DE4107657C2

DE4107657C2 -

Info

Publication number: DE4107657C2
Application number: DE4107657A
Authority: DE
Inventors: Markus 8073 Koesching De Binder; Wilhelm Dipl.-Ing. Mayer (Fh), 8850 Neuburg, De; Alfred Dipl.-Ing. Schuster (Tu), 8071 Grossmehring, De
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1993-03-25
Also published as: DE4107657A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung für auf einer Leiterplatte befestigten Stecker mit zwei paral lel angeordneten Steckerpinreihen gemäß dem Patentan spruch 1.

Elektrische Baugruppen weisen in der Regel einen Stecker auf, über den der Anschluß der Baugruppe er folgt. So ist aus der DE-GM 78 22 788 U1 eine Montage anordnung für einen Stecker bekannt, der zwei parallel angeordnete Reihen von Steckerpins aufweist, wobei für jeden der Steckerpins auf der Leiterplatte eine Bohrung vorgesehen ist. Die Fig. 1 zeigt eine Querschittsan sicht einer solchen üblichen Montageanordnung eines Steckers auf einer Leiterplatte, die auf einer Träger platte, 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:

l=α_st·l₂·ΔT+α_Al·l₁·ΔT-α_pin·l₂· ΔT

ein Wert von 32 µm, wobei für die Wärmeausdehnungskoef fizienten α_st, α_Al und α_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.

Um eine solche Belastung zu reduzieren, wird gemäß der DE-OS 39 03 615 eine zum Anschluß von elektrischen und/ oder elektronischen Bauelementen vorgesehene elektri sche Leiterplatte vorgeschlagen, an die einerseits zu mindest ein Bauelement angeschlossen ist, das anderer seits an einem weiteren Bauteil festgelegt ist. Zu dem Zweck, daß die auf der elektrischen Leiterplatte vor handenen Anschlußstellen von zumindest übermäßig gro ßen, zu Schädigungen führenden mechanischen Spannungen freigehalten werden, weist die elektrische Leiterplatte zumindest einen durch einen Freischnitt gebildeten, einseitig mit der elektrischen Leiterplatte verbundenen zungenartigen Bereich auf, die mit zumindest einer An schlußstelle für das zumindest eine Bauelement versehen ist.

Nach Fig. 2, die diesen Stand der Technik aufzeigt, ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Ausschnitt einer Lei terplatte mit drei durchkontaktierten Bohrungen 7 ge zeigt, 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 zwischen den Boh rungen 7 für die Anschlußbeine eines Bauelementes bzw. an der von den Bohrungen 7 gebildeten Reihe senkrecht hierzu verläuft. Diese kammartige Ausführung des Schlitzes 11 umfaßt jede Bohrung 7 unter Ausbildung ei ner Leiterplattenzunge 13, 14 und 15. Im Bereich der Verbindung der Leiterplattenzungen 13, 14 und 15 zum übrigen Bereich der Leiterplatte 1 können die Leitungs bahnen zu den Durchkontaktierungen 7 geführt werden, die in dieser Fig. 2 nicht dargestellt sind. Ferner zeigt diese Fig. 2 auch das Bauelement nicht, dessen Anschlußbeine auf der Leiterplattenebene im wesentli chen senkrecht stehen.

Die Reduzierung der Kräfte auf die Lötstellen der Steckerpins beruht auf der Wirkung des Blattfedereffek tes einer solchen in Fig. 2 dargestellten Leiterplat tenzunge 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 Durchbiebung 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 können 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 mit zwei parallelen Steckerpinreihen weist in der Regel eine große Anzahl von Steckerpins auf. Eine entsprechende bekannte Ausbildung einer Leiter platte gemäß der Fig. 2 macht dieselbe jedoch aufwen dig in ihrer Herstellung mit der Folge von hohen Her stellungskosten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die bekannte Leiterplatte so weiterzubilden, daß sie einfach und kostengünstig herzustellen ist und trotzdem eine Reduzierung der Belastung der Lötstellen erzielt wird.

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

Bei einem Stecker mit zwei parallel angeordneten Steckerpinreihen wird also gemäß der Erfindung zur Bil dung von zwei gegenüberliegenden Leiterplattenzungen ein in der Leiterplatte H-förmig ausgebildeter Schlitz im Bereich der für die Steckerpins vorgesehenen Bohrun gen so angeordnet, daß jede Leiterplattenzunge die Boh rungen 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. 1 und 2 den Stand der Technik,

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

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine auf einer Trägerplatte angeordneten Leiter platte mit den erfindungsgemäßen Strukturen.

Für einen Stecker mit zwei parallelen Steckerpinreihen zeigt die Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbei spiel, wo zwei parallele Reihen von durchkontaktierten Bohrungen 7a und 7b auf einer Leiterplatte 1 gezeigt sind. Zwei Bohrungen 1a auf dieser Leiterplatte 1 sind zur Befestigung des nicht dargestellten Steckers vorge sehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht für jede Bohrung 7a und 7b eine Leiterplattenzunge vorgese hen, sondern die Geometrie des Schlitzes 12 ist so aus gebildet, daß für jede Reihe der Bohrungen 7a und 7b jeweils eine Leiterplattenzunge 15a und 15b gebildet wird. Die Schlitzgeometrie ist H-förmig, wobei er ein mal zwischen den beiden Reihen der Durchkontaktierungen 7a und 7b sowie unter Bildung der beiden Zungen 15a und 15b seitlich der beiden Reihen verläuft. Auch diese Fig. 4 enthält nicht die zu den durchkontaktierten Boh rungen 7a und 7b führenden Leitbahnen.

Schließlich zeigt die Fig. 5 ein letztes Ausführungs beispiel der Erfindung mit einer auf einer Trägerplatte 5 aus Aluminium befestigten Leiterplatte 1. Zur Bildung eines umlaufenden Randes ist die Länge und Breite der Leiterplatte 1 kleiner gewählt als diejenige der Trä gerplatte 5. Die Leiterplatte 1 ist auf die Trägerplat te 5 aufgeklebt, wobei die beiden Bohrungen 1b zur Ju stierung dienen. Die Struktur der Bohrungen für die Steckerpins auf der Leiterplatte 1 besteht aus zwei An ordnungen, 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 Leiterplatten ebene. Es ist jedoch vorstellbar, daß auch Stecker zum Einsatz kommen, deren Steckerpins geneigt zur Ebene der Leiterplatte stehen. Auch in einem solchen Fall ist die hier beschriebene Erfindung mit Vorteil 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) mit zwei parallel angeordneten Steckerpinreihen, wobei für die Steckerpins (3) durch kontaktierte Bohrungen (7a, 7b, 8a, 8b) auf der Lei terplatte (1) vorgesehen sind und im Bereich der ge nannten Durchkontaktierungen Schlitze derart vorgesehen sind, daß in der Leiterplattenebene zungenartig ausge bildete Leiterplattenbereiche entstehen und jede Lei terplattenzunge wenigstens eine Bohrung für einen Steckerpin (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von zwei gegenüberliegenden Leiterplatten zungen (15a, 15b, 16a, 16b) ein in der Leiterplatte (1) H-förmig ausgebildeter Schlitz (11a, 12, 12a) im Be reich der für die Steckerpins vorgesehenen durchkontak tierten Bohrungen (7a, 7b, 8a, 8b) so angeordnet ist, daß jede Leiterplattenzunge (15a, 15b, 16a, 16b) die Bohrungen (7a, 7b, 8a, 8b) für eine Steckerpinreihe trägt.

2. Montageanordnung nach Anspruch 1, 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 durchkontaktierten Bohrungen (9a, 9b, 13a, 13b) der weiteren Steckerpins zusätzliche Schlitze (11b, 12b) auf der Leiterplatte (1) vorgesehen sind und daß diese zusätzlichen Schlitze (11b, 12b) und der H- förmig ausgebildete Schlitz (11a, 12a) einen einzigen Durchbruch bilden.