CN101653051B - 用于装入印制电路板的接纳孔中的管脚以及用于将管脚装入印制电路板的接纳孔中的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管脚(2)，该管脚(2)具有能够插入印制电路板(4)的接纳孔(20)中的、能够以压配合固定在该接纳孔(20)中的接触部分(24)，并且本发明涉及一种用于将管脚(2)装入印制电路板(4)的接纳孔(20)中的方法，在该方法中将所述管脚(2)从印制电路板(4)的一侧插入所述接纳孔(20)中并且将所述管脚(2)的接触部分(24)以压配合固定在所述接纳孔(20)中。按本发明，将所述接触部分(24)无接触地或者以滑配合插入所述接纳孔(20)中并且随后使其在所述接纳孔(20)的内部在扩张的情况下横向于插入方向(A)变形，用于以压配合将其固定在所述接纳孔(20)中。

Description

用于装入印制电路板的接纳孔中的管脚以及用于将管脚装入印制电路板的接纳孔中的方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的管脚以及一种按权利要求8前序部分所述的用于将管脚装入印制电路板的接纳孔中的方法。
背景技术
在汽车技术以及其它领域中，控制装置的安全及可靠地起作用特别重要，在这样的地方比如在使用安全气囊或其它乘客约束保护装置的电子控制装置的情况下，在使用自动制动系统(ABS)或者用于行驶动力学调节的装置(ESL)的控制装置的情况下，或者在使用发动机和变速器控制装置的情况下，为在印制电路板和一个或多个事后安装在该印制电路板上的电子元件之间建立高质量的电接触，越来越多地使用所谓的压入技术也就是冷接触方法(Kaltkontaktierungsverfahren)，在该冷接触方法中将所述电子元件的一个或多个突出的压入管脚(Einpresspins)以压配合装入印制电路板中的互补的接纳孔中。但是，所述压入技术也在其它领域中用于事后将电子元件安装在印制电路板上，比如安装在汽车的车窗玻璃升降器模块或者后窗玻璃清洗设备的控制装置中。
处于使用之中的压入管脚拥有构造为榫的压入区，该压入区在将所述压入管脚压入印制电路板的接纳孔中的过程中横向于压入方向被压缩，而所述接纳孔、通常是具有专门直径的标准印制电路板孔则得到扩张，其中所述压入管脚在所述接纳孔中的所期望的保持力通过所述两个接合偶(Fügepartner)的弹性的及塑性的变形来保证。
利用该技术，在许多情况下可以避免额外的大大增加印制电路板负荷的焊接过程即所谓的选择性焊接。此外，通过所述压入技术建立的电连接的突出之处在于无缺陷的接触以及很高的可靠性并且所述电连接由于在所述压入管脚和印制电路板之间的气密的和因此耐腐蚀的连接而具有在所设计的使用寿命期间可靠的低传输电阻。除此以外，压入连接是有弹性的，从而可以避免在焊接连接中由于运行中的机械负荷和热负荷而经常出现的中断或接触故障。
但是，通过为压入常规的压入管脚所需要的大约70到180N/管脚的高压入力，所述印制电路板的与接纳孔邻接的区域沿压入力的方向也经受强烈的剪力。这些力一方面迫使线路开发商在印制电路板的表面上围绕着接纳孔的入口设置较大的禁区(Tabuzone)，用于避免由于印制电路板中或者说表面印刷的线路或者印制导线中的表面拉应力而在焊接的元件中出现裂纹。但是，由此印制电路板表面的一部分无法用作线路面。另一方面在压入所述压入管脚时由于所述印制电路板的围绕着接纳孔的强烈的局部的机械负荷出现所谓的喷射效应(Jeteffekt)，也就是在与接纳孔邻接的地方印制电路板由于剪力而变形。这种喷射效应在多层印制电路板上由于极端的拉伸负荷隐藏着导电的金属内层撕裂的危险。此外，存在着这样的危险，即所述压入管脚的表面上的对工艺可靠的压入过程来说所必需的软的金属的滑动层在压入所述压入管脚时部分地被所述管脚从所述接纳孔的入口边缘刮掉，其中形成切屑或者细毛边(Flitter)，所述切屑或者细毛边在不利的情况下可能在印制电路板的其它位置上导致短路并且由此导致功能故障。
发明内容
由此出发，本发明的任务是，改进开头所述类型的一种压入管脚和一种方法，从而可以避免此前所提到的缺点。
按本发明，该任务通过权利要求1和8的特征部分中的特征得到解决。据此所述管脚的接触部分在插入接纳孔中之后可以横向于插入方向扩张，使得其为了使所述管脚定位可以无接触地或者以滑配合插入所述接纳孔中并且随后为了安置所述管脚并且为了接触该管脚使其在所述接纳孔内部在扩张的情况下变形，用于将其通过变形以压配合固定在所述接纳孔中。
通过按本发明的特征，所述印制电路板的内层还仅仅横向于插入方向被挤压，而与公开的管脚相反可以防止剪力以及由此在内层中引起的拉伸负荷并且由此可以避免所述喷射效应以及与之关联的内层撕裂的危险。此外，按本发明的管脚可以在不费力的情况下并且在没有形成切屑或细毛边的危险的情况下定位在所述印制电路板的接纳孔中。这又意味着，所述管脚的表面上的软的金属的滑动层就可有可无了，该滑动层在公开的管脚上减少在压入管脚时所述接纳孔的限制壁和接触部分之间的摩擦，从而所述管脚可以代替大多数由锡制成的滑动层而设有由镍或者镍和锡制成的表面涂层，由此在对所述管脚进行电镀涂覆时节省开销。
在本申请的范围内，接触部分是指所述管脚的处于印制电路板的接纳孔内部的部分，该部分可以与印制电路板的印制导线或者印刷的线路进行电接触。
按照本发明的一种优选的设计方案，所述管脚在接触部分的区域中包括两个并排延伸的、通过缝隙或者中间空隙分开的腿部(Schenkelteile)，所述腿部一方面赋予所述接触部分以方便插入接纳孔中的狭长的形状，但是另一方面可以通过在所述接纳孔的外部施加相反的纵向力的方式在所述接纳孔的内部发生弯曲的情况下横向于插入方向进行扩张并且由此可以以压配合固定在所述接纳孔中。
为了方便所述由两个腿部构成的接触部分的制造，所述腿部优选彼此连接成一体结构，也就是有利地通过所述管脚的沿插入方向处于前面的末端部分彼此相连接，所述末端部分在插入所述管脚时穿过所述接纳孔并且一旦所述接触部分处于接纳孔的内部就突出超过印制电路板的相反的一侧。
按照本发明的一种另外的优选的设计方案，所述两个腿部中的一个腿部具有朝另一个腿部弯曲的自由端部，该自由端部则具有背向所述印制电路板的传力面，在该传力面上可以借助于安置工具(Setzwerkzeug)将用于使所述腿部变形的变形力沿插入方向导入设有所述传力面的腿部中并且在该腿部部分弯曲之后也导入另一个腿部中。在导入所述变形力的过程中，所述管脚的突出超过印制电路板的末端部分支撑在砧座或者支座上，与所述变形力相反的反作用力从所述砧座或支座被导入所述两个腿部中，所述两个腿部因此在安置工具和支座或砧座之间被压缩并且因此在所述接纳孔的内部彼此分开地被弯曲和扩张。所述砧座或支座也有利地形成用于所述管脚的末端部分的止挡，用于在插入接纳孔中时将其插入深度限制在所期望的尺度上，在该尺度时通过所述接触部分的变形可以进行最佳的接触。
为将所述管脚定位在接纳孔中所需要的力虽然原则上同样可以由安置工具导入所述接触部分的其中一个腿部的传力面中，但是有利的是施加到另一个背向印制电路板的传力面上，该传力面可以有利地构造在所述管脚的在侧面突出的凸起上。
为了将所述接触部分定位在所述接纳孔中，将该接触部分从印制电路板的一侧无接触地或者以滑配合插入所述接纳孔中，直到在所述接触部分到达用于接触印制电路板的最佳位置时所述管脚以其前面的末端部分抵靠在所述支座或者砧座上。随后所述接触部分通过变形以压配合固定在所述接纳孔中，方法是按照本发明的一种另外的优选的设计方案所述接触部分的一部分沿插入方向在所述支座或者砧座和安置工具之间被压缩，所述安置工具有利地朝所述接触部分的背向印制电路板的传力面挤压。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。其中：
图1是按本发明的管脚在插入印制电路板的接纳孔中之后的透视图；
图2是所述管脚和接纳孔在安置该管脚并且接触印制电路板之后的透视图。
具体实施方式
在附图中示出的管脚2用于在印制电路板4和后来安装在该印制电路板4上的电的或电子的元件(未示出)之间建立无焊接的电连接，所述管脚2必要时与其它管脚一起比如作为所谓的插入式多点连接片(Messerleiste)(未示出)的一部分从所述元件中突出来。
在附图中示出的多层的印制电路板4比如汽车的安全气囊控制器的印制电路板4总共具有四个隔开布置的平行的导线平面E1、E2、E3、E4，在所述导线平面E1、E2、E3、E4中分别布置了由薄的设有空隙的铜层构成的印制导线的形式的印刷的线路6、8、10、12。两个印刷的线路6和12布置在印制电路板4的相反的宽侧面上并且分别形成外层，而两个印刷的线路8和10布置在所述印制电路板4的内部并且形成两个内层，所述两个内层通过由所述印制电路板4的预浸材料制成的绝缘的层14、16、18相互分开并且与所述外层的印刷的线路6、12分开。所述四个层的印刷的线路6、8、10、12借助于通孔敷镀(Durchkontaktierung)(未示出)彼此间相连接或者说借助于焊接管脚(未示出)与所述印制电路板4的上侧面上的预安装的电子元件(未示出)相连接。
为接纳所述管脚2，所述印制电路板4在相应于管脚2的位置的位置上设有标准印制电路板孔20，该标准印制电路板孔20延伸穿过整块印制电路板4包括四个印刷的线路6、8、10、12或者说铜层，其中，应该与所述管脚2相接触的层在该情况下也就是所有四个层在所述印制电路板孔20的圆柱形的限制壁22上如最清楚地在图1中示出的一样露在外面，而不应该与所述管脚2相接触的层则设有将所述印制电路板孔20包围的空隙。
通过冲压由金属板制成的管脚2主要包括能够从所述印制电路板4的上侧面沿图1中的箭头A的方向插入所述印制电路板孔20中并且在插入到所述孔20中之后能够横向于插入方向进行机械扩张的接触部分24、将所述接触部分24与电子元件连接起来的连接部或杆部26(仅仅部分示出)以及自由的末端部分28，在这些部分中在将所述接触部分24插入印制电路板孔20中之后第一个部分26突出超过所述印制电路板4的上侧面或者说所述印刷的线路6并且最后一个部分28突出超过所述印制电路板4的下侧面或者说所述印刷的线路12。所述连接部或杆部26、接触部分24以及末端部分28受到两个相反的侧面30的限制，所述两个侧面30相应于用于冲裁的金属板的宽侧面处于两个彼此平行的平面中。
所述连接部或杆部26在加粗的上部分32的下端部上具有在一侧突出的凸起34，该凸起34的背向印制电路板4的上侧面36被削平并且垂直于插入方向A定向，从而可以借助于安置机器(Setzmaschine)的安置工具(未示出)将插入力F1(图1)沿插入方向A施加到所述凸起34上并且由此施加到所述管脚2上，用于将所述接触部分24一直插入到所述印制电路板孔20中，直到变细的末端部分28以其自由的端部38抵靠在由砧座40构成的支座上并且所述凸起34的朝向所述印制电路板4的下侧面与所述印制电路板4的上侧面或者说印刷的线路6之间具有预先确定的间距x。
能够通过扩张固定在印制电路板孔20内部的接触部分24主要包括两个大致平行于插入方向A定向的、通过中间空隙46分开的腿部42、44，所述腿部42、44的下端部分别与末端部分28相连接并且通过该末端部分28彼此连接成一体结构。所述两个腿部42、44在未变形的状态中(图1)分别具有平行于插入方向A的外侧面和朝向所述中间空隙46的内侧面。
两个外侧面的间距或者说两个侧面30的间距与所述印制电路板孔20的内直径相匹配，从而不仅所述变细的末端部分28而且所述接触部分24能够要么完全无接触地要么以滑配合也就是以在所述腿部42、44的棱角与限制壁22之间的滑动接触在所述腿部42、44或者限制壁22未变形的情况下插入所述印制电路板孔20中，从而为使所述管脚2定位使用较小的几个N的插入力F1就已足够。
所述腿部42从所述连接部或杆部26的加粗的上部分32或者说从所述凸起34的下侧面开始穿过所述印制电路板孔20笔直向下一直延伸到所述末端部分28并且拥有与其外侧面平行的内侧面，而所述腿部44则在所述中间空隙46的另一侧从所述末端部分28开始向上延伸，但是其上端部48钩状向里朝所述腿部42弯曲。所述腿部44的内侧面从所述末端部分28开始向上首先以远离所述腿部42的内侧面的方式发散，并且而后沿圆弧50朝所述腿部42延伸，其中所述腿部44的内侧面在总体上看大致具有问号的上部分的形状。
所述腿部44的弯曲的上端部48具有指向上面的削平的端面52，该端面52垂直于插入方向A定向并且其与所述连接部或杆部26的加粗的上部分32的布置在其上面的下侧面之间的间距足够大，用于将用于固定所述接触部分24的安置工具(未示出)插入这两个表面之间并且用所述安置工具向所述端面52施加沿插入方向A起作用的变形力F2(图2)，用于通过所述接触部分24的变形在所述管脚2和所述印制电路板4的层6、8、10、12之间建立电接触。
施加到所述端面52上的变形力如在图2中示出的一样使所述腿部44沿纵向方向在所述安置工具和支座或者说砧座40之间受压缩或者挤压，其中首先所述腿部44的钩状向里弯曲的上端部48靠近另一个腿部42的内侧面并且而后在所述两个腿部42、44在所述接触部分24扩张的情况下横向于插入方向A彼此分开地弯曲并且分别朝所述印制电路板孔20的限制壁22的相邻部分挤压之前朝所述腿部42的内侧面挤压。在这种情况下所述印制电路板2以内层8、10首先在所述腿部42、44的棱角的区域中被挤压并且而后也如在通过图2中的箭头B显示的位置上示出的一样相对于所述腿部42、44的外侧面横向于插入方向A被挤压，直到所述接触部分24最后以压配合可靠地固定在所述印制电路板孔20中并且所述管脚2被印制电路板4以足够的保持力夹住。
通过所说明的处理方式可以避免所述印制电路板4中的喷射效应，由此可以在装入管脚2时保持所述印制电路板4的质量并且可以延长其使用寿命。此外在定位或者安置所述管脚2时避免管脚2的表面上的切屑或者细毛边的剥蚀，由此可以避免给表面涂上比如由锡制成的软的金属的滑动层。此外因为在使所述管脚2定位时以及在接触该管脚2时导入所述力F1和F2的方向是相同的，所以可以为这两个过程实现短的周期。

Claims (8)

1.管脚，具有能够插入印制电路板的接纳孔中的、能够以压配合固定在该接纳孔中的接触部分，其特征在于，所述管脚在所述接触部分(24)的区域中包括两个并排延伸的腿部(42、44)，所述腿部(42、44)通过沿插入方向(A)处于前面的末端部分(28)彼此连接成一体结构，并且所述两个腿部(42、44)中的一个腿部(44)具有朝另一个腿部(42)弯曲的自由端部(48)，其中，所述接触部分(24)在插入接纳孔(20)中之后能够通过对所述自由端部(48)的力作用横向于插入方向(A)扩张，用于以压配合将该接触部分固定在所述接纳孔(20)中。
2.按权利要求1所述的管脚，其特征在于，所述管脚具有在所述腿部(42)的弯曲的端部(48)上的背向所述印制电路板(4)的传力面(52)。
3.按权利要求2所述的管脚，其特征在于，所述管脚具有另外的背向所述印制电路板(4)的传力面(36)。
4.按前述权利要求中任一项所述的管脚，其特征在于，所述管脚具有由镍或镍和锡制成的表面涂层。
5.用于将管脚装入印制电路板的接纳孔中的方法，在该方法中将所述管脚从所述印制电路板的一侧插入所述接纳孔中并且将所述管脚的接触部分以压配合固定在所述接纳孔中，其特征在于，所述管脚在所述接触部分(24)的区域中包括两个并排延伸的腿部(42、44)，所述腿部(42、44)通过沿插入方向(A)处于前面的末端部分(28)彼此连接成一体结构，并且所述两个腿部(42、44)中的一个腿部(44)具有自由端部(48)，并且将所述接触部分(24)无接触地或者以滑配合插入所述接纳孔(20)中并且随后使所述接触部分在所述接纳孔(20)的内部通过对所述自由端部(48)的力作用变形，用于以压配合将所述接触部分固定在所述接纳孔(20)中。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述管脚(2)插入所述接纳孔(20)中直至抵靠在所述印制电路板(4)的相反一侧上的支座(40)上。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述接触部分(24)变形，方法是所述接触部分(24)的至少一部分(44)在安置工具和所述支座(40)之间被压缩并且在这过程中弯曲。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述安置工具朝在所述接触部分(24)的突出超过所述印制电路板(4)的部分(48)上的背向该印制电路板(4)的表面(52)挤压。
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