DE102023204011A1

DE102023204011A1 - Mounting device and method for producing an electrical contact

Info

Publication number: DE102023204011A1
Application number: DE102023204011.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Zimmermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2023-05-02
Filing date: 2023-05-02
Publication date: 2024-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung (6) zwischen einer Elektronikkomponente (5) und einer Leiterplatine (8), wobei die elektrische Kontaktierung (6) zumindest einen an der Elektronikkomponente (5) ausgebildeten Kontaktpin (9') aufweist, der in eine Durchkontaktierung (11) der Leiterplatine (8) eingefahren ist, wobei die Montagevorrichtung zwei zueinander hubverstellbare Werkzeugteile (1, 3) aufweist, von denen die Elektronikkomponente (5) auf dem ersten Werkzeugteil (1) gehaltert ist, während die Leiterplatine (8) auf dem zweiten Werkzeugteil (3) gehaltert ist, und wobei die beiden Werkzeugteile (1, 3) in einem Einfahrhub aufeinander zu bewegbar sind, wodurch der Kontaktpin (9') in die Durchkontaktierung (11) einfahrbar ist. Erfindungsgemäß weist die Montagevorrichtung eine Ausrichteinheit (16) auf, die vor dem Einfahrhub einen Ausrichtvorgang durchgeführt, mittels dem eine toleranzbedingte Positionsabweichung (Δz) des Kontaktpins (9') zur Durchkontaktierung (11) ausrichtbar ist, um einen störkonturfreien Einfahrhub zu gewährleisten.The invention relates to an assembly device for producing an electrical contact (6) between an electronic component (5) and a printed circuit board (8), wherein the electrical contact (6) has at least one contact pin (9') formed on the electronic component (5) which is inserted into a through-plating (11) of the printed circuit board (8), wherein the assembly device has two tool parts (1, 3) whose strokes can be adjusted relative to one another, of which the electronic component (5) is held on the first tool part (1) while the printed circuit board (8) is held on the second tool part (3), and wherein the two tool parts (1, 3) can be moved towards one another in an insertion stroke, whereby the contact pin (9') can be inserted into the through-plating (11). According to the invention, the assembly device has an alignment unit (16) which carries out an alignment process before the insertion stroke, by means of which a tolerance-related position deviation (Δz) of the contact pin (9') for the through-plating (11) can be aligned in order to ensure an insertion stroke free of interference contours.

Description

Die Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Kontaktierung nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.The invention relates to an assembly device for producing an electrical contact according to the preamble of claim 1 and a method for producing such an electrical contact according to the preamble of claim 10.

Die Antriebseinheit eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs weist einen Pulswechselrichter auf, dessen Komponenten, das heißt unter anderem eine Steuerplatine sowie Leistungsmodule, an einem Montageträger montierbar sind. Die Leistungsmodule sowie die Steuerplatine sind beispielhaft über eine elektrische Press-fit-Kontaktierung miteinander verbunden.The drive unit of an electrically powered vehicle has a pulse inverter whose components, including a control board and power modules, can be mounted on a mounting bracket. The power modules and the control board are connected to one another using an electrical press-fit contact, for example.

Bei einer solchen Press-fit-Kontaktierung sind die an den Leistungsmodulen ausgebildeten Kontaktpins in Presspassung in die Durchkontaktierungen (d.h. Vias) der Steuerplatine eingesetzt. Bei einer Serienfertigung erfolgt die elektrische Kontaktierung der Leistungsmodule mit der Steuerplatine vollautomatisch in einer gattungsgemäßen Montagevorrichtung. Die Montagevorrichtung weist zwei zueinander hubverstellbare Werkzeugteile auf, von denen eine die Leistungsmodule tragende Baugruppe auf der unteren, ortsfesten Werkzeugteil gehaltert ist, während die Steuerplatine auf einem damit zusammenwirkenden oberen, hubverstellbaren Werkzeugteil gehaltert ist. Das hubverstellbare Werkzeugteil kann in einem Einfahrhub zu einem unteren Totpunkt bewegt werden, wodurch der Kontaktpin in die Durchkontaktierung der Steuerplatine einfahrbar ist. Um eine prozesssichere elektrische Kontaktierung zu gewährleisten, sind die Kontaktpins in aufwendiger Weise mit hoher Lagegenauigkeit auf der Elektronikbaugruppe zu positionieren, damit die Kontaktpins möglichst störkonturfrei in die korrespondierenden Durchkontaktierungen der Steuerplatine einfahrbar sind.With such a press-fit contact, the contact pins formed on the power modules are inserted into the vias of the control board with a press fit. In series production, the electrical contacting of the power modules with the control board takes place fully automatically in a generic assembly device. The assembly device has two tool parts that can be adjusted in stroke relative to each other, of which an assembly carrying the power modules is held on the lower, stationary tool part, while the control board is held on an upper, stroke-adjustable tool part that works together with it. The stroke-adjustable tool part can be moved in a retraction stroke to a bottom dead center, whereby the contact pin can be retracted into the vias of the control board. In order to ensure process-reliable electrical contact, the contact pins must be positioned on the electronic assembly in a complex manner with high positioning accuracy so that the contact pins can be inserted into the corresponding vias on the control board with as little interference contours as possible.

Aus der DE 10 2016 203 286 A1 ist ein Verfahren zur Montage einer Stiftleiste mit mehreren Stiften an einer Leiterplatte bekannt. Das Verfahren umfasst die folgenden Prozessschritte: Ausrichten der Stifte gemäß einem vorbestimmten Durchsteckmuster, Fixieren der ausgerichteten Stifte mit einer Fixiervorrichtung, Durchstecken der ausgerichteten freien Enden durch Löcher in der Leiterplatte, sowie Entfernen der Fixiervorrichtung nach dem Durchstecken. Aus der DE 10 2012 220 001 A1 ist ein elektrisches Verbindungselement bekannt, bei dem der Fertigungsaufwand bei der Montage verringert ist und gleichzeitig eine Ausrichtung von Kontaktelementen mit sehr geringer Toleranz ermöglicht ist.From the DE 10 2016 203 286 A1 A method for mounting a pin header with several pins on a circuit board is known. The method comprises the following process steps: aligning the pins according to a predetermined through-hole pattern, fixing the aligned pins with a fixing device, pushing the aligned free ends through holes in the circuit board, and removing the fixing device after pushing through. From the DE 10 2012 220 001 A1 An electrical connection element is known in which the manufacturing effort during assembly is reduced and at the same time an alignment of contact elements with very small tolerance is possible.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Montagevorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit deren Hilfe die Herstellung einer elektrischen Kontaktierung im Vergleich zum Stand der Technik fertigungstechnisch einfacher ausführbar ist.The object of the invention is to provide an assembly device and a method with the aid of which the production of an electrical contact can be carried out more easily in terms of production technology compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or 10. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung geht von einer Montagevorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen einer Elektronikkomponente und einer Leiterplatine aus. Die elektrische Kontaktierung weist zumindest einen an der Elektronikkomponente ausgebildeten Kontaktpin auf, der in ein Loch (d.h. Via) bzw. in eine Durchkontaktierung der Leiterplatine einfahrbar ist. Die Montagevorrichtung besteht aus zwei zueinander hubverstellbaren Werkzeugteilen, von denen die Elektronikkomponente auf dem ersten Werkzeugteil gehaltert ist, während die Leiterplatine auf dem zweiten Werkzeugteil gehaltert ist. Die beiden Werkzeugteile werden in einem Einfahrhub aufeinander zu bewegt, wodurch der Kontaktpin in die Durchkontaktierung einfährt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Montagevorrichtung eine Ausrichteinheit auf, die vor dem Einfahrhub einen Ausrichtvorgang durchführt, mittels dem eine toleranzbedingte Positionsabweichung des Kontaktpins mit Bezug auf die Durchkontaktierung ausrichtbar ist. Auf diese Weise kann der anschließend erfolgende Einfahrhub störkonturfrei durchgeführt werden.The invention is based on an assembly device for producing an electrical contact between an electronic component and a circuit board. The electrical contact has at least one contact pin formed on the electronic component, which can be inserted into a hole (i.e. via) or into a through-plating of the circuit board. The assembly device consists of two tool parts whose strokes can be adjusted relative to one another, of which the electronic component is held on the first tool part, while the circuit board is held on the second tool part. The two tool parts are moved towards one another in an insertion stroke, whereby the contact pin enters the through-plating. According to the characterizing part of claim 1, the assembly device has an alignment unit which carries out an alignment process before the insertion stroke, by means of which a tolerance-related position deviation of the contact pin can be aligned with respect to the through-plating. In this way, the subsequent insertion stroke can be carried out without interference contours.

In einer technischen Umsetzung kann die Ausrichteinheit zumindest ein im zweiten Werkzeugteil in Einfahrhubrichtung hubverstellbar gelagertes Trichterelement aufweisen. Das Trichterelement kann an seiner dem Kontaktpin zugewandten Seite eine trichterförmige Ausrichtkontur mit einer umlaufenden Anlaufschräge umfassen. Die Anlaufschräge schließt an einem stirnseitigen, dem ersten Werkzeugteil zugewandten Öffnungsrandbereich ab. Während des Ausrichtvorgangs wird das Trichterelement von seiner zurückgesetzten Ausgangslage, in der es innerhalb des zweiten Werkzeugteils positioniert ist, mit einem Ausrichthub durch die Durchkontaktierung in Richtung Kontaktpin bis zu einem Ausrichthub-Ende hubverstellt. Bei einer lagerichtigen Positionierung des auf der Elektronikkomponente ausgebildeten Kontaktpins ist dessen Kopf berührungsfrei in die trichterförmige Ausrichtkontur des Trichterelements eingefahren.In a technical implementation, the alignment unit can have at least one funnel element that is mounted in the second tool part so that its stroke can be adjusted in the retraction stroke direction. The funnel element can comprise a funnel-shaped alignment contour with a circumferential run-on slope on its side facing the contact pin. The run-on slope ends at a front opening edge area facing the first tool part. During the alignment process, the funnel element is adjusted from its set-back starting position, in which it is positioned within the second tool part, with an alignment stroke through the through-plating in the direction of the contact pin to an alignment stroke end. When the contact pin formed on the electronic component is positioned correctly, its head is retracted into the funnel-shaped alignment contour of the funnel element without contact.

Bei einer kleineren Positionsabweichung des Kontaktpins kommt dagegen dessen Kopf in Gleitkontakt mit der Anlaufschräge der trichterförmigen Ausrichtkontur des Trichterelements. Auf diese Weise wird der Kontaktpin-Kopf bis zum Erreichen des Ausrichthub-Endes mit der Durchkontaktierung der Leiterplatine ausgerichtet.If the position of the contact pin deviates slightly, its head comes into sliding contact with the run-on slope of the funnel-shaped alignment contour of the funnel element. In this way, the contact pin head is aligned with the through-hole of the circuit board until the end of the alignment stroke is reached.

Bei einer größeren Positionsabweichung des Kontaktpins ergibt sich folgender Sachverhalt: Beim Ausrichthub kommt das Trichterelement mit seinem stirnseitigen Öffnungsrandbereich bis in Anschlag mit dem Kontaktpin-Kopf. Dadurch wird der Ausrichthub des Trichterelements in einer Zwischenstellung unterbrochen. Die Unterbrechung des Ausrichthubes kann mittels einer elektronischen Steuereinheit sensorisch erfasst werden. Bei sensorischer Erfassung der Ausrichthub-Unterbrechung kann die Steuereinheit eines der beiden Werkzeugteile in einer Ebene quer zur Hubrichtung mit einer insbesondere kreisförmigen Korrekturbewegung aussteuern. Die Korrekturbewegung bewirkt, dass sich der Kontaktpin-Kopf des positionsabweichenden Kontaktpins vom Öffnungsrandbereich in die Ausrichtkontur des Trichterelements einfädelt. Nach erfolgtem Einfädeln kann der Ausrichthub ausgehend von der Zwischenstellung bis zum Ausrichthub-Ende fortgesetzt werden.If the position of the contact pin deviates significantly, the following situation arises: During the alignment stroke, the funnel element comes into contact with the contact pin head with its front opening edge area. This interrupts the alignment stroke of the funnel element in an intermediate position. The interruption of the alignment stroke can be detected by sensors using an electronic control unit. If the interruption of the alignment stroke is detected by sensors, the control unit can control one of the two tool parts in a plane transverse to the stroke direction with a correction movement, in particular a circular one. The correction movement causes the contact pin head of the contact pin with the deviating position to thread from the opening edge area into the alignment contour of the funnel element. After threading has taken place, the alignment stroke can be continued from the intermediate position to the end of the alignment stroke.

In einer technischen Realisierung kann das Trichterelement von einem Hubstößel zwischen seiner zurückgesetzten Ausgangslange uns einem Ausrichthub-Ende hubverstellt werden. Bevorzugt kann zwischen dem Hubstößel und dem Trichterelement eine Überlastfeder abgestützt sein. In diesem Fall ergibt sich bei der oben definierten größeren Positionsabweichung der folgende Sachverhalt: Mit Erreichen der Zwischenstellung wird das Trichterelement vom Hubstößel unter Aufbau einer Federkraft gegen den Kontaktpin-Kopf gedrückt, während der Hubstößel weiter bis zu seinem Ausrichthub-Ende hubverstellt wird. Anschließend erfolgt die oben erwähnte Korrekturbewegung, damit sich der Kontaktpin-Kopf des positionsabweichenden Kontaktpins in die trichterförmige Ausrichtkontur des Trichterelements einfädelt. Nach erfolgtem Einfädeln wird das Trichterelement selbsttätig unter Abbau der von der Überlastfeder erzeugten Federkraft bis zu seinem Ausrichthub-Ende hubverstellt.In a technical implementation, the funnel element can be adjusted in stroke by a lifting plunger between its set-back initial length and an alignment stroke end. Preferably, an overload spring can be supported between the lifting plunger and the funnel element. In this case, the following situation arises with the larger position deviation defined above: When the intermediate position is reached, the funnel element is pressed against the contact pin head by the lifting plunger, building up a spring force, while the lifting plunger continues to be adjusted in stroke up to its alignment stroke end. The above-mentioned corrective movement then takes place so that the contact pin head of the contact pin with the deviating position threads into the funnel-shaped alignment contour of the funnel element. After threading has been completed, the funnel element is automatically adjusted in stroke up to its alignment stroke end, reducing the spring force generated by the overload spring.

Die sensorische Erfassung der Ausrichthub-Unterbrechung kann beispielhaft wie folgt bewerkstelligt sein: So kann die Steuereinheit mittels Wegsensoren eine Hubweg-Erfassung des Hubstößels sowie eine Hubweg-Erfassung des Trichterelements vornehmen. Die Steuereinheit kann aus einem Vergleich des Hubstößel-Hubwegs mit zum Beispiel dem Trichterelement-Hubweg ermitteln, ob eine Unterbrechung des Ausrichthubes des Trichterelements vorliegt oder nicht. Sofern eine solche Unterbrechung des Ausrichthubes des Trichterelements vorliegt, steuert die Steuereinheit eines der beiden Werkzeugteile an, um die oben definierte Korrekturbewegung quer zur Hubrichtung vorzunehmen.The sensory detection of the alignment stroke interruption can be accomplished as follows: The control unit can use displacement sensors to detect the stroke of the lifting ram and the stroke of the funnel element. The control unit can determine whether or not there is an interruption of the alignment stroke of the funnel element by comparing the stroke of the lifting ram with, for example, the funnel element stroke. If there is such an interruption of the alignment stroke of the funnel element, the control unit controls one of the two tool parts in order to carry out the correction movement defined above transversely to the stroke direction.

Nach Abschluss des Ausrichtvorgangs startet ein Reversierhub, bei dem das Trichterelement gegenläufig zum Ausrichthub aus der Durchkontaktierung in das zweite Werkzeugteil bis zu seiner Ausgangslage zurückgezogen wird. Nach erfolgtem Reversierhub (bzw. diesem überlagert) wird der Einfahrhub durchgeführt, bei dem die beiden Werkzeugteile aufeinander zubewegt werden, um den Kontaktpin in die Durchkontaktierung einzufahren. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die elektrische Kontaktierung eine Press-fit-Kontaktierung sein. Bei dieser Press-fit-Kontaktierung ist der Kontaktpin als ein Press-fit-Pin realisiert, der mit der Innenwandung der Durchkontaktierung in Presspassung bringbar ist. Zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit kann die Innenwand der Durchkontaktierung mit einer Metallschicht, insbesondere eine Zinkschicht, überzogen sein.After the alignment process is complete, a reversing stroke starts, during which the funnel element is retracted from the through-hole into the second tool part to its starting position in the opposite direction to the alignment stroke. After the reversing stroke has taken place (or is superimposed on it), the insertion stroke is carried out, during which the two tool parts are moved towards each other in order to insert the contact pin into the through-hole. In a preferred embodiment, the electrical contact can be a press-fit contact. In this press-fit contact, the contact pin is implemented as a press-fit pin that can be brought into a press fit with the inner wall of the through-hole. To increase the connection strength, the inner wall of the through-hole can be coated with a metal layer, in particular a zinc layer.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

1a bis 10 jeweils unterschiedliche Ansichten, anhand derer die Montagevorrichtung sowie das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung veranschaulicht sind.

They show:

1a to 10 each with different views illustrating the mounting device and the method for establishing electrical contact.

In der 1a ist eine mittels der erfindungsgemäßen Montagevorrichtung hergestellte elektrische Kontaktierung 6 eines Leistungsmoduls 5 mit einer Steuerplatine 8 angedeutet. Das Leistungsmodul 5 bildet zusammen mit einem Kühler 7 einen Verbund. Die in der 1 angedeutete Baueinheit ist Bestandteil eines nicht gezeigten Pulswechselrichters einer Antriebseinheit eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die elektrische Kontaktierung 6 zwischen dem Leistungsmodul 5 und der Steuerplatine 8 ist als eine Press-fit-Kontaktierung realisiert, bei der eine Mehrzahl von am Leistungsmodul 5 ausgebildeten Kontaktpins 9, 9' mit Durchkontaktierungen 11 (das heißt Löcher oder Vias) der Steuerplatine 8 in Presspassung sind. Zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit sind die Innenwände der Durchkontaktierungen 11 mit einer nicht gezeigten Metallschicht (z. B. Zinkschicht) überzogen. Gemäß der 1a weisen die Kontaktpins 9, 9' einen radial ausgeweiteten, mittleren Bereich auf, der form- und/oder stoffschlüssig in Verbindung mit der jeweiligen Durchkontaktierung 11 ist.In the 1a An electrical contact 6 of a power module 5 with a control board 8 is indicated by means of the assembly device according to the invention. The power module 5 forms a composite together with a cooler 7. The 1 The structural unit indicated is part of a pulse inverter (not shown) of a drive unit of an electrically operated vehicle. The electrical contact 6 between the power module 5 and the control board 8 is implemented as a press-fit contact, in which a plurality of contact pins 9, 9' formed on the power module 5 are press-fitted with through-platings 11 (i.e. holes or vias) of the control board 8. To increase the connection strength, the inner walls of the through-platings 11 are coated with a metal layer (not shown) (e.g. zinc layer). According to the 1a the contact pins 9, 9' have a radially expanded, central region which is positively and/or materially connected to the respective through-plating 11.

In der 1a ist von den insgesamt fünf Kontaktstiften 9, 9' ein Kontaktstift 9' mit einer größeren toleranzbedingten Positionsabweichung Δz auf dem Leistungsmodul 5 positioniert. Die Ausrichteinheit 16 des positionsabweichenden Kontaktstifts 9' ermöglicht trotz seiner Positionsabweichung Δz eine einwandfreie Kontaktierung 6 zur korrespondierenden Durchkontaktierung 11. Es ist hervorzuheben, dass die Positionsabweichung Δz in den Figuren übertrieben groß dargestellt ist. Tatsächlich handelt es sich um Positionsabweichungen von maximal 0,6mm vom Nennmaß.In the 1a Of the total of five contact pins 9, 9', one contact pin 9' is positioned on the power module 5 with a larger tolerance-related position deviation Δz. The alignment unit 16 of the positionally deviating contact pin 9' enables a perfect contact 6 to the corresponding through-hole connection 11 despite its position deviation Δz. It should be emphasized that the position deviation Δz is shown exaggeratedly large in the figures. In fact, it is by position deviations of a maximum of 0.6 mm from the nominal dimension.

Die Ausrichteinheit 16 ist Bestandteil der in der 1b gezeigten Montagevorrichtung. Diese ist als eine Pressvorrichtung realisiert und insoweit angedeutet, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Pressvorrichtung weist ein ortsfestes unteres Werkzeugteil 1 und ein vertikal hubverstellbares oberes Werkzeugteil 3 auf. In der 1b ist die Pressvorrichtung in einer Offenstellung gezeigt, in der die beiden Werkzeugteile 1, 3 über einen Einfahrhubweg s voneinander beabstandet sind. Sowohl das obere als auch das untere Werkzeugteil 1, 3 weisen ein-/ausfahrbare Passstifte 13 auf, die während des Prozesses durch korrespondierende Positionieröffnungen 15 im Kühler 7 und in der Steuerplatine 8 ragen. Zudem weist das obere Werkzeugteil 3 für jede elektrische Kontaktierung 6 ein Trichterelement 17 auf. Jedes der Trichterelemente 17 ist Bestandteil einer Ausrichteinheit 16, mittels der ein gegebenenfalls positionsabweichender Kontaktpin mit der zugeordneten Durchkontaktierung 11 ausrichtbar ist. Die Ausrichteinheit 16 weist neben dem Trichterelement 17 einen Hubstößel 19 auf, der das Trichterelement 17 zwischen einer im oberen Werkzeugteil 3 zurückgesetzten Ausgangslage (1b) und einem unteren Ausrichthub-Ende E (4 oder 5) hubverstellt. Gemäß der 1b ist jedes der Trichterelemente 17 an seiner, dem unteren Werkzeugteil 1 zugewandten Seite mit einer trichterförmigen Ausrichtkontur 18 mit umlaufender Anlaufschräge 20 ausgebildet, die an einem stirnseitigen Öffnungsrandbereich 22 abschließt. Zwischen dem Hubstößel 19 und dem Trichterelement 17 ist eine Überlastfeder 21 abgestützt. Außerdem ist jedem der Trichterelemente 17 ein Wegsensor 23 zugeordnet, der in Signalverbindung mit einer Steuereinheit 25 ist. Mit Hilfe der elektronischen Steuereinheit 25 können die beiden Werkzeugteile 1, 3, die Ausrichteinheiten 16 sowie die Passstifte 13 angesteuert werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1b lediglich die Signalverbindung zwischen der Steuereinheit 25 und der in der 1b rechten Ausrichteinheit 16 sowie die Signalverbindung zu den Passstiften 23 angedeutet.The alignment unit 16 is part of the 1b This is implemented as a pressing device and is indicated to the extent that it is necessary for understanding the invention. The pressing device has a stationary lower tool part 1 and a vertically adjustable upper tool part 3. In the 1b the pressing device is shown in an open position in which the two tool parts 1, 3 are spaced apart from one another by an insertion stroke s. Both the upper and lower tool parts 1, 3 have retractable/extendable alignment pins 13 which protrude through corresponding positioning openings 15 in the cooler 7 and in the control board 8 during the process. In addition, the upper tool part 3 has a funnel element 17 for each electrical contact 6. Each of the funnel elements 17 is part of an alignment unit 16 by means of which a contact pin which may be in a different position can be aligned with the associated through-hole 11. In addition to the funnel element 17, the alignment unit 16 has a lifting ram 19 which moves the funnel element 17 between a starting position ( 1b) and a lower alignment stroke end E ( 4 or 5 ) stroke is adjusted. According to the 1b Each of the funnel elements 17 is formed on its side facing the lower tool part 1 with a funnel-shaped alignment contour 18 with a circumferential run-on slope 20, which terminates at a front opening edge area 22. An overload spring 21 is supported between the lifting ram 19 and the funnel element 17. In addition, each of the funnel elements 17 is assigned a displacement sensor 23, which is in signal connection with a control unit 25. The two tool parts 1, 3, the alignment units 16 and the dowel pins 13 can be controlled with the help of the electronic control unit 25. For reasons of clarity, the 1b only the signal connection between the control unit 25 and the 1b right alignment unit 16 and the signal connection to the dowel pins 23 are indicated.

Nachfolgend sind anhand der 2 bis 10 in einer Prozessabfolge ein Ausrichtvorgang sowie ein nachgeschalteter Einfahrhub der Pressvorrichtung beschrieben. Mittels des Ausrichtvorgangs kann der Kontaktpin-Kopf des positionsabweichenden Kontaktpins 9' mit der korrespondierenden Durchkontaktierung 11 ausgerichtet werden.The following are based on the 2 to 10 An alignment process and a subsequent retraction stroke of the pressing device are described in a process sequence. By means of the alignment process, the contact pin head of the positionally deviating contact pin 9' can be aligned with the corresponding through-hole 11.

In der Prozessabfolge wird die Steuerplatine 8 über die Passstifte 13 in den Werkzeugteilen 1, 3 zunächst vertikal übereinander lagerichtig positioniert (2 und 3). Die Steuerplatine 8 ist zum Beispiel pneumatisch am oberen Werkzeugteil 3 gehaltert, während der Verbund aus Leistungsmodul 5 und Kühler 7 am unteren Werkzeugteil 1 gehaltert ist.In the process sequence, the control board 8 is first positioned vertically one above the other in the correct position in the tool parts 1, 3 via the dowel pins 13 ( 2 and 3 ). The control board 8, for example, is held pneumatically on the upper tool part 3, while the combination of power module 5 and cooler 7 is held on the lower tool part 1.

Anschließend startet der Ausrichtvorgang. Im Ausrichtvorgang werden die Trichterelemente 17 von ihrer zurückgesetzten Ausgangslage mit einem Ausrichthub durch die Durchkontaktierungen 11 in Richtung Kontaktpins 9 bis zu einem Ausrichthub-Ende E (4 oder 5) hubverstellt. Aufgrund der größeren Positionsabweichung Δz des Kontaktpins 9' kann das zugeordnete Trichterelement 17 nicht durchgehend bis zu seinem Ausrichthub-Ende E hubverstellt werden, sondern lediglich bis zu einer in der 4 dargestellten Zwischenstellung Z. In der Zwischenstellung Z ist der stirnseitige Öffnungsrandbereich 22 des Trichterelements 17 in Anschlag mit dem Kontaktpin-Kopf des positionsabweichenden Kontaktpins 9'. Mit Erreichen der Zwischenstellung Z wird das Trichterelement 17 unter Aufbau einer Federkraft F (4) gegen den Kontaktpin-Kopf gedrückt, während der zugehörige Hubstößel 19 weiter bis zu seinem Ausrichthub-Ende hubverstellt wird. Anhand der Wegsensoren 23 erkennt die Steuereinheit 25, dass bei einem der Trichterelemente 17 der Ausrichthub unterbrochen worden ist. In diesem Fall steuert die Steuereinheit 25 das (nach wie vor in seinem oberen Totpunkt befindliche) obere Werkzeugteil 3 an, um in einer Ebene quer zur Hubrichtung eine kreisförmige Korrekturbewegung K (5) auszuführen. Die Korrekturbewegung K bewirkt, dass sich der Kontaktpin-Kopf des positionsabweichenden Kontaktpins 9' vom Öffnungsrandbereich 22 in die Ausrichtkontur 18 des zugeordneten Trichterelements 17 einfädelt. Nach erfolgtem Einfädeln wird das Trichterelement 17 selbsttätig unter Abbau der Federkraft F der Überlastfeder 21 bis zum Ausrichthub-Ende E hubverstellt. Gleichzeitig wird der Kontaktpin-Kopf des positionsabweichenden Kontaktpins 9' in Flucht mit der Durchkontaktierung 11 ausgerichtet.The alignment process then starts. During the alignment process, the funnel elements 17 are moved from their reset starting position with an alignment stroke through the vias 11 in the direction of the contact pins 9 to an alignment stroke end E ( 4 or 5 ) stroke. Due to the larger position deviation Δz of the contact pin 9', the associated funnel element 17 cannot be stroke-adjusted continuously up to its alignment stroke end E, but only up to a value in the 4 shown intermediate position Z. In the intermediate position Z, the front opening edge area 22 of the funnel element 17 is in contact with the contact pin head of the position-deviating contact pin 9'. When the intermediate position Z is reached, the funnel element 17 is moved by building up a spring force F ( 4 ) is pressed against the contact pin head, while the associated lifting ram 19 is further adjusted to the end of its alignment stroke. Using the displacement sensors 23, the control unit 25 detects that the alignment stroke has been interrupted for one of the funnel elements 17. In this case, the control unit 25 controls the upper tool part 3 (which is still in its top dead center) in order to perform a circular correction movement K ( 5 ). The correction movement K causes the contact pin head of the contact pin 9' deviating in position to thread from the opening edge area 22 into the alignment contour 18 of the associated funnel element 17. After threading has taken place, the funnel element 17 is automatically adjusted to the end of the alignment stroke E while reducing the spring force F of the overload spring 21. At the same time, the contact pin head of the contact pin 9' deviating in position is aligned with the through-hole 11.

Nach Abschluss des Ausrichtvorgangs wird das obere Werkzeugteil 9 wieder zurück in ihre Nennlage verstellt (6). Anschließend erfolgt eine Übergabe der Kontaktpins 9, 9' in die Steuerplatine 8 (7), in der das obere Werkzeugteil 3 im Einfahrhub relativ zu den Trichterelementen 17 nach unten bewegt wird, während dazu überlagert die Trichterelemente 17 in ihre Ausgangslage nach oben zurückgezogen werden (8). Zum Ende des Einfahrhubs (9) sind sämtliche Kontaktpins 9, 9' in die zugeordneten Durchkontaktierungen 11 der Steuerplatine 8 eingepresst. Danach wird das obere Werkzeugteil 3 wieder zu seinem oberen Totpunkt zurückgefahren (10) und wird die Baueinheit aus der Pressvorrichtung entnommen.After completion of the alignment process, the upper tool part 9 is moved back to its nominal position ( 6 ). The contact pins 9, 9' are then transferred to the control board 8 ( 7 ), in which the upper tool part 3 is moved downwards relative to the funnel elements 17 in the retraction stroke, while the funnel elements 17 are superimposed and retracted upwards to their initial position ( 8 ). At the end of the retraction stroke ( 9 ) all contact pins 9, 9' are pressed into the associated through-holes 11 of the control board 8. The upper tool part 3 is then returned to its top dead center ( 10 ) and the assembly is removed from the pressing device.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1, 31, 3: Werkzeugteiletool parts
55: Leistungsmodulepower modules
77: Kühler,Cooler,
88: Steuerplatinecontrol board
99: Kontaktpincontact pin
9'9': positionsabweichender Kontaktpinpositionally deviating contact pin
1111: Durchkontaktierungthrough-hole plating
1313: Passstiftedowel pins
1515: Positionieröffnungenpositioning openings
1717: Trichterelementfunnel element
66: elektrische Kontaktierungelectrical contact
1818: Ausrichtkonturalignment contour
1919: Hubstößellifting ram
2020: Anlaufschrägerun-on slope
2121: Überlastfederoverload spring
2222: Öffnungsrandbereichopening edge area
2323: Wegsensordisplacement sensor
2525: Steuereinheitcontrol unit
ΔzΔz: Positionsabweichungposition deviation
ss: Einfahrhubwegretraction stroke
EE: Ausrichthub-Endealignment stroke end
KK: Korrekturbewegungcorrective movement
FF: Federkraftspring force
ZZ: Zwischenstellungintermediate position

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2016 203 286 A1 [0004]
DE 10 2012 220 001 A1 [0004]

Claims

Assembly device for producing an electrical contact (6) between an electronic component (5) and a printed circuit board (8), wherein the electrical contact (6) has at least one contact pin (9') formed on the electronic component (5) which is inserted into a through-plating (11) of the printed circuit board (8), wherein the assembly device has two tool parts (1, 3) whose strokes can be adjusted relative to one another, of which the electronic component (5) is held on the first tool part (1) while the printed circuit board (8) is held on the second tool part (3), and wherein the two tool parts (1, 3) can be moved towards one another in an insertion stroke, whereby the contact pin (9') can be inserted into the through-plating (11), characterized in that the assembly device has an alignment unit (16) which carries out an alignment process before the insertion stroke, by means of which a tolerance-related position deviation (Δz) of the contact pin (9') for the through-plating (11) can be aligned to ensure a retraction stroke free of interference contours.

mounting device according to claim 1 , characterized in that the alignment unit (16) has at least one funnel element (17) which is mounted in the second tool part (3) so as to be adjustable in stroke in the retraction stroke direction and has a funnel-shaped alignment contour (18) which is designed with a run-on slope (20) which terminates at a front opening edge region (22), and that in particular in the alignment process the funnel element (17) is stroke-adjustable from a set-back starting position with an alignment stroke through the through-hole (11) in the direction of the contact pin (9') to an alignment stroke end (E).

mounting device according to claim 2 , characterized in that in the case of a minor positional deviation of the contact pin (9'), its head comes into sliding contact with the run-on slope (20) of the funnel-shaped alignment contour (18) of the funnel element (17) during the alignment stroke, whereby at least the contact pin head can be aligned with the through-hole (11) until the end of the alignment stroke (E) is reached.

mounting device according to claim 2 or 3 , characterized in that in the event of a larger position deviation (Δz) of the contact pin (9'), the funnel element (17) with its front opening edge region (22) comes into abutment with the contact pin head during the alignment stroke, as a result of which the alignment stroke of the funnel element (17) is interrupted in an intermediate position (Z), and that in particular when the interruption of the alignment stroke is detected by a sensor, the second tool part (3) carries out a particularly circular corrective movement (K) in a plane transverse to the stroke direction, with the aim of threading the contact pin head from the opening edge region (22) into the alignment contour (18) of the funnel element (17), and that in particular after threading has taken place, the alignment stroke can be continued from the intermediate position (Z) to the end of the alignment stroke.

mounting device according to claim 4 , characterized in that the funnel element (17) can be adjusted in stroke by a lifting tappet (19) between its starting position and the end of the alignment stroke, and in particular that an overload spring (21) is supported between the lifting tappet (19) and the funnel element (17), so that in particular in the case of a larger position deviation (Δz) when the intermediate position (Z) is reached, the funnel element (17) is pressed against the contact pin head while a spring force (F) is built up, while the lifting tappet (19) is adjusted in stroke up to the end of the alignment stroke, and in that after threading has taken place, the funnel element (17) can be adjusted in stroke up to the end of the alignment stroke while the spring force (F) is reduced.

mounting device according to claim 5 , characterized in that the assembly device has a control unit (25) for controlling the tool parts (1, 3) and/or the funnel element (17), and in particular that the control unit (25) carries out a stroke detection of the lifting ram (19) and/or the funnel element (17), and in particular that the control unit (25) determines the interruption of the alignment stroke of the funnel element (17) by monitoring the funnel element stroke.

Mounting device according to one of the preceding claims, characterized in that after completion of the alignment process, a reversing stroke takes place, in which the funnel element (17) can be retracted from the through-hole (11) into the second tool part (3) in the opposite direction to the alignment stroke.

mounting device according to claim 7 , characterized in that after the reversing stroke, the insertion stroke can be carried out, during which the two tool parts (1, 3) can be moved towards each other in order to insert the aligned contact pin (9') into the through-hole (11).

Mounting device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical contact (6) is a press-fit contact, in which the contact pin (9') is realized as a press-fit pin, which is press-fitted with the inner wall of the through-hole (11), and that in particular to increase the connection strength, the inner wall of the through-hole (11) is coated with a metal layer, in particular a zinc layer.

Method for producing an electrical contact (6) between an electronic component (5) and a printed circuit board (8), wherein the electrical contact (6) has at least one contact pin (9') formed on the electronic component (5) which is inserted into a through-plating (11) of the printed circuit board (8), wherein the assembly device has two tool parts (1, 3) whose strokes can be adjusted relative to one another, of which the electronic component (5) is held on the first tool part (1) while the printed circuit board (8) is held on the second tool part (3), and wherein the two tool parts (1, 3) are moved towards one another in a retraction stroke, whereby the contact pin (9') is inserted into the through-plating (11), characterized in that the assembly device has an alignment unit (16) which carries out an alignment process before the retraction stroke, by means of which a tolerance-related position deviation (Δz) of the contact pin (9') is aligned with the through-plating (11). to ensure a retraction stroke free of interference contours.