1 können die Leitungsbahnen zu den Durchkontaktierungen 7 ge führt werden, die in dieser Fig. 2 nicht dargestellt sind. Ferner zeigt diese Fig. 2 auch den Stecker nicht, dessen Steckerpins auf der Leiterplattenebene im wesentlichen senkrecht stehen.

Wie weiter oben schon dargelegt wurde, beruht die Redu zierung der Kräfte auf die Lötstellen der Steckerpins auf der Wirkung des Blattfedereffektes einer solchen in Fig. 2 dargestellten Leiterplattenzunge 13, 14 oder 15.

Im folgenden soll mit Hilfe der Fig. 3 die reduzierte Kraft F auf eine solche Lötstelle abgeschätzt werden. Hierzu zeigt die Fig. 3 eine einseitig eingespannte Zunge 13 mit einer Leiterplattendicke h, einer Zungen länge l und einer Durchbiegung f. Zur Berechnung der Kraft F wird folgende Formel herangezogen:

wobei b die Breite der Leiterplattenzunge 13 und E das Elastizitätsmodul von Leiterplattenmaterial ist. Mit einer Durchbiegung f = 32 µm, einer Zungenbreite b = 2 mm, einer Zungenlänge l = 4 mm, einer Leiterplatten dicke h = 0,8 mm und einem Elastizitätsmodul der Lei terplatte E = 18·10³ N/mm² ergibt sich eine Kraft F = 0,97 N. Im Vergleich zu der Kraft F_pin gemäß dem ein gangs erläuterten Beispiel kann somit durch diese er findungsgemäße Maßnahme die Zug- und Schubkräfte auf die Steckerlötstellen beträchtlich reduziert werden. Durch entsprechende Zungengeometrien sind somit fast beliebige Kräftereduzierungen erzielbar.

Ein Stecker weist in der Regel zwei parallele Stecker pinreihen auf. Für einen solchen Stecker zeigt die Fig. 4 ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, wo zwei parallele Reihen von durchkontaktierten Bohrungen 7a und 7b auf einer Leiterplatte 1 gezeigt sind. Zwei Boh rungen 1a auf dieser Leiterplatte 1 sind zur Befesti gung des nicht dargestellten Steckers vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht für jede Boh rung 7a und 7b eine Leiterplattenzunge vorgesehen, son dern die Geometrie des Schlitzes 12 ist so ausgebildet, daß für jede Reihe der Bohrungen 7a und 7b jeweils eine Leiterplattenzunge 15a und 15b gebildet wird. Die Schlitzgeometrie ist H-förmig, wobei er einmal zwischen den beiden Reihen der Durchkontaktierungen 7a und 7b sowie unter Bildung der beiden Zungen 15a und 15b seit lich der beiden Reihen verläuft. Auch diese Fig. 4 enthält nicht die zu den durchkontaktierten Bohrun gen 7a und 7b führenden Leitbahnen.

Schließlich zeigt die Fig. 5 ein letztes Ausführungs beispiel der Erfindung mit einer auf einer Träger platte 5 aus Aluminium befestigten Leiterplatte 1. Zur Bildung eines umlaufenden Randes ist die Länge und Breite der Leiterplatte 1 kleiner gewählt als diejenige der Trägerplatte 5. Die Leiterplatte 1 ist auf die Trä gerplatte 5 aufgeklebt, wobei die beiden Bohrungen 1b zur Justierung dienen. Die Struktur der Bohrungen für die Steckerpins auf der Leiterplatte 1 besteht aus zwei Anordnungen, die jeweils aus zwei parallel angeordneten Reihen von Bohrungen 7a und 7b bzw. 8a und 8b sowie je weils zwei abgesetzten Bohrungen 9a und 9b bzw. 10a und 10b bestehen. Für jede Anordnung ist ein Schlitz 11 bzw. 12 vorgesehen, die nicht miteinander verbunden sind. Ein Schlitz 11a bzw. 12a mit einer Geometrie ent sprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bildet jeweils zwei Leiterplattenzungen 16a und 16b bzw. 15a und 15b. Ein Schlitz 11b bzw. 12b, ebenfalls H-förmig ausgebildet, bildet jeweils für die zusätzlichen durch kontaktierten Bohrungen 10a und 10b bzw. 9a und 9b eine Leiterplattenzunge 13a und 13b bzw. 14a und 14b. Die Schlitze 11a und 11b bzw. 12a und 12b bilden einen ge meinsamen Durchbruch. Die Bohrungen 1a dienen zur Befe stigung des in der Figur nicht dargestellten Steckers.

Die Orientierung der Steckerpins ist in den dargestell ten und beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fig. 2, 4 und 5 im wesentlichen senkrecht zur Leiter plattenebene. Es ist jedoch vorstellbar, daß auch Stecker zum Einsatz kommen, deren Steckerpins geneigt zur Ebene der Leiterplatte stehen. Auch in einem sol chen Fall ist die hier beschriebene Erfindung mit Vor teil anwendbar.

Wie in den wenigen dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigt ist, kann die Erfindung für jede denkbare Kon figuration von Bohrungen für Steckerpins eingesetzt werden.

Claims

1. Montageanordnung für auf einer Leiterplatte (1) be festigten Stecker (2), wobei für die Steckerpins (3) durchkontaktierte Bohrungen (7, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) auf der Leiterplatte (1) vorgesehen sind, da durch gekennzeichnet, daß im Bereich der genannten Durchkontaktierungen (7, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) Schlitze (11, 11a, 11b, 12, 12a, 12b) derart vor gesehen sind, daß in der Leiterplattenebene zungenartig ausgebildete Leiterplattenbereiche (13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b, 16a, 16b) entstehen und daß jede Leiterplattenzunge (13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b, 15, 15a, 15b, 16a, 16b) wenigstens eine Bohrung (7, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) für einen Steckerpin (3) aufweist.

2. Montageanordnung mit einem Stecker (2), der zwei parallel angeordnete Steckerpinreihen aufweist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von zwei gegenüberliegenden Leiterplattenzungen (15a, 15b) ein in der Leiterplatte (1) H-förmig ausgebildeter Schlitz (12, 12a) im Bereich der für die Steckerpins vorgesehenen durchkontaktierte Bohrungen (7a, 7b) so angeordnet ist, daß jede Leiterplattenzunge (15a, 15b) die Bohrungen (7a, 7b) für eine Steckerpinreihe trägt.

3. Montageanordnung nach Anspruch 2, wobei der Stecker (2) zusätzlich weitere von den beiden Steckerpinreihen abgesetzte Steckerpins aufweist, dadurch gekennzeich net, daß zur Bildung jeweils einer Leiterplattenzunge (14a, 14b) für die durchkontaktierte Bohrungen (9a, 9b) der weiteren Steckerpins zusätzliche Schlitze (12b) auf der Leiterplatte (1) vorgesehen sind und daß diese zu sätzlichen Schlitze (12b) und der H-förmig ausgebildete Schlitz (12a) einen einzigen Durchbruch bilden.